JPH0775362A - ロール駆動装置 - Google Patents
ロール駆動装置Info
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- JPH0775362A JPH0775362A JP5219685A JP21968593A JPH0775362A JP H0775362 A JPH0775362 A JP H0775362A JP 5219685 A JP5219685 A JP 5219685A JP 21968593 A JP21968593 A JP 21968593A JP H0775362 A JPH0775362 A JP H0775362A
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- JP
- Japan
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- speed
- equation
- drive motor
- roll
- control
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/007—Control for preventing or reducing vibration, chatter or chatter marks
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Metal Rolling (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧延機等のロール駆動装置において、インパ
クトドロップやスピンドルの軸捩り振動等に対し、振動
抑制を効果的に行い、高速圧延における圧延材の板厚精
度を向上させる。 【構成】 駆動電動機、および減速機または増速機を介
して該電動機により駆動されるロールを備えるロール駆
動装置において、駆動電動機の速度および電流の測定値
の少なくとも１つを入力されて、インパクトドロップ，
軸捩り角および速度追従性の少なくとも１つを所望値に
するように係数を定めた３質点系以上の制御モデル式あ
るいは該制御モデル式より設計された演算式をもつ演算
装置を設け、該演算装置の出力をロール駆動装置の速度
制御装置に入力する。
クトドロップやスピンドルの軸捩り振動等に対し、振動
抑制を効果的に行い、高速圧延における圧延材の板厚精
度を向上させる。 【構成】 駆動電動機、および減速機または増速機を介
して該電動機により駆動されるロールを備えるロール駆
動装置において、駆動電動機の速度および電流の測定値
の少なくとも１つを入力されて、インパクトドロップ，
軸捩り角および速度追従性の少なくとも１つを所望値に
するように係数を定めた３質点系以上の制御モデル式あ
るいは該制御モデル式より設計された演算式をもつ演算
装置を設け、該演算装置の出力をロール駆動装置の速度
制御装置に入力する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧延機等のロール駆動装
置に関し、インパクトドロップ、スピンドルの軸捩り振
動などを制御しようとするものである。
置に関し、インパクトドロップ、スピンドルの軸捩り振
動などを制御しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】圧延機等のロール駆動装置は、駆動電動
機，減速機または増速機，ロール，軸（スピンドル）な
どから構成されており、等価的には多質点のバネ系で表
現される振動系を構成している。従来、ロールの速度制
御は、駆動電動機に取り付けた速度検出器からの信号と
速度設定値とを比較し、駆動電動機の入力条件を制御す
ることにより行われていたが、近年、圧延機の高速化お
よび高応答化が図られるにつれて、ロール駆動装置の軸
捩り振動（軸共振）対策が必要になってきた。
機，減速機または増速機，ロール，軸（スピンドル）な
どから構成されており、等価的には多質点のバネ系で表
現される振動系を構成している。従来、ロールの速度制
御は、駆動電動機に取り付けた速度検出器からの信号と
速度設定値とを比較し、駆動電動機の入力条件を制御す
ることにより行われていたが、近年、圧延機の高速化お
よび高応答化が図られるにつれて、ロール駆動装置の軸
捩り振動（軸共振）対策が必要になってきた。
【０００３】従来の対策として、本出願人が提案した特
開昭６０−１７７９０６号公報には、オブザーバ制御を
用いて、ロール側にかかる負荷力または計測できない部
分の速度、軸捩り角等を推定し、速度指令値への追従性
を高め、負荷力の影響を低減させるロール駆動装置が記
載されている。また特公昭５９−４９５４号公報には、
駆動電動機の発生トルクに軸捩りトルクの微分値に比例
する減衰トルクを加えることにより、機械駆動軸の軸捩
り振動を抑制することが記載されている。
開昭６０−１７７９０６号公報には、オブザーバ制御を
用いて、ロール側にかかる負荷力または計測できない部
分の速度、軸捩り角等を推定し、速度指令値への追従性
を高め、負荷力の影響を低減させるロール駆動装置が記
載されている。また特公昭５９−４９５４号公報には、
駆動電動機の発生トルクに軸捩りトルクの微分値に比例
する減衰トルクを加えることにより、機械駆動軸の軸捩
り振動を抑制することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記公知文献に記載さ
れている従来のロール駆動装置の軸捩り振動対策は、図
８に示すように、機械系を駆動電動機１とロール２が１
つのバネで繋がれた２質点系モデルに近似し、１次振動
モードだけで軸捩り振動の抑制制御を行うものであっ
た。
れている従来のロール駆動装置の軸捩り振動対策は、図
８に示すように、機械系を駆動電動機１とロール２が１
つのバネで繋がれた２質点系モデルに近似し、１次振動
モードだけで軸捩り振動の抑制制御を行うものであっ
た。
【０００５】しかしながら、最近、鋼板の熱間圧延機に
おいては、１次振動モードだけでなく、２次以上の振動
モードも軸捩り振動に強く影響することが明らかになっ
た。すなわち、このような機械系においては、例えば図
９の実線に示されるように、２次振動の高いピークが現
れる。なお図９の破線は、従来の１次振動モードのみが
支配的となる系の周波数特性を示す。したがって、鋼板
の熱間圧延機のような機械系においては、本質的に１つ
の振動モードしか持たない従来の２質点系モデル近似で
は十分でなく、従来の２質点系モデルに基づく演算装置
では、インパクトドロップやスピンドルの軸捩り振動な
どに対し、振動抑制制御の効果が発揮されないという問
題があった。
おいては、１次振動モードだけでなく、２次以上の振動
モードも軸捩り振動に強く影響することが明らかになっ
た。すなわち、このような機械系においては、例えば図
９の実線に示されるように、２次振動の高いピークが現
れる。なお図９の破線は、従来の１次振動モードのみが
支配的となる系の周波数特性を示す。したがって、鋼板
の熱間圧延機のような機械系においては、本質的に１つ
の振動モードしか持たない従来の２質点系モデル近似で
は十分でなく、従来の２質点系モデルに基づく演算装置
では、インパクトドロップやスピンドルの軸捩り振動な
どに対し、振動抑制制御の効果が発揮されないという問
題があった。
【０００６】本発明は、高速化および高応答化が図られ
ている圧延機等のロール駆動装置において、インパクト
ドロップやスピンドルの１次のみならず２次以上の軸捩
り振動等に対しても、振動抑制を効果的に行うことを目
的とする。
ている圧延機等のロール駆動装置において、インパクト
ドロップやスピンドルの１次のみならず２次以上の軸捩
り振動等に対しても、振動抑制を効果的に行うことを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、駆動電動機、
および減速機または増速機を介して該電動機により駆動
されるロールを備えるロール駆動装置において、駆動電
動機の速度および電流の測定値の少なくとも１つを入力
されて、インパクトドロップ，軸捩り角および速度追従
性の少なくとも１つを所望値にするように係数を定めた
３質点系以上の制御モデル式あるいは該制御モデル式よ
り設計された演算式をもつ演算装置を設け、該演算装置
の出力をロール駆動装置の速度制御装置に入力するよう
にしてなることを特徴とするロール駆動装置である。
および減速機または増速機を介して該電動機により駆動
されるロールを備えるロール駆動装置において、駆動電
動機の速度および電流の測定値の少なくとも１つを入力
されて、インパクトドロップ，軸捩り角および速度追従
性の少なくとも１つを所望値にするように係数を定めた
３質点系以上の制御モデル式あるいは該制御モデル式よ
り設計された演算式をもつ演算装置を設け、該演算装置
の出力をロール駆動装置の速度制御装置に入力するよう
にしてなることを特徴とするロール駆動装置である。
【０００８】
【作用】本発明のロール駆動装置を図１の例により説明
する。駆動電動機１とロール２が、減速機７または増速
機（図示せず）を介して軸３で連結され、駆動電動機１
は演算装置４および速度制御装置５により制御される。
演算装置４は、駆動電動機１の速度ω1 および／または
電流Ｉa の測定値が入力され、インパクトドロップ、軸
捩り角および速度追従性の少なくとも１つを所望値にす
るように係数を定めた、３質点系以上（図は３質点系の
モデルを示す）の制御モデル式、あるいは該モデル式よ
り設計された演算式より計算した制御信号を、速度制御
装置５へ出力し、駆動電動機１の速度を制御する。
する。駆動電動機１とロール２が、減速機７または増速
機（図示せず）を介して軸３で連結され、駆動電動機１
は演算装置４および速度制御装置５により制御される。
演算装置４は、駆動電動機１の速度ω1 および／または
電流Ｉa の測定値が入力され、インパクトドロップ、軸
捩り角および速度追従性の少なくとも１つを所望値にす
るように係数を定めた、３質点系以上（図は３質点系の
モデルを示す）の制御モデル式、あるいは該モデル式よ
り設計された演算式より計算した制御信号を、速度制御
装置５へ出力し、駆動電動機１の速度を制御する。
【０００９】本発明において、図１のように演算装置４
にω1 および／またはＩa が入力されて演算を行うにあ
たり、例えば３質点系制御モデルは、図５の１２質点系
圧延機のような実際の機械系と、総慣性モーメント量、
１次および２次の振動周波数値が同一となり、かつ駆動
電動機１側とロール２側の振動振幅比が同一となるよう
に定めることができる。例えば後述の（２）〜（６）式
を解いて、中間軸の回転速度ω2 ，ロールの回転速度ω
3 ，駆動電動機１と中間軸の間の軸捩れ角θ12，中間軸
とロール２の間の軸捩れ角θ23等を求める。また４質点
系以上の制御モデルも、同様にして、各質点間の振動振
幅比が同一となるようにして定めることができる。
にω1 および／またはＩa が入力されて演算を行うにあ
たり、例えば３質点系制御モデルは、図５の１２質点系
圧延機のような実際の機械系と、総慣性モーメント量、
１次および２次の振動周波数値が同一となり、かつ駆動
電動機１側とロール２側の振動振幅比が同一となるよう
に定めることができる。例えば後述の（２）〜（６）式
を解いて、中間軸の回転速度ω2 ，ロールの回転速度ω
3 ，駆動電動機１と中間軸の間の軸捩れ角θ12，中間軸
とロール２の間の軸捩れ角θ23等を求める。また４質点
系以上の制御モデルも、同様にして、各質点間の振動振
幅比が同一となるようにして定めることができる。
【００１０】このように、３質点系以上の制御モデル式
を用いた本発明のロール駆動装置によれば、従来は無視
されていた２次振動モード以上も考慮されているため、
高速化および高応答化が図られている圧延機等において
も、効果的な振動抑制が行われる。
を用いた本発明のロール駆動装置によれば、従来は無視
されていた２次振動モード以上も考慮されているため、
高速化および高応答化が図られている圧延機等において
も、効果的な振動抑制が行われる。
【００１１】
【実施例】本発明の具体的一実施例を、図１のロール駆
動装置を例に説明する。本例は、測定しない信号ω2 ，
ω3 ，θ12およびθ23を、測定する信号Ｉa ，ω1 ，３
質点系の機械運動方程式および電気回路方程式から構成
されたオブザーバ１０より算出し、軸捩り振動を抑制し
て、速度追従性を所望値にするように、状態フィードバ
ック係数Ｋ2 〜Ｋ7 を定めた最適制御系による軸捩り振
動対策を施したロール駆動装置である。ここで、θ12お
よびθ23は軸の捩れ角、ω2 は中間軸の回転速度、ω3
はロールの回転速度である。
動装置を例に説明する。本例は、測定しない信号ω2 ，
ω3 ，θ12およびθ23を、測定する信号Ｉa ，ω1 ，３
質点系の機械運動方程式および電気回路方程式から構成
されたオブザーバ１０より算出し、軸捩り振動を抑制し
て、速度追従性を所望値にするように、状態フィードバ
ック係数Ｋ2 〜Ｋ7 を定めた最適制御系による軸捩り振
動対策を施したロール駆動装置である。ここで、θ12お
よびθ23は軸の捩れ角、ω2 は中間軸の回転速度、ω3
はロールの回転速度である。
【００１２】（１）オブザーバ設計について 図２に示す３質点の機械運動方程式および電気回路方程
式より構成されたモデルを使用した場合について説明す
る。簡単のため、減衰を無視し、電流制御系には簡易モ
デルを用いる。
式より構成されたモデルを使用した場合について説明す
る。簡単のため、減衰を無視し、電流制御系には簡易モ
デルを用いる。
【００１３】このモデルの物理方程式は（１）〜（６）
式で表される。
式で表される。
【００１４】
【数１】 ここで、ｋ12 ，ｋ23は軸のバネ定数、Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ
3 はそれぞれ駆動電動機，中間軸，ロールの慣性モーメ
ント、Ｖa は駆動電動機の電流、ＫI ，ＴI はそれぞれ
電流制御系の比例、積分定数、ＫT はトルク定数、Ｉa
は駆動電動機の電流、τL は負荷外乱トルクである。
3 はそれぞれ駆動電動機，中間軸，ロールの慣性モーメ
ント、Ｖa は駆動電動機の電流、ＫI ，ＴI はそれぞれ
電流制御系の比例、積分定数、ＫT はトルク定数、Ｉa
は駆動電動機の電流、τL は負荷外乱トルクである。
【００１５】上記（１）〜（６）式をマトリックス表示
すると（７）式となる。
すると（７）式となる。
【００１６】
【数２】
【００１７】d/dt・τL ＝０を仮定して、τL を状態変
数に加えると（８）式のようになる。
数に加えると（８）式のようになる。
【数３】
【００１８】（８）式に Gopinath の方法を用いて、オ
ブザーバを決定する。オブザーバの極を与え、それによ
りオブザーバ行列のベクトルＡのバーのハットおよびベ
クトルＢのバーのハットを決定する。方法は、入力側
（Ｉa のところから入力）に、０．１％ノイズを含んだ
信号が入った場合の（９）式で示される誤差ｅが小さく
なるように設計した。
ブザーバを決定する。オブザーバの極を与え、それによ
りオブザーバ行列のベクトルＡのバーのハットおよびベ
クトルＢのバーのハットを決定する。方法は、入力側
（Ｉa のところから入力）に、０．１％ノイズを含んだ
信号が入った場合の（９）式で示される誤差ｅが小さく
なるように設計した。
【００１９】
【数４】
【００２０】
【数５】 となり、
【数６】
【数７】
【００２１】ベクトルＵのバーとして
【数８】 を選ぶ。
【００２２】
【数９】 より、オブザーバの式はつぎのようになる。
【００２３】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【００２４】（２）最適制御系の設計について 圧延機械系の状態方程式は前記（７）式で表されるが、
ここではベクトルＸにＶa まで含めて（２２）式とする
と、状態方程式は（２３）式となる。
ここではベクトルＸにＶa まで含めて（２２）式とする
と、状態方程式は（２３）式となる。
【００２５】
【数１３】
【数１４】
【００２６】負荷外乱トルクτL および速度目標値ω
ref が一定であれば、状態量ベクトルＸは、ある平衡状
態ベクトルＸs となり、次式が成立する。
ref が一定であれば、状態量ベクトルＸは、ある平衡状
態ベクトルＸs となり、次式が成立する。
【００２７】
【数１５】
【００２８】この平衡状態からの偏差ベクトルＸe を考
える。
える。
【００２９】
【数１６】 （２３）式はベクトルＸe についても成り立つので、
【数１７】 （２７）式のシステムを最適にする入力Ｖe を求める際
の評価関数として、
の評価関数として、
【数１８】 を考える。
【００３０】（２７）式に対する（２８）式を最小にす
る入力は、
る入力は、
【数１９】 ただし、ベクトルＰは、リカッチ方程式（３０）式の解
である。
である。
【００３１】
【数２０】
【００３２】もとの（２３）式に関しても最適入力は、
【数２１】 である。ところで、
【数２２】 なので、（３２）式−（２５）式を考えると、
【数２３】 ここで、７×８行列ベクトルＺを考える。ベクトルＺは
次式を満たすとする。
次式を満たすとする。
【００３３】
【数２４】 この（３４）式のベクトルＺを（３３）式の両辺に左か
らかけると、
らかけると、
【数２５】 これを（３１）式に代入し、最適な入力Ｖa は、
【数２６】
【００３４】この（３６）式による制御ブロック図を図
３に示す。この制御系は、基準速度をωref とし、これ
に電動機速度ω1 を負帰還し、速度制御器を積分型と
し、電流制御器にオブザーバで推定した捩り角θ12 ，
θ23 ，中間軸およびロール速度ω2 ，ω3 を、また実
測値として電動機速度ω1 ，電動機電流Ｉa を負帰還し
て構成される。
３に示す。この制御系は、基準速度をωref とし、これ
に電動機速度ω1 を負帰還し、速度制御器を積分型と
し、電流制御器にオブザーバで推定した捩り角θ12 ，
θ23 ，中間軸およびロール速度ω2 ，ω3 を、また実
測値として電動機速度ω1 ，電動機電流Ｉa を負帰還し
て構成される。
【００３５】（３）熱間仕上圧延機への適用 図４に示す鋼板の熱間仕上圧延機に、本発明のロール駆
動装置を適用した。該圧延機は、駆動電動機１と減速機
７とピニオンスタンド８とロール２が軸３で連結されて
おり、図５に示すような１２質点系モデルである。
動装置を適用した。該圧延機は、駆動電動機１と減速機
７とピニオンスタンド８とロール２が軸３で連結されて
おり、図５に示すような１２質点系モデルである。
【００３６】従来の２質点系モデルによる速度応答波形
を図６に、本発明の３質点系モデルによる速度応答波形
を図８に示す。両図において、破線は駆動電動機の回転
速度を示し、実線はロールの回転速度を示す。これから
明らかなように、振動抑制時間が従来例では０．５秒で
あったのが、本発明例では０．２秒に短縮され、ロール
および駆動電動機の振動抑制が、極めて効果的に行われ
ている。
を図６に、本発明の３質点系モデルによる速度応答波形
を図８に示す。両図において、破線は駆動電動機の回転
速度を示し、実線はロールの回転速度を示す。これから
明らかなように、振動抑制時間が従来例では０．５秒で
あったのが、本発明例では０．２秒に短縮され、ロール
および駆動電動機の振動抑制が、極めて効果的に行われ
ている。
【００３７】
【発明の効果】本発明により、高速化および高応答化が
図られている圧延機等のロール駆動装置において、イン
パクトドロップやスピンドルの軸捩り振動等に対し、振
動抑制が極めて効果的に行われる。その結果、高速圧延
における圧延材の板厚精度が著しく向上する。
図られている圧延機等のロール駆動装置において、イン
パクトドロップやスピンドルの軸捩り振動等に対し、振
動抑制が極めて効果的に行われる。その結果、高速圧延
における圧延材の板厚精度が著しく向上する。
【図１】本発明装置の説明図である。
【図２】本発明の制御系のモデルを示す説明図である。
【図３】本発明の制御系のモデルを示す説明図である。
【図４】本発明の実施例の圧延機を示す正面図である。
【図５】本発明の実施例の圧延機の質点系を示す説明図
である。
である。
【図６】従来例の速度応答波形を示すグラフである。
【図７】本発明例の速度応答波形を示すグラフである。
【図８】従来の２質点系モデルを示す説明図である。
【図９】従来の２質点系モデルにおける振動モードの周
波数特性を示すグラフである。
波数特性を示すグラフである。
１：駆動電動機 ２：ロール ３：軸 ４：演算装置 ５：速度制御装置 ６：速度センサー ７：減速機 ８：ピニオンスタンド ９：機械系 １０：オブザーバ ω1 ：駆動電動機の回転速度 ω2 ：中間軸の回転速度 ω3 ：ロールの回転速度 ωref ：速度目標値 Ｊ1 ，Ｊ2 ，Ｊ3 ：慣性モーメント θ12 ，θ23：軸捩れ角 ｋ12 ，ｋ23：バネ定数 Ｖa ：駆動電動機の電圧 Ｖ（Ｖe ）：速度目標値と実績値の偏差 Ｉa ：駆動電動機の電流 τM ：電動機トルク τL ：負荷外乱トルク ＫI ：電流制御系比例定数 ＫT ：トルク定数 ＴI ：電流制御系積分定数 Ｓ：ラプラス演算子
【手続補正書】
【提出日】平成５年９月１６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】
【数２】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】
【数５】 となり、
【数６】
【数７】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】
【数１３】
【数１４】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】
【数２４】 この（３４）式のベクトルＺを（３３）式の両辺に左か
らかけると、
らかけると、
【数２５】 これを（３１）式に代入し、最適な入力Ｖa は、
【数２６】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】圧延機の周波数特性を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項１】 駆動電動機、および減速機または増速機
を介して該電動機により駆動されるロールを備えるロー
ル駆動装置において、駆動電動機の速度および電流の測
定値の少なくとも１つを入力されて、インパクトドロッ
プ，軸捩り角および速度追従性の少なくとも１つを所望
値にするように係数を定めた３質点系以上の制御モデル
式あるいは該制御モデル式より設計された演算式をもつ
演算装置を設け、該演算装置の出力をロール駆動装置の
速度制御装置に入力するようにしてなることを特徴とす
るロール駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5219685A JPH0775362A (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | ロール駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5219685A JPH0775362A (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | ロール駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0775362A true JPH0775362A (ja) | 1995-03-17 |
Family
ID=16739370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5219685A Withdrawn JPH0775362A (ja) | 1993-09-03 | 1993-09-03 | ロール駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0775362A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015121974A1 (ja) * | 2014-02-14 | 2015-08-20 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 圧延機の電動機速度制御装置 |
| JP2016097413A (ja) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 圧延機の制御装置 |
-
1993
- 1993-09-03 JP JP5219685A patent/JPH0775362A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015121974A1 (ja) * | 2014-02-14 | 2015-08-20 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 圧延機の電動機速度制御装置 |
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| JPWO2015121974A1 (ja) * | 2014-02-14 | 2017-03-30 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 圧延機の電動機速度制御装置 |
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