JPH06234010A - 自動制御方法及び装置、板厚制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィードフォワード型板厚制御の精度を向上
する。 【構成】 圧下位置制御装置７への圧下位置指令△Ｓre
fを表す時系列データによりニューラルネットワークで
構成されるパターン認識部１０を学習させ、実圧下位置
△Ｓfbを表す時系列データをパターン認識部１０の入力
として圧下位置指令△Ｓrefとの一致度を調べる。△Ｓf
bを表す時系列データの開始時点を変化させ、一致度の
高い時系列データの△Ｓrefからの遅れ時間をｔd とし
て求め、ＦＦＡＧＣ演算部９からの出力制御信号をこの
ｔd だけ先行させる。 【効果】 ニューラルネットワークで遅延時間ｔd を自
動検出でき、圧延機や被圧延材の状態に応じて最適の制
御遅れ時間を与えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧延機により被圧延材
を圧延するときの、被圧延材の板厚制御方法及び装置、
並びに自動制御方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】被圧延材の圧延機による圧延において
は、圧延スケジュールに基づき、圧延ロール間隔、速度
配分、張力設定などを行うセットアップ系と、このセッ
トアップ系により決定された動作点の近傍において圧延
機の制御を行う圧延自動制御系とによって圧延制御が行
われる。このうち圧延自動制御系は、被圧延材の板幅方
向中央部の板厚を制御する自動板厚制御（ＡＧＣ）、被
圧延材に働く張力を制御する自動張力制御（ＡＴＲ）、
被圧延材の板幅を制御する自動板幅制御（ＡＷＣ）等に
分けられる。さらに上記の自動板厚制御には、圧延機出
側板厚検出値を用い、フィードバック的に圧延ロールの
圧下位置もしくは被圧延材の入出側張力を操作して圧延
機出側板厚を制御するモニタＡＧＣ、圧延機入側板厚検
出値から圧延ロール直下での入側板厚偏差を推定し、圧
下位置もしくは入出側張力をフィードフォワード的に操
作し、圧延機出側板厚を制御するＦＦＡＧＣなどがあ
る。

【０００３】このＦＦＡＧＣは、圧延機入側における板
厚偏差を、その偏差が圧延機ロール直下に達したとき、
圧下位置制御装置を操作して必要なだけのロールギャッ
プを変化させるか、または張力制御装置を操作して入出
側張力を変化させ、出側板厚を一定に保つ制御である。
このため、ＦＦＡＧＣを精度よく行うには、ロール直下
での正確な板厚情報が必要となるが、ロール直下での板
厚を直接知ることは困難である。そこで一般にこの情報
は、圧延機入側に設置した入側板厚計により得られた入
側での板厚情報と、ロール回転角度情報などから得られ
る板速情報とを用いて、推定されている。ところが、圧
下位置制御装置を操作してロールギャップを制御する場
合、圧下位置制御装置には圧下位置指令に対して実際の
圧下位置の遅れ時間が存在する。このため、たとえロー
ル直下での板厚偏差情報が正確に得られても、遅れ時間
分だけロールギャップの変化が遅れるから、ＦＦＡＧＣ
の精度が悪化する問題がある。このため、従来はこの遅
れ時間をオペレータが調整し、その一定時間だけ圧下位
置指令を予めさきに出力し、実圧下位置をロール直下で
の板厚偏差に一致させるようにしていた。またこのよう
な時間変化を示すデータ（時系列データ）間の位相ずれ
を検出する方法として、特開昭５８ー２１８３１８号お
よび特開昭６１ー２５９８１４号に示された従来技術が
ある。これらは、２つの時系列データ間の相関関数の値
を、時間ずらし量をパラメータとして計算し、もっとも
相関値の大きな時間ずらし量から両波形の位相差を求め
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の遅れ時間は、被
圧延材の硬度や、圧下位置制御装置に用いられる油の温
度、被圧延材板厚変動周波数などにより刻々と変化し、
一定値ではない。従って、オペレータによる調整を行っ
ていたのでは、種々の圧延状態に対し適応して最適の制
御が行えないという問題があった。また、相関値を求め
る方法では、多くのサンプル点を用いた相関計算を行わ
ないと特徴が十分検出できないので、被圧延材などの時
間変動をフォローしきれない問題があり、また単純に波
形の振幅のみを捉えるだけなので時系列データのパター
ン全体の認識能力も低く、精度のよい遅れ時間の検出が
できなかった。ＦＦＡＧＣを張力制御装置を操作して行
う場合についても同様の問題があった。

【０００５】本発明の目的は、種々の圧延状態において
も常に最適な圧下位置指令を出力してＦＦＡＧＣの精度
を良好に保つようにした板厚制御方法及び装置、並びに
自動制御方法及び装置を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、圧延機入
側の被圧延材の板厚を検出し、その検出値に応じて被圧
延材に作用する操作機に制御信号を与えて上記板厚がそ
の目標値となるように制御する板厚制御方法に於て、所
定の時間毎に上記操作機に入力される制御信号の時間変
化の特徴を学習するニューラルネットワークを設け、上
記操作機の被圧延材への作用出力の検出値を上記ニュー
ラルネットワークへ入力することによって上記作用出力
の時間変化の特徴と上記制御信号の時間変化の特徴との
間のずれ時間を検出し、上記検出した板厚に応じて制御
信号の出力を上記検出したずれ時間だけ先行させて上記
操作機へ加えるようにすることにより達成される。

【０００７】

【作用】ニューラルネットワークを用いることにより、
操作機の入出力間の位相ずれが操作機の特性や、制御対
象の特性までを含め求められるので、操作機への制御信
号出力に必要なずれ時間が自動検出でき、ＦＦＡＧＣの
出力タイミングの最適化が行える。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例として、圧下位置制
御装置を操作してＦＦＡＧＣを行う場合について述べ
る。図１は本発明の板厚制御方法を適用した装置の一実
施例を示すもので、圧延機は圧延ロール１と、入側リー
ル２、出側リール３より成り、圧延機入側の被圧延材の
板厚偏差を検出する入側板厚計４、圧延機出側の被圧延
材の板厚偏差を検出する出側板厚計５、圧延ロールの回
転速度を検出する回転速度計６の各検出装置が設けられ
ている。また圧下位置制御装置７は、圧延ロール１の上
下のロール間隔を制御する。モニタＡＧＣ演算部８は出
側板厚計５からの出側板厚偏差情報を用い、圧延ロール
１の圧下位置を操作して出側板厚をフィードバック的に
制御し、ＦＦＡＧＣ演算部９は、入側板厚計４により得
られる入側板厚偏差情報と回転速度計６から得られる圧
延ロール１の回転速度情報を用い、圧延ロール１の圧下
位置を操作して出側板厚をフィードフォワード的に制御
する。さらにパターン認識部１０は、モニタＡＧＣ演算
部８とＦＦＡＧＣ演算部９のそれぞれの制御出力の合成
である圧下位置指令△Ｓrefと、この△Ｓrefに対する圧
下位置制御装置７の応答である実圧下位置△Ｓfbとか
ら、両者を時系列パターンとして認識し、特徴量を抽出
し、位相ずれ時間演算部１１は、パターン認識部１０の
出力から圧下位置指令△Ｓrefと圧下位置フィードバッ
ク△Ｓfbの位相差を演算し、ＦＦＡＧＣ演算部９に応答
遅れ時間ｔd を与える。このパターン認識部１０と位相
ずれ時間演算部１１が本発明の特徴とする部分で、これ
らを合わせて自動位相調整部１２とする。

【０００９】ここで、自動位相調整部１２を持たない場
合の、従来のＦＦＡＧＣの動作とその問題点を、図１に
即して再度述べる。ＦＦＡＧＣでは、前述したように圧
延ロール１直下での入側板厚情報を、入側板厚計４によ
り得られた入側板厚情報とロール回転速度情報とから推
定し、これに入側板厚の変化に対するロールギャップの
変化を示す次式の影響係数Ｃ

【数１】 をかけることでロールギャップ操作量を得ている。そし
てこの操作量を圧下位置制御装置７に与えるタイミング
を、圧下位置指令△Ｓrefに対する実圧下位置△Ｓfbの
遅れ時間ｔd だけ早めに出力することで、実圧下位置を
ロール直下での板厚偏差に合致させるようにしている。
ところが、圧下位置指令△Ｓrefに対する実圧下位置△
Ｓfbの遅れ時間ｔd は、圧下位置制御装置７と圧延現象
の応答時間に相当し、この応答時間は入側板厚変動の周
波数や、被圧延材の硬度により変化する。しかも入側板
厚変動には複数の周波数成分が重畳していること、また
被圧延材には硬度むらが存在することにより、遅れ時間
ｔd は一定ではなく、圧延状態の変化により刻々と変動
する。このため、従来のオペレータによる調整では十分
な精度が得られなかった。

【００１０】そこで本実施例では、熟練したオペレータ
の調整動作を以下のように自動化することで、ＦＦＡＧ
Ｃの精度向上を図るものである。まず、図２は圧下位置
指令△Ｓrefと実圧下位置△Ｓfbの時間変化の例を示す
もので、熟練したオペレータはこのような波形パターン
の特徴点や、零クロス点などを比較することで遅れ時間
ｔd の算出を行っていた。これはオペレータが、図２上
の実圧下位置△Ｓfbが、圧下位置指令△Ｓrefに対する
圧下系の応答であることを認識する、つまり△Ｓref上
の特徴点ａやｂ等が、それぞれ△Ｓfb上の特徴点Ａ、Ｂ
に対応していることを認識することで可能となる。即ち
図３のフローチャートで示したように機械的処理形式で
表現すると、時系列データ入力部２０で認識すべき時系
列基準データｆ（ｔ）、対象データｇ（ｔ）をサンプリ
ングして次のパターン認識部２１に於て認識可能な形に
整える。ついでパターン認識部２１では、時系列データ
入力部２０によって得られたデータの時間的変化をパタ
ーンとして捉え、データの時間的変化の特徴を抽出す
る。比較部２２では、得られた特徴点を比較し、２つの
波形の一致部を見つけ、遅れ時間ｔd を算出する。

【００１１】このような遅れ時間ｔd の算出方法を実現
するために、本実施例では図１のパターン認識部１０
（図３のパターン認識部２１に相当）にニューラルネッ
トワークを用いる。ニューラルネットワークを用いる理
由は、ニューラルネットワークがパターン認識能力に優
れており、また図２で示した波形のように、雑音や波形
変形のあるデータに対しても正しい認識を行えるからで
ある。また、パターン認識を行う方法には、ニューラル
ネットワークの他に相関関数を用いる方法があるが、相
関関数はノイズなどの影響をキャンセルするには、問題
点で述べたように信号の何周期にもわたるデータが必要
になる。また、振幅のみを比較している為、限られた長
さでのデータでは、正しい認識がされない場合がある。
ところが今の場合は、板厚変動は〜２Ｈｚ程度であるこ
とと、２sec 程度の短い時間のデータを用いて遅れ時間
ｔd を求める必要があるので、相関関数の利用は適当で
なく、サンプル点内に数カ所の特徴があればパターンの
分類が可能になるニューラルネットワークが、本発明の
目的に適している。

【００１２】図４は本実施例で用いるニューラルネット
ワークの構成を示したもので、入力層４０、中間層４
１、出力層４２をもつ階層型のニューラルネットワーク
である。入力層４０及び中間層４１のユニット数は、入
力時系列データの周波数やサンプリング周期により変化
する必要があり、ここでは入力層ユニット総数をｎ、中
間層ユニット総数をｍとした。出力層のユニット数は１
で固定である。また説明の便宜上、入力層のユニットを
上から順にIu1,Iu2,・・・Iui,・・・とかく。

【００１３】図５は、図４で述べたニューラルネットワ
ークに入力する時系列データのサンプリング点について
示したものである。認識基準データｆ（ｔ）及び認識対
象データｇ（ｔ）は、それぞれ圧下位置指令△Ｓrefと
実圧下位置△Ｓfbを示す時系列データであり、学習及び
認識は、ｆ（ｔ）の任意のサンプリングスタート時点tt
およびｇ（ｔ）のサンプリングスタート時点tsから、そ
れぞれ△ｔのサンプリング周期でサンプリングしたｎ個
のデータにより行われる。

【００１４】図６は遅れ時間ｔd の算出方法を示すフロ
ーチャートである。ステップ６０１では、圧下位置指令
△Ｓref、即ち時系列データｆ（ｔ）のサンプリング点t
tから、△ｔのサンプリング周期でサンプリングしたｎ
個のデータを、図４で示したニューラルネットワークの
入力層４０のユニットIu1,Iu2 ・・・へ、サンプリング
の早い順に入力し、この時系列パターンをニューラルネ
ットワークに学習させる。ステップ６０２では、ステッ
プ６０１の学習を終わったニューラルネットワークに、
サンプリング点tsから、△ｔのサンプリング周期でサン
プリングしたｎ点のデータを入力し、この入力パターン
に対するニューラルネットワークの出力を計算し、結果
をＲ（ts）とする。これは圧下位置指令△Ｓrefと入力
された実圧下位置△Ｓfbの時系列データとがどの程度類
似しているかを示す類似度である。次のステップ６０３
では、予め定めた回数ｋの認識処理が終わったかを調
べ、まだであればステップ６０４でサンプリング開始点
をｔs＋△ｔとしてステップ６０２を繰り返し、この結
果を類似度Ｒ（ｔs＋△ｔ）とする。以下同様にして、
サンプリング開始点を△ｔづつ移してニューラルネット
ワーク処理を行い、所定の回数ｋが終わるとステップ６
０５へ移る。ステップ６０５では、ステップ６０２〜６
０４により得られたニューラルネットワークの出力Ｒ
（ｔs），・・・Ｒ（ｔs＋ｋ−１）を重み平均の係数と
して次式により遅れ時間ｔd を算出する。

【数２】

【００１５】図７は上記の処理によって得られるニュー
ラルネットワークの出力Ｒ（ｔ）を模式的に示したもの
である。図のように、実圧下位置△Ｓfbのサンプリング
開始点ｔs を変えたものを順次、圧下位置指令△Ｓref
を学習したニューラルネットワークに入力すると、その
出力Ｒ（ｔ）はサンプリング開始点のずらし量△ｔに対
し単一頂点を持つ山状になる。ニューラルネットワーク
の出力が最も大きくなる実圧下位置△Ｓfbが圧下位置指
令△Ｓrefと最も一致すると考えられるから、遅れ時間
ｔd はこのときのずらし時間に相当し、図７の例ではｔ
2 ＝２△ｔである。但しずらし時間は△ｔ間隔で離散的
にとっているから、さらに遅れ時間を正確に求めるため
に、ここでは（数２）に示したように、ニューラルネッ
トワークの出力により重み平均をとっている。

【００１６】以上の方法により、図１の自動位相調整部
１２にて求められた遅れ時間ｔd は、ＦＦＡＧＣの出力
タイミング調整時間とし、ＦＦＡＧＣ演算部９へ入力さ
れる。ＦＦＡＧＣ演算部９においては、遅れ時間ｔdだ
け先行するような圧下位置制御装置７への圧下位置指令
△Ｓrefを作成し、予測圧下位置制御を行う。

【００１７】本実施例によれば、ニューラルネットワー
クの処理は入力サンプリング数が少なくても入力時系列
データの特徴を抽出して比較できるので、圧延状態の変
化に対応できる時間内で遅れ時間ｔd を算出でき、この
遅れ時間だけ先行するように制御を行うことにより、予
測圧下位置制御の精度を大幅に改善できる。また、図８
に示したように、入力データにノイズや波形歪が加わっ
ている場合でも、ニューラルネットワーク出力は大きな
影響を受けないことが実験的に確かめられた。従って、
ノイズなどの存在下でも良好なＦＦＡＧＣ制御が行え
る。

【００１８】なお、本実施例においては、予測圧下位置
制御の操作を圧下位置制御装置に対して行い、ロールギ
ャップを制御するものとしたが、これを張力に対して行
い、張力制御装置への指令及び張力フィードバックをニ
ューラルネットワークへの教師信号及び入力時系列デー
タとして用いても同様の効果がある。

【００１９】図９は本発明の別の実施例を示すもので、
サイジングプレスの揺動電動機の制御に用いる場合であ
る。サイジングプレスは、図９に示すように、圧延材を
金型１０１を用いてプレスし、板幅を制御する。この
際、被圧延材１０３は、圧延方向１０４に進んでいるた
め、プレス用の金形も圧延方向に駆動される。このた
め、揺動制御揺電動機１０２は、圧延速度と同一の一定
速度で制御される必要がある。ここでサイジング制御
は、プレス動作を繰り返し行うため、揺動電動機にかか
る負荷やモーメントはプレスのたびに変動する。このた
め揺動電動機の制御では、この外乱を制御し、電動機の
速度制御を行う必要がある。揺動電動機の制御として機
械系の物理現象式からトルク外乱を導き、外乱の補償量
としてフィードフォワード的に電動機の指令に加算する
フィードフォワード制御が提案されているが、このよう
な場合のフィードフォワード制御においても、先の板厚
のフィードフォワード制御と同様に、出力タイミングが
制御精度に大きく影響してくる。そのため、トルク指令
とトルクフィードバックからニューラルネットワークを
用いて電動機と機械系の遅れ時間を推定し、フィードフ
ォワード制御の制御タイミングを調整することで、制御
精度の向上を図ることが可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、熟練したオペレータに
頼ることなく、制御指令とその出力の位相差を検出で
き、最適な操作出力タイミングを決定できる。これによ
り、操作出力タイミングの自動調整が可能となり、制御
対象や操作機の状態によらず精度のよいフィードフォワ
ード制御が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の板厚制御方法の一実施例を示すブロッ
ク図である。

【図２】圧下位置指令△Ｓrefと実圧下位置△Ｓfbの時
間変化例を示す図である。

【図３】人手による遅れ時間算出手順を示す図である。

【図４】図１の実施例で用いるニューラルネットワーク
の構成を示す図である。

【図５】時系列データのサンプリング点の説明図であ
る。

【図６】ニューラルネットワークによる遅れ時間算出の
フローチャートである。

【図７】サンプリング点をずらしたときのニューラルネ
ットワーク出力の変化例を示す図である。

【図８】ノイズや波形歪を持つデータの一例を示す図で
ある。

【図９】本発明の方法をサイジングプレス揺動電動機制
御へ用いた実施例の説明図である。

【符号の説明】

４ 入側板厚計 ６ 回転速度計 ７ 圧下位置制御装置 ９ ＦＦＡＧＣ演算部 １０ パターン認識部 １１ 位相ずれ時間演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 裕 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 中島 正明 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 岡田 隆 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 片山 恭紀 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立情報制御システム内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象の状態量を検出し、その検出値
   に応じて制御対象に作用する作用手段に制御信号を与え
   て上記制御対象の状態量がその目標値となるように制御
   する自動制御方法に於て、上記状態量の検出値を示す時
   系列データを入力として上記状態量の特徴を所定の時間
   毎に学習するニューラルネットワークを設け、上記作用
   手段から制御対象へ加えられる作用出力の時間変化を示
   す時系列データを上記ニューラルネットワークへ入力す
   ることによって、上記作用出力の時間変化の特徴と上記
   制御信号の時間変化の特徴との間のずれ時間を検出し、
   上記状態量の検出値に応じた上記作用手段からの作用出
   力のタイミングを、上記検出したずれ時間だけ先行させ
   ることを特徴とする自動制御方法。
2. 【請求項２】 圧延機入側の被圧延材の板厚を検出し、
   その検出値に応じて被圧延材に作用する操作機に制御信
   号を与えて上記板厚がその目標値となるように制御する
   板厚制御方法に於て、所定の時間毎に上記操作機に入力
   される制御信号の時間変化の特徴を学習するニューラル
   ネットワークを設け、上記操作機の被圧延材への作用出
   力の検出値を上記ニューラルネットワークへ入力するこ
   とによって上記作用出力の時間変化の特徴と上記制御信
   号の時間変化の特徴との間のずれ時間を検出し、上記検
   出した板厚に応じた作用出力を上記検出したずれ時間だ
   け先行させて上記操作機へ加えるようにしたことを特徴
   とする板厚制御方法。
3. 【請求項３】 前記板厚出力を表す所定長の時系列デー
   タであってその開始時点が異なる複数の時系列データを
   前記ニューラルネットワークへ入力し、該ニューラルネ
   ットワークから出力されるところの前記制御信号と上記
   時系列データの各々との一致の程度を示す出力信号か
   ら、上記一致の程度の一番大きい時系列データを選択
   し、該選択した時系列データの開始時点から前記ずれ時
   間を検出することを特徴とする請求項２記載の板厚制御
   方法。
4. 【請求項４】 前記板厚出力を表す所定長の時系列デー
   タであってその開始時点が異なる複数の時系列データを
   前記ニューラルネットワークへ入力し、該ニューラルネ
   ットワークから出力されるところの前記制御信号と上記
   時系列データの各々との一致の程度を示す出力信号を求
   め、該出力信号の各々を重み係数として各出力信号対応
   の時系列データの開始時点の重み付き平均値を求め、該
   平均値から前記ずれ時間を検出することを特徴とする請
   求項２記載の板厚制御方法。
5. 【請求項５】 前記操作機は圧延ローラの圧下量を操作
   する圧下位置制御装置であることを特徴とする請求項２
   ないし４の内の１つに記載の板厚制御方法。
6. 【請求項６】 前記操作機は被圧延材の圧延方向の張力
   を制御する張力制御装置であることを特徴とする請求項
   ２ないし４の内の１つに記載の板厚制御方法。
7. 【請求項７】 上記制御対象はサンジングプレスの搖動
   制御用電動機とする請求項１の自動制御方法。
8. 【請求項８】 制御対象の状態量を検出し、その検出値
   に応じて制御対象に作用する作用手段に制御信号を与え
   て上記制御対象の状態量がその目標値となるように制御
   する自動制御装置に於て、上記作用手段から制御対象へ
   加えられる作用出力の時間変化を示す時系列データを入
   力することによって、上記作用出力の時間変化の特徴と
   上記制御信号の時間変化の特徴との間のずれ時間を検出
   するニューラルネットワークと、上記状態量の検出値に
   応じた上記作用手段からの作用出力のタイミングを、上
   記検出したずれ時間だけ先行させる手段と、より成る自
   動制御装置。
9. 【請求項９】 圧延機入側の被圧延材の板厚を検出し、
   その検出値に応じて被圧延材に作用する操作機に制御信
   号を与えて上記板厚がその目標値となるように制御する
   板厚制御装置に於て、上記操作機の被圧延材への作用出
   力の検出値を入力することによって上記作用出力の時間
   変化の特徴と上記制御信号の時間変化の特徴との間のず
   れ時間を検出するニューラルネットワークと、上記検出
   した板厚に応じた作用出力を上記検出したずれ時間だけ
   先行させて上記操作機へ加える手段と、より成る板厚制
   御装置。