JPH0775811A

JPH0775811A - 圧延制御方法および装置

Info

Publication number: JPH0775811A
Application number: JP5221872A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Ebihara; 一美海老原; Yoichi Matsui; 陽一松井; Takuro Shibagaki; 琢郎柴垣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1993-09-07
Publication date: 1995-03-20
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2755893B2

Abstract

(57)【要約】【目的】前工程により発生した外乱を考慮して、後工程
の制御ゲインを被圧延材毎に最適化する圧延制御方法お
よび装置を提供する。【構成】粗圧延機４による前工程を終了した被圧延材８
は、オンラインで移動して、板厚制御装置２により制御
される仕上圧延機５に入る。この移動中に、計測装置７
により所定周期で板厚を測定し、その各周期の板厚を元
に、仕上圧延工程を模擬したシミュレータ１により、被
圧延材在の全長に亘る変化をシミュレーションする。こ
のシミュレーションを、制御ゲインをパラメータとして
繰返し実行し、最適な結果が得られた制御ゲインを決定
し、この制御ゲインを実機である板厚制御装置２に設定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧延機の制御方式に係
り、特に前工程と後工程の間でシュミレーションを行っ
て後工程の最適制御を行う方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、厚板圧延計算機制御システム
は、加熱炉、粗圧延機、仕上圧延機、冷却装置、ホット
レベラーなどを制御対象に、製品変更の度に全システム
のスケジュールおよび各工程入出側の材料寸法を決定す
る圧延スケジュール計算装置と、スケジュール計算に基
づき各工程の制御装置の制御指令（目標値）を決定する
セットアップ計算装置と、制御対象を与えられた制御指
令どおりに制御するＤＤＣ制御装置とで階層構成され
る。

【０００３】ＤＤＣである板厚制御装置や形状制御装置
などの制御ゲインは、被圧延材の製品寸法や材質、前工
程における被圧延材の公称の板厚、板幅、温度等によ
り、セットアップ計算により決定されている。

【０００４】しかし、実際の圧延データは前工程で発生
した外乱を含み、公称値のように一様な値にはならな
い。たとえば、熱間圧延機の粗圧延後の材料の寸法や温
度には公称値からの偏差があり、これが後工程の仕上圧
延の外乱となって制御精度を低下させている。そこで、
何本かの圧延を行って制御ゲインをチューニングしてい
る。

【０００５】一方、圧延制御システムにおけるシミュレ
ーションとしては、特開昭６１−２３１６０７号公報に
記載のように、圧延制御を行っているオンライン計算機
から実データを非同期に受信して、テスト系計算機が開
発中のアプリケーションプログラムによるシミュレーシ
ョンを実行し、そのデバッグを実プロセスでリアルタイ
ムに行うものがある。あるいは、特開昭５９−１２１５
０１号公報に記載のように、オンライン時にプロセス制
御計算機からの実プロセスデータを格納し、シミュレー
ション時に格納中のデータを出力してプロセス制御計算
機によるシミュレーションを実行し、制御装置のトラブ
ルの再現テストを行うものなどがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】昨今の市場の要求は、
圧延材の品質と歩留まりに対しより高度なものを求めて
いる。しかし従来技術においては、上記のように何本か
の実圧延によって制御ゲインを調整しても、前工程の外
乱には再現性がないため、各板にたいして最適なものと
はならず、これが圧延精度を低下させる一因となってい
る。

【０００７】また、圧延制御における従来のシミュレー
ションは、制御プログラムのデバッグや制御装置の不具
合のテストに止まり、シミュレーション結果をオンライ
ン制御、特にＤＤＣ制御に直接反映させているものは見
当らない。

【０００８】本発明の目的は、従来技術の問題点を克服
し、前工程により発生した外乱を考慮したオンラインシ
ミュレーションによって、後工程の制御ゲインを最適化
する制御方法および装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の圧延制御方法
は、被圧延材が所定の前工程から所定の後工程に移動す
る期間に、制御ゲインをパラメータとして与えられる前
記後工程を模擬したモデルにより、前工程以後の被圧延
材データを元にシミュレーションし、その結果が最適と
なる制御ゲインを決定して前記後工程を制御することを
特徴とする。

【００１０】本発明の圧延制御装置は、粗圧延機とオン
ライン移送手段で連結される仕上圧延機の圧延制御装置
において、粗圧延後の被圧延材のプロセスデータを長さ
方向に所定周期でサンプリングする測定装置と、測定さ
れたプロセスデータを時系列に記憶するプロセスデータ
記憶手段、複数の制御ゲインを記憶するパラメータ記憶
手段、セットアップ計算値である制御目標値および前記
制御ゲインを与えられ、前記各サンプリング点の前記プ
ロセスデータを元に前記仕上圧延による被圧延材の変化
をシミュレーションする仕上圧延モデル、前記各制御ゲ
インによるシミュレーション結果を評価して最適な制御
ゲインを選択し前記圧延制御装置に設定する評価手段を
有するシミュレータ、を備えることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明による圧延制御方式は、前工程から後工
程に移る間に、前工程で発生した外乱を含むプロセスデ
ータを測定し、後工程を模擬したモデルに測定結果をそ
のまま与えてシミュレーションし、その結果が最適とな
る制御ゲインを圧延材１本毎に決定している。

【００１２】このように、非線形のままシミュレーショ
ンすることで、従来のように非線形現象を近似化して制
御系を作るものに比べ、シュミレーションに十分なデー
タの得られる場合は精度が高い。本発明では、工程間の
移動時間を利用することで、被圧延材の全長に亘る実デ
ータを得、高精度のシミュレーションを可能にしてい
る。

【００１３】このような本発明によれば、オンラインシ
ミュレーションの実施によって、後工程におけるＤＤＣ
の制御ゲインを被圧延材１本毎に最適化するので、圧延
システムにおける製品品質と歩留まりを、大幅に向上で
きる。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳
細に説明する。

【００１５】図１は、粗圧延機４と仕上圧延機５からな
る熱間圧延工程に、本発明による圧延機制御システムを
適用した概略構成を示したものである。粗圧延工程を終
了した圧延材８は、搬送テーブル９によって仕上圧延機
５に移送される。

【００１６】セットアップ計算機３は、材質や寸法など
製品変更の度に行われる図示しない圧延スケジュール計
算機より、仕上工程入出側の材料寸法の目標値を入力さ
れ、仕上圧延機各スタンドの圧下量、圧延速度及び、ス
タンド間張力の制御指令値を決定し、仕上圧延の板厚制
御装置２に設定する。

【００１７】板厚制御装置２は、圧下装置６を制御する
圧下位置制御部、ロール速度を制御する速度制御部、ル
ーパーを制御する位置制御部、速度制御部と位置制御部
にかかわる張力制御部を備え、各々セットアップ計算機
３からの制御指令とシミュレータ１からの制御ゲインに
よって仕上圧延機５の板厚制御を実行する。

【００１８】たとえば、圧下位置制御部は、セットアッ
プ計算機から各スタンド毎に設定される板厚目標値と実
測される出側板厚等に基づいて各スタンドの圧下量を求
め、各圧下装置をその圧下位置に制御する。なお、以下
では圧下位置制御部の例を主ににして説明する。

【００１９】シミュレータ１は、仕上圧延機５の圧延現
象、アクチュエータ動作及び制御動作を模擬した仕上圧
延モデルを備え、圧延材８の全長に亘って計測装置７に
よりオンライン計測される粗圧延後の各点の板厚につい
て、同一圧延材にたいして制御ゲインを変えながら仕上
圧延のシミュレーションを行い、その評価に基づいて板
厚制御装置２の制御ゲインを圧延材１本毎に最適化す
る。この処理は対象圧延材８の仕上圧延前に終了する。

【００２０】なお、前記板厚は前記粗圧延工程の最終パ
ス出側の測定値を利用してもよい。また、図１で、シミ
ュレータ１と圧延制御装置２は別構成とされているが、
圧延制御装置２にシミュレータ１を内臓するようにして
もよい。

【００２１】図２は、シミュレータ１の詳細構成を示す
機能ブロック図である。計測値記憶手段１１は、所定周
期（たとえば１msec）のサンプリング点ごとの板厚を圧
延材１本分について記憶する。

【００２２】セットアップ部１２は、上位からの目標寸
法に基づいて板厚制御装置２に与えられるのと同じ各ス
タンド配分の制御指令を計算する。この場合粗圧延後の
測定値による平均板厚または公称値を入側板厚とする。
ただし、タイミング的にセットアップ計算機３による制
御指令の利用が可能な場合は、セットアップ部１２を省
略することができる。

【００２３】仕上圧延モデル１３は、セットアップ部１
２から初期設定される制御指令値により、記憶されてい
る各サンプリング点の板厚を元にその仕上圧延後の変化
について、制御ゲインテーブル１５の制御ゲインをパラ
メータとしてシミュレーションを実行する。記憶手段１
４はシミュレーション結果である仕上圧延後の１本分の
予測板厚を制御ゲイン毎に記憶する。

【００２４】制御ゲインテーブル１５は、実績に基づい
て予め定められている板厚制御系の複数の制御ゲイン
（組）を記憶する。評価手段１６は、シミュレーション
結果を、平均板厚偏差、最大板厚偏差、板端板厚偏差、
張力リミットなど所定の評価基準にしたがって評価し、
最適評価の得られる制御ゲイン（組）を決定し、実機で
ある板厚制御装置２に設定する。なお、本実施例では平
均板厚偏差を用いている。

【００２５】図３は、シミュレータ３の処理手順を示す
フローチャートである。この処理は圧延材毎に毎回行わ
れ、粗圧延工程の終了以後に開始され、仕上圧延の開始
する前（仕上圧延機の噛み込み前）に終了する。

【００２６】ステップｓ１０１では、計測装置７により
所定周期でサンプリングされる板厚データを、圧延材８
の全長に亘って時系列に記憶する。

【００２７】ステップｓ１０２では、圧延スケジュール
の変更の度に与えられる仕上圧延目標値通りの板厚に圧
延するため、粗圧延後の板厚データの実績値（平均値）
を元に、板厚制御装置の各スタンド毎の目標値を計算
し、これをモデル１３の制御指令として設定する。な
お、セットアップ計算機３による制御目標値を直接利用
する場合は、本ステップは省略される。

【００２８】ステップｓ１０３では、制御ゲインテーブ
ル１５から一組の制御ゲインを読出し、モデル１３に設
定する。圧下位置制御系の各ループの制御ゲインは、ビ
スラＡＧＣ、フイードフォワード（ＦＦ）ＡＧＣ及びモ
ニタＡＧＣを一組として、予め複数組が記憶されてい
る。これら制御ゲインの各組は、たとえば製品毎にチュ
ーニングされた過去の実績値や本例のシミュレーション
による学習値により定められる。

【００２９】ステップｓ１０４では、記憶されている各
サンプリング点の板厚データを順次、入力して、仕上圧
延機５の各スタンドによる圧延状態を次々とシミュレー
ションし、最終スタンド出側の各サンプリング点の板厚
を予測する。なお、板厚を実測する粗圧延後のサンプリ
ング周期と、シミュレーションにおける各スタンド出側
のサンプリング周期は、通常同一に設定される。

【００３０】ステップｓ１０５では、圧延材１本分の最
終段出側の各サンプリング点のシミュレーション結果を
記憶し、ステップｓ１０６で、テーブル１５に記憶され
ている各制御ゲイン（組）についてステップｓ１０３〜
ｓ１０５を繰返す。なお、ステップＳ１０３とＳ１０４
の処理は、Ｓ１０１の処理開始による被圧延材のサンプ
リングデータの一部が得られ次第開始し、シミュレーシ
ョンの処理時間を短縮する。この処理時間は、複数ＣＰ
Ｕによる複数ゲインの並行処理により、さらに短縮する
ことも可能である。

【００３１】ステップｓ１０７では、各制御ゲイン
（組）毎に、目標板厚値とシミュレーション結果の各サ
ンプリング点板厚の偏差を取り、これより圧延材１本分
の平均板厚偏差を求め、ステップｓ１０８で、平均板厚
偏差の最小となる制御ゲイン（組）をテーブル１５から
選択し、実機の制御ゲインとして出力する。

【００３２】このようにして、当該圧延材に最適な制御
ゲインが、粗圧延工程後の実績データを元にしたシミュ
レーションにより求められ、実機である板厚制御装置２
に設定され、この後に仕上圧延工程が開始される。これ
を粗圧延後の圧延材毎にオンラインで実行することによ
り、粗圧延工程で発生した外乱を考慮した仕上圧延が可
能になる。

【００３３】次ぎに、仕上圧延モデル１３の構成と動作
を説明する。図４に、モデル１３の詳細構成を示し、図
２と同じ要素には同一符号を付す。モデル１３は、仕上
圧延機５の各スタンドに対応する分割モデル１３−１〜
１３−５より構成され、各分割モデルは、圧延材モデル
１０１〜５０１、圧下装置モデル１０２〜５０２、圧下
制御装置モデル１０３〜５０３からなる。

【００３４】記憶手段１１から粗圧延後の板厚が入力さ
れると、圧延材モデル１０１は下記の圧延荷重式（数
１）、ロール扁平式（数２）、ゲージメータ式（数３）
の連立解をニュ−トンラプソン法により求め、出側板厚
ｈ₁を得る。

【００３５】

【数１】Ｐ＝ｂ・ｋm・Ｄp√（Ｒ’（Ｈ−ｈ））（１）Ｄp＝ａ₁−ａ₂ｒ＋ａ₃μｒ√（１−ｒ）√（Ｒ'／ｈ）（２）ｂ：板幅Ｋm：変形抵抗Ｄp：摩擦補正項Ｒ'：偏平ロール半径ｒ：圧下率（（Ｈ−ｈ）／Ｈ） μ：摩擦係数

【００３６】

【数２】Ｒ’＝Ｒ（１＋Ｃ・Ｐ／（ｂ（Ｈ−ｈ）））（３）Ｃ＝１６（１−ν²）／πＥ（４） ν：ポアソン比Ｅ：ヤング率

【００３７】

【数３】ｈ＝Ｓ＋Ｐ／Ｋ（５）Ｋ：ミルばね定数ここで、（数３）のロール間ギャップＳは、図５に示す
圧下装置モデル１０２より計算される。すなわち、圧下
指令Ｓp に対する圧下装置の１次遅れ及び無駄時間の関
数として、ギャップＳが求められる。

【００３８】第１スタンドの圧下指令Ｓp₁は、セットア
ップ部１２からの制御指令である目標出側板厚ｈp₁とな
るように、スタンド入側板厚Ｈ₁(粗圧延後の各点の計測
板厚）、セットアップ計算機３による圧延荷重Ｐ₁ など
を与えられ、圧下制御モデル１０３により計算される。

【００３９】図６に圧下制御装置モデルの構成を示す。
同図の各ループの制御ゲイン、すなわちビスラα，フイ
ィードフォーワードＧ_FF，モニタ積分Ｇ_I ，スタンドモ
ニタ比例Ｇ_p ，スタンドモニタ積分Ｒ_S の各ゲインは、
制御ゲインテーブル１５より各組がパラメータとして与
えられる。同図で、サフイックスｉは仕上圧延機５のス
タンド番号、サフイックスｏはセットアップ値、Ｋはミ
ルの鋼性、Ｔtrans はスタンド間材料移送時間、δは影
響係数をそれぞれ示す。

【００４０】第１スタンドのモデル１３−１による各サ
ンプリング点の圧延結果（出側板厚）ｈ₁ は、第２スタ
ンドのモデル１３−２の圧延材モデル２０１のスタンド
入側板厚Ｈ₂ として入力される。このようにして順次、
各段モデルによる計算が実施されて、第５スタンドの圧
延材モデル５０１から圧延材全長に亘る各サンプリング
点の板厚予測値ｈ₅ が求められる。この全長に亘る板厚
予測値は、制御ゲインをパラメーターとして繰返し求め
られ、記憶手段１４にゲイン別に記憶される。

【００４１】図７は、本実施例による表１に示す条件で
のシミュレーションの結果である。

【００４２】

【表１】

【００４３】同図（ａ）は、圧延材の長さ方向の板厚
（予測値）を、制御ゲインをパラメータとした３つのケ
ースについて示す。同図（ｂ）は、各ケースの目標値
（３．０ｍｍ）に対する偏差の平均値を示し、この例で
は偏差の最も少ないケース３の制御ゲインが選択され
る。

【００４４】以上説明したように、本実施例によれば、
粗圧延以後で仕上圧延の前に、対象圧延材について測定
した板厚を元に、その圧延材が仕上圧延された場合の板
厚変化を、制御ゲインをパラメータにシミュレータによ
り予測し、その結果から最適な制御ゲインを実機の板厚
制御装置に設定するようにしたので、粗圧延による外乱
を考慮した高精度の制御が可能になり且つ、実圧延によ
るチューニングが不要となって材料の歩留まりも向上す
る。

【００４５】上記実施例は、板厚制御装置の圧下装置を
主に説明したが、ロール駆動装置のための張力制御系や
速度制御系などについても同様にシミュレーションする
ことは可能である。

【００４６】また、本発明は板厚制御に限定されない。
仕上圧延形状制御や仕上圧延温度制御においても同様に
して適用できる。前者の場合は、粗圧延後の板ププロフ
ィールなどの測定値を元に、仕上圧延後の圧延材全長に
亘る形状を制御ゲインをパラメータにシミュレーション
し、最適なシミュレーション結果を与える制御ゲインを
実機の形状制御装置に設定する。

【００４７】後者の場合は、粗圧延後の圧延材温度など
の測定値を元に、仕上圧延後の圧延材全長に亘る板温度
を制御ゲインをパラメータにシミュレーションし、最適
なシミュレーション結果を与える制御ゲインを実機の温
度制御装置に設定する。

【００４８】これらにより、粗圧延工程による外乱を考
慮した高精度の制御がそれぞれ実現でき、仕上圧延材の
品質精度を一段と向上することができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、前工程での外乱を含む
実データを元に、オンラインシミュレーションが実施さ
れて、後工程におけるＤＤＣの制御ゲインを被圧延材１
本毎に最適化するので、圧延システムにおける製品品質
と歩留まりを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である圧延制御システムの構
成図である。

【図２】シミュレータの構成を示す機能ブロック図であ
る。

【図３】シミュレータの処理動作を示すフローチャート
である。

【図４】仕上圧延モデルの構成を示す機能ブロック図で
ある。

【図５】圧下装置のモデルを示すブロックダイアグラム
である。

【図６】圧下制御装置のモデルを示すブロックダイアグ
ラムである。

【図７】シミュレーション結果を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１…シミュレータ、２…板厚制御装置、３…セットアッ
プ計算機、４…粗圧延機、５…仕上圧延機、６…圧下装
置、７…計測装置、８…被圧延材、１１…計測値記憶手
段、１２…セットアップ手段、１３…仕上圧延モデル、
１３−１…第１スタンドモデル、１５…制御ゲインテー
ブル、１６…評価手段、１０１…圧延材モデル、１０２
…圧下装置モデル、１０３…圧下制御装置モデル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２１Ｂ 37/18 ＢＢＰＧ０５Ｂ 13/04 9131−3Ｈ 17/02 7531−3Ｈ 8315−4ＥＢ２１Ｂ 37/02 ＤＢＢＰ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被圧延材が所定の前工程から所定の後工程
に移動する期間に、制御ゲインをパラメータとして与え
られる前記後工程を模擬したモデルにより、前記前工程
以後の被圧延材データを元にシミュレーションし、その
結果が最適となる制御ゲインを決定して前記後工程を制
御する圧延制御方法。
【請求項２】圧延プロセスの前工程と後工程がオンライ
ンでつながる圧延設備の圧延制御方法において、被圧延材毎の前工程終了以後から後工程開始前の期間
に、被圧延材のプロセスデータを所定周期で長さ方向に
測定し、各周期のプロセスデータを元に前記後工程を模
擬したモデルによるシミュレーションを、制御ゲインを
パラメータとして繰返し行い、所定の評価基準を満たす
最適なシミュレーション結果の得られた制御ゲインを選
択し、前記後工程の所定制御に用いることを特徴とする
圧延制御方法。
【請求項３】粗圧延工程後の被圧延材がオンラインで移
動して仕上圧延工程に進む圧延制御方法において、被圧延材毎の粗圧延工程終了以後から仕上圧延工程開始
前の期間に、被圧延材の板厚を所定周期で長さ方向に測
定し、各周期の板厚を元に前記仕上圧延工程を模擬した
モデルによって仕上圧延による被圧延材在の全長に亘る
変化をシミュレーションし、このシミュレーションを制
御ゲインをパラメータとして繰返し実行し、所定の評価
基準を満たす最適なシミュレーション結果の得られた制
御ゲインを選択し、この制御ゲインを前記仕上圧延工程
の板厚制御に用いることを特徴とする圧延制御方法。
【請求項４】請求項３において、前記所定の評価基準
は、事前に与えられる当該圧延材の目標板厚と前記シミ
ュレーションによる各サンプリング点の板厚の偏差から
求められる、圧延材の全長に亘る平均偏差または偏差幅
の最小のもの、であることを特徴とする圧延制御方法。
【請求項５】請求項３または４において、前記モデルは
圧延材モデル、圧下装置モデルおよび圧下制御装置モデ
ルを含んで構成されることを特徴とする圧延制御方法。
【請求項６】請求項３または４または５において、前記
板厚の測定は前記粗圧延工程の最終パス出側で行われる
ことを特徴とする圧延制御方法。
【請求項７】粗圧延機とオンライン移送手段で連結され
る仕上圧延機の圧延制御装置において、粗圧延後の被圧延材のプロセスデータを長さ方向に所定
周期でサンプリングする測定装置と、測定されたプロセスデータを時系列に記憶するプロセス
データ記憶手段、複数の制御ゲインを記憶するパラメー
タ記憶手段、セットアップ計算値である制御目標値およ
び前記制御ゲインを与えられ、各サンプリング点の前記
プロセスデータを元に前記仕上圧延による被圧延材の変
化をシミュレーションする仕上圧延モデル、前記各制御
ゲインによるシミュレーション結果を評価して最適な制
御ゲインを選択し前記圧延制御装置に設定する評価手段
を有するシミュレータ、を備えることを特徴とする圧延
制御装置。
【請求項８】請求項７において、前記シミュレータは、
予め製品ごとにスケジューリングされる製品寸法に基づ
いて前記制御目標値を演算するセットアップ手段を有し
ていることを特徴とする圧延制御装置。
【請求項９】請求項７または８において、前記圧延制御
装置は板厚制御装置であって、前記仕上圧延モデルは圧
延材モデル、圧下装置モデル、圧下制御装置モデルを含
み、前記プロセスデータは板厚となることを特徴とする
圧延制御装置。
【請求項１０】請求項７〜請求項９のいずれか１項にお
いて、前記圧延制御装置は前記シミュレータを内蔵して
構成されることを特徴とする圧延制御装置。