KR950012385B1 - Thickness control method for cold earip - Google Patents

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KR950012385B1
KR950012385B1 KR1019930027035A KR930027035A KR950012385B1 KR 950012385 B1 KR950012385 B1 KR 950012385B1 KR 1019930027035 A KR1019930027035 A KR 1019930027035A KR 930027035 A KR930027035 A KR 930027035A KR 950012385 B1 KR950012385 B1 KR 950012385B1
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control
thickness
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elcu
rolling
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KR1019930027035A
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Korean (ko)
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곽재호
이원호
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포항종합제철주식회사
조말수
재단법인산업과학기술연구소
백덕현
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Abstract

The method controls the thickness of cold rolling steel plate by simultaneouly controlling multiple variables of roll gap and roll velocity.

Description

냉연강판 두께 제어방법Cold Rolled Sheet Thickness Control Method

제1a도는 통상의 연속 냉간압연기의 두께 제어계에서 인접된 두 스텐드간의 압연현상에 따른 두께 제어장치와 제어대상 및 외관관계를 나타내는 개념도,Figure 1a is a conceptual diagram showing the relationship between the thickness control device and the control object and appearance according to the rolling phenomenon between two adjacent stand in the thickness control system of a conventional continuous cold rolling mill,

제1b도는 제1a도의 두께 제어개념을 블럭도로 나타낸 참고도.FIG. 1B is a reference diagram showing a thickness control concept of FIG. 1A in a block diagram. FIG.

제2a도는 본 발명과 관련된 종래의 루프형성 엘큐제어계를 나타낸 일예도,Figure 2a is an example showing a conventional loop forming Elcu control system related to the present invention,

제2b도는 본 발명에 의한 루프형성 엘큐제어기를 나타낸 실시예도.Figure 2b is an embodiment showing a loop forming elcu controller according to the present invention.

제3도는 통상의 다변수 제어계에서 제어기의 성능분석을 위해 사용되는 특이값 선도를 나타낸 참고도.3 is a reference diagram showing a singular value diagram used for performance analysis of a controller in a conventional multivariate control system.

제4a도는 본 발명에 의한 플랜트 입측으로 모델링 오차를 반영한 엘큐제어기의 실시예도,Figure 4a is an embodiment of the elcu controller controller reflecting the modeling error to the plant entrance side according to the present invention,

제4b도는 본 발명에서 안정도-강인성을 만족하는 폐루프전달 함수의 특이값 선도를 나타낸 참고도.4b is a reference diagram showing a singular value diagram of a closed loop transfer function satisfying stability-toughness in the present invention.

제5a도는 종래의 피아이(PI) 제어기에 의한 잔류판두께 편차 및 장력편차발생량을 나타낸 참고도,Figure 5a is a reference diagram showing the amount of residual plate thickness deviation and tension deviation caused by a conventional PI controller,

제5b도는 종래의 표준 엘큐제어기에 의한 잔류판두께 및 장력편차발생량을 나타낸 참고도,Figure 5b is a reference diagram showing the amount of residual plate thickness and tension deviation caused by a conventional standard Elcu controller,

제5c도는 본 발명에 의한 루프형성 엘큐제어기에 의한 잔류판두께편차 및 장력편차 발생량의 참고도.Figure 5c is a reference diagram of the amount of residual plate thickness deviation and tension deviation generated by the loop-forming Elcu controller according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 냉간 압연판 3 : 롤갭조정장치1 cold rolled plate 3 roll gap adjusting device

4 : 롤속도조정장치 6 : 압연하중측정장치4: roll speed adjusting device 6: rolling load measuring device

7 : 판두께측정장치 8 : 장력 측정장치7: Plate thickness measuring device 8: Tension measuring device

9 : AGC시스템 10 : 플랜트9: AGC system 10: Plant

11 : 적분기11: integrator

본 발명은 냉연강판의 두께제어수단과 관련된 것으로서, 이는 특히 이러한 냉연강판을 제조할 때 두께의 균일성을 양호히 보장하여 각종 정밀기기 등에 폭넓게 활용될 수 있도록한 루프형성 엘큐제어에 의한 냉연강판 두께 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thickness control means of a cold rolled steel sheet, which particularly ensures good uniformity of thickness when manufacturing such a cold rolled steel sheet to control the thickness of the cold rolled steel sheet by a loop forming elcuum control that can be widely used in various precision devices. It is about a method.

종래에는 냉간압연판을 생산하는 냉연공장들이 자동차, 건축, 가전제품등 냉연강판의 대량 수요를 창출하는 대형 제조업의 급속한 팽창에 따라 생산성의 극대화만을 추구해 왔으나, 최근에는 정밀기기, 전자부품등 소위 고도산업의 등장으로 냉연강판의 고급화, 특히 판두께의 균일화에 큰 관심을 갖지 않으면 안되게 되었다. 또한 종래에 비해 냉연강판의 종류 및 생산되는 두께도 점차 얇아지는 추세로 되고 있다.Conventionally, cold rolling mills that produce cold rolled plates have been pursuing maximization of productivity due to the rapid expansion of large-scale manufacturing industry that creates mass demand for cold rolled steel sheets such as automobiles, construction, and home appliances. With the advent of the industry, great attention has been paid to the upgrading of cold rolled steel sheets, in particular to the uniformity of sheet thickness. In addition, the type and the thickness of the cold rolled steel sheet is also gradually becoming thinner than the conventional.

이러한 생산환경의 변화는 종전부터 이용되고 있는 고전적인 기법에 의한 압연제어기로는 판두께의 고정도화, 다양한 품종의 생산등 다양한 요구들을 충족시키기에는 어려움이 많다. 따라서, 이와같은 냉간압연강판 생산시 요구되는 사양들을 만족시킬 수 있는 고성능 두께 제어시스템의 설계를 위한 새로운 제어기법의 적용이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Such changes in production environment are difficult to meet various requirements such as high precision of plate thickness and production of various varieties with the rolling controller using the classical technique used in the past. Therefore, there is an urgent demand for the application of a new control method for the design of a high performance thickness control system that can satisfy the specifications required for producing such cold rolled steel sheets.

한편, 냉간압연강판의 두께 편차는 압연될 소재의 두께 불량, 압연기들의 편심, 압연조건의 불균일등 여러 가지 원인에 의해 발생되며, 이와같은 판두께 편차를 일으키는 요인들을 정상적인 압연조건에 대해 외란이라 한다. 냉간압연의 자동두께제어기(이하 AGC로 표기)의 가장 중요한 목적은 외란의 유무에 관계없이 목표로 하는 일정두께의 냉연강판을 생산하는 것이다.On the other hand, the thickness variation of the cold rolled steel sheet is caused by various factors such as poor thickness of the material to be rolled, eccentricity of the rolling mills, unevenness of the rolling conditions, and the factors causing such plate thickness variation are disturbances for the normal rolling conditions. . The most important purpose of the cold rolling automatic thickness controller (hereinafter referred to as AGC) is to produce a cold rolled steel sheet with a target thickness regardless of the presence of disturbance.

압연중 외란의 작용에 의해 판두께 편차가 발생하게 되면, AGC는 센서를 통해 측정된 두께편차를 기준으로 제어장치를 통하여 두께편차가 "0"이 되도록 제어하게 된다. 특히 4∼5개의 다수의 스탠드가 연속적으로 배치된 연속냉간 압연기에서는 특정 스탠드의 두께제어수단의 작동이 인접 스탠드에 영향을 주지 않으면서 해당 스탠드 출측에서의 판두께가 목표치로 유지되도록 해야 하는 것이다.When the plate thickness deviation occurs due to the disturbance during rolling, the AGC controls the thickness deviation to be "0" through the controller based on the thickness deviation measured by the sensor. In particular, in a continuous cold rolling mill in which four to five stands are continuously arranged, the thickness of the specific stand does not affect the adjacent stand so that the plate thickness at the stand exit is maintained at the target value.

또 연속 냉간압연의 AGC시스템은 판두께, 스탠드간의 장력 그리고 압연하중등의 제어대상과 롤갭, 롤속도등의 제어수단이 압연기를 중심으로 강한 간섭성을 갖는 전형적인 다입력-다출력(Multi-Input Multi-Output 혹은 MIMO) 시스템이다. 그러나 현재 사용중인 대부분의 AGC 시스템은 단일입력-단일출력(Single-Input Single-Output 혹은 SISO) 제어 이론에 근거하여 설계되어 있다.In addition, the AGC system of continuous cold rolling is a typical multi-input (multi-input) in which the control targets such as plate thickness, tension between the stand and rolling load, and control means such as roll gap and roll speed have strong coherence around the rolling mill. Multi-Output or MIMO) system. However, most AGC systems in use are designed based on the theory of single-input single-output (SISO) control.

SISO는 판두께 편차를 줄이기 위해 롤갭만을 제어하든지, 장력을 일정하게 제어하기 위해 롤속도만을 제어하는 것을 의미한다. 그렇지만, 실제 압연에서는 롤갭의 조정에 의해 장력의 변화가 발생하기도 하고, 장력의 변화에 따라 판두께가 변화되는 복잡한 시스템이므로 종래의 SISO개념으로 설계된 냉간압연 AGC에 의한 판두께 제어에는 한계가 있다.SISO means controlling only the roll gap to reduce the plate thickness variation, or controlling only the roll speed to control the tension uniformly. However, in actual rolling, the thickness change may occur due to the adjustment of the roll gap, and the plate thickness is controlled by the cold rolling AGC, which is designed in the conventional SISO concept, because it is a complicated system in which the plate thickness is changed by the change of the tension.

본 발명의 목적은 종래의 자동두께제어(Automatic Gauge Control 혹은 AGC) 시스템에 적용된 제어이론중 냉간압연의 비선형성, 압연이론의 부정확, 셋업(setup) 계산의 오차등 수학적 모델의 불확실성에 대한 안정도와 강인성의 부족을 보완한 두께제어 방법으로서, 냉간압연 공정에 적용하여 냉연강판의 길이방향으로 발생되는 두께 편차(이하, "판두께 편차"로 표기)를 줄일 수 있는 냉간압연 두께 제어방법을 제공코져 한 것이다.The object of the present invention is to provide the stability of the uncertainty of the mathematical model, such as non-linearity of cold rolling, inaccuracy of rolling theory, and error in setup calculation, among the control theory applied to the conventional Automatic Gauge Control (AGC) system. As a thickness control method to compensate for the lack of toughness, it is applied to the cold rolling process to provide a cold rolling thickness control method that can reduce the thickness variation (hereinafter referred to as "plate thickness variation") generated in the longitudinal direction of the cold rolled steel sheet It is.

본 발명의 또 다른 목적은 다입력-다출력의 전형적인 다변수 시스템인 연속냉간압연의 두께제어 시스템에 있어서, 새로운 최적제어 이론인 루프형성 LQ(Linear Quadratic) 제어기법을 사용하여 자동판두께 제어기의 수학적 모델의 불활실성에 기인한 판두께 제어의 한계를 극복하고, 냉간압연판의 두께정도를 향상시킬수 있도록 한 냉간압연 두께 제어방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a thickness control system for continuous cold rolling, which is a typical multivariate system of multi-input-multi-output, by using a new optimal control theory, the loop forming LQ (Linear Quadratic) control method. The present invention provides a cold rolling thickness control method that overcomes limitations of plate thickness control due to instability of mathematical models and improves the thickness of cold rolled sheet.

본 발명의 냉간압연 두께 제어방법을 설명하기에 앞서 우선 통상의 다스탠드 연속 냉간압연기에서 임의의 i스탠드를 중심으로 하는 압연의 물리적 현상을 살펴보면 제1도 (a)와 같다.Prior to describing the cold rolling thickness control method of the present invention, first, the physical phenomenon of rolling centering on any i-stand in a conventional multi-stand continuous cold rolling machine will be described with reference to FIG.

여기서는 압연전 판두께가 H인 강판을 압하율 r로 압연하여 판두께가 h인 압연판(1)을 얻고져 한다면, 상하부 작업률(2)의 간격을 S로 설정해야 하며 압연속도는 1스탠드의 전, 후방 장력을 허용범위내에 유지하기 위해 Vr로 설정해야 한다.In this case, if a steel plate having a plate thickness of H is rolled at a reduction ratio r to obtain a rolled plate 1 having a plate thickness of h, the interval between the upper and lower work rates 2 should be set to S, and the rolling speed is 1 stand. The front and rear tensions should be set to Vr to keep them within acceptable limits.

상기 설정된 롤갭 S와 압연속도 Vr로 압연을 행하는 도중에 외란이 발생하여 압연시스템에 영향을 주게되면 판두께 편차h와 후방장력편차Tb가 발생된다. 이때 AGC시스템(9)은 외란의 영향에 상관없이 목표로하는 판두께와 장력을 일정하게 하기위해, 제어수단인 압연기의 롤갭조정장치(3)와 롤속도조정장치(4)를 동시에 미세조정하게 되는 것이다. 제1도 (a)에서, 부호 "5"는 외란을, "6"은 압연하중 측정장치를, "7"은 판두께 측정장치를, "8"은 장력 측정장치를 나타낸다.Plate thickness deviation if disturbance occurs during rolling at the set roll gap S and rolling speed Vr and affects the rolling system h and rear tension deviation T b is generated. At this time, the AGC system 9 finely adjusts the roll gap adjusting device 3 and the roll speed adjusting device 4 of the rolling mill as control means at the same time in order to make the target plate thickness and tension constant regardless of the influence of disturbance. Will be. In Fig. 1 (a), reference numeral "5" denotes disturbance, "6" denotes a rolling load measuring apparatus, "7" denotes a sheet thickness measuring apparatus, and "8" denotes a tension measuring apparatus.

한편, 상기 제1도 (a)의 냉간압연두께 제어계를 블럭선도로 나타낼때는 (b)와 같고, 여기서는 초기 설정상태로 구동되던 압연기(10)가 외란 W에 의해 출력에 오차가 발생되면 AGC(9)는 오차에 비례하는 제어입력을 피드백시켜 오차가 제거되도록 제어한다. 이때, 제1도 (b)의 압연기 두께 제어계를 수학적으로 표현하면 다음의 식과 같다.On the other hand, when the cold rolling thickness control system of FIG. 1 (a) is shown as a block diagram, it is the same as (b), and in this case, when an error occurs in the output due to the disturbance W, the rolling mill 10 driven in the initial setting state is AGC ( 9) feeds back a control input proportional to the error to control the error to be removed. At this time, mathematically expressing the rolling mill thickness control system of Figure 1 (b) is as follows.

χp(t) = Apχp(t) + BpU(t) + Epω(t) (1)χ p (t) = A p χ p (t) + B p U (t) + E p ω (t) (1)

상기 시간함수(1)식은 두께 제어계의 상태공간 모델식이라고도 부르며, MIMO시스템의 전형적인 표현방법이다. 이식에서 사용된 변수 χp, U, ω는 각각 상태변수 벡터, 제어입력변수벡터, 외란변수벡터를 나타내며, Ap, Bp, Ep는 각각 상태변수, 입력변수, 외란변수간의 관계를 나타내는 계수행렬로써 압연기의 사양 및 동적특성 으로부터 결정되는 값이다.The time function (1) is also called a state space model of the thickness control system, and is a typical representation of the MIMO system. The variables χ p , U and ω used in the transplantation represent the state variable vector, the control input variable vector and the disturbance variable vector, respectively, and A p , B p and E p represent the relationship between the state variable, the input variable and the disturbance variable, respectively. It is a coefficient matrix determined from the specification and dynamic characteristics of the rolling mill.

상태공간 모델식(1)을 시간에 대해 적분하면 압연중 상태변수의 변화과정을 알 수 있으며, 상태변수중 관심있는 변수를 정하여 출력 변수로 사용한다. 압연에서의 상태 변수로는 판두께 변화량h, 장력변화량Tb, 압연하중 변화량P등이 있고, 제어 입력변수에는 제어수단인 롤갭과 롤속도가 있다. 그리고 외란으로는 압연 소재의 판두께 편차와 롤편심 등을 들 수 있다.By integrating the state space model equation (1) with time, the process of change of state variables during rolling can be known, and the variables of interest among state variables are used as output variables. The state variable in rolling is the plate thickness variation h, tension change T b , rolling load variation P and the like, and control input variables include control means of roll gap and roll speed. The disturbances include plate thickness variations and roll eccentricities of rolled materials.

한편 피드백 제어기인 AGC시스템(9)은 출력변수(혹은 출력의 목표치와 실제값의 편차)에 비례한 값을 구하여 피드백 제어입력으로 사용한다. 따라서, AGC시스템(9)의 피드백 제어게인을 G라 표기하면, 피드백 제거입력 U는 다음과 같이 될 것이다.On the other hand, the AGC system 9, which is a feedback controller, obtains a value proportional to an output variable (or a deviation between the target value and the actual value of the output) and uses it as a feedback control input. Therefore, if the feedback control gain of the AGC system 9 is denoted by G, the feedback cancellation input U will be as follows.

U(t) = -Gχp(t) (3)U (t) = -Gχ p (t) (3)

G를 구하는 방법에 있어서, 종래의 AGC는 압연현상을 SISO시스템으로 간주하고 롤갭과 롤속도 중 하나만을 이용하여 개별 스탠드의 판두께를 제어하였으나, 실제의 압연현상은 MIMO시스템이므로 롤갭과 압엽 속도를 동시에 미세조정할 수 있는 제어게인 G를 구해야만 한다.In the method of obtaining G, the conventional AGC regards the rolling phenomenon as the SISO system and controls the plate thickness of each stand by using only one of the roll gap and the roll speed. However, since the actual rolling phenomenon is a MIMO system, the roll gap and the rolling speed are reduced. At the same time, a control gain G that can be finely adjusted must be obtained.

MIMO시스템의 제어기중 가장 널리 알려진 방법으로 엘큐제어기가 있다. 엘큐제어기는 변분학(calculus of variations)의 최소원리를 응용한 제어기법의 하나로써, 플랜트의 물리적 상태를 수학적으로 표현한 상태방정식(1)을 구속조건으로 하고 가격함수(cost function)라 불리는 특성함수를 최소화할 수 있는 제어량 U를 얻는 최적제어기법이다.One of the most widely known controllers of the MIMO system is the Elcu controller. Elcu controller is a control method that applies the minimum principle of the calculus of variations. It is a characteristic function called cost function with the conditional equation (1) that mathematically expresses the physical state of the plant. It is an optimal control technique to obtain the control amount U that can minimize.

특히 루프형성 엘큐제어기는 엘큐제어기의 진보된 형태로써, 피드백 제어게인 G를 구할 때 필요한 상태가 중행렬(weighting matrices) Q와 제어가중행렬 R을 표준엘큐제어방식 보다 훨씬 조직적으로 구하는 다변수 제어기법이다. 엘큐제어기는 항상 공칭 안정도가 보장되는 장점을 갖고 있으며, 또한 Q, R을 결정하는 방법에 따라 제어시스템의 성능이 좌우되는 특징을 갖고 있다.In particular, the loop-forming Elcu controller is an advanced form of the Elcu controller. The multivariable control method is used to obtain the weighting matrices Q and the control weighted matrix R much more systematically than the standard Elcu control scheme. to be. Elcu controller has the advantage of always guaranteeing the nominal stability, and also has the feature that the performance of the control system depends on the method of determining the Q, R.

아하에 Q, R의 선정에 있어서 일반화된 루프형성기법을 사용한 엘큐제어기에 대하여 간략하게 설명한다.In the following, an Elcu controller using the loop forming technique generalized in selecting Q and R will be briefly described.

일반적으로 루프형성 엘큐제어기에는, 명령 추종성능과 외란에 대한 정상상태오차를 줄이고 루프형성에 필요한 여유자유도를 얻기위해 제2도 (a)와 같이 기존의 제어계(제1도 (b))에 적분요소(11)를 추가한다. 따라서, 적분요소(11)가 포함된 제어계의 피드백 제어게인 G와 제어입력 U는 다음과 같이 될 것이다.In general, the loop forming Elcu controller is integrated with the existing control system (FIG. 1 (b)) as shown in FIG. 2 (a) to reduce the steady-state error for command follow- ing performance and disturbance and to obtain the necessary degree of freedom for forming the loop. Add element 11. Therefore, the feedback control gain G and the control input U of the control system including the integral element 11 will be as follows.

G = [GzGyGr] (4)G = [G z G y G r ] (4)

U(t) = -GzZ(t) - Gyy(t) - Grχr(t) (5)U (t) = -G z Z (t)-G y y (t)-G r χ r (t) (5)

적분요소를 추가함에 따라 상태방정식(1)의 상태변수 및 계수행렬들은 다음과 같이 달라지게 된다.As we add the integral element, the state variables and coefficient matrices of state equation (1) are changed as follows.

위식에서 점차 p는 앞서와 마찬가지로 적분요소(11)가 포함되지 않는 기존의 제어계를 의미하고, Z는 적분요소의 상태변수를 나타낸다.In the above formula, gradually p denotes an existing control system in which the integral element 11 is not included, and Z denotes a state variable of the integral element.

한편 앞서 설명한 루프형성 엘큐제어기의 가격함수 J는 상태방정식(1)을 구속조건으로 하여 다음과 같이 정의된다.On the other hand, the price function J of the loop forming ElQ controller described above is defined as follows using the state equation (1) as a constraint.

윗식에서 Q, R은 엘큐제어기의 설계 파라미터로써, 상태방정식의 계수행렬 A, B, C로부터 계산되는 행렬 N과 미지수 n, ρ를 적절히 선정함에 따라 최적제어에 필요한 제어게인 G를 구할 수 있게 된다. 그리고 미지수 n과 ρ는 주파수 특성분석법으로 쉽게 결정할 수 있다.In the above equation, Q and R are the design parameters of the Elcu controller, and by appropriately selecting the matrix N calculated from the coefficient matrices A, B and C of the state equation and the unknown values n and ρ, the control gain G necessary for optimal control can be obtained. . The unknowns n and ρ can be easily determined by frequency characterization.

다변수 시스템의 주파수역 성능을 조사하는 방법인 주파수 특성 분석법은 보드(Bode)선도를 이용하여 전달함수의 최대 특이값과 최소 특이값의 특성을 분석하는 방법이고, 전달함수(transfer function)는 제어기의 입력과 출력의 관계를 나타내는 동특성 함수이다.Frequency characteristic analysis, which is a method to investigate the frequency-domain performance of multivariable systems, is a method of analyzing the characteristics of the maximum and minimum singular values of the transfer function using a board diagram, and the transfer function is a controller. Dynamic function representing the input and output of a.

본 발명에 의한 루프형성 엘큐제어기는 제2도 (b)와 같다.The loop forming Elcu controller according to the present invention is shown in FIG.

여기서는 제어입력변수 Bp측 합산기(S2)와 입력측 합산기(S1) 사이에는 피드백 제어게인 Gy(13)와, 이것과 병렬구성의 적분기(11) 및 이 적분기(11)에 직결된 피드백 제어게인 Gz(14)를 구비시킨 전달함수로 이뤄져 있다. 또, 이때의 전달함수는 다음의 식으로 표현될 수 있다.Here, the feedback control gain G y (13) is connected between the control input variable B p side summer (S 2 ) and the input side summer (S 1 ), which is directly connected to the integrator 11 and the integrator 11 in parallel. It consists of a transfer function equipped with a feedback control gain G z 14. In addition, the transfer function at this time can be expressed by the following equation.

즉, GLQ(S) = G ( SI - A )-1B (10)That is, G LQ (S) = G (SI-A) -1 B (10)

여기서 S는 라플라스 연산자이고, A, B는 상태방정식의 변수간 관계를 나타내는 상수행렬이며, I는 단위행렬(unit matrix)이다. 또, 행렬의 특이값은 σ[·]로 표시하고 행렬의 성질로부터 전달함수(10)의 특이값은 다음 식으로부터 구할 수 있다.Where S is the Laplace operator, A and B are constant matrices representing the relationships between variables in the state equation, and I is the unit matrix. The singular value of the matrix is expressed by σ [·], and the singular value of the transfer function 10 can be obtained from the following equation from the property of the matrix.

윗식에서 λ는 전달함수 행렬 GLQ의 고유값(eigenvalue)이고, GLQ H는 복소공액 전치행렬이다. 전달함수 행렬 GLQ가 랭크(rank) k인 (nxm)행렬이라면 k개의 특성치를 얻을 수 있고, 이들중에서 최대치인 σmax[GLQ]와 최소치인 σmin[GLQ]만을 주파수를 변화시켜 가면서 구해보면, 제3도와 같은 특이값 Bode 선도를 얻을 수 있다.Where λ is the eigenvalue of the transfer function matrix G LQ , and G LQ H is the complex conjugate transpose matrix. If the propagation matrix G LQ is an (nxm) matrix with rank k, then k characteristic values can be obtained, and only the maximum value σ max [G LQ ] and the minimum value σ min [G LQ ] are changed by changing the frequency. In this case, a singular value Bode plot can be obtained as shown in FIG.

일반적으로 제3도에서 볼 수 있는 바와같이 저주파역과 고주파역에서 최대 특이값인 σmax[GLQ]와 최소특이값인 σmin[GLQ]가 일치할수록 만족한 제어성능을 얻을 수 있다. 또한 제어대상의 동작점 특성을 나타내는 교차주파수(특성치가 "0"이 되는 주파수)를 크게 하면 응답성을 높일 수 있다. 그러나 교차주파수를 높일 경우 대단히 큰 제어입력이 필요하므로 신중을 기해야 한다.In general, as shown in FIG. 3, satisfactory control performance can be obtained as the maximum singular value σ max [G LQ ] and the minimum specific value σ min [G LQ ] coincide in the low and high frequency bands . In addition, responsiveness can be improved by increasing the crossover frequency (frequency at which the characteristic value becomes " 0 ") representing the operating point characteristic of the control target. However, increasing the crossover frequency requires very large control inputs, so care must be taken.

저주파역과 고주파역에서의 특이값 일치는 식(9)의 미지수 n의 결정에 따라 달라지며, 교차주파수의 크기는 ρ의 크기에 따라 결정된다. 따라서, 미지수 n과 ρ를 적절히 선정함으로써 설계사양 범위내에서 제어성능과 응답성을 확보할 수 있는 루프형성 엘큐제어기의 최적제어가 가능함을 알 수 있다.The matching of singular values in the low and high frequencies depends on the determination of the unknown n in Eq. (9), and the magnitude of the crossover frequency is determined by the size of ρ. Therefore, it can be seen that by appropriately selecting the unknowns n and ρ, it is possible to optimally control the loop forming elcu controller that can secure control performance and responsiveness within the design specification range.

본 발명에서는 5개의 스탠드로 구성된 연속냉간 압연기에서 필요로 하는 두께 제어계의 기본적인 설계 사양인 다음의 표 1의 조건을 만족할 수 있는 루프형성 엘큐제어기의 가중행렬 선정 파라미터로 다음과 같은 값을 얻었다.In the present invention, the following values were obtained as the weighting matrix selection parameter of the loop forming Elcu controller which can satisfy the conditions of the following Table 1, which is the basic design specification of the thickness control system required in the continuous cold rolling mill consisting of five stands.

[표 1]TABLE 1

위의 n과 ρ는 여러 가지 압연조건에 따라 약간씩 달라지지만 상기 표 1의 설계사양을 만족시킬 수 있는 값의 범위이다.The n and ρ is slightly different depending on the various rolling conditions, but is a range of values that can satisfy the design specifications of Table 1.

가중행렬 N과 R이 결정되면 (7)식으로부터 J를 최소화 할 수 있는 피드백 제어게인 G를 구하여 식(3)에 대입하면 최적제어입력 U는 결정된다. 따라서 루프형성 엘큐제어계의 제어게인 행렬인 G는 다음과 같이 결정된다.Once the weighting matrices N and R are determined, the optimal control input U is determined by obtaining feedback control gain G that minimizes J from equation (7) and substituting it into equation (3). Therefore, G, the control gain matrix of the loop forming Elcu control system, is determined as follows.

G = R-1BTK (13)G = R -1 B T K (13)

윗식에서 K는 식(7)의 가격함수를 최소화하는 방법인, 다음의 제어대수 리카티(Riccati)식을 풀면 얻을 수 있는 상수행렬이다.In the above equation, K is a constant matrix that can be obtained by solving the following control logarithmic Riccati, a method of minimizing the price function in equation (7).

ATK + KA + Q - KBR-1BTK = 0 (14)A T K + KA + Q-KBR -1 B T K = 0 (14)

결국, 루프형성 엘큐제어를 이용한 냉간압연의 두께제어는 식(7)의 가격함수 J에 포함된 가중행렬 Q, R을 얼마나 적절하게 선정하느냐에 따라서 피드백 제어량의 최적화가 결정되는 문제로 귀결되는 것이다.As a result, the thickness control of the cold rolling using the loop forming Elcu control results in a problem that the optimization of the feedback control amount is determined depending on how appropriately the weighting matrixes Q and R included in the price function J of equation (7) are selected.

한편 수학적으로 모델링된 연속냉간 압연시스템은 항상 모델링 오차를 포함하고 있다. 만약 제어기의 설계시 모델링 오차를 고려하지 않는다면, 실기에 적용된 실제의 시스템에서는 성능뿐만 아니라 안정성이 만족스럽지 않게 될 것이다. 따라서, 제어기의 실기 적용전에 반드시 설계된 제어기의 모델링 오차에 대한 안정도 및 강인성을 시험해야만 한다.Meanwhile, mathematically modeled continuous cold rolling systems always contain modeling errors. If modeling errors are not taken into account in the design of the controller, stability as well as performance will not be satisfactory in practical systems. Therefore, stability and robustness against the modeling error of the designed controller must be tested before the practical application of the controller.

제4도 (a)는 모델링 오차를 포함한 본 발명의 루프형성 엘큐제어시스템을 나타내고 있다. 점선으로 표시된 (a)부분이 초기에 설계된 엘큐제어시스템을 의미하고, (b)부분은 모델링 오차를 고려한 실제의 제어 시스템을 나타낸다. 그리고, 제어기의 모델링 오차를 E라 표시한다. 설계된 제어기가 안정도와 강인성을 갖기 위해서는 다음의 조건을 만족해야 한다.FIG. 4 (a) shows the loop forming Elcu control system of the present invention including the modeling error. Part (a) indicated by a dotted line means an initially designed Elcu control system, and part (b) represents an actual control system in consideration of modeling errors. The modeling error of the controller is denoted by E. The designed controller must meet the following conditions for stability and robustness.

σmax[C1(S)] < σ-1 max[E1(S)] (15)σ max [C 1 (S)] <σ -1 max [E 1 (S)] (15)

즉, 제4도 (a)에 표시된 ①점, 즉 플랜트 입력측에서 절단한 폐루프 전달함수 행렬인 C1(S)의 최대 특성치 σmax[C1(S)]가 모델링 오차의 최대특성치의 역수인 σ-1 max[E1(S)]보다 작아야 한다. 여기서 제4도 (a)의 ①점에서 절단한 개루프 전달함수 행렬 T(S)와 폐루프 전달함수 행렬 C1(S)는 각각 다음과 같다.That is, ① shown in Figure 4 (a) point, that is, a closed loop transfer function matrix of C 1 (S) up characteristic value σ max [C 1 (S) ] is the inverse of the maximum characteristic values of the modeling error of the cut in the plant input side Σ −1 max [E 1 (S)]. Here, the open loop transfer function matrix T (S) and the closed loop transfer function matrix C 1 (S) cut at the point ① in FIG. 4 (a) are as follows.

T1(S) = GΦ(S)B (16)T 1 (S) = GΦ (S) B (16)

C1(S) = T1(S) (I-T1(S))-1(17)C 1 (S) = T 1 (S) (IT 1 (S)) -1 (17)

위식에서 Φ(S)는 플랜트의 특성으로써 Φ(S) = ( SI - A )으로 표현된다. 식(15)의 안정도-강인성 검증 조건을 Bode 선도로 나타내보면 제4도 (b)와 같다. 즉, 설계된 제어기의 개루프 전달함수 행렬 T(S)의 대역폭 Wb는 모델링 오차에 의해 다음과 같은 조건을 만족해야 한다.In the above formula, Φ (S) is the characteristic of the plant and is expressed as Φ (S) = (SI-A). The stability-toughness verification condition of Equation (15) is shown in FIG. 4 (b). That is, the bandwidth W b of the open-loop transfer function matrix T (S) of the designed controller must satisfy the following conditions by modeling error.

Wb< Wm(18)W b <W m (18)

여기서, Wm은 설계시 감안된 모델링 오차에 의해 제한되는 대역폭을 나타내는 것으로서 σ-1 max[E1(S)]이 0dB일 때의 주파수를 의미한다.Here, W m represents a bandwidth limited by the modeling error considered in design and means a frequency when σ −1 max [E 1 (S)] is 0 dB.

식(8)로부터 선정된 Q, R을 사용한 제어계에 대해, 식(15)의 방법으로 안정도-강인성이 만족됨을 확인하게 되면 주어진 설계사양을 만족하는 엘큐제어기가 완성되는 것이다.For the control system using Q and R selected from Equation (8), when it is confirmed that the stability-toughness is satisfied by the method of Equation (15), the Elcu controller that satisfies the given design specification is completed.

[실시예]EXAMPLE

다음은 지금까지 설명한 루프형성 엘큐분산제어기의 판두께 제어 효과를 확인하기 위해 실시된 컴퓨터 시뮬레이션 결과이다. 컴퓨터 시뮬레이션은 실제의 냉간압연중에 일어나는 여러 가지 압연현상을 컴퓨터로 계산하고 해석하는 방법으로써, 실험을 위한 생산라인의 정지, 비정상적인 실험조건 설정에 따른 설비사고의 우려 등 까다로운 실기실험을 대신하는 묘사 실험방법으로 시간과 경비의 절약할 수 있는 좋은 대체 실험방법이다.The following is a computer simulation result to confirm the plate thickness control effect of the loop forming Elcu dispersion controller described so far. Computer simulation is a computerized calculation and analysis of various rolling phenomena during actual cold rolling, and it is a descriptive experiment that replaces demanding practical experiments such as stopping the production line for the experiment and fear of equipment accidents due to abnormal experimental conditions. This is a good alternative to save time and money.

냉간압연중 판두께 편차발생의 가장 큰 요인은 압연될 소재의 판두께 편차, 즉 열간압연된 스트랩내에 존재하는 판두께 편차이다. 일반적으로 압연소재의 길이방향 판두께 편차는 일정크기를 갖고 주기적으로 변화되고 있는데, 본 발명에서는 이를 다음과 같은 정현파 함수로 수식화하고 외란으로 사용하여 컴퓨터 시뮬레이션해 보았다.The biggest factor in the occurrence of plate thickness deviation during cold rolling is the plate thickness deviation of the material to be rolled, that is, the plate thickness deviation existing in the hot rolled strap. In general, the longitudinal plate thickness variation of the rolled material is periodically changed with a certain size, in the present invention was formulated by the following sine wave function and used as a disturbance computer simulation.

H1(t) = 30sin2πt (19) H 1 (t) = 30sin2πt (19)

식(19)의H1은 진폭, 즉 두께편차가 ±30㎛이고 주파수가 1㎐인 두께편차 외란을 의미하며, 편의상 한 주기(cycle)의 외란만 작용하는 것으로 하여 시뮬레이션 하였다. 그리고 여러 가지 두께제어 방식에 대해 식(19)의 외란이 작용될 때의 압연현상인 최종 스탠드 출측 판두께 편차h5와 후방장력의 변화량Tb5를 비교함으로써 제어성능을 평가해 보았다.Of equation (19) H 1 means an amplitude, that is, a thickness deviation disturbance having a thickness deviation of ± 30 μm and a frequency of 1 kHz. For convenience, only one cycle of disturbance is simulated. And the thickness of the final stand exit plate thickness, which is the rolling phenomenon when the disturbance of equation (19) is applied to various thickness control methods change in h 5 and rear tension The control performance was evaluated by comparing T b5 .

비교대상은 기존의 분산제어 시스템인 피아이 제어기와 표준 엘큐제어기 그리고 본 발명의 루프형성 엘큐제어기이다. 제5도의 (a)는 종래로부터 사용되오던 피아이 제어기를 사용한 두께제어 결과를 보여주는 것으로서, 당초 ±30㎛의 두께편차는 제어후 약 ±2㎛정도로 상당히 줄어들었지만, 후방장력은 목표치로부터 크게 벗어나는 불안정한 제어특성을 보여주고 있다.The objects to be compared are the PI controller, which is a conventional distributed control system, a standard Elcu controller and a loop forming Elcu controller of the present invention. FIG. 5 (a) shows the thickness control results using the conventional PI controller. Although the thickness deviation of ± 30 µm initially decreased considerably to about ± 2 µm after the control, the rear tension is unstable to deviate significantly from the target value. Control characteristics are shown.

제5도 (b)는 표준 엘큐제어기를 사용한 두께제어 결과로써, 두께와 장력에서 모두 피아이 제어보다는 훨씬 좋은 제어성능을 보이지만 여전히 두께 제어에서의 불안정 특성을 남기고 있음을 알 수 있다. 또한 표준 엘큐제어게인 G의 결정에 있어서 시행착오적인 방법을 써야 한다는 불편함을 갖고 있다.FIG. 5 (b) shows a thickness control result using a standard elcu controller, which shows much better control performance than the eye control in both thickness and tension, but still leaves unstable characteristics in the thickness control. In addition, it is inconvenient to use a trial-and-error method in determining the standard Elcu control gain G.

이와는 달리 본 발명에서 제안된 루프형성 엘큐제어기는 제5도의 (c)에서 볼 수 있는 바와같이 판두께 제어 및 장력 제어에서 다른 모든 제어방식 보다 우수한 제어특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 또한 제어게인의 선정에 있어서도 조직적인 방법을 사용하게 되므로 시간을 절약할 수 있고 안정도와 강인성을 충분히 확보할 수 있는 장점을 갖고 있다.On the contrary, it can be seen that the loop forming elcu controller proposed in the present invention exhibits superior control characteristics than all other control methods in plate thickness control and tension control as shown in (c) of FIG. 5. In addition, since the method of organization is used in selecting the control gain, it has the advantage of saving time and ensuring sufficient stability and robustness.

Claims (4)

연속 냉간압연기에서 냉연강판의 두께를 제어하는 방법에 있어서, 롤갭과 롤속도를 동시에 사용하는 다변수 제어방법으로 판두께를 제어하도록 처리제어하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 두께 제어방법.A method for controlling the thickness of a cold rolled steel sheet in a continuous cold rolling mill, wherein the process control is performed to control the sheet thickness by a multivariate control method using a roll gap and a roll speed at the same time. 제1항에 있어서, 상기 다변수 방법은 수학적 모델의 불확실성에 기인한 안정도-강인성 저하를 최소화 할 수 있도록 루프형성 엘큐제어기법을 사용한 것을 특징으로 하는 냉연강판 두께 제어방법.The method of claim 1, wherein the multivariate method uses a loop forming elcuum control technique to minimize a decrease in stability-toughness due to an uncertainty of a mathematical model. 제2항에 있어서, 상기 루프형성 엘큐제어기의 설계 파라미터로 사용되는 가중핼렬 Q과 R을 선정할 때 모델링 오차에 대한 안정도와 강인성을 확보할 수 있도록 미지수 n과 p를 사용한 것을 특징으로 하는 냉연강판 두께 제어방법.The cold rolled steel sheet according to claim 2, wherein an unknown number n and p are used to ensure stability and robustness against modeling error when selecting weighted columns Q and R used as design parameters of the loop forming Elcu controller. Thickness control method. 제3항에 있어서, 가중행렬 Q와 R을 선정할 때, 그 미지수 n과 p의 범위는 각기 n = 0.6 ∼ 1, p = 0.0002 ∼ 0.0004로 한정하여 제어하는 방법을 특징으로 하는 냉연강판 두께 제어방법.4. The thickness control of the cold rolled steel sheet according to claim 3, wherein when the weighting matrices Q and R are selected, the unknown n and p ranges are limited to n = 0.6 to 1 and p = 0.0002 to 0.0004, respectively. Way.
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