(57)【要約】  張力の発生特性が変化する場合又は周期外乱の周波数が変化する場合においても、制御ゲインが適切に調整されるロール間搬送制御装置を得るために、加算実行指令信号がオンになった後の予め定められた期間における張力偏差信号を用いて、張力制御補正信号を入力とし張力制御量を出力とする制御対象伝達関数を同定する制御対象同定部（１０３）と、制御対象同定部（１０３）で同定された制御対象伝達関数を用いて、複数の制御ゲイン候補値の各々を張力制御演算部（１０１）の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号を演算して張力偏差推定信号として出力する張力偏差推定部（１０５）と、複数の制御ゲイン候補値のうち、張力偏差推定信号を最小にする制御ゲイン候補値を張力制御演算部（１０１）の制御ゲインとして設定するゲイン設定部（１０６）を備える。
2016157661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度軸ロールおよび張力軸ロールの間で搬送材に張力を与えつつ前記搬送材を搬送するロール間搬送制御装置において、
前記張力の目標値である張力指令信号と前記張力の検出値である張力制御量との偏差である張力偏差信号および制御ゲインを用いて張力制御補正信号を演算する張力制御演算部と、
制御対象の同定を指示する指示入力を受けたときに加振実行指令信号をオフからオンにする加振実行指令生成部と、
前記加振実行指令信号がオンにされると、前記張力制御補正信号に同定時加算信号を加算し、前記加算実行指令信号がオンになった後の予め定められた期間における前記張力偏差信号を用いて、前記張力制御補正信号を入力とし前記張力制御量を出力とする制御対象伝達関数を同定する制御対象同定部と、
前記制御対象同定部で同定された前記制御対象伝達関数を用いて、前記張力制御演算部の制御ゲインの候補である複数の制御ゲイン候補値を演算して保持するゲイン保持部と、
前記張力制御演算部が動作している間に前記制御対象伝達関数を用いて、前記ゲイン保持部で保持される前記複数の制御ゲイン候補値の各々を前記張力制御演算部の制御ゲインとして設定した場合の前記張力偏差信号を演算して張力偏差推定信号として出力する張力偏差推定部と、
前記複数の制御ゲイン候補値のうち、前記張力偏差推定信号を最小にする制御ゲイン候補値を前記張力制御演算部の制御ゲインとして設定するゲイン設定部と、
前記速度軸ロールの速度が速度目標値として設定される基準速度信号に一致するように速度制御を行う速度軸速度制御部と、
前記張力軸ロールの速度が前記基準速度指令信号と前記張力制御演算部によって演算される前記張力制御補正信号との和に一致するように速度制御を行う張力軸速度制御部と、
を備えることを特徴とするロール間搬送制御装置。
【請求項２】
前記張力偏差推定部は、前記制御対象伝達関数と、前記張力制御演算部に設定されている制御ゲインによる前記張力制御演算部の制御伝達関数である現在制御伝達関数とを用いて、前記張力制御演算部に設定されている制御ゲインによる感度関数である現在感度関数を算出し、
前記制御対象伝達関数と、前記複数の制御ゲイン候補値の各々を前記張力制御演算部の制御ゲインとして設定した場合における前記張力制御演算部の制御伝達関数とを用いて、前記複数の制御ゲイン候補値の各々について候補感度関数を算出し、
前記複数の制御ゲイン候補値の各々について、前記候補感度関数を前記現在感度関数で除した式で示される偏差推定伝達関数を算出し、
前記張力偏差信号を前記偏差推定伝達関数に入力して前記張力偏差推定信号を演算して出力することを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項３】
前記ゲイン設定部は、前記複数の制御ゲイン候補値の各々について、前記張力偏差推定信号の包絡線となる包絡線信号を演算し、前記包絡線信号の大きさが最小となる制御ゲイン候補値を前記張力制御演算部の制御ゲインとして設定することを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項４】
前記包絡線信号の大きさとして前記包絡線信号の時間平均値を用いることを特徴とする請求項２に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項５】
前記制御ゲイン保持部は、前記制御対象伝達関数に加えて、前記張力制御演算部の制御帯域を決定する応答パラメータを用いて、前記複数の制御ゲイン候補値を演算して保持することを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項６】
前記同定時加算信号は、予め定められた大きさを有し、張力偏差信号の正負の符号と一致する符号を取る２値信号であることを特徴とする請求項１に記載のロール間搬送制御装置。
【請求項７】
速度軸ロールおよび張力軸ロールの間で搬送材に張力を与えつつ前記搬送材を搬送するロール間搬送制御方法において、
前記張力の目標値である張力指令信号と前記張力の検出値である張力制御量との偏差である張力偏差信号および制御ゲインを用いて張力制御補正信号を演算する第１のステップと、
制御対象の同定を指示する指示入力を受けて加振実行指令信号がオフからオンにされると、前記張力制御補正信号に同定時加算信号を加算し、前記加算実行指令信号がオンになった後の予め定められた期間における前記張力偏差信号を用いて、前記張力制御補正信号を入力とし前記張力制御量を出力とする制御対象伝達関数を同定する第２のステップと、
前記第２のステップで同定された前記制御対象伝達関数を用いて、前記張力制御演算部の制御ゲインの候補である複数の制御ゲイン候補値を演算する第３のステップと、
前記張力制御補正信号の演算が行われている間に前記制御対象伝達関数を用いて、前記複数の制御ゲイン候補値の各々を前記張力制御演算部の制御ゲインとして設定した場合の前記張力偏差信号を演算して張力偏差推定信号を得る第４のステップと、
前記複数の制御ゲイン候補値の各々に対する前記張力偏差信号のうち、前記張力偏差信号を最小にする制御ゲイン候補値を前記張力制御演算部の制御ゲインとして設定する第５のステップと、
前記速度軸ロールの速度が速度目標値として設定される基準速度信号に一致するように前記速度軸ロールの速度制御を行う第６のステップと、
前記張力軸ロールの速度が前記基準速度指令信号と前記張力制御補正信号の和に一致するように前記張力軸ロールの速度制御を行う第７のステップと、
を含むことを特徴とするロール間搬送制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のロールの間で搬送材の搬送を行うロール間搬送制御装置およびロール間搬送制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロール間搬送制御装置では、２つのロール間で搬送材が弛まないように、搬送材に所定の大きさの張力が掛けられた状態で搬送が行われる。そのため、ロール間搬送制御装置には、搬送材に掛かる張力を所定の張力と一致させるように、ＰＩ（比例積分）制御またはＰＩＤ（比例積分微分）制御等のフィードバック制御の演算を行う張力制御演算部を備えることが多い。張力制御演算部は、フィードバック制御の演算に基づいて、上記２つのロールの軸のうち片方の軸（張力軸）の速度指令を修正し、他方の軸（速度軸）との速度差を調整することで、ロール間の搬送材に発生する張力を制御する。このようなロール間搬送制御装置が安定に搬送材を搬送するためには、張力制御器の制御ゲインを適切に設定して安定な張力制御を行う必要がある。【０００３】
一般的なロール間搬送制御装置では、操作者がロール間搬送を実行しつつ張力の変動を観察し、試行錯誤によって制御ゲインを変更するため、調整に手間や時間がかかる。また、搬送材を搬送するためのロールが扁平している場合や偏心している場合には、巻取り軸や巻出し軸（あるいは送り出し軸）への搬送材の不均一な巻き付けが原因となり、軸の真円度が大きくなる。そのため、ロールの回転に起因する周期的な外乱が発生して張力が変動し、安定な搬送が行えないことがある。ここで、真円度とは、幾何学的に正しい円からの狂いの大きさであり、真円度が大きいほど正しい円からの狂いが大きいことを示す。上記のような周期外乱の周波数は、搬送材の搬送速度に応じて変化することが多い。また、ロールへの荷重や加熱が原因となりロールが変形して真円度が増大してしまい、経時的に周期外乱の振幅や周波数が変化することがある。【０００４】
周期外乱の影響による搬送材の張力の変動を抑制するためには、周期外乱の周波数帯域の張力制御器の応答特性を適切に調整する必要があり、周期外乱の周波数に応じて張力制御器の制御ゲインの値を適切に変化させることが望まれる。このような張力制御器の制御ゲインの値を適切に変化させる可変制御ゲイン方式を実現するためには、周期外乱の特性に応じた制御ゲインのゲインテーブルなどを設定する必要があった。【０００５】
周期外乱の影響を受けて変動する張力検出値に応じて張力制御演算部の制御ゲインを可変とする技術として、特許文献１の技術が挙げられる。特許文献１では、プロセスラインの炉内で加熱されて扁平したロールが回転することで生じる周期的な張力変動を抑制するための技術が開示されている。これは、事前に張力検出値の振動振幅の大きさに対応させた制御ゲインを保持するゲインテーブルを設定しておき、張力検出値の振動振幅の大きさに基づいて制御ゲインを変更するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１８１５０２号公報（第３ページ、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、張力検出値の振動振幅の大きさに基づいて制御ゲインが変更されるが、その変更量が事前に設定されている必要がある。つまり、張力の振動振幅の大きさに対する制御ゲインまたは制御ゲインの変更量のゲインテーブルを事前に作成しておく必要がある。ゲインテーブルの作成に際して、操作者はロール間搬送を実行しつつ、搬送材の張力の変動を観察しながら張力変動の振動振幅を調整し、ゲインテーブルの作成のために必要な全てのパターンの張力変動の振動振幅の大きさを実現する必要がある。操作者はその上で、振動振幅を低減するための制御ゲインを調整する必要があり、ゲインテーブルの作成に時間と手間を要していた。【０００８】
また、適切な張力制御ゲインは張力変動の振動振幅にのみ依存して決まるものではないので、張力変動の振動振幅に応じたゲインテーブルを１つ作成しても、安定した搬送材の搬送が行えない場合がある。例えば、ロール間搬送制御装置の中には、異なる材質の搬送材を同一の装置にて取り扱うものがある。一般に、搬送材の材質ごとにヤング率が異なり、張力軸ロールと速度軸ロールの速度差をつけて搬送材を引っ張る際の張力の発生特性が千差万別であるため、制御ゲインは搬送材の材質に応じても変更されなくてはならない。そのため、搬送材の材質が変更されれば、ゲインテーブルに保持する制御ゲインの値を変更する必要があり、搬送材の材質ごとに複数のゲインテーブルを作成する必要があった。【０００９】
さらに、張力軸ロールと速度軸ロールの速度差に対する張力の応答特性は、搬送材の搬送速度に依存しても変化することが知られている。例えば、搬送材の搬送速度を高速化すると、巻き出し軸から単位時間当たりに新たに供給される搬送材の材料長が長くなり、ロール間に供給される低張力の搬送材の量が増える。そのため、搬送速度が低速の場合と同等に張力軸ロールと速度軸ロールの速度差をつけたとしても、搬送材の張力への影響が小さくなる。よって、搬送材の速度に応じてもゲインテーブルに保持する制御ゲインの値を変更することが望まれる。【００１０】
従って、特許文献１に記載される技術では、制御ゲインの変更量を決めるために事前に設定されたゲインテーブルが必要であり、さらに、搬送材の材質や搬送速度などの運転条件ごとに複数のゲインテーブルを設定する必要がある。そのため、適切な制御ゲインを得るためにロール間搬送制御装置の運転開始前の調整において多大な時間と手間を要するという問題があった。
また、特許文献１に記載の技術では、制御ゲインの変更量の判断が張力検出値の振動振幅の大きさのみに基づいて行われるため、周期外乱の周波数が変動する場合には、かえって制御性能が悪化し、張力検出値の振動振幅が拡大するという問題があった。【００１１】
一般に、フィードバック制御の安定限界の制御帯域よりも低い周波数成分を多く含む周期外乱が印加される場合には、制御ゲインを大きくして制御帯域を安定限界付近まで高くすることで、外乱応答特性の向上により張力変動が抑制される。このとき、制御ゲインとして小さい値が設定されると、張力変動は抑制されず、振動振幅が大きくなる。一方で、安定限界の制御帯域よりも高い周波数成分を多く含む周期外乱が印加される場合には、制御ゲインを上げても周期外乱の周波数成分が制御帯域外となり張力変動を抑制できない。そればかりか制御ゲインを大きくすることで高周波数帯域の外乱に対する感度が大きくなり周期外乱による張力変動が励起され、振動振幅が拡大される。【００１２】
上述した理由により、周期外乱が印加される場合には、制御ゲインの設定値は周期外乱の周波数を考慮した上で決定される必要がある。特に、ロール間搬送制御装置では、搬送速度の変更に基づいて扁平又は偏心したロールの回転速度が変わり、周期外乱の周波数が変わる。そのため、事前に設定された張力変動の振動振幅のみに基づいて設定されるゲインテーブルからは適切な制御ゲインを得られない可能性がある。よって、特許文献１の技術では、制御ゲインが適切に変更されずに張力変動を抑制できず、かえって張力変動を励起して振動振幅を拡大させるという問題があった。【００１３】
本発明は以上述べた問題を解決するためになされたものであり、周期外乱による張力変動の抑制のための制御ゲインのゲインテーブルを事前に設定する作業を必要とせず、また、搬送材の材質や搬送速度などの運転条件の変更に基づいて張力の発生特性が変化する場合、周期外乱の周波数が変化する場合にも、制御ゲインが適切に調整され張力制御の良好な応答性能を実現することが可能なロール間搬送制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るロール間搬送制御装置は、速度軸ロールおよび張力軸ロールの間で搬送材に張力を与えつつ搬送材を搬送するロール間搬送制御装置において、張力の目標値である張力指令信号と張力の検出値である張力制御量との偏差である張力偏差信号および制御ゲインを用いて張力制御補正信号を演算する張力制御演算部と、制御対象の同定を指示する指示入力を受けたときに加振実行指令信号をオフからオンにする加振実行指令生成部と、加振実行指令信号がオンにされると、張力制御補正信号に同定時加算信号を加算し、加算実行指令信号がオンになった後の予め定められた期間における前記張力偏差信号を用いて、張力制御補正信号を入力とし張力制御量を出力とする制御対象伝達関数を同定する制御対象同定部と、制御対象同定部で同定された制御対象伝達関数を用いて、張力制御演算部の制御ゲインの候補である複数の制御ゲイン候補値を演算して保持するゲイン保持部と、張力制御演算部が動作している間に制御対象伝達関数を用いて、ゲイン保持部で保持される複数の制御ゲイン候補値の各々を張力制御演算部の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号を演算して張力偏差推定信号として出力する張力偏差推定部と、複数の制御ゲイン候補値のうち、張力偏差推定信号を最小にする制御ゲイン候補値を張力制御演算部の制御ゲインとして設定するゲイン設定部と、速度軸ロールの速度が速度目標値として設定される基準速度信号に一致するように速度制御を行う速度軸速度制御部と、張力軸ロールの速度が基準速度指令信号と張力制御演算部によって演算される張力制御補正信号との和に一致するように速度制御を行う張力軸速度制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、周期外乱による張力変動の抑制のための制御ゲインのゲインテーブルを事前に設定する作業を必要とせず、また、搬送材の材質、搬送速度などの運転条件の変更に基づいて張力の発生特性が変化する場合、あるいは周期外乱の周波数が変化する場合にも、制御ゲインが適切に調整され張力制御の良好な応答性能を実現することが可能なロール間搬送制御装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るロール間搬送制御装置の張力偏差推定部１０５とゲイン設定部１０６の内部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る制御装置部１００の時間応答を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る張力偏差信号Ｔｅｓｔと包絡線信号Ｔｅｎｖの例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るロール間搬送制御装置の張力偏差推定部３０５とゲイン設定部３０６の内部構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る張力偏差推定部３０５における演算に用いられるフィルタの周波数応答波形を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係るロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る制御装置部４００の時間応答を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態に係るロール間搬送制御装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は例示であって、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
図１に示すように制御対象装置部１０は、搬送材１１と、張力軸ロール１２と、速度軸ロール１３と、張力制御量検出器１４と、張力軸速度制御部２１と、速度軸速度制御部２２と、加算器２３とを備える。制御対象装置部１０は、制御装置部１００の出力である張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１と、基準速度指令信号Ｖｒｅｆ０とを入力とし、張力制御量信号Ｔｆｂを出力とする。
【００１９】
制御対象装置部１０は、張力軸ロール１２と速度軸ロール１３の回転動作により搬送材１１を搬送する。このとき、張力軸ロール１２と搬送材１１との間のすべりは微小であるものとして、張力軸ロール１２の周速度と搬送材１１の張力軸ロール１２に接する部分の速度とは、一致するか又は予め定められた範囲内に収まるものとする。また、速度軸ロール１３と搬送材１１との間のすべりは微小であるものとして、速度軸ロール１３の周速度と、搬送材１１の速度軸ロール１３に接する部分の速度とは、一致するか又は予め定められた範囲内に収まるものとする。
【００２０】
張力軸速度制御部２１は、入力される張力軸速度指令信号Ｖｒｅｆ１に、張力軸ロール１２の速度が一致するように張力軸ロール１２の回転速度を制御する。具体的には、張力軸速度制御部２１は、張力軸ロール１２の径および張力軸ロール１２の駆動力を発生させる電動機等の減速比を考慮して張力軸速度指令信号Ｖｒｅｆ１を電動機等の回転速度に変換した指令を演算する。張力軸速度制御部２１は、この指令によって電動機を駆動することで張力軸ロール１２の回転速度が張力軸速度指令信号Ｖｒｅｆ１に一致するか又は予め定められた範囲内に収まるように制御する。
【００２１】
速度軸速度制御部２２は、入力される張力軸速度指令信号Ｖｒｅｆ２に、速度軸ロール１３の速度が一致するように速度軸ロール１３の回転速度を制御する。具体的には、速度軸速度制御部２２は、速度軸ロール１３の径および速度軸ロール１３の駆動力を発生させる電動機等の減速比を考慮して速度軸速度指令信号Ｖｒｅｆ２を電動機等の回転速度に変換した指令を演算する。速度軸速度制御部２２はこの指令によって電動機を駆動することで速度軸ロール１３の回転速度が張力軸速度指令信号Ｖｒｅｆ２に一致するか又は予め定められた範囲内に収まるように制御する。
【００２２】
本実施の形態では、張力軸ロール１２は搬送材１１を巻き取り、速度軸ロール１３は搬送材１１を巻き出す（送り出す）構成で説明するが、この構成に限るものではない。速度軸ロール１３が搬送材１１を巻き取り、張力軸ロール１２が搬送材１１を巻き出す（送り出す）構成でもよい。また、張力軸ロール１２および速度軸ロール１３は、搬送材１１の巻き取りおよび巻き出しを直接行わず、搬送材１１の送り動作のみを行う中間軸であってもよい。
【００２３】
加算器２３は、基準速度指令信号Ｖｒｅｆ０と張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１とを加算して、張力軸ロール１２の速度指令である張力軸速度指令信号Ｖｒｅｆ１を生成する。速度軸ロール１３の速度指令である速度軸速度指令信号Ｖｒｅｆ２には、基準速度指令信号Ｖｒｅｆ０が代入される。すなわち、本実施の形態では、速度軸速度指令信号Ｖｒｅｆ２としては基準速度指令信号Ｖｒｅｆ０の値がそのまま用いられる（図１において括弧書きを用いてその旨を示す）。従って、張力軸ロール１２は、速度軸ロール１３と比較して張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１の分だけ速く回転する。
【００２４】
つまり、搬送材１１の張力軸ロール１２に接する部分の速度は、搬送材１１の速度軸ロール１３に接する部分の速度よりも速くなる。搬送材１１は、張力軸ロール１２と速度軸ロール１３との間で引っ張られることにより張力が発生する。速度軸速度加算信号Ｖａｄｄ１の値が変更されると、張力軸ロール１２の回転速度が変更されるので、搬送材１１に発生する張力が変化する。
張力制御量検出器１４は、搬送材１１の張力を示す張力制御量信号Ｔｆｂを検知して出力する。ここで、張力制御量信号Ｔｆｂは、搬送材１１の張力そのものでもよいし、搬送材１１の張力に応じてその位置を変えるダンサ機構の位置の検出値でもよい。張力制御量信号Ｔｆｂは制御量であり、張力の目標値を与える張力指令信号Ｔｒｅｆに一致するか又は予め定められた範囲内に収まるように制御される変数である。
【００２５】
制御対象装置部１０は、張力検出値信号Ｔｆｂの値を用いて張力軸速度加算値Ｖａｄｄ１を算出する制御装置部１００と組み合わされることで、フィードバック制御を行う構成となっている。
【００２６】
制御装置部１００は、制御ゲインを用いて張力制御補正信号Ｕｃｎｔを算出する張力制御演算部１０１と、オン又はオフの信号である加振実行指令信号Ｅｒｕｎを出力する加振実行指令生成部１０２と、制御対象装置部１０の伝達特性を同定する制御対象同定部１０３と、張力制御演算部１０１の制御ゲインの候補である制御ゲイン候補を複数保持するゲイン保持部１０４と、制御ゲイン候補を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒを制御ゲイン候補ごとに推定する張力偏差推定部１０５と、張力制御演算部１０１の制御ゲインを設定するゲイン設定部１０６と、減算器１０７と、加算器１０８とを備える。
【００２７】
ここで、図１において、ゲイン設定部１０６から出て張力制御演算部１０１を斜めに突き抜けている矢印は、ゲイン設定部１０６が張力制御演算部１０１の内部の設定内容を変更することを意味する。また、これは以下の実施の形態に係る発明のブロック図においても同様である。
【００２８】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置の動作について述べる。
制御装置部１００は、制御対象装置部１０から出力される張力制御量信号Ｔｆｂと、張力指令信号Ｔｒｅｆと、張力制御演算部１０１の応答特性を決める応答パラメータ信号Ｒｐｆｍと、オン又はオフの信号である加振実行指令信号Ｅｒｕｎとを入力とする。制御装置部１００は、張力制御補正信号Ｕｃｎｔと同定時加算信号Ｕａｄｄとの和である張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１を演算して出力する。
【００２９】
張力制御演算部１０１は、張力指令信号Ｔｒｅｆと張力制御量信号Ｔｆｂとの偏差である張力偏差信号Ｔｅｒｒと加振実行指令信号Ｅｒｕｎとを入力とする。張力制御演算部１０１は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオフである通常の状態においては、張力偏差信号Ｔｅｒｒに対して、制御ゲインの１つである比例ゲインを乗じて得た比例補償信号と、張力偏差信号Ｔｅｒｒに対して、制御ゲインの１つである積分ゲインを乗じて積分を行って得た積分補償信号との和を算出して、この和を張力制御補正信号Ｕｃｎｔとして出力する。本発明では、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンである期間を同定期間と呼び、この同定期間は予め定められた時間長を有するものとする。
【００３０】
張力制御演算部１０１は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオフからオンに切り換わる時に、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンになる直前の張力制御補正信号Ｕｃｎｔの値を保持し、同定期間には保持された張力制御補正信号Ｕｃｎｔの値を出力する。加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンになる直前の張力制御補正信号Ｕｃｎｔの値を保つ動作は、比例ゲインおよび積分ゲインを０にし、積分の出力を保持するようにすることで実現される。これにより、張力制御演算部１０１は、同定期間においても直前の安定な制御状態を保つことができ、同定処理が実行される同定期間へと安定して移行し、短時間で制御対象装置部１０の伝達特性を同定することができる。
【００３１】
加振実行指令生成部１０２は、制御装置部１００の外部からの操作による指示入力に基づいてオン又はオフを示す信号である加振実行指令信号Ｅｒｕｎを生成する。加振実行指令生成部１０２は、外部からの操作により加振実行指令信号Ｅｒｕｎをオフからオンに変更し、予め定められた期間（同定期間）だけオンの信号を出力した後にオフへと戻す。ここで予め定められた期間とは、予め定めた一定時間又は制御対象同定部１０３の出力が予め定められた回数だけ変化したという判断を行うまでの期間のことであるが、これらの構成に限られない。
【００３２】
制御対象同定部１０３は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンである同定期間に張力偏差信号Ｔｅｒｒの符号に基づいて、予め設定された加算値振幅Ｄの大きさの振幅を持ち、正又は負の符号のうち張力偏差を小さくする方の符号を選択した信号である同定時加算信号Ｕａｄｄを出力する。なお、制御対象同定部１０３は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオフの期間において０となる同定時加算信号Ｕａｄｄを出力する。制御対象同定部１０３は、＋Ｄと−Ｄとのうちいずれか一方を選択するときに、張力偏差信号Ｔｅｒｒの代わりに張力偏差信号Ｔｅｒｒにローパスフィルタを作用させた信号に基づいて＋Ｄと−Ｄとの２つの値のうちから一方を選択してもよい。
【００３３】
制御対象同定部１０３が出力する同定時加算信号Ｕａｄｄによる動作は、温度調整制御で多く用いられてきたリミットサイクル法と呼ばれる方法と同様である。加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンになると、制御対象同定部１０３が出力する同定時加算信号Ｕａｄｄと、張力偏差信号Ｔｅｒｒが発振する。制御対象同定部１０３は、発振した張力偏差信号Ｔｅｒｒの振幅と周期から制御対象装置部１０の伝達特性を伝達関数として同定する。同定された伝達関数の係数は制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍとして出力される。
【００３４】
ゲイン保持部１０４は、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと応答パラメータ信号Ｒｐｆｍとを入力として、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと応答パラメータ信号Ｒｐｆｍとに基づいて、張力制御演算部１０１の制御ゲインの候補である制御ゲイン候補を複数組計算して保持する。制御ゲイン候補は比例ゲインの候補である比例ゲイン候補と積分ゲインの候補である積分ゲイン候補の組であるとする。ゲイン保持部１０４は複数組の制御ゲイン候補を制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとして出力する。
【００３５】
張力偏差推定部１０５は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとを入力とする。張力偏差推定部１０５は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとを用いて、制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎに含まれる制御ゲイン候補ごとに、それぞれの制御ゲイン候補値を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差の推定値である張力偏差推定値を計算し、それぞれの制御ゲイン候補値と張力偏差推定値とを関連付けて張力偏差推定信号Ｔｅｓｔとして出力する。
【００３６】
ゲイン設定部１０６は張力偏差推定信号Ｔｅｓｔを入力として、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔに基づいて複数組の制御ゲイン候補のうちから１組の制御ゲイン候補を選択して、選択された制御ゲイン候補の組を制御ゲイン設定値信号Ｇｓｅｔとして出力し、張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定する。
張力偏差推定部１０５とゲイン設定部１０６については、その詳細な構成を後述する。
減算器１０７は張力指令信号Ｔｒｅｆと張力制御量信号Ｔｆｂとの差である張力偏差信号Ｔｅｒｒを演算して出力する。
加算器１０８は張力制御補正信号Ｕｃｎｔと同定時加算信号Ｕａｄｄとの和である張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１を演算して出力する。
【００３７】
図２は、本発明の実施の形態１におけるロール間搬送制御装置の張力偏差推定部１０５と、ゲイン設定部１０６の内部構成を示すブロック図である。
以下、張力偏差推定部１０５と、ゲイン設定部１０６について、図２を用いて詳細な説明を行う。ここでは、例としてゲイン保持部１０４において３組の制御ゲイン候補が計算され、保持される場合を考える。なお、ここで示すものは例示であって、この構成に限らない。ゲイン保持部１０４が計算する制御ゲイン候補は３組以外、つまり２組又は４組以上であってもよい。
張力偏差推定部１０５は、信号分割器１０５１、第１張力偏差推定器１０５２、第２張力偏差推定器１０５３、第３張力偏差推定器１０５４、信号結合器１０５５を備える。
【００３８】
信号分割器１０５１は、張力偏差推定部１０５に入力される制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎから、制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎに含まれる第１組目の制御ゲイン候補である第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）、第２組目の制御ゲイン候補である第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）、第３組目の制御ゲイン候補である第３制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（３）を取り出して出力する。
【００３９】
第１張力偏差推定器１０５２は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと、第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）と、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍとを入力として、第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）と、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと、現在に張力制御演算部１０１に設定されている制御ゲインとに基づいて、第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値である第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）を演算して、第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）と関連付けて出力する。
【００４０】
第２張力偏差推定器１０５３は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）と、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍを入力として、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）と、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと、張力制御演算部１０１に設定されている制御ゲインとに基づいて、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値である第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）を演算して、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）と関連付けて出力する。
【００４１】
第３張力偏差推定器１０５４は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと、第３制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（３）と、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍを入力として、第３制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（３）と、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと、張力制御演算部１０１に設定されている制御ゲインとに基づいて、第３制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（３）を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値である第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）を演算して、第３制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（３）と関連付けて出力する。
【００４２】
信号結合器１０５５は、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と、第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）と、第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）とを入力として、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と、第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）と、第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）とを１つの信号として結合した張力偏差推定信号Ｔｅｓｔを出力する。
【００４３】
以上述べた第１偏差推定器１０５２、第２偏差推定器１０５３および第３偏差推定器１０５４からそれぞれ、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）、第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）および第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）を得る構成の詳細については後述する。
【００４４】
ゲイン設定部１０６は、信号分割器１０６１、第１包絡線信号演算器１０６２、第２包絡線信号演算器１０６３、第３包絡線信号演算器１０６４、包絡線信号比較器１０６５を備える。
【００４５】
信号分割器１０６１は、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔから、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔに含まれる第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と、第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）と、第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）を取り出して出力する。
第１包絡線信号演算器１０６２は、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）を入力として、ヒルベルト変換の手法を用いて第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）の包絡線である第１包絡線信号Ｔｅｎｖ（１）を演算して第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）と関連付けて出力する。
【００４６】
第２包絡線信号演算器１０６３は、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）を入力として、ヒルベルト変換の手法を用いて第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）の包絡線である第２包絡線信号Ｔｅｎｖ（２）を演算して第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）と関連付けて出力する。
第３包絡線信号演算器１０６４は、第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）を入力として、ヒルベルト変換の手法を用いて第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）の包絡線である第３包絡線信号Ｔｅｎｖ（３）を演算して第３制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（３）と関連付けて出力する。
【００４７】
ここで、包絡線とは、各時刻において１点を限定するものではなく、包絡線上から少しはずれた点も含んで構成される略包絡線も含むものとする。また、ここでは包絡線信号はヒルベルト変換に基づいて計算されるものとしているが、ヒルベルト変換を近似的に演算する有限次数のＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、あるいはＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いた計算を行ってもよい。
【００４８】
包絡線比較器１０６５は、第１包絡線信号Ｔｅｎｖ（１）と、第２包絡線信号Ｔｅｎｖ（２）と、第３包絡線信号Ｔｅｎｖ（３）とを入力として、それぞれの包絡線信号の大きさを比較して、包絡線信号の大きさを最小とする制御ゲイン候補を選択する。そして、包絡線比較器１０６５は、選択された制御ゲイン候補を制御ゲイン設定値信号Ｇｓｅｔとして出力する。ここで、包絡線信号の大きさとは、同時刻におけるそれぞれの包絡線信号の大きさに限らず、例えば包絡線信号の大きさの平均値として、時間平均値であってもよいものとする。
【００４９】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置の効果について説明する。
図３は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎをオンとするときの制御装置部１００の時間応答を示す図である。同図では、横軸を時間として、加振実行指令生成部１０２が加振実行指令信号Ｅｒｕｎをオンとするときの制御装置部１００の時間応答を示す。図３の（Ａ）は、制御装置部１００における加振実行指令信号Ｅｒｕｎの時間応答グラフである。図３の（Ｂ）は、制御装置部１００における同定時加算信号Ｕａｄｄの時間応答グラフである。図３の（Ｃ）は、制御装置部１００における張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１の時間応答グラフである。図３の（Ｄ）は、制御装置部１００における張力制御量信号Ｔｆｂの時間応答グラフである。
【００５０】
加振指令生成部１０２が加振実行指令信号Ｅｒｕｎをオンとし、この加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンとなっている期間には、張力偏差信号Ｔｅｒｒの正又は負の符号に応じてそれぞれ、同定時加算信号Ｕａｄｄが＋Ｄ又は−Ｄの値をとる。すなわち、同定時加算信号は張力偏差信号Ｔｅｒｒの正負の符号と同じ符号を取る２値信号となる。また、これに応じて張力偏差信号Ｔｅｒｒが変化するため、同定時加算信号Ｕａｄｄおよび張力偏差信号Ｔｅｒｒは一定の周期で振動する。すなわち、リミットサイクルによる自励振動を生じる。ここで、一定の周期とは、一つの時間長に限定されるものではなく、周期が一定の周期から少しずれた略一定の周期も含むものとする。
【００５１】
制御対象同定部１０３は、上述のように加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンになっている期間の張力偏差信号Ｔｅｒｒの振動周期と振幅とから、張力制御補正信号Ｕｃｎｔを入力として張力制御量信号Ｔｆｂを出力とする制御対象の伝達関数である制御対象伝達関数Ｐを同定する。一例として、制御対象伝達関数Ｐは、以下の式（１）のように積分器と無駄時間器の積で近似的に表現される伝達関数である。
【００５２】
【数１】
2016157661.tif 000003
【００５３】
式（１）において、Ａは同定された制御対象伝達関数Ｐの特性を決める積分ゲイン（制御対象積分ゲイン）であり、Ｌは無駄時間（制御対象無駄時間）である。また、ｓはラプラス演算子である。
この場合、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍは、同定された制御対象伝達関数Ｐの特性を決める積分ゲイン（制御対象積分ゲインＡ）と無駄時間（制御対象無駄時間Ｌ）を示す信号となる。
【００５４】
加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンになっている期間（同定期間）は、予め時間長が設定されていてもよい（すなわち、一定の期間であってもよい）。ここで、硬い金属から柔らかい樹脂等の多様な材料が搬送の対象となる場合には、上記のリミットサイクルによる振動周波数が大きく異なり、また、実現できる制御の応答周波数も大きく異なる。そのため、張力偏差信号Ｔｅｒｒの振動周波数を所定の数だけ数えて同定期間を終了するように設定することが望ましい。このとき、搬送材１１の素材が金属や紙等の張力変化による伸びが小さい材料である場合には、数Ｈｚ以上の速さで振動が生じるため、上記の同定期間は１秒程度あればよい。また、搬送材１１の素材が、樹脂等の張力変化による伸びが大きい材料である場合には、振動の周波数が低くなるが、このような場合であっても上記の同定期間は数秒程度の短時間で十分であり、かつ１回の同定処理だけで正確な制御対象の同定が可能である。
【００５５】
以上述べたように、張力の発生特性の異なる搬送材を同一のロール間搬送制御装置で扱う場合、あるいは搬送速度設定が変更されることで張力軸ロールと速度軸ロールの速度差に対する張力の発生特性が変化する場合にも、本実施の形態のロール間搬送制御装置では、制御対象同定部１０３の動作により、正確に制御対象の同定を行うことができる。
【００５６】
ゲイン保持部１０４は、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと応答パラメータ信号Ｒｐｆｍとに基づいて、張力制御量信号Ｔｆｂを安定化させる張力制御演算部１０１の制御ゲインの候補を計算して保持することができる。例えば、制御ゲイン候補を３組計算して保持するものとして、第ｉ（１≦ｉ≦３、ｉは自然数）制御ゲイン候補のうちの比例ゲインの候補を第ｉ比例ゲイン候補Ｋｐｃ（ｉ）、第ｉ制御ゲイン候補のうちの積分ゲインの候補を第ｉ積分ゲイン候補Ｋｉｃ（ｉ）とする。また、応答パラメータ信号Ｒｐｆｍに含まれる要素のうち、第ｉ制御ゲイン候補の応答特性を決める要素を第ｉ応答パラメータＲｐｆｍ（ｉ）とする。このとき、第ｉ比例ゲイン候補Ｋｐｃ（ｉ）と第ｉ積分ゲイン候補Ｋｉｃ（ｉ）は、式（１）の制御対象伝達関数Ｐの係数と以下の式（２）および式（３）に基づいて計算される。
【００５７】
【数２】
2016157661.tif 000004
【００５８】
ここで、第ｉ応答パラメータＲｐｆｍ（ｉ）として１．０が設定されている場合に、上の式（２）および式（３）に基づいて計算される第ｉ比例ゲイン候補Ｋｐｃ（ｉ）と第ｉ積分ゲイン候補Ｋｉｃ（ｉ）は、Ｚｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの調整則に基づいて調整される比例ゲインおよび積分ゲインと一致する。そのため、張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定される場合に、張力制御演算部１０１は安定余裕を有する制御を実現することができる。よって、式（２）および式（３）に基づく計算においては、第１から第３までの応答パラメータＲｐｆｍ（ｉ）を１．０以下に設定することで、３組の全ての制御ゲイン候補は、Ｚｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの調整則に基づいて調整される制御ゲイン以下の値となる。
従って、それぞれの制御ゲイン候補を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定する場合に張力制御演算部１０１は安定余裕を有する制御を実現することができる。
【００５９】
以上述べたように、制御対象同定部１０３とゲイン保持部１０４との動作に基づいて、例えばＺｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの調整則を基準として制御ゲイン候補が演算される。従って、保持される制御ゲイン候補は全て安定余裕を有する制御を実現できる制御ゲイン候補とすることができる。よって、ゲイン設定部１０６の動作に基づいて制御ゲイン候補の中から張力制御演算部に設定される制御ゲインが選択される場合に、安定余裕を有する制御ゲインが張力制御演算部１０１に設定される。
すなわち、応答パラメータＲｐｆｍを用いることにより、１つのパラメータの決定により簡易的に安定余裕を有する比例ゲインと積分ゲインとを計算することが可能となる。
【００６０】
ここまでＺｉｅｇｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの調整則を例に挙げて説明してきたが、応答パラメータＲｐｆｍを１．０以下に設定することで、他の調整則を用いても簡易的に複数の安定な制御ゲイン候補を演算することができる。
例えば、Ｃｈｉｅｎ−Ｈｒｏｎｅｓ−Ｒｅｓｗｉｃｋのステップ外乱入力に対する行き過ぎ量（ステップ外乱印加後の最初の制御量のピークと次の制御量のピークとの比）を０％とする調整則に基づいて、次の式（４）および式（５）を用いて安定な制御ゲイン候補を計算することが可能である。
【００６１】
【数３】
2016157661.tif 000005
【００６２】
また、例えばＣｈｉｅｎ−Ｈｒｏｎｅｓ−Ｒｅｓｗｉｃｋのステップ外乱入力に対する行き過ぎ量を２０％とする調整則に基づいて次の式（６）および式（７）のように安定な制御ゲイン候補を計算することが可能である。
【００６３】
【数４】
2016157661.tif 000006
【００６４】
以上例示した方法により、ゲイン設定部１０６の動作に基づいて制御ゲイン候補の中から張力制御演算部に設定される制御ゲインが選択される場合に、安定余裕を有する制御ゲインが張力制御演算部１０１に設定される。
【００６５】
張力偏差推定部１０５は、上述の通り安定余裕を有する制御が実現可能な３組のそれぞれの制御ゲイン候補を、張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値である張力偏差推定信号Ｔｅｓｔを計算する。
張力制御演算部１０１の制御ゲインを第ｉ制御ゲイン候補に置き換えた場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値を第ｉ張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（ｉ）とする。張力制御演算部１０１に設定されている比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉに基づく張力制御演算部１０１の伝達関数を現在制御伝達関数Ｃ＝Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓとする。第ｉ制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（ｉ）を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力制御演算部１０１の伝達関数を第ｉ制御伝達関数Ｃｃ（ｉ）＝Ｋｐｃ（ｉ）＋Ｋｉｃ（ｉ）／ｓとする。
【００６６】
また、搬送材１１に対して印加される周期外乱を、張力制御補正信号に対して印加される外乱に換算した信号を周期外乱信号Ｄｉｓｔｂとする。張力制御量信号Ｔｆｂが張力指令信号Ｔｒｅｆ近辺に整定している状態で周期外乱信号Ｄｉｓｔｂが印加される場合において、現在制御伝達関数Ｃと、制御対象伝達関数Ｐと、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂと、張力偏差信号Ｔｅｒｒとの関係式は次の式（８）の通りである。
【００６７】
【数５】
2016157661.tif 000007
また、同様に、第ｉ制御伝達関数Ｃｃ（ｉ）と、制御対象伝達関数Ｐと、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂと、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂと、第ｉ張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（ｉ）との関係式は次の式（９）で表される。
【００６８】
【数６】
2016157661.tif 000008
式（８）と式（９）とから周期外乱信号Ｄｉｓｔｂを消去すると次の式（１０）が得られる。
【００６９】
【数７】
2016157661.tif 000009
【００７０】
ここで、張力制御演算部１０１の伝達関数が現在制御伝達関数Ｃであるとしたときの感度関数を現在感度関数とよぶことにする。式（１０）は、張力制御演算部１０１の伝達関数が第ｉ制御伝達関数Ｃｃ（ｉ）であるとしたときの感度関数を、現在感度関数で除した式である。また、式（１０）の伝達関数を偏差推定伝達関数とする。偏差推定伝達関数は張力偏差信号Ｔｅｒｒに基づいて、それぞれの制御ゲイン候補を張力制御演算部に設定した場合における、ロール間搬送制御装置に対して印加される周期外乱信号Ｄｉｓｔｂに対する張力偏差信号を計算する式である。
【００７１】
式（１０）により、第ｉ張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（ｉ）は張力偏差信号Ｔｅｒｒの良好な推定値となるといえる。従って、張力偏差推定部１０５の動作により、印加される周期外乱信号Ｄｉｓｔｂが観測されない場合にも、式（１０）に基づいて、既知の制御対象伝達関数Ｐと、現在制御伝達関数Ｃと、第ｉ制御伝達関数Ｃｃ（ｉ）とを用いることで、第ｉ制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（ｉ）を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値である第ｉ張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（ｉ）を計算することができる。
【００７２】
ゲイン設定部１０６では、第ｉ張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（ｉ）の包絡線である第ｉ包絡線信号Ｔｅｎｖ（ｉ）を計算して、それぞれの包絡線信号の大きさを比較する。このとき、前述の通り第ｉ張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（ｉ）は、第ｉ制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（ｉ）を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂに対する張力偏差信号Ｔｅｒｒの良い推定値である。よって、第ｉ張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（ｉ）の包絡線である第ｉ包絡線信号Ｔｅｎｖ（ｉ）は、張力制御演算部１０１の制御ゲインを第ｉ組目の制御ゲイン候補に変更した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの振動振幅の良い推定値であるといえる。ゲイン設定部１０６が包絡線信号の大きさが最小となる制御ゲイン候補を選択して張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定することで、周期外乱に対する張力偏差信号の振動振幅を最小とする制御ゲインを設定することができる。
【００７３】
次に、包絡線信号を演算する効果について説明する。
張力偏差信号Ｔｅｒｒの振幅を最小化するための制御ゲイン候補を選択するためには、それぞれの制御ゲイン候補に対する張力偏差推定信号Ｔｅｓｔの振幅が比較された上で制御ゲイン候補が選択されることが望ましい。しかし、このとき包絡線信号の演算を用いないで、仮に同時刻におけるそれぞれの張力偏差推定信号Ｔｅｓｔの値を比較するものとすると、それぞれの制御ゲイン候補の位相遅れ特性の差に基づいて生じる張力偏差推定信号Ｔｅｓｔの位相の差の影響が張力偏差推定信号Ｔｅｓｔの値に顕著に表れることなる。そのため、正しく張力偏差推定信号Ｔｅｓｔの振幅を最小化する制御ゲイン候補を選択できない場合がある。
【００７４】
本実施の形態のゲイン設定部１０６では、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔの振幅の良い推定値である包絡線信号Ｔｅｎｖを計算して比較する。その結果、同時刻の信号の比較においても制御ゲイン候補の位相遅れ特性の影響を受けずに、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔの振幅を比較することができる。
【００７５】
次に周期外乱の周波数が変化する場合に、ゲイン設定部１０６により制御ゲインを設定する効果について述べる。
図４は、張力偏差信号Ｔｅｓｔと包絡線信号Ｔｅｎｖの例を示す図である。同図には、ゲイン保持部１０４が３組の制御ゲイン候補を保持しており、周波数が低い周期外乱が印加される場合と、周波数が高い周期外乱が印加される場合と、における３組の制御ゲイン候補に関連付けられる張力偏差推定信号Ｔｅｓｔと包絡線信号Ｔｅｎｖとが示される。ここで、図４の横軸は時間軸である。
【００７６】
図４の（Ａ１）は、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂの周波数が低い場合の第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と第１包絡線信号Ｔｅｎｖ（１）とを記した図である。図４の（Ａ２）は、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂの周波数が低い場合の第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）と第２包絡線信号Ｔｅｎｖ（２）とを記した図である。図４の（Ａ３）は、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂの周波数が低い場合の第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）と第３包絡線信号Ｔｅｎｖ（３）とを記した図である。
【００７７】
図４の（Ｂ１）は、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂの周波数が高い場合の第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と、第１包絡線信号Ｔｅｎｖ（１）とを記した図である。図４の（Ｂ２）は、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂの周波数が高い場合の第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）と、第２包絡線信号Ｔｅｎｖ（２）とを記した図である。図４の（Ｂ３）は、周期外乱信号Ｄｉｓｔｂの周波数が高い場合の第３張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（３）と、第３包絡線信号Ｔｅｎｖ（３）とを記した図である。
【００７８】
本実施の形態のロール間搬送装置によれば、図４に示すように、周期外乱（周期外乱信号Ｄｉｓｔｂ）の周波数が低い場合には、その包絡線信号の大きさが最小となる第１の制御ゲイン候補が選択される。一方で、周期外乱の周波数が高い場合には、その包絡線信号の大きさが最小となる第２の制御ゲイン候補が選択される。上記の動作はオンラインで、すなわち、ロール間搬送装置で制御を行っている間に実行される。従って、周期外乱の周波数が変化する際にも、ゲイン設定部１０６の効果により張力偏差が最小となる制御ゲインを張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定することができる。
【００７９】
以上述べたように、本実施の形態のロール間搬送制御装置によれば、周期外乱による張力変動の抑制のための制御ゲインのゲインテーブルを事前に設定する作業を必要とせず、また、搬送材の材質、搬送速度などの運転条件の変更に基づいて張力の発生特性が変化する場合、あるいは周期外乱の周波数が変化する場合にも、制御ゲインが適切に調整され張力制御の良好な応答性能を実現することができる。
【００８０】
なお、ここでは、制御ゲイン候補が３組の場合を例に説明をしたが、上述したように、制御ゲイン候補が２組または制御ゲイン候補が４組以上の場合にも、同様に包絡線信号の大きさが最小となる制御ゲイン候補を選択することで、張力偏差が最小となる制御ゲインを設定することができる。
また、本実施の形態では、ゲイン設定部１０６により選択された制御ゲイン候補が張力制御演算部１０１に設定されるものとした。さらに、張力制御演算部１０１の制御ゲインが変更される際には、制御ゲインの値に対してローパスフィルタ、変化率のリミッタ等を作用させて、張力制御演算部の制御ゲインの変化を鈍化する処理をしてもよい。
【００８１】
本実施の形態では、張力制御演算部１０１は比例補償および積分補償からなるものとして、制御ゲイン候補は比例ゲインおよび積分ゲインであるものとして記述したが、微分補償を追加して制御ゲイン候補に微分ゲインを追加してもよい。
【００８２】
実施の形態２．
実施の形態１に示すロール間搬送制御装置では、制御装置部１００は加振実行指令生成部１０２と制御対象同定部１０３を備えている。ここで、予め制御対象の伝達関数が得られており、ゲイン保持部１０４に制御ゲイン候補が設定されている場合には、制御装置部１００は加振実行指令生成部１０２と制御対象同定部１０３は必ずしも必要ではない。本実施の形態では、制御対象装置部が加振実行指令生成部１０２と制御対象同定部１０３を備えていない場合の構成について示す。
【００８３】
図５は、本発明の実施の形態２に係るロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
図５において、制御装置部２００は、制御ゲインを用いて張力制御補正信号Ｕｃｎｔを算出する張力制御演算部２０１と、張力制御演算部２０１の制御ゲインの候補である制御ゲイン候補を複数保持するゲイン保持部２０４と、制御ゲイン候補を張力制御演算部２０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒを制御ゲイン候補ごとに推定する張力偏差推定部２０５と、張力制御演算部２０１の制御ゲインを変更するゲイン設定部２０６と、減算器１０７とを備える。
図５において、図１と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８４】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置の動作について述べる。
張力制御演算部２０１は、張力指令信号Ｔｒｅｆと張力制御量信号Ｔｆｂとの偏差である張力偏差信号Ｔｅｒｒを入力とする。張力制御演算部２０１は、張力偏差信号Ｔｅｒｒに対して制御ゲインの１つである比例ゲインを乗じて得た比例補償信号と、張力偏差信号Ｔｅｒｒに対して制御ゲインの１つである積分ゲインを乗じて積分を行って得た積分補償信号との和を張力制御補正信号Ｕｃｎｔとして出力する。
【００８５】
ゲイン保持部２０４は、張力制御演算部２０１の比例ゲインの候補である比例ゲイン候補と積分ゲインの候補である積分ゲイン候補とを１つの組とする制御ゲイン候補を複数保持する。制御ゲイン候補は予め設定されているものとする。ゲイン保持部２０４は複数組の制御ゲイン候補を制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとして出力する。
【００８６】
張力偏差推定部２０５は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとを入力とする。ここで、張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１を入力として張力制御量信号Ｔｆｂを出力とする制御対象装置部１０の伝達関数を制御対象伝達関数Ｐとする。張力偏差推定部２０５は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとからなる入力と、制御対象伝達関数Ｐとに基づいて、制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎに含まれる制御ゲイン候補ごとに、それぞれの制御ゲイン候補値を張力制御演算部２０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差の推定値である張力偏差推定値を計算する。そして、張力偏差推定部２０５は、それぞれの制御ゲイン候補と張力偏差推定値とを関連付けて張力偏差推定信号Ｔｅｓｔとして出力する。このとき、制御対象伝達関数Ｐは予め設定されているものとする。
【００８７】
張力偏差推定部２０５は、制御対象伝達関数Ｐを実施の形態１のように制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍに基づいて得るのではなく、制御対象伝達関数Ｐが予め設定されている点のみが、実施の形態１の張力偏差推定部１０５との差異であり、その他の処理は同一である。よって、制御対象伝達関数Ｐが予め設定されることで、張力偏差推定部２０５では、実施の形態１の張力偏差推定部１０５と同様の処理が行われる。
【００８８】
また、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、張力制御演算部２０１で演算されて出力される張力制御補正信号Ｕｃｎｔは、張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１に代入される。すなわち、張力制御補正信号Ｕｃｎｔの値が、張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１の値としてそのまま用いられる（図５においては括弧書きを用いて、ＵｃｎｔがＶａｄｄ１として用いられる旨を示す）。
【００８９】
次に、本実施の形態に係るロール間搬送制御装置の効果について説明する。
本実施の形態におけるロール間搬送制御装置では、ロール間搬送制御装置のユーザが予め複数の制御ゲイン候補をゲイン保持部２０４に設定しておく。張力制御推定部２０５において制御ゲイン候補ごとに、制御ゲイン候補を張力制御演算部２０１に設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値である張力偏差推定信号Ｔｅｓｔが演算される。このときの演算は実施の形態１と同様に行われるため、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔは、実施の形態１で述べたように、それぞれの制御ゲイン候補を張力制御演算部２０１に設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの良い推定値となる。
【００９０】
また、ゲイン設定部１０６が、それぞれの制御ゲイン候補に関連付けられた張力偏差推定信号Ｔｅｓｔの包絡線信号Ｔｅｎｖを演算して、その包絡線信号の大きさを比較する。これにより、実施の形態１と同様に、制御ゲイン候補の中から、それぞれの制御ゲイン候補を張力制御演算部２０１に設定した場合に、張力偏差信号Ｔｅｒｒの振幅を最小とする制御ゲイン候補を選択して張力制御演算部２０１の制御ゲインとして設定することができる。
【００９１】
よって、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置では、ロール間搬送制御装置のユーザが予め設定した複数の制御ゲイン候補の中から、周期外乱に基づいて発生する張力偏差信号Ｔｅｒｒの振幅が最小となる制御ゲイン候補を選択して、張力制御演算部２０１の制御ゲインとして設定することができるため、周期外乱に基づいて発生する張力偏差信号Ｔｅｒｒの振幅を低減することができる。
【００９２】
本実施の形態のロール間搬送制御装置においては、ロール間搬送制御装置のユーザが制御ゲイン候補を新たに入力し、ゲイン保持部２０４が新たに入力される制御ゲイン候補を保持することで、制御ゲイン候補の組を増やすことも可能である。これにより、予め設定されている複数の制御ゲイン候補と、新たに入力される制御ゲイン候補の中から、張力偏差が最小となる制御ゲインを選択することができる。
【００９３】
本実施の形態のロール間搬送制御装置によれば、ロール間搬送制御装置の運転開始前に手間や時間を掛けてゲインテーブルを設定する必要がなく、周期外乱に対する応答が良好となる張力制御を実現するロール間搬送制御装置を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態では、ゲイン設定部により選択された制御ゲイン候補が張力制御演算部に設定されるものとした。これに対して、張力制御演算部の制御ゲインが変更される際には、制御ゲインの値に対してローパスフィルタや変化率のリミッタを作用させて、張力制御演算部の制御ゲインの変化を鈍化する処理をしてもよい。
また、本実施の形態では、張力制御演算部２０１は比例補償および積分補償からなるものとして、制御ゲイン候補は比例ゲインおよび積分ゲインであるものとして記述したが、微分補償を追加して制御ゲイン候補に微分ゲインを追加してもよい。
【００９５】
実施の形態３． 
実施の形態１に示すロール間搬送制御装置では、張力偏差推定部１０５において、張力偏差推定信号を演算する演算式は、式（１０）に示す通りであるが、張力偏差推定部１０５の演算式は式（１０）に限定されるものではない。本実施の形態では、張力偏差推定部１０５において、ローパスフィルタとハイパスフィルタを用いた演算に基づいて、良好な制御ゲイン候補の選択が可能なロール間搬送制御装置の構成について述べる。
【００９６】
図６は、本発明の実施の形態３に係るロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
図６において、制御装置部３００は、制御ゲインを用いて張力制御補正信号Ｕｃｎｔを算出する張力制御演算部１０１と、オン又はオフの信号である加振実行指令信号Ｅｒｕｎを出力する加振指令生成部１０２と、制御対象装置部１０の伝達特性を同定する制御対象同定部１０３と、張力制御演算部１０１の制御ゲインの候補である制御ゲイン候補を複数保持するゲイン保持部３０４と、制御ゲイン候補を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒを制御ゲイン候補ごとに推定する張力偏差推定部３０５と、張力制御演算部１０１の制御ゲインを変更するゲイン設定部３０６と、減算器１０７と、加算器１０８とを備える。
図６において、図１と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９７】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置の動作について述べる。
ゲイン保持部３０４は、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと応答パラメータ信号Ｒｐｆｍとを入力として、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと応答パラメータ信号Ｒｐｆｍとに基づいて、張力制御演算部１０１の制御ゲインの候補である制御ゲイン候補を２組計算する。制御ゲイン候補は比例ゲインの候補である比例ゲイン候補と積分ゲインの候補である積分ゲイン候補の組であるとする。ゲイン保持部３０４は２組の制御ゲイン候補を制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとして出力する。
【００９８】
張力偏差推定部３０５は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとを入力とする。張力偏差推定部３０５は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍと制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎとに基づいて、制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎに含まれる制御ゲイン候補ごとに、それぞれの制御ゲイン候補値を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差の推定値である張力偏差推定値を計算する。張力偏差推定部３０５は、それぞれの制御ゲイン候補と張力偏差推定値とを関連付けて張力偏差推定信号Ｔｅｓｔとして出力する。
【００９９】
ゲイン設定部３０６は張力偏差推定信号Ｔｅｓｔを入力として、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔに基づいて２組の制御ゲイン候補のうちから１組の制御ゲイン候補を選択して、選択された制御ゲイン候補の組を制御ゲイン設定値信号Ｇｓｅｔとして出力する。
【０１００】
図７は、本実施の形態に係る発明における張力偏差推定部３０５と、ゲイン設定部３０６の内部の構成を示すブロック図である。
以下の説明では、ゲイン保持部３０４において２組の制御ゲイン候補が計算され、保持される場合を考える。
張力偏差推定部３０５は、遮断周波数演算器３０５１、第１張力偏差推定器３０５２、第２張力偏差推定器３０５３、信号結合器３０５４を備える。
【０１０１】
遮断周波数演算器３０５１は、制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎと、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍとを入力とする。遮断周波数演算器３０５１は、制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎに含まれる第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）および第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）と、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍとに基づいて、第１遮断周波数Ｗｃｕｔ（１）および第２遮断周波数Ｗｃｕｔ（２）を演算して出力する。
【０１０２】
第１張力偏差推定器３０５２は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと、第１遮断周波数Ｗｃｕｔ（１）を入力とする。第１張力偏差推定器３０５２は、第１遮断周波数Ｗｃｕｔ（１）を遮断周波数とするローパスフィルタを用いた演算に基づいて、第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値である第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）を演算する。第１張力偏差推定器３０５２は、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）を第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）と関連付けて出力する。
【０１０３】
第２張力偏差推定器３０５３は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと、第２遮断周波数Ｗｃｕｔ（２）を入力とする。第２張力偏差推定器３０５３は、第２遮断周波数Ｗｃｕｔ（２）を遮断周波数とするハイパスフィルタを用いた演算に基づいて、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒの推定値である第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）を演算する。第２張力偏差推定器３０５３は、第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）を第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）と関連付けて出力する。
【０１０４】
信号結合器３０５４は、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と、第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）を入力として、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と、第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）とを１つの信号として結合した張力偏差推定信号Ｔｅｓｔを出力する。
ゲイン設定部３０６は、信号分割器３０６１、第１包絡線信号演算器３０６２、第２包絡線信号演算器３０６３、減算器３０６４、ゲイン選択器３０６５を備える。
信号分割器３０６１は、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔから、張力偏差推定信号Ｔｅｓｔに含まれる第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と、第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）を取り出して出力する。
【０１０５】
第１包絡線信号演算器３０６２は、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）を入力として、ヒルベルト変換の手法を用いて第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）の包絡線である第１包絡線信号Ｔｅｎｖ（１）を演算して第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）と関連付けて出力する。
第２包絡線信号演算器３０６３は、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）を入力として、ヒルベルト変換の手法を用いて第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）の包絡線である第２包絡線信号Ｔｅｎｖ（２）を演算して第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）と関連付けて出力する。
【０１０６】
ここで、包絡線は各時刻において１点を限定するものではなく、包絡線上から少しはずれた点を含んで構成される略包絡線も含むものとする。また、ここでは包絡線信号はヒルベルト変換に基づいて計算されるものとしているが、ヒルベルト変換を近似的に演算する有限次数のＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタを用いた計算を行ってもよい。
【０１０７】
減算器３０６４は、第１包絡線信号Ｔｅｎｖ（１）と第２包絡線信号Ｔｅｎｖ（２）との差である包絡線差分信号ｄＴｅｎｖを演算して出力する。
ゲイン選択器３０６５は、包絡線差分信号ｄＴｅｎｖを入力として、包絡線差分信号ｄＴｅｎｖの時間積分に基づいて、積分結果が正であれば第２制御ゲイン候補を選択し、積分値が負であれば第１制御ゲイン候補を選択する。ゲイン選択器３０６５は選択された制御ゲイン候補を制御ゲイン設定値信号Ｇｓｅｔとして出力する。ここで、包絡線差分信号の積分値には上限および下限を設定してもよい。本実施の形態における減算器３０６４とゲイン選択器３０６５の処理は、包絡線信号の大きさを最小とする制御ゲイン候補を選択する処理である。
【０１０８】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置の動作を説明する。
第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）に基づく制御器の伝達関数を第１制御伝達関数Ｃｃ（１）、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）に基づく制御器の伝達関数を第２制御伝達関数Ｃｃ（２）とする。このとき、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）の制御ゲインは第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）と比べて大きい値であるとして説明を行う。
【０１０９】
張力偏差推定部３０５の遮断周波数演算器３０５１において、張力制御演算部１０１に第１制御ゲイン候補を設定した場合の感度関数を第１感度関数Ｓｄ（１）、張力制御演算部１０１に第２制御ゲイン候補を設定した場合の感度関数を第２感度関数Ｓｄ（２）として次の式（１１）および式（１２）を用いて演算する。
【０１１０】
【数８】
2016157661.tif 000010
【０１１１】
また、遮断周波数演算器３０５１は、張力制御演算部１０１の制御帯域近辺で、第１感度関数Ｓｄ（１）と第２感度関数Ｓｄ（２）とのゲインが等しくなる周波数を中間点周波数Ｗｍｉｄとして演算する。中間点周波数Ｗｍｉｄよりも高い周波数域では、第１感度関数Ｓｄ（１）のゲインは第２感度関数Ｓｄ（２）のゲインよりも小さくなる。そのため、中間点周波数Ｗｍｉｄよりも高い周波数の外乱が印加される場合には、第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）を選択するほうが周期外乱の影響を低減できることがわかる。一方で、中間点周波数Ｗｍｉｄよりも低い周波数域では、第２感度関数Ｓｄ（２）のゲインは第１感度関数Ｓｄ（１）のゲインよりも小さくなる。そのため、中間点周波数Ｗｍｉｄよりも低い周波数の外乱が印加される場合には、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）を選択するほうが周期外乱の影響を低減できることがわかる。
【０１１２】
遮断周波数演算器３０５５は第１遮断周波数Ｗｃｕｔ（１）と第２遮断周波数Ｗｃｕｔ（２）に中間点周波数Ｗｍｉｄの値を出力する。ここで、第１遮断周波数Ｗｃｕｔ（１）と第２遮断周波数Ｗｃｕｔ（２）については、０以上で、かつ中間点周波数Ｗｍｉｄよりも十分に小さい値である周波数補正量Ｗｇａｐを用いて、以下に示す式（１３）および式（１４０）のように演算してもよい。
【０１１３】
【数９】
2016157661.tif 000011
【０１１４】
図８は、張力偏差推定部３０５における演算に用いられるフィルタの周波数応答波形を示す図である。図８は、周波数補正量Ｗｇａｐを用いて、式（１３）および式（１４）に基づいて第１遮断周波数Ｗｃｕｔ（１）と第２遮断周波数Ｗｃｕｔ（２）とを演算した際の、第１張力偏差推定器３０５２のローパスフィルタ（第１フィルタ）と、第２張力偏差推定器３０５３のハイパスフィルタ（第２フィルタ）の周波数に対するゲインを示す。ここで、図８の横軸は周波数である。
【０１１５】
図８に示す通り、中間点周波数Ｗｍｉｄよりも低い周波数の信号が入力される場合に、第１張力偏差推定器３０５２のローパスフィルタは信号を概ね通過させる動作となる。これに対して、第２張力偏差推定器３０５３のハイパスフィルタは信号を概ね遮断させて略零を出力する動作となる。一方で、中間点周波数Ｗｍｉｄよりも高い周波数の信号が入力される場合に、第２張力偏差推定器３０５３のハイパスフィルタは信号を概ね通過させる動作となる。これに対し、第１張力偏差推定器３０５２のローパスフィルタは信号を概ね遮断させて略零を出力する動作となる。
【０１１６】
第１張力偏差推定器３０５２は、第１遮断周波数Ｗｃｕｔ（１）を遮断周波数とするローパスフィルタを張力偏差信号Ｔｅｒｒに対して適用する演算を行い、その演算結果を第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）として出力する。第２張力偏差推定器３０５３は、第２遮断周波数Ｗｃｕｔ（２）を遮断周波数とするハイパスフィルタを、張力偏差信号Ｔｅｒｒに適用する演算を行い、その演算結果を第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）として出力する。
【０１１７】
例えば、張力偏差信号Ｔｅｒｒが中間点周波数Ｗｍｉｄよりも高い周波数成分の信号を多く含んでいる場合、第１張力偏差推定器３０５２では、ローパスフィルタにより張力偏差信号Ｔｅｒｒの振動成分が低減される。そのため、出力される第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）の振動振幅は、第２偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）の振動振幅よりも小さくなる。一方で、張力偏差信号Ｔｅｒｒが中間点周波数Ｗｍｉｄよりも低い周波数成分の信号を多く含んでいる場合、第２張力偏差推定器３０５３では、ハイパスフィルタにより張力偏差信号Ｔｅｒｒの振動成分が低減される。そのため、出力される第２偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）の振動振幅は、第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）の振動振幅よりも小さくなる。
【０１１８】
よって、上記の第１張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と第２張力偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）の振幅を比較することで、２組の制御ゲイン候補のうち、いずれが張力偏差信号Ｔｅｒｒに含まれる振動成分を低減することができるかを判断することができる。
ゲイン設定部３０６において、包絡線を演算することの効果は実施の形態１で述べた効果と同様である。
【０１１９】
包絡線差分信号ｄＴｅｎｖは、第１包絡線信号Ｔｅｎｖ（１）と第２包絡線信号Ｔｅｎｖ（２）との差を示す信号である。つまり、包絡線差分信号ｄＴｅｎｖは、第１偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）と第２偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）との振幅の差を示す信号である。包絡線差分信号ｄＴｅｎｖの符号が正であれば、第１偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）の振幅が第２偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）の振幅よりも大きいと判断される。また、包絡線差分信号ｄＴｅｎｖの符号が負であれば第２偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）の振幅が第１偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）の振幅よりも大きいと判断される。
【０１２０】
ゲイン選択器３０６５において、包絡線差分信号ｄＴｅｎｖを時間積分し、例えば、その積分結果が正であれば、第２制御ゲイン候補信号を制御ゲイン設定値信号Ｇｓｅｔとして出力する。このとき、包絡線差分信号ｄＴｅｎｖの時間積分が正であるので、一定期間において、第１偏差推定信号Ｔｅｓｔ（１）の振幅が、第２偏差推定信号Ｔｅｓｔ（２）の振幅よりも大きいといえる。つまり、張力偏差推定部３０５において、ハイパスフィルタを通過した信号よりもローパスフィルタを通過した信号が多いということであり、張力偏差信号Ｔｅｒｒには、中間点周波数Ｗｍｉｄよりも低い周波数の信号が多く含まれていると判断することができる。このときゲイン選択器３０６５は、第１制御ゲイン候補よりも張力偏差信号Ｔｅｒｒを低減することが可能な第２制御ゲイン候補を選択することができる。
【０１２１】
本実施の形態におけるロール間搬送制御装置では、制御ゲイン候補信号Ｇｃａｎや制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍが変更されない限りは、遮断周波数である第１遮断周波数Ｗｃｕｔ（１）と第２遮断周波数Ｗｃｕｔ（２）は固定の値である。よって、第１張力偏差推定器３０５２と第２張力偏差推定器３０５３における演算は、固定の遮断周波数によって周波数特性が決定されるローパスフィルタとハイパスフィルタの演算のみである。従って、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置においては、演算が簡易であり、演算のためのメモリや計算時間が少ないという利点がある。
【０１２２】
本実施の形態によれば、ロール間搬送制御装置の運転開始前に手間や時間を掛けてゲインテーブルを設定する必要が無く、周期外乱に対する応答が良好となる張力制御を実現するロール間搬送制御装置を得ることができる。
【０１２３】
なお、本実施の形態では、第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）の制御ゲインが第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）と比べて大きいものと仮定したが、第１制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（１）の制御ゲインが第２制御ゲイン候補Ｇｃａｎ（２）と比べて大きいものとしてもよい。この場合には、第１張力偏差推定器３０５２においてハイパスフィルタの演算を行い、第２張力偏差推定器３０６３においてローパスフィルタの演算を行うような構成にするとよい。
【０１２４】
本実施の形態では、ゲイン設定部により選択された制御ゲイン候補が張力制御演算部に設定されるものとした。張力制御演算部の制御ゲインが変更される際には、制御ゲインの値に対してローパスフィルタや変化率のリミッタを作用させて、張力制御演算部の制御ゲインの変化を鈍化する処理をしてもよい。
【０１２５】
実施の形態４．
実施の形態１に示すロール間搬送制御装置では、制御対象同定部１０３が図３に示すように、同定時加算信号Ｕａｄｄとして正負の符号を繰り返す矩形波信号を出力してリミットサイクルを発生させて、その時の張力偏差信号に基づいて制御対象の同定を行う。制御対象の同定をすることができれば他の加振方法でもよい。本実施の形態では、制御対象同定部が同定時加算信号Ｕａｄｄとしてステップ信号を出力することで張力偏差信号Ｔｅｒｒを加振して制御対象の同定を行う構成について述べる。
【０１２６】
図９は、本発明の実施の形態４におけるロール間搬送制御装置の構成を示すブロック線図である。
【０１２７】
図９において、制御装置部４００は、制御ゲインを用いて張力制御補正信号Ｕｃｎｔを算出する張力制御演算部１０１と、オン又はオフの信号である加振実行指令信号Ｅｒｕｎを出力する加振指令生成部４０２と、制御対象装置部１０の伝達特性を同定する制御対象同定部４０３と、張力制御演算部１０１の制御ゲインの候補である制御ゲイン候補を複数保持するゲイン保持部１０４と、制御ゲイン候補を張力制御演算部１０１の制御ゲインとして設定した場合の張力偏差信号Ｔｅｒｒを制御ゲイン候補ごとに推定する張力偏差推定部１０５と、張力制御演算部１０１の制御ゲインを設定するゲイン設定部１０６と、減算器１０７と、加算器１０８とを備える。図９において、図１と同一の構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１２８】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置の動作について述べる。
加振実行指令生成部４０２は、外部からの操作による指示入力に基づいてオン又はオフを示す信号である加振実行指令信号Ｅｒｕｎを生成する。加振実行指令生成部４０２は、外部からの操作により加振実行指令信号Ｅｒｕｎをオフからオンに変更し、予め定められた期間（同定期間）だけオンの信号を出力した後にオフへと戻す。ここで予め定められた期間とは予め定めた一定時間とする。あるいは、同定期間として、制御対象同定部４０３の出力が予め定められた回数だけ変化したという判断を行うまでの期間のことであってもよい。なお、同定期間はこれらに限る訳ではなく、制御対象装置部１０の伝達特性を同定するのに十分な期間として予め定めてあるものであればよい。
【０１２９】
制御対象同定部４０３は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンである同定期間に予め設定された加算値振幅Ｄの大きさの振幅を持つステップ信号である同定時加算信号Ｕａｄｄを出力する。なお、制御対象同定部４０３は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオフの期間において、０となる同定時加算信号Ｕａｄｄを出力する。
【０１３０】
次に、本実施の形態におけるロール間搬送制御装置４００が奏する効果について述べる。
図１０は、制御装置部４００の時間応答を示す図である。図１０は、横軸を時間として、加振実行指令生成部４０２が加振実行指令信号Ｅｒｕｎをオンとするときの制御装置部４００の時間応答を示すものである。図１０の（Ａ）は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎの時間応答グラフであり、図１０の（Ｂ）は、同定時加算信号Ｕａｄｄの時間応答グラフであり、図１０の（Ｃ）は、張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１の時間応答グラフであり、図１０の（Ｄ）は、張力制御量信号Ｔｆｂの時間応答グラフである。
【０１３１】
制御対象同定部４０３は、張力偏差信号Ｔｅｒｒと加振実行指令信号Ｅｒｕｎとを入力とする。制御対象同定部４０３は、加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンである同定期間の張力偏差信号Ｔｅｒｒおよび同定時加算信号Ｕａｄｄに基づいて、張力軸速度加算信号Ｖａｄｄ１を入力として張力制御量信号Ｔｆｂを出力とする制御対象装置部１０の伝達関数である制御対象伝達関数Ｐを演算する。例えば、このとき同定される制御対象伝達関数Ｐは以下の式（１５）にて表される。
【０１３２】
【数１０】
2016157661.tif 000012
【０１３３】
式（１５）は３次遅れ系の伝達関数の一例である。ここにａ０、ａ１、ａ２およびａ３は定数であり、制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍを構成するものである。
また、現在における張力制御演算部１０１の伝達関数を現在制御伝達関数Ｃとすると、張力制御量信号Ｔｆｂが張力指令信号Ｔｒｅｆ近辺に整定している状態で同定時加算信号Ｕａｄｄが印加される場合において、同定時加算信号Ｕａｄｄと張力偏差信号Ｔｅｒｒの関係は以下の式（１６）にて表される。
【０１３４】
【数１１】
2016157661.tif 000013
【０１３５】
加振実行指令信号Ｅｒｕｎがオンである同定期間の同定時加算信号Ｕａｄｄおよび張力偏差信号Ｔｅｒｒの時系列データに基づいて、制御対象伝達関数Ｐを同定する。例えば、最小二乗法により上記の式（１６）に基づいて、現在制御伝達関数Ｃが既知であることから、制御対象伝達関数Ｐを同定することができる。
ここで同定された制御対象伝達関数Ｐを制御対象伝達関数信号Ｐｐｒｍとして制御対象同定部４０３より出力される。
本実施の形態では、制御対象伝達関数Ｐを同定する処理のみが実施の形態１との差異であり、制御対象伝達関数Ｐを同定する処理を除く他の処理は、実施の形態１と同様の処理である。
【０１３６】
つまり、本実施の形態におけるロール間搬送装置では、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
上記の例では制御対象の伝達関数を３次遅れ系として表現したが、制御対象の伝達関数を例えば５次遅れ系または１０次遅れ系等のより高次の伝達関数で表現して同定し、張力制御演算部もより高次の伝達関数で与えてもよい。このような場合には、ゲイン保持部１０４において、ＰＩＤ制御と比較してより細かく張力制御の応答性の調整を行うことができる制御器を演算して、その制御パラメータを保持しておくことができる。
【０１３７】
本実施の形態のロール間搬送制御装置によれば、ロール間搬送制御装置の運転開始前に手間や時間を掛けてゲインテーブルを設定する必要が無く、周期外乱に対する応答が良好となる張力制御を実現するロール間搬送制御装置を得ることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０  制御対象装置部、
１１  搬送材、
１２  張力軸ロール、
１３  速度軸ロール、
１４  張力制御量検出器、
２１  張力軸速度制御部、
２２  速度軸速度制御部、
１００、２００、３００、４００  制御装置部、
１０１  張力制御演算部、
１０２、４０２  加振実行指令生成部、
１０３、４０３  制御対象同定部、
１０４、２０４、３０４  ゲイン保持部、
１０５、２０５、３０５  張力偏差推定部、
１０６、３０６  ゲイン設定部。
【図１】
2016157661.tif 000014
【図２】
2016157661.tif 000015
【図３】
2016157661.tif 000016
【図４】
2016157661.tif 000017
【図５】
2016157661.tif 000018
【図６】
2016157661.tif 000019
【図７】
2016157661.tif 000020
【図８】
2016157661.tif 000021
【図９】
2016157661.tif 000022
【図１０】
2016157661.tif 000023
【国際調査報告】
2016157661.tif 000024
2016157661.tif 000025