(57)【要約】【課題】金属圧延機の板厚制御装置において、特定の周波数の外乱を効果的に除去して、所定の板厚に制御すること。【解決手段】少なくとも圧延機の圧延荷重を検出する荷重検出手段と、圧延機のロールギャップを変更するロールギャップ変更手段を有する圧延機の板厚制御装置において、検出された圧延荷重と設定荷重との偏差から圧延機の出側板厚偏差を推定する板厚偏差推定手段と、指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタを備え、前記板厚偏差推定手段の出力を前記ゲインフィルタに入力し、その出力に基づきロールギャップを修正すること。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも圧延機の圧延荷重を検出する荷重検出手段と、圧延機のロールギャップを変更するロールギャップ変更手段を有する圧延機の板厚制御装置において、検出された圧延荷重と設定荷重との偏差から圧延機の出側板厚偏差を推定する板厚偏差推定手段と、指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタを備え、前記板厚偏差推定手段の出力を前記ゲインフィルタに入力し、その出力に基づきロールギャップを修正することを特徴とする圧延機の板厚制御装置。
【請求項２】
原板の外乱周波数を検出もしくは推定する外乱周波数検出手段を有し、前記ゲインフィルタの周波数帯域を外乱周波数により変更するフィルタ周波数変更手段を有することを特徴とする請求項１記載の圧延機の板厚制御装置。
【請求項３】
前記外乱周波数検出手段が、巻き戻しリールの回転周波数から外乱周波数を推定するものであることを特徴とする請求項２記載の圧延機の板厚制御装置。
【請求項４】
前記外乱周波数検出手段が、当該圧延機の荷重より外乱周波数を推定するものであることを特徴とする請求項２記載の圧延機の板厚制御装置。
【請求項５】
前記外乱周波数検出手段が、当該圧延機の入側または出側の板張力より外乱周波数を推定するものであることを特徴とする請求項２記載の圧延機の板厚制御装置。
【請求項６】
前記外乱周波数検出手段が、当該圧延機の入側または出側に設置された板厚計の測定値より外乱周波数を推定するものであることを特徴とする請求項２記載の圧延機の板厚制御装置。
【請求項７】
複数の圧延機で連続して圧延される連続圧延機において、他の圧延機の外乱周波数検出手段にて検出した外乱周波数に基づき、当該圧延機のゲンイフィルタの周波数帯域を変更することを特徴とする請求項２記載の圧延機の板厚制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単スタンド式圧延機、および、連続スタンド式圧延機において、高精度に板厚を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単スタンド圧延機、および、連続スタンド圧延機において、板厚を制御する場合、非特許文献１に詳しく記載されているように、図２に示されるゲージメータＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、図３に示されるＭＭＣ（Ｍｉｌｌ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、図４に示される張力ＡＧＣが代表的である。
【０００３】
圧延機の圧延荷重Ｐ、ロールギャップＳ、入側板厚Ｈ、出側板厚ｈとの関係は、図５のようになり、圧延機の変形を表す圧延機の伸びと、板の塑性変形を表す塑性曲線との交点が、出側板厚ｈおよび圧延荷重Ｐとなる。ゲージメータＡＧＣの動作原理を説明する。ゲージメータＡＧＣでは、圧延機の出側板厚ｈを式（１）より推定する。
ｈ＝Ｓ＋αＰ／Ｍ                    （１）
【０００４】
ここで、Ｍはミル剛性係数と呼ばれる圧延機の硬さを表す係数であり、図５の板の伸びを表す線の傾きである。また、αはスケールファクターと呼ばれる調整係数であり、理論的には１となる。ある時点で圧延荷重Ｐが計測されたとき、式（１）で推定した出側板厚が設定出側板厚ｈ１と異なっていたときには、図６のように、ロールギャップを調整し、出側板厚偏差Δｈ（≡ｈ−ｈ１）を０に制御する。これは図６のａの点からｂの点に交点を移動させることに相当する。出側板厚偏差Δｈを０にするためのロールギャップ修正量ΔＳは、交点近傍で板の塑性曲線が傾きＱの直線であると仮定すると、式（２）で求めることができる。
ΔＳ＝−（Ｑ＋Ｍ）／Ｍ×Δｈ          （２）
【０００５】
次に、ＭＭＣの動作原理を説明する。ＭＭＣでは、設定荷重Ｐ１と測定した圧延荷重Ｐとの偏差ΔＰに基づき、ロールギャップ修正量ΔＳを式（３）に基づいて制御を行う。
ΔＳ＝−α／Ｍ×ΔＰ                （３）
ここで、Ｍはミル剛性係数、αはスケールファクターと呼ばれる調整係数であり、０．８程度に設定する。このように制御を行うことで、圧延機の圧下制御系が高応答である場合、ミル剛性係数は等価的に、Ｍ／（１−α）と見なすことができる。これは、ミルを等価的に硬くした場合に相当し、圧延機の伸びを表す線が、図７の線９から線１０に変わったと考えることができる。圧延機が硬くなったため、外乱による出側板厚変動が少なくなる。
【０００６】
最後に、張力ＡＧＣの動作原理を説明する。張力ＡＧＣでは、出側に板厚計を設置し、板厚計の実測板厚ｈｓと設定板厚ｈ１との偏差を０とするように、前段圧延機２のロール速度を調整する制御方式であり、制御対象圧延機１の入側張力を変更することで、板厚を制御するため、張力ＡＧＣと呼ばれている。入側張力を変更する理由は、出側板厚は、出側張力よりも入側張力の影響を大きく受けるためである。図４は連続スタンド圧延機の例を示しているが、単スタンド式圧延機の場合、巻き戻しリールのロール速度を調整する。
この他、出側板厚計の実測板厚と設定板厚との偏差が０とするように、ロールギャップを修正するモニターＡＧＣと呼ばれる板厚制御方式も一般に用いられている。
【０００７】
【非特許文献】
・社団法人  日本鉄鋼協会  共同研究会  圧延理論部会  編集、板圧延の理論と実際、第１版、昭和５９年９月１日発行、社団法人  日本鉄鋼協会  出版、１２章（ｐ．  ２９５  −３１３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
実際の圧延においては、被圧延材に板厚制御する際の外乱となる様々な要因が存在する。例えば、図８のようにスキッドに接することにより生じるスキッドマークと呼ばれる加熱ムラによる温度変動や、熱間圧延した直後の高温の被圧延コイル（冷間圧延対象材）を図９のようにコイル置台の上で自然冷却した場合に、コイル置台との接触付近のみ冷却現象が異なることにより生じる硬度変動などである。このような外乱は特定の周波数を持っており、それらの周波数情報を利用すれば、より制御効果を高めることが期待できる。
【０００９】
さて、図３に示されるＭＭＣにおいて、Ｇ＝１００、Ｔ＝０．０１、Ｋ＝１、α＝０．８の場合、入側板厚外乱が出側板厚へ及ぼす影響の周波数応答を描画すると、図１０の線１２のようになる。ここで、線１１は制御を行わなかった場合の周波数応答である。このように、制御を行わなかった場合に比べ、最大でも７ｄＢ程度しか効果がないことが分かる。すなわち、ＭＭＣを行わなかったときと比べ１／２程度しか出側板厚外乱は減らないということになる。図１０は入側板厚外乱の影響を描画したが、温度外乱や硬度外乱でも、それらを仮想的に入側板厚外乱と見なすことができ、板厚外乱と同じ議論が成り立つ。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するために考案されたものであり、特定の周波数帯域の外乱が発生したとしても、出側板厚を一定に制御することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段として、本発明の圧延機の板厚制御装置を説明すれば、少なくとも圧延機の圧延荷重を検出する荷重検出手段と、圧延機のロールギャップを変更するロールギャップ変更手段を有する圧延機の板厚制御装置において、検出された圧延荷重と設定荷重との偏差から圧延機の出側板厚偏差を推定する板厚偏差推定手段と、指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタを備え、前記板厚偏差推定手段の出力を前記ゲインフィルタに入力し、その出力に基づきロールギャップを修正する点に特徴を有する。
【００１２】
外乱周波数を外乱周波数検出手段で検出もしくは推定し、前記ゲインフィルタの周波数帯域を変更しても良く、前記外乱周波数検出手段は、巻き戻しリールのロール速度と原板の板厚から外乱周波数を推定するものであっても、当該圧延機の荷重より外乱周波数を推定するものであっても、当該圧延機の入側または出側の板張力より外乱周波数を推定するものであっても、当該圧延機の入側または出側に設置された板厚計の測定値より外乱周波数を推定するものであっても、連続式圧延機の場合には、他の圧延機で推定した外乱周波数であっても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の板厚制御装置の形態について説明する。図１は本発明を単スタンド式圧延機に適用したときの実施の形態を示す図である。図３のＭＭＣと比べ、ゲインフィルタ６、フィルタ周波数変更手段７、外乱周波数検出器が付加されている。本発明の板厚制御装置では、先ず、制御対象圧延機１に設置されたロードセル等から圧延荷重Ｐと設定荷重Ｐ１との差ΔＰを求め、板厚偏差推定手段５にて出側板厚偏差Δｈを推定する。次に、出側板厚偏差Δｈに指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタ６を作用させて、ロールギャップ修正量ΔＳを求め、ΔＳだけロールギャップを修正する。
【００１４】
本発明では、出側板厚偏差Δｈに指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタ６を作用させることがポイントである。ゲインフィルタの周波数帯域と、外乱周波数帯域とを等しくすることにより、外乱のみを効果的に抑制することが可能となる。
【００１５】
【実施例】
本発明を図１のような単スタンド式圧延機に適用し、Ｇ＝１００、Ｔ＝０．０１、Ｋ＝１、α＝０．８の場合を説明する。ゲインフィルタを式（４）とし、ゲインフィルタの係数ｗＬとｗＨを、外乱周波数ｗＦよりそれぞれ式（５）、式（６）のように決定するものとする。
ΔＳ＝｛（ｓ＋ｗＬ）（ｓ＋ｗＨ／α）／（ｓ＋ｗＬ／α）（ｓ＋ｗＨ）｝×α×Δｈ                                  （４）
ｗＬ＝ｗＦ／β                        （５）
ｗＨ＝ｗＦ×β                      （６）
ここで、βはゲインフィルタの周波数帯域の幅を決定する調整係数である。
【００１６】
外乱周波数ｗＦを１（ｒａｄ／ｓ）、β＝１０として、ゲインフィルタの周波数応答を描画すると図１１のようになる。このように、ゲインフィルタは外乱周波数の１（ｒａｄ／ｓ）付近ではゲインは１に近づき、１（ｒａｄ／ｓ）から離れると、αの値である０．８に近づくようになる。ゲインフィルタを式４のように決定すると、必ずゲインの最大値は１以下になるため、制御し過ぎることにはならない。
【００１７】
入側板厚外乱が出側板厚へ及ぼす影響の周波数応答を描画すると、図１２の線１５のようになる。図１２で線１３は制御を行わなかった場合の周波数応答、線１４はＭＭＣを行った場合の周波数応答である。このように、外乱周波数である１（ｒａｄ／ｓ）付近では、板厚外乱は出側板厚へほとんど影響しなくなることが分かる。
【００１８】
さて、前記では外乱周波数が予め分かっている場合の実施例を説明したが、外乱周波数検出器にて外乱周波数ｗＦを検出することが可能な場合には、外乱周波数ｗＦを式（５）と式（６）に与え、ゲインフィルタの係数ｗＬとｗＨを算出し、ゲインフィルタの係数を変更しても良い。この場合には、外乱周波数が時々刻々変わるようなプロセスでも効果的に外乱の影響を少なくすることができる。
【００１９】
例えば、図９のように被圧延コイルとコイル置き台との接触による冷却ムラによる硬度変動の場合には、硬度変動はコイル１周ごとに１回発生するため、硬度変動の周波数は、巻き戻しリールの回転周波数と一致する。そこで、巻き戻しリールにタコジェネレータを設置し、巻き戻しリールの回転周波数を検出し、それを外乱周波数ｗＦとすれば良い。
【００２０】
他の例を上げると、図８のようにスキッドに接することにより生じるスキッドマークと呼ばれる加熱ムラによる温度変動や、図９の場合の硬度外乱いずれにおいても、それらの外乱は圧延機に作用し、外乱周波数に応じて荷重も変動する。すなわち、外乱周波数と荷重変動周波数は一致する。そこで、圧延機の荷重をロードセル等で検出し、その出力をＦ／Ｖコンバータに与え、その出力を外乱周波数ｗＦとすれば良い。
同様に、外乱は荷重だけでなく圧延機の入出側の板張力も同じ周波数で変動させるため、圧延機の入側または出側に板張力を検出する張力計を設置し、その出力をＦ／Ｖコンバータに与え、その出力を外乱周波数ｗＦとすれば良い。
【００２１】
同様に、外乱は最終的には板厚に影響を与えるため、出側の板厚を板厚計で検出し、それをＦ／Ｖコンバータに与え、その出力を外乱周波数ｗＦとすれば良い。また、連続式圧延機の場合には、各スタンドの外乱周波数ｗＦは同じであるため、スタンド間に板厚計を設置し、それをＦ／Ｖコンバータに与え、その出力を外乱周波数ｗＦとし、前段と後段スタンドのゲインフィルタの係数ｗＬとｗＨをこの外乱周波数ｗＦに基づき変更しても良い。
【００２２】
連続式圧延機の場合には、各スタンドの外乱周波数ｗＦは同じであるため、前記いずれかの方法（例えば、いずれかのスタンドの荷重をロードセル等で検出し、Ｆ／Ｖコンバータを介して外乱周波数ｗＦを求める）で外乱周波数ｗＦを検出し、ゲインフィルタの係数ｗＬとｗＨを全スタンド同じ値で変更しても構わない。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明では、板厚を制御するに当たり、指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタを用いることにより、特定の周波数の外乱の影響を効果的に減ずることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の板厚制御装置構成図。
【図２】ゲージメータＡＧＣ構成図。
【図３】ＭＭＣ構成図。
【図４】張力ＡＧＣ構成図。
【図５】圧延機の伸びと板の塑性曲線。
【図６】ゲージメータＡＧＣの原理説明図。
【図７】ＭＭＣの原理説明図。
【図８】加熱炉内で加熱される被圧延材。
【図９】コイル置台の上に置かれた被圧延コイル。
【図１０】ＭＭＣの板厚制御性能。
【図１１】ゲインフィルタの周波数特性。
【図１２】本発明の板厚制御装置の板厚制御性能。
【符号の説明】
１・・・制御対象圧延機                ２・・・前段圧延機
３・・・荷重制御器                    ４・・・板厚計
５・・・板厚偏差推定手段              ６・・・ゲインフィルタ
７・・・フィルタ周波数変更手段        ８・・・巻き戻しリール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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