JPH1190518A

JPH1190518A - 熱間連続圧延機の制御方法

Info

Publication number: JPH1190518A
Application number: JP9253530A
Authority: JP
Inventors: Fukoku Ou; 赴国王; Kazutomo Tsuda; 和呂津田; Hiroshi Mizuno; 浩水野; Kenzo Nonami; 健蔵野波
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】制御系の操作経路又は検出経路に存在する遅
れを補償し、応答の乱れにくい即ち時間遅れに対してロ
バストな熱間連続圧延機の制御方法を提供する。【解決手段】制御対象の圧延機を、出側板厚偏差、ル
ーパ角度偏差、ルーパ角速度偏差、スタンド間張力偏
差、スタンド間板速度差偏差及びルーパトルク偏差の全
集合又は部分集合を状態変数とし、ルーパのトルク設定
値又は速度設定値、ミル速度設定値、及び圧下位置設定
値の全集合又は部分集合を入力変数とし、出側板厚、ル
ーパ角度、及びスタンド間張力の全集合又は部分集合を
出力変数とする状態方程式として記述してなる状態予測
器２４により、制御系の操作経路の信号の時間遅れを求
め、状態予測制御理論を用いて、その時間遅れ及び制御
操作量に基づいて前記圧延機を含む制御システムの内部
状態を推定し、そして、その推定結果に基づいて制御系
の操作経路の時間遅れを補償した制御操作量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱間連続圧延機の制
御方法、特に、その制御系に存在する操作遅れ及び検出
遅れの影響を補償する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板製造の熱間圧延プロセス制御に使わ
れている制御系は、通常、複数の計算機、制御装置及び
計測装置から構成されており、それらの設備から生じる
制御の操作遅れ及び検出遅れは制御性能を劣化させ、製
品精度を低下させる。

【０００３】上記の制御遅れによる問題を解決する方法
として、例えば特開昭５５−９４７２４号公報には、出
側板厚偏差の平均値と板厚目標値との差から板厚制御信
号の遅れ時間を検出することにより、時間ずれを防ぎ板
厚制御の精度を向上させる方法が開示されている。ま
た、特開昭５１−５０２６６号公報には、時間ずれ検出
回路により実際の圧延力の変化についての測定信号と予
想値信号との間の時間的なずれを検出し、その検出出力
により圧下装置への入力信号を最適化制御する方法が開
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
いずれの公報においてもそこで提案されているものは、
分散制御系の個々の制御ループに適用し、計測信号の比
較により遅れ時間を直接検出して補償する方法であり、
圧下位置制御装置、ルーパトルク制御装置、及びミル速
度制御装置を同時に操作する３入力３出力の集中型コン
トローラにおいては適用できないという問題点がある。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、制御系の操作経路又は検出経路に
存在する遅れを補償し、応答の乱れにくい即ち時間遅れ
に対してロバストな熱間連続圧延機の制御方法を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための課題】

（１）本発明に係る熱間連続圧延機の制御方法は、出側
板厚、スタンド間張力及びルーパ角を求めて、そして、
スタンド間に配置されたルーパのトルク制御装置又は速
度制御装置、各スタンドに配置されたミル速度制御装置
及び圧下位置制御装置を用いて、出側板厚、スタンド間
張力及びルーパ角を所望の値に制御する熱間圧延機の制
御方法において、制御対象の圧延機を、出側板厚偏差、
ルーパ角度偏差、ルーパ角速度偏差、スタンド間張力偏
差、スタンド間板速度差偏差及びルーパトルク偏差（又
はルーパ速度偏差）の全集合又は部分集合を状態変数と
し、ルーパのトルク設定値又は速度設定値、ミル速度設
定値、及び圧下位置設定値の全集合又は部分集合を入力
変数とし、出側板厚、ルーパ角度、及びスタンド間張力
の全集合又は部分集合を出力変数とする状態方程式とし
て記述してなる状態予測器により、制御系の操作経路の
信号の時間遅れを求め、状態予測制御理論を用いて、そ
の時間遅れ及び制御操作量に基づいて前記圧延機を含む
制御システムの内部状態を予測し、そして、その予測結
果に基づいて制御系の操作経路の時間遅れを補償した制
御操作量を求める。本発明においては、張力・ルーパ・
板厚制御系に集中型のコントローラを適用する際に、状
態予測制御理論に基づいた予測演算をする状態予測器を
制御系に挿入し、制御系の操作経路の信号の時間遅れを
求め、その時間遅れ及び制御操作量（時系列データ）に
基づいて圧延機を含む制御システムの内部状態を推定し
ており、制御系の操作経路（コントローラの出力から圧
延機までの経路）に遅れ時間が存在しても、前記の状態
変数の挙動に影響が出にくい、ひいては応答が乱れにく
い、すなわち、操作遅れに対するロバストな制御が可能
になっている。

【０００７】（２）本発明に係る熱間連続圧延機の制御
方法は、出側板厚、スタンド間張力及びルーパ角を求め
て、そして、スタンド間に配置されたルーパのトルク制
御装置又は速度制御装置、各スタンドに配置されたミル
速度制御装置及び圧下位置制御装置を用いて、出側板
厚、スタンド間張力及びルーパ角を所望の値に制御する
熱間圧延機の制御方法において、制御対象の圧延機を、
出側板厚偏差、ルーパ角度偏差、ルーパ角速度偏差、ス
タンド間張力偏差、スタンド間板速度差偏差及びルーパ
トルク偏差（又はルーパ速度偏差）の全集合又は部分集
合を状態変数とし、ルーパのトルク設定値又は速度設定
値、ミル速度設定値、及び圧下位置設定値の全集合又は
部分集合を入力変数とし、出側板厚、ルーパ角度、及び
スタンド間張力の全集合又は部分集合を出力変数とする
状態方程式として記述してなる状態予測器により、制御
系の検出経路の信号の時間遅れを求め、状態予測制御理
論を用いて、その時間遅れ及び制御操作量に基づいて圧
延機を含む制御システムの内部状態を推定し、そして、
その推定結果に基づいて制御系の検出経路の時間遅れを
補償した制御操作量を求める。本発明においては、張力
・ルーパ・板厚制御系に集中型のコントローラを適用す
る際に、状態予測制御理論に基づいた予測演算をする状
態予測器を制御系に挿入し、制御系の検出経路の信号の
時間遅れを求め、その時間遅れ及び制御操作量（時系列
データ）に基づいて圧延機を含む制御システムの内部状
態を推定しており、制御系の検出経路（計測装置からコ
ントローラまでの経路）に遅れ時間が存在しても、前記
の状態変数の挙動に影響が出にくい、ひいては応答が乱
れにくい、すなわち、検出遅れに対するロバストな制御
が可能になっている。

【０００８】（３）本発明に係る熱間連続圧延機の制御
方法は、出側板厚、スタンド間張力及びルーパ角を求め
て、そして、スタンド間に配置されたルーパのトルク制
御装置又は速度制御装置、各スタンドに配置されたミル
速度制御装置及び圧下位置制御装置を用いて、出側板
厚、スタンド間張力及びルーパ角を所望の値に制御する
熱間圧延機の制御方法において、制御対象の圧延機を、
出側板厚偏差、ルーパ角度偏差、ルーパ角速度偏差、ス
タンド間張力偏差、スタンド間板速度差偏差及びルーパ
トルク偏差（又はルーパ速度偏差）の全集合又は部分集
合を状態変数とし、ルーパのトルク設定値又は速度設定
値、ミル速度設定値、及び圧下位置設定値の全集合又は
部分集合を入力変数とし、出側板厚、ルーパ角度、及び
スタンド間張力の全集合又は部分集合を出力変数とする
状態方程式として記述してなる状態予測器により、制御
系の操作経路及び検出経路の信号の時間遅れをそれぞれ
求め、状態予測制御理論を用いて、その時間遅れ及び制
御操作量に基づいて圧延機を含む制御システムの内部状
態を推定し、そして、その推定結果に基づいて制御系の
操作経路及び検出経路の時間遅れを補償した制御操作量
を求める。本発明においては、張力・ルーパ・板厚制御
系に集中型のコントローラを適用する際に、状態予測制
御理論に基づいた予測演算をする状態予測器を制御系に
挿入し、制御系の操作経路及び検出経路の信号の時間遅
れをそれぞれ求め、その時間遅れ及び制御操作量（時系
列データ）に基づいて圧延機を含む制御システムの内部
状態を推定しており、制御系の操作経路（コントローラ
の出力から圧延機までの経路）及び検出経路（計測装置
からコントローラまでの経路）のいずれか一方又は両方
に遅れ時間が存在しても、前記の状態変数の挙動に影響
が出にくい、ひいては応答が乱れにくい、すなわち、操
作遅れ及び検出遅れに対するロバストな制御が可能にな
っている。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態に係る
制御方法が適用された制御システム及びその関連設備を
示すブロック図であり、図２は図１の制御装置の詳細を
示したブロック図である。通常、熱間仕上圧延機は７ス
タンド程度で構成されるが、図１はその中の２スタンド
分を示している。以下の説明は図示しない他のスタンド
にも同様に適用されるものとする。

【００１０】図１及び図２において、１はｉスタンドワ
ークロール、２はｉスタンドバックアップロール、３は
ｉ＋１スタンドワークロール、４はｉ＋１スタンドバッ
クアップロール、５は＃ｉルーパー、６は＃ｉルーパー
モータ、７はｉスタンドミルモータ、８はｉ＋１スタン
ド出側板厚計、９はルーパーロールで測定されるスタン
ド間張力実績、１０はルーパ角実績である。これらのｉ
＋１スタンド出側板厚計８の出力、スタンド間張力実績
９及びルーパ角実績１０の情報を基づいて制御動作が行
われる。また、１１はｉ＋１スタンドギャップ実績、１
２はｉ＋１スタンド圧延荷重実績であって、これらの実
績１１及び１２をいわゆるゲージメータ式に代入して求
まるゲージメータ板厚を、ｉ＋１スタンド出側板厚計８
の代わりに使用しても良い。１３は＃ｉルーパモータト
ルク実績、１４はｉスタンドミルモーター速度実績であ
る。１５はｉ＋１スタンドギャップ設定値、１６は＃ｉ
ルーパモータトルク設定値、１７はｉスタンドミルモー
タ速度設定値であって、それぞれ、実績値１１，１３，
１４に対応した設定値信号となる。１８はギャップ長を
コントロールする圧下ＡＰＣ（圧下位置制御装置）、１
９は＃ｉルーパモータトルク制御装置、２０はｉスタン
ドミルモータ速度制御装置である。

【００１１】また、２１は制御装置であり、２２はスラ
イディングモード制御コントローラ、２３はオブザー
バ、２４は本実施形態の主要部である状態予測器であ
る。これら１８、１９、２０及び２１は記憶装置及び演
算装置を備えて制御プログラムにより自動的に処理が実
行される計算機から構成されている。

【００１２】次に、制御装置２１の詳細をその設計の方
針及び設計例に基づいて説明する。通常、熱間圧延シス
テムのモデルは圧延機モデル、張力モデル、ルーパモデ
ル及び移送モデルから構成される。これらは、以下のよ
うな静的圧延理論式及び運動方程式より、動作点まわり
の線形近似モデルとしてモデル化される。以下で使用す
る変数をまとめておく。

【００１３】

【数１】以上の変数の基準値からの偏差を［Δ］で表し、以下に
基本となるダイナミクスの式を示す。

【００１４】

【数２】

【００１５】ただし、式中の定数は以下にまとめてあ
る。

【００１６】

【数３】

【００１７】以上のダイナミクスを整理すると、図１に
示すモデルは次に示す微分方程式で表すことができる。

【００１８】

【数４】

【００１９】ここで、ａ_j、ｂ_j、ｃ_j、ｄ_j、ｅ_jは
影響係数である。状態変数ベクトルＸ、出力変数ベクト
ルＹ、操作変数ベクトルＵを各々式（１５）〜（１７）
とすれば、状態方程式（１８）が構成できる。

【００２０】

【数５】

【００２１】式（１８）のモデルをΔＴ（例えば１０ｍ
ｓ）で離散化すると、圧延システムの状態方程式を得
る。

【００２２】

【数６】

【００２３】次に、状態予測器２４の設計に関して説明
する。一般に、熱間圧延仕上げ圧延機を制御する場合、
通常複数の制御装置及び計算機が使われる。したがっ
て、操作信号及び検出信号は計算機間の伝達遅れに起因
する遅れ時間を伴う。これらの遅れ時間を考慮せずに制
御器を設計した場合には、制御性能が劣化し、かつ制御
系が不安定になる可能性が非常に高い。この問題を解決
するために、本実施形態においては、状態予測制御理論
を用いて状態予測器を設計して制御系に組み込んでい
る。

【００２４】まず、入力遅れ時間Ｔ_inを考える。Ｔ_in＝
ｎ・ΔＴとする。ΔＴはサンプリング周期で、ｎは正の
整数とする。この場合、入力に遅れがある場合のシステ
ムは次のように表現できる。

【００２５】

【数７】

【００２６】ｎサンプリング周期後システムの状態は次
式のようになる。

【００２７】

【数８】

【００２８】現時刻からｎサンプリング周期後のシステ
ムの状態をｘ_n（ｋ）＝ｘ（ｋ＋ｎ）とすると、

【００２９】

【数９】

【００３０】と表現される。これは元のシステムと同じ
特性を持ち、状態量だけが異なる。この場合、ｎサンプ
リング周期後のシステムの状態ｘ_n（ｋ）を状態予測器
２４で推定計算すれば、設計されたスライディングモー
ド制御系はそのまま使っても安定性が保証される。

【００３１】次に、出力が検出されてからオブザーバ２
３に到着までの遅れ時間を考える。

【００３２】

【数１０】

【００３３】とすると、時刻ｋでオブザーバ２３が得る
信号は次のように記述できる。

【００３４】

【数１１】

【００３５】（ｋ−ｍ）時刻からｋ時刻までの操作量デ
ータを利用して、現時刻のシステム状態ｘ（ｋ）を計算
することができる。

【００３６】

【数１２】

【００３７】この計算式は状態予測（２１）式と同じも
のであり、出力遅れは一種の入力遅れと見なすことがで
きる。そうすると、入出力遅れ時間を同時に考慮した状
態予測器は次のようになる。

【００３８】

【数１３】

【００３９】図３は本実施形態の状態予測器２４の構成
を表した図である。この状態予測器２４により圧延機の
内部状態を予測計算するが、一方、実際の制御動作を行
う際の制御則は、最適レギュレータ、Ｈ_∞制御、スラ
イディングモード制御等如何なる制御則であっても良
い。また、圧延機の出力は直接検出しても、オブザーバ
により推定しても構わない。どの場合においても、状態
予測器２４により制御経路の操作遅れ及び検出遅れを補
償し、予測された内部状態はコントローラ２２への入力
信号となっており、制御性能の向上につながる。

【００４０】本実施形態においては、コントローラ２２
の出力は、オブザーバ２３の推定状態を直接利用して演
算するのではなく、状態予測器２４を通して予測したシ
ステムの内部状態を利用して演算される。この制御系
は、操作経路及び検出経路に遅れ時間が存在する場合、
状態予測器２４を用いることにより、予め遅れたシステ
ムの内部状態を予測し、そのシステムが安定になるよう
に配慮して、現時刻コントローラの出力である３つの操
作量を修正して制御を行うものである。

【００４１】図４及び図５は、従来方法及び本実施形態
の状態予測制御方法をそれぞれ実施し、初期板厚偏差に
対する応答で制御性能を比較した例を示した図である。
これらの応答は、操作遅れ時間を２０ｍｓ、検出遅れ時
間を２０ｍｓとした場合、ある時刻のシステムの状態を
初期状態として、制御を始めた時のシステムの挙動を示
している。

【００４２】図４は制御系の操作経路及び検出経路に遅
れ時間が存在し、状態予測器を使用しない場合の応答で
ある。この場合、入出力遅れ時間は補償されず応答は遅
くなり、制御性能は劣化することが分かる。

【００４３】図５は本実施形態の状態予測器２４を組み
込んだ制御系の応答である。状態予測器を適用すること
により、入出力遅れ時間の影響が補償され、コントロー
ラを含めた全制御系の制御性能がかなり改善されること
が分かる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、出
側板厚実績、ルーパ角速度実績、ルーパ角度実績、スタ
ンド間張力実績、スタンド間板速度差及びルーパトルク
実績を制御系の内部状態とし、状態予測制御理論に基づ
いた予測演算をする状態予測器を制御系に挿入し、操作
経路及び／又は検出経路の信号の遅れを求め、その遅れ
時間及び制御操作量から、圧延機を含む制御システムの
内部状態を予め推定し、その推定結果に基づいて制御系
の操作経路及び／又は検出経路の時間遅れを補償した制
御操作量を求めるようにしたので、制御システムに時間
遅れが存在しても、状態変数の挙動に影響が出にくい、
ひいては応答が変化しにくい制御が可能になっており、
このため、よりロバストな板厚、張力及びルーパ角の制
御効果が達成され、製品精度の向上及び歩留の向上が達
成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る制御方法が適用され
た制御システム及びその関連設備を示すブロック図であ
る。

【図２】図１の制御装置の詳細を示したブロック図であ
る。

【図３】図２の状態予測器の詳細を示した図である。

【図４】制御系の操作経路及び検出経路に遅れ時間が存
在した場合の制御結果を示す特性図である。

【図５】本実施形態の状態予測器を適用した場合の制御
結果を示す特性図である。

【符号の説明】

１ｉスタンドワークロール２ｉスタンドバックアップロール３ｉ＋１スタンドワークロール４ｉ＋１スタンドバックアップロール５＃ｉルーパー６＃ｉルーパーモータ７ｉスタンドミルモータ８ｉ＋１スタンド出側板厚計９スタンド間張力実績１０ルーパー角実績１１ｉ＋１スタンドギャップ実績１２ｉ＋１スタンド圧延荷重実績１３＃ｉルーパモータトルク実績１４ｉスタンドミルモータ速度実績１５ｉ＋１スタンドギャップ設定値１６＃ｉルーパモータトルク設定値１７ｉスタンドミルモータ速度設定値１８ｉ＋１スタンド圧下ＡＰＣ（圧下位置制御装置）１９＃ｉルーパモータトルク制御装置２０ｉスタンドミルモータ速度制御装置２１制御装置２２スライディングモード制御コントローラ２３オブザーバ２４状態予測器

フロントページの続き (72)発明者野波健蔵千葉県千葉市稲毛区弥生町１−33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出側板厚、スタンド間張力及びルーパ角
を求めて、そして、スタンド間に配置されたルーパのト
ルク制御装置又は速度制御装置、各スタンドに配置され
たミル速度制御装置及び圧下位置制御装置を用いて、出
側板厚、スタンド間張力及びルーパ角を所望の値に制御
する熱間圧延機の制御方法において、制御対象の圧延機を、出側板厚偏差、ルーパ角度偏差、
ルーパ角速度偏差、スタンド間張力偏差、スタンド間板
速度差偏差及びルーパトルク偏差又はルーパ速度偏差の
全集合又は部分集合を状態変数とし、ルーパのトルク設
定値又は速度設定値、ミル速度設定値、及び圧下位置設
定値の全集合又は部分集合を入力変数とし、出側板厚、
ルーパ角度、及びスタンド間張力の全集合又は部分集合
を出力変数とする状態方程式として記述してなる状態予
測器により、制御系の操作経路の信号の時間遅れを求
め、状態予測制御理論を用いて、その時間遅れ及び制御
操作量に基づいて前記圧延機を含む制御システムの内部
状態を予測し、そして、その予測結果に基づいて制御系
の操作経路の時間遅れを補償した制御操作量を求めるこ
とを特徴とする熱間連続圧延機の制御方法。
【請求項２】出側板厚、スタンド間張力及びルーパ角
を求めて、そして、スタンド間に配置されたルーパのト
ルク制御装置又は速度制御装置、各スタンドに配置され
たミル速度制御装置及び圧下位置制御装置を用いて、出
側板厚、スタンド間張力及びルーパ角を所望の値に制御
する熱間圧延機の制御方法において、制御対象の圧延機を、出側板厚偏差、ルーパ角度偏差、
ルーパ角速度偏差、スタンド間張力偏差、スタンド間板
速度差偏差及びルーパトルク偏差又はルーパ速度偏差の
全集合又は部分集合を状態変数とし、ルーパのトルク設
定値又は速度設定値、ミル速度設定値、及び圧下位置設
定値の全集合又は部分集合を入力変数とし、出側板厚、
ルーパ角度、及びスタンド間張力の全集合又は部分集合
を出力変数とする状態方程式として記述してなる状態予
測器により、制御系の検出経路の信号の時間遅れを求
め、状態予測制御理論を用いて、その時間遅れ及び制御
操作量に基づいて前記圧延機を含む制御システムの内部
状態を予測し、そして、その予測結果に基づいて制御系
の検出経路の時間遅れを補償した制御操作量を求めるこ
とを特徴とする熱間連続圧延機の制御方法。
【請求項３】出側板厚、スタンド間張力及びルーパ角
を求めて、そして、スタンド間に配置されたルーパのト
ルク制御装置又は速度制御装置、各スタンドに配置され
たミル速度制御装置及び圧下位置制御装置を用いて、出
側板厚、スタンド間張力及びルーパ角を所望の値に制御
する熱間圧延機の制御方法において、制御対象の圧延機を、出側板厚偏差、ルーパ角度偏差、
ルーパ角速度偏差、スタンド間張力偏差、スタンド間板
速度差偏差及びルーパトルク偏差又はルーパ速度偏差の
全集合又は部分集合を状態変数とし、ルーパのトルク設
定値又は速度設定値、ミル速度設定値、及び圧下位置設
定値の全集合又は部分集合を入力変数とし、出側板厚、
ルーパ角度、及びスタンド間張力の全集合又は部分集合
を出力変数とする状態方程式として記述してなる状態予
測器により、制御系の操作経路及び検出経路の信号の時
間遅れをそれぞれ求め、状態予測制御理論を用いて、そ
の時間遅れ及び制御操作量に基づいて前記圧延機を含む
制御システムの内部状態を予測し、そして、その予測結
果に基づいて制御系の操作経路及び検出経路の時間遅れ
を補償した制御操作量を求めることを特徴とする熱間連
続圧延機の制御方法。