JPWO2015121974A1 - 圧延機の電動機速度制御装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、圧延ロールの速度を直接制御して速度制御の精度向上を図ることのできる圧延機の電動機速度制御装置を提供することを目的とする。金属材料を圧延する圧延ロールと、前記圧延ロールに直接接続されたロール回転軸と、前記ロール回転軸に動力を伝達する電動機回転軸と、前記電動機回転軸を駆動する電動機と、を備える圧延機の電動機速度制御装置であって、前記圧延ロールに近接した位置に、前記ロール回転軸の周面と隙間を空けて配置され、前記ロール回転軸の角速度であるロール回転軸角速度を検出する非接触式速度センサと、実績値が前記ロール回転軸の目標角速度と一致するように、該実績値と該目標角速度との比較値に基づいて、前記電動機の速度を制御する速度制御器とを備える。前記実績値は、前記速度制御器にフィードバックされる前記ロール回転軸角速度である。

Description

本発明は、金属材料を圧延する圧延ロールおよびそれを駆動する電動機を備える圧延機の電動機速度制御装置に係り、特に、圧延ロールの速度を直接検出して電動機の速度を制御する圧延機の電動機速度制御装置に関する。

圧延には、鉄鋼材料の圧延、アルミや銅など非鉄金属材料の圧延がある。また、板材の圧延、棒線材の圧延など形状の違いがある。また、材料を高温に熱して圧延する熱間圧延や厚板圧延、室温の材料を圧延する冷間圧延などがある。材料は用途や目的によって作り分けられる。

いずれの圧延においても、材料を圧延ロールで挟んで薄くしたり、細長くしたりすることが必要である。そのため、圧延ロールを駆動する動力源として、電動機が一般に用いられている。

圧延機の一般的な構成について説明する。圧延機は、材料を挟み込むための平行な２つの圧延ロールを備える。各圧延ロールは、回転軸であるスピンドルを備える。また、圧延機は、電動機を備える。電動機は、電動機回転軸を備える。スピンドルと電動機回転軸とは、ギア機構を介して接続され、電動機の動力がスピンドルに伝達される。また、電動機回転軸には、その速度を検出する電動機速度センサが取り付けられている。

このような構成において、電動機速度センサにより検出される速度の実績値が、電動機の速度の目標値と一致するように、実績値と目標値との比較値に基づいて電動機の速度が制御される。

尚、出願人は、本発明に関連するものとして、以下に記載する文献を認識している。

日本特開平８−２０６７１８号公報 日本特開２０１１−１１５８２５号公報 日本特開平１０−７１４０９号公報

しかしながら、圧延製品に大きな影響を及ぼすのは、圧延ロールの速度である。そのため、本当に制御したいのは、電動機の速度ではなく、圧延ロールの速度である。

しかし、従来から、圧延ロールの速度を直接検出する手法は用いられてこなかった。その理由は、次の通りである。
（Ａ）圧延ロール側は、高温材料からロールに伝わる熱によりロールが傷むのを防ぐために、ロール冷却水を注ぐことが普通である。そのため、ロール速度センサを直接圧延ロールに取り付けられない。取りつけても水が入るなどして、故障しやすい。
（Ｂ）圧延ロールは摩耗すると研磨のために取り外され、別のロールに入れ替えられる。そのため、ロール速度センサをそのたびに取り外し、取り付けなければならない。
（Ｃ）熱間圧延機や厚板圧延機では、通板時に圧延ロールに大きなインパクトが加わる。そのため、ロール速度センサを直接ロールに取りつけても、そのインパクトでロール速度センサが故障しやすい。

特許文献１は、圧延ロールと電動機を結ぶ軸に発生するねじり振動を抑えるための装置および方法である。電動機速度センサで検出された速度が主として速度制御に用いられ、ロール速度センサで検出された速度は従である。また、ロール速度センサは、圧延ロールに直接設置されている。

特許文献２は、圧延ロールと電動機を結ぶ軸に発生するねじり振動を抑えるための装置および方法である。圧延ロールの速度を直接検出できないため、電動機の速度から推定する方法が取られている。

特許文献３は、圧延ロールの速度を直接検出する方法が記載されている。特許文献３は、圧延機の保護を目的としており、速度検出値に基づいて速度制御精度の向上を図るものではない。また、ロール速度センサは、圧延ロールに直接設置されている。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、圧延ロールの速度を直接制御して速度制御の精度向上を図ることのできる圧延機の電動機速度制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
金属材料を圧延する圧延ロールと、
前記圧延ロールに直接接続されたロール回転軸と、
前記ロール回転軸に動力を伝達する電動機回転軸と、
前記電動機回転軸を駆動する電動機と、を備える圧延機の電動機速度制御装置であって、
前記圧延ロールに近接した位置に、前記ロール回転軸の周面と隙間を空けて配置され、前記ロール回転軸の角速度であるロール回転軸角速度を検出する非接触式速度センサと、
実績値が前記ロール回転軸の目標角速度と一致するように、該実績値と該目標角速度との比較値に基づいて、前記電動機の速度を制御する速度制御器と、を備え、
前記実績値は、前記速度制御器にフィードバックされる前記ロール回転軸角速度であること、を特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記非接触式速度センサは、前記ロール回転軸の軸心と交わりかつ前記金属材料の圧延面に垂直な垂線上に配置され、
前記ロール回転軸は、前記非接触式速度センサとは独立して前記垂線上を移動可能であること、を特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記非接触式速度センサと前記圧延ロールとの間に防水・防塵壁をさらに備えること、を特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、
前記電動機回転軸の角速度である電動機回転軸角速度を検出する電動機速度センサと、
前記実績値を、前記ロール回転軸角速度と前記電動機回転軸角速度のいずれかに切り替え可能なスイッチと、をさらに備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、
前記電動機回転軸の角速度である電動機回転軸角速度を検出する電動機速度センサをさらに備え、
前記実績値は、前記電動機回転軸角速度に割合α（０≦α≦１）を乗じた値と、前記ロール回転軸角速度に割合１−αを乗じた値とを合成した合成値であり、
前記割合αは、前記圧延ロールが金属材料を噛み込む時に、割合１−αよりも大きく設定され、時間経過とともに割合１−αよりも小さく設定されること、を特徴とする。

第１の発明によれば、ロール回転軸角速度を検出する非接触式速度センサを、圧延ロールに近接した位置に前記ロール回転軸の周面と隙間を空けて配置する。非接触式であるため、圧延ロールの交換の際に影響を受けない、通板時の圧延ロールへの大きなインパクトの影響を受けないといった効果がある。

また、第１の発明によれば、圧延ロールに近接する位置におけるロール回転軸角速度を非接触式速度センサにより検出する。この実績値を圧延ロール速度とみなして速度制御器にフィードバックし、実績値が圧延ロールの目標角速度と一致するように電動機の速度を制御する。第１の発明によれば、圧延ロール速度を直接制御し、速度制御の精度向上を図ることができる。

第２の発明によれば、非接触式速度センサは、通板時に圧延ロールに加わる大きなインパクトの影響を回避できる。また、圧延ロールは、圧延材の厚みによって上下方向の位置が大きくずれ、速度センサの位置によっては検知性能が悪化するおそれがある。しかし、第２の発明におけるセンサ配置によれば、上下方向の位置ずれによる検出性能の悪化を抑制できる。

第３の発明によれば、非接触式速度センサと圧延ロールとの間に防水・防塵壁を備えるため、圧延ロールに注水されるロール冷却水や、圧延材１２の表面に形成される酸化鉄被膜が圧延時に粉砕されて飛び散ることで生じる粉塵から、非接触式速度センサを守ることができる。

第４の発明によれば、切り替えスイッチにより、非接触式速度センサの出力と電動機速度センサの出力とを切り替えて使用できるため、速度センサおよび制御系に冗長性を持たせることができる。

第５の発明によれば、非接触式速度センサの出力と電動機速度センサの出力とに重みづけし、重みを動的に変化させることで、制御系の安定性を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る他のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂの取り付け位置を説明するための図である。 電動機と負荷の２慣性系を示す図である。 図４に示す２質点系を制御ブロックで表した制御ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るシステムにおいて制御装置１５に実装される制御ブロックを表した制御ブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るシステムにおいて制御装置１５に実装される制御ブロックを表した制御ブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るシステムにおいて制御装置１５に実装される制御ブロックを表した制御ブロック図である。 比較対象の制御装置に実装される制御ブロックを表した制御ブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１は、熱間薄板圧延機の仕上圧延機や冷間圧延機によく見られる構成である。図１に示すシステムは圧延機１を備える。圧延機１は、圧延ロールである上ワークロール２ａと、下ワークロール２ｂを備える。上ワークロール２ａと下ワークロール２ｂは平行に配置される。圧延材１２は、例えば金属材料であり、上ワークロール２ａと下ワークロール２ｂとに挟まれて圧延される。

上ワークロール２ａの上方には、ワークロールの幅方向のたわみを抑えるための上バックアップロール３ａが設けられる。下ワークロール２ｂの下方には、ワークロールの幅方向のたわみを抑えるための下バックアップロール３ｂが設けられる。

図１では、上ワークロール２ａ、下ワークロール２ｂ、上バックアップロール３ａ、下バックアップロール３ｂの４本構成、いわゆる４Ｈｉ構成の圧延ロールを示している。しかしながら、本発明は４Ｈｉ構成に限定されるものではなく、上ワークロール２ａと下ワークロール２ｂのみの２Ｈｉ構成や、ワークロールとバックアップロールとの間に中間ロールを挟んだ６Ｈｉ構成などにも適用可能である。

上ワークロール２ａは、ロール回転軸であるスピンドル４ａに直接取り付けられる。下ワークロール２ｂは、ロール回転軸であるスピンドル４ｂに直接取り付けられる。

また、圧延機１は、電動機回転軸７を駆動する電動機９を備える。電動機回転軸７には、その角速度を検出する電動機速度センサ１０が取り付けられる。

各スピンドル４ａ、４ｂは、ギア機構を介して電動機回転軸７に接続される。電動機９の動力はスピンドル４ａ、４ｂに伝達される。図１に示す例では、各スピンドル４ａ、４ｂは、ピニオンギア５を介して軸６に接続される。軸６は減速ギア８を介して電動機回転軸７に接続される。スピンドル４ａ、４ｂと電動機回転軸７とは、ギア機構（ピニオンギア５、軸６、減速ギア８）を介して接続され、電動機９の動力がスピンドル４ａ、４ｂに伝達される。

図１に示すシステムの特徴的構成について説明する。非接触式速度センサ１１ａは、上ワークロール２ａに近接した位置に、スピンドル４ａの周面と隙間を空けて配置され、スピンドル４ａの角速度であるロール回転軸角速度を検出する。同様に、非接触式速度センサ１１ｂは、下ワークロール２ｂに近接した位置に、スピンドル４ｂの周面と隙間を空けて配置され、スピンドル４ｂの角速度であるロール回転軸角速度を検出する。

本実施形態のシステムは、プロセッサ、メモリ、入出力インタフェースを有する制御装置１５を備える。制御装置１５の入力インタフェースには、非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂが接続される。制御装置１５の出力インタフェースには、電動機９が接続される。制御装置１５は、圧延製品に応じて予めスケジュールされたスピンドル４ａ、４ｂの目標角速度と非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂの出力とに基づいて、電動機９の速度を制御する。

図３は、本発明の実施の形態１における非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂの取り付け位置を説明するための図である。図３の（Ａ）は、圧延機１を圧延材１２の搬送方向から見た正面図である。図３の（Ｂ）は、圧延機１の側面図である。図３（Ｃ）は、圧延機１の上面図である。

図３に示すように、非接触式速度センサ１１ａは、スピンドル４ａの軸心と交わりかつ圧延材１２の圧延面に垂直な垂線１３上に配置される。スピンドル４ａは、垂線１３上を非接触式速度センサ１１ａとは独立して移動可能である。

図３に示す例では、非接触式速度センサ１１ａは、スピンドル４ａの上方からスピンドル４ａを視野に入れた位置Ｘに配置される。また、非接触式速度センサ１１ｂは、スピンドル４ｂの下方からスピンドル４ｂを視野に入れた位置Ｙ、または、スピンドル４ｂの横方からスピンドル４ｂを視野に入れた位置Ｚに配置される。

図３に示すように、下ワークロール２ｂは、パスラインを一定にするために、下ワークロール２ｂの上面を一定の高さに設定することが一般的である。ワークロールは磨耗するため、研磨によるメンテナンスが施され、次第にその径が小さくなる。よって、ワークロールの径は、新品時の最大径から使用限界である最小径まで変化する。上述したように下ワークロール２ｂの上面を一定の高さに設定する場合、下ワークロール２ｂにつながるスピンドル４ｂの位置は、新品時のワークロール最大径と使用限界であるワークロール最小径との差程度しか上下しない。そのため、非接触式速度センサ１１ｂをスピンドル４ｂと離して設置したとしても、非接触式速度センサ１１ｂの視野から大きくずれない。

一方、上ワークロール２ａは、圧延材１２の厚みによって、上下方向の位置が大きくずれる。そのため、上ワークロール２ａにつながるスピンドル４ａの位置は大きくずれることがある。このため、非接触式速度センサ１１ａをスピンドル４ａの上部に設置して、上下方向の位置ずれの影響を小さくする。

また、圧延材１２の表面に形成される酸化鉄被膜が圧延時に粉砕されて、飛び散ることで、粉塵が多く発生する。また、ワークロール２ａ、２ｂにはロール冷却水が注水される。粉塵や冷却水が非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂに付着すれば、センサに悪影響を及ぼす。

そこで、本発明の実施の形態１のシステムでは、非接触式速度センサ１１ａと上ワークロール２ａとの間、および、非接触式速度センサ１１ｂと下ワークロール２ｂとの間に壁１６を配置する。壁１６は、防水・防塵壁である。壁１６により、ロール冷却水や粉塵がセンサに付着することを防止できると共に、非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂを、よりワークロール２ａ、２ｂに近接した位置に配置できる。よりワークロール２ａ、２ｂに近接した位置においてスピンドル４ａ、４ｂの角速度（ロール回転軸角速度）を検出することで、より精度高くロール回転軸角速度をワークロール２ａ、２ｂの速度とみなすことができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいて、圧延機１は、上ワークロール２ａおよび下ワークロール２ｂを共通の電動機９で駆動するタイプの圧延機である。しかしながら、本発明は図２に示す圧延機１ａにおいても適用可能である。圧延機１ａは、上ワークロール２ａと下ワークロール２ｂをそれぞれ１台の電動機９ａ、９ｂで駆動するタイプの圧延機である。これは、熱間薄板圧延機の粗圧延機や厚板圧延機によく見られる構成である。図２においても、非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂの配置は、図１および図３と同様であるため説明は省略する。

以下の説明において、非接触式速度センサ１１ａと１１ｂを特段区別しない場合には単に非接触式速度センサ１１と記載する。

［実施の形態１における特徴的制御］
図４は、電動機と負荷（圧延材、ワークロール、バックアップロールを含む）の２慣性系を示す図である。

電動機と負荷をつなぐ軸は一般に金属であり、剛体ではないので、電動機と負荷は２質点系と考えられる。もちろん軸も質量を持つので、より多くの質点を持つ多質点系とも考えられるが、ここでは２質点系と考える。

図５は、図４に示す２質点系を制御ブロックで表した制御ブロック図である。図５において、ブロック２１は電動機の慣性を表し、電動機の慣性モーメントJ_Mにより、ブロック２３、２４からのトルク成分と電動機トルクT_Mとの和が時間積分されて、電動機角速度ω_Mに変換されることを示す。ブロック２２は負荷側（圧延ロール側）の慣性を表し、負荷の慣性モーメントJ_Lにより、ブロック２３、２４からのトルク成分と負荷トルクT_Lとの和が時間積分されて、負荷（圧延ロール）角速度ω_Lに変換されることを示す。ブロック２３は、電動機角速度ω_Mと負荷角速度ω_Lの差が軸のダンピングd（振動を減衰させる効果）により、トルクに変換されることを示す。ブロック２４は、電動機角速度ω_Mと負荷角速度ω_Lの差が時間積分されて、軸のばね定数kにより、トルクに変換されることを示す。

本実施形態のシステムにおける特徴的制御を説明するに先立ち、比較対象の制御装置について説明する。図９は、比較対象の制御装置に実装される制御ブロックを表した制御ブロック図である。

図５の２質点系のモデルに基づき、比較対象の制御装置では、図９に示すように、電動機９の電動機角速度ω_M（電動機速度センサ１０により検出される電動機回転軸７の角速度（電動機回転軸角速度）を電動機角速度ω_Mとみなす。）をフィードバックして速度制御を実施しており、負荷角速度ω_Lをフィードバックしていない。

図９において、速度制御器３１は、上位コントローラから与えられる電動機９の目標角速度ω_M ^REFを示す指令値と、フィードバック値である電動機角速度ω_Mとの偏差に対して、PID演算を行い、電流指令値を演算する。電流制御系２６では、電流実績値を電流指令値に一致させるように制御するが、図９では電流制御系を簡略化して記述している。すなわち、電流制御系が時定数T_CCを持った一次遅れ系であらわされるとみなしている。ブロック２７は電流をトルクに変換するトルク定数で、これは制御器内での処理ではなく電動機９内での変換を模擬している。フィードバック値である電動機角速度ω_Mは、電動機速度センサ１０による検出値を速度変動抑制のための振動抑制回路３２に通した値とする場合がある。振動抑制回路３２は、一般的には位相進み・位相遅れ回路が用いられる。ただし、速度制御器３１の微分項K_Dにも振動抑制効果があるため、微分項K_Dまたは振動抑制回路３２のいずれかが用いられる場合もある。

このように、比較対象の制御装置では、電動機角速度ω_Mをフィードバックする途中に振動抑制回路３２を挿入するか、または、速度制御器３１に振動を抑制するように制御パラメータを設定する。しかしながら、比較対象の制御装置は、あくまで電動機９側の角速度の振動を抑制するものである。

しかしながら、圧延製品に大きな影響を及ぼすのは、負荷角速度ω_Lである。そのため、本当に制御したいのは、電動機角速度ω_Mではなく、負荷角速度ω_Lである。

図６は、本発明の実施の形態１に係るシステムにおいて制御装置１５に実装される制御ブロックを表した制御ブロック図である。図６では、負荷角速度ω_Lをフィードバックして速度制御を行う例を示している。図６において、速度制御器２５は、図９における速度制御器３１と同じ構成でかまわない。ただし、負荷角速度ω_Lは振動的になる場合もあるので、速度制御器２５の中に設定するパラメータは、速度制御器３１と異なる場合がある。

また、フィードバック値である負荷角速度ω_Lは、非接触式速度センサ１１による検出値を速度変動抑制のための振動抑制回路２８に通した値とする場合がある。振動抑制回路２８は振動抑制回路３２と同じ構成でかまわないが、パラメータは異なる場合がある。ただし、速度制御器２５の微分項K_Dにも振動抑制効果があるため、微分項K_Dまたは振動抑制回路２８のいずれかが用いられる場合もある。

図６に示す制御ブロックによれば、非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂにより検出されるスピンドル４ａ、４ｂの角速度（ロール回転軸角速度）を負荷角速度ω_Lとみなして、速度制御器２５にフィードバックすることで、圧延ロールの速度を直接制御し、速度制御の精度向上を図ることが出来る。

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係るシステムによれば、金属材料を圧延する圧延機において、圧延ロールに直接接続されたロール回転軸の角速度を非接触式速度センサで検出することにより、環境の影響を受けずに圧延ロールの速度を検出することができる。この速度を用いて電動機の速度を制御することにより、ロール速度を直接制御することが可能となる。また、ロールの速度制御に最適なパラメータを設定することができ、速度制御の精度を向上させることができる。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図７を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１〜図３に示す構成において、制御装置１５に後述する図７の制御ブロックを実装することで実現することができる。

実施の形態１のシステムでは、非接触式速度センサ１１により検出されるロール回転軸角速度を負荷角速度ω_Lとみなし、負荷角速度ω_Lのみを速度制御器２５にフィードバックする。しかしながら、非接触式速度センサ１１が健全な状態から逸脱する可能性もある。

［実施の形態２における特徴的制御］
そこで、本発明の実施の形態２に係るシステムでは、ロール回転軸角速度を検出する非接触式速度センサ１１に加えて、電動機回転軸７の角速度である電動機回転軸角速度を検出する電動機速度センサ１０を備え、速度制御器２５にフィードバックされる実績値をロール回転軸角速度と電動機回転軸角速度のいずれかに切り替え可能なスイッチを備えることとする。

図７は、本発明の実施の形態２に係るシステムにおいて制御装置１５に実装される制御ブロックを表した制御ブロック図である。図７に示す構成のうち、図６と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示す制御ブロックは、速度制御器２５の入力として、電動機角速度ω_Mと負荷角速度ω_Lとを切り替えて使用可能な切り替えスイッチ２９を備える。例えば、電動機速度センサ１０および非接触式速度センサ１１の状態を常にモニターしておき、主に非接触式速度センサ１１の信号を使用するものの、センサが健全な状態から逸脱したときは、電動機速度センサ１０からの信号に即座に切り替えて使用する。その逆も当然可能である。

このとき、負荷角速度ω_Lを使用するか、電動機角速度ω_Mを使用するかによって、速度制御器２５の中のパラメータ、振動抑制回路２８の中のパラメータを切り替える必要がある場合もある。切り替えスイッチ２９から、速度制御器２５および振動抑制回路２８へ伸びる破線は、これを意味している。

このように速度センサを切り替えて使用できることで、速度センサおよび制御系に冗長性を持たせることができる。

実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図８を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１〜図３に示す構成において、制御装置１５に後述する図８の制御ブロックを実装することで実現することができる。

実施の形態１のシステムでは、非接触式速度センサ１１により検出されるロール回転軸角速度を負荷角速度ω_Lとみなし、負荷角速度ω_Lのみを速度制御器２５にフィードバックする。しかしながら、熱間圧延機における噛み込み時には、大きなトルクが圧延ロールに加わり、負荷角速度ω_Lは振動的になり、これをそのまま速度制御器２５に入力すると、制御が不安定になることもある。

［実施の形態３における特徴的制御］
そこで、本発明の実施の形態３に係るシステムでは、電動機回転軸７の角速度を検出する電動機速度センサ１０を備え、速度制御器２５にフィードバックされる実績値を、電動機回転軸角速度に割合α（０≦α≦１）を乗じた値と、前記ロール回転軸角速度に割合１−αを乗じた値とを合成した合成値とする。ここで、割合αは、ワークロール２ａ、２ｂが圧延材１２を噛み込む時に、割合１−αよりも大きく設定され、時間経過とともに割合１−αよりも小さく設定される。

図８は、本発明の実施の形態３に係るシステムにおいて制御装置１５に実装される制御ブロックを表した制御ブロック図である。図８に示す構成のうち、図６と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図８においては、速度制御器２５の入力として、電動機角速度ω_Mと負荷角速度ω_Lにそれぞれ重みづけし、重みづけ配分回路３０において、合成した角速度信号を用いる。重みづけ配分回路３０における重みづけは、たとえば、以下とする。

ここで、ω_MLは重みづけされた角速度である。αは重みであり、一般には０から１の間の値をとる。αは時間変化させることも可能である。

（１）式を使用すると、一般に変動が大きい負荷角速度ω_Lと、変動が小さい電動機角速度ω_Mとの重みづけ配分になるので、負荷角速度ω_Lの変動を抑制した信号をフィードバックし、速度制御に使用することができる。たとえば、熱間圧延機における噛み込み時には、大きなトルクが圧延ロールに加わり、負荷角速度ω_Lは振動的になり、これをそのまま速度制御器２５に入力すると、制御が不安定になることもある。このとき、噛み込み時にαを大きくし、時間の経過とともに小さくしていくことで、制御系の安定性を図ることができる。

ω_L 負荷角速度（ロール回転軸角速度）
ω_M 電動機角速度（電動機回転軸角速度）
ω_M ^REF 電動機の目標角速度
ω_L ^REF 圧延ロールの目標角速度
１、１ａ 圧延機
２ａ 上ワークロール
２ｂ 下ワークロール
３ａ 上バックアップロール
３ｂ 下バックアップロール
４ａ、４ｂ スピンドル
５ ピニオンギア
６ 軸
７ 電動機回転軸
８ 減速ギア
９、９ａ、９ｂ 電動機
１０ 電動機速度センサ
１１、１１ａ、１１ｂ 非接触式速度センサ
１２ 圧延材
１３ 垂線
１５ 制御装置
１６ 壁
２５、３１ 速度制御器
２６ 電流制御系
２８、３２ 振動抑制回路
２９ 切り替えスイッチ
３０ 重みづけ配分回路
d ダンピング
J_L 負荷慣性モーメント
J_M 電動機慣性モーメント
k ばね定数
K_D 微分項
T_CC 時定数
T_L 負荷トルク
T_M 電動機トルク

図３は、本発明の実施の形態１における非接触式速度センサ１１ａ、１１ｂの取り付け位置を説明するための図である。図３の（Ａ）は、圧延機１を圧延材１２の搬送方向から見た正面図である。図３の（Ｃ）は、圧延機１の側面図である。図３の（Ｂ）は、圧延機１の上面図である。

Claims (5)

1. 金属材料を圧延する圧延ロールと、
   前記圧延ロールに直接接続されたロール回転軸と、
   前記ロール回転軸に動力を伝達する電動機回転軸と、
   前記電動機回転軸を駆動する電動機と、を備える圧延機の電動機速度制御装置であって、
   前記圧延ロールに近接した位置に、前記ロール回転軸の周面と隙間を空けて配置され、前記ロール回転軸の角速度であるロール回転軸角速度を検出する非接触式速度センサと、
   実績値が前記圧延ロールの目標角速度と一致するように、該実績値と該目標角速度との比較値に基づいて、前記電動機の速度を制御する速度制御器と、を備え、
   前記実績値は、前記速度制御器にフィードバックされる前記ロール回転軸角速度であること、
   を特徴とする圧延機の電動機速度制御装置。
2. 前記非接触式速度センサは、前記ロール回転軸の軸心と交わりかつ前記金属材料の圧延面に垂直な垂線上に配置され、
   前記ロール回転軸は、前記非接触式速度センサとは独立して前記垂線上を移動可能であること、
   を特徴とする請求項１記載の圧延機の電動機速度制御装置。
3. 前記非接触式速度センサと前記圧延ロールとの間に防水・防塵壁をさらに備えること、を特徴とする請求項１又は２記載の圧延機の電動機速度制御装置。
4. 前記電動機回転軸の角速度である電動機回転軸角速度を検出する電動機速度センサと、
   前記実績値を、前記ロール回転軸角速度と前記電動機回転軸角速度のいずれかに切り替え可能なスイッチと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧延機の電動機速度制御装置。
5. 前記電動機回転軸の角速度である電動機回転軸角速度を検出する電動機速度センサをさらに備え、
   前記実績値は、前記電動機回転軸角速度に割合α（０≦α≦１）を乗じた値と、前記ロール回転軸角速度に割合１−αを乗じた値とを合成した合成値であり、
   前記割合αは、前記圧延ロールが金属材料を噛み込む時に、割合１−αよりも大きく設定され、時間経過とともに割合１−αよりも小さく設定されること、
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧延機の電動機速度制御装置。

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