JPH03122B2 - - Google Patents

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JPH03122B2
JPH03122B2 JP59006939A JP693984A JPH03122B2 JP H03122 B2 JPH03122 B2 JP H03122B2 JP 59006939 A JP59006939 A JP 59006939A JP 693984 A JP693984 A JP 693984A JP H03122 B2 JPH03122 B2 JP H03122B2
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JP
Japan
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tension
looper
rolling mill
rolled material
speed
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JP59006939A
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Inventor
Takeshi Iwakata
Hajime Watanabe
Toshiharu Watanabe
Etsujiro Korehisa
Juichi Tsuji
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Toshiba Corp
Nippon Steel Corp
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Toshiba Corp
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48Tension control; Compression control
    • B21B37/50Tension control; Compression control by looper control

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は鋼板等を連続的に圧延する連続圧延機
に係り、特にルーパ制御装置による張力制御方法
に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕
この種の連続圧延機において、圧延材の張力を
目標値に精度よく制御することは製品の品質精度
を大いに向上させる。この制御精度の向上には、
圧延材の性質を良く把握する必要がある。
第1図はルーパ制御装置によつて圧延材の張力
を制御する従来の張力制御装置(例えば特開昭52
−7455号公報及び特開昭53−1668号公報参照)の
構成を圧延系統と併せて示したブロツク図であ
る。
同図において圧延材1より見た上流側圧延機
(以下上流側スタンドとも言う)2aおよび下流
側圧延機(以下下流側スタンドとも言う)2b間
にルーパ3が配置され、上流側圧延機2aを駆動
する圧延機駆動モータ4は、圧延速度検出用の速
度検出器5とともに閉ループを形成する圧延機速
度制御装置6によつて制御され、また、ルーパ3
を駆動するルーパ駆動モータ9は、この電機子電
流を検出する電流検出器10とともに閉ループを
形成するルーパモータ電流制御装置11によつて
制御される。
一方、ルーパ3にはルーパアーム3bの角度を
検出する角度検出器7が設けられ、また、圧延速
度制御装置6の前段にはルーパ高さ制御装置8が
設けられ、このルーパ高さ制御装置8にルーパア
ームの角度基準θrefと角度検出器7の角度信号と
が加えられると、これらの偏差に対応する速度信
号が速度基準Vrefとともに圧延速度制御装置6
に加えられる。
また、ルーパモータ電流制御装置11には、実
質的に張力を設定する電機子電流基準Crefが加え
られる。
しかして、圧延材1の張力を増大すべく、電機
子電流基準Crefを大きくするとルーパアーム3b
の角度が変動するが、これを補正するためにルー
パ高さ制御装置8が圧延機駆動モータ4を減速せ
しめて、指定された張力に制御する構成になつて
いる。
一般に、圧延スタンド間の圧延材張力が変化し
た場合には、上流スタンドの先進率および後流ス
タンドの後進率が変化し、これによつて圧延材の
速度(以下材速と言う)が変化するといつたフイ
ードバツク効果があるが、このフイードバツク効
果については十分な圧延理論が確立されておら
ず、信頼される公式もなかつた。
したがつて第1図に示したルーパ高さ制御装置
8のように、圧延機モータ速度を操作量とする制
御ゲインの設定においては、このフイードバツク
効果が考慮されておらず、圧延材1の種類または
温度が変化した場合、応答が不安定になる要因に
なつていた。
最近、圧延機速度基準の変更に対して制御ゲイ
ンを補償することが試みられているが、本発明者
等が得た知見によれば、張力の材速へのフイード
バツク効果は圧延機速度基準の変更に対するゲイ
ン補償のみでは圧延材の鋼種が変つた場合、応答
が不安定となることが多く、通板性と張力制御精
度が不十分となり、圧延仕上り板厚、板巾精度を
向上させることができないものであつた。
また、スタンド間の圧延材板厚の変形抵抗とを
パラメータとして関数値を用いて圧延機速度基準
によるゲイン補償も試みられているが、該スタン
ド間、圧延材の板厚、温度及び圧延時の先進率等
を正確に測定することができず実用化に至つてい
ないのが実状である。
〔発明の目的〕
本発明は上記各問題点を除去するためになされ
たもので、圧延材張力の材速へのフイードバツク
効果を考慮し、これによつて圧延材の張力制御性
能の大幅な向上を図り得る連続圧延機の張力制御
方法の提供を目的とする。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために本発明は、ルーパ制
御装置を有する連続圧延機の圧延材張力制御方法
において、 圧延材の張力変化に伴う材料速度変化分を表わ
す張力フイードバツク率K0を、少なくとも圧延
材の硬さ別に決定し、 この張力フイードバツク率K0に、圧延材速度
基準Vrefを張力応力基準σrefで除した値
(Vref/σref)を掛けて張力フイードバツク係数
K10を算出し、 この張力フイードバツク係数K10を、圧延機速
度を操作量とする制御系の制御ゲインに掛け合わ
せてゲイン補償を行うことを特徴とするものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。
第2図は本発明の連続圧延機の圧延材張力制御
方法を実施する張力制御装置の構成例で、第1図
と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素
を示している。そして、ルーパ3のルーパロール
3aの下部に張力検出器12が、ルーパ駆動モー
タ9にこの回転速度を検出する速度検出器13が
それぞれ設けられるとともに、ルーパモータ電流
制御装置11の前段に、速度検出器13の速度信
号をフイードバツク信号とするルーパモータ速度
制御装置16および角度検出器7の角度信号をフ
イードバツク信号とするルーパ位置制御装置17
がそれぞれ新たに設けられている。
また、第1図に示したルーパ高さ制御装置8に
代えて張力検出器12の張力信号をフイードバツ
ク信号とする圧延材張力制御装置15が設けら
れ、さらに、速度検出器5の速度信号、張力検出
器12の張力信号、圧延材速度基準Vrefおよび
張力応力基準σrefに基いて、圧延材張力制御装置
15のゲインを調節するゲイン調節器14が新た
に設けられている。
この第2図に示した装置は、圧延材1の張力検
出信号を張力制御装置15に帰還させて張力制御
を行うとともに、速度検出器5の圧延機速度信号
を圧延機速度制御装置6に帰還させることによ
り、張力制御のマイナーループとして圧延機速度
制御系を持つている。これによつて、板厚制御
(AGC)出力や値スタンドからのサクセシブ量を
速度基準補正として付加することが可能になり、
圧延機速度を操作量として複数の制御ができる。
また、この張力制御装置は、角度検出器7のル
ーパ角度信号をルーパ位置制御装置17に帰還さ
せることによりルーパ位置制御を行なうと共に、
ルーパモータ9の速度検出器13の速度信号をル
ーパモータ速度制御装置16に帰還させるマイナ
ーループとしてルーパ速度制御系を持つており、
さらに、この速度制御系のマイナーループとして
電流検出器10およびルーパモータ電流制御装置
11でなる電流制御系を持つ構成になつている。
これによつて、ルーパ速度制御系は位置制御の速
応化を図り、位置制御系の張力制御系への干渉効
果を低減させている。
次に、ゲイン調節器14は、本発明の主眼であ
る、張力の材速へのフイードバツク効果を考慮し
た張力制御装置のゲイン設定を行うもので、以
下、このゲイン調節器14の詳細を第3図乃至第
6図をも参照して説明する。
先ず、第2図に示した張力制御系は第3図のブ
ロツク線図で表わすことができる。ここで要素2
0は張力発生系で、さらに、この張力発生系20
は第4図aのブロツク線図で表わすことができ
る。この第4図a中の破線が張力の材速へのフイ
ードバツク効果を示すもので、この張力フイード
バツク効果を張力フイードバツク係数K10で置き
換え、張力発生系20を第4図bのような一次遅
れ系で近似する過程を説明する。
上流側スタンドの前方張力応力変化量Δσi
〔Kg/mm2〕は次式で表わされる。
Δσi=E/L・1/S(ΔVI,i+1−ΔVo,i) ……(1) VI,i+1=(1+bi+1)vi+1 ……(2) Vo,i=(1+fi)vi ……(3) ただし、 E:熱間圧延時のヤング率(Kg/mm2) L:スタンド間距離(mm) S:ラプラス演算子 VI,i+1:後流側スタンド入側材速(mm/
S) Vo,i:上流側スタンド出側材速(mm/S) vi+1:後流側スタンドワークロール周速
(mm/S) vi:上流側スタンドワークロール周速(mm/
S) bi+1:後流側スタンド後進率(−) fi:上流側スタンド先進率(−) である。
上記(2)式より、後流側スタンド入側材速VI,
i+1の微少変化分ΔVI,i+1は次式で示され
る。
ΔVI,i+1=(1+bi+1+Δbi+1)(vi+1+Δ
vi+1)−(1+bi+1)vi+1 ≒(1+bi+1)Δvio1+Δbi+1・vi+1 ……(4) また、上記(3)式より、上流側スタンド出側材速
Vo,iの微少変化分Vo,iは次式で示される。
ΔVo,i=(1+fi+Δfi+1)(vi+Δvi)
−(1+fi)vi≒Δfi・vi+(1+fi)Δvi……(5) 上記(4)式中の後流側スタンドの後進率変化分
Δbi+1および上記(5)式中の上流側スタンドの先
進率変化分Δfiはそれぞれ張力応力変化分Δσiに
よるものと考えると次式が成立つ。
この(4)、(5)、(6)式を上記(1)式に代入して整理す
ると、前方張力応力変化量Δσiは次式で表わされ
る。
Δσi=1/K0 *Vi・1/1+L/EK0 *ViS{(
1+bi+1)ΔVi+1−(1−fi)ΔVi……(7) この(7)式中のK0 *は理論的な張力フイードバツ
ク率と称されるもので下式で定義されるものであ
る。
K0 *{(∂fi/∂σi)−(∂bi+1/∂σi)V
i+1/Vi}(1/Kg/mm2)……(8) ここで、下流側スタンドの速度変化を上流側に
返すサクセシブ処理を行なうことにより、ΔVi+
1≒0とすることができるので(7)式は次式のよう
になる。
Δσi=−(1+fi)/K0 *vi・1/1+L/EK0 *ViS
Δvi……(9) ここで張力フイードバツク係数K10及び等価ヤ
ング率E*を定義すると K10=K0 *vi/1+fi(mm/S/Kg/mm2) ……(10) E*=(1+fi)E(Kg/mm2) ……(11) (9)式は次式のようになる。
Δσi=−1/K10・1/1+L/E*K10SΔVi……(12
) ところで、発明者等は実際の圧延での圧延機速
度基準ステツプ外乱に対する張力応答より、上記
一次遅れ系で近似した速度発生系の(12)式で表わさ
れるゲインおよび時定数を求め、さらに、このゲ
インおよび時定数を用いて張力フイードバツク係
数を求めた結果、次の結論を得た。
すなわち、張力フイードバツク係数K10を圧延
機速度基準Vrefおよび張力応力基準σrefで正規
化することにより、張力フイードバツク率K0
る定数(圧延材温度の影響を含めた圧延材、硬さ
別定数)が得られる。これを第5図に示す。
したがつてK10は次式で表わされる。
K10=Vref/σref・K0(SD) ……(13) ただし、SGは鋼種による硬さを表わす圧延材
剛性である。
第6図はゲイン調節器14の構成を示したブロ
ツク図で、張力フイードバツク率K0は、圧延機
速度基準のステツプ応答を解析して得られた値を
テーブルとして持つ方法と、オンラインの同定で
求める方法の何れをも選択できるようにする。
なお、オンライン同定用のプロセスモデルの伝
達関係としては次式を用いる。
G(S)=−σref/Vref・K0・1/1+L/EVrefK0

……(14) これよりサンプル時間をT(SEC)としてパル
ス伝達関数を求めると σc(Z)/Vi(Z)=K/1−e-aTZ-1 ……(15) K=−Eσref/L a=EvrefK0/L ……(16) この(15)、(16)式よりモデル計算の張力応力
σcの差分表現は σc(k)=e-aTσc(k−1)+KVi(k)……(17) となるので、実機プロセスの張力応力σとの偏差
に修正ゲインL(k)を掛けることにより張力フイー
ドバツク率K0の修正量が得られる。
したがつて、修正後の張力フイードバツク率
K0は K0(k)K0(k−1)+L(k){σ(k)−σc(k)}
……(18) となる。
以上の方法で得られた張力フイードバツク率に
圧延機速度基準Vrefと張力応力基準σrefとの比
Vref/σrefを掛けて張力フイードバツク係数を
算出し、これを張力制御装置の固定ゲインに掛け
合わせることによつて、制御ゲインを補償してい
る。
次に、第7図は本発明に係る連続圧延機の圧延
材張力制御方法を実施する制御装置の他の構成例
で、第2図と同一の符号を付したものはそれぞれ
同一の要素を示している。そして第2図中の圧延
材張力制御装置15の代わりにルーパ高さ制御装
置18が、ルーパ位置制御装置17の代わりにル
ーパ張力制御装置がそれぞれ設けられている。ま
た、張力検出器12の信号がルーパ張力制御装置
19に、角度検出器7の信号がルーパ高さ制御装
置8にそれぞれ取り込まれている。
ここでは、ルーパの高さ制御を圧延機モータ4
で行ない、圧延材の張力制御をルーパモータトル
クを操作量として行うもので、第2図の構成と比
べた場合、制御量と操作量との組合せが逆になつ
ているが、マイナーループの構成は第2図と同じ
である。
また、この張力制御系は第8図のブロツク線図
で表わすことができるので、張力フイードバツク
係数を算出することも第2図と同様である。
かくして、張力フイードバツク係数K10をルー
パ高さ制御装置の固定ゲインに掛け合わせること
によつてルーパ高さ制御ゲインが補償される。
〔発明の効果〕
以上の説明によつて明らかな如く、本発明の連
続圧延機の圧延材張力制御方法によれば、圧延材
張力の材速へのフイードバツク効果を考慮した系
で、制御装置ゲインの設定を行い得ることから、
圧延材に鋼種を変更しても制御応答の不安定性が
なくなり、通板性が向上し、圧延材張力変動を減
少させ、圧延仕上り厚、巾等の寸法精度を大幅に
向上させることができる等圧延材の張力制御性能
の大幅な向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の連続圧延機の圧延材張力制御装
置の構成を圧延系と併せて示したブロツク図、第
2図は本発明に係る連続圧延機の圧延材張力制御
方法を実施する装置の一例を圧延系と併せて示し
たブロツク図、第3図はこの装置の張力制御系の
ブロツク図、第4図aおよびbは第3図に示した
張力発生系の詳細な構成および一次遅れ近似系の
構成をそれぞれ示すブロツク図、第5図は張力フ
イードバツク係数と、圧延材速度基準および張力
応力基準の比との関係を示す線図、第6図は第2
図に示した装置の主要な要素の詳細な構成を示す
ブロツク図、第7図は本発明に係る連続圧延機の
圧延材張力制御方法を実施する装置の他の例を圧
延系と併せて示したブロツク図、第8図はこの装
置の張力制御系のブロツク図である。 1……圧延材、2a,2b……圧延機、3……
ルーパ、3a……ルーパロール、3b……ルーパ
アーム、4……圧延機駆動モータ、5,13……
速度検出器、6……圧延機速度制御装置、7……
角度検出器、8……ルーパ高さ制御装置、9……
ルーパ駆動モータ、10……電流検出器、11…
…ルーパモータ電流制御装置、12……張力検出
器、14……ゲイン調整器、15……圧延材張力
制御装置、16……ルーパモータ速度制御装置、
17……ルーパ位置制御装置、18……ルーパ高
さ制御装置、19……ルーパ張力制御装置、20
……張力発生系、21……ルーパ角度ループ長変
換器、22……張力応力ルーパ角度変換系、23
a,23b……アンチハント、24……張力発生
系、25……張力発生系モデル、26……張力フ
イードバツク率学習演算器、27……張力フイー
ドバツク率テーブル値、28……張力フイードバ
ツク係数演算器、29……コントローラゲイン演
算器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ルーパ制御装置を有する連続圧延機の圧延材
    張力制御方法において、 圧延材の張力変化に伴う材料速度変化分を表わ
    す張力フイードバツク率K0を、少なくとも圧延
    材の硬さ別に決定し、 この張力フイードバツク率K0に、圧延材速度
    基準Vrefを張力応力基準σrefで除した値
    (Vref/σref)を掛けて張力フイードバツク係数
    K10を算出し、 この張力フイードバツク係数K10を、圧延機速
    度を操作量とする制御系の制御ゲインに掛け合わ
    せてゲイン補償を行うことを特徴とする連続圧延
    機の圧延材張力制御方法。 2 前記張力フイードバツク率K0を、張力発生
    系のゲインおよび時定数を測定し、これらの測定
    値に基いて決定することを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の連続圧延機の圧延材張力制御方
    法。 3 前記張力フイードバツク率K0を、実測デー
    タによるオンライン同定により決定することを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の連続圧延機
    の圧延材張力制御方法。 4 前記制御系はルーパ張力制御系であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項の何
    れかに記載の連続圧延機の圧延材張力制御方法。 5 前記制御系はルーパ高さ制御系であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項の何
    れかに記載の連続圧延機の圧延材張力制御方法。
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