TWI604900B

TWI604900B - 軋延設備之控制系統

Info

Publication number: TWI604900B
Application number: TW104113205A
Authority: TW
Inventors: 鈴木敦
Original assignee: 東芝三菱電機產業系統股份有限公司
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2017-11-11
Also published as: CN105290118B; TW201600189A; CN105290118A; JP2016000408A; KR20150142589A; JP6183299B2; KR101682297B1

Description

軋延設備之控制系統

本發明係關於軋壓設備之控制系統。

例如，在專利文獻1提案有一種不干涉軋壓材料的厚度與形狀而進行控制之軋壓設備之控制系統。根據該控制系統，可適當地控制軋壓材料的厚度及形狀。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2011-147957號公報

然而，在專利文獻1之記載中，並無法不干涉軋壓材料的速度及張力而進行控制。因此，並無法穩定地搬運軋壓材料。

本發明係為了解決上述課題所研創者。本發明之目的在於提供一種能夠不干涉軋壓材料的速度及張力而進行控制之軋壓設備之控制系統。

本發明之軋壓設備之控制系統係包括：速度測量部，係測量在軋壓機的輥與其他的輥之間行進之軋壓材料的速度；張力測量部，係測量在前述軋壓機的輥與前述其他的輥之間行進之軋壓材料的張力；行進成分算出部，係依據前述軋壓材料的速度之指令值與前述速度測量部所測量出之前述軋壓材料的速度之偏差，而算出與前述軋壓材料的行進成分對應之值；拉伸成分算出部，係依據前述軋壓材料的張力之指令值與前述張力測量部所測量之前述軋壓材料的張力之偏差，而算出對應於與前述軋壓材料的行進成分正交之張力成分之值；後方混合控制器，係依據在與前述軋壓材料的行進成分對應之值加上與拉伸成分對應之值所得之值，而算出驅動前述軋壓機的輥及前述其他的輥中靠後方側之後方輥之後方輥馬達的轉矩基準值；以及前方混合控制器，係依據從與前述軋壓材料的行進成分對應之值減去與拉伸成分對應之值所得之值，而算出驅動前述軋壓機的輥及前述其他的輥中靠前方側之前方輥之前方輥馬達的轉矩基準值。

依據本發明，轉矩基準值係依據與軋壓材料的行進成分對應之值及與拉伸成分對應之值而算出。因此，可互相獨立地設計軋壓材料的速度及張力之回應性。結果，可不干涉軋壓材料的速度及張力而進行控制。

1‧‧‧軋壓材料

2‧‧‧捲繞筒

3‧‧‧捲繞筒馬達

4‧‧‧捲繞筒驅動裝置

5‧‧‧捲回筒

6‧‧‧捲回筒馬達

7‧‧‧捲回筒馬達驅動裝置

8‧‧‧軋壓機

9、38‧‧‧軋壓輥

10‧‧‧壓下裝置

11‧‧‧軋壓馬達

12‧‧‧軋壓機驅動裝置

13‧‧‧進入側張力計

14‧‧‧進入側進給輥

15‧‧‧進入側旋轉速度感測器

16‧‧‧進入側板速度計

17‧‧‧進入側板厚計

18‧‧‧送出側張力計

19‧‧‧送出側進給輥

20‧‧‧送出側旋轉速度感測器

21‧‧‧送出側板速度計

22‧‧‧送出側板厚計

23、50‧‧‧控制器

24、51‧‧‧後方混合控制器

24a、25a‧‧‧速度用PI控制器

24b、25b‧‧‧張力用PI控制器

24c、25c、51c、52c‧‧‧電流控制器

25、52‧‧‧前方混合控制器

26、51a、52a、53‧‧‧速度用PI控制器

27、51b、52b、54‧‧‧張力用PI控制器

28、29、30、31、55、56、57、58‧‧‧外擾觀測器

32、33、34、35、59、60、61、62‧‧‧SFC

36‧‧‧冷串聯軋壓機

37‧‧‧第1台

39‧‧‧下壓裝置

40‧‧‧軋壓馬達

41‧‧‧軋壓機驅動裝置

42‧‧‧進給輥

43‧‧‧控制輥

44‧‧‧控制輥馬達

45‧‧‧控制輥驅動裝置

46‧‧‧進入側板速度計

47‧‧‧進入側張力計

48‧‧‧進入側板厚計

49‧‧‧送出側板厚計

第1圖係利用本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統之軋壓設備的構成圖。

第2圖係用以說明本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統之捲繞筒馬達的轉矩控制及軋壓馬達的轉矩控制之圖。

第3圖係用以說明本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統的後方混合控制器之方塊線圖。

第4圖係用以說明本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統的前方混合控制器之方塊線圖。

第5圖係用以說明本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。

第6圖係用以說明本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

第7圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之捲繞筒馬達之方塊線圖。

第8圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之軋壓馬達之方塊線圖。

第9圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。

第10圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

第11圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制及張力控制之圖。

第12圖係用以說明本發明實施形態3之軋壓設備之控制系統之捲繞筒馬達之方塊線圖。

第13圖係用以說明本發明實施形態3之軋壓設備之控制系統之軋壓馬達之方塊線圖。

第14圖係用以說明本發明實施形態3之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。

第15圖係用以說明本發明實施形態3之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

第16圖係利用本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之軋壓設備的構成圖。

第17圖係用以說明本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之軋壓馬達的轉矩控制與控制輥馬達(bridle roll motor)的轉矩控制之圖。

第18圖係用以說明本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之後方混合控制器之方塊線圖。

第19圖係用以說明本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之前方混合控制器之方塊線圖。

第20圖係用以說明本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。

第21圖係用以說明本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

第22圖係用以說明本發明實施形態5之軋壓設備之控制系統之軋壓馬達之方塊線圖。

第23圖係用以說明本發明實施形態5之軋壓設備之控制系統之控制輥馬達之方塊線圖。

第24圖係用以說明本發明實施形態5之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。

第25圖係用以說明本發明實施形態5之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

第26圖係用以說明本發明實施形態6之軋壓設備之軋壓馬達之方塊線圖。

第27圖係用以說明本發明實施形態6之軋壓設備之控制系統之控制輥馬達之方塊線圖。

第28圖係用以說明本發明實施形態6之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。

第29圖係用以說明本發明實施形態6之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

依照隨附圖式針對本發明之實施形態進行說明。另外，在各圖中對於相同或是相當之部分賦予相同符號。該部分之重複說明係適當簡化或省略。

實施形態1

於第1圖之冷可逆軋壓系統中，「上游」、「下游」、「前方」、「後方」、「進入側」、「送出側」係由圖示之位置關係所定義。軋壓材料1的行進方向的後方側設有捲繞筒2。捲繞筒2的中心係裝設有捲繞筒馬達3的輸出軸。於捲繞筒馬達3係連接有捲繞筒驅動裝置4。

軋壓材料1的行進方向的前方側係設有捲回筒5。捲回筒5的中心係裝設有捲回筒馬達6。於捲回筒馬達6係連接有捲回筒馬達驅動裝置7。

捲繞筒2與捲回筒5之間係設有軋壓機8。軋壓機8具備軋壓輥9。於軋壓機8的上方係設有壓下裝置10。軋壓輥9的中心係裝設有軋壓馬達11的輸出軸。於壓下裝置10與軋壓馬達11係裝設有軋壓機驅動裝置12。

於捲回筒5與軋壓機8之間係設有進入側張力計13。進入側張力計13係作為張力測量部而發揮功能。於進入側張力計13係設有進入側進給輥14。於進入側進給輥14係連接有進入側旋轉速度感測器15。於進入側張力計13與軋壓機8之間係設有進入側板速度計16。進入側板速度計16係作為速度測量部而發揮功能。於進入側板速度計16與軋壓機8之間係設有進入側板厚計17。

於軋壓機8與捲繞筒2之間係設有送出側張力計18。送出側張力計18係作為張力測量部而發揮功能。於送出側張力機18係設有送出側進給輥19。於送出側進給輥19係連接有送出側旋轉速度感測器20。於軋壓機8與送出側張力計18之間係設有送出側板速度計21。送出側板速度計21係作為速度測量部而發揮功能。於軋壓機8與送出側板速度計21之間係設有送出側板厚計22。

控制器23係與送入側張力計13、送入側旋轉速度感測器15、送入側板速度計16、送入側板厚計17、送出側張力計18、送出側旋轉速度感測器20、送出側板速度計21及送出側板厚計22連接。控制器23係具備後方混合控制器24及前方混合控制器25。控制器23係與捲繞筒驅動裝置4、回筒馬達驅動裝置7及軋壓機驅動裝置12連接。

於軋壓機8的進入側，進入側張力機13係測量軋壓材料1的張力。進入側張力計13係輸出軋壓材料1的張力的回應值T_in ^res(MPa)。進入側旋轉速度感測器15係測量進入側進給輥14的旋轉速度。進入側旋轉速度感測器15係輸出進入側進給輥14的旋轉速度的回應值n_in ^res(rps)。進入側板速度計16係測量軋壓材料1的速度。進入側板速度計16係輸出軋壓材料1的速度的回應值v_in ^res(mm/s)。進入側板厚計17係測量軋壓材料1的板厚。進入側板厚計17係輸出軋壓材料1的板厚的回應值t_in ^res(mm)。

於軋壓機8的送出側，送出側張力計18係測量軋壓材料1的張力。送出側張力計18輸出軋壓材料1的張力的回應值T_out ^res(MPa)。進入側旋轉速度感測器15係測量送出側進給輥19的旋轉速度。進入側旋轉速度感測器15輸出送出側進給輥19的旋轉速度的回應值n_out ^res(rps)。送出側板速度計21係測量軋壓材料1的速度。送出側板速度計21輸出軋壓材料1的速度的回應值v_out ^res(mm/s)。送出側板厚計22係測量軋壓材料1的板厚。送出側板厚計22輸出軋壓材料1的板厚的回應值t_out ^res(mm)。

於控制器23，捲繞筒2係被設定成後方輥。捲繞筒馬達3係被設定成後方輥馬達。軋壓輥9係被設定成前方輥。軋壓馬達11係被設定成前方輥馬達。

控制器23係依據回應值T_in ^res、回應值n_in ^res、回應值v_in ^res、回應值t_in ^res、回應值T_out ^res、回應值n_out ^res、回應值v_out ^res、回應值t_out ^res來控制軋壓材料1的厚度。此時，後方混合控制器24係算出捲繞筒馬達3的轉矩基準值τ_TR ^ref(N/m)。前方混合控制器25係算出軋壓馬達11的轉矩基準值τ_Mill ^ref(N/m)。

捲繞筒驅動裝置4係依據轉矩基準值τ_TR ^ref而控制捲繞筒馬達3。捲繞筒馬達3係依據捲繞筒驅動裝置4之控制而驅動捲繞筒2。軋壓機驅動裝置12係依據轉矩基準值τ_Mill ^ref而控制軋壓馬達11。軋壓馬達11係依據軋壓機驅動裝置12之控制而驅動軋壓輥9。

接著，使用第2圖說明捲繞筒馬達3的轉矩控制及軋壓馬達11的轉矩控制。

第2圖係用以說明本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統之捲繞筒馬達之轉矩控制及軋壓馬達之轉矩控制之圖。

如第2圖所示，控制器23係於捲繞筒2的周速度v_TR(mm/s)及軋壓輥9的周速度v_Mill(mm/s)之和分量(1，1)及差分量(1，-1)之二變量進行回饋控制。

周速度的和分量(1，1)及差分量(1，-1)可用捲繞筒2的半徑R_TR(mm)、捲繞筒馬達3的角速度ω_TR(rad/s)、軋壓輥9的半徑R_Mill(mm)、軋壓馬達11的角速度ω_TR(rad/s)而以下述之(1)式表示。

此時，捲繞筒2的半徑R_TR係亦考量被捲繞於捲繞筒2之軋壓材料1的量。

將顯示周速度的和分量(1，1)之向量空間定義成「軋壓材料1的行進方向之座標空間」。將顯示周速度的差分量(1，-1)之向量空間定義成「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」。

控制器23係於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」決定軋壓材料1的速度。控制器23係依據「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」決定軋壓材料1的張力。此時，周速度的和分量(1，1)與差分量(1，-1)為正交之向量。因此，軋壓材料1的速度及張力係獨立地決定。

捲繞筒馬達3的角速度ω_TR(rad/s)及軋壓馬達11的角速度ω_Mill(rad/s)係藉由將(1)式變形而以下述之(2)式表示。

「軋壓材料1的行進方向之座標空間」之周加速度基準值(d/dt)(v_TR+v_Mill)^ref(mm/s²)及「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」之周加速度基準值(d/dt)(v_TR-v_Mill)^ref(mm/s²)可以下述之(3)式表示。

其中，C_V係由速度控制用PI控制器所設定。C_T係由張力控制用PI控制器所設定。v_out ^cmd(mm/s)係軋壓材料1的速度之指令值。T_out ^cmd(MPa)係軋壓材料1的張力之指令值。

捲繞筒馬達3的角加速度之基準值(d/dt)ω_TR(rad/s²)及軋壓馬達11的角速度ω_Mill(rad/s²)可用(2)式及(3)式以下述(4)式來表示。

後方混合控制器24係藉由於(4)式之兩邊的第1行乘上捲繞筒2側之慣性力矩J_TR(kg．m²)而算出捲繞筒馬達3的轉矩基準值τ_TR ^ref。前方混合控制器25係於(4)式之兩邊的第2行乘上軋壓輥9側之慣性力矩J_Mill(kg．m²) 而算出軋壓馬達11的轉矩基準值τ_Mill ^ref。轉矩基準值τ_TR ^ref及轉矩基準值τ_Mill ^ref係可由下述(5)式表示。

接著，使用第3圖說明後方混合控制器24。

如第3圖所示，於速度用PI控制器24a係輸入有軋壓材料1的速度之指令值v_out ^cmd與回應值v_out ^res之偏差。速度用PI控制器24a係作為行進成分算出部而依據該偏差算出對應於軋壓材料1的行進成分之值。

於張力用PI控制器24b係輸入有軋壓材料1的張力之指令值T_out ^cmd與回應值T_out ^res之偏差。張力用PI控制器24b係作為拉伸成分算出部而依據該偏差算出對應於軋壓材料1的拉伸成分之值。

後方混合控制器24係依據於速度用PI控制器24a的輸出值加上張力用PI控制器24b的輸出值而得到之值，算出捲繞筒馬達3的轉矩基準值τ_TR ^ref。轉矩基準值τ_TR ^ref係可以下述(6)式表示。

[數6]

其中，慣性力矩J_TR亦考量捲繞於捲繞筒2之軋壓材料1的量。

轉矩基準值τ_TR ^ref係被輸入至電流控制器24c。電流控制器24c係依據轉矩基準值τ_TR ^ref算出轉矩電流值I_q(A)。依據轉矩電流值I_q決定捲繞筒馬達3的d軸磁通(Wb)。依據該d軸磁通與慣性力矩J_TR，決定捲繞筒馬達3的角速度的回應值ω_f ^res(rad/s)。依據角速度的回應值ω_f ^res與捲繞筒2的半徑R_TR，決定捲繞筒2的周速度v_TR ^res。此時，捲繞筒2的周速度v_TR ^res不會被回饋。

接著，使用第4圖，說明前方混合控制器25。

如第4圖所示，於速度用PI控制器25a係輸入有軋壓材料1的速度之指令值v_out ^cmd與回應值v_out ^res之偏差。速度用PI控制器25a係作為行進成分算出部而依據該偏差算出對應於軋壓材料1的行進成分之值。

於張力用PI控制器25b係輸入有軋壓材料1的張力之指令值T_out ^cmd與回應值T_out ^res之偏差。張力用PI控制器25b係作為拉伸成分算出部而依據該偏差算出對應於軋壓材料1的拉伸成分之值。

前方混合控制器25係依據從速度用PI控制器25a的輸出值減去張力用PI控制器25b的輸出值而得到之值，算出軋壓馬達11的轉矩基準值τ_Mill ^ref。轉矩基準值τ_Mill ^ref係可以下述(7)式表示。

轉矩基準值τ_Mill ^ref係被輸入至電流控制器25c。電流控制器25c係依據轉矩基準值τ_Mill ^ref算出轉矩電流值I_q(A)。依據轉矩電流值I_q決定軋壓馬達11的d軸磁通(Wb)。依據該d軸磁通與慣性力矩J_Mill，決定軋壓馬達11的角速度的回應值ω_Mill ^res(rad/s)。依據角速度的回應值ω_Mill ^res與軋壓輥9的半徑R_Mill，決定軋壓輥9的周速度v_Mill ^res。此時，軋壓輥9的周速度v_Mill ^res不會被回饋。

接著，使用第5、6圖，說明軋壓材料1的速度控制及張力控制。

第5圖係用以說明本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。第6圖係用以說明本發明實施形態1之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

如第5圖所示，軋壓材料1的速度之指令值v_out ^cmd與回應值v_out ^res之偏差係被輸入至速度用PI控制器26。速度用PI控制器26係藉由對該偏差進行PI控制而算出「軋壓材料1的行進方向之座標空間」之周加速度之基準值(d/dt)(v_TR+v_Mill)^ref。周加速度之基準值(d/dt)(v_TR+v_Mill)^ref可以下述(8)式表示。

依據周加速度之基準值(d/dt)(v_TR+v_Mill)^ref，決定「軋壓材料1的行進方向之座標空間」之周速度的基準值(v_TR+v_Mill)^ref。此時，軋壓材料1的回應值v_out ^res係依據軋壓材料1的速度分布及中立點之考量而假設。具體而言，假設軋壓材料1的回應值v_out ^res與捲繞筒2的周速度的回應值v_TR ^res與軋壓輥9的周速速度的回應值v_Mill ^res的平均值相等。回應值v_out ^res可以下述之(9)式表示。

如第6圖所示，軋壓材料1的張力之指令值T_out ^cmd與回應值T_out ^res之偏差係被輸入至張力用PI控制器27。張力用PI控制器27係藉由對該偏差進行PI控制而算出「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」之周加速度之基準值(d/dt)(v_TR-v_Mill)^ref。周加速度之基準值(d/dt)(v_TR-v_Mill)^ref可以下述(10)式表示。

依據周加速度之基準值(d/dt)(v_TR-v_Mill)^ref，決定「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」之周速度的基準值(v_TR-v_Mill)^ref。此時，軋壓材料1的張力之回應值T_out ^res係依據應力與應變之關係而決定。回應值T_out ^res可以下述之(11)式表示。

其中，L為捲繞筒2與軋壓輥9之間之距離。E為軋壓材料1的楊氏率。

回應值Tout^res係使用(10)式及(11)式以下述(12)式表示。

依據以上所說明知實施形態1，係依據與軋壓材料1的行進成分對應之值及與拉伸成分對應之值而算出轉矩基準值τ_TR ^ref與轉矩基準值τ_Mill ^ref。因此，可互相獨立地設計軋壓材料1的速度與張力之回應性。結果，可不干涉軋壓材料的速度及張力而進行控制。

實施形態2

第7圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之捲繞筒馬達之方塊線圖。第8圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之軋壓馬達之方塊線圖。另外，與實施形態1相同或相當之部分係賦予相同符號並省略說明。

如第7圖所示，於捲繞筒馬達3安裝外擾觀測器28。

捲繞筒馬達3的轉矩回應值τ_TR ^res亦包含有外擾轉矩τ_dis(N．m)。外擾轉矩τ_dis係由於軋壓之負荷轉矩、張力之負荷轉矩等而產生。

於外擾觀測器28係輸入有轉矩基準值τ_TR ^ref。於外擾觀測器28係輸入有捲繞筒馬達3的角速度的回應值ω_TR ^res。

外擾觀測器28係依據轉矩基準值τ_TR ^ref及角速度的回應值ω_TR ^res而算出外擾轉矩的推測值τ_dis ^est(N．m)。此時，會利用切斷頻率g_dis(rad/s)與捲繞筒2的慣性力矩的標稱值J_TR ^nom(kg．m²)。外擾轉矩的推測值τ_dis ^est會前饋補償至轉矩基準值τ_TR ^ref。外擾轉矩的推測值τ_dis ^est會與外擾轉矩τ_dis相消。結果，去除外擾的影響。

如第8圖所示，於軋壓馬達11安裝外擾觀測器29。

軋壓馬達11的轉矩回應值τ_Mill ^res亦包含有外擾轉矩τ_dis(N．m)。外擾轉矩τ_dis係由於軋壓之負荷轉矩、張力之負荷轉矩等而產生。

於外擾觀測器29係輸入有轉矩基準值τ_Mill ^ref。於外擾觀測器29係輸入有軋壓馬達11的角速度的回應值ω_Mill ^res。

外擾觀測器29係依據轉矩基準值τ_Mill ^ref及角速度的回應值ω_b ^res而算出外擾轉矩的推測值τ_dis ^est(N．m)。此時，會利用切斷頻率g_dis(rad/s)與軋壓輥9的慣性力矩的標稱值J_Mill ^nom(kg．m²)。外擾轉矩的推測值τ_dis ^est會前饋補償至轉矩基準值τ_Mill ^ref。外擾轉矩的推測值τ_dis ^est會與外擾轉矩τ_dis相消。結果，去除外擾的影響。

接著，使用第9圖及第10圖，說明軋壓材料1的速度控制及張力控制。

第9圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之軋壓材料之速度控制之方塊線圖。第10圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之軋壓材料之張力控制之方塊線圖。

如第9圖所示，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」，外擾觀測器30亦會運作。結果，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。

如第10圖所示，於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」，外擾觀測器31亦會運作。結果，於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。

接著，使用第11圖，說明去除外擾的影響時之速度控制及張力控制。

第11圖係用以說明本發明實施形態2之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制及張力控制之圖。第11圖之上段係顯示軋壓材料1的速度之回應值v_out ^res之圖。第11圖之下段係顯示軋壓材料1的張力之回應值T_out ^res之圖。

在時刻T為0(s)至3(s)之間，軋壓還未開始。此時，係進行失速(stall)運轉。具體而言，在軋壓材料1的速度之指令v_out ^cmd為0(mm/s)之狀態下，將軋壓材料1的張力之指令值T_out ^cmd設定為100(MPa)。

當時刻T為3(s)時，會賦予軋壓材料1的速度之指令值v_out ^cmd。例如，在時刻T為3(s)至5(s)之間及6(s)至7(s)之間，軋壓材料1的速度之指令值v_out ^cmd會變化。

在以往的控制中，於軋壓馬達11側進行速度控制。於捲繞筒馬達3側進行張力控制。此時，軋壓材料1的張力之回應值T_out ^res係相對於指令值T_out ^cmd變小。相對於此，在混合控制中，軋壓材料1的張力的回應值T_out ^res係維持在與指令值T_out ^cmd相等。

依據以上所說明之實施形態2，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。因此，對於軋壓材料1的速度控制及張力控制可抑制外擾。

實施形態3

第12圖係用以說明本發明實施形態3之軋壓設備之控制系統之捲繞筒馬達之方塊線圖。第13圖係用以說明本發明實施形態3之軋壓設備之控制系統之軋壓馬達之方塊線圖。另外，與實施形態2相同或相當部分係賦予相同符號並省略說明。

如第12圖所示，於捲繞筒馬達3安裝有SFC(Simulator Folloing Control)32。SFC32係具備電流控制模型、規範模型、及PD控制器。

於SFC32中，電流控制模型係以一次滯後系統近似轉矩基準值τ_TR ^ref。規範模型係依據電流控制模型的輸出值而算出捲繞筒馬達3的角速度之模型值ω_TR ^m(rad/s)。此時，利用沒有外擾影響之模型。PD控制器係藉由對模型值ω_TR ^m與回應值ω_TR ^res之偏差進行PD控制，而算出補償轉矩τ_cmp(N．n)。補償轉矩τ_cmp係前饋補償至轉矩基準值τ_TR ^ref。補償轉矩τ_cmp係與外擾轉矩τ_dis相消。結果，去除外擾之影響。

如第13圖所示，於軋壓馬達11係安裝有SFC33。SFC33係具備電流控制模型、規範模型、及PD控制器。

於SFC33中，電流控制模型係以一次滯後系統近似轉矩基準值τ_Mill ^ref。規範模型係依據電流控制模型的輸出值而算出軋壓馬達11的角速度之模型值ω_Mill ^m(rad/s)。此時，利用沒有外擾影響之模型。PD控制器係藉由對模型值ω_Mill ^m與回應值ω_Mill ^res之偏差進行PD控制，而算出補償轉矩τ_cmp(N．n)。補償轉矩τ_cmp係前饋補償至轉矩基準值τ_Mill ^ref。補償轉矩τ_cmp係與外擾轉矩τ_dis相消。結果，去除外擾之影響。

使用第14圖及第15圖說明軋壓材料1的速度控制及張力控制。

第14圖係用以說明本發明實施形態3之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。第15圖係用以說明本發明實施形態3之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

如第14圖所示，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」，SFC34亦會運作。結果，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。

如第15圖所示，於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」，SFC35亦會運作。結果，於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。

依據以上所說明之實施形態3，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。因此，對於軋壓材料1的速度控制及張力控制可抑制外擾。

實施形態4

第16圖係利用本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之軋壓設備的構成圖。另外，與實施形態1相同或相當部分係賦予相同符號並省略說明。

於第16圖之冷串聯軋壓機系統中，於軋壓材料1的行進方向的後方側設有冷串聯軋壓機36。於冷串聯軋壓機36中以串連方式連接有複數個軋壓台。在複數個軋壓台之最靠進入側設有第1台37。

第1台37係具備軋壓輥38。第1台37的上方設有下壓裝置39。軋壓輥38的中心安裝有軋壓馬達40。於下壓裝置39與軋壓馬達40連接有軋壓機驅動裝置41。

在軋壓材料的行進方向之前方側設有進給輥42及控制輥43。於控制輥43的中心裝設有控制輥馬達44。於控制輥馬達44連接有控制輥驅動裝置45。

控制輥馬達43與第1台37之間設有進入側板速度計46。進入側板速度計46係作為速度測量部而發揮功能。在進入側板速度計46與第1台37之間設有進入側張力計47。進入側張力計47係作為張力測量部而發揮功能。在進入側張力計47與第1台37之間設有進入側板厚計48。在第1台37的送出側設有送出側板厚計49。

於進入側板速度計46、進入側張力計47、進入側板厚計48與送出側板厚計49連接有控制器50。控制器50具備後方混合控制器51及前方混合控制器52。控制器50係與軋壓機驅動裝置41及控制輥驅動裝置45連接。

於第1台37的進入側，進入側板速度計46測量軋壓材料1的速度。進入側板速度計46係輸出軋壓材料1的速度之回應值v_in ^res。進入側張力計47測量軋壓材料1的張力。進入側張力計47係輸出軋壓材料1的張力之回應值T_in ^res。進入側板厚計48測量軋壓材料1的板厚。進入側板厚計48係輸出軋壓材料1的板厚之回應值t_in ^res。

於第1台37的送出側，送出側板厚計49係輸出軋壓材料1的板厚之回應值t_out ^res。

於控制器50，軋壓輥38被設為後方輥。軋壓馬達40被設為後方輥馬達。控制輥43被設為前方輥。控制輥馬達44被設為前方輥馬達。

控制器50係依據回應值v_in ^res、回應值T_in ^res、回應值t_in ^res、回應值t_out ^res而控制軋壓材料1的厚度。此時，後方混合控制器51係算出軋壓馬達40的轉矩基準值τ_Mill ^ref。前方混合控制器52係算出控制輥馬達44的轉矩基準值τ_BR ^ref。

軋壓機驅動裝置41係依據轉矩基準值τ_Mill ^ref而控制軋壓馬達40。軋壓馬達40係藉由軋壓機驅動裝置41的控制而驅動軋壓輥38。控制輥驅動裝置45係依據轉矩基準值τ_BR ^ref而控制控制輥馬達44。控制輥馬達44係藉由控制輥驅動裝置45的控制而驅動控制輥43。

接著，使用第17圖，說明軋壓馬達40的轉矩控制與控制輥馬達44的轉矩控制。

第17圖係用以說明本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之軋壓輥的轉矩控制及控制輥馬達的轉矩控制之圖。

如第17圖所示，控制器50係對於軋壓輥38的周速度v_Mill(mm/s)與控制輥43的周速度v_BR(mm/s)之和分量(1，1)及差分量(1，-1)之二變量進行回饋控制。

後方混合控制器51係依據與實施形態1相同之考量而算出軋壓馬達40的轉矩基準值τ_Mill ^ref。前方混合控制器52係依據與實施形態1相同之考量而算出控制輥馬達44的轉矩基準值τ_BR ^ref。轉矩基準值τ_Mill ^ref與轉矩基準值τ_BR ^ref可以下述之(13)式表示。

其中，C_V係由速度用PI控制器所設定，C_T係由張力用PI控制器所設定。v_in ^cmd(mm/s)係軋壓材料1的速度之指令值。T_in ^cmd(MPa)係軋壓材料1的張力之指令值。

接著，使用第18圖說明後方混合控制器51。

如第18圖所示，於速度用PI控制器51a係輸入有軋壓材料1的速度之指令值v_in ^cmd與回應值v_in ^res之偏差。速度用PI控制器51a係作為進行成分算出部而依據該偏差算出與軋壓材料1的行進成分對應之值。

於張力用PI控制器51b係輸入有軋壓材料 1的張力之指令值T_in ^cmd與回應值T_in ^res之偏差。張力用PI控制器51b係作為拉伸成分算出部而依據該偏差算出與軋壓材料1的拉伸成分對應之值。

後方混合控制器51係依據在速度用PI控制器51a的輸出值加上張力用PI控制器51b的輸出值之值，而算出軋壓馬達40的轉矩基準值T_Mill ^ref。

轉矩基準值T_Mill ^ref係被輸入至電流控制器51c。電流控制器51c係依據轉矩基準值T_Mill ^ref算出轉矩電流值I_q(A)。依據轉矩電流值I_q決定軋壓馬達40的d軸磁通(Wb)。依據該d軸磁通及慣性力矩J_Mill，決定軋壓馬達40的角速度之回應值ω_Mill ^res(rad/s)。依據角速度回應值ω_Mill ^res及軋壓輥38的半徑R_Mill而決定軋壓輥38的周速度v_Mill ^res。此時，軋壓輥38的周速度v_Mill ^res不會被回饋。

接著，使用第19圖說明前方混合控制器52。

如第19圖所示，於速度用PI控制器52a係輸入有軋壓材料1的速度之指令值v_in ^cmd與回應值v_in ^res之偏差。速度用PI控制器52a係作為進行成分算出部而依據該偏差算出與軋壓材料1的行進成分對應之值。

於張力用PI控制器52b係輸入有軋壓材料1的張力之指令值T_in ^cmd與回應值T_in ^res之偏差。張力用PI控制器52b係作為拉伸成分算出部而依據該偏差算出與軋壓材料1的拉伸成分對應之值。

前方混合控制器52係依據從速度用PI控制器52a的輸出值減去張力用PI控制器52b的輸出值之值，而算出控制輥馬達44的轉矩基準值T_BR ^ref。

轉矩基準值T_BR ^ref係被輸入至電流控制器52c。電流控制器52c係依據轉矩基準值T_BR ^ref算出轉矩電流值I_q(A)。依據轉矩電流值I_q決定控制輥馬達44的d軸磁通(Wb)。依據該d軸磁通及慣性力矩J_BR，決定控制輥馬達44的角速度之回應值ω_BR ^res(rad/s)。依據角速度之回應值ω_BR ^res及控制輥43的半徑R_BR而決定控制輥43的周速度v_BR ^res。此時，控制輥43的周速度v_BR ^res不會被回饋。

接著，使用第20圖及第21圖說明軋壓材料1的速度控制及張力控制。

第20圖係用以說明本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。第21圖係用以說明本發明實施形態4之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

如第20圖所示，軋壓材料1的速度之指令值v_in ^cmd與回應值v_in ^res之偏差係被輸入至速度用PI控制器53。速度用PI控制器53係藉由對該偏差進行PI控制而算出「軋壓材料1的行進方向之座標空間」之周加速度之基準值(d/dt)(v_Mill+v_BR)^ref。周加速度之基準值(d/dt)(v_Mill+v_BR)^ref可以下述(14)式表示。

[數14]

依據周加速度之基準值(d/dt)(v_Mill+v_BR)^ref決定「軋壓材料1的行進方向之座標空間」之周速度之基準值(v_Mill+v_BR)^ref。軋壓材料1的回應值v_in ^res係依據軋壓材料1的速度分布及中立點之考量而假設者。具體而言，軋壓材料1的回應值v_in ^res係被假設為與軋壓輥38的周速度的回應值v_Mill ^res與控制輥43的周速速度v_BR ^res的平均值相等。回應值v_in ^res係可以下述之(15)式表示。

如第21圖所示，軋壓材料1的張力之指令值T_in ^cmd與回應值T_in ^res之偏差係被輸入至張力用PI控制器54。張力用PI控制器54係藉由對該偏差進行PI控制而算出「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」之周加速度之基準值(d/dt)(v_Mill-v_BR)^ref。周加速度之基準值(d/dt)(v_Mill-v_BR)^ref可以下述(16)式表示。

依據周加速度之基準值(d/dt)(v_Mill-v_BR)^ref 決定「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」之周速度之基準值(v_Mill-v_BR)^ref。軋壓材料1的張力之回應值T_in ^res係依據應力與應變之關係而決定。回應值T_in ^res係可以下述之(17)式表示。

其中，L係軋壓輥38與控制輥43之間之距離。E係軋壓材料1的楊氏率。

回應值T_in ^res係可使用(16)式及(17)式而以下述之(18)式表示。

依據以上所說明之實施形態4，依據與軋壓材料1的行進成分對應之值及與拉伸成分對應之值而算出轉矩基準值τ_Mill ^ref及轉矩基準值τ_BR ^ref。因此，可互相獨立地設計與軋壓材料1的速度及張力之回應性。結果，可不干涉軋壓材料1的速度及張力而進行控制。

實施形態5

第22圖係用以說明本發明實施形態5之軋壓設備之控制系統之軋壓馬達之方塊線圖。第23圖係用以說明本發明實施形態5之軋壓設備之控制系統之控制輥馬達之方塊線圖。另外，與實施形態4相同或相當部分係賦予相同符號並省略說明。

如第22圖所示，於軋壓馬達40係安裝有外擾觀測器55。

軋壓馬達40的轉矩回應值τ_Mill ^res亦包含有外擾轉矩τ_dis(N．m)。外擾轉矩τ_dis係由於軋壓輥38之開度操作、設置於控制輥43的進入側之套環(looper)等的振動而產生。

於外擾觀測器55係輸入有轉矩基準值τ_Mill ^ref。於外擾觀測器55係輸入有軋壓馬達40的角速度的回應值ω_Mill ^res。

外擾觀測器55係依據轉矩基準值τ_Mill ^ref及角速度的回應值ω_Mill ^res而算出外擾轉矩的推測值τ_dis ^est(N．m)。此時，會利用切斷頻率g_dis(rad/s)與軋壓輥38的慣性力矩的標稱值J_Mill ^nom(kg．m²)。外擾轉矩的推測值τ_dis ^est會前饋補償至轉矩基準值τ_Mill ^ref。外擾轉矩的推測值τ_dis ^est會與外擾轉矩τ_dis相消。結果，去除外擾的影響。

如第23圖所示，於控制輥馬達44係安裝有外擾觀測器56。

控制輥馬達44的轉矩回應值τ_BR ^res亦包含有外擾轉矩τ_dis(N．m)。外擾轉矩τ_dis係由於軋壓輥38之開度操作、設置於控制輥43的進入側之套環(looper)等的振動而產生。

於外擾觀測器56係輸入有轉矩基準值τ_BR ^ref。於外擾觀測器56係輸入有控制輥馬達44的角速度的回應值ω_BR ^res。回應值ω_BR ^res係從前方速度感測器輸入。

外擾觀測器56係依據轉矩基準值τ_BR ^ref及角速度的回應值ω_b ^res而算出外擾轉矩的推測值τ_dis ^est(N．m)。此時，會利用切斷頻率g_dis(rad/s)與控制輥43的慣性力矩的標稱值J_BR ^nom(kg．m²)。外擾轉矩的推測值τ_dis ^est會前饋補償至轉矩基準值τ_BR ^ref。外擾轉矩的推測值τ_dis ^est會與外擾轉矩τ_dis相消。結果，去除外擾的影響。

接著，使用第24圖及第25圖說明軋壓材料1的速度控制及張力控制。

第24圖係用以說明本發明實施形態5之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。第25圖係用以說明本發明實施形態5之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

如第24圖所示，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」，外擾觀測器57亦會運作。結果，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。

如第25圖所示，於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」，外擾觀測器58亦會運作。結果，於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。

依據以上所說明之實施形態5，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。因此，對於軋壓材料1的速度控制及張力控制可抑制外擾。

實施形態6

第26圖係用以說明本發明實施形態6之軋壓設備之控制系統之軋壓馬達之方塊線圖。第27圖係用以說明本發明實施形態6之軋壓設備之控制系統之控制輥馬達之方塊線圖。另外，與實施形態3相同或相當部分係賦予相同符號並省略說明。

如第26圖所示，於軋壓馬達40安裝有SFC(Simulator Following Control)59。SFC59係具備電流控制模型、規範模型、及PD控制器。

於SFC59中，電流控制模型係以一次滯後系統近似轉矩基準值τ_Mill ^ref。規範模型係依據電流控制模型的輸出值而算出軋壓馬達40的角速度之模型值ω_Mill ^m(rad/s)。此時，利用沒有外擾影響之模型。PD控制器係藉由對模型值ω_Mill ^m與回應值ω_Mill ^res之偏差進行PD控制而算出補償轉矩τ_cmp(N．m)。補償轉矩τ_cmp係前饋補償至轉矩基準值τ_Mill ^ref。補償轉矩τ_cmp係與外擾轉矩τ_dis相消。結果，去除外擾之影響。

如第27圖所示，於控制輥馬達40係安裝有SFC60。SFC60係具備電流控制模型、規範模型、及PD控制器。

於SFC60中，電流控制模型係以一次滯後系統近似轉矩基準值τ_BR ^ref。規範模型係依據電流控制模型的輸出值而算出控制輥馬達44的角速度之模型值ω_BR ^m(rad/s)。此時，利用沒有外擾影響之模型。PD控制器18c係藉由對模型值ω_BR ^m與回應值ω_BR ^res之偏差進行PD控制，而算出補償轉矩τ_cmp(N．m)。補償轉矩τ_cmp係前饋補償至轉矩基準值τ_BR ^ref。補償轉矩τ_cmp係與外擾轉矩τ_dis相消。結果，去除外擾之影響。

接著，使用第28圖及第29圖說明軋壓材料1的速度控制及張力控制。

第28圖係用以說明本發明實施形態6之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的速度控制之方塊線圖。第29圖係用以說明本發明實施形態6之軋壓設備之控制系統之軋壓材料的張力控制之方塊線圖。

如第28圖所示，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」，SFC61亦會運作。結果，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。

如第29圖所示，於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」，SFC62亦會運作。結果，於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。

依據以上所說明之實施形態6，於「軋壓材料1的行進方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。於「軋壓材料1的拉伸方向之座標空間」亦可去除外擾之影響。因此，對於軋壓材料1的速度控制及張力控制可抑制外擾。