(57)【要約】【課題】連続圧延機の圧延スタンドを多変数制御により制御すると共にルーパも制御することで、圧延材のスタンド間張力と板厚の変動を可及的に低減し適切な圧延が行える連続圧延機の制御技術を提供する。【解決手段】本発明に係る連続圧延機１に備えられた制御装置２０は、圧延材Ｗを連続的に圧延する２つ以上の圧延スタンド２と、この圧延スタンド２の間にルーパ３を有する連続圧延機１に備えられた制御装置２０であって、この制御装置２０は、圧延材Ｗのスタンド間張力及び板厚を基にして、圧延スタンド２の主機速度指令値及び圧下指令値を算出すると共に、算出された主機速度指令値及び圧下指令値を用いて圧延スタンド２を制御する第１の制御部２１と、圧延材Ｗのスタンド間張力及びルーパ３のルーパ高さを基にして、ルーパ速度指令値を算出すると共に、算出されたルーパ速度指令値を用いてルーパ３を制御する第２の制御部２２とを備えている。【選択図】図１
2012096280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延材を連続的に圧延する２つ以上の圧延スタンドと、該圧延スタンドの間にルーパを有する連続圧延機に備えられた制御装置であって、
前記制御装置は、
前記圧延材のスタンド間張力及び板厚を基にして、前記圧延スタンドの主機速度指令値及び圧下指令値を算出すると共に、算出された主機速度指令値及び圧下指令値を用いて圧延スタンドを制御する第１の制御部と、
前記圧延材のスタンド間張力及び前記ルーパのルーパ高さを基にして、ルーパ速度指令値を算出すると共に、算出されたルーパ速度指令値を用いてルーパを制御する第２の制御部と、
を備えていることを特徴とする連続圧延機に備えられた制御装置。
【請求項２】
前記第１の制御部は、ＩＬＱ制御手法を用いて前記主機速度指令値及び圧下指令値を算出するように構成され、
前記第２の制御部は、ＰＩＤ制御手法を用いて前記ルーパ速度指令値を算出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の連続圧延機に備えられた制御装置。
【請求項３】
前記第１の制御部における主機速度指令値及び圧下指令値の算出に際しては、圧延スタンドの主機速度実績値及び圧下実績値を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続圧延機に備えられた制御装置。
【請求項４】
圧延材を連続的に圧延する２つ以上の圧延スタンドと、該圧延スタンドの間にルーパを有する連続圧延機の制御方法であって、
前記圧延材のスタンド間張力及び板厚を基にして、前記圧延スタンドの主機速度指令値及び圧下指令値を算出すると共に、算出された主機速度指令値及び圧下指令値を用いて圧延スタンドを制御し、
且つ、前記圧延材のスタンド間張力及び前記ルーパのルーパ高さを基にして、ルーパ速度指令値を算出すると共に、算出されたルーパ速度指令値を用いてルーパを制御することを特徴とする連続圧延機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続圧延機に備えられた圧延スタンドを多変数制御すると共にルーパも制御する制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄鋼板や薄アルミ板等の圧延材は、複数の圧延スタンドやルーパを有する連続圧延機により製造されている。
この連続圧延機には、圧延材の板厚や張力を所定の値にするために、圧延スタンドにおける圧下荷重やロールギャップなどを制御する制御装置が設けられている。このような制御装置においては、板厚制御と張力制御とを同時に行なうことが多いが、これらを別々の制御手段を用いて制御すると互いに干渉が起こり悪影響を与える。この干渉を小さく抑えるためには、板厚・張力干渉系全体を一つの系として捉え、例えば、ＩＬＱ（Inverse Linear Quadratic）設計法により制御器を設計して非干渉化する方法が有効である。また、前述の制御装置は、圧延材の張力を制御するために、ルーパの制御も行っている。
【０００３】
上記した連続圧延機の制御装置に関する技術としては、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１は、複数のスタンドに対応してそれぞれ圧延機駆動主電動機の速度を制御する主機速度制御装置と、ロールギャップを制御するロールギャップ制御装置とを設け、前記主機速度制御装置に対する速度指令値および前記ロールギャップ制御装置に対するロールギャップ指令値を、それぞれ圧延材の板厚およびスタンド間張力の干渉系をモデル化したプロセスモデルを用いて演算する連続熱間圧延機の制御装置であって、前記プロセスモデルを表現する変数、圧延材の板厚目標値、圧延材のスタンド間張力目標値、板厚およびスタンド間張力の応答を指定するための変数、ならびに、板厚およびスタンド間張力の応答を調整するための変数を設定する設定手段と、設定された前記各変数を所定の制御ゲイン演算式に代入して制御ゲインを数値として求める演算手段と、演算された前記制御ゲインを用いて、板厚とスタンド間張力との相互干渉を小さくしながら、板厚を前記板厚目標値に、スタンド間張力を前記スタンド間張力目標値に追随させる前記速度指令値およびロールギャップ指令値を演算する制御ゲイン演算手段と、を備えた連続熱間圧延機の制御装置を開示する。加えて、特許文献１の技術は、連続熱間圧延機のスタンド間に備えられたルーパに関し、ルーパ高さを独立したルーパ高さ目標値に追随するようにルーパ駆動電動機の速度を制御するルーパ電動機速度制御装置を備えたものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した特許文献１の技術は、板厚およびスタンド間張力の干渉系をモデル化したプロセスモデルと、板厚およびスタンド間張力の応答を指定するための変数を用いて制御ゲインを演算し、この制御ゲイン等を用いてロールギャップ指令値（圧下指令値）と速度指令値（主機速度指令値）を演算して各々を操作することにより、板厚とスタンド間張力の相互干渉を小さくしながら各々の目標値に追従させている。それと同時にルーパ駆動電動機の速度を操作してルーパ高さを目標値に追従させるものとなっている。
【０００６】
本来、ルーパは、その高さが変化することで張力を一定に保持するために設置される。すなわち、スタンド間張力が緩んだときにはルーパ高さが上がることでスタンド間張力の緩みを抑制し、逆にスタンド間張力が上がったときにはルーパ高さが下がることでスタンド間張力の上昇を抑制する役割を持つ。
ところが、特許文献１の技術では、ルーパ高さの制御を「ルーパ高さが独立したルーパ高さ目標値に追随するように」しており、スタンド間張力を制御するためには圧延スタンドの主機速度と圧下位置を操作しているのみであって、ルーパを積極的に用いていないものとなっている。そのため、ルーパによりスタンド間張力を安定させる効果が小さく、スタンド間張力の変動が大きくなり、その結果板厚の変動が大きくなってしまう可能性が大きい。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、圧延スタンドを多変数制御により制御すると共にルーパも制御することで、圧延材のスタンド間張力と板厚の変動を可及的に低減し適切な圧延が行える連続圧延機の制御技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明に係る連続圧延機の制御装置は、圧延材を連続的に圧延する２つ以上の圧延スタンドと、該圧延スタンドの間にルーパを有する連続圧延機に備えられた制御装置であって、前記制御装置は、前記圧延材のスタンド間張力及び板厚を基にして前記圧延スタンドの主機速度指令値及び圧下指令値を算出すると共に、算出された主機速度指令値及び圧下指令値を用いて圧延スタンドを制御する第１の制御部と、前記圧延材のスタンド間張力及び前記ルーパのルーパ高さを基にしてルーパ速度指令値を算出すると共に、算出されたルーパ速度指令値を用いてルーパを制御する第２の制御部と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記第１の制御部は、ＩＬＱ制御手法を用いて前記圧延スタンドの主機速度指令値及び圧下指令値を算出するように構成され、前記第２の制御部は、ＰＩＤ制御手法を用いてルーパ速度指令値を算出するように構成されているとよい。
さらに好ましくは、前記第１の制御部における主機速度指令値及び圧下指令値の算出に際しては、圧延スタンドの主機速度実績値及び圧下実績値を用いるとよい。
【００１０】
また、本発明に係る連続圧延機の制御方法は、圧延材を連続的に圧延する２つ以上の圧延スタンドと、該圧延スタンドの間にルーパを有する連続圧延機の制御方法であって、前記圧延材のスタンド間張力及び板厚を基にして前記圧延スタンドの主機速度指令値及び圧下指令値を算出すると共に、算出された主機速度指令値及び圧下指令値を用いて圧延スタンドを制御し、且つ、前記圧延材のスタンド間張力及び前記ルーパのルーパ高さを基にしてルーパ速度指令値を算出すると共に、算出されたルーパ速度指令値を用いてルーパを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る連続圧延機の制御技術によれば、圧延スタンドを多変数制御により制御すると共にルーパも制御することで、圧延材のスタンド間張力と板厚の変動を可及的に低減し適切な圧延が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る連続圧延機に備えられた圧延スタンドを示した模式図である。
【図２】ルーパを有さない圧延スタンドのプロセスモデルを示した図である。
【図３】第１の制御部に含まれる多変数制御演算手段のブロック図である。
【図４】第２の制御部に含まれるルーパ速度演算手段のブロック図である。
【図５】本発明に係る制御方法を示したフローチャートである。
【図６】本発明に係る実施例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。
なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図１は、本実施形態に係る連続圧延機１に備えられた圧延スタンド２を示した模式図である。
【００１４】
本実施形態に係る連続圧延機１は、複数の圧延スタンド２，２，・・・を有するタンデム型である。上流側の圧延スタンド２に圧延材Ｗが通された後、下流側に位置する圧延スタンド２を通過する毎に圧下され、最終段の圧延スタンド２を出たところで所定の仕上げ板厚となり、巻き取り装置で巻き取られる。圧延スタンド２，２の間には、ルーパ３が設けられており、このルーパ３の高さが可変とされることで、圧延材Ｗの張力などが調整される。
【００１５】
以下、連続圧延機１に備えられた圧延スタンド２の詳細について説明を行う。
まず、図１に示すように、圧延スタンド２は上下一対のワークロール４，４を有している。このワークロール４は、各々に設けられた電動機５（主機と呼ぶこともある）で駆動され、圧延材Ｗを圧延する。上下一対のワークロール４，４の間隔は、油圧などで駆動される圧下装置６によって圧下量（ロールギャップ量）を調整できる構造になっている。
【００１６】
上下のワークロール４はそれぞれバックアップロール７により背後から支持されるようになっており、圧延スタンド２の出側には、圧延材Ｗの板厚を検出する板厚検出手段８が設けられている。
圧延スタンド２，２の間には、圧延材Ｗの張力（スタンド間張力）を調整可能なルーパ３が設けられている。このルーパ３にはトルク計などの張力測定手段９が設けられスタンド間張力を計測可能となっていると共に、当該ルーパ３の先端側の高さ（ルーパ高さ）を検出するルーパ高さ検出手段１０が備えられている。
【００１７】
ルーパ３の基端側にはルーパ３の腕を回動させるルーパ駆動電動機１１が備えられ、このルーパ駆動電動機１１を作動させることで、ルーパ３の腕を上下させてルーパ高さを可変とすることができる。
さらに、本実施形態の連続圧延機１には、制御装置２０が備えられている。
熱間圧延鋼板等の薄板を製造する連続圧延機１において、製品である薄板の板厚を目標値に一致させ、且つ薄板全般に渡って板厚を均一に保つため、板厚制御が適用されている。加えて、圧延材Ｗに作用する張力を破断限界内に保たなければ安定な操業にならないため、ルーパ３制御などによる張力制御も適用されている。このような制御を行うのが制御装置２０であり、具体的には、プロコン、ＰＬＣ等で実現されていている。
【００１８】
本実施形態の制御装置２０は、圧延スタンド２を制御する第１の制御部２１と、ルーパ３を制御する第２の制御部２２とを有している。
第１の制御部２１は、圧延材Ｗのスタンド間張力及び板厚を基に、圧延スタンド２の主機速度指令値（電動機５に対する速度指令値、言い換えるならば、ワークロール４の速度指令値）及び圧下指令値（ロールギャップ量の指令値であって圧下装置６に対する指令値）を算出すると共に、算出された主機速度指令値及び圧下指令値を基にして圧延スタンド２を制御するものとなっている。
【００１９】
詳しくは、第１の制御部２１は、制御対象（プロセスモデル）を表現するための変数を設定する設定手段２３と、プロセスモデルにおける制御ゲインを算出する制御ゲイン演算手段２４と、算出された制御ゲインに基づいて、圧延スタンド２に対する圧下指令値と主機速度指令値を演算する多変数制御演算手段２５と、を有している。
第２の制御部２２は、第１の制御部２１において使用したスタンド間張力と、ルーパ高さとを基に、ルーパ速度指令値（ルーパ駆動電動機１１の回動速度の指令値）を算出すると共に、算出されたルーパ速度指令値を基にしてルーパ３を制御するものとなっている。
【００２０】
なお、ルーパ速度指令値を求めるにあたっては、入力として様々な値が採用可能であるが、ルーパ速度の変更に伴って直接的に変化する可能性の高いスタンド間張力とルーパ高さとを選択するのが好適である。
この第２の制御部２２は、前述の設定手段２３と、ルーパ速度指令値を算出するルーパ速度演算手段２６とを有している。
【００２１】
以下、設定手段２３と制御ゲイン演算手段２４と多変数制御演算手段２５と備える第１の制御部２１で行われる制御処理の詳細について説明する。
図２は、ルーパ３を除く圧延スタンド２のプロセスモデルを示している。図２における変数のうち、設定手段２３において設定する変数とその意味を以下に示す。
【００２２】
【数１】
2012096280.tif 000003
【００２３】
設定手段２３において設定はしないものの、制御において用いる変数は以下の通りである。
【００２４】
【数２】
2012096280.tif 000004
【００２５】
以上述べた変数を用いて表されるルーパ３を除く圧延スタンド２のプロセスモデルは、以下の通りであり、制御ゲイン演算手段２４内に設定されている。
【００２６】
【数３】
2012096280.tif 000005
【００２７】
式（１）における係数は、以下の通りである。
【００２８】
【数４】
2012096280.tif 000006
【００２９】
制御ゲイン演算手段２４では、設定手段２３から出力される各種変数（プロセスモデルを表現する変数、板厚およびスタンド間張力の応答を指定するための変数）を用いて、制御ゲイン（多変数制御ゲイン）を演算する。
本発明においては、ＩＬＱ（Inverse Linear Quadratic）設計法に基づき、多変数制御ゲインを決定する。ＩＬＱ設計法は、逆問題の結果を巧妙に応用した最適サーボ系設計法であり、多くの文献に詳細が開示されている（例えば、ロバスト制御、木村英紀、藤井隆雄、森武宏著、コロナ社、1994年、pp.141〜153を参照）。
【００３０】
図２のプロセスモデルを用い、ＩＬＱ設計法に基づき、多変数制御ゲイン（多変数制御ゲインの演算式）ＫI11，ＫI12，ＫI22，ＫF11，ＫF12，ＫF21，ＫF23，を算出した結果を以下に示す。
【００３１】
【数５】
2012096280.tif 000007
【００３２】
ここで、Ｔtはスタンド間張力の応答を指定するための変数、Ｔhは板厚の応答を指定するための変数である。
次に、多変数制御演算手段２５について説明する。
多変数制御演算手段２５は、算出された多変数制御ゲインに基づいて、圧延スタンド２に対する圧下指令値と主機速度指令値を演算する。
【００３３】
詳しくは、多変数制御演算手段２５では、設定手段２３から出力される板厚目標値、スタンド間張力目標値、板厚およびスタンド間張力の応答を調整するための変数σ1，σ2、制御ゲイン演算手段２４から出力される多変数制御ゲイン、板厚検出手段８から出力される板厚実績値、ルーパ３の張力測定手段９から出力されるスタンド間張力実績値、圧下装置６から出力される圧下実績値、圧延スタンド２の駆動電動機５から出力される主機速度実績値などを用いて、図３に示すブロック図にしたがい圧下指令値と主機速度指令値を演算する。
【００３４】
なお、圧延スタンド２によっては、その出側に板厚検出手段８が設置されていない場合もある。そのときはゲージメータ式およびマスフロー一定式などに基づき板厚を推定し、この板厚推定値を多変数制御演算手段２５に入力するようにするとよい。
次に、設定手段２３とルーパ速度演算手段２６を備えた第２の制御部２２で行われる制御処理の詳細について説明する。
【００３５】
設定手段２３は、第１の制御部２１に備えられたものと同一であって、ルーパ速度演算手段２６は、図４に示すブロック図のような構成を有している。
詳しくは、ルーパ速度演算手段２６では、設定手段２３から出力されるルーパ高さ目標値と、ルーパ３に備えられたルーパ高さ検出手段１０で検出されるルーパ高さ実績値との偏差を求め、このルーパ高さ偏差がＰＩＤ制御器２７に入力される。同様に、設定手段２３から出力されるスタンド間張力目標値と、ルーパ３に備えられた張力測定手段９で検出されるスタンド間張力実績値との偏差を求め、このスタンド間張力偏差がもう一つのＰＩＤ制御器２８に入力される。２つのＰＩＤ制御器２７，２８の出力が加算されることで、ルーパ速度指令値が算出される。
【００３６】
なお、２つのＰＩＤ制御器２７，２８には、それぞれルーパ高さ偏差に乗じるＰＩＤ制御ゲイン、張力偏差に乗じるＰＩＤ制御ゲインが設定されている。
次に、以上述べた本実施形態の制御装置２０を用いて、圧延スタンド２及びルーパ３を制御する手順について説明する。
図５には、制御装置２０における処理の手順がフローチャートで示されている。
【００３７】
まず、図５のＳＴＥＰ１において、設定手段２３に対し、板厚およびスタンド間張力の干渉系をモデル化したプロセスモデルを表現する変数、板厚目標値、スタンド間張力目標値、ルーパ高さ目標値、板厚およびスタンド間張力の応答を指定するための変数、板厚およびスタンド間張力の応答を調整するための変数、ルーパ高さ偏差に乗じるＰＩＤ制御ゲイン、張力偏差に乗じるＰＩＤ制御ゲインを設定する。
【００３８】
ＳＴＥＰ２では、記設定手段２３から出力される値、すなわちプロセスモデルを表現する変数などを用いて、制御ゲイン演算手段２４により多変数制御ゲインを演算する。
ＳＴＥＰ３では、設定手段２３から出力される値や、圧延スタンドの駆動電動機５、圧下装置６、板厚検出手段８、張力測定手段９などから出力される実績値などを基に、多変数制御演算手段２５により圧下指令値と主機速度指令値を演算する。
【００３９】
一方、ＳＴＥＰ４では、設定手段２３から出力される値や、張力測定手段９から出力される張力実績値、ルーパ高さ検出手段１０から出力されるルーパ高さ実績値などを基に、ルーパ速度演算手段２６によりルーパ速度指令値を演算する。
最終的に、ＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７において、多変数制御演算手段２５から出力される圧下指令値にしたがって、圧延スタンド２の圧下位置を制御し、多変数制御演算手段２５から出力される主機速度指令値にしたがい、駆動電動機５の速度を制御する。同様に、ルーパ速度演算手段２６から出力されるルーパ速度指令値にしたがって、ルーパ駆動電動機１１を制御する。その後、ＳＴＥＰ３へ戻り、圧延の制御を続ける。
【００４０】
以上のように、連続圧延機１の各圧延スタンド２をスタンド間張力及び板厚を基にしてＩＬＱ制御により制御し、さらに、同じスタンド間張力及びルーパ高さを基にしてルーパ３をＰＩＤ制御することで、圧延材Ｗのスタンド間張力と板厚の変動を可及的に低減し適切な圧延が行えるようになる。
【実施例】
【００４１】
上記した本発明に係る連続圧延機１の制御装置２０及び制御方法を用いて、圧延を行った結果（シミュレーション結果）を示す。
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の制御技術を用いた場合の圧延結果であり、図６（ｄ）〜（ｆ）は、従来技術（特許文献１の技術）を用いた場合の圧延結果である。
図６(ａ)，図６（ｄ）は板厚偏差の時間変化を示し、図６(ｂ)，図６（ｅ）は張力偏差の時間変化を示し、図６(ｃ)，図６（ｆ）はルーパ高さ偏差の時間変化を示している。
【００４２】
なお、本実施例におけるシミュレーション条件は、圧延定常部での先進率に、振幅３％、角周波数２０ｒａｄ／ｓｅｃの正弦波外乱が発生している状況を想定している。また、その他の実験条件についても、本実施例及び従来例は同じ条件で実験を行った。
図６から明らかなように、本実施例の場合、従来例と比較してルーパ高さの変動は若干大きくなる（本実施例＝約±３ｍｍ、従来例＝約±２ｍｍ）。しかしながら、板厚変動に関しては、本実施例＝約±１０μｍ以下、従来例＝約±２０μｍであり、スタンド間張力の変動に関しては、本実施例＝約±０．２ｔｏｎ、従来例＝約±０．５ｔｏｎとなり、板厚変動、スタンド間張力の変動のいずれであっても、本実施例が小さい値となって、スタンド間張力と板厚の変動を可及的に低減し適切な圧延が行えるようになったことがわかる。
【００４３】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、本実施形態において、連続圧延機１を熱間圧延機として説明を行っていたが、本発明の適用がこれに限定されるわけではなく、冷間圧延機であっても何ら問題はない。
【符号の説明】
【００４４】
１    連続圧延機
２    圧延スタンド
３    ルーパ
４    ワークロール
５    圧延スタンドの駆動電動機
６    圧下装置
７    バックアップロール
８    板厚検出手段
９    張力測定手段
１０  ルーパ高さ検出手段
１１  ルーパ駆動電動機
２０  制御装置
２１  第１の制御部
２２  第２の制御部
２３  設定手段
２４  制御ゲイン演算手段
２５  多変数制御演算手段
２６  ルーパ速度演算手段
２７  ＰＩＤ制御器
２８  ＰＩＤ制御器
【図１】
2012096280.tif 000008
【図２】
2012096280.tif 000009
【図３】
2012096280.tif 000010
【図４】
2012096280.tif 000011
【図５】
2012096280.tif 000012
【図６】
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