JPH06339718A - 連続熱間圧延機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度の高い圧延材を実現する圧延機である。 【構成】 動特性を考慮したプロセスモデルを用いて板
厚、板幅、張力およびルーパの相互干渉を小さく抑え、
リカッチ方程式を数値的に解くことなく高精度の制御特
性を実現するとともにゲインテーブルを用いることを最
小限に抑えるようにした連続熱間圧延機の制御装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続熱間圧延機の制御
装置に係り、特に、タンデム圧延機における圧延材の板
厚、板幅および張力を制御するようにした連続熱間圧延
機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に圧延機には圧延材の自動板厚制御
（以下「ＡＧＣ」という）、自動板幅制御（以下「ＡＷ
Ｃ」という）が行われ、これらの制御により重要な品質
の１つである圧延材の板厚、板幅が希望する値になるよ
うにしている。このＡＧＣにはゲージメーターＡＧＣ、
ＭＭＣＡＧＣ（Ｍill Ｍodulus Ｃontrol）、Ｘ線モニ
タＡＧＣ等があり、また、ＡＷＣには粗圧延機ではエッ
ジャーＡＷＣ、仕上圧延機では張力ＡＷＣ等がある。

【０００３】これら圧延機の制御では圧延中に圧延材に
かかる張力が板厚、板幅に影響するため、板厚制御、板
幅制御とともに張力制御も行われている。ところが、熱
間圧延機では圧延材が加熱処理されているため圧延材の
変形抵抗が小さくなっており大きな張力に対しては破断
を起こし易くなっている。そこで熱間圧延機には各スタ
ンド間にルーパが設けられ、圧延中の圧延材が最適な張
力になるようにするとともに通板性を良くするようにし
ている。

【０００４】この熱間圧延機では圧延材の板厚制御はス
タンドのロールギャップ開度を調整することにより行わ
れる。この調整はスタンド間の張力、ルーパの高さを変
動させ、板幅を変動させ、圧延材の板厚をも変動させ
る。そのため、熱間圧延機では板厚、板幅、張力等が相
互に影響しあう干渉系となっている。従来、熱間圧延機
では、これらの干渉を抑えることなくそれぞれ独立にＰ
Ｉ制御する制御法と、板厚と板幅については干渉を抑え
ないで張力とルーパの高さについて相互の干渉を抑える
制御法等が使用されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ゲージメー
タＡＧＣでは板厚に影響する圧延材の張力の値を考慮し
ないでロールギャップを独立に制御するため、その操作
量が過大になり、板幅、張力へ大きな悪影響を及ぼすこ
とがあった。また、ルーパ等による張力制御を行った場
合にも、張力制御の操作量に関係する圧延機駆動主電動
機の速度変更量が過大になると言う問題があった。

【０００６】これらの干渉を防止するため、板厚、スタ
ンド間張力、ルーパの角度を協調して制御させ、２次形
式の評価関数を用いて制御ゲインを決定するいわゆるＬ
Ｑ制御（Ｌinear Ｑuadratic Ｃontrol）が採用され
るようになってきた（例えば特開平２ー２１１９０６号
公報「熱間連続圧延機の制御方法」）。

【０００７】このＬＱ制御は、式（１）に示した評価関
数Ｊの重み行列Ｑ、Ｒを制御系全体の応答を試行錯誤し
ながら見つけ、実現する制御ゲインを決定するのが一般
的である。すなわち、

【０００８】

【数１】 ここで、 ｙ ： 制御対象プロセスの状態量あるいは出力、 Ｗ ： コントローラが制御対象プロセスに与える操作
量、 ｙ^T ： ｙの転置、 Ｗ^T ： Ｗの転置、 である。

【０００９】このＬＱ制御では試行錯誤を繰り返すた
め、重み行列Ｑ，Ｒと実際のプロセスとの応答との因果
関係が見出し難く、かつ、制御系の設計やプラントの調
整に多くの時間が必要になると言う問題があった。特
に、スタンド間の移送遅れを１次遅れに近似し、板厚、
張力、ルーパの高さ等を状態量として考慮するため、対
象プロセスを表現する状態方程式が非常に高次なものと
なる。そのため、Ｑ、Ｒの調整が非常に難しくなる。

【００１０】また、スタンド間の移送遅れは本来無駄時
間要素として表され、１次遅れに近似しているためモデ
ルの精度が劣る。さらに、このＬＱ制御では解析的に解
けないリカッチ方程式を数値的に解く必要があり、変数
を含んだ最適制御ゲインの一般式を求められない不便が
ある等の問題があった。なお、一般式を求めないでゲイ
ンテーブルを利用する方法では、あらかじめ圧延材の性
質や圧延条件にあわせた制御ゲインを求める。このよう
な制御ゲインを多数集めゲインテーブルを作成する。こ
のゲインテーブルから必要な制御ゲインが選択され圧延
制御に使用される。

【００１１】この方法ではゲインテーブルの値の決定と
その維持・管理に多くの手間と時間がかかるばかりかす
べての場合を想定して制御ゲインが決定できない。した
がって、想定できない圧延条件等ではこれに類似する制
御ゲインを決定し近似した値により制御するので制御性
能が劣ると言う問題があった。

【００１２】一方、板厚と板幅の干渉を抑える方法とし
ては、板厚プロセス、板幅プロセスの動特性を考慮せず
影響係数のみによって各種制御量を算出している（例え
ば特公昭５９ー２１２４２号公報「熱間連続圧延設備に
おける圧延材の板幅制御方法」）。

【００１３】そのため、この方法では操作端の時間遅
れ、プロセスの時間遅れの影響を補償することができな
いと言う問題があった。本発明連続熱間圧延機の制御装
置は上記問題点を解決するためになされたものであっ
て、動特性を考慮したプロセスモデルを用いた板厚、板
幅、張力およびルーパの高さの相互干渉を小さく抑え、
リカッチ方程式を数値的に解くことなく高精度の制御特
性を実現するとともにゲインテーブルを用いることを最
小限に抑える連続熱間圧延機の制御装置を提供するもの
である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明連続熱間圧延機の
制御装置は、複数のスタンドに対応してそれぞれ圧延機
駆動主電動機の速度を制御する主機制御装置と、前記複
数のスタンドのロールギャップを制御する圧下制御装置
と、圧延材の板厚と張力とを主機制御装置と圧下制御装
置によって制御し、また、張力によって圧延材の板幅を
制御する制御装置とを有する連続熱間圧延機の制御装置
であって、この制御装置には設定手段、板幅制御手段お
よび板厚・張力制御手段を備え、設定手段は板幅制御手
段にプロセスモデルを実現する変数値、板厚と張力の応
答を指定する変数、板厚と張力の応答を調整する変数を
設定し、また、設定手段は板厚・張力制御手段に板幅モ
デルを実現する変数と板幅制御ゲインを設定し、板幅制
御手段は板幅検出器の検出値、前記プロセスモデルの変
数値、板厚と張力の応答を指定する変数、板厚と張力の
応答を調整する変数等を演算し、板厚・張力制御手段に
張力指令値を設定し、板厚・張力制御手段は圧延材の板
厚と張力の干渉系をモデル化し、板厚と張力との相互干
渉を小さく抑えながら板厚を板厚目標値に、張力を張力
目標値に追随させる主機制御装置に対する主機速度指令
値および圧下制御装置に対するロールギャップ開度指令
値をそれぞれ演算するようにしたことを特徴とする連続
熱間圧延機の制御装置を提供するものである。

【００１５】また、前記板厚・張力制御手段には設定手
段により設定されたプロセスモデルを表現する変数、板
厚および張力の応答を指定する変数ならびに板厚および
張力の応答を調整する変数を演算し板厚・張力制御ゲイ
ンを求める板厚・張力制御ゲイン演算手段と、この板厚
・張力制御ゲイン演算手段により演算された板厚・張力
制御ゲインを用いて主電動機速度指令値およびロールギ
ャップ開度指令値を演算する板厚・張力制御手段とを備
えたことを特徴とする連続熱間圧延機の制御装置を提供
するものである。

【００１６】さらに、前記板幅制御手段には設定手段に
より設定された板幅制御ゲインを用いて板幅を板幅目標
値に追随させるような張力目標値変更分を演算する板幅
フィードバック制御手段と、設定手段により設定された
板幅制御ゲインおよび板幅モデルを用いて板幅変動を予
測してその変動分を小さくするような張力目標値変更分
を演算する板幅フィードフォワード制御手段とを備え張
力目標変更分の設定を行うようにしたことを特徴とする
連続熱間圧延機の制御装置を提供するものである。さら
にまた、複数のスタンド間にはルーパを備え、このルー
パの高さを独立したルーパの高さ目標値に追随させるよ
うにルーパ駆動電動機の速度を制御するルーパ電動機速
度制御装置を備えたことを特徴とする連続熱間圧延機の
制御装置を提供するものである。

【００１７】

【作用】本発明は圧延材の板厚および張力の干渉系をモ
デル化したプロセスモデルを用いる。このプロセスモデ
ルを表現する変数値、板厚と張力の指定応答を表す変数
値、板厚と張力の応答を調整するための変数値をそれぞ
れ演算して制御ゲインを求める。

【００１８】この制御ゲインを用いて板厚と張力との相
互干渉を小さく抑えながら、板厚を板厚目標値に、張力
を張力目標値にそれぞれ追随させるようなロールギャッ
プ開度の指令値と圧延機駆動主電動機の速度指令値とを
求める。

【００１９】このようにすることにより圧延材の板厚と
張力の制御に対してロールギャップ開度と圧延機駆動主
電動機の速度とが協調して働き圧延材の板厚および張力
を最適に制御する。

【００２０】この方法によれば、圧延材の板厚の状態や
操業状態の変化に対してリカッチ方程式を数値的に解い
たり、制御ゲインテーブルをも用いる必要はなくなる。

【００２１】また、板厚と張力との相互干渉を小さく抑
えたから、板幅制御の制御量に対し張力が変化しても板
厚への影響は小さくなる。

【００２２】また、逆に、張力変動の要因となる板厚制
御のためロールギャップ開度の変更を行っても張力の変
化が小さく抑えられるため、板幅への影響を小さく抑え
ることができる。このため、板厚と板幅との相互干渉を
小さくすることができる。

【００２３】さらに、ルーパの高さを一定に保つ制御を
行うため、ルーパの高さが安定し、ルーパの高さから張
力への干渉が無視でき板厚と張力の干渉系を表すモデル
の次数が小さくなり、これによりモデルの精度を維持す
ることができる。

【００２４】

【実施例】以下に本発明連続熱間圧延機の制御装置の一
実施例を添付図面により説明する。図１はタンデム型の
連続熱間圧延機の概要を示すブロック図である。この連
続熱間圧延機には第１スタンド１０_i 、第２スタンド１
０_i+1 …が備えられている。これらの第１スタンド１０
_i 、第２スタンド１０_i+1 …は、通常、５〜７個のスタ
ンドが備えられるが本発明では説明を簡単にするため第
１スタンド１０_i と第２スタンド１０_i+1 の２個のスタ
ンドを備えた場合について説明をする。

【００２５】これらの第１スタンド１０_i 、第２スタン
ド１０_i+1 にはワークロール１１、１１とバックアップ
ロール１２、１２が備えられ、このワークロール１１、
１１の間には圧延材１３が挿入される。このワークロー
ル１１、１１には駆動軸を介して圧延機駆動主電動機
（以下「主機」と言う）１４が連結され、これを所定の
速度で駆動する。この主機１４には主機速度検出器１５
が取り付けられこの速度を検出する。この主機速度検出
器１５には主機速度制御装置１６が接続され主機１４の
フィードバックド制御を行う。このような主機、主機速
度検出器、主機速度制御装置等はスタンド１０_i+1 にも
備えられているが説明を簡単にするため省略する。

【００２６】また、これらの第１スタンド１０_i 、第２
スタンド１０_i+1 には圧下制御装置１７_i 、１７_i+1 が
備えられワークロール１１、１１、バックアップロール
１２、１２を圧下制御しロールギャップを調節する。第
１スタンド１０_i と第２スタンド１０_i+1 との間にはル
ーパ１８_i が配置され圧延材１３の張力が調節される。

【００２７】このルーパ１８_i には圧延材１３の下端部
に接触するルーパロール１９が備えられ、これがルーパ
駆動電動機（以下「ルーパ電動機」と言う）２０により
回転しながら角度調整を行う。このルーパ電動機２０に
はルーパ速度検出器２１が設けられルーパ電動機２０の
速度を検出するようになっている。このルーパ速度検出
器２１にはルーパ電動機速度制御装置２２が接続されル
ーパ電動機２０をフィードバック制御するようになって
いる。

【００２８】ルーパ１８_i にはルーパ角度検出器２３が
備えられルーパロール１９の角度が検出されるようにな
っている。このルーパ角度検出器２３にはルーパ位置制
御装置２４が接続されルーパロール１９の角度、位置等
の演算するようになっている。このルーパ位置制御装置
２４にはルーパ電動機速度制御装置２２が接続されルー
パ電動機２０をフィードバック制御しルーパロール１９
の角度、位置、速度等が制御するようになっている。

【００２９】第１スタンド１０_i には設定手段３１、板
厚・張力制御演算手段３２および板幅制御手段３３が備
えられ、圧延材１３の板厚ｈ、板幅ｂおよび張力ｔの設
定、制御を行うようになっている。

【００３０】設定手段３１には板厚・張力制御演算手段
３２が接続され、これに圧延材１３の板厚および張力の
干渉系をモデル化したプロセスモデルを表現する変数
値、板厚および張力の指定応答を表す変数値ならびに板
厚および張力の応答を調節する変数値を設定するように
なっている。

【００３１】また、設定手段３１には板幅制御手段３３
が接続され、これに板幅フィードバック制御ゲイン値、
板幅フィードフォワード制御ゲイン値ならびに板幅モデ
ル値を設定するようになっている。

【００３２】板厚・張力制御演算手段３２には図２に示
すような板厚・張力制御演算手段３４、板厚・張力制御
ゲイン演算手段３５が備えられている。この板厚・張力
制御ゲイン演算手段３５には設定手段３１により設定さ
れたプロセスモデルを実現する変数値等を取り込み、所
定の制御ゲイン式に代入して制御ゲイン値を求めるよう
になっている。この制御ゲイン値は板厚・張力制御演算
手段３４に送られ、これを設定するようになっている。

【００３３】板厚・張力制御演算手段３４には板厚・張
力制御ゲイン演算手段３５により設定される制御ゲイン
を用い張力検出器３６_i からの張力ｔ_fi、第２スタンド
１０_i+１の出側板厚計３７_i+1 からの板厚ｈ_i+1 および
設定手段３１からの張力目標値ｔ_fiREF 、板厚目標値ｈ
_i+1REFを受け、主機１４の速度指令値△Ｖ_RiREFおよび
圧下制御装置１７_i+1 のロールギャップ開度指令値△Ｓ
_oi+1REF を演算する。この速度指令値△Ｖ_RiREF が主機
速度制御装置１６に送られ主電動機１４を制御し、ま
た、ロールギャップ開度指令値△Ｓ_oi+1REF が圧下制御
装置１７_i+1に送られロールギャップ開度を制御する。

【００３４】板幅制御手段３３には図３に示すような板
幅フィードバック制御手段３８と板幅フィードフォワー
ド制御手段３９が備えられている。この板幅フィードバ
ック制御手段３８には図４に示すように積分要素４１と
１次遅れ要素４２とから構成され、設定手段３１によっ
て設定された板幅制御ゲインを用いて第２スタンド１０
_i+1 の出側板幅ｂ_i+1 をその板幅目標値ｂ_i+1REFに一致
させるようなフィードバック制御に行い張力目標値変化
分△ｔ_fwBiを演算する。

【００３５】また、板幅フィードフォワード制御手段３
９には図５に示すように遅延要素４３、第２スタンド板
幅モデル要素４４、加算要素４５、板幅制御ゲイン要素
４６から構成されている。この板幅フィードフォワード
制御手段３９では第１スタンド１０_i の出側板幅計４０
_i により検出した板幅ｂ_i を第２スタンド１０_i+1 まで
の距離による移送遅れＬ_a を考慮しつつ遅延要素４３に
より移送時間を遅延させる。

【００３６】この移送遅れＬ_a の板幅ｂ_i を設定手段３
１によって設定した板幅モデルを用いて第２スタンド板
幅モデル要素４４により第２スタンド１０_i+1 の出側の
板幅ｂ_i+1 ^＊を予測する。

【００３７】この板幅ｂ_i+1 ^＊の予測値は、設定手段３
１によって設定した板幅制御ゲインＫ_F を受ける板幅制
御ゲイン要素４６により板幅目標値ｂ_i+1REFとの偏差を
小さくする張力目標値変化分△ｔ_fwFiを演算する。

【００３８】この板幅フィードバック制御手段３８の張
力目標値変化分△ｔ_fwBiと板幅フィードフォワード制御
手段３９の張力目標値変化分△ｔ_fwFiとが加算要素４７
により加算され、板幅制御による張力目標値変更分△ｔ
_fwi を演算する。

【００３９】なお、板幅モデルはいろいろな圧延条件に
対応するために板幅モデルテーブルを持ち、圧延条件に
応じて設定手段３１から板幅モデルが選択される。

【００４０】図６は圧延機全体の制御系がブロック的に
示されている。この制御系には板厚・張力制御演算手段
３４の積分制御要素５１、５２、５３、５４、フィード
バック制御要素５５、５６、５７、５８、板厚制御系応
答の調整係数要素５９、張力制御系応答の調整係数要素
６０がある。

【００４１】また、この制御系には板厚・張力制御系の
制御対象プロセスがある。この制御対象プロセスには圧
下制御装置１７_i 、１７ｈ_i+1 の応答の時定数Ｔ_GPC の
１次遅れ要素６１、主機１４、主機速度検出器１５と主
機速度制御装置１６の応答の時定数Ｔ_v の１次遅れ要素
６２、圧延現象の影響係数要素６３、６４、６５、６
６、６７、主機速度から圧延材料１３の出側速度△Ｖ_ｉ
までの影響係数要素６８、張力発生プロセスにおける張
力発生ゲイン用の積分要素６９等がある。

【００４２】ここで 影響係数要素６３： ロールギャップ開度△Ｓ_oi+iから
板厚△ｈ_i+1 までの影響係数Ｇ_p1、 影響係数要素６４： 張力△ｔ_fiから板厚△ｈ_i+1 まで
の影響係数Ｇ_p2、 影響係数要素６５： 張力△ｔ_fiから圧延材１３の入側
速度△ｖ_i+1 までの影響係数Ｇ_p3、 影響係数要素６６： ロールギャップ開度△Ｓ_oi+iから
圧延材１３の入側速度△Ｖ_i+1 までの影響係数Ｇ_p4、 影響係数要素６７： 張力△ｔ_fiから圧延材１３の出側
速度△ｖ_ｉまでの影響係数Ｇ_p5、 である。

【００４３】この制御系における１次遅れ要素６１、６
２、影響係数要素６３、６４、６５、６６、６７、６８
までを制御対象プロセスモデルを状態方程式で表すと
（２）、（３）式のようになる。なお、状態方程式によ
って表す場合には線形表現にする必要があるため微小変
化分には△という記号を用いて記述する。

【００４４】

【数２】

【００４５】

【数３】 なお、上記式において記号の上の「・」は、時間ｔによ
る微分を表す。

【００４６】例えば、

【００４７】

【数４】 である。

【００４８】また、（２）、（３）式において、 Ｅ ： 圧延材のヤング率、 Ｌ ： スタンド間の距離、 ｔ_f ： 前方張力、 Ｖ_R ： 主機速度、 α ： 主機速度から圧延材料速度への影響係数、 Ｔ_gpc ： 圧下制御装置の位置制御時定数、 Ｔ_ｖ ： 主電動機速度制御系時定数、 である。

【００４９】また、この制御系における積分制御要素５
１、５２、５３、５４、フィードバック制御要素５５、
５６、５７、５８、調整係数要素５９、６０の制御ゲイ
ンの決定方法について説明する。

【００５０】基本的にはＩＬＱ（Ｉnverse Ｌinear Ｑ
uadratic）法を用いて決定する。ＩＬＱ法とはＬＱ制御
問題を逆問題の観点から解いたものである（藤井隆雄、
下村卓共著「ＩＬＱ最適サーボ系設計法の一般化」「シ
ステム制御情報学会論文、Ｖｏｌ，１，ＮＯ，６，１９
８８」を参照）。

【００５１】上記（２）、（３）式を用いた制御対象プ
ロセスのモデルを用いて圧延材１３の厚ｈ_i+1 と張力ｔ
_f を非干渉化することを前提にして積分制御要素５１、
５２、５３、５４、フィードバック制御要素５５、５
６、５７、５８の制御ゲインを次のように数式で表すこ
とができる。

【００５２】 積分制御要素５１の制御ゲインＫ_Io11＝Ｔ_HPC ・ω_GC／Ｇ_P1 … （４） 積分制御要素５２の制御ゲインＫ_Io21＝Ｔ_v ・ω_GC・Ｇ_P4／（Ｇ_p1・α） … （５） 積分制御要素５３の制御ゲインＫ_Io12＝０ … （６） 積分制御要素５４の制御ゲインＫ_Io22＝−４・Ｌ・ω_TC ² ・Ｔ_v /(α・Ｅ） …（７） フィードバック制御要素５５の制御ゲインＫ_Fo11＝Ｔ_HPC …（８） フィードバック制御要素５６の制御ゲインＫ_FO12＝Ｔ_HPC ・Ｇ_P2／Ｇ_P1 ^…（９） フィードバック制御要素５７の制御ゲインＫ_FO21＝Ｔ_v ｛Ｅ（Ｇ_P5・Ｇ_P1− Ｇ_P1・Ｇ_P3＋Ｇ_P2・Ｇ_P4）−４Ｇ_P1・Ｌ・ω_TC｝／（α・Ｇ_P1・Ｅ） ^{…（１０）} フィードバック制御要素５８の制御ゲインＫ_Fo22＝Ｔ_v …（１１） ここで ω_GC：板厚制御系の指定応答の交差角周波数（rad/s)、 ω_TC：張力制御系の指定応答の交差角周波数（rad/s)、 である。

【００５３】調整係数要素５９のσ₁ は板厚制御系の応
答が所望の応答になるように、また、調整係数要素６０
のσ₂ は張力制御系の応答が所望の応答になるようにそ
れぞれ決められる。

【００５４】一般にσ₁ 、σ₂ を大きな値に設定すると
速い応答が得られるが操作量であるロールギャップ開度
指令値、主機速度指令値が大きくなるのであまり大きな
値は実現できないことになる。

【００５５】また、Ｔ_HPC 、Ｔ_v 、Ｅ、Ｌ、α、Ｇ_P1、
Ｇ_P2、Ｇ_P3、Ｇ_P4、Ｇ_P5はプロセスモデルを表現する変
数、ω_GC、ω_TCは板厚と張力の応答を指定する変数、σ
₁ 、σ₂ は板厚と張力との応答を調整する変数、であ
る。

【００５６】これらがそれぞれ設定手段３１から板厚・
張力制御ゲイン演算手段３５に設定される。

【００５７】この板厚・張力制御ゲイン演算手段３５
は、これら設定値を式（４）乃至式（１１）に代入し各
積分制御要素５１乃至５８の制御ゲインが演算され、σ
₁ 、σ₂ と合わせた数値として板厚・張力制御演算手段
３４に渡す。

【００５８】また、影響要素７０は張力ｔ_fiから板幅ｂ
_i+1 へのプロセスを表す影響係数である。この影響係数
は次のように表わされる。

【００５９】

【数５】 板厚制御手段３３は板厚制御系と張力制御系とが非干渉
化されており、張力制御系を独立した１入力１出力系と
考えることができる。このため張力目標値変更分△ｔ
_fwBiから板幅ｂ_i+1 までのプロセスを板幅制御ゲイン要
素４６により表すことができる。この板幅制御ゲイン要
素４６においてＫ_bi+1は張力目標値変更分△ｔ_fwBiから
板幅ｂ_i+1 までの影響係数であって、張力ｔ_fiから板幅
ｂ_i+1 へのプロセスを表す影響要素７０の影響係数に等
しくなる。この影響係数は下記の値である。

【００６０】

【数６】 Ｔ_bi+1は応答時定数であって、張力制御系の応答時定数
にほぼ等しくなる。なお、板幅ｂ_i+1 の変化はロールバ
イト内で発生し、スタンド間では板幅変化は起こらない
とした仮定したモデルを用いることとする。

【００６１】一般に制御対象が図４に示すように１次遅
れ要素４２で表されると、コントローラの１つの実現手
段として積分ゲインＫ_Ii+1を有する積分要素４１（１／
ｓ：ｓはラプラス演算子）により構成される。

【００６２】図７は縦軸をゲイン（ｄｂ）、横軸を角周
波数（rad/s ）で表したボード線図によって積分ゲイン
Ｋ_I の決定方法の一例を示したものである。この図では
制御対象の周波数応答を破線で示した達成したい応答
（ここでは板幅制御系の交差角周波数をω_bcとしてい
る）にするように簡単に決めることができる。

【００６３】板厚制御手段３３の板幅フィードフォワー
ド制御手段３９では遅延要素４３により圧延材１３がス
タンド１０_i からスタンド１０_i+1 までの移送時間分Ｌ
_a だけ遅延させられる。このスタンド１０_i とスタンド
１０_i+1 との間では板幅ｂ₁が変化しないとの仮定に基
づいたスタンド１０_i+1 の板幅モデルを用いてスタンド
１０_i+1 の圧延後の板幅ｂ_i+1*を計算する。スタンド１
０_i+1 の板幅ｂ_i+1 と圧延後の板幅ｂ_i+1*をとの偏差に
板幅制御ゲインＫ_F を乗じて張力目標値変更分△ｔ_fwBi
が計算される。

【００６４】なお、板幅モデル、板幅制御ゲインは設定
手段３１によって設定される。板幅モデルはいろいろな
圧延条件に対応するための板幅モデルのテーブルを持ち
圧延条件に応じて板幅モデルを選択する必要がある。

【００６５】上述のように板厚と板幅の制御においては
動特性を考慮したプロセスのモデルを用いて板厚と張力
との干渉を小さく抑えながら板厚を板厚目標値に、張力
を張力板目標値に追随させるように制御することができ
る。また、制御ゲインがプロセスモデル等の変数を数式
で含んだ形で表されるため、最適制御と同等の制御を得
ながらリカッチ方程式を数値的に解く必要はなく、ま
た、ゲインテーブルも持つ必要はない。

【００６６】ルーパにおいてはルーパ角度を一定とする
制御を行うため、張力とルーパとの干渉をほとんどなく
すことができ、このためルーパ系のモデルを考慮する必
要がなく、板厚と張力のプロセスモデルはその分簡単化
され、板厚・張力の制御ゲインが簡単になり、また、プ
ロセスモデルの維持・管理が容易になると言うメリット
がある。

【００６７】板幅制御においては操作量である張力を変
化させるため従来からの方程式では、板厚、ルーパにも
変動を与えることになるが、上記のようにこの発明を用
いると張力から板厚、ルーパへの干渉はほとんどなくな
る。

【００６８】また、板幅フィードバック制御によりスタ
ンド１０_i+1 の板幅ｂ_i をその板幅目標値に追随させる
と同時にスタンド１０_i の以前で生じた板幅変動を検出
してスタンド１０_i+1 の板幅変動を予測し板幅フィード
フォワード制御で補償することにより、板幅変動を小さ
く抑えることができる。

【００６９】上記の制御により板厚、板幅、張力、ルー
パのそれぞれの干渉を小さく抑えながら、それぞれの目
標値に高精度に追随する制御特性を得ることができ、ま
た、制御装置の維持、管理の手間も少なくて済む。

【００７０】なお、上記実施例では各スタンド１０_i 、
１０_i+1 …間の板厚計、板幅検出器、張力検出器が設置
されている場合について説明したが、板厚、板幅、張力
を以下の方法で推定して用いることも可能である。

【００７１】なお、上位実施例では各スタンド１０_i 、
１０_i+1 …の間に板厚計、板幅検出器、張力検出器が設
置されている場合について説明したが、板厚、板幅、張
力をゲージメータ式等により計算することもできる。例
えば、板厚ｈ_i の推定を式（１２）のゲージメータ式に
より計算することができる。

【００７２】 ｈ_i ＝Ｓ_oi＋Ｐ_i ／Ｍ_i （ｉは１〜７程度の範囲である） … （１２） ここで、 ｈ_i ：出側板厚（mm）、 Ｓ_oi：ロールギャップ開度設定値（mm）、 Ｐ_i ：圧延荷重（ton)、 Ｍ_i ：ミル定数（ton/mm） である。

【００７３】圧延荷重Ｐ_i はほとんど圧延機に設置され
ているロードセル（図示せず）により検出され、ミル定
数Ｍ_i はあらかじめ測定することができる。

【００７４】また、中間スタンドに板厚計が設置されて
いる場合にはその板厚計による検出値をスタンド間の移
送時間分遅延させ、マスフローの一定則による演算で下
流側スタンドの板厚を計算することができる。

【００７５】例えば、第５スタンド１０₅ の出側に板厚
計が設置されている場合には、第６スタンド１０₆ の出
側の板厚は式（１３）により計算される。

【００７６】

【数７】 ここで、 Ｖ₆ ： 第６スタンド１０₆ の入側材料速度（mm／
ｓ）、 Ｂ₆ ： 第６スタンド１０₆ の入側板幅（mm）、 ｖ₆ ： 第６スタンド１０₆ の出側材料速度（mm／
ｓ）、 ｂ₆ ： 第６スタンド１０₆ の出側板幅（mm）、 ｈ₅ ： 第５スタンド１０₅ の出側板厚検出値（m
m）、 ｈ₆ ： 第６スタンド１０₆ の出側板厚（mm）、 Ｌ ： 第５スタンド１０₅ の出側の板厚計から第６
スタンド１０₆ までの圧延材料移送時間（ｓ）、 Ｓ ： ラプラス演算子、 ｅ^-LS ： むだ時間、 である。

【００７７】板幅ｂがほぼ一定に制御されているとすれ
ば、 Ｂ₆ ＝ｂ₆ とすることができ、

【００７８】

【数８】 で求めることができる。

【００７９】さらに同様にして第６スタンド１０₆ の出
側板厚を用いて第７スタンド１０₇の出側板厚を式（１
６）により計算することができる。

【００８０】

【数９】 ここで Ｖ₇ ： 第７スタンド１０₇ の入側材料速度（mm／
ｓ）、 ｖ₇ ： 第７スタンド１０₇ の出側材料速度（mm／
ｓ）、 ｈ₅ ： 式（１３）あるいは式（１５）で計算した第
６スタンド１０₆ の出側板厚（mm）、 ｈ₇ ： 第７スタンド₇ の出側板厚（mm）、 Ｌ₆ ： 第６スタンド１０₆ から第７スタンド１０₇
までの圧延材料移送時間（ｓ）、 である。

【００８１】式（１３）から式（１５）は他のスタンド
でも同様に成立する。

【００８２】板幅の計算は板幅モデルを使用する。粗圧
延機出側あるいは仕上圧延機の中間スタンドに板幅検出
器が設置されている場合にはその板幅検出器による検出
値をスタンド間の移送時間分遅延させ、幅広がり係数を
乗じて下流側スタンドの板幅が計算できる。

【００８３】例えば、第５スタンド１０₅ の出側に板幅
検出器が設置されている場合には第６スタンド１０₆ の
出側板幅が式（１７）により計算できる。

【００８４】

【数１０】 ここで、 ｂ₅ ： 第５スタンド１０₅ の入側板幅（mm）、 ｂ₆ ： 第６スタンド１０₆ の出側板幅（mm）、 Ｋ_b6 ： 第６スタンド１０₆ における幅広がり係数、 Ｌｂ₅ ： 第５スタンド１０₅ の出側の板幅検出器から
第６スタンド１０₆までの圧延材移送時間（ｓ）、 である。

【００８５】張力の計算は下記のように行う。すなわ
ち、ルーパロール１９が発生すべきトルクＴ_L は、張力
によるトルクＴ_T 、スタンド間板重量によるトルク
Ｔ_w 、ルーパの自重によるトルクＴ_M 、ルーパが加速減
速する時のトルクＴ_A を用いて式（１８）により行う。

【００８６】 Ｔ_L ＝Ｔ_T ＋Ｔ_w ＋Ｔ_M ＋Ｔ_A （１８） この式（１８）のＴ_L はルーパ電流の値から求められ、
Ｔ_w 、Ｔ_M 、Ｔ_A も簡単に求められる。したがって、張
力によるトルクＴ_T が求められ、この値から張力が計算
できる。

【００８７】上記連続熱間圧延機の制御装置は４重圧延
機と電動機駆動のルーパとを用いたが、中間ロールを備
えた６重圧延機や油圧駆動のルーパとを用いたものでの
同様にして制御することができる。

【００８８】

【発明の効果】本発明連続熱間圧延機の制御装置は、動
特性を考慮したプロセスモデルを用いて板厚、板幅、張
力およびルーパの相互干渉を小さく抑え、リカッチ方程
式を数値的に解くことなく高精度の制御特性を実現する
とともにゲインテーブルを用いることを最小限に抑える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明連続熱間圧延機の制御装置の概要を示す
ブロック図。

【図２】図１の板厚張力制御手段の概要を示すブロック
図。

【図３】図１の板幅制御手段の概要を示すブロック図。

【図４】図３の板幅フィードバック制御手段の概要を示
すブロック図。

【図５】図３の板幅フィードフォワード制御手段の概要
を示すブロック図。

【図６】図１の板厚張力制御手段および板幅制御手段の
制御系の概要を示すブロック図。

【図７】図４の動作を示す説明図。

【符号の説明】

１０_i 、１０_i+1 スタンド １３ 圧延材 １４ 圧延機駆動主電動機 １６ 主機速度制御装置 １７_i 、１７_i+1 圧下制御装置 １８_i ルーパ ２２ ルーパ電動機 ２４ ルーパ電動機速度制御装置 ３１ 設定手段 ３２ 板厚張力制御手段 ３３ 板幅制御手段 ３４ 板厚張力制御演算手段 ３５ 板厚張力制御ゲイン演算手段 ３８ 板幅フィードバック制御手段 ３９ 板幅フィードフォワード制御手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のスタンドに対応してそれぞれ圧延機
   駆動主電動機の速度を制御する主機制御装置と、 前記複数のスタンドのロールギャップを制御する圧下制
   御装置と、 圧延材の板厚と張力とを主機制御装置と圧下制御装置に
   よって制御し、また、張力によって圧延材の板幅を制御
   する制御装置と、 を有する連続熱間圧延機の制御装置であって、 この制御装置には設定手段、板幅制御手段および板厚・
   張力制御手段を備え、 設定手段は板幅制御手段にプロセスモデルを実現する変
   数値、板厚と張力の応答を指定する変数、板厚と張力の
   応答を調整する変数を設定し、 また、設定手段は板厚・張力制御手段に板幅モデルを実
   現する変数と板幅制御ゲインを設定し、 板幅制御手段は板幅検出器の検出値、前記プロセスモデ
   ルの変数値、板厚と張力の応答を指定する変数、板厚と
   張力の応答を調整する変数等を演算し、板厚・張力制御
   手段に張力指令値を設定し、 板厚・張力制御手段は圧延材の板厚と張力の干渉系をモ
   デル化し、板厚と張力との相互干渉を小さく抑えながら
   板厚を板厚目標値に、張力を張力目標値に追随させる主
   機制御装置に対する主機速度指令値および圧下制御装置
   に対するロールギャップ開度指令値をそれぞれ演算す
   る、 ことを特徴とする連続熱間圧延機の制御装置。
2. 【請求項２】前記板厚・張力制御手段には設定手段によ
   り設定されたプロセスモデルを表現する変数、板厚およ
   び張力の応答を指定する変数ならびに板厚および張力の
   応答を調整する変数を演算し板厚・張力制御ゲインを求
   める板厚・張力制御ゲイン演算手段と、 この板厚・張力制御ゲイン演算手段により演算された板
   厚・張力制御ゲインを用いて主速度指令値およびロール
   ギャップ開度指令値を演算する板厚・張力制御手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載の連続熱間圧延
   機の制御装置。
3. 【請求項３】前記板幅制御手段には設定手段により設定
   された板幅制御ゲインを用いて板幅を板幅目標値に追随
   させるような張力目標値変更分を演算する板幅フィード
   バック制御手段と、 設定手段により設定された板幅制御ゲインおよび板幅モ
   デルを用いて板幅変動を予測してその変動分を小さくす
   るような張力目標値変更分を演算する板幅フィードフォ
   ワード制御手段と、 を備え張力目標変更分の設定を行うようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の連続熱間圧延機の制御装置。
4. 【請求項４】複数のスタンド間にはルーパを備え、この
   ルーパ高さを独立したルーパの高さ目標値に追随させる
   ようにルーパ駆動電動機の速度を制御するルーパ電動機
   速度制御装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の
   連続熱間圧延機の制御装置。