JPH11285730A

JPH11285730A - 帯状材の張力制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH11285730A
Application number: JP11015769A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Asano; 一哉浅野; Hiroyuki Takahashi; 弘之高橋; Yoshitake Kohiro; 善丈小廣; Takatoshi Goto; 貴敏後藤
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】リールに巻取り・巻戻しされる帯状材における
リール回転に同期した張力変動を、制御系を不安定化さ
せることなく除去する帯状材の張力制御方法及び装置を
提供することを課題としている。【解決手段】被圧延材１の張力実績値σと張力設定値σ
_REFとの偏差を、リール回転の１周期分遅らせるむだ時
間要素１０に入力し、そのむだ時間要素１０の出力を、
当該むだ時間要素１０の入力にゲインαを乗じて正帰還
すると共にゲインβを乗じて位相進み要素１１に入力
し、その位相進み要素１１の出力に基づき電流指令値を
求めモータ１６のトルクを操作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リールに巻き付け
られた帯状材の巻き取りおよび巻き出し時の帯状材のリ
ール回転に同期した張力変動を防止する方法および装置
に係り、特に，リールと圧延機との間の被圧延材（帯状
材）のリール回転に同期した張力変動を防止する制御に
好適な、帯状材の張力制御方法及び装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】圧延機の入側若しくは出側で被圧延材の
張力が変動すると、圧延荷重が変動して板厚の変動をも
たらす。そのため、被圧延材の張力を一定に保つこと
は、製品に要求される寸法精度を確保する上で極めて重
要であり、そのために従来から被圧延材の張力制御が行
われている。

【０００３】その張力制御は、例えば図１に示す可逆式
圧延機設備のように、圧延機３の入側に被圧延材１の巻
き出しを行うためのリール２、出側に被圧延材１の巻き
取りを行うためのリール３１が設置されている場合に
は、各リール２，３１を回転駆動するモータ１６，３２
の各発生トルクを操作することにより行う方法が一般的
である。

【０００４】ここで、モータの電機子電流をｉ_a、界磁
磁束をφとすると、モータの発生するトルクｑは、下記
（１）式のように表される。ｑ＝Ｋ・φ・ｉ_a ・・・（１）ここで、Ｋは比例定数である。一方、張力によるモータ
ヘの負荷トルクｑ_dは、張力をσ、リール半径をＤとす
れば、下記（２）式で表される。

【０００５】ｑ_d＝σ・Ｄ・・・（２）そして、上記（１）式及び（２）式から、モータの発生
トルクｑと張力による負荷トルクｑ_dが釣り合うために
は、下記（３）の関係となればよいことが分かる。リール半径Ｄは、圧延の進行とともに変化するが、その
変化は緩やかであり、しかも予め見積もることができ
る。そこで、界磁磁束φをリール半径Ｄに比例させて、
電機子電流ｉ_aを一定に保つことにより張力を一定に保
持しようとする考え方が従来から採られてきた。

【０００６】上記図１を参照しつつ、その張力制御の典
型例を次に説明する。図１において、符号６及び３６
は、それぞれ、入側と出側の張力設定器である。また、
符号ｌ２及び３７は、電流・トルク換算器であり、符号
１３及び３８は、電流制御器である。張力設定器６、３
６は、圧延条件に応じて適切な張力設定値σ_REFを電流
・トルク換算器１２、３７に出力する。電流・トルク換
算器１２、３７は、被圧延材１の張力を上記張力設定値
σ_REFとするためにモータ１６，３２が発生すべきトル
クを計算し、それをモータ１６，３２の電流値に換算
し、電流指令値ｉ_REFとして電流制御器１３、３８に出
力する。上記換算は、下記（４）式に従って行われる。

【０００７】であり、また、界磁磁束φはリール半径Ｄに比例させて
いるので、Ｋ_Tは定数となる。

【０００８】電流制御器１３，３８の作用等を、図２を
参照しつつ説明する。符号５１は電機子に印加された電
圧ｅ_aから電機子電流ｉ_aまでの伝達関数を表し、ｒ、
Ｌはそれぞれ電機子の抵抗及びインダクタンスを表す。
一般に、電流制御器１３はＰＩ制御器で構成されてお
り、電流指令値ｉ_REFと電機子電流ｉ_aとの偏差に比例
積分演算を施して得られる電圧ｅ_aを電機子に印加す
る。図１では、減算器６２及び電機子電流ｉ_aからのフ
ィードバック部分は省略している。

【０００９】なお、図１中、符号４，１３はデフレクタ
・ロールであり、リール径が変化しても、圧延機３の入
出側における被圧延材１を水平に保つ作用を有する。こ
のようなリール２，３１と圧延機３との間の被圧延材１
の張力制御にあっては、リール２，３１に巻かれている
コイルの変形による偏芯や、リール２，３１ヘ被圧延材
１の端部を固定する部分でコイルが盛り上がることによ
って、実質的なリール径がリール２，３１の回転に同期
して周期的に変動することがある。リール周速は、リー
ル２，３１の回転速度とリール半径Ｄの積であるから、
リール半径Ｄが変動するとリール周速が変動する。ま
た、張力によってリール２，３１に加わるトルクは、張
力とリール半径Ｄの積であるから、リール径が変動する
とリールモータ１６，３２ヘの張力による負荷トルクが
変動する。その結果、張力が周期的に変動することとな
る。

【００１０】しかしながら、上述の張力制御では、定常
状態において必要な張力を得るための一定値のトルクを
モータ１６，３２に発生させているだけであり、上記の
ような周期的な張力変動を抑制する効果はない。これに
対して、図３に示すように、張力検出器５，３４を設け
て被圧延材１の張力を測定し、それと張力設定値との偏
差に比例積分演算を施したものをモータ１６，３２の電
流制御系に与えることによりモータトルクを操作するフ
ィードバック制御も、従来、行われている。

【００１１】すなわち、図３において、張力検出器５，
３４が、デフレクタロール４及び３５の荷重をそれぞれ
測定することにより、被圧延材１のリール２，３１と圧
延機３との間の張力をそれぞれ測定する。張力検出器
５，３４から出力される張力実績値と、張力設定器６，
３６から出力された張力設定値とは減算器７，３９にそ
れぞれ入力され、その減算器７の出力として得られる張
力偏差が、張力制御器７１，７２に入力される。張力制
御器７１，７２は、張力偏差に対して比例積分演算を行
い、その結果が電流・トルク変換器１２，３７に出力さ
れる。

【００１２】しかしながら、リール偏芯による周期的な
外乱の周波数帯では、このようなＰＩ制御の効果は小さ
く、張力変動は抑制できなかった。このリール回転に同
期した周期的張力変動に対して、従来にあっては、例え
ば特開昭６２−２４８１９号公報や特公平６−６５４１
２公報に記載される制御方法が提案されている。

【００１３】すなわち、特開昭６２−２４８１９に記載
されている張力制御では、張力検出器の出力を狭帯域フ
ィルタに入力してリール回転に同期した成分を抽出し、
リ−ルに取り付けられた回転検出装置で検出したリール
角度に対応させて張力偏差保存装置に記憶させ、次の周
期に制御系の遅れを考慮しつつ張力偏差保存装置から張
力偏差を取り出し、張力設定値を補正して張力を制御す
る張力制御が開示されている。

【００１４】また、特公平６−６５４１２には、モータ
１６，３２の電流制御系への操作量をリール２，３１回
転の１周期分遅らせて張力偏差に加算することにより一
種の繰り返しコントローラ１１０を構成し、その繰り返
しコントローラ１１０の出力を電源制御系１１４に入力
して電機子電流を制御する巻き取り張力制御方法が開示
されている。そのブロック図を図４に示す。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６２−２４８１９公報に記載の張力制御では、単に
張力変動に比例した補正信号を位相をずらして張力制御
系に加えているに過ぎず、補正信号のゲインや位相の補
正量の決定が難しく、また、比例制御であることから、
張力偏差を０にすることは理論的に不可能であり、十分
な制御効果が得られないという問題がある。

【００１６】また、一般に張力制御系では周波数が高く
なるほど位相が遅れるのは不可避であるが、上記特公平
６−６５４１２公報に記載の張力制御では、リール回転
周波数の整数倍の周波数において繰り返しコントローラ
のゲインが無限大となるのにも関わらず、制御系の位相
遅れの補償機能が全くないため、位相が遅れた過大な電
流指令値に従ってモータ１６，３２が駆動される。この
結果、制御系が不安定となって、被圧延材の張力が発散
に向かい、張力制御が行えなくなるおそれがあるという
問題がある。

【００１７】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決すべくなされたものであり、リールに巻取り・巻戻し
される被圧延材等の帯状材についてのリール回転に同期
した張力変動を、制御系を不安定化させることなく除去
する帯状材の張力制御方法及び装置を提供することを課
題としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のうち請求項１に記載した発明は、リールか
ら巻き戻す帯状材またはリールに巻き取られる帯状材の
張力を、上記リールを回転駆動するモータのトルクで操
作する張力制御方法であって、上記帯状材の張力実績値
と張力設定値との偏差を、リール回転の１周期分遅らせ
るむだ時間要素に入力し、そのむだ時間要素の出力を、
当該むだ時間要素の入力に正帰還すると共に位相進み要
素に入力し、その位相進み要素の出力に基づき上記モー
タのトルクを調整することを特徴とする帯状材の張力制
御方法を提供するものである。

【００１９】本発明による張力制御方法においては、む
だ時間要素の出力を当該むだ時間要素の入力に正帰還す
ることにより、リール回転周期に一致した周期を持つ周
期信号を発生する要素（周期信号発生器）が制御ループ
中に組み込まれる。その要素（周期信号発生器）への入
力は、張力偏差であり、その振幅及び位相に応じて周期
信号が発生する。この周期信号に基づいてモータトルク
を操作することにより、リール回転周期に同期して発生
する張力変動を相殺することができる。

【００２０】また、制御ループ中には必ず応答遅れが存
在するため、高い周波数では位相が遅れ、周期信号発生
器からの周期信号の位相がずれて、十分な張力変動の抑
制が行えないばかりか、逆に張力変動を増長し、発散さ
せてしまうことが起こり得る。これに対し、本発明で
は、周期信号発生器の周期信号を位相進み要素に通した
ものに基づいてモータトルクを制御することにより、制
御ループ内の遅れを補償して、制御系が安定化し、大き
な外乱抑制効果を得ることができる。

【００２１】次に、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載した構成に対し、上記むだ時間要素の出力からの
正帰還に、値が１より小さい正値のフィードバックゲイ
ンを挿入することを特徴とするものである。本発明によ
れば、むだ時間要素の出力を正帰還するときのゲインを
１より小さな正数値とすることにより、より大きな制御
系の安定化効果を得ることができる。

【００２２】すなわち、上記正帰還の際のゲインを１よ
り小さな正数とすることで、リール回転周波数の整数倍
においても、上記周期信号発生器のゲインが無限大にな
ることが回避されることにより、制御系が安定化する。
次に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２
に記載した構成に対し、上記位相進み要素と直列に、値
が１より小さい正値のゲインを挿入することを特徴とす
るものである。

【００２３】本発明によれば、制御ループ中に１よりも
小さい正数のゲインを持ったゲインを挿入することによ
り、より大きな制御系の安定化効果を得ることができ
る。すなわち、１よりも小さい正数のゲインを持ったゲ
インを挿入することで、制御ループのループゲインが全
周波数で下がることにより、制御系が安定化する。次
に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３の
いずれかに記載した構成に対し、上記モータの電機子電
流及び上記リールの回転速度に基づき、上記張力実績値
を推定することを特徴とするものである。

【００２４】本発明によれば、実際の被圧延材の張力実
績値を測定する張力検出器が不要となる。次に、請求項
５に記載した発明は、帯状材をリールから巻き戻し又は
リールに巻き取る際に、リールを回転駆動するモータの
発生するトルクを電流指令値として入力し、モータの電
機子電流を電流指令値に制御する張力制御装置であっ
て、上記帯状材の張力を検出する張力検出器と、上記リ
ールの回転角度を検出するリール回転角度検出器と、上
記リール回転角度検出器及び張力検出器の検出信号に基
づき、リール角度が予め定められた所定角度だけ回転す
る毎に、上記張力検出器の検出信号による張力実績値と
張力設定値との偏差を出力する偏差出力手段と、上記偏
差を入力しリール回転の１周期分遅らせて出力するむだ
時間要素を備えると共に、そのむだ時間要素の出力を当
該むだ時間要素の入力に正帰還することで周期信号を発
生する周期信号発生器と、上記周期信号発生器の発生す
る周期信号の位相を進ませて出力する位相進み要素と、
を備えることを特徴とする張力制御装置を提供するもの
である。

【００２５】次に、請求項６に記載した発明は、請求項
５に記載した発明に対して、２以上の整数個の段数を持
つシフトレジスタを設け、該シフトレジスタを、上記リ
ール回転角度検出器の検出信号に基づき、リールの１回
転を（上記シフトレジスタの段数−１）で除した角度だ
け当該リールが回転するごとに、上記シフトレジスタの
各段の値を、それぞれ同期をとって一つ下流側の段にシ
フト可能に構成し、上記周期信号発生器を、上記シフト
レジスタの最終段からの出力に１以下の正数値を乗じて
当該シフトレジスタの１段目への入力に加算する構成と
し、上記位相進み要素を、上記シフトレジスタの各段の
うち、少なくとも１つの段の出力に所定の重み係数を乗
じた後の値を加算して出力することにより構成すること
を特徴とするものである。

【００２６】本発明によれば、上記シフトレジスタを通
じて、周期信号発生器と位相進み要素とが一体化して、
両者を独立して設けた場合には得られない大きな進み効
果を得ることが可能となる。次に、請求項７に記載した
発明は、リールから巻き戻す帯状材またはリールに巻き
取られる帯状材の張力を、上記リールを回転駆動するモ
ータのトルクで操作し、そのモータのトルクをトルク指
令値に基づき調整する張力制御方法であって、リール回
転で１周期前のトルク演算値に、リール回転で１周期前
の張力実績値と張力設定値との偏差を加算して求まる現
時点のトルク演算値を位相進み要素に入力し、その位相
進み要素の出力に基づいて現時点のトルク指令値を決定
することを特徴とする帯状材の張力制御方法を提供する
ものである。

【００２７】本発明によれば、１周期前のトルク演算値
（位相補正前のトルク指令値）に基づきトルク指令値を
求めると共に、位相進み要素に通した値に基づき現時点
のトルク指令を決定することで、上記請求項１と同様な
作用を持つ。次に、請求項８に記載した発明は、リール
から巻き戻す帯状材またはリールに巻き取られる帯状材
の張力を、上記リールを回転駆動するモータのトルクで
操作し、そのモータのトルクをトルク指令値に基づき調
整する張力制御方法であって、１周期以内の所定リール
回転角度を設定回転角度として一つ以上設定しておき、
現時点から設定回転角度に相当する分だけ遡った時点で
のトルク演算値に該遡った時点での張力実績値と張力設
定値との偏差を加算した加算値を、上記一つ以上の設定
回転角度の一部又は全部についてそれぞれ求め、その求
めた各加算値にそれぞれ予め定めたゲインを乗じた後に
当該各加算値を加算して得られる値に基づき現時点のト
ルク指令値を決定すると共に、リール回転で１周期前の
トルク演算値に、リール回転で１周期前の張力実績値と
張力設定値との偏差を加算した値を現時点のトルク演算
値とすることを特徴とする帯状材の張力制御方法を提供
するものである。

【００２８】本発明によれば、１周期前以内のトルク演
算値を使用することで、位相進み要素が導入される。ま
た、１周期前以内の複数のトルク演算値に基づきトルク
指令値を演算する事で、より効果的に制御系ループの遅
れ補償を行うことができる。次に、請求項９に記載の発
明は、請求項８に記載の構成に対し、使用する上記設定
回転角度、及び上記加算値に乗じるゲインのうち少なく
とも一方を、現時点のリール回転速度によって変更する
ことを特徴とするものである。

【００２９】本発明によれば、帯状材の搬送速度やリー
ル径が変化しても、適切な位相進みを制御系に与えるこ
とができて、リール偏芯に起因する周期的な張力変動の
抑制をさらに効果的に行うことができる。次に、請求項
１０に記載した発明は、帯状材をリールから巻き戻し又
はリールに巻き取る際に、リールを回転駆動するモータ
が発生するトルクを電流指令値として入力し、その電流
指令値にモータの電機子電流を制御する張力制御装置で
あって、上記帯状材の張力を検出する張力検出器と、上
記リールの回転角度を検出するリール回転角度検出器
と、予め定められた正整数Ｎで３６０度を除した角度の
ｎ倍（ｎ＝０、１、２、…、Ｎ−１）の角度に対応させ
たＮ個のメモリと、上記リール回転角度検出器及び張力
検出器の検出信号に基づき、リールが（３６０／Ｎ）度
だけ回転するごとに、上記Ｎ個のメモリのうち現時点の
リール回転角度に対応するメモリの値に現時点の張力実
績値と張力設定値との偏差を加算して当該メモリの値を
更新するトルク演算値更新手段と、１周期以内の所定リ
ール回転角度を設定回転角度として一つ以上設定される
と共に、現時点より各設定回転角度だけ遡ったリール角
度に対応する各メモリの値にそれぞれ予め定められたゲ
インを個々に乗じた後の値を加算して得られる値に基づ
き上記電流指令値を求める電流指令値演算手段と、を備
えることを特徴とする帯状材の張力制御装置を提供する
ものである。

【００３０】次に、請求項１１に記載した発明は、請求
項１０に記載した構成に対し、上記電流指令値演算手段
は、設定回転角度を現時点におけるリール回転速度によ
って変更する角度変更手段、およびメモリの値に乗じる
ゲインをリール回転速度によって変更するゲイン変更手
段のうち、少なくとも一方の手段を備えることを特徴と
するものである。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施の形態
を図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、可逆式圧
延機の入側リールと圧延機との間の張力制御に適用した
例で説明する。すなわち、図５に示すように、被圧延材
１（帯状材）は、入側リール２から巻き出されて圧延機
３によって圧延され不図示の出側リールに巻き取られる
構成となっている。圧延機３のロール速度は、ロール回
転速度制御系（図示せず）により所定の値に保たれてい
る。符号４は、デフレクタロールを示す。

【００３２】符号５は、張力検出器であって、デフレク
タロール４の荷重を測定することにより、リール２と圧
延機３との間での被圧延材１の張力を検出し、減算器７
に出力する。減算器７は、張力検出器５からの張力実績
値σから、張力設定器６からの張力設定値σ_REFを減算
して張力偏差を求め、その張力偏差を加算器８に出力す
る。

【００３３】加算器８は、張力偏差に、後述のフィード
バックゲイン９からの値を加算してむだ時間要素１０に
出力する。むだ時間要素１０は、入力信号をリール回転
の１周期分に相当する時間遅らせるものである。そのむ
だ時間要素１０の出力は、正帰還路にあるフィードバッ
クゲイン９に出力されると共にゲイン４１に出力され
る。上記フィードバックゲイン９の値αは、０＜α≦１
の範囲の一定の値に設定されている。

【００３４】フィードバックゲイン９の出力は、上記加
算器８に出力されることで正帰還ループが形成されて、
加算器８、むだ時間要素１０、及びフィードバックゲイ
ン９で、リール２の回転周期と同期した周期信号発生器
ｌ００が構成され、該周期信号発生器１００は、リール
一回転を周期とする周期信号を発生する。発生した周期
信号（むだ時間要素１０の出力信号）は、ゲイン４１の
値βが乗ぜられた後、位相進み要素１１に送られる。上
記ゲイン４１の値βは、０＜β≦１の範囲の一定の値に
設定されている。

【００３５】位相進み要素１１の出力は、電流・トルク
換算器１２で電流指令値に変換され、電流制御器１３に
与えられる。電流制御器１３は、リールモータ１６の電
機子電流を与えられた電流指令値に制御する。この電流
指令値は、リール回転に同期した周期的な張力変動を相
殺するのに必要なトルクに相当するものとなっており、
上記周期的な張力変動は打ち消される。

【００３６】本実施形態におけるフィードバックゲイン
９、ゲイン４１及び位相進み要素１１の役割について、
以下に説明する。本実施形態によって構成される周期信
号発生器１００の伝達関数とゲイン４１の伝達関数の積
の伝達関数、すなわち加算器８の入側からゲイン４１の
出側までの伝達関数をＧとすれば、と表される。

【００３７】ただし、Ｌはリール２の回転周期である。
フィードバックゲイン９の値αを１．０とした場合、伝
達関数Ｇは、回転周期Ｌに相当する周波数の整数倍の周
波数では、ゲインが無限大となる。電流制御系、張力発
生系、張力検出器５の応答性は有限であり、高周波数で
は位相が遅れるため、この位相遅れを補償せずに高いゲ
インで制御を行うと、制御系は不安定化する。位相進み
要素１１は、これを補償するものであり、安定な制御系
を構成するための不可欠な要素である。

【００３８】また、位相進み要素１１だけでは安定化が
達成できない場合には、フィードバックゲイン９の値α
を１より小さい正の値とし、伝達関数Ｇのゲインを、回
転周波数の整数倍の周波数においても無限大にならない
ようにすることにより、より容易に安定化を図ることが
できる。また、ゲイン４１の値βをｌより小さい正の値
とした場合も、同様にループゲインを下げることがで
き、安定化のための調整要素として用いることができ
る。

【００３９】次に、上記周期信号発生器１００及び位相
進み要素１１についての具体的な構成例とした第２実施
形態を説明する。これは、請求項６に記載の発明に基づ
くものであり、上記周期信号発生器１００及び位相進み
要素１１を効率的に構成することができるものである。
図６がその構成を説明するための図であるが、シフトレ
ジスタ２２を利用して、周期信号発生器１００及び位相
進み要素１１を一体化することによって、両者１００，
１１を分離した構成とした場合には得られない、大きな
位相進み効果を得ることができ、制御系の安定化を達成
することができるものである。

【００４０】まず、その構成を上記図６に基づき説明す
ると、符号１７は、リール２の軸の回転角からリール２
の回転角度を検出するリール回転角度検出器であり、リ
ール回転の１／１２（３０度）を制御周期として、リー
ル２が１／１２回転する毎にクロックパルスを後述の各
要素に出力可能となっている。後述の要素は、そのクロ
ックパルスに同期をとって動作する。

【００４１】符号２１は、サンプラであって、上記リー
ル回転角度検出器１７からのクロックパルスに基づき動
作し、制御周期毎に張力検出器５で検出した張力実績値
σをサンプリングし減算器７に出力する。減算器７は、
張力設定器６から出力される張力設置値σ_REFから上記
張力実績値σを減算して張力偏差ｅを求め、その張力偏
差ｅを加算器８に出力する。加算器８は、その張力偏差
ｅにフィードバックゲイン９からの制御信号を加算し、
その加算値をシフトレジスタ２２の１段目に出力する。

【００４２】上記シフトレジスタ２２は１３段から構成
され、各段は、制御周期毎に同期して、自己の値を下流
側の段に送るようになっていて、第１３段目は、自己の
値をフィードバックゲイン９に出力可能となっている。
ここで、上記シフトレジスタ２２はむだ時間要素１０を
構成し、当該シフトレジスタ２２が１３段から構成され
ることで、１段目の入側から１３段目の出側までのむだ
時間が、リール２の回転周期と一致している。

【００４３】フィードバックゲイン９は、乗算器であっ
て、入力信号に値αを乗じて上記加算器８に出力する。
これによって、リール２回転の１周期分遅れた制御偏差
が加算器８に正帰還されることとなり、上記加算器８、
シフトレジスタ２２、及びフィードバックゲイン９によ
って周期信号発生器１００が構成される。

【００４４】上記シフトレジスタ２２における下流側
（１３段目）から数えてｋ番目までの各段の値は、制御
周期毎に、それぞれ個別の重み係数２３の値ｗを乗じて
加算器２４に出力可能となっていて、加算器２４では、
同期をとって出力されたシフトレジスタ２２の各段から
の値を加算してゲイン４１に出力可能となっている。こ
こで、上記シフトレジスタ２２における下流側からｋ番
目の各段、各重み係数２３、及び加算器２４によって、
位相進み要素１１が構成されている。

【００４５】すなわち、上記下流側からｋ番目の段の値
ν_kは、１３段目の値ν₁の位相を制御周期の（ｋ−
１）倍進めたものであることから、これら各段の値を重
み付けして加算することにより、位相を進ませた出力信
号を得ることができる。ゲイン４１は、乗算器であっ
て、入力信号に値βを乗じてホールダ２５に出力する。

【００４６】ホールダ２５は、制御周期に同期して、位
相進み要素１１の出力をホールドして連続値にするため
のものであり、その連続値が、電流・トルク換算器１２
へ出力可能となっている。次に、上記構成の動作等につ
いて説明する。リール回転角度検出器１７からのリール
２の１回転の１／１２を制御周期としたクロックパルス
に基づいて、以下の動作が行われる。

【００４７】すなわち、制御周期ごとに張力実績値σが
サンプリングされ、減算器７から加算器８に張力偏差ｅ
が出力される。加算器８では、現在の張力偏差ｅに、
（１周期前の張力偏差ν₁×α）が加算され、その値が
シフトレジスタ２２の一段目に出力される。これと同期
して、シフトレジスタ２２における各段の値が一段下の
下段に順送りされ、１３段目にあった値は、上述のよう
にα倍されて次回の張力偏差に加算される。

【００４８】また同期をとって、下記式で計算される値
が重み係数２３及び加算器２４を通じてゲイン４１に出
力される。 ν_K・ｗ_K＋ν_K-1・ｗ_K-1＋…＋ν₂・ｗ₂＋ν₁・ｗ₁ これによって、位相を進ませた出力信号がゲイン４１に
入力される。そして、値βが乗ぜられた離散値がホール
ダ２５で連続値に変換されて、電流・トルク変換器１２
に出力され、電流制御器１３を通じてモータ１６のトル
クが操作される。

【００４９】ここで、モータ１６の電流制御器１３がデ
ジタル化されている場合は、ゲイン４１からの離散値を
そのまま用いてもよく、この場合にはホールダ２５は不
要となる。この場合は、ゲイン４１の出力がそのまま電
流・トルク換算器１２に入力されることになる。なお、
図５では、周期信号発生器１００の次にゲイン４１が位
置し、その次に位相進み要素１１が配置されるのに対
し、図６では、位相進み要素１１を周期信号発生器１０
０と一体化させたため、ゲイン４１がその後に位置して
いるが、効果は同一である。

【００５０】次に、上述の特公平６−６５４１２に記載
された従来技術と、本発明に基づく本実施形態との差異
を説明する。図４に示した特公平６−６５４１２に記載
された従来技術では、繰り返しコントローラ１１０の出
力が、テンションコントローラ１０６に入力されてお
り、さらにその出力が電源制御系（電流制御系の誤りと
思われる）１１４に入力されている。電源制御系１１４
の出力は電機子電流Ｉｃであり、それに定数Ｋ_Fを乗じ
たものがモータ１６の発生トルクとなる。発生した張力
Ｔは、テンションメータ１１１で測定され、張力実績値
Ｔと張力設定値Ｔ_REFとの偏差が繰り返しコントローラ
１１０に入力される。

【００５１】この閉ループ中には、電源制御系１１４、
張力発生系、テンションメータ１１１のように応答遅れ
を持つ要素があり、高周波数域では位相に遅れが生じる
が、この閉ループ中には、この遅れを補償する要素は全
く含まれていない。逆に、テンションコントローラ１０
６はＰＩ制御器で構成されているので、位相遅れを拡大
する方向に作用する。一方、繰り返しコントローラ１１
０のゲインは、リール２回転周波数の整数倍では無限大
となるから、位相の遅れた大きな操作量が制御系に加わ
ることになり、制御系は不安定化する。

【００５２】図ｌ０に、図５の本発明による張力制御系
を図４の従来技術と対比させる形で、出側リールに関す
る張力制御系についてブロック図として示す。符号１１
は、位相進み要素であり、Ｃ（ｓ）はその伝達関数であ
る。符号８１は、モータ電流指令値ｉ_REFからモータト
ルクｑまでの伝達関数であり、図１における電流・トル
ク換算器３７、電流制御器３８及びモータ３２の特性を
まとめて一次遅れ系として近似したものであり、Ｔｃは
その時定数、Ｋｃはゲインを表す。符号８２は、リール
３１とモータ３２などを含む回転系の運動方程式に相当
する伝達関数であり、モータトルクｑ及び張力による外
乱トルクｑ_dの差が積分され、Ｄ／Ｊを乗じられること
によってリール周速となる。ここで、Ｄはリール３１の
半径、Ｊは、リール３１とモータ３２などを含む回転系
の慣性モーメントを表す。符号８３は、先進率を表し、
１十ｆは、圧延ロールの周速Ｖ_Rと、圧延機３の出側に
おける圧延材１の速度との違いを表す係数である。ま
た、符号８４は、張力発生メカニズムを表しており、符
号８２の出力であるリール周速と、符号８３の出力であ
る圧延機出側における圧延材の速度の差が積分され、そ
れにＥ／Ｌを乗ずることによって張力σが得られる。こ
こで、Ｅは圧延材のヤング率、Ｌは、リール３１と圧延
機３との間の圧延材１の長さを表す。

【００５３】図４と図１０を比較すれば明らかなよう
に、本実施形態の場合は、図５のように、テンションコ
ントローラ１０６に相当する要素は含まれていないた
め、元々位相遅れが小さいのに加えて、位相進み要素１
１を閉ループ中に組み込むことにより、閉ループ中の位
相遅れを補償し、制御系の安定化を図ることができる。
また、周期信号発生器１００において、本願発明に基づ
く構成では、むだ時間要素１０は前向き経路に挿入され
ており、これを利用して図５に示す例のように位相進み
要素１１を容易に作り出すことができる。

【００５４】例えば、シフトレジスタ２２を用いた場合
には、上記説明したように、各段の出力に重み付けした
ものを加算することにより、位相進み要素１１を構成す
ることができる。これに対して、特公平６−６５４１２
の記載された従来技術では、むだ時間要素１１０Ａが後
ろ向きのパス（帰還路）に挿入されているので、このむ
だ時間要素１１０Ａの値を利用して位相進み要素１１を
作り出すことはできない。

【００５５】ここで、上記実施形態では、圧延機３入側
のリール２からコイルを巻き出す場合について説明した
が、出側リールで被圧延材を巻き取る場合の張力制御に
ついても、同様に適用できる。次に、第３実施形態につ
いて説明する。上記実施形態では、張力検出器５で測定
した張力実績値σを用いているが、それに代えて、請求
項４の発明に基づき、モータ１６の電機子電流とリール
２の回転速度を用いて張力を推定し、その推定値を用い
るものである。

【００５６】以下、その実施形態を、図７を参照しつつ
説明する。図７において、符号５１は、電機子に印加さ
れた電圧ｅ_aから電機子電流ｉａまでの伝達関数を表
し、ｒは電機子の抵抗、Ｌは電機子のインダクタンスを
それぞれ表す。Ｋ_Tは、電流・トルク変換係数であり、
ｉ_aにＫ_Tを乗じて得られるｑがモータ１６が発生する
トルクになる。一方、単位断面積あたりの張力（単位張
力）σに板幅Ｗ、板厚Ｈ、及びリール半径Ｒを乗じたも
のが張力による外乱トルクｑ_dとなる。モータ１６の発
生するトルクｑと外乱トルクｑ_dの差が、リール２を回
転させるトルクとなり、モータ１６、リール２などを含
む回転系の慣性モーメントをＪとすれば、リール２の回
転速度はωで与えられる。

【００５７】Ｋｖは、逆起電力係数であり、外乱トルク
が変化して回転速度ωが変化した場合、これを通じてフ
ィードバックがかかり、電機子電流ｉ_aが変化する。張
力推定器５２は、電流・トルク変換器１２、回転系の逆
モデル５３、低域通過フィルタ５４及び単位張力ヘの換
算器５５と減算器５６から構成されている。その張力推
定器５２には、モータ１６の電機子電流ｉａとリール２
の回転速度ωが入力され、張力推定値σ′が出力され
る。上記電流・トルク変換器１２には電機子電流ｉａが
入力され、モータ発生トルク推定値ｑ′が出力される。
これと、回転系の逆モデル５２にリール回転速度ωを入
力したものとの差が張力による外乱トルクの成分であ
り、これを低域通過フィルタ５４に入力することにより
ノイズ成分が除かれ、張力による外乱トルク推定値
ｑ_d′を得る。ここで、Ｔは、低域通過フィルタ５５の
時定数である。

【００５８】さらに、これを単位張力への換算器５５に
入力することにより、単位張力の推定値σ′を得ること
ができる。このようにして得られた張力推定値σ′を、
張力検出器５による測定値に代えて用いることができ
る。このような張力推定値σ′を用いる場合は、張力検
出器５が不要になるメリットがある。但し、張力推定の
過程でモータ１６の電機子電流ｉ_aを用いているため、
張力検出器５を用いる場合にはなかったフィードバック
ループが構成される。そのため、張力検出器５を用いる
場合に比べてゲインが上げられなくなるデメリットがあ
る。

【００５９】次に、第４実施形態を図面を参照しつつ説
明する。これは、請求項７に基づくものであり、図１１
に示すように、被圧延材１（帯状材）は入側リール２か
ら巻き出され、圧延機３によって圧延され、不図示の出
側リールに巻き取られる構成となっている。圧延機３の
ロール速度はロール回転速度制御系（図示せず）により
所定の値に保たれている。符号４は、デフレクタロール
を示す。符号５は、張力検出器であり、デフレクタロー
ル４の荷重を測定することによってリール２と圧延機３
との間での被圧延材１の張力を検出する。減算器７は、
張力設定器６からの張力設定値σ_REFと張力検出器５か
らの張力実績値σの偏差（張力偏差）ｅを求め、張力メ
モリ３０に出力する。

【００６０】張力メモリ３０には、現時点よりリール回
転で１周期前のトルク演算値（位相補正前のトルク指令
値）に現時点より１周期前の張力偏差を加算したものが
１周期前の演算記憶値として記憶されており、当該張力
メモリ３０は、その１周期前の演算記憶値を取り出し、
その値を現時点でのトルク演算値としてゲイン４１に出
力するとともに、現時点での張力偏差を上記トルク演算
値に加算したものを現時点の演算記憶値として記憶す
る。

【００６１】ゲイン４１では、上記トルク指令値にゲイ
ンβが乗じられて位相進み要素１１に送られる。上記ゲ
イン４１の値βは、０＜β≦１の範囲の一定値に設定さ
れている。位相進み要素１１の出力（トルク指令値）は
電流・トルク換算器１２で電流指令値に変換され、電流
制御系１３に与えられる。電流制御系１３は、与えられ
た電流指令値にリールモータ１６の電機子電流を制御す
る。このようにして求められた電流指令値は、リール回
転に同期した周期的な張力変動を相殺するのに必要なト
ルクに相当するものとなっており、張力変動は打ち消さ
れる。

【００６２】本実施形態において、上記張力メモリ３０
は、第１実施形態における周期関数発生器に相当し、ゲ
イン４１を含めた伝達関数、すなわち張力メモリ３０の
入側から、ゲイン４１の出側までの伝達関数Ｇは、 β・ｅｘｐ（−Ｌｓ）Ｇ＝────────────── ・・・（５）１−ｅｘｐ（−Ｌｓ）となる。

【００６３】ここで、Ｌはリール２の回転周期、βはゲ
イン４１の値である。伝達関数Ｇは、回転周期に相当す
る周波数の整数倍の周波数では、ゲインが無限大とな
る。電流制御系、張力発生系、張力検出器の応答性は有
限であり、高周波数で位相が遅れるのは不可避である。
したがって、この位相遅れを補償しなければ、安定な制
御は達成できない。位相進み要素１１は、これを補償す
るものであり、安定な制御系を構成するための不可欠な
要素である。また、ゲインβの値を１より小さい値とし
た場合も、同様にループゲインを下げることができ、安
定化のために用いることができる。

【００６４】次に、上記張力メモリ３０及び位相進み要
素１１の具体的な構成例を示す第５実施形態を説明す
る。これは、主に請求項１０に記載の発明に基づくもの
であり、張力メモリ３０を用いて周期関数発生器（張図
５の符号１００に相当）及び位相進み要素１１を効率的
に構成したものである。以下、Ｎ＝１２としてリール１
回転を１２分割し、１／１２回転を制御周期として制御
を行う場合を例に説明する。図１２がその構成を示す図
である。

【００６５】符号１７はリール回転角度検出器であり、
リール２が１／１２回転するごとにクロックパルスを発
生させ、タイミング・コントローラ２６に送る。タイミ
ングコントローラ２６は、制御周期ごとにサンプラ２
１、並びにゲイン等設定手段４４を介して張力メモリ要
素４２及び切換器４３にタイミング信号を送る。ここ
で、張力メモリ要素４２及び切換器４３は、上述の張力
メモリ３０及び位相進み要素１１を構成する。

【００６６】張力検出器５は、デフレクタロール４の荷
重を検出することにより、被圧延材１のリール２と圧延
機３の間の張力を測定する。張力検出器５から出力され
る張力実績値σはサンプラ２１において、タイミング・
コントローラ２６からのタイミング信号に同期してサン
プリングされ、張力設定器６から出力された張力設定値
σ_REFとともに減算器７に入力される。減算器７の出力
である張力偏差ｅは、張力メモリ要素４２に送られる。

【００６７】上記張力メモリ要素４２は、同一機能を持
つものが１２個並列に配置され、それぞれ所定のリール
回転角度である設定回転角度０°、３０°、…、３３０
°に対応づけられている。また、タイミング・コントロ
ーラ２６から、現時点のリール回転角度に対応したタイ
ミング信号が、ゲイン等設定手段４４を介して張力メモ
リ要素４２に送られ、各制御タイミングでは、その角度
に対応した１個の張力メモリ要素だけが、ゲイン等設定
手段からの指令に基づき下記式で定められた制御動作を
行い、自己の出力値を変更する（トルク演算値更新手
段）。

【００６８】ｖ_i+1＝ｖ_i＋ｅ_i ここで、ｖ_i+1，ｖ_iはそれぞれｉ＋１、ｉ回転目にお
ける張力メモリ要素４２の出力値、ｅ_iはｉ回転目にお
ける張力偏差を表す。各張力メモリ要素４２の出力は、
それぞれに対応する切換器４３に入力される。切換器４
３は、同一機能を持つものが１２個並列に配置され、そ
れぞれ張力メモリ要素４２と対応して所定のリール回転
角度である設定回転角度０°、３０°、…、３３０°に
対応づけられている。

【００６９】切換器４３は、リール回転角度検出器１７
から送られる現在のリール回転角度θ゜に基づき、予め
定められたルールに基づいて、対応する張力メモリ要素
４２の出力値に予め定められたゲインを乗じて出力する
か、あるいは０（ゼロ）を出力する。各切換器４３の出
力は、加算器２４で加算される。上記ルールは、ゲイン
等設定手段４４から各切換器４３に供給されるゲイン情
報やタイミング信号などによって制御される。

【００７０】上記ゲイン等設定手段４４によって制御さ
れる切換器４３のルールの一例として、現在のリール回
転角度θ゜に対して、１又は２以上の所定の設定回転角
度（θ＋３０×ｎ）゜（ｎ＝０、１、…、１１）に対応
する切換器４３だけがそれに対応する張力メモリ要素４
２の値を出力し、それ以外の切換器は０を出力するよう
なルールを用いる場合について、次に説明する。

【００７１】ｎ＝０とすれば、現在のリール回転角度θ
゜に対応する張力メモリ要素４２の値が加算器２４から
そのまま出力される。つまり、リール回転で１周期前の
演算記憶値（トルク演算値）に基づき現時点のトルク指
令値が求められる。また、ｎを１以上の値に設定するこ
とにより、位相進み要素の効果を持たせることができ
る。例えば、ｎ＝１とすれば、現在のリール回転角度θ
゜に対して、（θ＋３０）゜に対応する張力メモリ要素
４２の出力が加算器２４から出力されるから、３０°位
相を進めたことになる。ｎ＝２、３の場合は、同様に、
６０°、９０°位相を進めることができる。

【００７２】また、（θ＋３０×ｎ）゜（ｎ＝０、１、
…、１１）のうちの複数個の切換器４３を選択、つまり
複数個の設定回転角度を選択してトルク指令値を求める
ルールを採用すると、選択された複数の切換器４３で、
張力メモリ要素４２の値にゲイン等設定手段から供給さ
れたゲインを乗じて出力され、これによって位相進み要
素１１を構成することができる。切換器４３に設定する
ゲインによって、差分の効果による位相進みや平滑化の
効果を持たせることができる。

【００７３】なお、上記ゲインは、個々の切換器４３に
対して固定的に設定されたものではなく、（θ−３０×
ｎ）゜（ｎ＝０、１、…、１１）のうちの選択された切
換器４３に対して設定するものである。例えば各ゲイン
は設定回転角度単位に決定されていて、現時点のリール
角度からの各設定回転角度に対応する切換器４３に当該
設定回転角度に対応するゲインを供給し、現在のリール
回転角度θ゜が変化すれば、個々の切換器４３に供給さ
れるゲインも変化する。

【００７４】以上のように、図１２に示す構成では、切
換器４３を利用し且つその切換ルールを設定することに
より、位相進み要素１１を構成している。上記加算器２
４からの信号は、ホールダ２５に送られる。ホールダ２
５は、制御周期に同期して位相進み要素１１の出力値を
ホールドし、連続値にするためのものである。もし、モ
ータの電流制御器がデジタル化されている場合は、その
まま離散値を用いてもよく、ホールダ２５は不要とな
る。このようにして、ホールダ２５、あるいは加算器２
４の出力から、図１１における電流・トルク換算器１２
への入力が得られる。

【００７５】ここで、上記一群の切換器４３から電流・
トルク換算器１２までの各要素で、電流指令値設定手段
が構成される。また、図１２の構成では、張力メモリ要
素４２には、現時点より１周期前のトルク演算値に、現
時点より１周期前の張力偏差を加算した演算記憶値が記
憶されており、それを取り出して現時点でのトルク指令
値を求めている。これは、伝達関数でいえば上述の
（５）式のようになり、ブロック図でいえば図１３のよ
うにリール回転で１周期に対応するむだ時間要素を前向
き経路に挿入することに相当する。

【００７６】このように、切換器４３を用いて現時点で
のトルク指令値を取り出す際に、この前向き経路のむだ
時間を利用して、１周期前よりも早めの張力メモリ要素
４２の値を読み出すことにより、位相進み要素を容易に
作り出すことができる。これに対して特公平６−６５４
１２の記載された従来技術では、むだ時間要素が後ろ向
きのパスに挿入されているため、このむだ時間要素を利
用して位相進み要素を作り出すことはできない。

【００７７】ここで、本実施形態では、張力検出器５で
測定した張力実績値を用いているが、第３実施形態のよ
うに、モータ１６の電機子電流とリール２の回転速度を
用いて張力を推定しても良い。また、上記ゲイン等設定
手段４４に対して、現時点のリールの回転速度に基づき
各切換器４３に供給するゲイン値を変更するゲイン変更
手段や、現時点のリールの回転速度に基づき選択する設
定回転角度つまり選択する切換器４３を変更する角度変
更手段を設けても良い。この場合には、張力制御が、圧
延速度変化や圧延中のリール径変化に対応可能となり、
より効果的に張力の周期変動を抑制可能となる。

【００７８】また、本発明は、上記全実施形態のように
可逆式圧延機におけるリール２と圧延機３との間の張力
制御だけでなく、他の圧延ラインで、同様にリール２か
らの巻き取り、巻き出しを行う際にも同様に適用でき
る。また、リールと圧延機との間の被圧延材の張力制御
に限らず、リールに巻かれた帯状材料の巻き取り及び巻
き出し時の当該帯状材に生じるリール回転に同期した張
力変動を防止することに広く適用することができる。

【００７９】

【実施例】図８に、特公平６−６５４１２に記載された
従来技術（図４の構成）の結果を、また、図９に、第２
実施形態に基づく上記シフトレジスタ２２を使用した場
合の上記実施形態の構成（図６の構成）の結果を示す。
ここで、図９（ａ）は、図３の位相進み要素１１の重付
け要素２３のうち第１１段に対応する重み係数ｗ₃だけ
１とし、それ以外の重み係数を０とした場合であり、
（ｂ）は、第１０段に対応する重み係数ｗ₄を２、第１
１段に対応する重み係数ｗ₃を−１とし、それ以外の重
み係数を０とした場合である。但し、値α及び値βの値
はいずれも１としている。即ち、フィードバックゲイン
９及びゲイン４１を省略した構成で示している。

【００８０】また、圧延速度を２００ｍｐｍ、リール半
経を３３０ｍｍとし、±１ｍｍのリール回転周波数の正
弦波状偏芯を与えている。従来技術による張力制御で
は、図８に示すように、制御系が不安定になり、張力が
発散することが分かる。これに対し、本発明による張力
制御方法では、図９の（ａ）、（ｂ）に示すように、張
力が収束することが分かる。（ｂ）の場合、制御開始か
ら６秒後には張力変動が、ほぼ完全に抑制されており、
（ａ）に比べて収束が速い。これは、（ｂ）の位相進み
要素１１の方が、位相進みの効果が大きいためである。
必要であれば、さらに前段のシフトレジスタ２２の要素
の出力値を用いたり、その重みを調整したりすることに
より、さらに大きな位相進み効果を得ることもできる。

【００８１】次に、図１２の構成による第４実施形態に
基づく張力制御のシミュレーション結果を、図１４に示
す。なお、図１４（ａ）は、図１２の切換器４３のゲイ
ンを９０°に対応するものだけ１とし、それ以外を０と
した場合、（ｂ）は、１２０°に対応するものを２に、
９０°に対応するものを−１に、それ以外を０とした場
合である。なお、ゲインβの値はいずれも１としてい
る。

【００８２】この場合も、（ａ）、（ｂ）ともに張力が
収束しており、制御効果は図９と同等である。また、
（ｂ）の場合には、制御開始から６秒後には張力変動
が、ほぼ完全に抑制されており、（ａ）に比べて収束が
速い。これは、（ｂ）の切換器のゲインの方が、位相進
みの効果が入きいためである。必要であれば、さらに位
相の進んだ張力メモリ要素の出力値が用いられるように
切換器の切換ルールを設定したり、そのゲインを調整し
たりすることにより、さらに大きな位相進み効果を得る
こともできる。

【００８３】次に、圧延速度変化や圧延中のリール径変
化に対応するために、図１２における切換器４３の切換
ルール（供給されるゲインの値）をリール回転速度によ
って変更するようにした例を説明する。図１５に、その
シミュレーション例を示す。図１５（ａ）は圧延速度の
時間変化を表しており、シミュレーション開始から２０
秒後に圧延機入側の板速度が分速２００ｍから１００ｍ
に１０秒間かけて減速されている。そのとき、リール半
径は（ｂ）、リール回転数は（ｃ）のように変化する。
（ｄ）は、図１２における切換器４３のゲインを固定値
とした場合であり、２０秒後からの速度変化による張力
変動がいったん収束した後、３５秒後位から張力が振動
的になり発散している。

【００８４】これに対し、切換器４３のゲインをリール
回転数（ｃ）の関数として、図１６に示すように変更す
ると、図１５（ｅ）に示すように、２０秒後からの速度
変化により張力が変動するが、その後完全に収束してい
る。これは、圧延速度やリール径が変化すると、リール
モータ１６の発生するトルクから張力までの周波数特性
が変化するためである。

【００８５】図１６では、現在のリール角度に対して、
３０°進んだ（θ＋３０）゜と、６０°進んだ（θ十６
０）゜の２つの切換器４３での係数の値（ゲイン）を変
化させている。リールが低速回転している場合は、リー
ルモータ１６の発生するトルクから張力までの周波数特
性が高周波数域でピークを持つため、５０rpm 以下で
は、２つの係数をともに０．１として高周波数域でのゲ
インを下げて対処している。また、リールの回転が高速
になると、逆に高周波域でのゲインが低下するため、７
５rpm 以上では、６０°進み×０．６−３０°進み×
０．３として差分の効果で高周波域のゲインを上げてい
る。５０rpm から７５rpm の区間では、両者を折線で結
んで、係数がゆるやかに変化するようにしている。これ
によって、圧延中に圧延速度やリール径が変化しても、
常に適切なゲインと位相進みを制御系に与えることがで
き、リール偏芯に起因する周期的な張力変動の抑制を安
定に行うことができる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によ
り、リールと圧延機の間の被圧延材のリール回転に同期
した張力変動を、制御系を不安定化させることなく除去
することができ、張力変動に起因する板厚変動を防止す
ることができる。このとき、請求項２又は請求項３に記
載の発明を採用すると、より大きな制御系の安定化効果
を得ることができる。

【００８７】また、請求項６の発明を採用すると、上記
シフトレジスタを通じて、周期信号発生器と位相進み要
素とが一体化して、両者を独立して設けた場合には得ら
れない大きな進み効果を得ることが可能となる。このと
き、請求項８または９に記載の発明を採用すると、より
大きな制御系の安定効果を得ることができる。

【００８８】また、請求項１０または１１の発明を実施
すると、効果的に位相進み要素を構成することができる
と共に、制御系の安定化効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の一般的な張力制御系の例を示すブロック
線図である。

【図２】従来の一般的なモータ電流制御系の例を示すブ
ロック図である。

【図３】従来の一般的な張力実績値のフィードバックに
よる張力制御系の例を示すブロック線図である。

【図４】従来の繰り返しコントローラを用いた張力制御
系の例を示すブロック図である。

【図５】本発明による張力制御装置の第１実施形態の構
成を示すブロック線図である。

【図６】本発明による張力制御装置の第２実施形態の構
成を示すブロック線図である。

【図７】本発明による張力制御装置における張力推定器
の実施形態の構成を示すブロック線図である。

【図８】従来技術による張力制御のシミュレーション結
果の一例を示す線図である。

【図９】本発明に基づく張力制御のシミュレーション結
果の一例を示す線図である。

【図１０】張力制御系についてのブロック図である。

【図１１】本発明による張力制御装置の第４実施形態の
構成を示すブロック線図である。

【図１２】張力メモリ及び位相進み要素の構成例を示す
図である。

【図１３】第４実施形態における張力制御系についての
ブロック図である。

【図１４】第４実施形態に基づく張力制御のシミュレー
ション結果の一例を示す図である。

【図１５】第４実施形態に基づく張力制御のシミュレー
ション結果の一例を示す図である。

【図１６】切換器のゲインとリール回転数との関係を示
す図である。

【符号の説明】

１被圧延材２，３１リール３圧延機４，３３デフレクタロール５，３４張力検出器６張力設定器７減算器８加算器９フィードバックゲイン１０むだ時間要素１１位相進み要素１２，３７電流・トルク換算器１３，３８モータ電流制御器１６，３２モータ１７リール回転角度検出器２１サンプラ２２シフトレジスタ２３位相進みフィル夕の重み係数２４加算器２５ホールダ２６タイミングコントローラ３０張力メモリ４１ゲイン４２張力メモリ要素４３切換器４４ゲイン等設定手段５１電機子電圧から電機子電流までの伝達関数５２張力推定器５３回転系の逆モデル５４低域通過フィル夕５５単位張力への換算器５６減算器６２減算器７１，７２張力制御器１００周期信号発生器１０６テンションコントローラ１１０繰り返しコントローラ１１１テンションメータ１１４電源制御系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０５Ｄ 17/02 Ｂ６５Ｈ 23/185 ＺＨ０２Ｐ 7/00 Ｂ２１Ｂ 37/00 ＢＢＬ // Ｂ６５Ｈ 23/185 １２８Ｚ (72)発明者小廣善丈千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者後藤貴敏千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リールから巻き戻す帯状材またはリール
に巻き取られる帯状材の張力を、上記リールを回転駆動
するモータのトルクで操作する張力制御方法であって、上記帯状材の張力実績値と張力設定値との偏差を、リー
ル回転の１周期分遅らせるむだ時間要素に入力し、その
むだ時間要素の出力を、当該むだ時間要素の入力に正帰
還すると共に位相進み要素に入力し、その位相進み要素
の出力に基づき上記モータのトルクを調整することを特
徴とする帯状材の張力制御方法。
【請求項２】上記むだ時間要素の出力からの正帰還
に、値が１より小さい正値のフィードバックゲインを挿
入することを特徴とする請求項１に記載した帯状材の張
力制御方法。
【請求項３】上記位相進み要素と直列に、値が１より
小さい正値のゲインを挿入することを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載した帯状材の張力制御方法。
【請求項４】上記モータの電機子電流および上記リー
ルの回転速度に基づき、上記張力実績値を推定すること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載した
帯状材の張力制御方法。
【請求項５】帯状材をリールから巻き戻し又はリール
に巻き取る際に、リールを回転駆動するモータの発生す
るトルクを電流指令値として入力し、モータの電機子電
流を電流指令値に制御する張力制御装置であって、上記帯状材の張力を検出する張力検出器と、上記リールの回転角度を検出するリール回転角度検出器
と、上記リール回転角度検出器及び張力検出器の検出信号に
基づき、リール角度が予め定められた所定角度だけ回転
する毎に、上記張力検出器の検出信号による張力実績値
と張力設定値との偏差を出力する偏差出力手段と、上記偏差を入力しリール回転の１周期分遅らせて出力す
るむだ時間要素を備えると共に、そのむだ時間要素の出
力を当該むだ時間要素の入力に正帰還することで周期信
号を発生する周期信号発生器と、上記周期信号発生器の発生する周期信号の位相を進ませ
て出力する位相進み要素と、を備えることを特徴とする
張力制御装置。
【請求項６】２以上の整数個の段数を持つシフトレジ
スタを設け、該シフトレジスタを、上記リール回転角度
検出器の検出信号に基づき、リールの１回転を（上記シ
フトレジスタの段数−１）で除した角度だけ当該リール
が回転するごとに、上記シフトレジスタの各段の値を、
それぞれ同期をとって一つ下流側の段にシフト可能に構
成し、上記周期信号発生器を、上記シフトレジスタの最終段か
らの出力に１以下の正数値を乗じて当該シフトレジスタ
の１段目への入力に加算する構成とし、上記位相進み要素を、上記シフトレジスタの各段のう
ち、少なくとも１つの段の出力に所定の重み係数を乗じ
た後の値を加算して出力することにより構成することを
特徴とする請求項５に記載した張力制御装置。
【請求項７】リールから巻き戻す帯状材またはリール
に巻き取られる帯状材の張力を、上記リールを回転駆動
するモータのトルクで操作し、そのモータのトルクをト
ルク指令値に基づき調整する張力制御方法であって、リール回転で１周期前のトルク演算値に、リール回転で
１周期前の張力実績値と張力設定値との偏差を加算して
求まる現時点のトルク演算値を位相進み要素に入力し、
その位相進み要素の出力に基づいて現時点のトルク指令
値を決定することを特徴とする帯状材の張力制御方法。
【請求項８】リールから巻き戻す帯状材またはリール
に巻き取られる帯状材の張力を、上記リールを回転駆動
するモータのトルクで操作し、そのモータのトルクをト
ルク指令値に基づき調整する張力制御方法であって、１周期以内の所定リール回転角度を設定回転角度として
一つ以上設定しておき、現時点から設定回転角度に相当
する分だけ遡った時点でのトルク演算値に該遡った時点
での張力実績値と張力設定値との偏差を加算した加算値
を、上記一つ以上の設定回転角度の一部又は全部につい
てそれぞれ求め、その求めた各加算値にそれぞれ予め定
めたゲインを乗じた後に当該各加算値を加算して得られ
る値に基づき現時点のトルク指令値を決定すると共に、リール回転で１周期前のトルク演算値に、リール回転で
１周期前の張力実績値と張力設定値との偏差を加算した
値を現時点のトルク演算値とすることを特徴とする帯状
材の張力制御方法。
【請求項９】使用する上記設定回転角度、及び上記加
算値に乗じるゲインのうち少なくとも一方を、現時点の
リール回転速度によって変更することを特徴とする請求
項８に記載した帯状材の張力制御方法。
【請求項１０】帯状材をリールから巻き戻し又はリー
ルに巻き取る際に、リールを回転駆動するモータが発生
するトルクを電流指令値として入力し、その電流指令値
にモータの電機子電流を制御する張力制御装置であっ
て、上記帯状材の張力を検出する張力検出器と、上記リールの回転角度を検出するリール回転角度検出器
と、予め定められた正整数Ｎで３６０度を除した角度のｎ倍
（ｎ＝０、１、２、…、Ｎ−１）の角度に対応させたＮ
個のメモリと、上記リール回転角度検出器及び張力検出器の検出信号に
基づき、リールが（３６０／Ｎ）度だけ回転するごと
に、上記Ｎ個のメモリのうち現時点のリール回転角度に
対応するメモリの値に現時点の張力実績値と張力設定値
との偏差を加算して当該メモリの値を更新するトルク演
算値更新手段と、１周期以内の所定リール回転角度を設定回転角度として
一つ以上設定されると共に、現時点より各設定回転角度
だけ遡ったリール角度に対応する各メモリの値にそれぞ
れ予め定められたゲインを個々に乗じた後の値を加算し
て得られる値に基づき上記電流指令値を求める電流指令
値演算手段と、を備えることを特徴とする帯状材の張力制御装置。
【請求項１１】上記電流指令値演算手段は、設定回転
角度を現時点におけるリール回転速度によって変更する
角度変更手段、およびメモリの値に乗じるゲインをリー
ル回転速度によって変更するゲイン変更手段のうち、少
なくとも一方の手段を備えることを特徴とする請求項１
０に記載した帯状材の張力制御装置。