JPH01259778A - 張力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電動機に結合されたリールを介して、例え
ば鉄鋼プラントで加工処理された鋼板の如き帯状材料を
巻取るに当たり、この帯状材料に巻取り方向の一定の張
力が掛かるように制御する張力制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の制御装置としては例えば第４図の如く、
電動機５に給電するサイリスク変換器３に対して張力制
御装置１とトルク制御装置２とを設け、張力検出器Ｆを
介して検出される張力が一定値となるように制御するこ
とにより、鋼板７に一定の張力を掛けながらリール５で
巻取って行くものが知られている。なお、同図において
、６は圧延機、８は補助ロール、Ｒは電流検出器で、鉄
鋼プラントの例である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような制御装置は、圧延機とリール
の間にある鋼板の弾性とリールおよびこれを駆動する電
動機の慣性モーメントにより振動系が構成され、この振
動系は巻取りコイルの偏心等に起因する起振力により振
動を発生させることがあって、製品の精度に悪い影響を
与えると云う点については、何ら考慮していない。

したがって、この発明はか−る張力振動を簡単な回路構
成でしかも短時間に抑制することが可能な張力制御装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

張力調節器とトルク調節器とからなる張力制御系に対し
、張力検出値または張力推定値を入力される遅れ要素を
設け、この遅れ要素の出力と前記張力調節器の出力とを
加算したものを前記トルク調節器のトルク目標値として
制御を行なう。

また、張力推定値は推定負荷トルクと電動機トルクとの
差を加算または積分する演算要素と、該演算要素の出力
と速度実際値との差を所定倍する比例ゲイン要素とから
なる状態観測器を用いて得るようにする。

〔作用〕

張力骨に相当するトルクを遅れ要素を介して正帰還でト
ルク（電流）指令としてトルク調節器へ入力することに
より、張力振動の抑制を図る。張力相当分トルクは検出
器を介して得てもよいが、か＼る検出器がない場合は、
電動機の負荷トルクを推定する状態観測器を用いて張力
分相光トルクを推定することにより、張力振動を抑制す
るようにする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の詳細な説明するための原理構成図で
ある。

同図において、Ａは電動機とリールを剛体と見做したと
きの電動機を示すブロック（積分器）であり、Ｔ、は電
動機とリールを剛体と見做したときの慣性モーメントに
対応する積分器Ａの積分時間、Ｂは鋼板に対する圧延機
の出側速度とリールの入側速度との差で発生する張力系
を示すブロック（積分器）であり、Ｔ７はその時定数、
Ｃは張力からトルクへの変換要素、Ｄはリール電動機の
トルク制御系であり、Ｅは張力振動を抑制するための遅
れ要素である。また、τイ。はり−ルミ動機に対するト
ルク指令、τ８はリール電動機トルク、τ丁は張力骨ト
ルク、ｎ、はリールの入側速度、ｎｏは圧延機出側速度
、Ｔは圧延機とリールの間の鋼板に作用する張力である
。

このようにすると、圧延機出側速度ｎ０＝０のときのτ
Ｈとτアの関係は、 となり、トルク制御系りを介して電動機トルクτ７が偏
置量加えられたとき、張力Ｔは持続振動となる。また、
（１）式に遅れ要素Ｅを考慮して、トルク指令τ、。と
ｖ７との関係を導くと、次の（２）式の様になる。但し
、張力系の時定数に比べてトルク制御系りの時定数Ｔ、
は小さいので、近似的にＴ。

＝０としている。

・・・・・・・（２） （２）式において、Ｔ、及びＫを適当に選ぶことにより
、τに０がステップ状に与えられたとき、τ１は減衰振
動となる。即ち、遅れ要素Ｅを考慮すると、張力振動が
抑制できることになる。

第２図はこの発明の実施例を示すブロック図で、張力を
張力検出器を介して得る場合の例である。

なお、張力制御装置１の符号１１は張力調節器、１２は
比例ゲイン要素、１３は遅れ要素、またトルク制御装置
２の符号２１はトルク調節器、２２はパルス発生器、２
３は電流／トルク（ｉ／τ）変換器で、その他は第４図
と同様である。

すなわち、電動機４の電流１１は電流検出器Ｒにて検出
された後、電流／トルク変換器２３でトルクτ１に変換
され、これがトルク設定値τｒに等しくなるようにトル
ク調節器２１により調節される。このトルク設定値τｔ
は、張力制御装置１において、張力骨トルクτ７をその
設定値τ？に等しくなるように調節する張力調節器１１
を介して出力される。また、張力骨トルク設定値τげの
変更に対し、張力骨トルク実際値τ７の追従を速くする
ために、比例ゲイン１２を介して張力骨トルク設定値τ
７′がトルク調節器２１へ入力される。

一方、圧延機６とリール５及びリールを駆動する電動機
４ならびに鋼板７は、張力振動系を構成している。この
張力振動を抑制するために、張力部トルクτ、は遅れ要
素１３を介して正帰還でトルク調節器２１へ入力される
。このとき、張力骨トルク指令が張力制御系へ過大に入
力されることを防ぐために、比例ゲイン１２と遅れ要素
１３を介してトルク調節器２１へ入力されるトルク指令
が、定常状態において１００％となるように要素１２．
１３のゲインを考慮している。

第３図はこの発明の他の実施例を示すもので、張力を状
態観測器を介して得る場合の例である。

同図において、圧延機６とリール５、リールを駆動する
電動機４及び鋼板７より構成される張力振動系を制御す
る補償信号は、状態観測器９より出力される。速度検出
器Ｓより得られる電動機速度ｎ、と電流検出器Ｒより得
られる電動機トルクτ、を入力とする状態観測器９にお
いて、９０は電動機モデル、９１はサンプリング周期ｔ
を関数にもつ電動機時定数、９３は遅延演算子、９４は
比例ゲインである。かっこ内のｉは、サンプリング制御
におけるｉ番目のサンプリングを表わしり、ｎ、（ｉ）
は電動機速度、Ｗ（ｉ）は電動機モデルの出力、τ、Ｌ
（ｉ）は機械的な摩擦等により発生するトルク（メカロ
ス分トルク）である。なお、「−」印を付して推定値を
示す。

状態観測器デの出力である推定張力骨トルクτｙ（ｉ）
は、張力振動抑制のため比例ゲイン１４を介してトルク
調節器２１へ与えられる。張力骨トルク指令が張力制御
系へ過大に入力されることを防ぐために、要素１２と１
４を介してトルク調節器２１へ入力される張力骨トルク
指令が定常状態において１００％となるように１２．１
４のゲインを考慮している。また張力調節器１１へ入力
される張力骨トルク実際値τ１にも、状態観測器９の出
力である張力骨推定トルクτ７（ｉ）を用いるものとす
る。

状態観測器９において、τアとτ７（ｉ）の関係は次の
様に導くことができる。

状態観測器ケより 一τＬ（ｉ））　　　　　　　　・・・・・・（３）ｒ
Ｌ（ｉ）　＝Ｌ　（ｎ、（ｉ）−Ｗ（ｉ））　　　　−
−（４）Ｗ（ｉ　＋１）＝ＺＷ（ｉ）　　　　　　　　
　・・・・・・（５）又、制御対象において電動機速度
およびこれとトルクとの関係は、 を 一τＬ（ｉ））　　　　　　　　・・・・・・（６）ｎ
ａ（ｉ　＋　１　）　−Ｚ　ｎ、（ｉ）　　　　　　　
・・・・・（７）となる。（３）〜（７）式より、ｒＬ
（ｉ）とτｔ（ｉ）の関係は、 ・・・・・・（８） となり、推定張力骨トルクτＬ（ｉ）および張力骨トル
クτ、（ｉ）は、 τ、（ｉ）＝τＬ（ｉ）−τＭＬ（ｉ）　　　　　　・
旧・・（９）τ　ｔ（ｉ）＝　　τ　ｔ（ｉ）　−τｘ
ｔ（ｉ）　　　　　　　　　　　　　・・・・・・０口
）で表わされるから、推定張力骨トルクτｔ（ｉ）は會
。

Ｚ−（１＋−Ｌ） Ｔ。

・・・・・・００ となる、（１０式において、分母の定数は時定数を決定
する。また、第２項はメカロス分トルクの微分項である
が、メカロス分トルクの変動は張力分トルクを推定する
時定数に比べ遅いので、これを無視すると、 ・・・・・・０２） となり、τ、（ｉ）とτ７（ｉ）について（８）式と同
様の関係を導くことができる。この０２）式の時定数を
第１図の遅れ要素Ｅの時定数と等しくとると、第３図に
おいて状態観測器９と比例ゲイン１４で構成される遅れ
要素は、第１図の遅れ要素Ｅと等しくなり、（２）式で
示された関係式より張力振動を減衰させることができる
。一方、状態観測器９の出力である張力骨推定トルクτ
７（ｉ）を推定する時定数が、張力制御系の等価時定数
に比べて十分小さいときは第３図の如く、τ、（ｉ）を
張力トルクτアの代わりに張力調節器１１へ入力するこ
とができる。

第２図、第３図では駆動装置として直流電動機を例にと
りあげたが、トルク制御ループを有する限り交流電動機
にも適用が可能である。また、この発明は鋼板だけでな
く、これと同様の帯状材料一般に適用することができる
。

〔発明の効果〕

この発明によれば、張力骨トルクを遅れ要素に入力し、
その出力をトルク指令として正帰還するだけで、張力振
動を抑制することができる。又、張力骨トルクが直接検
出できないときは、電動機の負荷トルクを推定する状態
観測器を用いて張力骨トルクを推定することにより張力
振動が抑制できるので、大がかりな振動抑制装置が不要
である。

さらに、張力検出器がなくとも、推定値を検出値の代わ
りに用いることで、張力を目標値に保つ張力制御が可能
となる。また、状態観測器を計算機のソフトウェアで構
成するようにすれば、製作における部品の調達１選定と
いう煩雑さをな（すことができ、回路変更に対しても柔
軟に対処することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の詳細な説明するための原理構成図、
第２図はこの発明の実施例を示す構成図、第３図はこの
発明の他の実施例を示す構成図、第４図は張力制御装置
の従来例を示す構成図である。 符号説明 ■・・・張力制御装置、２・・・トルク制御装置、３・
・・サイリスタ整流器、４・・・電動機、５・・・リー
ル、６・・・圧延機、７・・・鋼板、８・・・補助ロー
ル、９・・・状態観測器、１１・・・張力調節器、１２
．１４．９４・・・比例ゲイン要素、１３．Ｅ・・・遅
れ要素、２１・・・トルク調節器、２２・・・パルス発
生器、２３・・・電流／トルク変換器、９０・・・電動
機モデル、９１・・・電動機時定数、９２・・・加算要
素、９３・・・遅延演算子、Ａ、Ｂ・・・積分要素、Ｃ
・・・張力トルク変換要素、Ｄ・・・トルク制御系、Ｆ
・・・トルク検出器、Ｒ・・・電流検出器、Ｓ・・・速
度検出器。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 槍　１！７ １２ｆｆ Ｗ　３　≦ ！４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電動機に結合されたリールを介して帯状材料を巻取
   るべく、該帯状材料の張力を所定値となるように制御す
   る張力調節器と、該張力調節器の出力を目標値として電
   動機トルクを制御するトルク調節器とを有してなる張力
   制御装置において、張力検出値または張力推定値を入力
   される遅れ要素を設け、該遅れ要素の出力と前記張力調
   節器の出力とを加算したものを前記トルク調節器のトル
   ク目標値として制御を行なうことを特徴とする張力制御
   装置。 ２）前記張力推定値は、推定負荷トルクと電動機トルク
   との差を加算または積分する演算要素と、該演算要素の
   出力と速度実際値との差を所定倍する比例ゲイン要素と
   からなる状態観測器を介して得ることを特徴とする請求
   項１）に記載の張力制御装置。