JPH07328709A

JPH07328709A - タンデムミルの板厚制御方法

Info

Publication number: JPH07328709A
Application number: JP6123988A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Oi; 俊哉大井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-06-06
Filing date: 1994-06-06
Publication date: 1995-12-19

Abstract

(57)【要約】【目的】制御周期を短縮し、板厚精度の向上を図る。【構成】タンデムミルにおける少なくとも１つの圧延
スタンド、例えば第４スタンド＃４出側に配した板厚測
定装置SE₅の検出値から第４スタンド＃４出側目標板厚
との板厚偏差ｅ₄を求め、これに比例積分演算装置PIに
より比例積分演算を施して板厚修正出力量ｃ₄を求め、
これに乗算器33,34 にて制御ゲインＧ₁Ｇ₂を乗算し、
前者は第４スタンド＃４のロールギャップ修正量として
圧下位置制御装置14へ、また後者は第１〜第３スタンド
＃１〜＃３のロール速度制御装置21,22,23へ夫々出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明タンデムミルにおいて圧延
材の板厚を一定に制御するための板厚制御方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】タンデムミルにて圧延される圧延材にお
いては製品品質の管理上、板厚精度は最も重要な管理項
目の１つであり、従来より板厚精度の向上を図るための
種々の方法が提案されている。その１つとして特開平５
−31517 号公報に開示された板厚制御方法がある。

【０００３】図８は従来の板厚制御方法の制御内容を示
すブロック線図であり、相隣する２スタンド、例えば第
４スタンド＃４に対する圧下位置指令、並びに第３スタ
ンドに対するロール速度指令の算出過程を示している。
第４スタンドの出側板厚を検出し、これに加算器41でメ
モリ42の記憶値を加えて夫々乗算器43,44 で各制御ゲイ
ンｋ_b11，ｋ_b21を乗じ、その値のうち前者は加算器45
へ、また後者は加算器46へ与える。

【０００４】一方第３，第４スタンド間張力を検出して
これを乗算器47,48 にて制御ゲインｋ_a13，ｋ_a23を夫
々乗じ、その値のうち前者は加算器45へ、また後者は加
算器46へそれぞれ与える。また第３，第４スタンド間張
力は加算器49にてメモリ50の記憶値を加算した後、乗算
器51,52 にて制御ゲインｋ_b12，ｋ_b22を乗じ、その値
のうち前者は加算器45へ、また後者は加算器46へ与え
る。

【０００５】また第４スタンド＃４の圧下位置を検出し
てこれを乗算器53,54 にて制御ゲインｋ_a11，ｋ_a21を
夫々乗じ、その値のうち前者は加算器45へ、また後者は
加算器46へ夫々与える。更に第３スタンド＃３のロール
速度を検出してこれを乗算器55,56 にて制御ゲインｋ
_a12，ｋ_a22を夫々乗じ、その値のうち前者は加算器45
へ、また後者は加算器46へ夫々与える。加算器45の出力
は第４スタンドに対する圧下位置指令として出力し、ま
た加算器46の出力は第３スタンドに対するロール速度指
令として出力する。

【０００６】このような従来方法では、例えば第３スタ
ンドに対する圧下位置指令値Ｓ_3ref、ロール速度指令値
Ｖ_3refを求めるには第３スタンド＃３の出側板厚実績値
Ｈ_m3、当該スタンドの入側張力実績値Ｔ_b3、当該スタン
ドの圧下位置実績値Ｓ₃、及び当該スタンドロール速度
実績値Ｖ₃に基づいて、下記(1) に従って決定する。

【０００７】

【数３】

【０００８】前記(1) 式によって、第３スタンド＃３に
対する圧下位置指令値Ｓ_3ref、ロール速度指令値Ｖ_3ref
を所定の制御周期毎に決定し、夫々第３スタンド＃３の
圧下位置制御装置、ロール速度制御装置へ出力する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記した従来
方法においては(1) 式中の制御ゲインｋ_a11…ｋ_b22等
を最適レギュレータに代表される制御系設計手段に基づ
いて決定している。即ち、圧下位置, ロール速度, 出側
板厚, 入側張力、又はこれらの積分値を状態変数として
対等に扱い、機械的に制御ゲインを求めるために入力さ
れる各実績値が板厚制御のためにどういう効果, 影響を
持つかが十分に検討されておらず、その結果、圧下位
置, ロール速度, 入側張力の実績値等、板厚制御にとっ
ては必ずしも不可欠とはいえない情報も板厚制御装置に
入力し、処理している。

【００１０】前記圧下位置指令値及びロール速度指令値
の演算は、通常板厚制御専用の制御装置を用いて計算さ
れが、高精度の板厚制御を実施するためにはその制御周
期を短くし、条件変化に対し迅速に対応することが重要
である。

【００１１】ところが従来方式では、圧下位置, ロール
速度の実績値を用いるため計算処理に要する時間が長く
なり、制御周期を十分短くできない。(1) 式中に現れる
乗算処理の数は10であるが、圧下位置, ロール速度の各
実績値を用いるために必要となる乗算処理の数が４であ
って全体の40％も占めている。即ち、板厚制御装置での
制御周期を短くし、制御精度を向上させるため、不必要
な実績値入力とこれに関する処理を最小限に留めること
が必要である。

【００１２】最近のハードウェア技術の進歩により、こ
のような板厚制御装置の制御周期は0.02秒から0.05秒と
いったレベルに達している。またその下位に位置する圧
下位置制御装置、ロール速度制御装置 (ロールを駆動す
るモータの制御装置) は更に１桁小さい0.0005秒から0.
002 秒といった短周期での制御を実施している。

【００１３】これは、実際の圧下位置、ロール速度 (モ
ータ速度) は板厚制御装置の出力だけから決定されてい
るのではなく、圧延機の加減速指令及びオペレータの介
入に即座に応答する必要があること、また圧延荷重変
動、モータ負荷変動等の種々の外乱の影響に対し高応答
の制御が必要であること等の理由による。言い換えれ
ば、圧下位置、ロール速度の実績値を0.02秒という粗い
制御周期で取り込んでも、0.02秒の間にその値が変化す
るため制御誤差の発生は避れ得ないのである。

【００１４】図９は前述した従来の板厚制御方法のタイ
ムチャートである。横軸に時間をとり、圧下位置の実際
の実績値を、板厚制御装置が認識している実績値を
、これに基づいて決定した板厚制御装置の出力をで
示した。また、板厚制御装置の処理周期は0.02秒であ
る。実際の圧下位置に比べ、板厚制御装置の認識実績
値は0.02秒の遅れをもつため、これに基づいて決定し
た制御出力には更0.02行程度の遅れが生じ、要求動作
とは逆の動きをすることとなり、図中のようにハンチン
グ傾向を呈する場合が生じ、高精度の板厚制御が実現で
きなかった。

【００１５】本発明者は板厚制御にとって必要不可欠な
情報と必ずしも不可欠とはいえない情報を区分すべく実
圧延機で圧下位置, ロール速度等のアクチュエータの特
性試験を繰り返し行った結果次の事実を知見した。圧下位置とロール速度とによる板厚制御効果にも周
波数特性の観点から略相互補完関係にあること、圧下位置とロール速度とを適正な配分んで同時に操
作することで指令通りに板厚が変化する略理想的な板厚
制御特性が得られることこれを本発明者が行った実験結果に基づいて説明する。

【００１６】図４，図５は５スタンドの冷延タンデムミ
ルにおいて、板幅600mm の低炭素鋼のストリップを圧延
し、第４スタンド＃４の圧下位置を正弦波状に所定の振
幅で様々な周波数に変化させたときの、第４スタンド＃
４の出側板厚の変動幅を測定した結果を示すグラフであ
る。図５は同じく第１〜第３スタンド＃１〜＃３のロー
ル速度をサクセシブに (同じ比率だけ同時に) 所定の振
幅で様々な周波数に変化させたときの第４スタンド＃４
出側板厚の変動幅を測定した結果を示すグラフである。
図４, 図５は共に、横軸に周波数を、また縦軸に最大の
板厚変動幅を基準とした板厚変動幅を対数スケールで、
即ち板厚変化の振幅ゲインdBをとって表示している。な
お、これら値の測定には圧下位置制御装置, ロール速度
制御装置とも高応答の装置を用いた。図４において10Hz
までの周波数範囲では圧下位置制御装置, ロール速度制
御装置それ自体の影響は全くなく、タンデム圧延自体の
特性を示している。このときの測定条件を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】図４から明らかなように圧下位置に関しは
周波数が１Hz付近では板厚制御効果を有するが、周波数
が低くなるに従ってその効果は小さくなっている。一
方、図５から明らかなようにロール速度の板厚制御効果
は周波数が高くなるに従って小さくなり、１Hz付近では
極小になる。即ち図４，図５から明らかな如く、圧下位
置とロール速度の板厚制御効果は周波数特性の観点から
みて略相互補完関係にあることが解る。なお、この特性
は圧下位置, ロール速度の制御装置の動特性とは無関係
でタンデムミルの本質的な特性である。

【００１９】更に、本発明者は第４スタンド＃４の圧下
位置をステップ状に変更したときの第５スタンド＃５の
出側板厚の挙動、第１〜第３スタンド＃１〜＃３のサク
セシブロール速度をステップ状に変更したときの第５ス
タンド＃５の出側板厚の挙動を夫々測定した。

【００２０】その結果を図６(a),(b) に示す。図６(a),
(b) はいずれも横軸に時間 (秒) 、縦軸に板厚偏差をと
って示してある。図６(a) に示す圧下位置の板厚制御特
性は一旦、逆方向に動いてから目標値側に動き、最終的
には元の板厚に戻るという特徴的な高周波特性を示す。
また、図６(b) に示すロール速度の板厚制御特性は段階
的に少しずつ効果が現れる典型的な低周波特性を示して
いる。図６(a),(b) からも圧下位置とロール速度の相互
補完関係が読み取れる。

【００２１】実際に第４スタンド＃４の圧下位置と第１
〜第３スタンド＃１〜＃３のサクセシブロール速度を同
時にステップ状に変更したときの第５スタンド＃５出側
板厚の挙動を図７に示す。図７は横軸に時間 (秒) 、縦
軸に板厚偏差をとっている。図７に明らかなように圧下
位置とロール速度とを適当な配分で同時に操作すれば指
令通りに板厚が変化するほぼ理想に近い板厚制御特性が
得られることがわかる。また、このような特性試験を表
２に示すようないくつかの圧下位置レベル, ロール速度
レベルで実施したが、いずれの条件でも略同じ結果が得
られた。

【００２２】

【表２】

【００２３】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
であって、第１の発明の目的とするところは必要不可欠
の実績値入力のみを用いることで制御周期を短縮し、高
い応答制御を施すことで板厚，張力の相互干渉を防ぎ、
高い板厚精度を得られるようにしたタンデムミルの板厚
制御方法を提供するにある。

【００２４】第２の発明にあっては板厚制御出力を圧下
位置とロールギャップ夫々の調節量に適正に配分して制
御することを可能としたタンデムミルの板厚制御方法を
提供するにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るタンデ
ムミルの板厚制御方法は、複数の圧延スタンドを備え、
少なくとも１以上の圧延スタンドに圧下位置制御装置、
ロール速度制御装置、出側板厚検出装置を備えたタンデ
ムミルにおいて、１つの圧延スタンドの出側板厚検出装
置の出力に比例積分演算を施して板厚修正出力量を求
め、該板厚修正出力量に圧延条件に応じて予め設定され
た制御ゲインＧ₁を乗じて圧下位置修正指令量を求める
と共に、前記板厚修正出力量に圧延条件に応じて予め設
定された制御ゲインＧ₂を乗じてロール速度修正量を求
め、前記圧下位置修正指令量に基づき当該スタンドの圧
下位置制御装置にてその圧下位置を修正し、前記ロール
速度修正量に基づき当該圧延スタンドよりも上流側の全
ての圧延スタンド、又は当該圧延スタンドを含みこれよ
り下流側の全ての圧延スタンドのロール速度制御装置に
てそのロール速度を修正することを特徴とする。

【００２６】第２の発明に係るタンデムミルの板厚制御
方法は、上記の制御ゲインＧ₁を

【００２７】

【数４】

【００２８】に従って決定し、上記の制御ゲインＧ₂を

【００２９】

【数５】により決定することを特徴とする。

【００３０】

【作用】第１の発明にあってはこれによって、板厚制御
出力はこれに制御ゲインＧ₁，Ｇ₂を乗じることで、圧
下位置とロールギャップとに適正に配分されて制御が行
われることとなり、短い制御周期での制御が可能とな
る。

【００３１】第２の発明にあっては、制御ゲインＧ₁は
当該スタンド出側張力応力の圧延荷重に対する影響係
数、及び当該スタンド出側板厚の圧延荷重に対する影響
係数を考慮して、また制御ゲインＧ₂は当該スタンド出
側張力応力の先進率に対する影響係数及び当該スタンド
出側板厚の先進率に対する影響係数を考慮して夫々定め
ることで、板厚制御出力のより適正な配分が可能とな
る。

【００３２】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。図１は本発明を５スタンドタンデム
ミルの第４スタンドに適用したときの構成を示す模式図
である。図中１は圧延材、＃１〜＃５は第１〜第５スタ
ンド、11〜15は圧下位置制御装置、21〜25はロール速度
制御装置、SE1 〜SE6 は板厚検出装置を夫々表してい
る。圧延材１は白抜矢符方向からタンデムミルに供給さ
れ、板厚制御を施される。第４スタンド＃４出側に設置
された板厚検出装置SE5 の出力ｅ₄は比例積分（又は積
分）演算装置PIに入力され、ここで板厚修正のために必
要な板厚修正出力量ｃ₄が演算される。板厚修正出力量
ｃ₄には乗算器２，３にて圧下位置修正指令値ｓ₄を求
めるための制御ゲインＧ₁, ロール速度修正指令値ｖ₃
を求めるための制御ゲインＧ₂が夫々乗じられる。圧下
位置修正指令値ｓ ₄は圧下位置制御装置14に、ロール速
度修正指令値ｖ₃はロール速度制御装置21〜23に夫々入
力され、夫々指令値に従って制御される。

【００３３】次に図１を用いて本発明の方法の作用を説
明する。先ず第４スタンド＃４出側に設置されている板
厚検出装置SE5 で検出された板厚偏差ｅ₄が正、即ち板
厚が目標値よりも厚いものとすると、板厚修正出力量ｃ
₄は板厚を薄目に修正するため負の値となる。制御ゲイ
ンＧ₁は正であるから圧下位置修正指令値ｓ₄は閉方向
の修正, 制御ゲインＧ₂も正であるから第３スタンド＃
３のロール速度ｖ₃は減速方向の修正が行われる。圧下
位置修正指令値ｓ₄を閉方向に修正すると、圧下率が大
きくなるため出側板厚が薄くなるのと同時に、第４スタ
ンド＃４入側板の引き込み速度が遅くなり、この影響で
入側張力が低下し、一旦薄く修正された板厚がもとに戻
ってしまう可能性がある。ところが、同時に第３スタン
ド＃３のロール速度修正指令値ｖ₃が減速方向に修正さ
れるため、第３スタンド＃３出側板速度も遅くなり、張
力の変化が発生せず、高応答、且つ安定した板の薄目修
正が可能となる。

【００３４】図２は本発明による板厚制御方法の内容を
示すブロック線図である。まず、第４スタンド＃４出側
板厚偏差ｅ₄に積分ゲインを乗じ、この値と板厚修正出
力値ｃ₄の前回値とを加算して今回値を求める。この今
回値に制御ゲインＧ₁を乗じて第４スタンド＃４に対す
る圧下位置修正指令値ｓ₄を、また今回値に制御ゲイン
Ｇ₂を乗じて第１〜第３スタンド＃１〜＃３のロール速
度修正指令値ｖ₃を求める。

【００３５】(1) 式にあわせて第３スタンド＃３の圧下
位置修正指令Ｓ_3ref、ロール速度修正指令Ｖ_3refを求め
る式を示すと(2) 式の如くになる。

【００３６】

【数６】

【００３７】(2) 式から明らかな如く(1) 式における圧
下位置実績値Ｓ₃, ロール速度実績値Ｖ₃, 張力実績値
Ｔ_b3とは無関係にこれらの指令値を決定することができ
る。また、その結果、(1) 式での乗算数10は(2) 式では
２と大幅に削減されている。制御ゲインＧ₁, Ｇ₂は実
機テスト、或いは圧延理論に基づいた計算によって求め
られ、例えば、下記(3),(4) 式で与えられ、常に正の値
である。

【００３８】

【数７】

【００３９】

【数８】

【００４０】なお他の制御装置、例えば張力制御装置
９, 負荷バランス制御装置等の出力たる圧下位置指令,
ロール速度指令分を加算してもよい。

【００４１】また図２では第３〜第４スタンド＃３〜＃
４間の張力一定制御装置の出力を加算器７，８にて、加
算する場合を示したが、勿論この加算器６，７の有無、
或いは制御条件による実績の加算処理の有無は、本発明
にかかる板厚制御方法の効果, 作用に何ら影響を及ぼす
ものではなく、たとえ張力制御を併用しなくても高い板
厚精度が得られることが本発明の大きな特徴である。

【００４２】図３は、制御ゲインＧ₁, Ｇ₂の関係を示
す説明図である。図は横軸に制御ゲイン（圧下位置修正
ゲイン）Ｇ₁を、また縦軸に制御ゲイン（ロール速度修
正ゲイン）Ｇ₂をとって修正方向ベクトルとしてプロッ
トしてある。〜は下記表３に示す条件で定められた
値である。

【００４３】

【表３】

【００４４】表３から明らかな如く、板厚が厚いと，
の如く圧下位置を主体とする制御が、また板厚が薄い
と，の如くロール速度を主体とする制御が望まし
く、コイル毎に最適設定をする必要があることが解る。

【００４５】板厚制御の処理周期をどこまで小さくでき
るか、また平均的な板厚変動幅について、従来方式を1.
00とした相対比較を行った。結果は表４に示す通りであ
り、本発明の方法が従来方法に比較して格段に優れてい
ることがわかる。

【００４６】

【表４】

【００４７】なお本実施例では板厚検出装置として、各
スタンド出側に設置されたＸ線タイプの板厚計を用いた
例を説明したが、板厚検出方法としてはこれに限るもの
ではなく、例えば、板速計の信号Ｖ_b，Ｖ_fを用いて下
記(5) 式により板厚を検出するマスフロー板厚Ｈを用
い、

【００４８】

【数９】

【００４９】また荷重信号を用いて下記(6) 式に従い求
めたゲージメータ板厚を用いてもよい。

【００５０】

【数１０】

【００５１】なお上述の実施例では第４スタンド＃４よ
りも前の第１〜第３スタンド＃１〜＃３についてロール
速度の修正制御を行う場合について説明したが、何らこ
れに限るものではなく、例えば第４スタンド＃４を含む
それよりも下流側の全スタンドについてロール速度の修
正制御を行うようにしてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上の如く第１の発明にあっては制御周
期が格段に速くなり、制御精度においても大幅な向上が
図れる。また第２の発明にあってはスタンド出側張力応
力の圧延荷重に対する影響係数、スタンド出側板厚の圧
延荷重に対する影響係数を考慮した制御ゲインＧ₁、ま
たスタンド出側張力応力の先進率に対する影響係数、ス
タンド出側板厚の先進率に対する影響係数を考慮した制
御ゲインＧ₂夫々を用いることで、より正確な板厚制御
出力の分配が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を適用した５スタンドタンデムミル
の模式図である。

【図２】本発明方法の制御内容を示すブロック線図であ
る。

【図３】本発明方法において用いる制御ゲインＧ₁，Ｇ
₂の関係を示すグラフである。

【図４】圧下位置変動周波数と板厚変化の振幅ゲインと
の関係を示すグラフである。

【図５】ロール速度変動周波数と板厚変化の振幅ゲイン
との関係を示すグラフである。

【図６】圧下位置，ロール速度を夫々ステップ状に変化
させた場合の板厚偏差の時間的推移を示すグラフであ
る。

【図７】圧下位置，ロール速度を同時的に適正に変化さ
せた場合の板厚偏差の時間的推移を示すグラフである。

【図８】従来の制御内容を示すブロック線図である。

【図９】従来の制御方法による圧下位置実績、板厚制御
出力の時間的推移を示すグラフである。

【符号の説明】

１圧延材 11〜15 圧下位置制御装置 21〜25 ロール速度制御装置 SE₁〜SE₆ 板厚検出装置 33,34 乗算器 PI 比例積分演算装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の圧延スタンドを備え、少なくとも
１以上の圧延スタンドに圧下位置制御装置、ロール速度
制御装置、出側板厚検出装置を備えたタンデムミルにお
いて、１つの圧延スタンドの出側板厚検出装置の出力に比例積
分演算を施して板厚修正出力量を求め、該板厚修正出力
量に圧延条件に応じて予め設定された制御ゲインＧ₁を
乗じて圧下位置修正指令量を求めると共に、前記板厚修
正出力量に圧延条件に応じて予め設定された制御ゲイン
Ｇ₂を乗じてロール速度修正量を求め、前記圧下位置修
正指令量に基づき当該スタンドの圧下位置制御装置にて
その圧下位置を修正し、前記ロール速度修正量に基づき
当該圧延スタンドよりも上流側の全ての圧延スタンド、
又は当該圧延スタンドを含みこれより下流側の全ての圧
延スタンドのロール速度制御装置にてそのロール速度を
修正することを特徴とするタンデムミルの板厚制御方
法。
【請求項２】請求項１に記載の板厚制御方法におい
て、上記の制御ゲインＧ₁を【数１】に従って決定し、上記の制御ゲインＧ₂を【数２】により決定することを特徴とするタンデムミルの板厚制
御方法。