(57)【要約】  金属材料を圧延する際の板厚制御において、ロール偏芯等に起因する周期性外乱を適切に抑制することができ、更に、圧延材の最先端の圧延においても、高精度な板厚制御を実現することができるようにする。  荷重を上側荷重と下側荷重とに配分する荷重上下配分手段と、上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生する荷重の変動成分を同定する荷重上下変動同定手段と、荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する上下同定荷重変動記憶手段とを備える。操作量演算手段は、荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分と、上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分とに基づいて、ロールギャップ指令値を演算する。
2012070099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を圧延する時の板厚制御において、ロール偏芯を主な要因とする周期性外乱を抑制するための圧延機の制御装置であって、
キスロール時荷重及び圧延荷重を検出するための荷重検出装置と、
前記荷重検出装置によって検出された荷重を、所定の比率で上側荷重と下側荷重とに配分する荷重上下配分手段と、
前記荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生する荷重の変動成分をそれぞれ同定する荷重上下変動同定手段と、
前記荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する上下同定荷重変動記憶手段と、
前記荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分、並びに、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分に基づいて、圧延されている金属材料の板厚変動を低減させるように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、
前記操作量演算手段によって演算されたロールギャップ指令値に基づいて、ロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、
を備えたことを特徴とする圧延機の制御装置。
【請求項２】
前記操作量演算手段は、
前記金属材料の圧延開始直後は、前記荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分を使用することなくロールギャップ指令値を演算し、
前記金属材料の圧延開始後の所定の遷移期間は、前記荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分と、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分との双方を用いてロールギャップ指令値を演算するとともに、時間の経過とともに、前記荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分を利用する比率を高めていき、
前記遷移期間の経過後は、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分を使用することなくロールギャップ指令値を演算する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧延機の制御装置。
【請求項３】
前記操作量演算手段は、前記金属材料の圧延を開始する前に、前記荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とに基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するキスロール時荷重の変動成分が低減するようにロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算し、前記ロールギャップ操作手段にロールギャップの操作を行わせ、
前記上下同定荷重変動記憶手段は、前記操作量演算手段による前記制御がキスロール状態で所定時間行われた後に、前記荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧延機の制御装置。
【請求項４】
前記荷重上下変動同定手段は、
前記荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生する荷重の変動成分をそれぞれ抽出する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段によって抽出された上側変動成分及び下側変動成分を、ロールの回転位置毎に加算する加算器と、
を備え、
前記上下同定荷重変動記憶手段は、前記操作量演算手段による前記制御がキスロール状態で行われている時に前記加算器の値の変動が所定の範囲内に収まった場合に、前記加算器の値を記憶する
ことを特徴とする請求項３に記載の圧延機の制御装置。
【請求項５】
前記荷重検出装置は、圧延機のドライブ側に設置されたドライブ側荷重検出装置と、オペ側に設置されたオペ側荷重検出装置とを備え、
前記荷重上下変動同定手段は、前記金属材料の圧延開始前に、前記ドライブ側荷重検出装置によって検出されたキスロール時荷重に基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、且つ、前記オペ側荷重検出装置によって検出されたキスロール時荷重に基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するキスロール時荷重のオペ側の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、
前記上下同定荷重変動記憶手段は、前記荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分と、オペ側の上側変動成分及び下側変動成分とをロールの回転位置毎に記憶し、
前記操作量演算手段は、前記金属材料の圧延時、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分とオペ側の上側変動成分及び下側変動成分とに基づいて、演算されたロールギャップ指令値から、ドライブ側の指令値とオペ側の指令値とを更に演算する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧延機の制御装置。
【請求項６】
金属材料を圧延する時の板厚制御において、ロール偏芯を主な要因とする周期性外乱を抑制するための圧延機の制御装置であって、
キスロール時荷重及び圧延荷重を検出するための荷重検出装置と、
前記荷重検出装置によって検出された荷重を、所定の比率で上側荷重と下側荷重とに配分する荷重上下配分手段と、
前記荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップの変動成分をそれぞれ同定するロールギャップ上下変動同定手段と、
キスロール状態の時に前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する上下同定ロールギャップ変動記憶手段と、
前記金属材料の圧延が行われている時に前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分、並びに、前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分に基づいて、圧延されている金属材料の板厚変動を低減させるように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、
前記操作量演算手段によって演算されたロールギャップ指令値に基づいて、ロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、
を備えたことを特徴とする圧延機の制御装置。
【請求項７】
前記操作量演算手段は、
前記金属材料の圧延開始直後は、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分を使用することなくロールギャップ指令値を演算し、
前記金属材料の圧延開始後の所定の遷移期間は、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分と、前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分との双方を用いてロールギャップ指令値を演算するとともに、時間の経過とともに、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分を利用する比率を高めていき、
前記遷移期間の経過後は、前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分を使用することなくロールギャップ指令値を演算する
ことを特徴とする請求項６に記載の圧延機の制御装置。
【請求項８】
前記操作量演算手段は、前記金属材料の圧延を開始する前のキスロール状態でロールが回転している時に、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分と下側変動成分とに基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップの変動成分が低減するようにロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算し、前記ロールギャップ操作手段にロールギャップの操作を行わせ、
前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段は、前記操作量演算手段による前記制御がキスロール状態で所定時間行われた後に、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の圧延機の制御装置。
【請求項９】
前記ロールギャップ上下変動同定手段は、
前記荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生する変動成分をそれぞれ抽出する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段によって抽出された荷重の上側変動成分及び下側変動成分を、それぞれ、ロールギャップの変位に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換されたロールギャップの上側変位及び下側変位を、ロールの回転位置毎に加算する加算器と、
を備え、
前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段は、前記操作量演算手段による前記制御がキスロール状態で行われている時に前記加算器の値の変動が所定の範囲内に収まった場合に、前記加算器の値を記憶する
ことを特徴とする請求項８に記載の圧延機の制御装置。
【請求項１０】
前記荷重検出装置は、圧延機のドライブ側に設置されたドライブ側荷重検出装置と、オペ側に設置されたオペ側荷重検出装置とを備え、
前記ロールギャップ上下変動同定手段は、前記金属材料の圧延開始前に、前記ドライブ側荷重検出装置によって検出されたキスロール時荷重に基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップのドライブ側の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、且つ、前記オペ側荷重検出装置によって検出されたキスロール時荷重に基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップのオペ側の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、
前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段は、キスロール状態の時に前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップのドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分と、オペ側の上側変動成分及び下側変動成分とをロールの回転位置毎に記憶し、
前記操作量演算手段は、前記金属材料の圧延時、前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップのドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分とオペ側の上側変動成分及び下側変動成分とに基づいて、演算されたロールギャップ指令値から、ドライブ側の指令値とオペ側の指令値とを更に演算する
ことを特徴とする請求項６に記載の圧延機の制御装置。
【請求項１１】
前記操作量演算手段は、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比をｒＤＲ、オペ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比をｒＯＰとした場合に、演算されたロールギャップ指令値に２ｒＤＲ／（ｒＤＲ＋ｒＯＰ）を乗じた値をドライブ側の指令値として、２ｒＯＰ／（ｒＤＲ＋ｒＯＰ）を乗じた値をオペ側の指令値として算出することを特徴とする請求項５又は請求項１０に記載の圧延機の制御装置。
【請求項１２】
前記比ｒＤＲは、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分のピーク値と下側変動成分のピーク値とに基づいて決定され、
前記比ｒＯＰは、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているオペ側の上側変動成分のピーク値と下側変動成分のピーク値とに基づいて決定される
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧延機の制御装置。
【請求項１３】
前記比ｒＤＲは、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分の絶対値を積算した値と下側変動成分の絶対値を積算した値とに基づいて決定され、
前記比ｒＯＰは、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているオペ側の上側変動成分の絶対値を積算した値と下側変動成分の絶対値を積算した値とに基づいて決定される
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧延機の制御装置。
【請求項１４】
前記荷重上下配分手段は、前記荷重検出装置によって検出された荷重をＰ、上側荷重をＰＴ、下側荷重をＰＢとした場合に、ＰＴ＝ＲＰ、ＰＢ＝（１−Ｒ）Ｐを満たすように荷重Ｐを配分し、Ｒを０．４以上０．６以下の所定値に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の圧延機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属材料を圧延する際の板厚制御において、周期性外乱、例えば、ロール等の回転位置に関連して周期的に発生する荷重変動や、この荷重変動に伴って発生する板厚変動を抑制するための制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄板圧延や厚板圧延における品質制御の一つに、圧延材の幅方向中央部の板厚を制御する板厚制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）がある。その具体的な制御方法としては、例えば、圧延機の出側に設置された板厚計の測定値をフィードバックするモニターＡＧＣ、圧延荷重やロールギャップ（上下作業ロールの間隙）から推定したゲージメータ板厚を用いたゲージメータＡＧＣ（Ｇａｇｅ  Ｍｅｔｅｒ  ＡＧＣ：ＧＭ−ＡＧＣ）、圧延荷重を用いたミル定数可変制御（Ｍｉｌｌ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＭＣ）等が挙げられる。【０００３】
板厚精度の向上を阻害する外乱としては、例えば、熱間圧延であれば、圧延材の温度変動が挙げられる。また、熱間圧延及び冷間圧延に共通の外乱としては、他の制御、例えば、張力制御の劣化による張力変動、オペレーターの手動介入による速度やロールギャップの変更、ロール構造やロール研磨の精度不良によって生じるロール偏芯等が挙げられる。【０００４】
これらの外乱のうち、上記ロール偏芯は、オイルベアリングを有する支持ロールのキー溝が数百トンから２〜３千トンという大きな圧延荷重を受けた時に軸が上下に移動する（軸振れする）ことが、主な原因となって発生する。なお、ロール偏芯が生じると、ロールの回転に合わせてロールギャップの変動も発生する。
また、キー溝を備えていないロールであっても、例えば、ロール研磨時の非対称性や熱膨張の偏り等の原因により、ロールの回転に依存した周期的なロールギャップ変動は発生する。【０００５】
圧延機には、ロールギャップを検出するためのロールギャップ検出器が備えられており、ロールギャップを制御する装置は、ロールギャップが、与えられた値（設定値）となるように、ロールギャップ検出器の検出値をフィードバックして圧下装置を制御する。しかし、ロール偏芯等のロールの軸振れに依存する外乱は、ロールギャップ検出器によって検出することができない。即ち、ロールギャップ検出器の検出値には、ロールの軸触れによる影響が現れない。このため、ロールギャップ検出器を使用しても、ロールの軸振れに依存する外乱を抑制するような制御を行うことはできない。しかし、ロールの軸振れに依存する外乱は、実際にはロールギャップを変化させているため、その影響は圧延荷重には現れている。したがって、ロールの軸振れに依存する外乱は、圧延荷重を利用して板厚制御を行うＧＭ−ＡＧＣ、ＭＭＣ等において、板厚精度の向上を阻害する大きな要因となっている。【０００６】
ロール偏芯といった周期的に発生する外乱（以下、「周期性外乱」ともいう）を低減させるため、従来から、ロール偏芯制御が行われている。ロール偏芯制御に関する幾つかの例を、以下に示す。【０００７】
なお、以下の説明（本願発明の説明も含む）は、上下２個の作業ロールのみで構成される所謂２Ｈｉミルの場合、上下２個の作業ロール及び上下２個の支持ロールの計４個のロールで構成される所謂４Ｈｉミルの場合、上下２個の作業ロール、上下２個の中間ロール及び上下２個の支持ロールの計６個のロールで構成される所謂６Ｈｉミルの場合、それ以上のロールで構成される場合でも、同様に考えることができる。このため、以下においては、作業ロールをワークロール（Ｗｏｒｋ  Ｒｏｌｌ：ＷＲ）と表現し、支持ロール等の作業ロール以外のロールをバックアップロール（Ｂａｃｋ  Ｕｐ  Ｒｏｌｌ：ＢＵＲ）と表現する。【０００８】
（Ａ）ロール偏芯制御１
圧延材を圧延する前に、上下ワークロールを接触させて一定の荷重を掛けた状態（キスロール状態）でロールを回転させ、キスロール時荷重を検出する。そして、検出したキスロール時荷重を高速フーリエ変換する等してロール偏芯周波数を分析する。圧延中は、分析した周波数のロール偏芯が発生するものと仮定し、圧延荷重を利用したフィードバック制御は行わず、上記ロール偏芯による影響を低減させるようにロールギャップ操作量を出力する。【０００９】
（Ｂ）ロール偏芯制御２
圧延機の出側に設置された板厚計により、板厚変動を測定する。そして、板厚計によって測定された値が、ロールのどの回転位置で圧延されたものなのかを関連付けて、板厚偏差を演算する。制御装置は、演算された板厚偏差に応じてロールギャップを操作し、ロール偏芯による板厚変動を低減させる。【００１０】
（Ｃ）ロール偏芯制御３
圧延中に圧延荷重を取り込み、その圧延荷重からロール偏芯成分を抽出する。そして、抽出したロール偏芯成分をロールギャップ信号に変換し、ロール偏芯による圧延荷重変動を抑制するように、ロールギャップを操作する（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本特開２００２−２８２９１７号公報
【特許文献２】国際公開２００８／０９０５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記ロール偏芯制御１及び２の課題、並びに、ロール偏芯制御３のうち特許文献１に記載されたものの課題については、特許文献２に記載されているため、ここでの説明は省略する。【００１３】
特許文献２にも記載されているように、上下のバックアップロールの径が異なる場合は、所謂ビート或いはうねりと呼ばれる現象が発生し、制御性能の劣化が生じてしまう。
特許文献２に記載のものでは、圧延時の荷重からロール偏芯成分を適切に抽出してロールギャップ操作を行っているものの、圧延材の最先端では、高精度な板厚制御が実施できないといった問題があった。【００１４】
例えば、特許文献２には、圧延材の最先端の板厚制御において、直前の材料を圧延した時に得られた値を利用することが記載されている（特に、００６９段落参照）。しかし、その値を検出した後にバックアップロールとワークロールとがスリップしてロール位置にずれが生じてしまった場合には、正確な板厚制御が実施できないといった問題があった。【００１５】
また、特許文献２には、キスロール時荷重の変動を抽出する手段を別途設けることにより、キスロール時荷重からロール偏芯成分を抽出して、圧延材の最先端の板厚制御に利用することも記載されている（特に、００７０及び００３７段落参照）。しかし、この場合も、キスロール時の抽出方法と圧延時の抽出方法とが異なるため、高精度な板厚制御が実施できず、更に、構成が複雑化するといった問題があった。【００１６】
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、その目的は、金属材料を圧延する際の板厚制御において、ロール偏芯等に起因する周期性外乱を適切に抑制することができ、更に、圧延材の最先端の圧延においても、高精度な板厚制御を実現することができる圧延機の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る圧延機の制御装置は、金属材料を圧延する時の板厚制御において、ロール偏芯を主な要因とする周期性外乱を抑制するための圧延機の制御装置であって、キスロール時荷重及び圧延荷重を検出するための荷重検出装置と、荷重検出装置によって検出された荷重を、所定の比率で上側荷重と下側荷重とに配分する荷重上下配分手段と、荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生する荷重の変動成分をそれぞれ同定する荷重上下変動同定手段と、荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する上下同定荷重変動記憶手段と、荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分、並びに、上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分に基づいて、圧延されている金属材料の板厚変動を低減させるように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、操作量演算手段によって演算されたロールギャップ指令値に基づいて、ロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、を備えたものである。【００１８】
また、この発明に係る圧延機の制御装置は、金属材料を圧延する時の板厚制御において、ロール偏芯を主な要因とする周期性外乱を抑制するための圧延機の制御装置であって、キスロール時荷重及び圧延荷重を検出するための荷重検出装置と、荷重検出装置によって検出された荷重を、所定の比率で上側荷重と下側荷重とに配分する荷重上下配分手段と、荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップの変動成分をそれぞれ同定するロールギャップ上下変動同定手段と、キスロール状態の時にロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する上下同定ロールギャップ変動記憶手段と、金属材料の圧延が行われている時にロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分、並びに、上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分に基づいて、圧延されている金属材料の板厚変動を低減させるように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、操作量演算手段によって演算されたロールギャップ指令値に基づいて、ロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係る圧延機の制御装置よれば、金属材料を圧延する際の板厚制御において、ロール偏芯等に起因する周期性外乱を適切に抑制することができ、更に、圧延材の最先端の圧延においても、高精度な板厚制御を実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１における圧延機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図２】測定される圧延荷重の概念を示す図である。
【図３】バックアップロールの分割とワークロールとの関係を説明するための図である。
【図４】荷重からロール偏芯等による変動成分を抽出する一例を説明するための図である。
【図５】図１に示す圧延機の制御装置の要部詳細図である。
【図６】図１に示す圧延機の制御装置の要部詳細図である。
【図７】キスロール状態で荷重を発生させた時の加算器の値を説明するための図である。
【図８】圧延を開始してから所定の遷移期間が経過するまでの操作量演算手段の制御内容を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態２における圧延機の制御装置の全体構成を示す図である。
【図１０】図９に示す圧延機の制御装置の要部詳細図である。
【図１１】図９に示す圧延機の制御装置の要部詳細図である。
【図１２】図１に示す圧延機を圧延材の圧延方向から見た図である。
【図１３】ドライブ側及びオペ側のロールギャップ指令値の演算方法を説明するための図である。
【図１４】比ｒＤＲ及びｒＯＰの演算方法を説明するための図である。
【図１５】比ｒＤＲ及びｒＯＰの演算方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００２２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における圧延機の制御装置の全体構成を示す図である。
図１において、１は金属材料からなる圧延材、２は圧延機のハウジング、３はワークロール、４はバックアップロールである。圧延材１は、圧延機の出側で所望の板厚となるように、ロールギャップと速度とが適切に調整されたワークロール３によって圧延される。
【００２３】
図１では、圧延機の一例として、４Ｈｉミルを示している。即ち、本実施の形態では、ワークロール３は、上ワークロール３ａ及び下ワークロール３ｂによって構成される。バックアップロール４は、上バックアップロール４ａ及び下バックアップロール４ｂによって構成される。ワークロール３は、ロール幅方向のたわみが少なくなるように、バックアップロール４によって支持される構成を有している。具体的には、上ワークロール３ａが上バックアップロール４ａによって上方から支えられ、下ワークロール３ｂが下バックアップロール４ｂによって下方から支えられている。また、バックアップロール４は、ハウジング２に支持されており、圧延材１を圧延する時の荷重にも十分に耐え得る所定の構造を有している。
【００２４】
５は圧下装置である。上ワークロール３ａ及び下ワークロール３ｂ間の間隙、即ち、ロールギャップは、この圧下装置５によって調整される。圧下装置５は、電動機制御によるもの（電動圧下という）、油圧制御によるもの（油圧圧下という）の２種類が存在するが、油圧圧下の方が高速応答を得やすい。ロール偏芯等の短い周期の外乱を制御するためには高速応答が必要なため、圧延機においては、油圧圧下のものが一般に採用される。
【００２５】
なお、圧延機は、圧延ラインを境として、電動機やドライブ装置が配置された所謂ドライブ側と、その反対側となる、運転室等が配置されたオペレーター側（以下、省略して「オペ側」ともいう）とに便宜上分けられる。以下の説明では、ドライブ側とオペ側との区別を明確にする必要がある場合、ドライブ側を表すために添え字Ｄ又はＤＲを使用し、オペ側を表すために添え字Ｏ又はＯＰを使用する。
【００２６】
上記圧下装置５は、ドライブ側とオペ側とにそれぞれ設置されている。即ち、圧延機のドライブ側には圧下装置５Ｄが設置され、オペ側には圧下装置５Ｏが設置されている。ロールギャップは、圧下装置５Ｄ及び５Ｏの双方を用いて調整される。
【００２７】
６は圧延機において荷重を検出するための荷重検出装置である。荷重検出装置６も圧下装置５と同様に、ドライブ側とオペ側とにそれぞれ設置されている。即ち、圧延機のドライブ側には荷重検出装置６Ｄが設置され、オペ側には荷重検出装置６Ｏが設置されている。荷重の検出方法としては、種々の方法が存在する。例えば、荷重検出装置６は、ハウジング２と圧下装置５との間に埋め込まれたロードセル（Ｌｏａｄ  Ｃｅｌｌ）により、荷重を直接的に測定する。また、荷重検出装置６は、油圧圧下装置において検出された圧力に基づいて、荷重を間接的に計算する。
【００２８】
なお、「荷重」とは、圧延荷重とキスロール時荷重の双方が含まれるものとする。圧延荷重は、圧延材１を圧延している時に、圧延材１から受ける圧延反力に相当する荷重である。また、キスロール時荷重は、圧延材１がない状態で上ワークロール３ａと下ワークロール３ｂとを接触させる、所謂キスロール状態で発生する荷重である。以下においては、キスロール時荷重と圧延荷重とを明確に区別する必要が無い場合、単に「荷重」と表記する。
【００２９】
７はワークロール３（やバックアップロール４）の回転数を検出するためのロール回転数検出器である。ロール回転数検出器７は、ワークロール３やこのワークロール３を駆動する電動機の軸（図示せず）に設けられる。なお、ロール回転数検出器７の一機能として、ワークロール３の回転角度に応じたパルスを出力するように構成しても良い。かかる構成を有することにより、ロール回転数検出器７によって、ワークロール３の回転角度の検出も行うことができるようになる。また、ワークロール３とバックアップロール４との直径の比が既知であれば、ロール回転数検出器７によって検出されたワークロール３の回転数と回転角度とに基づいて、ワークロール３とバックアップロール４との間にスリップがない場合におけるバックアップロール４の回転数と回転角度とを容易に求める（演算する）ことも可能となる。
【００３０】
８はバックアップロール４が１回転する度に所定の基準位置を検出するロール基準位置検出器である。ロール基準位置検出器８は、例えば、近接センサ等を備え、バックアップロール４が１回転する度に、バックアップロール４に設けられた被検出体を検知（即ち、上記基準位置を検出）する。なお、ロール基準位置検出器８は、上記基準位置の検出機能を備えていれば、如何なる構成を有していても構わない。例えば、ロール基準位置検出器８は、パルスジェネレータ（Ｐｕｌｓｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を利用することにより、バックアップロール４の回転角度に依存したパルスを取り出して、バックアップロール４の回転角度そのものを検出しても良い。
【００３１】
図１では、上バックアップロール４ａ及び下バックアップロール４ｂの双方にロール基準位置検出器８を取り付けた場合を示している。なお、上記機能を実現することができれば、ロール基準位置検出器８を、上バックアップロール４ａ及び下バックアップロール４ｂの一方のみに取り付けても構わない。また、ロール基準位置検出器８を装置単体として備えていなくても、ワークロール３とバックアップロール４との直径の比が既知であれば、ワークロール３の回転角度からバックアップロール４の回転角度を演算によって求めることも可能である。
【００３２】
【数１】
2012070099.tif 000003
【００３３】
ここで、
θＢ：バックアップロールの回転角［ｒａｄ］
θＷ：ワークロールの回転角［ｒａｄ］
ＤＢ：バックアップロールの直径［ｍｍ］
ＤＷ：ワークロールの直径［ｍｍ］
である。なお、上式及び以下においては、記号θは角度を表し、添え字のＷはワークロール３を、Ｂはバックアップロール４を表すものとする。
【００３４】
９はロールギャップを検出するためのロールギャップ検出器である。ロールギャップ検出器９は、例えば、バックアップロール４と圧下装置５との間に設けられ、ロールギャップを間接的に検出する。ロールギャップ検出器９も圧下装置５と同様に、ドライブ側とオペ側とにそれぞれ設置されている。即ち、圧延機のドライブ側にはロールギャップ検出器９Ｄが設置され、オペ側にはロールギャップ検出器９Ｏが設置されている。
【００３５】
また、１０は荷重上下配分手段、１１は荷重上下変動同定手段、１２は上下同定荷重変動記憶手段、１３は操作量演算手段、１４はロールギャップ操作手段である。以下に、図２乃至図８も参照し、１０乃至１４に示す各手段の構成及び機能について、具体的に説明する。
【００３６】
図２は測定される圧延荷重の概念を示す図である。図２に示すように、圧延材１を圧延している時の荷重（圧延荷重）は、バックアップロール４のロール偏芯を主な要因とする周期性外乱が生じていない場合でも、例えば、圧延材１の温度変化や板厚変化により、時間（即ち、ロールの回転）とともに変動する。一方、バックアップロール４にロール偏芯がある場合等には、圧延荷重は、上記ロール偏芯等以外の要因による変動に、ロール偏芯等による圧延荷重の変動成分を重ね合わせたものとして表される。本願発明では、圧延荷重からロール偏芯等による変動成分を的確に分離することにより、その分離した変動成分（即ち、ロール偏芯等による圧延荷重変動）を本制御装置により制御し、ロール偏芯等以外による圧延荷重変動を上記ＭＭＣやＧＭ−ＡＧＣで制御することを、基本的な考え方としている。
【００３７】
図３はバックアップロールの分割とワークロールとの関係を説明するための図である。具体的に、図３は、バックアップロール４の全周をｎ等分し、バックアップロール４の直近外側に、対応する位置目盛１５を記したものを示している。なお、上記位置目盛１５は、１０乃至１４に示す各手段の機能等を説明するために付したものであり、実際の機器類には付されていなくても構わない。
【００３８】
上記位置目盛１５は、バックアップロール４の回転位置を検出するためのものであり、ハウジング２側に付される。即ち、位置目盛１５は、バックアップロール４とともに回転するものではない。そして、位置目盛１５は、ある位置（固定側の基準位置１５ａ）を０として、（ｎ−１）まで番号付けされる。上記ｎは、例えば、ｎ＝３０〜６０程度の値が設定される。
【００３９】
また、バックアップロール４には、回転側の基準位置４ｃが予め設定されている。この基準位置４ｃは、バックアップロール４のある箇所に設定されるものであり、当然に、バックアップロール４の回転に連動して回転する。
【００４０】
なお、基準位置１５ａ及び４ｃに、近接センサ等のセンサとこのセンサによって検出可能な被検出体とを埋め込むことにより、センサと被検出体とによって上記ロール基準位置検出器８を構成することができる。かかる場合、例えば、基準位置４ｃに設けられた近接センサが固定側の基準位置１５ａに達することにより、基準位置１５ａに埋め込まれた被検出体が近接センサによって検出される。即ち、バックアップロール４の基準位置４ｃが、固定側の基準位置１５ａを通過したと認識される。
【００４１】
また、図４に示すθＷＴ０は、上バックアップロール４ａの基準位置４ｃが、固定側の基準位置１５ａに一致する時の上ワークロール３ａの回転角度であり、θＷＴは、上バックアップロール４ａがθＢＴだけ回転した後の上ワークロール３ａの回転角度である。下ワークロール３ｂの回転角度についても同様である。右側の添え字Ｔは上側を、Ｂは下側を示している。
【００４２】
以下においては、バックアップロール４の回転角度とは、回転側の基準位置４ｃが、固定側の基準位置１５ａから、バックアップロール４の回転に連動して移動する角度を表すものとする。例えば、バックアップロール４の回転角度が９０度であるとは、基準位置４ｃが、固定側の基準位置１５ａからバックアップロール４の回転方向に９０度回転した位置にあることを示している。また、バックアップロール４の回転角度が位置目盛１５の最も近接する目盛（例えば、位置目盛１５のｊ番目の目盛）にある状態を、バックアップロール４の回転角度番号（回転位置に相当）がｊであるとする。
【００４３】
図４は荷重からロール偏芯等による変動成分を抽出する一例を説明するための図である。以下においては、検出された荷重が圧延荷重である場合を例に説明を行う。
バックアップロール４の基準位置４ａが固定側の基準位置１５ａに一致する場合、即ち、バックアップロール４の回転角度番号が０の時、圧延荷重はＰ１０を示している。そして、バックアップロール４が回転し、その回転角度番号が１、２、３・・・と進むと、圧延荷重もＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３・・・と変化する。バックアップロール４が１回転して、回転角度番号が（ｎ−１）から再び０となると、圧延荷重Ｐ２０が採取される。圧延荷重Ｐ１０及びＰ２０を結んだ直線は、ロール偏芯等による圧延荷重変動を除いた圧延荷重と見なすことができる。したがって、ロール偏芯等による圧延荷重の変動成分は、各回転角度番号において測定された圧延荷重Ｐ１０、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３・・・Ｐ２０と上記直線との差から求めることができる。
【００４４】
なお、実際に測定される圧延荷重Ｐｉｊの値（実績値）には、温度変動・板厚変動・張力変動等による圧延荷重変動や、ロール偏芯等による圧延荷重変動に加え、ノイズ成分が含まれることが多い。このため、実際の圧延荷重Ｐｉｊの実績値は、図４に示すようななだらかな曲線上に分布する訳ではなく、上記直線の始点となる圧延荷重Ｐｉ０と終点となる圧延荷重Ｐ（ｉ＋１）０とを特定することが困難な場合もある。
【００４５】
そこで、圧延荷重Ｐｉ０とＰ（ｉ＋１）０との変化が大きくないものと仮定する。そして、測定したｎ個の圧延荷重Ｐｉ０、Ｐｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３・・・Ｐｉ（ｎ−１）の平均値を取り、各圧延荷重Ｐｉ０、Ｐｉ１、Ｐｉ２、Ｐｉ３・・・Ｐｉ（ｎ−１）とこの平均値との差ΔＰｉｊを、圧延荷重のロール偏芯等に起因する変動成分とみなす。この方法の利点は、圧延荷重の実績値の採取を（ｎ−１）区分目までにすることができ、ノイズ等による圧延荷重の変動にも強いことである。なお、圧延荷重の実績値にフィルタリング処理を施すことにより、ノイズ成分を低減させることも有効な手段である。
【００４６】
図５及び図６は図１に示す圧延機の制御装置の要部詳細図である。具体的に、図５は荷重上下配分手段１０及び荷重上下変動同定手段１１の各詳細を、図６は上下同定荷重変動記憶手段１２及び操作量演算手段１３の各詳細を示している。
【００４７】
荷重上下配分手段１０は、荷重検出装置６によって検出された荷重（例えば、圧延荷重の実績値）を２つの値に分離する機能を有している。荷重検出装置６では、１スタンド分の荷重としては１つの値しか採ることができない。例えば、荷重上下配分手段１０には、荷重検出装置６Ｄによって検出された荷重と荷重検出装置６Ｏによって検出された荷重との和であるトータル荷重Ｐが入力される。荷重上下配分手段１０は、荷重検出装置６によって検出されたこのトータル荷重Ｐが、上バックアップロール４ａと下バックアップロール４ｂとに個別に発生するものと仮定し、トータル荷重Ｐを上側荷重ＰＴと下側荷重ＰＢとに分割する。具体的に、荷重上下配分手段１０は、次式によってトータル荷重Ｐの配分を行う。
【００４８】
【数２】
2012070099.tif 000004
【００４９】
【数３】
2012070099.tif 000005
【００５０】
ここで、
ＰＴ：上バックアップロールに発生する荷重（上側荷重）
ＰＢ：下バックアップロールに発生する荷重（下側荷重）
Ｐ：トータル荷重の実績値（荷重検出装置による検出値）
Ｒ：上側荷重ＰＴに配分すべきトータル荷重Ｐに対する比
である。
【００５１】
そして、荷重上下配分手段１０は、トータル荷重Ｐを上下２つに配分した値ＰＴ及びＰＢを、荷重上下変動同定手段１１に対して出力する。
【００５２】
荷重上下変動同定手段１１は、上側荷重変動同定手段１６と下側荷重変動同定手段１７とを備えている。上側荷重変動同定手段１６は、荷重上下配分手段１０によって配分された上側荷重ＰＴから、ロールの回転位置に関連して発生する上側荷重の変動成分を同定する機能と、その同定データ（上側変動成分）を適切なタイミングで操作量演算手段１３に出力する機能とを有している。また、下側荷重変動同定手段１７は、荷重上下配分手段１０によって配分された下側荷重ＰＢから、ロールの回転位置に関連して発生する下側荷重の変動成分を同定する機能と、その同定データ（下側変動成分）を適切なタイミングで操作量演算手段１３に出力する機能とを有している。
以下に、図５を参照し、上側荷重変動同定手段１６及び下側荷重変動同定手段１７の各構成及び機能について、具体的に説明する。
【００５３】
上側荷重変動同定手段１６は、偏差演算手段１８ａ、同定手段１９ａ、スイッチ２０ａにより、その要部が構成されている。
【００５４】
偏差演算手段１８ａは、荷重上下配分手段１０からの入力値である上側荷重ＰＴから、ロールの回転位置に関連して発生する上側変動成分を抽出する機能を有している。
具体的に、偏差演算手段１８ａは、荷重上下配分手段１０から上側荷重ＰＴが入力されると、その上側荷重ＰＴを、バックアップロール４の回転角度番号毎に記録する。例えば、偏差演算手段１８ａにはｎ個（ｊ＝０、１、２・・・ｎ−１）の記録エリア２１ａが備えられており、バックアップロール４の回転に伴い、上側荷重ＰＴが、対応の記録エリア２１ａに順次記録される。即ち、バックアップロール４の回転角度番号が０の時の上側荷重ＰＴが、荷重Ｐ０として記録エリア２１ａに記録される。同様に、バックアップロール４の回転角度番号がｊの時の上側荷重ＰＴが、荷重Ｐｊとして記録エリア２１ａに記録される。
【００５５】
荷重上下配分手段１０からの上側荷重ＰＴは、バックアップロール４が１回転する間、記録エリア２１ａ内に保持される。そして、バックアップロール４が１回転して、全ての記録エリア２１ａに荷重Ｐｊが記録されると（例えば、回転角度番号がｎ−１の時の上側荷重ＰＴが記録エリア２１ａに荷重Ｐｎ−１として記録されると）、各記録エリア２１ａに記録されている荷重の平均値が、平均値演算手段２２ａによって演算される。また、上記平均値の演算が終了すると、減算器２３ａにより、回転角度番号毎に、記録エリア２１ａ内の荷重Ｐｊと平均値演算手段２２ａによって演算された平均値との差ΔＰｊが演算される。
【００５６】
減算器２３ａの演算結果（上記差）は、図４に示す偏差ΔＰｉｊ、即ち、荷重のロール偏芯等に起因する変動成分に相当する。図５は、平均値演算手段２２ａによって平均値を演算する場合の構成を示しているが、図４で説明した直線を求めることにより、上記偏差の算出を行っても良い。かかる場合、偏差演算手段１８ａは、荷重Ｐ０を始点、荷重Ｐｎを終点として直線の式を演算し、その直線と各回転角度番号における荷重Ｐｊとの差を計算する。
【００５７】
減算器２３ａから出力された偏差ΔＰｊ、即ち、荷重のロール偏芯等に起因する変動成分は、同定手段１９ａに入力され、リミット２４ａで上下限がチェックされる。そして、各回転角度番号の偏差ΔＰｊの上下限チェックが終了した時点で各スイッチ２５ａが同時にＯＮとなり、各加算器２６ａに偏差ΔＰｊが一斉に送り込まれる。各加算器２６ａでは、次式に基づき、偏差ΔＰｊの加算を行う。
【００５８】
【数４】
2012070099.tif 000006
【００５９】
ここで、
Ｚｊ：加算器Σｊの値
ｋ：加算回数（一般に、バックアップロールの回転数に一致）
ｊ＝１〜ｎ−１
である。
【００６０】
各加算器２６ａは、圧延材１が圧延される前にゼロクリアされている。そして、加算器２６ａは、バックアップロール４が１回転して上記平均値演算手段２２ａによる平均値の演算が終了する度に、一回ずつ偏差ΔＰｊの加算を行う。なお、回転角度番号毎に偏差ΔＰｊを加算することは、一般的な制御則から簡単に説明することができる。即ち、本制御対象のように、制御対象に積分系がない場合、制御器側に積分器を入れて定常偏差を除去することは、制御則上からも妥当である。本発明では、制御対象が連続系ではなく離散値系であるため、積分器ではなく加算器を用いている。
【００６１】
スイッチ２０ａは、バックアップロール４の回転角度毎に加算された荷重の偏差（即ち、同定データ）を、バックアップロール４の回転位置に応じて取り出す手段を構成する。例えば、バックアップロール４の基準位置４ｃが固定側の基準位置１５ａ（ｊ＝０）を通過した時点で、スイッチ２０ａのうち、対応するＳＷ０のみがＯＮとなり、加算器２６ａのΣ０からΔＰＡＴ０が取り出される。同様に、基準位置４ｃが回転角度番号１に達すると、ＳＷ１のみがＯＮとなり、Σ１からΔＰＡＴ１が取り出される。そして、このような動作が各回転角度番号において行われ、荷重変動値ΔＰＡＴの取り出しが繰り返し実施される。
【００６２】
一方、下側荷重変動同定手段１７には、偏差演算手段１８ｂ、同定手段１９ｂ、スイッチ２０ｂが備えられている。下側荷重変動同定手段１７は、上側荷重変動同定手段１６と実質的に同じ機能を有するため、各構成の具体的な説明は省略する。なお、偏差演算手段１８ｂは、記録エリア２１ｂ、平均値演算手段２２ｂ、減算器２３ｂにより、その要部が構成される。また、同定手段１９ｂには、リミット２４ｂ、スイッチ２５ｂ、加算器２６ｂが備えられている。
【００６３】
上下同定荷重変動記憶手段１２は、ある時点における加算器２６ａ及び２６ｂの値（加算値）を、バックアップロール４の回転角度番号毎に記憶しておき、必要に応じて、適切なタイミングで出力する機能を有している。なお、上下同定荷重変動記憶手段１２の具体的な構成及び機能については後述する。
【００６４】
操作量演算手段１３は、荷重のロール偏芯等に起因する変動成分を低減させるようにロールギャップ指令値を演算し、その演算結果をロールギャップ操作手段１４に出力する機能を有している。具体的に、操作量演算手段１３は、荷重上下変動同定手段１１から入力された上下の荷重変動値（ΔＰＡＴ、ΔＰＡＢ）と、上下同定荷重変動記憶手段１２の記憶内容（出力値）とに基づいて、上記指令値の演算を行う。
【００６５】
＜圧延材１の圧延を開始してから所定期間経過した後の制御＞
操作量演算手段１３は、荷重上下変動同定手段１１によって同定された圧延荷重の上側変動成分と下側変動成分とに基づいて、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算し、圧延材１の板厚変動を低減させる。具体的に、操作量演算手段１３は、下記各式に基づいて、ロールの各回転位置におけるロールギャップ修正量ΔＳ（ｍｍ）を演算する。
【００６６】
【数５】
2012070099.tif 000007
【００６７】
【数６】
2012070099.tif 000008
【００６８】
ロールギャップは、上下別々に操作することはできない。このため、操作量演算手段１３は、ロールギャップ操作手段１４に対する指令値として、上下分を加算して出力する必要がある。
【００６９】
【数７】
2012070099.tif 000009
【００７０】
ここで、
Ｍ：ミル定数
Ｑ：圧延材の塑性係数
ＫＴ、ＫＴ１、ＫＢ１：調整係数
ΔＳＴ：上バックアップロール用ロールギャップ修正量
ΔＳＢ：下バックアップロール用ロールギャップ修正量
ΔＳ：ロールギャップ修正量
ΔＰＡＴ：上バックアップロールによる圧延荷重の偏差（上側荷重変動同定手段１６の出力）
ΔＰＡＢ：下バックアップロールによる圧延荷重の偏差（下側荷重変動同定手段１７の出力）
である。操作量演算手段１３は、演算したロールギャップ修正量ΔＳ（ｍｍ）を、ロールギャップ操作手段１４に出力する。
なお、ロールギャップは、開方向で正の値、閉方向で負の値とする。以下も同様である。
【００７１】
操作量演算手段１３の出力であるロールギャップ修正量ΔＳは、荷重のロール偏芯等に起因する変動成分を補償するためのものである。このため、ロールギャップ操作手段１４は、操作量演算手段１３からのロールギャップ修正量ΔＳを、ＭＭＣやＧＭ−ＡＧＣ等によって得られたロールギャップ量に加えて圧下装置５に対して出力し、ロールギャップを適切に操作する。
【００７２】
なお、ロールギャップ操作手段１４は、ドライブ側及びオペ側のロールギャップを別々に制御できるように構成されている。これは、圧延材１の圧延中に圧延材１の一方の端部が伸びてしまった場合、伸びた方の端部側のロールギャップが大きくなるようにロールを動かして、矯正するためである。ドライブ側及びオペ側を別々に制御する必要がない場合、ロールギャップ操作手段１４は、例えば、同じ値の指令値を、ドライブ側の圧下装置５Ｄとオペ側の圧下装置５Ｏとに出力する。
【００７３】
＜圧延材１の圧延を開始してから所定期間経過するまでの制御＞
上述したように、荷重上下変動同定手段１１の加算器２６ａ及び２６ｂは、圧延材１が圧延される前にゼロクリアされている。荷重上下変動同定手段１１では、圧延材１の圧延を開始してからバックアップロール４が１回転するまでの間は、加算器２６ａ及び２６ｂ内に同定データが蓄積されていないため、荷重変動値（ΔＰＡＴ、ΔＰＡＢ）の出力を行うことができない。また、バックアップロール４が１回転した後でも、圧延材１の開始直後（即ち、圧延材１の圧延を開始してから所定期間が経過するまで）は、検出された圧延荷重に多くのノイズが乗っているため、圧延荷重のみを使用して板厚制御を行うことは好ましくない。
【００７４】
このため、本制御装置では、圧延材１の圧延を開始してから所定期間が経過するまでの間は、事前に準備した同定データも使用して、板厚制御を行う。
以下に、上記所定期間が経過するまでの具体的な制御方法について説明する。
【００７５】
本制御装置では、圧延材１の圧延を開始する前に、キスロール状態でロールを一定速度で回転させ、荷重を発生させる制御を行う。そして、この時に、荷重上下変動同定手段１１に、圧延材１を圧延する時と同様の制御（図５を用いて説明した上記制御）を行わせ、同定したキスロール時荷重の上側変動成分ΔＰＡＴと下側変動成分ΔＰＡＢとを、操作量演算手段１３に出力させる。即ち、本制御において、図５に示すＰはキスロール時荷重となる。操作量演算手段１３では、その入力値ΔＰＡＴ、ΔＰＡＢに基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するキスロール時荷重の変動成分が低減するように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算し、ロールギャップ操作手段１４に圧下装置５の制御を行わせる。
【００７６】
図７はキスロール状態で荷重を発生させた時の加算器の値を説明するための図である。キスロール状態でロールを回転させた時に、操作量演算手段１３による演算及びロールギャップ操作手段１４による操作（即ち、ロールギャップの調整）を行わない場合、荷重上下変動同定手段１１の加算器２６ａ及び２６ｂには、ロールの回転毎に一定値が加算される。そのため、加算器２６ａ及び２６ｂの値は、時間とともに右肩上がりに大きくなる。一方、上記ロールギャップの調整を行う場合は、ロールギャップが上記外乱成分につりあうように操作されるため、上記加算値の増加量は徐々に小さくなり、ある時間が経過後は一定の値となる。
【００７７】
かかる状態は、ロール偏芯等に起因する荷重の変動成分が加算器２６ａ及び２６ｂ内に適切に同定されたものと見なすことができる。このため、上下同定荷重変動記憶手段１２は、この時の加算器２６ａ及び２６ｂの値、即ち、荷重上下変動同定手段１１によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とを、バックアップロール４の回転角度番号毎に記憶する。例えば、上下同定荷重変動記憶手段１２は、キスロール状態による上記制御を開始してから所定時間経過後の加算器２６ａ及び２６ｂの値を、バックアップロール４の回転角度番号毎に記憶する。また、例えば、上下同定荷重変動記憶手段１２は、加算器２６ａ及び２６ｂの値を監視し、その変動（例えば、所定時間内における増加量）が所定の範囲に収まった時の加算器２６ａ及び２６ｂの値を、バックアップロール４の回転角度番号毎に記憶する。
【００７８】
そして、操作量演算手段１３は、図８に示すように、圧延材１の圧延を開始してからの一定期間は、上下同定荷重変動記憶手段１２の記憶内容も考慮して、ロールギャップ修正量ΔＳ（ｍｍ）の演算を行う。なお、図８は圧延を開始してから所定の遷移期間が経過するまでの操作量演算手段の制御内容を説明するための図である。
【００７９】
上述したように、圧延材１の圧延を開始してからバックアップロール４が１回転するまでの間は、加算器２６ａ及び２６ｂ内に同定データが蓄積されていない。このため、操作量演算手段１３は、少なくともバックアップロール４が１回転するまでの間は、荷重上下変動同定手段１１によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分を使用することなく、上下同定荷重変動記憶手段１２の記憶内容（即ち、キスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分）のみを使用して、上記修正量ΔＳ（ｍｍ）の演算を行う。
【００８０】
また、操作量演算手段１３は、圧延材１の圧延を開始した後の所定の遷移期間は、荷重上下変動同定手段１１によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分、即ち、加算器２６ａ及び２６ｂの値と、上下同定荷重変動記憶手段１２の記憶内容との双方を使用して、上記修正量ΔＳ（ｍｍ）の演算を行う。この時、操作量演算手段１３は、上記修正量ΔＳ（ｍｍ）の演算において、時間の経過とともに、荷重上下変動同定手段１１によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分を利用する比率を高めていき、実際の圧延荷重の影響が大きく現れるようにする。なお、図８では、上記利用比率の変化を直線で示しているが、この時の変化は、２時曲線やＥＸＰ曲線で示されるようにしても良い。
【００８１】
そして、上記遷移期間が経過すると、操作量演算手段１３は、上下同定荷重変動記憶手段１２の記憶内容を使用することなく、上述したように、荷重上下変動同定手段１１によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分のみを使用して、上記修正量ΔＳ（ｍｍ）の演算を行う。
【００８２】
上記構成を有する制御装置によれば、金属材料を圧延する際の板厚制御において、ロール偏芯等に起因する周期性外乱を適切に抑制することができる。なお、本制御装置であれば、上記（Ａ）ロール偏芯制御１の課題や（Ｂ）ロール偏芯制御２の課題も解決することができる。更に、本制御装置であれば、圧延材１の最先端においても、高精度な板厚制御を実現することができ、高品質な製品の提供が可能となる。
【００８３】
なお、本実施の形態では、荷重上下配分手段１０において、荷重ＰＴに配分すべきトータル荷重Ｐに対する比Ｒを、０．５の近傍の値に設定することが好ましい。即ち、トータル荷重Ｐの１／２に近い値を、上バックアップロール４ａに発生する荷重と下バックアップロール４ｂに発生する荷重とにそれぞれ配分すれば良い。これにより、上下一方の加算器２６ａ、２６ｂによって、他方のバックアップロール４ａ、４ｂによるロール偏芯等による圧延荷重変動成分をほぼ打ち消すことができる。また、同定した結果である加算器２６ａ及び２６ｂの値を比較し、Ｒの値を調整することも可能である。例えば、加算器２６ａの値が加算器２６ｂの値の０．９倍の時には、Ｒ＝０．４５程度に設定することは妥当である。出願人が試した結果では、Ｒは０．４以上０．６以下の範囲が好適である。
【００８４】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２における圧延機の制御装置の全体構成を示す図である。
図９において、２７はロールギャップ上下変動同定手段、２８は上下同定ロールギャップ変動記憶手段、２９は操作量演算手段である。
【００８５】
実施の形態１では、荷重上下変動同定手段１１の加算器２６ａ及び２６ｂに、荷重信号を蓄える場合について説明した。しかし、圧延荷重は、圧延材１の幅や変形抵抗（硬さ）等により、変動の振幅が変化することがある。そこで、本実施の形態では、荷重信号をロールギャップ相当の値に変換した後に、加算器への蓄積を行う場合について説明する。かかる構成であれば、圧延材１の寸法や硬さ等の特性に依存しない、圧延機の構造に依存する量として、信号の保存・記憶を行うことが可能となる。
【００８６】
以下に、図１０及び図１１を参照し、本実施の形態に特有の機能について具体的に説明する。図１０及び図１１は図９に示す圧延機の制御装置の要部詳細図であり、それぞれ図５及び図６に相当する部分を示している。具体的に、図１０は荷重上下配分手段１０及びロールギャップ上下変動同定手段２７の各詳細を、図１１は上下同定ロールギャップ変動記憶手段２８及び操作量演算手段２９の各詳細を示している。
【００８７】
ロールギャップ上下変動同定手段２７は、上側ロールギャップ変動同定手段３０と下側ロールギャップ変動同定手段３１とを備えている。上側ロールギャップ変動同定手段３０は、荷重上下配分手段１０によって配分された上側荷重ＰＴから、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップの変動成分を同定する機能と、その同定データ（上側変動成分）を適切なタイミングで操作量演算手段２９に出力する機能とを有している。また、下側ロールギャップ変動同定手段３１は、荷重上下配分手段１０によって配分された下側荷重ＰＢから、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップの変動成分を同定する機能と、その同定データ（下側変動成分）を適切なタイミングで操作量演算手段２９に出力する機能とを有している。
【００８８】
具体的に、上側ロールギャップ変動同定手段３０は、偏差演算手段３２ａ、変換手段３３ａ、同定手段３４ａ、スイッチ３５ａにより、その要部が構成されている。なお、偏差演算手段３２ａ、同定手段３４ａ、スイッチ３５ａの各機能は、上記偏差演算手段１８ａ、同定手段１９ａ、スイッチ２０ａの各機能と実質的に同じである。即ち、偏差演算手段３２ａには、記録エリア３６ａ、平均値演算手段３７ａ、減算器３８ａが備えられている。また、同定手段３４ａには、リミット３９ａ、スイッチ４０ａ、加算器４１ａが備えられている。
【００８９】
変換手段３３ａは、偏差演算手段３２ａによって抽出された荷重の上側変動成分を、ロールギャップの変位に変換する機能を有している。例えば、変換手段３３ａは、偏差演算手段３２ａと同定手段３４ａとの間に設けられ、減算器３８ａから出力された偏差ΔＰｊ、即ち、荷重のロール偏芯等に起因する変動成分を、次式に基づいて、ロールギャップ相当の値に変換する。
【００９０】
【数８】
2012070099.tif 000010
【００９１】
変換手段３３ａによって変換された値ΔＳｊは、同定手段３４ａに入力され、リミット３９ａで上下限がチェックされる。そして、各回転角度番号の変換値ΔＳｊの上下限チェックが終了した時点で各スイッチ４０ａが同時にＯＮとなり、各加算器４１ａに、上記変換値ΔＳｊが一斉に送り込まれる。各加算器４１ａでは、上記式４と同様の演算を行って、変換値ΔＳｊ、即ち、ロールギャップの上側変位を加算する。
【００９２】
なお、変換手段３３ａは、リミット３９ａとスイッチ４０ａとの間、或いは、スイッチ４０ａと加算器４１ａとの間に設置されていても構わない。
また、下側ロールギャップ変動同定手段３１は、上側ロールギャップ変動同定手段３０と同様の構成を有するため、その具体的な説明については省略する。
【００９３】
本実施の形態においても、本制御装置は、圧延材１の圧延を開始してから所定期間が経過するまでの間は、事前に準備した同定データも使用して、板厚制御を行う。このため、本制御装置では、圧延材１の圧延を開始する前に、キスロール状態でロールを一定速度で回転させ、荷重を発生させる制御を行う。そして、操作量演算手段２９に、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップの変動成分が低減するように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算させ、ロールギャップ操作手段１４に圧下装置５の制御を行わせる。
【００９４】
なお、キスロール状態では、圧延材１の塑性係数Ｑを考慮する必要が無いため、変換手段３３ａ及び３３ｂは、次式に基づいて、ロールギャップ相当の値への変換を行う。
【００９５】
【数９】
2012070099.tif 000011
【００９６】
キスロール状態において上記制御が所定時間実施された後、上下同定ロールギャップ変動記憶手段２８は、ロールギャップ上下変動同定手段２７によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分（即ち、加算器４１ａ及び４１ｂの値）を、ロールの回転位置毎に記憶する。そして、圧延材１の圧延を開始した後、操作量演算手段２９は、実施の形態１と同様に、ロールギャップ上下変動同定手段２７から入力された上下のロールギャップ変動値（ΔＳＡＴ、ΔＳＡＢ）と、上下同定ロールギャップ変動記憶手段２８の記憶内容（出力値）とに基づいて、ロールギャップ操作手段１４に対する指令値の演算を行う。
【００９７】
本実施の形態において詳説しなかった構成及び機能については、実施の形態１と同様である。
【００９８】
上記構成を有する制御装置であっても、上記実施の形態１と同様の効果を奏することが可能である。更に、本実施の形態における制御装置であれば、加算器４１ａ及び４１ｂ、並びに上下同定ロールギャップ変動記憶手段２８に、圧延材１の材料特性に依存せず、圧延機の特性にのみ依存する値を格納することができる。このため、制御対象となる圧延材１の特性が変化した場合であっても、制御性能に与える悪影響を最小限に抑えることができ、高品質な製品を提供することが可能となる。
【００９９】
実施の形態３．
図１２は図１に示す圧延機を圧延材の圧延方向から見た図である。
バックアップロール４に使用されているオイルベアリングの構造が左右対称ではない場合等、ロールギャップのロール偏芯等に起因する変動成分が、圧延材１の左右、即ち、ドライブ側とオペ側とにおいて異なる場合がある。本制御装置には、圧下装置５、荷重検出装置６、ロールギャップ検出器９がドライブ側及びオペ側の双方に設置されており、ロールギャップをドライブ側とオペ側とにおいて別々に制御できる仕組みが備えられている。このため、本実施の形態では、ドライブ側とオペ側とにおいて、周期性外乱による変動成分を別々に同定し、その同定データに合わせてロールギャップの調整を行う場合について説明する。
なお、外乱は、同じロールによって発生していると考えられることから、その周期は変化せず、振幅が両側でことなるものとして、以下の説明を行う。
【０１００】
本制御装置では、圧延材１の圧延を開始する前に、キスロール状態でロールを一定速度で回転させ、荷重を発生させる制御を行う。
具体的には、先ず、キスロール状態でロールを一定速度で回転させ、ドライブ側の荷重検出装置６Ｄによって検出されたキスロール時荷重を荷重上下配分手段１０に入力する。かかる場合、図５に示すＰは、ドライブ側の荷重検出装置６Ｄによって検出されたキスロール時荷重となる。荷重上下配分手段１０は、荷重検出装置６Ｄによって検出されたキスロール時荷重Ｐを上側荷重ＰＴと下側荷重ＰＢとに分割し、荷重上下変動同定手段１１に対して出力する。なお、この時の配分比Ｒについても、０．５の近傍の値（例えば、０．４以上０．６以下である所定値）が設定される。
【０１０１】
荷重上下変動同定手段１１は、入力された上側荷重ＰＴ及び下側荷重ＰＢに基づいて、ロールの各回転位置に応じたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、適切なタイミングで操作量演算手段１３に対して出力する。そして、操作量演算手段１３は、その入力値ΔＰＡＴ、ΔＰＡＢに基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するキスロール時荷重の変動成分が低減するように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算し、ロールギャップ操作手段１４に圧下装置５の制御を行わせる。
【０１０２】
ロールギャップの調整制御を開始してから所定時間が経過し、加算器２６ａ及び２６ｂの値が増加しなくなる（或いは、増加量が所定の範囲内に収まる）と、上下同定荷重変動記憶手段１２は、この時の加算器２６ａ及び２６ｂの値、即ち、荷重上下変動同定手段１１によって適切に同定されたキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分と下側変動成分とを、バックアップロール４の回転角度番号毎に記憶する。
【０１０３】
次に、キスロール状態でロールを一定速度で回転させ、オペ側についても、上記と同様の制御を行う。これにより、上下同定荷重変動記憶手段１２に、荷重上下変動同定手段１１によって同定されたキスロール時荷重のオペ側の上側変動成分と下側変動成分とが、バックアップロール４の回転角度番号毎に記憶される。
【０１０４】
そして、圧延材１の圧延が開始されると、操作量演算手段１３は、実施の形態１と同様に、荷重上下変動同定手段１１から入力された上下の荷重変動値（ΔＰＡＴ、ΔＰＡＢ）と、上下同定荷重変動記憶手段１２の記憶内容とに基づいて、ロールギャップ指令値ΔＳＲＦの演算を行う。なお、演算された上記指令値ΔＳＲＦは、圧延材１の幅方向中央部の板厚を制御するための１つの値である。このため、操作量演算手段１３は、上下同定荷重変動記憶手段１２の記憶内容に基づいて、上記指令値ΔＳＲＦからドライブ側の指令値とオペ側の指令値とを更に演算し、その演算結果をロールギャップ操作手段１４に対して出力する。  
【０１０５】
図１３はドライブ側及びオペ側のロールギャップ指令値の演算方法を説明するための図である。図１３に示すように、操作量演算手段１３は、次式に基づいて、ロールギャップ指令値ΔＳＲＦからドライブ側の指令値とオペ側の指令値との演算を行う。
【０１０６】
【数１０】
2012070099.tif 000012
【０１０７】
【数１１】
2012070099.tif 000013
【０１０８】
ここで、
ｒＤＲ：上下同定荷重変動記憶手段１２に記憶されているキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比
ｒＯＰ：上下同定荷重変動記憶手段１２に記憶されているキスロール時荷重のオペ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比
ＫＴＤＲ、ＫＴＯＰ：調整係数
ΔＳＤＲ：ドライブ側のロールギャップ指令値
ΔＳＯＰ：オペ側のロールギャップ指令値
である。
【０１０９】
そして、ロールギャップ操作手段１４は、入力されたドライブ側の指令値ΔＳＤＲを圧下装置５Ｄ側に、オペ側の指令値ΔＳＯＰを圧下装置５Ｏ側に出力し、ロールギャップを左右で適切に操作する。
【０１１０】
図１４及び図１５は比ｒＤＲ及びｒＯＰの演算方法を説明するための図である。以下に、比ｒＤＲ及びｒＯＰの演算する二通りの方法について具体的に説明する。なお、図１４及び図１５において、縦軸は、上下同定荷重変動記憶手段１２に記憶されているキスロール時荷重の変動成分を、横軸は、ロールの回転位置を示している。例えば、図３においてバックアップロール４を６０分割にした場合、横軸には、０乃至５９の目盛が付される。
【０１１１】
図１４は、上記変動成分の最大値及び最小値から、比ｒＤＲ及びｒＯＰを演算する場合を示している。かかる場合、比ｒＤＲ及びｒＯＰは、上下同定荷重変動記憶手段１２に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分のピーク値に対する下側変動成分のピーク値の比として表される。また、図１５は、斜線を施した部分の面積から、比ｒＤＲ及びｒＯＰを演算する場合を示している。かかる場合、比ｒＤＲ及びｒＯＰは、上下同定荷重変動記憶手段１２に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分の絶対値を積算した値に対する、下側変動成分の絶対値を積算した値の比として表される。
【０１１２】
なお、上記ピーク値から比ｒＤＲ及びｒＯＰを演算する場合は、処理負荷を軽減させることができるものの、積算値を使用する場合と比較して、ノイズの影響を受けやすい。しかし、本制御装置では、上記比ｒＤＲ及びｒＯＰの演算のために、ノイズの少ないキスロール状態の時に得た値（変動成分）を使用している。このため、ピーク値から比ｒＤＲ及びｒＯＰを演算した場合であっても、適切な制御が実現できる。
【０１１３】
上記構成を有する制御装置であれば、ドライブ側の周期性外乱とオペ側の周期性外乱との間に振幅の違いがある場合であっても、各振幅に合わせてロールギャップを適切に調整することができ、高品質な製品を提供することが可能となる。
【０１１４】
また、本実施の形態に特有の上記機能は、実施の形態２において説明した構成にも適用することができる。かかる場合、上下同定ロールギャップ変動記憶手段２８には、キスロール状態の時にロールギャップ上下変動同定手段２７によって同定されたロールギャップのドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分と、オペ側の上側変動成分及び下側変動成分とが、ロールの回転位置毎に記憶される。そして、操作量演算手段２９は、圧延材１の圧延時に、上記式１０及び式１１に基づいて、ドライブ側の指令値とオペ側の指令値とを演算する。なお、本機能を実施の形態２の構成に適用する場合は、図１４及び図１５の縦軸が、ロールギャップの変動成分となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
この発明に係る圧延機の制御装置は、金属材料を圧延する際の板厚制御に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  圧延材
２  ハウジング
３  ワークロール
３ａ  上ワークロール
３ｂ  下ワークロール
４  バックアップロール
４ａ  上バックアップロール
４ｂ  下バックアップロール
４ｃ  基準位置
５  圧下装置
６  荷重検出装置
７  ロール回転数検出器
８  ロール基準位置検出器
９  ロールギャップ検出器
１０  荷重上下配分手段
１１  荷重上下変動同定手段
１２  上下同定荷重変動記憶手段
１３、２９  操作量演算手段
１４  ロールギャップ操作手段
１５  位置目盛
１５ａ  基準位置
１６  上側荷重変動同定手段
１７  下側荷重変動同定手段
１８ａ、１８ｂ、３２ａ、３２ｂ  偏差演算手段
１９ａ、１９ｂ、３４ａ、３４ｂ  同定手段
２０ａ、２０ｂ、３５ａ、３５ｂ  スイッチ
２１ａ、２１ｂ、３６ａ、３６ｂ  記録エリア
２２ａ、２２ｂ、３７ａ、３７ｂ  平均値演算手段
２３ａ、２３ｂ、３８ａ、３８ｂ  減算器
２４ａ、２４ｂ、３９ａ、３９ｂ  リミット
２５ａ、２５ｂ、４０ａ、４０ｂ  スイッチ
２６ａ、２６ｂ、４１ａ、４１ｂ  加算器
２７  ロールギャップ上下変動同定手段
２８  上下同定ロールギャップ変動記憶手段
３０  上側ロールギャップ変動同定手段
３１  下側ロールギャップ変動同定手段
３３ａ、３３ｂ  変換手段
【図１】
2012070099.tif 000014
【図２】
2012070099.tif 000015
【図３】
2012070099.tif 000016
【図４】
2012070099.tif 000017
【図５】
2012070099.tif 000018
【図６】
2012070099.tif 000019
【図７】
2012070099.tif 000020
【図８】
2012070099.tif 000021
【図９】
2012070099.tif 000022
【図１０】
2012070099.tif 000023
【図１１】
2012070099.tif 000024
【図１２】
2012070099.tif 000025
【図１３】
2012070099.tif 000026
【図１４】
2012070099.tif 000027
【図１５】
2012070099.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月4日(2013.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
前記操作量演算手段は、前記上下同定荷重変動記憶手段又は前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比をｒＤＲ、オペ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比をｒＯＰとした場合に、演算されたロールギャップ指令値に２ｒＤＲ／（ｒＤＲ＋ｒＯＰ）を乗じた値をドライブ側の指令値として、２ｒＯＰ／（ｒＤＲ＋ｒＯＰ）を乗じた値をオペ側の指令値として算出することを特徴とする請求項５又は請求項１０に記載の圧延機の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
前記比ｒＤＲは、前記上下同定荷重変動記憶手段又は前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分のピーク値と下側変動成分のピーク値とに基づいて決定され、
前記比ｒＯＰは、前記上下同定荷重変動記憶手段又は前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているオペ側の上側変動成分のピーク値と下側変動成分のピーク値とに基づいて決定される
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧延機の制御装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
前記比ｒＤＲは、前記上下同定荷重変動記憶手段又は前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分の絶対値を積算した値と下側変動成分の絶対値を積算した値とに基づいて決定され、
前記比ｒＯＰは、前記上下同定荷重変動記憶手段又は前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているオペ側の上側変動成分の絶対値を積算した値と下側変動成分の絶対値を積算した値とに基づいて決定される
ことを特徴とする請求項１１に記載の圧延機の制御装置。
【国際調査報告】
2012070099.tif 000029
2012070099.tif 000030