KR102367345B1 - 플랜트 제어 장치 및 플랜트 제어 방법 - Google Patents

플랜트 제어 장치 및 플랜트 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 피드 포워드 제어의 제어 효과의 저감을 억제하면서, 오프셋 오차를 저감시키는 것이다.
FF 제어 장치(611)는, 제어 외란 dACT에 보정 게인을 승산한 제어 출력을 사용하여, 제어 대상 플랜트(600)가 행하는 처리의 피드 포워드 제어를 실시한다. 오프셋 보정 장치(612)는, 제어 대상 플랜트(600)의 상태량 실적 xFB에 기초하여, FF 제어 장치(611)의 보정 게인을 조정한다. 또한, FF 제어 장치(611)는, 보정 게인으로서, 제어 외란 dACT가 상태량을 증가시키는 정방향으로 변화되어 있는 경우에는, 제어 외란 dACT에 정방향 보정 게인을 승산하고, 제어 외란 dACT가 상태량을 감소시키는 부방향으로 변화되어 있는 경우에는, 제어 외란 dACT에 부방향 보정 게인을 승산한다.

Description

플랜트 제어 장치 및 플랜트 제어 방법{PLANT CONTROL APPARATUS AND PLANT CONTROL METHOD}
본 개시는, 플랜트 제어 장치 및 플랜트 제어 방법에 관한 것이다.
피압연재의 압연에 의해 얇은 금속 재료를 생산하기 위한 플랜트인 압연기에서는, 피압연재에 경도 불균일이 있으면, 그 경도 불균일에 의해, 피압연재의 판 두께가 위치에 따라 상이한 판 두께 변동(판 두께 불량)이 발생하는 경우가 있다. 경도 불균일이란, 피압연재의 경도가 균일하지 않은 것이다. 피압연재의 경도는, 압연될 때의 변형 저항으로 되기 때문에, 압연 시에 피압연재를 반송하는 압연 방향에 경도 불균일이 있으면, 피압연재의 찌그러짐이 위치에 따라 상이한 것으로 되고, 압연된 후의 판 두께가 위치에 따라 변화되어 버려, 판 두께 변동이 발생한다.
또한, 압연에 의한 금속 재료의 생산에서는, 일반적으로, 피압연재의 판 두께를 원래의 원판 두께로부터 원하는 제품 두께까지 가공하기 위해, 피압연재가 압연기에 복수회 투입된다. 이 때문에, 피압연재에 경도 불균일이 있으면, 압연기에 투입될 때마다 판 두께 변동이 발생해 버린다.
특허문헌 1 내지 3에는, 복수의 압연기를 포함하는 탠덤 압연기에서 발생하는 판 두께 변동을 억제하는 것이 가능한 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1 내지 3에 기재된 기술에서는, 전단의 압연기에 의해 발생한 판 두께 변동을 검출하고, 그 판 두께 변동에 기초하여 후단의 압연기를 제어하는 피드 포워드 제어를 행함으로써, 판 두께 변동을 억제하고 있다. 이러한 피드 포워드 제어에서는, 전단의 압연기에 의한 판 두께 변동에 따라, 피드 포워드 제어의 제어 게인이 조정된다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 기술은, 판 두께와 같은 상태량과 목표값의 편차가 큰 경우, 제어 게인에 더하여, 제어 출력 타이밍을 조정하는 것이 행해지고 있다.
일본 특허 3384330호 일본 특허 5581964호 일본 특허 6404195호
일반적으로 제어 대상 플랜트를 제어하는 플랜트 제어 장치에서는, 판 두께 변동과 같은 변동 주기가 짧은 상태량 변동을 억제하기 위한 피드 포워드 제어와는 별도로, 장기적으로 상태량에 발생하는 오프셋 오차(상태량과 명령값의 차)를 억제하기 위한 피드백 제어가 행해지는 경우가 있다.
피드백 제어는, 상태량을 적분한 제어 출력을 사용한 적분 제어를 포함하지만, 적분 제어에서는, 상태량 변동과 제어 출력 사이에 90도의 위상 어긋남이 발생한다. 이 때문에, 피드 포워드 제어와 피드백 제어의 양쪽이 행해지면, 피드백 제어에 의한 위상 어긋남의 영향으로, 피드 포워드 제어의 제어 출력 타이밍이 적절한 값으로부터 어긋나 버려, 피드 포워드 제어의 제어 효과가 저감되어 버리는 경우가 있다.
특허문헌 1 내지 3에 기재된 기술에서는, 피드백 제어에 의해 피드 포워드 제어의 제어 효과가 감소하는 것에 대해서는 전혀 개시되어 있지 않다.
본 발명에 있어서의 과제는, 피드 포워드 제어의 제어 효과의 저감을 억제하면서, 오프셋 오차를 저감시키는 것이 가능한 플랜트 제어 장치 및 플랜트 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 개시의 일 양태를 따르는 플랜트 제어 장치는, 제어 대상에 관한 상태량을 변동시키는 변동 요인에 관한 요인값에 기초하여, 상기 제어 대상이 행하는 처리의 제어를 실시하는 플랜트 제어 장치이며, 상기 요인값에 보정 게인을 승산한 제어 출력을 사용하여, 상기 처리의 피드 포워드 제어를 실시하는 제1 제어부와, 상기 상태량에 기초하여, 상기 보정 게인을 조정하는 보정부를 갖고, 상기 제1 제어부는, 상기 보정 게인으로서, 상기 요인값이 상기 상태량을 증가시키는 정방향으로 변화되어 있는 경우에는, 상기 요인값에 정방향 보정 게인을 승산하고, 상기 요인값이 상기 상태량을 감소시키는 부방향으로 변화되어 있는 경우에는, 상기 요인값에 부방향 보정 게인을 승산한다.
본 발명에 따르면, 피드 포워드 제어의 제어 효과의 저감을 억제하면서, 오프셋 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
도 1은 본 개시의 실시예에 관한 플랜트 제어 장치를 적용하는 것이 가능한 플랜트 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 압연기에 의해 피압연재에 발생하는 압연 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에서 설명한 압연 현상을 나타내는 모델을 나타내는 도면이다.
도 4는 판 두께 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 장력 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 적분 제어에 의한 위상 어긋남을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 적분 제어에 의한 위상 어긋남을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 적분 제어에 의한 위상 어긋남을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 제어 상태량에 대한 피드 포워드 제어 출력의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 제어 결과와 제어 게인 및 위상 시프트의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 종래의 플랜트 제어 시스템의 개요를 나타내는 도면이다.
도 12는 종래의 플랜트 제어 시스템의 제어 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 제어 상태량의 편차의 변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 종래의 플랜트 제어 시스템의 오프셋 제거 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 개시의 실시예 1의 플랜트 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 16은 FF 제어 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 17은 오프셋 보정의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 오프셋 보정 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 19는 플랜트 제어 장치의 제어 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 20은 플랜트 제어 장치의 제어 결과의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 개시의 실시예 2의 플랜트 제어 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 본 개시의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
도 1은, 본 개시의 실시예에 관한 플랜트 제어 장치(도 15 참조)를 적용하는 것이 가능한 플랜트 시스템의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에서는, 제어 대상 플랜트로서, 피압연재(200)를 압연하는 복수의 압연기를 구비하는 탠덤 압연기(100)가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 탠덤 압연기(100)는, 4대의 압연기(11 내지 14)를 직렬로 배열한 4스탠드의 탠덤 압연기이지만, 압연기는 4대에 한정되지 않는다.
각 압연기(11 내지 14)는, 피압연재(200)를 끼우는 복수의 롤을 구비하고, 그것들의 롤을 사용하여 피압연재(200)를 압연하는 압연 처리를 행한다. 도면의 예에서는, 각 압연기(11 내지 14)는, 롤로서 피압연재(200)를 직접 끼우는 한 쌍의 작업 롤(1)과, 각 작업 롤(1)의 외측에 배치되는 한 쌍의 중간 롤(2)과, 각 중간 롤(2)의 외측에 배치되는 한 쌍의 백업 롤(3)을 갖는다. 또한, 피압연재(200)는, 압연기(11), 압연기(12), 압연기(13), 압연기(14)의 순으로 반송된다. 이하에는, 압연기(11)를 #1 스탠드 압연기(11), 압연기(12)를 #2 스탠드 압연기(12), 압연기(13)를 #3 스탠드 압연기(13), 압연기(14)를 #4 스탠드 압연기(14)라고 칭하는 경우도 있다.
도 2는, 각 압연기(11 내지 14)에 의해 피압연재(200)에 발생하는 압연 현상을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 피압연재(200)의 압연은, 피압연재(200)를 끼우는 한 쌍의 작업 롤(1)에 의해 피압연재(200)를 찌그러뜨림으로써 실시된다. 이때, 피압연재(200)에는, 피압연재(200)의 반송 방향인 압연 방향에 대하여, 작업 롤(1)보다도 전단측을 향하는 입측 장력 Tb와, 작업 롤(1)보다도 후단측을 향하는 출측 장력 Tf가 가해진다. 또한, 피압연재(200)에는, 수직 방향에 대하여, 작업 롤(1) 사이의 거리인 롤 갭 S에 따라 결정되는 압연 하중 P가 인가된다. 이에 의해, 피압연재(200)는 압연되어, 피압연재(200)의 판 두께가 입측 판 두께 H로부터 출측 판 두께 h까지 변화된다. 이 압연 현상에 의한 선진율을 f, 후진율을 b라고 하면, 피압연재(200)의 입측 속도 Ve 및 출측 속도 Vo는, 작업 롤(1)의 회전 속도인 작업 롤 속도가 VR인 경우, Ve＝VR(1＋b), Vo＝VR(1＋f)로 된다.
도 3은, 도 2에서 설명한 압연 현상을 나타내는 모델을 나타내는 도면이다. 압연기에 있어서 피압연재(200)에 인가되는 입측 장력 Tb 및 출측 장력 Tf는, 자압연기 및 그 전후의 압연기의 입측 속도 Ve 및 출측 속도 Vo에 따라 변화된다. 또한, 장력이 변화되면, 압연 하중 P, 출측 판 두께 h, 입측 속도 Ve 및 출측 속도 Vo이 변화된다. 따라서, 압연 현상은, 입측 판 두께 H, 작업 롤 속도 VR 및 롤 갭 S를 입력, 입측 장력 Tb, 출측 장력 Tf 및 출측 판 두께 h를 출력으로 하는 복잡한 현상이고, 나아가, 장력을 통해 전후의 압연기에 있어서의 압연 현상과도 관련되기 때문에, 매우 복잡하다.
도 1의 설명으로 돌아간다. 각 압연기(11 내지 14)에는, 작업 롤을 구동하기 위한 구동 장치(21 내지 24)와, 작업 롤(1)의 롤 갭을 제어하는 롤 갭 제어 장치(31 내지 34)가 마련된다. 구동 장치(21 내지 24)는, 예를 들어 작업 롤(1)을 구동하는 전동기(도시하지 않음)와, 전동기를 조작하여 작업 롤 속도를 제어하는 전동기 속도 제어 장치(도시하지 않음)를 포함한다.
또한, 각 압연기(11 내지 14)의 출측에는, 피압연재(200)의 판 두께를 측정하는 판 두께계(41 내지 44)와, 피압연재(200)에 인가되어 있는 장력을 측정하는 장력계(51 내지 54)가 설치되어 있다. 또한, 피압연재(200)의 판 두께는, 피압연재(200)의 압연에 의해 생산하는 제품의 품질의 관점에서 중요하다. 또한, 피압연재(200)에 인가되는 장력은, 압연 조업의 안정성을 위해 중요하고, 판 두께의 정밀도에도 관계된다.
또한, 압연기(14)의 출측에는, 압연기(14)의 출측 장력을 발생시키는 출측 브라이들 롤(15)이 마련되어 있다. 출측 브라이들 롤(15)에는, 구동 장치(25)가 마련되어 있다. 구동 장치(25)는, 예를 들어 출측 브라이들 롤(15)을 구동하는 전동기(도시하지 않음)와, 전동기를 조작하여 출측 브라이들 롤(15)의 회전 속도를 제어하는 전동기 속도 제어 장치(도시하지 않음)를 포함한다.
또한, 각 압연기(11 내지 14)에는, 압연 처리를 제어하기 위한 플랜트 제어 장치로서, 판 두께 제어 장치(61 내지 64)와, 장력 제어 장치(71 내지 74)가 마련되어 있다.
압연기(11)에 대응하는 판 두께 제어 장치(61)는, 롤 갭 제어 장치(31)를 사용하여 압연기(11)의 롤 갭을 제어함으로써, 압연기(11)의 출측 판 두께를 제어한다. 압연기(12 내지 14)에 대응하는 판 두께 제어 장치(62 내지 64)는, 전단의 압연기(11 내지 13)의 구동 장치(21 내지 23)를 사용하여, 전단의 압연기(11 내지 13)의 작업 롤 속도인 전단 스탠드 속도를 제어하고, 각 압연기(12 내지 14)의 출측 판 두께를 제어한다.
판 두께 제어 장치(62 내지 64)는, 대응하는 압연기(12 내지 14)의 입측의 판 두께계(전단의 압연기(11 내지 13)의 출측의 판 두께계)(41 내지 43)의 검출 결과를 사용한 피드 포워드 제어와, 대응하는 압연기(12 내지 14)의 출측의 판 두께계(42 내지 44)의 검출 결과를 사용한 피드백 제어를 실행한다. 예를 들어, 판 두께 제어 장치(62)의 경우, 판 두께계(41)의 검출 결과를 사용한 피드 포워드 제어와, 출측의 판 두께계(42)의 검출 결과를 사용한 피드백 제어가 실시된다.
또한, 장력 제어 장치(71 내지 73)는, 대응하는 압연기(11 내지 13)의 출측의 장력계(51 내지 53)의 검출 결과에 기초하여, 후단의 압연기(12 내지 14)의 롤 갭 제어 장치(32 내지 34)를 사용하여 후단의 압연기(12 내지 14)의 롤 갭을 제어하고, 대응하는 압연기(11 내지 13)의 출측 장력을 제어한다. 예를 들어, 장력 제어 장치(71)의 경우, 압연기(11)의 출측의 장력계(51)의 검출 결과에 기초하여, 압연기(12)의 롤 갭을 제어한다. 또한, 장력 제어 장치(74)는, 대응하는 압연기(14)의 출측의 장력계(54)의 검출 결과에 기초하여, 구동 장치(25)를 사용하여 출측 브라이들 롤(15)의 회전 속도를 제어함으로써, 압연기(14)의 출측 장력을 제어한다.
이어서 판 두께 제어 장치(61 내지 64)가 행하는 판 두께 제어에 대하여 더 상세하게 설명한다. 또한, 판 두께 제어에 있어서는, 판 두께가 변화되는 압연기와 판 두께를 검출하는 판 두께계가 물리적으로 이격된 위치에 있다. 그 때문에, 피압연재(200)의 입측 판 두께의 편차를 검출하고 나서, 그 개소가 실제의 제어 조작을 실시하는 압연기에 도달할 때까지는 낭비 시간이 존재한다. 또한, 압연기에 의해 변화된 판 두께를 출측의 판 두께계로 검출할 때까지도 낭비 시간이 존재한다.
도 4는, 판 두께 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이고, #4 스탠드 압연기(14)에 대응하는 판 두께 제어 장치(64)의 구성예를 나타내고 있다. 도 4의 예에서는, 판 두께계(43)는, #3 스탠드 압연기(13)의 출측 판 두께와 목표값의 편차를 입측 판 두께 편차 ΔH로서 계측하여 출력하고, 판 두께계(44)는, 압연기(14)의 출측 판 두께와 목표값의 편차를 출측 판 두께 편차 Δh로서 계측하여 출력한다. 각 목표값은 미리 정해져 있다.
판 두께 제어 장치(64)는, 입측의 판 두께계로부터 압연기까지의 낭비 시간을 보정하는 이송 시간 보상부(201)와, 피드 포워드 제어부(202)와, 비례 회로(203)와, 적분 회로(204)를 갖는다.
이송 시간 보상부(201)는, #3 스탠드 압연기(13)의 출측의 판 두께계(43)로부터 출력된 입측 판 두께 편차 ΔH를, 위상 시프트양 TFF만큼 위상 시프트시키는 이송 처리를 행한다. 위상 시프트양 TFF는, 이송 시간 TX3D-4와 피드 포워드 제어용 제어 출력 타이밍 시프트양(이하, 타이밍 시프트양이라고 줄임) ΔTFF를 사용하여, TFF＝TX3D-4-ΔTFF로 표현된다. 이송 시간 TX3D-4는, 피압연재(200)에 있어서의 입측 판 두께 편차 ΔH를 갖는 개소가 판 두께계(43)로부터 압연기(14)의 작업 롤(1)의 바로 아래까지 이동하는 데 걸리는 시간이다. 타이밍 시프트양 ΔTFF는, 입측 판 두께 편차 ΔH에 따른 제어 출력 230이 구동 장치(23)에 도달할 때까지의 낭비 시간 및 제어 출력 230이 구동 장치(23)에 입력되고 나서 응답할 때까지의 응답 시간 등에 따라 정해진다.
피드 포워드 제어부(202)는, 이송 시간 보상부(201)에서 이송 처리가 행해진 입측 판 두께 편차 ΔH에 제어 게인 GFF를 승산하여 피드 포워드 제어 출력 210을 생성한다.
비례 회로(203) 및 적분 회로(204)는, 피드백 제어를 행하는 피드백 제어부를 구성한다. 비례 회로(203)는, 압연기(14)의 출측의 판 두께계(44)로 계측된 출측 판 두께 편차 Δh에 제어 게인 GFB를 승산하여 출력한다. 적분 회로(204)는, 비례 회로(203)의 출력에 대하여 적분 처리를 행하여 피드백 제어 출력 220을 생성한다. 여기서, 제어 게인 GFB는, 압연기로부터 출측의 판 두께계까지의 낭비 시간을 고려하여 결정된다.
피드 포워드 제어 출력 210과 피드백 제어 출력 220은 서로 가산되어, 판 두께 제어 장치(64)의 제어 출력 230으로서 압연기(13)의 구동 장치(23)에 입력된다.
이어서 장력 제어 장치(71 내지 74)에 의한 장력 제어에 대하여 더 상세하게 설명한다. 장력계는, 피압연재에 가하는 장력을 직접 검출하기 위해, 낭비 시간을 고려할 필요가 없다. 그 때문에, 기본적으로는 피드백 제어만 실시한다. 도 5는, 장력 제어의 일례를 설명하기 위한 도면이고, #3 스탠드 압연기(13)에 대응하는 장력 제어 장치(73)의 구성예를 나타내고 있다.
도 5의 예에서는, 장력 제어 장치(73)는, 비례 적분부(301)를 갖는다. 비례 적분부(301)는, 압연기(13)의 출측에 배치된 장력계(53)에 의해 계측된 장력인 장력 실적값 T34FB와, 외부로부터 입력되는 장력 명령값 T34REF의 편차 ΔT34를 사용하여, 압연기(14)의 비례 적분 제어를 행한다. 구체적으로는, 비례 적분부(301)는, 편차 ΔT34에 대하여 비례 적분 처리를 행하여, 장력 제어 장치(73)의 제어 출력 310을 생성하고, 압연기(14)의 롤 갭 제어 장치(34)에 입력한다. 또한, 비례 적분 제어는, 비례 제어와 적분 제어를 조합한 제어이고, 여기서는, 비례 제어의 비례 게인을 CP, 적분 제어의 적분 게인을 C1이라고 하고 있다.
이상과 같이, 탠덤 압연기(100)에서 행해지는 판 두께 제어는, 비례 제어인 피드 포워드 제어와, 적분 제어인 피드백 제어를 조합한 것이다. 또한, 장력 제어는 비례 적분 제어를 사용한 피드백 제어로서 구성된다.
일반적으로 제어 대상의 상태량인 제어 상태량에 대한 적분 제어에서는, 제어 출력의 위상이 제어 상태량의 위상에 대하여 90도 어긋나기 때문에, 그 결과, 적분 제어에 의해 얻어지는 제어 결과의 위상이 원래의 제어 상태량의 위상으로부터 어긋난다는 문제가 있다. 예를 들어, 탠덤 압연기(100)에서는, 제어 결과인 압연기(14)의 출측 판 두께(판 두께 편차)의 위상이 원래의 변형 저항(경도)의 위상으로부터 어긋나 버린다.
도 6 내지 도 8은, 적분 제어에 의한 제어 상태량과 제어 결과의 위상 어긋남을 설명하기 위한 도면이고, 탠덤 압연기(100)에 있어서의 압연 현상의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 6 내지 도 8은, 피압연재(200)에 있어서의 변형 저항 400의 압연 방향의 변동을 사인파로 나타낸 때의, #4 스탠드 입측 판 두께 편차 410, #4 스탠드 출측 판 두께 편차 420, #3 스탠드 내지 #4 스탠드간 장력 430, #4 스탠드 출측 장력 440 및 #4 스탠드 하중 450의 각각의 변동을 시뮬레이션 결과로서 나타낸다.
또한, #4 스탠드 입측 판 두께 편차 410은, #4 스탠드 압연기(14)의 입측의 판 두께와 목표값의 편차이고, #4 스탠드 출측 판 두께 편차 420은, #4 스탠드 압연기(14)의 출측의 판 두께와 목표값의 편차이고, #3 스탠드 내지 #4 스탠드간 장력 430은, #4 스탠드 압연기(14)의 입측의 장력이고, #4 스탠드 출측 장력 440은, #4 스탠드 압연기(14)의 출측의 장력이고, #4 스탠드 하중 450은, #4 스탠드 압연기(14)에 의해 피압연재(200)에 인가되는 하중이다.
도 6은, 판 두께 제어 및 장력 제어의 양쪽을 실시하지 않는 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 6의 예에서는, 원래의 제어 상태량인 변형 저항 400과, #4 스탠드 입측 판 두께 편차 410 및 #4 스탠드 출측 판 두께 편차 420은, 그것들의 변동을 나타내는 파형의 피크 위치가 서로 일치하고, 그것들의 위상에 어긋남이 없는 것이 나타나 있다.
도 7 및 도 8은, 장력 제어 장치(73 및 74)에 의한 장력 제어와, 판 두께 제어 장치(64)에 의한 판 두께 제어의 양쪽을 실시한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 단, 도 7은, 판 두께 제어로서 피드백 제어만이 실시된 경우(피드 포워드 제어의 제어 게인 GFF를 0으로 한 경우)의 시뮬레이션 결과를 나타내고, 도 8은, 판 두께 제어로서 피드백 제어 및 피드 포워드 제어의 양쪽이 실시된 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
판 두께 제어로서 피드 포워드 제어가 실시되어 있지 않은 도 7의 예에서는, 변형 저항 400과 #4 스탠드 입측 판 두께 편차 410 사이에는, 위상 어긋남은 발생하고 있지 않지만, 제어 결과인 #4 스탠드 출측 판 두께 편차 420에는, 위상이 변형 저항 400보다도 빨라지는 위상 앞섬이 발생하고 있다. 이것은, 판 두께 제어로서 적분 제어를 실시함으로써, 판 두께 제어의 제어 출력에 90도의 위상 지연이 발생하고 있기 때문이다. 또한, 후술하는 도 9 내지 도 10 및 식(1) 내지 (3)에 나타낸 바와 같이, 제어 출력에 위상 지연이 발생하고 있으면(즉, 제어 출력에 의한 위상 시프트양(Δ)이 부이면), 제어 결과인 #4 스탠드 출측 판 두께 편차 420의 위상 어긋남량(δ)은 정으로 되고, 위상 앞섬이 발생하게 된다.
따라서, 판 두께 제어 등의 제어를 행함으로써, 제어 대상의 상태량(탠덤 압연기(100)의 경우, 피압연재(200)의 판 두께, 피압연재(200)에 가하는 장력 및 압연 하중) 사이의 위상 관계가 변화된다.
또한 판 두께 제어로서 피드 포워드 제어가 실시된 도 8의 예에서는, #4 스탠드 입측 판 두께 편차 410에도 위상이 변형 저항 400보다도 앞서는 위상 앞섬이 발생한다. 따라서, #4 스탠드 입측 판 두께 편차 410을 사용하여 #4 스탠드 출측 판 두께 편차 420의 피드 포워드 제어를 실시하는 경우, 변형 저항 400과 #4 스탠드 입측 판 두께 편차 410의 위상 어긋남의 영향에 의해, 변형 저항 400에 따른 적절한 제어를 행할 수 없어, 제어 효과가 저감되어 버린다.
그 때문에, 피드 포워드 제어를 실시하는 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이 피드 포워드 제어에 있어서의 제어 게인 GFF와 위상 시프트양 TFF(구체적으로는, 타이밍 시프트양 ΔTFF)를 조정하여, 제어 상태량의 위상과 진폭에 맞춘 피드 포워드 제어 출력을 생성함으로써, 제어 효과를 높게 하는 것이 행해지고 있다.
도 9는, 제어 상태량에 대한 피드 포워드 제어의 영향을 설명하기 위한 도면이다. 도 9에서는, 제어 상태량과 목표값의 편차인 제어 편차를 입력으로 하고, 그 제어 편차의 변동이 사인파 sin(ωt)으로 표현된다고 가정하고 있다. 또한, 제어 편차와, 제어 편차에 위상 시프트 및 제어 게인을 부여한 피드 포워드 제어 출력의 차분을 제어 결과 y로서 출력하고 있다. 위상 시프트양을 Δ, 제어 게인을 G라고 하면, 제어 결과 y는, 이하의 식(1)로 표현된다.
Figure 112020097126955-pat00001
여기서, 제어 결과 y의 진폭 X는, 이하의 식(2)로 표현되고, 제어 결과 y의 제어 편차로부터의 위상 어긋남량 δ는, 이하의 식(3)으로 표현된다.
Figure 112020097126955-pat00002
Figure 112020097126955-pat00003
도 10은, 제어 결과 y와 제어 게인 G 및 위상 시프트양 Δ의 관계를 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 10의 (a)는, 위상 시프트양 Δ와 제어 결과 y의 위상 어긋남량 δ의 관계를 제어 게인 G마다 나타내는 도면이고, 도 10의 (b)는, 위상 시프트양 Δ와 제어 결과 y의 진폭 X의 관계를 제어 게인 G마다 나타내는 도면이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 위상 시프트양 Δ가 커지면 진폭 X도 커져, 제어 효과가 저감된다. 또한 제어 게인 G에 따라서는, 위상 시프트양 Δ가 60도를 초과하면, 진폭 X가 1을 초과한다. 즉, 제어 효과를 얻지 못할뿐만 아니라 역효과로 되어 버린다. 또한, 위상 시프트양 Δ에 의해 제어 결과 y의 위상이 원래의 사인파 sin(ωt)으로부터 어긋나 버린다.
따라서, 피드 포워드 제어에 있어서는, 제어 게인 G(제어 게인 GFF)와 위상 시프트양 Δ(타이밍 시프트양 ΔTFF)를 적절한 값으로 조정할 필요가 있다. 이들의 적절한 값은, 제어 대상에 관한 파라미터 및 제어 대상에 대하여 실시되는 다른 제어 등에 따라 바뀐다. 탠덤 압연기(100)의 경우, 제어 대상에 관한 파라미터로서는, 피압연재(200)를 압연하는 압연 속도를 들 수 있다. 또한, 압연 속도가 변화되면, 판 두께 편차의 변동 주파수가 바뀌고, 제어 출력에 의한 제어 조작단인 구동 장치(23)의 응답 시간 등이 변화된다. 또한, 다른 제어로서는, 다른 압연기에 대하여 실시되는 판 두께 제어 등을 들 수 있다.
그러나, 탠덤 압연기(100)와 같이, 피드 포워드 제어 및 피드백 제어의 양쪽이 실시되는 경우, 적분 제어인 피드백 제어에 의해 제어 상태량의 위상이 변화되기 때문에, 피드 포워드 제어에 있어서의 제어 게인과 위상 시프트양을 적절한 값으로 조정하는 것이 어렵다.
이하, 피드 포워드 제어 및 피드백 제어의 양쪽을 실시하는 종래의 플랜트 제어 시스템의 과제에 대하여 더 상세하게 설명한다.
도 11은, 종래의 플랜트 제어 시스템의 개요를 나타내는 도면이다. 도 11의 (a)에 나타내는 종래의 플랜트 제어 시스템은, 제어 대상 플랜트(500)를 제어하는 제어 장치(501)와, 제어 대상 플랜트(500)로부터 출력된 제어 대상의 상태량인 상태량 실적 xFB를 검출 낭비 시간분만큼 위상 시프트시키는 위상 시프트 요인(502)을 갖는다. 또한, 제어 장치(501)는, 상태량 실적 xFB와 외부로부터 입력되는 상태량의 명령값인 상태량 명령값 xREF의 편차에 기초하여, 제어 대상 플랜트(500)에 대하여 비례 적분 제어를 실시하는 PI 제어부(511)를 구비한다.
또한, 상태량 실적 xFB는, 제어 대상 플랜트(500)의 모델화 오차 및 외란 등의 영향에 의해, 오프셋 오차를 갖는다. PI 제어부(511)에 의한 비례 적분 제어에 포함되는 적분 제어는, 상태량 실적 xFB의 오프셋 오차를 보정하고, 상태량 실적 xFB를 상태량 명령값 xREF로 유지하기 위한 제어이다.
도 11의 (b)에 나타내는 종래의 플랜트 제어 시스템에서는, 도 11의 (a)의 예와 비교하여, 제어 장치(501)가, PI 제어 장치(511) 대신에, 제어 대상 플랜트(500)에 대하여 적분 제어(피드백 제어)를 실시하는 I 제어 장치(521)와, 제어 대상 플랜트(500)에 대하여 피드 포워드 제어를 실시하는 FF 제어 장치(522)를 구비하고 있는 점에서 상이하다.
도 11의 (b)에 나타내는 플랜트 제어 시스템은, 압연기에 있어서의 판 두께 제어와 대응한다. 도 4와 비교하면, 외란 발생원(550)은 압연기의 입측 판 두께 편차에 대응하고, 그것을 입측 판 두께계(43)에 의해 검출하여 제어 외란 dACT라고 한다. FF 제어 장치(522)는 이송 시간 보상부(201)와 피드 포워드 제어부(202)에 대응하고, I 제어 장치(521)는 비례 회로(203)와 적분 회로(204)에 대응한다.
도 11의 (b)의 예에서는, 제어 외란원(550)에서 발생하는 제어 대상 플랜트(500)에 대한 외란인 제어 외란 dACT가 기지이다. 이렇게 제어 외란 dACT가 기지인 경우, FF 제어 장치(522)는, 제어 외란 dACT와 제어 외란 dACT에 대한 외란 명령값 dREF의 편차에 기초하여, 제어 대상 플랜트(500)에 대하여 피드 포워드 제어를 실시한다. 또한, I 제어 장치(521)는, 상태량 실적 xFB와 상태량 명령값 xREF의 편차에 기초하여, 제어 대상 플랜트(500)에 대하여 적분 제어를 실시한다.
또한, 검출 낭비 시간은, 제어 대상 플랜트(500)가 재료에 대하여 가공을 실시한 장소와, 그 가공의 결과를 검출하는 장소가 물리적으로 이격되어 있기 때문에 발생하는 것이다. 탠덤 압연기(100)의 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 압연에 의해 피압연재(200)가 가공되는 압연기(11 내지 14)와, 피압연재(200)의 판 두께를 검출하는 판 두께계(41 내지 44)가 물리적으로 이격되어 있고, 피압연재(200)가 압연기(11 내지 14)로부터 판 두께계(41 내지 44)까지 이송되어 피압연재(200)의 가공 결과(판 두께)가 검출된다. 이 피압연재(200)의 이송에 요하는 시간이 검출 낭비 시간으로 된다.
이렇게 종래의 플랜트 제어 시스템에서는, 오프셋 오차의 제거를 위해 적분 제어를 포함하는 피드백 제어가 실시된다. 이 적분 제어는, 제어 출력이 제어 상태량으로부터의 90도의 위상 지연과, 검출 낭비 시간에 의한 위상 지연의 합인 위상 지연을 발생시키는 제어이고, 제어 출력이 커지면, 피드 포워드 제어의 제어 출력과 간섭하여, 피드 포워드 제어의 위상 시프트양이 설정값으로부터 어긋나 버린다. 그 결과, 피드 포워드 제어의 제어 효과가 저감된다.
도 12는, 시뮬레이션에 의한 종래의 플랜트 제어 시스템의 제어 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 12에서는, 제어 외란 dACT와, 제어 결과인 상태량 실적 xFB(구체적으로는, 상태량 실적 xFB와 상태량 명령값 xREF의 편차)의 시간 변화를 나타낸다.
도 12의 (a)는, 도 11의 (b)에 나타낸 플랜트 제어 시스템에 있어서, 피드 포워드 제어를 행하지 않고, 적분 제어만을 행한 경우의 제어 결과를 나타낸다. 검출 낭비 시간을 0.25초로 하고, 적분 제어의 시상수를 0.5초로 하고 있다. 또한, 제어 외란 dACT는 스텝상으로 변동되는 것으로 했다. 이 경우, 상태량 실적 xFB는, 매우 작은 언더슈트를 나타내고 있고, 적분 제어로서는 문제가 없다.
도 12의 (b)는, 도 11의 (b)에 나타낸 플랜트 제어 시스템에 있어서, 적분 제어를 행하지 않고, 피드 포워드 제어만을 행한 경우의 제어 결과를 나타낸다. 제어 외란 dACT는, 주기 1.0㎐, 진폭 1.0의 사인파상으로 변동되는 것으로 했다. 또한, 피드 포워드 제어의 제어 게인은 0.5로 했다. 이 경우, 피드 포워드 제어에 의해, 제어 외란 dACT가 억제되어, 상태량 실적 xFB의 진폭이 0.5로 되어 있다.
도 12의 (c)는, 도 12의 (b)의 상황에 있어서, 도 12의 (a)와 동일한 적분 제어를 더 행한 제어 결과를 나타낸다. 이 경우, 상태량 실적 xFB의 진폭이 0.7로 되고, 적분 제어를 행하지 않은 경우보다도 크게 되어 있다. 즉, 적분 제어에 의해, 피드 포워드 제어의 제어 효과가 저감되어 있다.
또한, 탠덤 압연기(100)의 경우, 0.25초의 검출 낭비 시간은, 압연기와 판 두께계 사이의 거리를 2.5m로 하면, 피압연재(200)의 압연 속도가 10m/s＝600mpm으로 된다. 또한, 제어 외란 dACT의 주기 1.0㎐는, 피압연재(200)의 길이로 환산하면 10m 주기로 된다. 이것은, 1.6m 정도의 직경을 갖는 회전체로부터의 외란이라고 간주할 수 있다. 또한, 1.6m 정도의 직경은 압연기의 백업 롤의 직경 정도이다. 이 때문에, 도 12의 (b) 및 (c)에 있어서의 시뮬레이션 조건은 타당하다.
또한, 적분 제어는, 오프셋을 제거하여 상태량 실적의 편차의 평균값을 0으로 하는 제어이다. 이 때문에, 원래의 제어 상태량의 편차의 변화를 나타내는 파형에 따라서는, 적분 제어에 의해, 오프셋을 제거한 상태량 실적의 편차의 변화를 나타내는 파형이 상측 또는 하측으로 치우치는 경우가 있다. 도 13은, 상태량 실적의 편차의 변화를 나타내는 파형이 정방향(상측)으로 치우친 상태, 즉, 정의 피크값의 절댓값이 부의 피크값의 절댓값보다도 작은 상태를 나타내는 도면이다. 이 경우, 후술하는 바와 같이, 상태량 실적이 정의 피크값 부분에서 허용 범위를 초과하여, 제품 불량이 발생하는 경우가 있다. 또한, 피압연재(200)의 변화 저항의 변동은, 도 13의 (a)에 나타낸 바와 같은 파형으로 표현되는 경우가 많다.
도 14는, 시뮬레이션에 의한 종래의 플랜트 제어 시스템의 오프셋 제거 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 14에서는, 제어 외란 dACT와, 제어 결과인 상태량 실적 xFB(구체적으로는, 상태량 실적 xFB와 상태량 명령값 xREF의 편차)의 시간 변화를 나타낸다. 제어 외란 dACT의 변동은 사각형 물결상으로 변동하는 것으로 했다.
도 14의 (a)는, 도 11의 (b)에 나타낸 플랜트 제어 시스템에 있어서, 제어 외란 dACT가 정으로 되는 시간과 부로 되는 시간의 시간 비율이 정:부＝50:50일 때의, 적분 제어만을 행한 경우의 제어 결과를 나타낸다. 이 예에서는, 적분 제어의 결과, 상태량 실적 xFB의 정의 피크값과 부의 피크값의 크기가 동등하다.
도 14의 (b)는, 상기한 시간 비율이 정:부＝30:70일 때의, 적분 제어만을 행한 경우의 제어 결과를 나타낸다. 이 예에서는, 상태량 실적 xFB의 정의 피크값이 부의 피크값보다도 크고, 상태량 실적 xFB가 정방향으로 치우친 상태로 된다.
제어 대상 플랜트에서 생산되는 제품의 상태량에는, 통상, 제품의 규격 등에 따라 허용 범위가 결정되어 있고, 허용 범위에서는, 목표값으로부터 정방향으로의 허용량과 목표값으로부터 부방향으로의 허용량은 균등하다고 생각된다. 이 경우, 도 13에 나타낸 바와 같이 상태량의 편차가 정방향으로 치우친 파형으로 되는 경우, 상태량이 허용 상한값을 초과하여 제품 불량이 발생하는 경우가 있다.
이에 비해 동일한 파형이라도, 상태량의 최댓값 및 최솟값이 허용 범위에 들도록, 상태량을 조정하면, 도 13의 (b)에 나타낸 바와 같이 제품 불량이 발생하지 않는다.
이상 설명한 바와 같이 종래의 플랜트 제어 장치에서는, 피드 포워드 제어와 피드백 제어(적분 제어)의 양쪽을 행하는 경우, 피드백 제어(적분 제어)에 의해, 피드 포워드 제어의 제어 출력의 위상이 어긋나 버려, 피드 포워드 제어의 제어 효과가 저감된다는 문제가 있다. 또한, 피드백 제어(적분 제어)에서는, 상태량 실적의 편차의 변화를 나타내는 파형이 정방향 또는 부방향으로 치우쳐 버려, 상태량 실적이 허용 범위로부터 벗어나 버리는 경우가 있다는 문제도 있다. 이하에 설명하는 본 실시예의 플랜트 제어 장치에서는, 이들 문제를 해결하는 것이 가능해진다.
도 15는, 본 개시의 실시예 1의 플랜트 제어 장치를 나타내는 도면이다. 도 15에 나타내는 제어 장치(601)는, 제어 대상 플랜트(600)를 제어한다.
제어 대상 플랜트(600)는, 예를 들어 재료와 같은 제어 대상을 가공하는 플랜트이고, 제어 대상에 관한 상태량 실적 xFB를 출력한다. 상태량 실적 xFB에는, 위상 시프트 요인(602)에 의해 위상 시프트가 발생한다. 위상 시프트 요인(602)은, 예를 들어 제어 대상 플랜트(600)가 재료에 대하여 가공을 실시한 장소와, 그 가공의 결과인 상태량 실적 xFB를 검출하는 장소가 물리적으로 이격되어 있는 것 등이다. 도 15에는, 위상 시프트 요인(602)은, 제어 대상 플랜트(600)의 외부에 존재하는 것으로 되어 있지만, 제어 대상 플랜트(600)의 내부에 존재해도 된다.
또한, 제어 대상 플랜트(600)는, 제어 외란원(603)에 의해 발생하는 제어 대상 플랜트(500)에 대한 외란인 제어 외란 dACT의 영향을 받는다. 이 때문에, 제어 외란 dACT는, 상태량 실적 xFB를 변동시키는 변동 요인으로 된다. 제어 외란 dACT는 기지이다. 이때, 제어 외란 dACT의 평균값과 같은 통계값이 기지이면 된다.
제어 장치(601)는, FF 제어 장치(611)와, 오프셋 보정 장치(612)를 갖는다.
FF 제어 장치(611)는, 제어 외란 dACT와 외란 명령값 dREF의 편차인 외란 편차에 기초하여, 제어 대상 플랜트(600)가 행하는 가공 처리(예를 들어, 압연기(11 내지 14)에 의한 압연 처리)의 피드 포워드 제어를 실시하는 제1 제어부이다. 구체적으로는, FF 제어 장치(611)는, 외란 편차에 보정 게인을 승산한 제어 출력을 사용하여, 제어 대상 플랜트(600)가 행하는 가공 처리의 피드 포워드 제어를 실시한다. 또한, 외란 편차는, 상태량 실적 xFB를 변동시키는 변동 요인인 제어 외란 dACT에 관한 요인값이다.
오프셋 보정 장치(612)는, FF 제어 장치(611)에 의한 피드 포워드 제어에 의해 제어 대상 플랜트(600)의 제어 대상의 상태량에 발생하는 오프셋을 보정하는 보정부이다.
도 16은, FF 제어 장치(611)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 16에 있어서, FF 제어 장치(611)는, 차분 회로(701)와, 정필터 회로(702)와, 부필터 회로(703)와, 승산기(704 내지 706)와, 적분 회로(707)를 갖는다.
차분 회로(701)는, 제어 외란 dACT와 외란 명령값 dREF의 편차인 외란 편차의 차분을 출력한다. 차분 회로(701)는, 구체적으로는, 외란 편차를 단위 시간(예를 들어, 제어 외란 dACT가 주기적으로 변화되는 경우, 그 주기)만큼 지연시키는 지연 회로(711)를 갖고, 지연 회로(711)에서 지연시킨 신호를 원래의 외란 편차로부터 뺀 값을 외란 편차의 차분으로서 출력한다.
정필터 회로(702)는, 차분 회로(701)로부터 출력한 차분이 정의 값을 갖는 경우에, 그 차분을 출력한다. 부필터 회로(703)는, 차분 회로(701)로부터 출력한 차분이 부의 값을 갖는 경우에, 그 차분을 출력한다.
승산기(704)는, 정필터 회로(702)로부터 출력된 차분에 보정 게인으로서 정측 보정 게인 G＋를 승산하여 출력한다. 승산기(705)는, 부필터 회로(703)로부터 출력된 차분에 보정 게인으로서 부측 보정 게인 G－를 승산하여 출력한다. 승산기(706)는, 승산기(704)로부터의 출력 신호와 승산기(705)로부터의 출력 신호의 합에 제어 게인 GFF를 승산하여 출력한다.
적분 회로(707)는, 승산기(706)로부터의 출력 신호를 적분하여 피드 포워드 제어 출력 SFFNEW로서 출력한다.
이상의 동작에 있어서, 정측 보정 게인 G＋ 및 부측 보정 게인 G－는, 오프셋 보정 장치(612)에 의해 산출되어, 승산기(704 및 705)에 설정된다. 정측 보정 게인 G＋ 및 부측 보정 게인 G－를 적절하게 설정함으로써, 상태량에 발생하는 오프셋을 보정하는 것이 가능해진다.
도 17은, 오프셋 보정의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 17은, 도 12의 (b)에 나타낸 응답(제어 결과)에 있어서, 상태량 실적 xFB의 시간 변화가 정인 경우의 FF 제어 장치(522)의 제어 게인을 변경한 것이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 제1 영역 A에서는, 제어 게인을 정이라고 하고, 제2 영역 B에서는, 제어 게인을 부라고 했다.
제1 영역 A에서는, 상태량 실적 xFB가 증대되고, 그 후, 상태량 실적 xFB가 정측에서 오프셋한 상태로 되고, 제2 영역 B에서는, 상태량 실적 xFB가 감소하고, 그 후, 상태량 실적 xFB가 부측에서 오프셋한 상태로 된다.
이렇게 피드 포워드 제어에 있어서, 상태량 실적 xFB의 시간 변화가 정인 경우와 부인 경우에 제어 게인을 변경하면, 상태량 실적 xFB의 파형이 피크로 되는 위치를 바꾸지 않고, 즉 상태량 실적 xFB의 위상을 변화시키지 않고, 오프셋 위치를 조정할 수 있다.
상기한 원리를 이용하여, 오프셋 보정 장치(612)는, 상태량 실적 xFB에 기초하여, 오프셋량을 산출하고, 그 오프셋량을 억제하도록 정측 보정 게인 G＋ 및 부측 보정 게인 G－를 산출함으로써, 상태량 실적 xFB의 진폭의 최댓값과 최솟값의 중간(중앙값)이 0으로 되도록 정측 보정 게인 G＋ 및 부측 보정 게인 G－를 산출한다.
도 18은, 오프셋 보정 장치(612)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 18에 나타내는 오프셋 보정 장치(612)는, 상태량 오프셋 측정 장치(801)와, 보정 게인 연산 장치(802)를 갖는다.
상태량 오프셋 측정 장치(801)는, 일정 기간(예를 들어, 제어 외란 dACT의 1주기)에 있어서의, 상태량 실적 xFB와 목표값인 상태량 명령값 xREF의 편차의 정의 피크값인 최댓값 x＋와, 부의 피크값인 최솟값 x－를 구한다. 상태량 오프셋 측정 장치(801)는, 그 최댓값 x＋ 및 최솟값 x－에 기초하여, 상태량 실적 xFB의 중앙값(최댓값 x＋ 및 최솟값 x－의 중점)의 치우침 ΔxDIFF＝x＋-|x－| 산출한다.
보정 게인 연산 장치(802)는, 상태량 오프셋 측정 장치(801)에 의해 산출된 중앙값의 치우침 ΔxDIFF와, 제어 외란 dACT의 진폭 ΔdACT에 기초하여, 정측 보정 게인 G＋ 및 부측 보정 게인 G－를 산출한다.
구체적으로는, 보정 게인 연산 장치(802)는, 우선, 제어 외란 dACT의 진폭 ΔdACT를 중앙값의 치우침 ΔxDIFF로 변환하는 변환 게인을 β라고 한 경우, 보정 게인의 변화량 α를, α＝|ΔxDIFF|/|β·ΔdACT|로부터 산출한다. 또한, 피드 포워드 제어는, 기지의 제어 외란에 대한 제어이기 때문에, 제어 외란의 진폭을 미리 산출해 두는 것은 가능하고, 제어 외란 dACT와 상태량의 관계도 예측 가능하다. 따라서, 변환 게인 β를 미리 산출해 두는 것은 가능하다.
계속해서, 보정 게인 연산 장치(802)는, 변화량 α에 기초하여, 정측 보정 게인 G＋ 및 부측 보정 게인 G－를 산출한다.
구체적으로는, 치우침 ΔxDIFF가 정인 경우, 보정 게인 연산 장치(802)는, 정방향으로의 제어 출력을 억제하고, 부방향으로의 제어 출력을 증대시키도록, 정측 보정 게인 G＋를 1보다도 크게 하고, 부측 보정 게인 G－를 1보다도 작게 한다. 구체적으로는, 보정 게인 연산 장치(802)는, 정측 보정 게인 G＋＝1－α로 하고, 부측 보정 게인 G－를 G－＝1＋α로 한다.
한편, 치우침 ΔxDIFF가 부인 경우, 보정 게인 연산 장치(802)는, 정방향으로의 제어 출력을 증대하고, 부방향으로의 제어 출력을 억제시키도록, 정측 보정 게인 G＋를 1보다도 작게 하고, 부측 보정 게인 G－를 1보다도 크게 한다. 구체적으로는, 보정 게인 연산 장치(802)는, 정측 보정 게인 G＋＝1＋α로 하고, 부측 보정 게인 G－를 G－＝1－α로 한다.
보정 게인 연산 장치(802)에서 산출된 정측 보정 게인 G＋ 및 부측 보정 게인 G－는, FF 제어 장치(31)에 출력되어, 승산기(704 및 705)에 설정된다.
도 19 및 도 20은, 시뮬레이션에 의한 제어 장치(601)의 제어 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 도 19 및 도 20에서는, 제어 외란 dACT와 상태량 실적 xFB(구체적으로는, 상태량 실적 xFB와 상태량 명령값 xREF의 편차)를 나타내고 있다.
도 19의 (a)는, 제어 장치(601)에 의한 제어를 행하지 않는 경우에 있어서의, 제어 외란 dACT와 상태량 실적 xFB를 나타낸다. 여기서는, 상태량 실적 xFB는, 제어 외란 dACT에 대하여, 2.5초까지는 부측에 오프셋하고 있고, 2.5초 이후에서는 정측에 오프셋하고 있다.
도 19의 (b)는, 도 11의 (b)에 나타낸 종래의 제어 장치(501)에 의한 피드 포워드 제어만을 실시한 경우에 있어서의, 제어 외란 dACT와 상태량 실적 xFB를 나타낸다. 이 경우, 상태량 실적 xFB의 진폭은 감소하지만, 상태량 실적 xFB의 오프셋은 남는다.
도 20의 (a)는, 도 11의 (b)에 나타낸 종래의 제어 장치(501)에 의한 피드 포워드 제어 및 적분 제어의 양쪽을 실시한 경우에 있어서의, 제어 외란 dACT와 제어 대상의 상태량 실적 xFB를 나타낸다. 이 경우, 상태량 실적 xFB의 오프셋은 경감되지만, 상태량 실적 xFB의 진폭은 증대된다.
도 20의 (b)는, 도 15에 나타낸 본 실시예의 제어 장치(601)에 의한 제어를 실시한 경우에 있어서의, 제어 외란 dACT와 상태량 실적 xFB를 나타낸다. 이 경우, 상태량 실적 xFB의 진폭 및 오프셋이 감소하고, 나아가, 상태량 실적 xFB의 정의 피크값과 부의 피크값이 대략 동일한 값으로 된다.
상태량 실적의 상한 허용값을 ＋0.5, 하한 허용값을 －0.5로 한 경우, 종래의 제어 장치(501)에서는, 도 20의 (a)의 화살표로 나타낸 바와 같이 상태량 실적 xFB는 몇 번이나 허용값을 초과하지만 본 실시예의 제어 장치(601)에서는, 도 20의 (b)의 화살표로 나타낸 바와 같이, 상태량 실적 xFB가 허용값을 초과하는 것은, 상태량 실적 xFB의 최댓값 x＋ 및 최솟값 x－가 판명되기 전의 1회뿐이다. 따라서, 본 실시예의 제어 장치(601)에서는, 종래에 비해 제어 효과가 높다.
본 실시예에 의하면, FF 제어 장치(611)는, 외란 편차에 승산하는 보정 게인으로서, 외란 편차가 상태량 실적 xFB를 증가시키는 정방향으로 변화되어 있는 경우에는, 외란 편차에 정방향 보정 게인을 승산하고, 외란 편차가 상태량 실적 xFB를 감소시키는 부방향으로 변화되어 있는 경우에는, 외란 편차에 부방향 보정 게인을 승산한다. 이에 의해, 적분 제어를 포함하는 피드백 제어를 행하지 않고, 오프셋 오차를 보정하는 것이 가능해지기 때문에, 피드 포워드 제어의 제어 효과의 저감을 억제하면서, 오프셋 오차를 저감시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 의하면, 오프셋 보정 장치(612)는, 상태량 실적 xFB와 목표값인 상태량 명령값 xREF의 편차의 중앙값에 기초하여, 보정 게인을 조정한다. 이에 의해, 상태량 실적 xFB의 치우침을 경감하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 의하면, 중앙값이 정인 경우, 정방향 보정 게인을 1보다도 작게 하고, 또한 부방향 보정 게인을 1보다도 크게 하고, 중앙값이 부인 경우, 정방향 보정 게인을 1보다도 크게 하고, 또한 부방향 보정 게인을 1보다도 작게 한다. 이에 의해, 상태량 실적 xFB의 치우침을 적절하게 경감하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시예에 의하면, 오프셋 보정 장치(612)는, 중앙값이 0으로 되도록 보정 게인을 조정한다. 이에 의해, 상태량 실적 xFB의 치우침을 더 적절하게 경감하는 것이 가능해진다.
[실시예 2]
도 21은, 본 개시의 실시예 2의 플랜트 제어 장치를 나타내는 도면이다. 도 21에 나타내는 플랜트 제어 장치(900)는, 도 15에 나타낸 제어 장치(601)와, 제어 장치(901)와, 선택 장치(902)를 갖는다.
제어 장치(901)는, 도 11의 (b)에 나타낸 종래의 제어 장치(501)와 동일한 기능을 갖는 제2 제어부이다. 구체적으로는, 제어 장치(901)는, 외란 편차에 제어 게인을 승산한 제어 출력을 사용하여 제어 대상 플랜트(600)가 행하는 가공 처리의 피드 포워드 제어를 실시하고, 또한 상태량 실적 xFB와 상태량 명령값 xREF의 편차를 적분한 제어 출력을 사용하여 제어 대상 플랜트(600)가 행하는 가공 처리의 적분 제어를 실시한다.
선택 장치(902)는, 외란 편차에 기초하여, 제어 대상 플랜트(600)가 행하는 가공 처리의 제어를, 제어 장치(601 및 901)의 어느 것으로 실행시킨다.
예를 들어, 압연에 있어서의 경도 불균일과 같이, 제어 외란이 다른 외란 주파수 성분에 비해 매우 크고, 종래의 제어 방법에서는 상태량 실적이 허용 범위 내에 들기 어려운 경우에는, 제어 장치(601)에 의한 제어가 바람직하고, 종래의 제어 방법에서도, 상태량 실적이 허용 범위에 충분히 들어가는 경우에는, 제어 장치(901)에 의한 제어를 행해도 된다. 따라서, 선택 장치(902)는, 제어 외란의 주파수 및 진폭의 적어도 한쪽에 기초하여, 제어 장치(601 및 901)의 어느 것에 실행시켜도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예에서는, 적절한 제어 장치를 사용하여 제어 대상 플랜트(600)를 제어하는 것이 가능해진다.
상술한 본 개시의 실시 형태는, 본 개시의 설명을 위한 예시이고, 본 개시의 범위를 그것들의 실시 형태에만 한정하는 취지는 아니다. 당업자는, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 다른 다양한 양태로 본 발명을 실시할 수 있다.
또한, 본 개시는, 실시예로 한 탠덤 압연기(100)에 적용할 수 있다. 또한, 본 개시는, 탠덤 압연기(100) 이외의, 특히 제어 외란이 크고, 피드 포워드 제어가 필요해지는 플랜트에 대하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 본 개시는, 열간 압연기에 있어서의 판 두께 제어, 철강 라인에 있어서의 장력 제어 등의 다른 플랜트에도 적용할 수 있다.
11 내지 14: 압연기
21 내지 24: 구동 장치
31 내지 34: 롤 갭 제어 장치
41 내지 44: 판 두께계
51 내지 54: 장력계
61 내지 64: 판 두께 제어 장치
71 내지 74: 장력 제어 장치
100: 탠덤 압연기
600: 제어 대상 플랜트
601: 제어 장치
602: 위상 시프트 요인
603: 제어 외란원
611: FF 제어 장치
612: 오프셋 보정 장치
701: 차분 회로
702: 정필터 회로
703: 부필터 회로
704 내지 706: 승산기
707: 적분 회로
711: 지연 회로
801: 상태량 오프셋 측정 장치
802: 보정 게인 연산 장치
901: 제어 장치
902: 선택 장치

Claims (8)

  1. 제어 대상에 관한 상태량을 변동시키는 변동 요인에 관한 요인값에 기초하여, 상기 제어 대상이 행하는 처리의 제어를 실시하는 플랜트 제어 장치이며,
    상기 요인값에 보정 게인을 승산한 제어 출력을 사용하여, 상기 처리의 피드 포워드 제어를 실시하는 제1 제어부와,
    상기 상태량에 기초하여, 상기 보정 게인을 조정하는 보정부를 갖고,
    상기 제1 제어부는, 상기 보정 게인으로서, 상기 요인값이 상기 상태량을 증가시키는 정방향으로 변화되어 있는 경우에는, 상기 요인값에 정방향 보정 게인을 승산하고, 상기 요인값이 상기 상태량을 감소시키는 부방향으로 변화되어 있는 경우에는, 상기 요인값에 부방향 보정 게인을 승산하고,
    상기 보정부는, 상기 상태량의 목표값으로부터의 편차의 중앙값에 기초하여, 상기 보정 게인을 조정하는, 플랜트 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 보정부는, 상기 중앙값이 정인 경우, 상기 정방향 보정 게인을 1보다도 작게 하고, 또한 상기 부방향 보정 게인을 1보다도 크게 하고, 상기 중앙값이 부인 경우, 상기 정방향 보정 게인을 1보다도 크게 하고, 또한 상기 부방향 보정 게인을 1보다도 작게 하는, 플랜트 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 보정부는, 상기 중앙값이 0으로 되도록 상기 보정 게인을 조정하는, 플랜트 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 요인값에 제어 게인을 승산한 제어 출력을 사용하여 상기 처리의 피드 포워드 제어를 실시하고, 또한 상기 상태량과 목표값의 편차를 적분한 제어 출력을 사용하여 상기 처리의 적분 제어를 실시하는 제2 제어부와,
    상기 요인값에 기초하여, 상기 처리의 제어를, 상기 제1 제어부 및 상기 제2 제어부의 어느 것에 실행시키는 선택부를 갖는, 플랜트 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 선택부는, 상기 요인값의 주파수 및 진폭의 적어도 한쪽에 기초하여, 상기 처리의 제어를, 상기 제1 제어부 및 상기 제2 제어부의 어느 것에 실행시키는, 플랜트 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어 대상은, 피압연재를 압연에 의해 가공하는 압연기이고,
    상기 상태량은, 상기 피압연재의 후판 및 상기 피압연재에 가해지는 장력의 적어도 한쪽이고,
    상기 처리는, 상기 피압연재를 압연하는 압연 처리인, 플랜트 제어 장치.
  8. 제어 대상에 관한 상태량을 변동시키는 변동 요인에 관한 요인값에 기초하여, 상기 제어 대상이 행하는 처리의 제어를 행하는 플랜트 제어 방법이며,
    상기 요인값에 보정 게인을 승산한 제어 출력을 사용하여, 상기 처리의 피드 포워드 제어를 실시하고,
    상기 상태량에 기초하여, 상기 보정 게인을 조정하고,
    상기 피드 포워드 제어의 실시에서는, 상기 보정 게인으로서, 상기 요인값이 상기 상태량을 증가시키는 정방향으로 변화되어 있는 경우에는, 상기 요인값에 정방향 보정 게인을 승산하고, 상기 요인값이 상기 상태량을 감소시키는 부방향으로 변화되어 있는 경우에는, 상기 요인값에 부방향 보정 게인을 승산하며, 상기 상태량의 목표값으로부터의 편차의 중앙값에 기초하여 상기 보정 게인을 조정하는, 플랜트 제어 방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023163603A (ja) 2022-04-28 2023-11-10 株式会社日立製作所 制御システムおよび制御方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002172406A (ja) * 2000-12-06 2002-06-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧延機の板厚補正方法
KR101942673B1 (ko) * 2015-03-26 2019-01-25 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 압연재의 판 두께 제어 장치
JP2019133537A (ja) * 2018-02-02 2019-08-08 三菱電機株式会社 アクチュエータ制御装置及びアクチュエータ制御方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59171992A (ja) 1983-03-19 1984-09-28 富士ゼロックス株式会社 表示装置
JP3085499B2 (ja) * 1993-10-05 2000-09-11 株式会社日立製作所 圧延機制御方法および装置
JP3319356B2 (ja) * 1997-08-29 2002-08-26 住友金属工業株式会社 圧延機による被圧延材の厚さ制御方法及びその装置
JP3384330B2 (ja) 1998-07-15 2003-03-10 住友金属工業株式会社 リバース圧延機における板厚制御方法
JP2003084839A (ja) 2001-09-10 2003-03-19 Yaskawa Electric Corp オーバーシュート抑制機能を備えたモータ制御装置
CN101683658B (zh) * 2008-09-27 2012-10-31 鞍钢股份有限公司 冷轧带钢双向纠偏控制系统
JP5581964B2 (ja) 2010-10-20 2014-09-03 新日鐵住金株式会社 リバース圧延機における板厚制御方法
JP5763598B2 (ja) * 2012-07-31 2015-08-12 株式会社日立製作所 プラント制御装置、プラント制御方法及びプラント制御プログラム
JP5820346B2 (ja) * 2012-07-31 2015-11-24 株式会社日立製作所 圧延制御装置及び圧延制御方法
JP6308914B2 (ja) * 2014-08-19 2018-04-11 株式会社日立製作所 油圧圧下制御装置、油圧圧下制御装置の調整方法及び制御プログラム
JP6404195B2 (ja) 2015-09-16 2018-10-10 株式会社日立製作所 プラント制御装置、圧延制御装置、プラント制御方法およびプラント制御プログラム
JP6672094B2 (ja) * 2016-07-01 2020-03-25 株式会社日立製作所 プラント制御装置、圧延制御装置、プラント制御方法およびプラント制御プログラム
JP2018019557A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 ダイハツ工業株式会社 車両用制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002172406A (ja) * 2000-12-06 2002-06-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 圧延機の板厚補正方法
KR101942673B1 (ko) * 2015-03-26 2019-01-25 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 압연재의 판 두께 제어 장치
JP2019133537A (ja) * 2018-02-02 2019-08-08 三菱電機株式会社 アクチュエータ制御装置及びアクチュエータ制御方法

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