JPS61111716A - ラツパ−ロ−ルの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ホットストリップミルのダウンコイラーにお
けるラッパーロールの制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、ダウンコイラーに対する要求は増々厳しいものに
なってきており、製品コイルの大型化、極厚板（板厚２
５ｍｍ以上〕の巻取り、又高速度での巻取り、更に熱間
降伏点の高い材料〔高張力鋼等〕の巻取り等、苛酷な要
求がなされている。

マンドレルへの巻取り開始時にストリップ先端がラッパ
ーロール部を通過する際に生ずる衝撃力、或いは巻取り
中にストリップの先端ラップ部（段差部或いは重なり部
とも言う）がラッパーロール部を通過する除土ずる衝撃
力は、上記諸条件の下では非常に大きなものとなる。こ
のため、機械系に破損が生じたり、巻取られるストリッ
プに疵が生じたり、巻形状が悪くなる等の不利益が生じ
ている。

従来のダウンコイラーのラッパーロールでは、上述の衝
撃力を緩和する対策として、第７図に示すように、空気
圧シリンダｊのロッドｊに接続されたアームＣとラッパ
ーロールＣの軸受部ｄとの間に１７３１１ｊばねｆを入
れ、マンドレルｂに巻取られるストリップａの先端がラ
ッパーロールＣとマンドレルｂとの間に噛込まれる時、
或いは２巻目以降の段差部がラッパーロールＣ部を通過
するとき、緩衝ばねｆにより衝撃を緩和させることが行
われていた。尚ｇはストッパー、ｈはラッパーロールＣ
とマンドレル５間の初期ギャップを設定するテンション
ロッド、ｋはエプロンガイドである。

この方式は、ラッパーロールｃｍ械系の大きな質量を分
離すると言う点からは意義があるが、ｋＭ　％Ｊｊばね
ｆに緩衝作用をさせるためには、ばね定数、ストローク
等の問題があり、容易ではない。例えば、ばね定数は巻
取られるストリップａの厚み、巻取り速度によって可変
にする必要がある。又現状の機械構造からは取り得るス
トロークにも限界がある。従って、予め大きな衝撃力を
想定して、アームＣを大型化して機械強度を維持し、ま
た、定期的に大損すな保守作業を行なった機械系を保持
しているのが実情である。又ストリップａへの叩き疵、
巻形状の悪化に対しては特別の対策は採られていない。

そこで最近、第８図に示す如く、従来の緩衝ばねと空気
圧シリンダを利用する代りに油圧シリンダ５を用い、該
油圧シリンダ５のピストンロッド６をアーム４に連結し
、油圧によりアーム４の位置を自由に制御する新しい型
の油圧式ダウンコイラーが考えられた。即ち、アーム４
を支持する回転軸７に角度検出器１５を連結してラッパ
ーロール３の位置を検出するようにしく第８図において
、ラッパーロール３の位置Ｘは、検出器１５によって検
出された角度をθとすると、ｘ＝Ｑθで求められる。Ｑ
はラッパーロール３と回転軸７との間の距離である。）
、この検出した飴と予め設定した位置の設定値９とを演
算装置１０で比較演算し、差があるとこの偏差信号をサ
ーボ弁１１へ送り配管１２．１３を介して油圧シリンダ
５へ供給される圧油を制御し、油圧シリンダ５のピスト
ンロッド６を動かしてラッパーロール３の位置を変える
ようにする。１はストリップ、２はマンドレルである。

これを実現するためには、ロール位置を制御する電気油
圧サーボ系の応答が充分に速い必要があるが、単にラッ
パーロール３の位置信号をフィードバックする制御方式
では、応答を速くするためには機械系の剛性を充分に大
きくしてラッパーロール系の固有振動数を高くしておか
なければならない。即ち、このような構造の装置は、ア
ーム４、ラッパーロール３、ピストンロッド６等を主要
な質量とし、油圧シリンダ５中の液体をばねとする「ば
ね−質量系」を構成するので機械系固有の振動数を持つ
ことになる。

このような系を上述の方法で制御した場合に、制御の応
答速度を速くしようとしても機械系の固有振動数に近い
周波数では制御ループ中の信号の位相遅れが大きくなり
、無理に応答を速くしようとしても制御系が発振をして
しまう。このため制御の応答速度は機械系の固有振動数
により制約を受けることになる。

機械の固有振動数を高くするためには、質量を減するか
或いは液体のばね定数を増す必要があるが、強度上の理
由から質量を減することは容易にはできず、又液体のば
ね定数を増すためにはシリンダ５の有効断面積を増した
り、ピストンロッド６と回転軸７との距離、即ちモーメ
ントアームを増加させなければならない。しかしシリン
ダ５の有効断面積を増すと、液体の消費量が増加するた
めサーボ弁１１の容量、油圧ポンプ容量を必要以上に増
大させなければならず全くの無駄となってしまう。又モ
ーメントアームは種々の機器の設計上の制約があるので
通常は任意に大きくすることはできない。

従って、実用上許容される経済性を考慮する限り、機械
系の固有振動数を充分に大きくする容易な手段はないと
言うことができる。

第８図に示した油圧式ダウンコイラーの電気油圧サーボ
系のブロック線図を第９図から第１１図までに示す。

ｋｌはラッパーロール３の位置フィードバック系数であ
る。Ｋｖはサーボ弁１１の流量ゲインであリ、サーボ弁
１１自身の応答は充分に速いものとみなしている。Ｓは
ラプラス演算子である。Ａはシリンダ５の有効断面積、
Ｋｏはシリンダ５中の液体の圧縮によるばね定数、見は
ピストンロッド６のモーメントアーム、■は慣性モーメ
ント、θはアーム４の角度を示している。

第９図を整理すると第１０図のようになり、第１０図で
は角度θの代りに変位Ｘにより系の変数を表現している
。又第１０図において機械系の部分を取出して示したの
が第１１図であり、第１１図であることが容易に解る。

而して、この制御ループの場合には、制御ループ中に存
在する各機器の応答遅れがあるために制御の応答の速さ
は制約を受け、特に機械系の固有振動数に近い周波数に
対しては機械系での信号の位相遅れが９０度に近くなり
、又シリンダはほぼ完全な積分作用を行うので、ここで
−の位相遅れは周波数にかかわりなく９０度となる。

従って、たとえ他の機器つまりサーボ弁やセンサー類が
充分に速く応答するとしてもシリンダとｍ械系の動きだ
けで１８０度近い位相遅れとなり、第１２図に示すよう
に”アーム４の変位が不安定気味となり、減衰の悪い振
動が発生する。

制御系が安定であるためには開ループの位相遅れは１４
０度以内に保つことが必要であるから、角度検出器１５
の出力だけをフィードバックする制御系では機械系の固
有振動数に近い周波数までその応答を高めることができ
ない。即ち、機械系の固有振動数ｆ、が制御の応答を制
約してしまうことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は前記実情に鑑み為したもので、優れた応答性を
得ると同時に機器のイニシャル・コスト及び運転費のコ
ストダウンを図るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、アームの位置検出器からの検出信号及び一
定時間間隔における検出信号量の差分信号とを演算装置
にフィードバックして、位置設定（１７ｉと比較演算す
るようにしたものである。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に示す如く、本発明では第８図に示したラッパー
ロール制御装置において、アーム４の回転軸７に変位計
８を設けて（これは第８図の角度検出器１５と同じもの
であるが、ｘ＝Ｑθを検出するという意味で以下変位計
という）、該変位計８からの検出値と位置の設定ｍ９と
を演算装置１０で比較演算するようにし、更に、前記変
位計８からの変位量の一定時間間隔における変位量の差
分を求める演算器１４を設け、該演算器１４力１らの差
分信号も前記演算装置１０ヘフィードバックするように
し、差があると偏差信号をサーボ弁１１へ送って油圧シ
リンダ５のピストンロッド６を動かし、アーム４を介し
てラッパーロール３の位置を変え実際の位置を予め設定
された位置に修正させるよう構成したものである。

第２図から第５図までは第１図に示した電気油圧サーボ
系のブロック線図であり、ｋ、はラッパーロール３の速
度のフィードバック系数、ｂはアーム４の角速度である
。又第３図では回転角θの代りに変位Ｘにより系の変数
を表現している。尚、他の部分は第９図から第１１図ま
でのブロック線図と同一符号にて示す。

本発明においては、変位計８により検出した変位量の一
定時間間隔における差分女からのフィードバックを付加
するので応答性を高めることができる。

演算器１４において、予め設定された一定時間間隔で変
位計８の変位量の差分を取ると、これは近似的にアーム
４の速度信号になる。すなわち、ある一定の時間間隔に
おける変位信号の増減した量、つまりΔＸ／Δｔは時間
Δを間の平均速度を表わす。今、Δｔは一定だから、差
分ΔＸは速度に比例する信号となるので、これを実際の
速度信号の代わりにフィードバックする。

第４図（Ａ）　、　（Ｂ）に演算の様子を示す。ΔＸが
演算器１４の出力である。

二二で、もしに２を適当な大きさの値とすると、ること
がわかる。つまり機械本来の固有振動数はｆ６であるに
もかかわらず、変位量の差分をフィードバックすると、
結果としてはｆ：＞ｆ、であるようなｆ！が機械の固有
振動数と等価になり、あたかもｍ械の固有振動数が増加
したようになる。

従って、このような見かけの機械の固有振動数の増加に
見合う分だけ開ループの信号の位相遅れが減するので、
第６図に示すようにアーム４の変位が安定し、より高い
周波数に対してまで安定な制御を実現することができる
。この結果、シリンダ５の直径やモーメントアーム或い
は機械の慣性モーメントを変えなくとも、通常の制御方
式では実現不可能な速い応答を容易に得ることができる
。

尚、本発明は前記実施例にのみ限定されるものではなく
、変位計８としては第１図において二点鎖線で示すよう
に回転型ではなく直線型のものも使用し得ること、アナ
ログ式ではなくディジタル型の変位計も使用できること
、並びに油圧シリンダ５でアーム４を駆動する例を述べ
たが、作動流体は一般の油以外に水を含む種々の流体が
適用できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のラッパーロールの制御装
置によれば、ラッパーロールの位置と共に位置変位量の
一定時間間隔における差分をもフィードバックさせるの
で、見かけの機械の固有振動数の増加に見合うだけ開ル
ープの信号の位相遅れが減じ、より高い周波数に対して
まで安定で且つ高応答の制御を実現することができ、従
って、サーボ弁、シリンダ、液圧源容量、配管等は制御
を考慮せずに選択設計することができ、しかもこれらの
機器は必要最小限の容量のものを使用すればよいので、
製作コスト、ランニングコストの低減が図れ、大幅な経
済メリットを得る、等の優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御装置の概略構成図、第２図、第３
図及び第５図は本発明の装置のブロック線図、第４図（
Ａ）、　（Ｂ）は演算説明図、第６図は本発明の装置に
てアームのステップ応答を測定した結果を示す図、第７
図は従来例の説明図、第８図は最近考え出された装置の
説明図、第９図から第１１図までは最近考え出された装
置の応答性を説明するためのブロック線図、第１２図は
最近考え出された装置にてアームのステップ応答を測定
した結果を示す図である。 １はストリップ、３はラッパーロール、４はアーム、５
は油圧シリンダ、８は変位計、９は設定値、１０は演算
装置、１１はサーボ弁、１４は演算器を示す。 祠佃１　　　　　　　″′ 誓簀少　　０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）位置検出器からの検出値と位置設定値とを制御用比
   較演算装置で比較演算し、差があると偏差信号をサーボ
   弁へ送り液圧シリンダのピストンロッドの移動を介して
   ラッパーロールの位置を修正するようにしたラッパーロ
   ールの制御装置において、前記位置検出器の出力信号か
   ら該信号の一定時間間隔における差分を求める演算器を
   設け、該演算器からの出力信号を前記演算装置へフィー
   ドバックするよう構成したことを特徴とするラッパーロ
   ールの制御装置。