JPH07138658A - 連続熱処理炉の露点制御装置 - Google Patents

連続熱処理炉の露点制御装置

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JPH07138658A
JPH07138658A JP28459393A JP28459393A JPH07138658A JP H07138658 A JPH07138658 A JP H07138658A JP 28459393 A JP28459393 A JP 28459393A JP 28459393 A JP28459393 A JP 28459393A JP H07138658 A JPH07138658 A JP H07138658A
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JP
Japan
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dew point
strip
source gas
target
dew
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JP28459393A
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English (en)
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Akihiko Hasegawa
谷 川 明 彦 長
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Nippon Steel Corp
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  • Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 板厚,板幅あるいは目標露点の異なるストリ
ップが連続的に通板される連続熱処理炉の炉内露点を目
標値に制御する。 【構成】 ストリップのセット替位置を絶えず追跡して
現在および将来の板厚,板幅および目標露点を決定する
ストリップトラッキング手段と、ストリップの仕様(板
厚,板幅および目標露点)を予め指定するストリップ仕
様設定手段と、炉内露点を予測する露点予測手段と、目
標露点と予測露点との偏差および供給元ガスの露点変動
量による所定の評価関数を最適化する供給元ガスの露点
を算出し、元ガス露点制御手段に設定する露点制御手段
と、露点予測手段の予測算出のパラメータを露点の測定
値に基づいて修正する適応修正手段とを有する。 【効果】 生産性向上。品質向上。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、板厚,板幅あるいは目
標露点の異なるストリップを連続的に通板して熱処理を
行う連続熱処理炉の、炉内の露点の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ストリップを連続的に通板して熱処理を
行う連続熱処理炉の炉内の露点の制御装置では、従来よ
り、露点の測定値と目標値との偏差,偏差の積分値およ
び偏差の微分値にそれぞれ定数を乗じて加算し、その加
算値に応じて炉内の供給元ガスの露点設定値を決定する
フィードバック制御装置(PID制御装置)が適用され
ている。
【0003】また、炉内露点の目標値を、通板されるス
トリップの製造条件によって変更する必要がある場合に
は、例えばストリップのトラッキングに基づいて、溶接
点などの露点目標値の変更点が熱処理炉内に到達した時
に、フィードバック制御の目標値を変更するプリセット
制御が適用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、炉内
の露点の応答は極めて遅いために、ストリップの板厚,
板幅,目標露点の変更(セット替)あるいは中央ライン
速度の変更時に、露点が所定の許容範囲内に整定するま
でには時間がかかり、この間露点が許容範囲を外れるた
め、ストリップの一部に品質不良の部分が発生するとい
う問題点があった。
【0005】また、この問題を回避するために、露点目
標値の変更量が所定の範囲を越える場合には、露点が所
定の許容範囲内に整定するまでつなぎ材を挿入するとい
うことがあり、このために生産性および原単位を悪化さ
せて製造コストの上昇を招くという問題点があった。
【0006】本発明は以上に述べてきた従来技術の課題
を解決すべく発明されたものであり、ストリップの板
厚,板幅,目標露点の変更(セット替)あるいは中央ラ
イン速度の変更といった過渡状態においても、炉内の露
点を精度良く制御し、良好な品質のストリップを低コス
トで生産する、連続処理炉の露点制御装置を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、ストリ
ップの板厚,板幅および目標露点の変更点(セット替
点)の少くとも1つを検出するセット替検出器と、スト
リップの通板速度を検出する速度検出器と、熱処理炉の
露点を検出する露点検出器と、供給元ガスの露点を制御
する元ガス露点制御手段とを具備した、板厚,板幅ある
いは目標露点の異なるストリップを連続的に通板して熱
処理を行う連続処理炉の露点を制御する露点制御装置に
おいて、上記セット替検出器および速度検出器からの出
力信号に応じてストリップのセット替位置を絶えず追跡
して現在および将来の板厚,板幅および目標露点の少く
とも1つを決定するストリップトラッキング手段と、所
定の通板スケジュールに基づいてストリップの板厚,板
幅および目標露点の少くとも1つを予め指定するストリ
ップ仕様設定手段と、サンプリング時刻を基に、現在か
ら過去にわたる炉内露点の時系列と、現在から過去にわ
たる供給元ガスの露点の時系列と、現在から過去にわた
る通板量の時系列とから炉内露点を予測する露点予測手
段と、板厚,板幅および目標露点の少くとも1つの変更
時,中央ライン速度の変更時、ならびに、コイル内一定
周期、の少くとも1つのタイミングで現在から将来にわ
たる露点を連続的に予測し、目標露点と予測露点との偏
差および供給元ガスの露点変動量による所定の評価関数
を最適化する供給元ガスの露点を算出し、算出した露点
を元ガス露点制御手段に設定する露点制御手段と、露点
予測手段の予測算出のパラメータを露点の測定値に基づ
いて修正する適応修正手段と、を有することを特徴とす
る。
【0008】
【作用】本発明では、まず、炉内露点を予測する露点予
測手段を使用する。本手段は、将来の炉内露点を、炉内
露点実績値,供給元ガスの露点,板厚,板幅,中央ライ
ン速度により予測するものであり、定常状態のみなら
ず、板厚,板幅,目標露点の変更(セット替)あるいは
中央ライン速度の変更時などの過渡状態においても、炉
内露点を将来にわたり連続的に予測する。そしてストリ
ップのセット替位置は、ストリップトラッキング手段に
より常にトラッキングされ、また、炉内露点,供給元ガ
スの露点,中央ライン速度の各実績値は所定の周期にサ
ンプリングされて、ストリップ仕様設定手段から与えら
れる板厚,板幅のデータと共に上記露点予測手段に入力
される。また、中央ライン速度の値は常にこれを監視し
ある値以上の変化が発生した場合はただちに炉内露点,
供給元ガスの露点,中央ライン速度の各実績値を取り込
み、板厚,板幅のデータと共に露点予測手段に入力され
る。このようにして所定の周期および中央ライン速度変
化時にはただちに上記実績データを取り込むことによ
り、常に現在から将来にわたる炉内露点を連続的に予測
する。
【0009】次に露点制御手段を用いて、目標露点と予
測露点との偏差および供給元ガスの露点変動量による所
定の評価関数を最適化する供給元ガスの露点を算出し、
元ガス露点制御手段に設定することにより熱処理炉の露
点を制御する。
【0010】本発明によれば現在から将来にわたる目標
露点と予測露点が連続的に制御計算に取り込まれるの
で、セット替点が近づいてきて制御計算の予測範囲に入
ってくれば、セット替点での変更内容(板厚,板幅,目
標露点の変更)が自然に予め制御に取り込まれ、さらに
セット替点が近づくにつれて次第にセット替後のストリ
ップに対する制御の重みが大きくなるので、応答の遅い
炉内露点に対しても有効な制御が実現できる。また、中
央ライン速度の変化が発生した場合はただちに制御の修
正計算を行うため、精度良く炉内露点を制御することが
できる。
【0011】更にパラメータ適応修正手段を用いて、板
厚,板幅及び炉内露点,供給元ガスの露点,中央ライン
速度の各サンプリングされた実績値を基に、常に露点予
測手段のパラメータをオンラインで適応修正(学習)す
ることにより、未知の外乱による炉内露点変動を学習
し、常に制御の精度を良好に維持することができる。以
下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【0012】
【実施例】図1は本発明に係る露点制御装置の一実施例
を示すブロック図であり、これを参照して本発明の概要
を説明する。図1に示す信号線のうち実線はデータの流
れを、点線は検出パルスまたは起動信号を示す。尚、本
発明はプロセスコンピュータを用いて制御されるもので
あり、図1はその内部機能及び外部装置を機能的に判り
易くブロック区分で示すものである。ストリップ100
は、連続的に通板され熱処理炉102において加熱およ
び均熱されると共に、水分を含んだ高温のガスの充満す
る雰囲気の中で表面に酸化皮膜(図示せず)が形成され
る。この酸化皮膜厚は予め定められた値に保つ必要があ
り、そのためには熱処理炉102内の露点を目標値に制
御する必要がある。
【0013】本発明の制御対象は熱処理炉102の炉内
露点であり、供給元ガスの露点を操作することにより炉
内露点を目標露点に追従せしめる。供給元ガスの露点u
は公知の露点検出器12により検出され、供給元ガス露
点制御手段10により制御される。制御手段10は、例
えば比例積分微分(PID)制御のような一般に使用さ
れている制御装置が用いられる。そして、供給元ガスは
元ガス配管101により熱処理炉102に供給される。
また、中央ライン速度Vは公知の速度検出器11により
検出される。
【0014】本発明の要点は、所定の周期および中央ラ
イン速度変化時に供給元ガス露点制御手段10への設定
変更量をどのように定めるかということにある。まず、
ストリップトラッキング手段5は、炉の出口に設置した
公知のセット替検出器14からの検出パルスP1,速度
検出器11により検出された中央ライン速度V、およ
び、ストリップ長(ストリップ1ロットの長さ、即ち先
行のセット替点から後続のセット替点までの長さ)Lに
基づいて、熱処理炉出口から次のセット替点までのスト
リップ長L’(セット替位置)を常に求めて後述の露点
予測手段2に出力すると共に、セット替点の熱処理炉出
口通過のタイミングにストリップ仕様設定手段1に起動
信号P2を出力し、更に中央ライン速度を常に監視し、
中央ライン速度の変化が所定値以上の時には露点予測手
段2に起動信号P2を出力する。
【0015】ストリップ仕様設定手段1は、起動信号P
2により起動されストリップ仕様(板厚TH1,TH
2;板幅WD1,WD2;ストリップ全長L;目標露点
r1,r2)を出力する。ここでストリップ仕様中の添
字1は、熱処理炉出口通過中のストリップに関する値で
あり、添字2は後続のセット替後のストリップに関する
値である。
【0016】次にパラメータ適応修正手段4は、タイマ
ー6からの起動信号P3により所定周期で起動され、中
央ライン速度V,露点検出器13からの炉内露点観測値
y,露点検出器12からの供給元ガスの露点観測値u,
板厚TH1および板幅WD1を入力し記憶して、現在か
ら過去にわたるV,y,u,TH1,WD1のデータの
時系列を作成し、露点予測手段のパラメータai,bj
よびck(後述)を適応修正し、該パラメータai,bj
およびckならびに現在から過去にわたるV,y,u,
TH1,WD1のデータの時系列を露点予測手段2に出
力すると共に、露点予測手段2に起動信号P4を出力す
る。ここで、パラメータ適応修正手段4は、公知の、例
えば忘却係数付きの遂次型最小2乗法あるいは指数重み
付き遂次型最小2乗法などの計算シーケンスを用いれば
よい。
【0017】露点予測手段2は、起動信号P4により所
定の周期で、また中央ライン速度変化時にはストリップ
トラッキング手段5からの起動信号P2により起動さ
れ、現在から過去にわたるV,y,u,TH1,WD1
のデータの時系列を入力し、かつ将来のV,TH1,T
H2,WD1,WD2並びに熱処理炉出口から次のセッ
ト替点までのストリップ長L’のデータを入力して、将
来の炉内露点の予測値h(t+j)(後述)を露点制御
手段3に出力すると共に、露点制御手段3に起動信号P
5を出力する。
【0018】露点予測手段2はサンプリング周期(制御
周期)を時間の単位として離散化した露点予測手段であ
り、例えば次の(1),(2)式によって規定される。
【0019】
【数1】
【0020】 w(t)=WD(t)TH(t)V(t) ・・・(2) ここで、 t:サンプリング時刻 y(t):炉内露点 u(t):供給元ガスの露点 WD(t):炉出口板幅(将来のセット替以前はWD
1、将来のセット替以後はWD2) TH(t):炉出口板厚(将来のセット替以前はTH
1、将来のセット替以後はTH2) V(t):中央ライン速度 ai,bj,ck :モデル(計算式)のパラメータ(学習修正
する係数)。
【0021】N1,N2およびN3は正の整数であり、
サンプリング周期を単位時間として、N1が現在の炉内
露点に対して影響を及ぼす過去の炉内露点の時間、N2
が現在の炉内露点に対して影響を及ぼす過去の供給元ガ
スの露点の時間、N3が現在の炉内露点に対して影響を
及ぼす過去の通板量の時間である。N1,N2およびN
3の最適値は、炉の大きさ等により変わるが、実績デー
タを基に重回帰分析等を行って決定すればよく困難では
ない。通常は一桁の整数(数サンプリング)でよい。
【0022】本手段は例えば図2に示すような構成で実
現できる。図中で、
【0023】
【数2】
【0024】は1時刻遅れの時刻シフト演算器、ai,bj
およびckの各パラメータのブロックは乗算器、○は加算
器、→は信号の流れを表わす。
【0025】本手段により、過去のy(t),u
(t),WD(t),TH(t),V(t)および将来
の、WD(t),TH(t),V(t)を入力して時刻
tをt+1,t+2,・・・とシフトさせて、y(t)
を順次代入して行って、将来のy(t+j)を算出す
る。但し、ここで将来のV(t)は通常現在値に等しい
ものとし、中央ライン速度V(t)が変化した時は、た
だちに本式を再計算して補正を行うが、セット替後のV
(t)が予測可能であれば予測値を代入する。これによ
り、より一層y(t+j)の予測精度が向上する。そし
て、また、ここで計算される将来の炉内露点の予測値y
(t+j)は、操作量である供給元ガスの露点設定値を
現在の値から変更しないと仮定した時の炉内露点予測値
h(t+j)である。
【0026】次に露点制御手段3は起動信号P4により
起動され炉内露点の将来予測h(t+j)、および、目
標露点r1,r2を入力して、供給元ガスの露点変更量
Δuを計算し、供給元ガス露点制御手段10に出力す
る。すなわち、露点制御手段3は、実績データおよび予
測データに基づき、操作量である供給元ガスの露点を時
々刻々算出して制御上の目標値として設定する閉ループ
制御を行うものであり、供給ガスの露点変更量Δuは、
例えば次のような評価関数Jの最小値を与える値として
求める。
【0027】
【数3】
【0028】ここで、 t:サンプリング時刻 r(t):目標露点(将来のセット替以前はr1、将来
のセット替以後はr2) y(t):炉内露点 Δu(t):供給元ガスの露点変更量 ω:重み。
【0029】評価関数Jのなかで、N4は正の整数で将
来の炉内露点を連続的に予測して目標露点との偏差を評
価する時間を表わしており、通常炉内露点の時定数位に
とればよい。また、N5は正の整数で将来の最適な供給
元ガスの露点変更量の計算時間であり、通常一桁の整数
(数サンプリング)でよい。そして、ωが制御の調整パ
ラメータであり、ωを大きくすれば制御の応答性は遅く
なるが操作量の変動は小さく、逆にωを小さくすれば制
御の応答性は速くなるが操作量の変動は大きくなるとい
うトレードオフの関係があり、制御の応答性と操作量変
動の大きさの両者のバランスにより最適値に設定すれば
よい。
【0030】さて、時刻tにおける最適な供給元ガスの
露点変更量Δu(t),Δu(t+1),・・・は、次
のようにして求められる。まず、時刻t以降は操作量で
ある供給元ガスの露点がu(t−1)に固定された場合
の炉内露点の予測値をh(t+1),h(t+2),・
・・とする(これは露点予測手段により計算済み)。そ
して、供給元ガスの露点を1(単位量)だけ変化したと
きの炉内露点変化の影響係数をg1,g2,・・・とする
と(g1の計算方法は、例えば現代制御理論の一手法で
あるGeneralized Predictive Control Theory(一般化
予測制御理論)により与えられるが、本計算方法は種々
の文献に述べられており、本発明の直接関与するところ
ではないので省略する)、 y(t+1)=g1Δu(t)+h(t+1), y(t+2)=g1Δu(t)+g1Δu(t+1)+h
(t+2),・・・・・ となるので、
【0031】
【数4】
【0032】,N6=N4−N5 となり、上記行列方程式を次のように表記する。
【0033】Y=GΔU+H すなわち、YはN4次の炉内露点予測値ベクトル、Hは
N4次の炉内露点予測値ベクトル(供給元ガスの露点変
更なし)、ΔUはN5次の供給元ガスの露点変更量ベク
トル、GはN4行N5列の影響係数行列である。本関係
式を評価関数Jに適用すると、RをN4次の目標値ベク
トルとして、
【0034】
【数5】
【0035】となる。これが、最適な供給元ガスの露点
変更量である。
【0036】尚、本発明では供給元ガスの露点変更量を
操作量としたが、より直接的に供給元ガスの加湿量の変
更量を操作量としても同様な制御が実現できる。
【0037】本発明による制御の効果を図3により説明
する。t+5時刻、すなわち現在から5サンプリング時
刻後に目標露点が変更されるセット替がある。炉内露点
の予測範囲N4内にセット替点(目標露点低下)が入っ
ているので、目標露点と予測露点との偏差の2乗和を小
さくすべく、Δu(t)は負すなわち供給元ガスの露点
を減少させるアクションをとっており、その結果、供給
元ガスの露点を変更しない場合の炉内露点の応答h(t
+j)に対して制御アクションをとる場合の炉内露点の
応答y(t+j)は滑らかに目標露点変更に追従するこ
とになる。
【0038】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による炉内露点の制御方法によれば、ストリップのセッ
ト替点のみならずストリップ内においても所定の周期お
よび中央ライン速度の変化時にはただちに従来の炉内露
点を連続的に予測しながら閉ループ制御を行っているた
め、炉内露点の安定性と追従性とを満足した高い制御精
度を得ることができ、良好な品質のストリップを低コス
トで生産する手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明一実施例の全体構成を示すブロック図
である。
【図2】 図1に示す露点予測手段2の機能構成を示す
ブロック図である。
【図3】 図1に示す露点制御装置による露点制御の一
過程を示すタイムチャ−トである。
【符号の説明】
1:ストリップ仕様設定手段 2:露点予測手
段 3:露点制御手段 4:パラメータ
適応修正手段 5:ストリップトラッキング手段 6:タイマー 10:供給元ガス露点制御手段 11:速度検出
器 12:供給元ガスの露点検出器 13:炉内の露
点検出器 14:セット替点検出器 100:ストリッ
プ 101:供給元ガス配管 102:熱処理炉
【手続補正書】
【提出日】平成6年9月30日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】次にパラメータ適応修正手段4は、タイマ
ー6からの起動信号P3により所定周期で起動され、中
央ライン速度V,露点検出器13からの炉内露点観測値
y,露点検出器12からの供給元ガスの露点観測値u,
板厚TH1および板幅WD1を入力し記憶して、現在か
ら過去にわたるV,y,u,TH1,WD1のデータの
時系列を作成し、露点予測手段のパラメータai,bj
よびck(後述)を適応修正し、該パラメータai,bj
およびckならびに現在から過去にわたるV,y,u,
TH1,WD1のデータの時系列を露点予測手段2に出
力すると共に、露点予測手段2に起動信号P4を出力す
る。ここで、パラメータ適応修正手段4は、公知の、例
えば忘却係数付きの逐次型最小2乗法あるいは指数重み
付き逐次型最小2乗法などの計算シーケンスを用いれば
よい。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】
【数1】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0026
【補正方法】変更
【補正内容】
【0026】次に露点制御手段3は起動信号P4により
起動され炉内露点の将来予測値h(t+j)、および、
目標露点r1,r2を入力して、供給元ガスの露点変更
量Δuを計算し、供給元ガス露点制御手段10に出力す
る。すなわち、露点制御手段3は、実績データおよび予
測データに基づき、操作量である供給元ガスの露点を時
々刻々算出して制御上の目標値として設定する閉ループ
制御を行うものであり、供給ガスの露点変更量Δuは、
例えば次のような評価関数Jの最小値を与える値として
求める。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0030
【補正方法】変更
【補正内容】
【0030】さて、時刻tにおける最適な供給元ガスの
露点変更量Δu(t),Δu(t+1),・・・は、次
のようにして求められる。まず、時刻t以降は操作量で
ある供給元ガスの露点がu(t−1)に固定された場合
の炉内露点の予測値をh(t+1),h(t+2),・
・・とする(これは露点予測手段により計算済み)。そ
して、供給元ガスの露点を1(単位量)だけ変化したと
きの炉内露点変化の影響係数をg1,g2,・・・とする
と(i の計算方法は、例えば現代制御理論の一手法で
あるGeneralized Predictive Control Theory(一般化
予測制御理論)により与えられるが、本計算方法は種々
の文献に述べられており、本発明の直接関与するところ
ではないので省略する)、 y(t+1)=g1Δu(t)+h(t+1), y(t+2)=2Δu(t)+g1Δu(t+1)+h
(t+2),・・・・・ となるので、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ストリップの板厚,板幅および目標露点
    の変更点の少くとも1つを検出するセット替検出器と、
    ストリップの通板速度を検出する速度検出器と、熱処理
    炉の露点を検出する露点検出器と、供給元ガスの露点を
    制御する元ガス露点制御手段とを具備した、板厚,板幅
    あるいは目標露点の異なるストリップを連続的に通板し
    て熱処理を行う連続熱処理炉の露点を制御する露点制御
    装置において、 上記セット替検出器および速度検出器からの出力信号に
    応じてストリップのセット替位置を絶えず追跡して現在
    および将来の板厚,板幅および目標露点の少くとも1つ
    を決定するストリップトラッキング手段と、 所定の通板スケジュールに基づいてストリップの板厚,
    板幅および目標露点の少くとも1つを予め指定するスト
    リップ仕様設定手段と、 サンプリング時刻を基に、現在から過去にわたる炉内露
    点の時系列と、現在から過去にわたる供給元ガスの露点
    の時系列と、現在から過去にわたる通板量の時系列とか
    ら炉内露点を予測する露点予測手段と、 板厚,板幅および目標露点の少くとも1つの変更時,中
    央ライン速度の変更時、ならびに、コイル内一定周期、
    の少くとも1つのタイミングで現在から将来にわたる露
    点を連続的に予測し、目標露点と予測露点との偏差およ
    び供給元ガスの露点変動量による所定の評価関数を最適
    化する供給元ガスの露点を算出し、算出した露点を元ガ
    ス露点制御手段に設定する露点制御手段と、 露点予測手段の予測算出のパラメータを露点の測定値に
    基づいて修正する適応修正手段と、を有することを特徴
    とする連続熱処理炉の露点制御装置。
JP28459393A 1993-11-15 1993-11-15 連続熱処理炉の露点制御装置 Withdrawn JPH07138658A (ja)

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