JPS6148164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は制御装置に付設して制御対象の特性
変化および異常検出を行う特性変化検出器に関す
るものであり、特にリードラグ（lead―lag）要
素によるフイードフオワード（feed―forward）
制御器とPI（proportional and integral），比例
＋積分）要素によるフイードバツク
（feedback）制御器の組み合わされた制御装置に
付設して用いる特性変化検出器に関するものであ
る。

上述のフイードフオワード制御器やフイードバ
ツク制御器の特性は制御対象の特性に適合するよ
うに設定されているので、その制御対象の特性が
変化した場合はこれを検出してその特性変化に対
応する処置を講じなければならないのであるが、
従来は適当な検出装置が存在しなかつた。異常振
動を検出することにより、系の異常を検出する装
置は存在するが、このような装置を一般的な特性
変化検出器として用いることはできない。

したがつて、この発明は広い範囲のプラントの
特性変化あるいは異常を検出することができる特
性変化検出器を提供することを目的とするもの
で、この目的のためこの発明では、一般的な制御
対象の特性の変化を明確に表わすことのできる特
徴抽出関数を算出した。

以下、図面についてこの発明の実施例を説明す
る。第１図はこの発明の特性検出器を用いる鋼板
圧延装置の構成を示す系統図である。図において
１は鋼板、２はミル、３はスプリング、４，５は
それぞれ厚み計である。図に示す装置はリバーシ
ングミル（reversing mill）と呼ばれる一段型の
連続鋼板圧延装置で、鋼板１はミル２で圧延され
た後、巻取り装置に巻き取られる。巻取りが終了
すれば、逆の方向へ圧延が行なわれ、何回かの同
様の工程の後に所定の厚さの鋼板が得られる。

ミル２はスプリング３の設定により上下し、ミ
ル２に入る鋼板１の厚さは、厚み計４により、圧
延後の鋼板の厚さは厚み計５により計測される。
鋼板が第１図に示された方向と逆向きに走行して
いる場合には入側の厚みは、厚み計５により、出
側の厚みは厚み計４により計測されることにな
る。説明の便宜のため、以下の記述においては第
１図に示す方向に鋼板１が走行している場合だけ
を考える。入側の板厚をｖ、ミル２のスプリング
３の設定値をｕとし、出側の板厚をｙとする。

第２図はこの発明の一実施例を示すブロツク図
で、第１図に示す装置にこの装置にこの発明の特
性変化検出器を接続する場合を示し、制御対象で
あるミル２の特性と板厚制御のための制御装置の
特性を表してある。図において６は入側の厚さｖ
（これを第１の入力という）が出側の厚さｙに影
響する効果を表わす第１の伝達特性Ｇ_v（ｓ）を
示し、 Ｇ_v（ｓ）＝ｇ_ｖ／１＋Ｔ_ｖｓ ……(1) で表わされる。ここにｓはラプラス演算子、Ｔ_v
は１次遅れを表す時定数、ｇ_vは利得定数であ
る。また７はミル２のスプリング３の設定値ｕが
出側の厚さｙに影響する効果を表わす第２の伝達
特性Ｇ_u（ｓ）を示し、 Ｇ_u（ｓ）＝ｇ_ｕ／１＋Ｔ_ｕｓ ……(2) で表わされる。ここにＴ_uはＴ_vと類似の時定数、
ｇ_uはｇ_vと類似の利得定数である。また８はフイ
ードフオワード制御器、９はフイードバツク制御
器、１０は制御器全体を示し、１１は特性変化に
ともなつて生じるバイアス成分をシミユレートす
る信号を発生するバイアス成分発生器を、１２は
この発明の特性変化検出器を、Ｄ_wはその出力
を、１３，１４は減算器、１５，１６は加算器を
示す。

フイードフオワード制御器８の伝達関数Ｃ_F
（ｓ）は、 Ｃ_F（ｓ）＝１＋τ_Ａｓ／１＋τ_Ｂｓ ……(3) のようなリードラグ要素であり、フイードバツク
制御器９の伝達関数Ｃ_B（ｓ）は、 Ｃ_B（ｓ）＝ｐ＋１／Ｔ_Ｉｓ ……(4) である。但しｐは比例定数、Ｔ_Iは積分定数を示
す。

パラメータｐ，Ｔ_I，τ_A，τ_Bは制御対象の特
性を表わすパラメータｇ_u，Ｔ_u，ｇ_v，Ｔ_vによつ
て定められる。この定め方をチユーニングと呼
び、チユーニング法には種々の方法があり、その
一つの方法に関しては後節で記述するが、適当な
値が設定されているものとする。またミル２の特
性が変化すると、パラメータｇ_u，Ｔ_u，ｇ_v，Ｔ_v
が変化するだけでなく、出側厚さｙにバイアス値
加算の効果が加わるので、この効果をバイアス成
分発生器１１の出力と加算器１６で表わす。

ミル２のスプリング３の設定値ｕは加算器１４
の出力として表わされＬ｛″｝をラプラス変換と
すれば、 Ｌ｛ｕ｝＝−Ｃ_F（ｓ）Ｌ｛ｖ｝ ＋Ｃ_B（ｓ）Ｌ｛ｙ_r−ｙ｝ ……(5) 但しｙ_rは出側板厚の設定値である。

バイアス成分発生器１１の出力が０の場合は加
算器１４の出力から加算器１６の出力までの特性
は Ｌ｛ｙ｝＝Ｇ_u（ｓ）Ｌ｛ｕ｝＋Ｇ_v（ｓ）Ｌ
｛ｖ｝ ……(6) 式(6)に式(5)を代入して Ｌ｛ｙ｝＝Ｇ_ｕ（ｓ）Ｃ_Ｂ（ｓ）／１＋Ｇ_ｕ（ｓ）Ｃ
_Ｂ（ｓ）〔Ｌ｛ｙ_r｝ ＋Ｇ_ｖ（ｓ）−Ｇ_ｕ（ｓ）Ｃ_Ｆ（ｓ）／Ｇ_ｕ
（ｓ）Ｃ_Ｂ（ｓ）Ｌ｛ｖ｝〕……(7) ところで、Ｇ_ｕ（ｓ）Ｃ_Ｂ（ｓ）／１＋Ｇ_ｕ（ｓ）Ｃ_Ｂ
（ｓ）＝Ｐ（ｓ）／Ｑ（ｓ） で表すことができ式(2)，(4)からＰ（ｓ）＝ｇ_u（１
＋Ｔ_Ips） ……(8) Ｑ（ｓ）＝ｇ_u＋（１＋pg_u）Ｔ_Iｓ＋Ｔ_uＴ_Is²
……(9) である。また先に述べたチユーニングの一つの方
法として ｐ＝ｇ_ｖ／ｇ_ｕ−１ ……(10) τ_B＝Ｔ_v ……(11) τ_A＝Ｔ_v＋ｇ_ｖ／ｇ_ｕ（Ｔ_u−Ｔ_v） ……(12) とすればＧ_ｖ（ｓ）−Ｇ_ｕ（ｓ）Ｃ_Ｆ（ｓ）／Ｇ_ｕ（ｓ
）Ｃ_Ｂ（ｓ）＝１となり、 Ｌ｛ｙ｝＝Ｐ（ｓ）／Ｑ（ｓ）Ｌ｛ｙ_r＋ｖ｝……(13
) となる。特性方程式Ｑ（ｓ）＝０の判別式Ｂは式
(9)からＢ＝（１＋pg_u）²T^２ _Ｉ−4g_uT_uT_I＝ｇ^２ _ｕＴ^２
_Ｉ
｛（１／ｇ_ｕ＋ｐ）^２−４Ｔ_ｕ／Ｔ_Ｉｇ_ｕ｝ ……(14) となるが ならば、Ｂ＞０でＱ（ｓ）＝０を満足する２つの
実根S₁，S₂が得られ となり、pg_uは正であるので、s₁，s₂は共に負の
根であり、絶対値はs₁の方が小さい。s₁の絶対値
の逆数をＴ_Dとし整定時間と呼ぶことにする。式
(13)において、ｙ_rとｖが夫々一定値_r，とす
ると、板厚ｙは整定時間Ｔ_Dの後には一定値と
なる。式(15)を満足する範囲内で整定時間Ｔ_Dが
できるだけ小さくなるように（s₁の絶対値がなる
べく大きくなるように）、制御パラメータｐとT₁
を選ぶ。

次にｚを偏差ｙ_r−ｙの積分値とする。すなわ
ち ｚ＝１／Ｔ_Ｉ∫^ｔ _ｐ（ｙ_r−ｙ）dt ……(16) あるいは Ｌ｛ｚ｝＝１／Ｔ_ＩｓＬ｛ｙ_r−ｙ｝ ……(17) ｙ_rとｖが夫々一定値_r，の場合に、整定時間
Ｔ_D程経過すればｚは一定値となる。ここで式
(13)と式(8)，(9)，(10)から ＝ｙ_ｒ−（ｇ_ｖ−ｇ_ｕ）ｖ／ｇ_ｕ ……(18) を得る。すなわち、第２図において定常状態を考
え、_r−＝とするとフイードバツク制御器
９の出力はｐ＋、フイードフオワード制御器
８の出力は、減算器１４の出力は（ｐ＋−
）となり、加算器１５の出力はｇ_v＋_u（ｐ
＋−）となり、これが＝_r−とな
り、定常状態ではが充分小さいので式(18)が成
立するのである。

次にフイードフオワード制御器８の出力をｖ_F
とすれば Ｌ｛ｖ_F｝＝Ｃ_F（ｓ）Ｌ｛ｖ｝ ……(19) であるが、新に ｗ＝ｚ−ｙ_ｒ−（ｇ_ｖ−ｇ_ｕ）ｖ_Ｆ／ｇ_ｕ ……(20) によつて定められる特性変化抽出関数ｗを定義す
る。式(17)，(20)から明らかなように特性変化抽
出関数ｗはＴ_I，τ_A，τ_B，ｇ_v，ｇ_uの値を定め
れば、観測値ｖとｙ_rだけから算出することがで
きる。

ｙ_rが一定値_rで、ｖが平均値のまわりを変
動する場合には、整定時間Ｔ_D程経過すれば、 ｗ＝−ｙ_ｒ−（ｇ_ｖ−ｇ_ｕ）ｖ／ｇ_ｕ＝０……(21) となる。ｖの平均値やｙ_rの変化は別途検出す
ることができるので、その後Ｔ_D程経過するま
で、ｗの計算を保留すれば、制御対象の特性が変
化しない限り、ｗはほぼ０となる。制御対象の特
性が変化するとパラメータｇ_u，Ｔ_u，ｇ_v，Ｔ_v等
が変化するばかりでなく、出側板厚値ｙにバイア
ス成分等が発生し、第２図のバイアス成分発生器
１１の出力が０でなくなつたと等価になり、特性
変化抽出関数ｗが変化する。

第３図は特性変化抽出関数ｗの変化を示すグラ
フであつて、横軸は時間ｔを示し、縦軸にはそれ
ぞれ制御対象の特性Ｄ、第１の入力ｖ、制御量
ｙ、その設定値ｙ_r，操作量ｕ、及び特性変化抽
出関数ｗを示す。時刻t₁でｙ_rが変化し、時刻t₂で
ｖの平均値が変化し、時刻t₃でＤが変化した場
合を示す。ｙはｙ_rrに追従し、ｕは式(5)に従つて
変化し、ｗはt₁，t₂時点では変化するがすぐ元の
値０に戻つている。t₃時点で変化したｗの値は時
間が経過しても元の値が０には戻らず、第２図の
特性変化検出器１２の出力Ｄ_wの値は変化する。

この発明の好適な実施例として、式(20)の演算
をデイジタル計算で行なう特性変化検出器１２が
あるが、以下その実施例について説明する。第４
図はこの発明の一実施例における信号入力を示す
ブロツク図で、図において２０はデイジタル演算
部、２１，２２，２３，２４，２５はそれぞれ定
数ｇ_u，ｇ_v，τ_A，τ_B，Ｔ_Iを設定するデイジタ
ルスイツチ、２６は信号出力端子、２７，２８，
２９はそれぞれアナログデイジタル変換器（以下
ADと略記する）である。AD２７，２８，２９で
は所定のサンプリング周期Ｔ_sごとにアナログ信
号ｙ，ｙ_r，ｖをそれぞれ対応するデイジタル信
号Ｙ，Ｙ_R，Ｖに変換してデイジタル演算部２０
に入力する。デイジタル演算部２０内での演算は
上記サンプリング周期Ｔ_sごとに行なわれ、した
がつて漸化演算が可能であり演算が簡単になる。

デイジタル演算部２０では式(20)に従つてｗを
算出するがｙ_rの変化又はｖの変化によるｗの変
化を除去するためｙ_rの変化との変化を検出す
る。この検出には１サンプル点前（すなわちＴ_s
だけ前の値との差が所定閾値以上であつた場合に
変化ありとする。１サンプル点前のｙ_rの値をｙ
_r′とすれば｜ｙ_r−ｙ_r′｜＞γ……(22)（但しγは
設定した閾値）によつてｙ_rの変化を判断する。

ｖの平均値は ＝α（ｖ−′）＋′ ……(23) によつて求められる。但しα≒Ｔ_S／τ_Bであり
′は１サンプル点前のの値である。このように
して求めたに対し ｜ｖ−｜＞δ ……(24) （但しδは設定した閾値）によつてｖに変化があ
つたと判断する。

またｗも１サンプル点前の値w′との間に ｜ｗ−w′｜＞β ……(25) によつて変化があつたか否かを判断する。

第５図はデイジタル演算部２０の一構成例を示
すブロツク図であつて、図においてＭ_V，Ｍ_VM，
Ｍ_W，Ｍ_Z，Ｍ_YR，Ｍ_VDはレジスタで、サンプリン
グ周期Ｔ_sごとにその記憶内容が書きかえられ
る。またＭ_S，Ｍ_A，Ｍ_B，Ｍ_I，Ｍ_GV，Ｍ_GU，Ｍ_AL
Ｐは定数レジスタで、それぞれ定数Ｔ_S，τ_A／Ｔ
_S，τ_B／Ｔ_S，Ｔ_I／Ｔ_S，ｇ_v，ｇ_u，αの値を記
憶する。３１，３２，３４，３６はそれぞれ加算
器、３３，３５はそれぞれ減算器、４１〜４８は
それぞれ減算器、５０〜５４はそれぞれ掛算器、
６０〜６４はそれぞれ割算器で、割算器の記号中
黒い太線は分母となる信号の入力端子を示す。７
１〜７３はそれぞれ関数発生器を、８０はアンド
ゲートを示す。

レジスタＭ_vの出力V′は１サンプル点前に書込
まれたＶの値であるから加算器３１の出力をＶ_DF
とすればＶ_DF＝Ｖ＋τ_Ａ／Ｔ_ｓ（Ｖ−V′）……(26)と
な る。レジスタＭ_VMの出力をＶ_FDとすれば、レジス
タＭ_VMの入力Ｖ_Fとの間にＶ_F＝Ｖ_FD＋τ_Ｂ／Ｔ_ｓ（Ｖ_DF −Ｖ_FD）……(27)の関係があり、Ｖ_Fは式(19)で得
られるＶ_Fのデイジタル表示になることは明らか
である。以下掛算器５３、減算器３３、割算器６
２を経て減算器４４の減数側の入力は（Ｙ_R−ｇ_v
Ｖ_F）／ｇ_uとなる。

一方、レジスタＭ_Zの出力をＺ_D、加算器３４の
出力をＺとすれば Ｚ＝Ｚ_D＋Ｔ_Ｓ／Ｔ_Ｉ（Ｙ_Ｒ−Ｙ） ……(28) となり、Ｚは式(17)のｚのデイジタル表示とな
る。したがつて減算器３５の出力Ｗは Ｗ＝Ｚ−（Ｙ_R−ｇ_VＶ_F）／ｇ_u−Ｖ_F＝Ｚ−
Ｙ_Ｒ−（ｇ_ｖ−ｇ_ｕ）Ｖ_Ｆ／ｇ_ｕとなり式(20)の特性変
化抽出関数 ｗのデイジタル表示となる。減算器４５、関数発
生器７１により、式(25)の判定を行い、出力Ｉ_DW
を論理「１」（式(25)の条件を満足する）又は論
理「０」の２値信号で出力する。減算器４６、レ
ジスタＭ_YR、関数発生器７２により式(22)の判定
を行い、出力Ｉ_DYRは式(22)の条件が満足される
とき論理「０」となり、其他の場合論理「１」と
なる。また減算器４７、レジスタＭ_ALP、掛算器
５４、加算器３６、レジスタＭ_VD、減算器４８、
関数発生器７３により式(23)，(24)の判定を行
い、式(24)の条件が満足されるとその出力Ｉ_DVは
論理「０」となり、そうでないときはＩ_DVは論理
「１」となる。

したがつてアンドゲート８０の出力Ｄ_Wの論理
によつて制御対象の特性変化が存在したか否かを
判断することができる。

以上は式(20)の演算をデイジタル計算で行う実
施例について説明したが、この発明はこの実施例
に限定されることなく、式(20)の演算をアナログ
計算で行つてもよいことは申すまでもない。その
場合、式(19)によりｖからｖ_Fを計算する回路を
設けてもよければ、フイードフオワード制御器８
の出力をｖ_Fとして用いてもよい。したがつてこ
の発明で「第１の信号をシミユレートする信号」
という場合は第１の信号そのものをも含むと解釈
さるべきである。

以上の説明は制御対象をレバーシングミルとし
て記述したが、この発明はこれに限らず、２つの
入力と１つの出力を持つ制御対象で、１つの入力
の値は計測が可能であり、他の１つの入力は操作
に用いられる場合で、両方の入力の出力に対する
伝達特性が１次遅れて近似できる場合には総て適
用することができる。

以上のように、この発明の特性変化検出器を用
いれば、特性の変化を検出し、これに基づいて、
変化した特性に適合できるように制御系のパラメ
ータを選ぶことが可能なこと、制御対象の異常や
経年変化を検出できる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の特性変化検出器が用いられ
る鋼板圧延装置の構成を示す系統図、第２図はこ
の発明の一実施例を示すブロツク図、第３図はこ
の発明に用いる特性変化抽出関数の変化を示す
図、第４図はこの発明の一実施における信号入力
を示すブロツク図、第５図は第４図のデイジタル
演算部の一構成例を示すブロツク図である。 ６……第１の伝達特性、７……第２の伝達特
性、８……フイードフオワード制御器、９……フ
イードバツク制御器、１２……特性変化検出器、
減算器４３、掛算器５０、加算器３４、レジスタ
Ｍ_Zで誤差積分演算回路を構成し、減算器４１、
掛算器５１、加算器３１、減算器４２、掛算器５
２、加算器３２、レジスタＭ_VMで第１の演算回路
を構成し、掛算器５３、減算器３３、割算器６
２、減算器３５で第２の演算回路を構成する。４
４は減算器で第３の演算回路を構成し、レジスタ
Ｍ_W、減算器４５、関数発生器７１、アンドゲー
ト８０により判定回路を構成する。なお、図中同
一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 計測できる第１の入力をリードラグ要素によ
   るフイードフオワード制御器を用いて処理した第
   １の信号と、制御対象から出力される制御量の設
   定値に対する誤差を比例および積分要素によるフ
   イードバツク制御器を用いて処理した第２の信号
   との和を操作量とし、上記第１の入力が第１の伝
   達特性を介し、上記操作量が第２の伝達特性を介
   して上記制御対象を制御する場合、当該制御対称
   の特性変化を検出する特性変化検出器において、
   上記制御量の設定値に対する誤差を積分する誤差
   積分回路と、上記第１の信号をシミユレートする
   信号を算出する第１の演算回路と、この第１の演
   算回路の出力に上記第１の伝達特性の利得定数と
   上記第２の伝達特性の利得定数との差を乗じた値
   を上記設定値から減算してその和を上記第１の伝
   達特性の利得定数で割り算する第２の演算回路
   と、この第２の演算回路の出力を上記誤差積分回
   路の出力から減算して特性変化抽出関数を算出す
   る第３の演算回路と、上記特性変化抽出関数に所
   定量以上の変化が検出されたときは上記第１の入
   力又は上記設定値が急変した後の過渡状態を除き
   上記制御対象の特性変化であると判定する判定回
   路とを備えたことを特徴とする特性変化検出器。