JPS63154593A - シ−ト状材料の巻き戻し機または巻き取り機の張力制御方法および張力制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、シート状材料の巻き戻し機または巻き取り機
の張力制御方法および張力制御装置に関する。

（従来の技術） 第３図は、従来の巻き取り機制御装置の一例を示す。

第３図において、１は被圧延材であり、一対のワークロ
ール２Ａ、２Ｂおよび一対のバックアップロール３Ａ、
３Ｂを備えた圧延機で圧延され、巻き取り機（リール）
４によりコイル状に巻き取られる。

前記圧延機は電動機５により駆動される。速度基準設定
器８により設定される電動機５の速度基準と、回転速度
検出器７により検出される電動機５の回転速度とが等し
くなるように、速度制御装置６により電動機５の回転速
度が制御される。

一方、リール４は、ギヤー９を介して電動機１０により
駆動される。このとき、通常、圧延機とリール４との間
にある被圧延４）Ｊ’　１　ａに対して一定の張力が発
生するように、運転されている。しかも、安定な操業を
行なううえで、且つ板厚等製品の品質を制御する」二で
、目標張力に保持されることが望ましい。このため、第
３図に示す如く、電流制御装置１１により、電動機１０
の発生トルクを制御するリール張力制御が行なわれてい
る。。

即ち、張力電流基準演算装置１３により演算された張力
電流基準■、と、加減速電流演算装置１４により演算さ
れた加減速電流基準Ｉ、との和のＩＲが電動機１０の電
機子電流基準として用いられる。その電機子電流基準Ｉ
Ｒと、電流検出器１２により検出される実際の電機子電
流とが等しくなるように、電流制御装置１１により制御
される。

また、電動機１０の界磁電流を制御する界磁型流制御装
置１５は、電流検出器１６により検出した界磁電流が、
界磁電流基準演算装置１７により決定される界磁電流基
準に等しくなるような制御を行なう。

張力電流基準演算装置１３、界磁電流基準演算装置１７
及び加減速電流基準演算装置１４の機能の具体的な説明
は、以下に述べるリール張力制御の論理的背景の項及び
圧延機を加減速する場合についての項において詳細に行
なう。

ここで、従来のリール張力制御の論理的背景を説明する
。

即ち、第４図は、リール４及びその周辺部分を示すもの
である。この第４図において、Ｔは巻き取り張力（ｋｇ
）　、Ｖは巻き取り速度（ｍｐｍ）、Ｄはコイル径（ｍ
）　、Ｎは電動機１０の回転数（ｒｐｍ）及びａはギヤ
ー９のギヤ比をそれぞれ示す。このとき、電動機１０の
出力Ｐ、は下記の（１）式で表わされる。

２πＸＮ　　　　　　　　　　　Ｄ　　　ＴＰＴ″″　
６ｏＸ　９　、８°；： ＝に１ΦＮ−Ｄ−Ｔ　　　　　・・・・・・・・・（１
〉ここで、 ２πＸ９．８　　　　１ に１−　　６０　　　”　２．ａ ・・・・・・・・・（２） である。

一方、ある巻き取り速度Ｖにおける電動機回転数Ｎと電
動機逆起電力Ｅ　　（Ｖ）との関係は、逆起電力係数を
φ（Ｖ／（ｒａｄ／５ｅｅ））とすると、下記の（３）
（４）式で表わされる。

■＝πＤ・−・・・・・・・・・（３）Ｅ　　＝Ｋ　　
・φ・Ｎ　　　・・・・・・・・・（４）ここで、Ｋ２
は定数である。

電動機１０の電機子電流をＩ　とすると、電動機１０の
出力Ｐ８は、下記の（５）式で表わされる。

Ｐ　Ｍ　＝Ｅ　ｏｘ　Ｉ　。

＝Ｋ　　・φ拳Ｎ・　■　　　　・・・・・・・・・（
５）ａ ここで、加減速トルク、曲げトルク及びメカロストルク
などを無視すると、 Ｐ、＝ＰＭ　　　　・・・・・・・・・（６）が成立す
る。

従って、（１）式及び（５）式を（６）式に代入すると
、巻き取り張力Ｔは、 となる。すなわち、巻き取り張力Ｔを一定に保つために
は、コイル径りの増加に比例させて、逆起電力係数φを
増加させ、φ／Ｄの比を一定とし、電機子電流■　を一
定に保持すれば良いことがわかる。

ここで、逆起電力係数φは、界磁電流の関数である。す
なわち、第３図の界磁電流基準演算装置１７は、φ／Ｄ
が一定になるようにコイル径りの変化に応じて界磁電流
基準を演算する。

また、張力電流基準演算装置１３は、（７）式から得ら
れる下記の（８）式により、張力Ｔに比例した張力電流
基準Ｉ、を演算する。

φ ここで、　Ｋ３＝賃 である。

このようにして、リール張力制御が行なわれる。

次に、圧延機を加減速する場合を考える。このとき、巻
き取り速度が変化するから、この変化率に応じて電動機
に加減速に要するトルクを発生させて、加減速中におい
ても巻き取り張力が変化しないように補償する必要があ
る。

即ち、第４図において電動機軸に換算したリールのはず
み車効果をＧＤ２とすると、加減速トルｄ／ｄ　ｔは微
分演算子である。

電動機角速度ωは、 １　　　　　２π ω＝　□　・　ａ”　　□　争　Ｖ πＤ　　　　　　６０ で表わされ、（１０）式を（９）式に代入すると、が得
られる。

ここで、リールのはずみ車効果ＧＤ２は、コイり変わる
。被圧延材の比重をｐ１コイルの占積率をＳとし、コイ
ルのディメンジョンを第５図に示で表わされる。すなわ
ち、第３図の加減速電流基準演算装置１４は、コイル径
の変化に応じて、（１３）式によりコイル分のはずみ車
効果ＧＤ。

を演算し、（１２）式にてリールのはずみ車効果ＧＤ２
を演算し、（１１）式にて加減速トルクＴｐを求め、更
に、下記の（１４）式にて加減速電流基準Ｉ、を演算す
る。

（１４）式のφは前述の逆起電力係数であり、界磁電流
基準演算装置１７の出力である界磁電流基準の関数とし
て得られる。また、（１１）式の巻き取り速度Ｖは、速
度基準設定器８の出力を用いている。

このようにして、圧延機が加減速する場合、すなわち、
巻き取り速度が変化する場合における巻き取り張力の一
定化のための補償が行なわれる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上、従来方法によるリール張力制御を説明したが、こ
の方法には次のような問題点がある。

（１）　　加減速時において、圧延機とリール間に位相
差が生じ、特に、加減速開始時および終了時に張力変動
が生じる。

すなわち、（１１）式において、圧延機の速度基準から
求めた巻き取り速度Ｖを微分し、リール４の加減速トル
クを演算しているが、実際の巻き取り速度の変化率は、
圧延機駆動電動機５の速度制御系の応答遅れ等が影響し
、特に、加減速開始および終了時において一致しない場
合が多い。

（２）　　巻き取り張力基準の変更に対するリールの加
減速補償が行なわれず、張力変動が生じる。

すなわち、第３図において、張力電流基準演算装置１３
の出力である張力電流基準Ｉ、は（８）式で演算される
。従って、巻き取り張力Ｔの変更による張力電流基準Ｉ
Ｔの変化量には、巻き取り張力Ｔの変更に必要なリール
の加減速トルク分は含まれていない。巻き取り張力Ｔを
増加するためには、リールを増速する必要があり、逆に
、巻き取り張力Ｔを減少するためには、リールを減速す
る必要がある。従って、張力電流基準を変更しても、そ
れに伴うリール４の加減速が完了するまでは、所定の張
力変更量は得られない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、張力制御精度の向」二を図ることのできる張
力制御方法及び装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の張力制御方法は、コイル状に巻かれた鋼板等の
シート状材料を張力を印加しながら巻き戻す巻き戻し機
または鋼板等のシート状材料を張力を印加しながらコイ
ル状に巻き取る巻き取り機の張力制御方法において、前
記巻き戻し機または前記巻き取り機を駆動する電動機が
発生する発生トルクから前記鋼板等のシート状材料に印
加される巻き戻し張力または巻き取り張力に相当する張
力トルクを検出し、この張力トルクが目標巻き戻し張力
または目標巻き取り張力に相当する目標張力トルクに一
致するように前記電動機の発生トルクを制御するものと
して構成される。

本発明の張力制御装置は、電流制御装置がそれに加えら
れる電流基準値に基づいて電機子電流を制御し、制御さ
れた電機子電流に基づいて電動機が発生する発生トルク
を制御し、その電動機の発生トルクにより、コイル状に
巻かれた鋼板等のシート状材料を張力を印加しながら巻
き戻す巻き戻し機または鋼板等のシート状材料を張力を
印加しながらコイル状に巻き取る巻き取り機の張力を制
御する張力制御装置において、前記電動機の回転数、電
機子電流および端子電圧並びにコイル状に巻かれた前記
シート状材料のコイル径から巻き戻し張力または巻き取
り張力に相当する張力電流を演算、検出する張力電流検
出装置と；この張力電流と、目標巻き戻し張力または目
標巻き取り張力に相当する目標張力電流とが一致するよ
うに、前記目標張力電流を補正するだめの補正量を演算
する電流基準補正量演算装置と；この補正量と前記目標
張力電流とから前記電流制御装置へ加える前記電流基準
値を生成する電流基準値生成手段と；を備えるものとし
て構成される。

（作　用） 本発明の張力制御方法においては、電動機が発生する発
生トルクから、巻き戻し張力または巻き取り張力に相当
する張力トルクが検出される。この張力トルクが、目標
巻き戻し張力または目標巻き取り張力に相当する目標張
力トルクに一致するように、電動機の発生トルクが制御
される。これにより、当然、巻き戻し機または巻き取り
機の張力が目標値に制御される。

また、本発明の張力制御装置においては、張力電流検出
装置により巻き戻し張力または巻き取り張力に相当する
張力電流か演算、検出される。その張力電流と、目標巻
き戻し張力または目標巻き取り張力に相当する目標張力
電流とを一致させるため、目標張力電流を補正するのに
使用される補正量が、電流基準補正量演算装置により演
算される。この補正量と前記目標張力電流とから、前記
電流制御装置へ加える電流基準値が電流基準値生成手段
によって生成される。その電流基準値が電流制御装置に
加えられる。その電流制御装置は電機子電流を制御する
。これにより、電動機が発生する発生トルクが制御され
、巻き戻し機または巻き取り機の張力が制御される。

（実施例） 本発明の詳細な説明するに先立ち、本発明の詳細な説明
する。

リール駆動電動機の発生トルクτＭは下記の（１５）式
で表わされる。

τ　＝τ　十τ　＋τ　＋τ　　　・・・・・・（１５
）Ｍ　　　Ｔ　　　Ｆ　　　Ｌ　　　Ｂ ここでτＴ：巻き取り張力骨トルク τＦ：加減速分トルク τ１．二ロストルク τＢ：被圧延材の曲げトルク （１５）式においてロストルクτＬと曲げトルクτＢは
、本発明においては単なる補正項として取り扱うことが
でき、よって以下の説明では無視する。この場合、（１
５）式から、巻き取り張力骨トルクτＴは、 ＴＭＰ　　　　　・・・・・・・・・・・・（ＩＢ）と
なる。すなわち、本発明では、圧延機の加減速時あるい
は巻き取り張力基準の変更時も含め、いかなる圧延状態
においても、巻き取り張力骨トルクτ　を（１６）式で
検出し、そのトルクτＴを丁 目標値に制御することにより、巻き取り張力Ｔを目標値
に精度よく制御することができる。

その原理を、この原理に基づいて構成した第２図の張力
制御系の一例を参照して詳細に説明する。

第２図において、２０はブロック２１．２２゜２３　（
３２）を備えた制御装置ブロック、２４（１４）は加減
速電流基準演算装置ブロック、２５はリール駆動電動機
の電流制御装置ブロック、２６はリール駆動電動機の電
機子回路の伝達関数を表わすブロック、２７．２８はそ
れぞれトルク係数および逆起電力係数を表わすブロック
、２９はリールのはずみ車効果を表わすブロックである
。

同図において、括弧書きで示した符号は、前述の第３図
及び後述の第１図での符号に対応することを示すもので
ある。

第２図において、巻き取り張力電流基準ＩＴは電流制御
装置ブロック２５及び電機子回路伝達関数２６を介して
リール駆動電動機の電機子電流■　となり、その電機子
電流工、はブロック２７゜２９を介してリール駆動電動
機の角速度となる。

そのリール駆動電動機の角速度ωは、ブロック２８を介
して、電機子回路伝達関数２６の前段にフィードバック
されている。リール駆動電動機の電機子電流Ｉ　は、電
流制御装置ブロック２５の前段にフィードバックされて
いる。そのさらに前段においては、加減速電流基準演算
装置ブロック２４からの加減速電流基準Ｉｐが加え合わ
せられている。

さらに説明すると、電機子回路伝達関数２６から出力さ
れる電機子電流工　がブロック２７を通って、トルク係
数φと掛は合わせられて電動機発生トルクτＨとなる。

一方、電動機の負荷として張力トルクτ　がある。電動
機発生トルクτＨと張力トルクτＴとの差から実際の加
減速トルクτＦが求められる。この加減速トルクτＦに
よってリール駆動電動機が加減速する。次段のブロック
２９のＪは、リール駆動電動機軸に換算した慣性能率で
あり、下記の（１７）式で表わされる。

また、ブロック２９のＳはラプラス演算子であり、ブロ
ック２９から出力されるωはリール駆動電動機の角速度
である。

このようにして得られた電機子電流Ｉ　及びり−ル駆動
電動機の角速度ωは、ブロック２０に加えられる。この
ブロック２０の機能は２つある。

ＣＴ その１つは、実際の巻き取り張力電流Ｉ、　の検出であ
る。他の１つは、電流基準補正量の演算である。

先ず、第１の機能について説明する。いま、（１６）式
の両辺をトルク係数φで除すと、左辺ＣＴ は巻き取り張力電流となり、これをエア　とすると、下
記の（１８）式で表わされる。

−Ｉ　　−一・Ｊ・□　・・・・・・（１８）１　φ　
　　ｄｔ すなわち、ブロック２０にリール駆動電動機の角速度ω
と電機子電流■　を入力し、ブロック２１にて、前記角
速度ωを微分すると共に、慣性能率の予測値Ｊ＊との積
を演算することにより、加減速トルクが求められる。こ
の加減速トルクを、ブロック２２にてトルク係数予測値
φ＊で除すことにより、加減速電流が演算される。次に
、前記電機子電流Ｉ　から前記加減速電流を差し引くこ
とＣＴ により、実際の巻き取り張力電流■、　が検出される。

次に、ブロック２０の他の機能について説明する。すな
わち、巻き取り張力電流基準Ｉ、と前記ＣＴ 検出された巻き取り張力電流Ｉ。　との差を演算し、ブ
ロック２３にて、この差が零となる電流基準補正量を演
算し、巻き取り張力電流基準■、に加算する。

この第２図においては、前記ブロック２３としては、比
例−積分制御回路を採用している。

前記ブロック２１のＪ＊は（１７）式を用いることによ
り予測できる。また、ブロック２２のφ＊はリール駆動
電動機の界磁電流の関数として求めることができる。さ
らに、電動機の端子電圧Ｅ、電機子電流■　および角速
度ωの実績値を、下記の（１９）式に代入してφ＊を求
めることができる。

ω Ｒ：電機子回路抵抗 Ｌ：電機子回路リアクタンス 第１図は、本発明の張力制御装置の一実施例を示す。

この第１図において、符号１〜１７を付した部分及びそ
れらの動作は、第３図を参照して前述したちのと同一で
あるので、ここでは説明を省略する。

同図において、その他の部分を説明するに、３０はリー
ル駆動電動機１０に取り付けられた回転速度検出器であ
り、電動機１０の角速度ωを検出し、張力電流検出装置
３１に送る。この張力電流検出装置３１には、電流検出
器１２により検出された電機子電流Ｉ　も入力されてお
り、これらの角速度ω及び電機子電流１　等に基づいて
（１８）式を演算することにより、巻き取り張力ＣＴ 電流の実績値Ｉ□　を出力する。張力電流基準演算装置
１３の出力である張力電流基準■、と、前ＡＣ前 記巻き取り張力電流の実績値ＩＴ　との差が、電流基準
補正量演算装置３２に入力され、この電流基準補正量演
算装置３２が、張力電流基準管と−２０＝ ＣＴ 巻き取り張力電流の実績値Ｉ、　とが等しくなるように
リール駆動電動機電流制御装置１１の電流基準ＩＲを修
正する。

これにより、例えば、加減速電流基準Ｉｐの誤差などに
よる巻き取り張力の変動をなくすことができる。

また、張力電流基準工、の変更に対する加減速トルク分
の電流基準の補償も、本発明の張力制御装置により行な
うことができ、巻き取り張力を速やかに変更することが
できる。

以」二の説明は全て巻き取り機を対象として行なったが
、以上の考え方に基づいて巻き戻し機の張力を制御でき
ると共に、その装置を構成できるのは当然である。

〔発明の効果〕

本発明の張力制御方法によれば、電動機の発生する発生
トルクを張力トルクに換算し、目標とする張力を張力ト
ルクに換算し、それらが一致するように電動機の発生ト
ルクを制御するようにしたので、巻き戻し張力あるいは
巻き取り張力を高精度で制御でき、圧延操業の安定性の
向上と板厚制御精度の向上を図ることができる。

また、本発明の張力制御装置によれば、電動機の電機子
電流を制御する電流制御装置に加える電流基準として、
目標張力電流と実際の張力電流とが一致するようにして
求めた補正量によってその目標張力電流を補正したもの
を用いたので、巻き戻し張力あるいは巻き取り張力を高
精度に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の張力制御方法を実施する本発明の張力
制御装置の一実施例を示す全体構成図、第２図は本発明
の原理をより具体化した制御系のブロック図、第３図は
従来の張力制御方法を実施する従来の張力制御装置の全
体構成図、第４図および第５図は従来の張力制御方法を
説明するためのリール部分およびコイル部分の説明図で
ある。 ８・・・速度基準設定器、１０・・・電動機、１１・・
・電流制御装置、１２・・・電流検出器、１３・・・張
力電流基準演算装置、１４・・・加減速電流基準演算装
置、１７・・・界磁電流基準演算装置、３０・・・回転
速度検出器、３１・・・張力電流検出装置、３２・・・
電流基準補正量演算装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コイル状に巻かれた鋼板等のシート状材料を張力を
   印加しながら巻き戻す巻き戻し機または鋼板等のシート
   状材料を張力を印加しながらコイル状に巻き取る巻き取
   り機の張力制御方法において、前記巻き戻し機または前
   記巻き取り機を駆動する電動機が発生する発生トルクか
   ら前記鋼板等のシート状材料に印加される巻き戻し張力
   または巻き取り張力に相当する張力トルクを検出し、こ
   の張力トルクが目標巻き戻し張力または目標巻き取り張
   力に相当する目標張力トルクに一致するように前記電動
   機の発生トルクを制御することを特徴とする巻き戻し機
   または巻き取り機の張力制御方法。 ２、電流制御装置がそれに加えられる電流基準値に基づ
   いて電機子電流を制御し、制御された電機子電流に基づ
   いて電動機が発生する発生トルクを制御し、その電動機
   の発生トルクにより、コイル状に巻かれた鋼板等のシー
   ト状材料を張力を印加しながら巻き戻す巻き戻し機また
   は鋼板等のシート状材料を張力を印加しながらコイル状
   に巻き取る巻き取り機の張力を制御する張力制御装置に
   おいて、前記電動機の回転数、電機子電流および端子電
   圧並びにコイル状に巻かれた前記シート状材料のコイル
   径から巻き戻し張力または巻き取り張力に相当する張力
   電流を演算、検出する張力電流検出装置と；この張力電
   流と、目標巻き戻し張力または目標巻き取り張力に相当
   する目標張力電流とが一致するように、前記目標張力電
   流を補正するための補正量を演算する電流基準補正量演
   算装置と；この補正量と前記目標張力電流とから前記電
   流制御装置へ加える前記電流基準値を生成する電流基準
   値生成手段と； を備えることを特徴とするシート状材料の巻き戻し機ま
   たは巻き取り機の張力制御装置。