(57)【要約】  冷間圧延における酸洗のための酸濃度制御方法および装置が提供される。方法は、酸洗生産ラインの酸循環槽に相互に接続された３つの酸添加タンクを配置すること、酸槽中の酸液の測定後に得られた実際の酸濃度値を、酸濃度分析装置を介して多変数制御器にフィードバックすること、多変数制御器のモデルを用いて３つの測定点の酸濃度の間の干渉関係を見出すことを含む。制御方法および装置は、酸濃度の閉ループ制御の実行、塩酸の節約、再生される廃酸の量の減少、および環境汚染の低減ができる。
2016506302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸洗生産ラインの酸循環槽に、互いに接続した３つの酸充填タンクを備え、酸濃度測定装置を前記酸充填タンクの各々および前記酸循環槽の還流管路に接続し、酸濃度測定装置を介して前記生産ラインの前記酸循環槽中の酸液の実際の酸濃度を測定することができ、分析装置により分析した後、測定した酸濃度を、前記測定した酸濃度とプロセスの要求により規定の酸濃度とを比較する多変数制御器に送信し、前記測定した酸濃度と前記規定の酸濃度との間の差を、前記多変数制御器のモデルのための入力値として用い；前記３つの酸充填タンクの前記酸濃度は互いに影響されるため、３つの測定点における前記酸濃度の干渉関係が、前記生産ラインの前記酸循環槽のための数理モデルを構築するために見出されなければならず、多変数の非干渉演算を実行して多変数制御系が単一変数制御系に変換され、具体的なステップは以下である、酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御方法：
ステップ１  前記酸洗生産ラインにおける前記酸循環槽のための制御対象の多変数の数理モデルを構築する。
前記酸洗生産ラインにおける前記酸充填タンクのための前記制御対象の伝達関数行
列Ｇ（ｓ）の式は
2016506302.tif 000029
であり：
前記酸充填タンクのための前記伝達関数行列Ｇ（ｓ）の逆関数Ｇ−１（ｓ）の式は
2016506302.tif 000030
であり：
式中：
ａ１、ａ２、ａ３はそれぞれ前記３つの酸充填タンクの断面積であり、前記３つの    酸充填タンクの酸充填体積は同じであり、β１、β２、β３は酸充填量の許容偏差で    ある；
ステップ２  ステップ１で得られた前記酸充填タンクのための前記伝達関数行列Ｇ（ｓ）に基づいて、前置補償器のための伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）を設計し、Ｋｐ（ｓ）Ｇ（ｓ）が対角優位行列になるようにする。具体的な方法は以下である：
１）既存のソフトウェアを操作して前記伝達関数Ｇ（ｓ）のゲルシュゴリン帯
をプロットし、前記伝達関数Ｇ（ｓ）をポップアップインターフェイスに入力し
、入力完了後にクリックして操作し、ゲルシュゴリン帯が添付されたナイキストプロ
ットが前記インターフェイスに表示され、Ｋｐ（ｓ）Ｇ（ｓ）は対角優位行列に
なる；
２）既存の対角優位化ソフトウェアを用いて前置補償器のための前記伝達関数行列
Ｋｐ（ｓ）を計算し；Ｑ（ｓ）のゲルシュゴリン帯をプロットし、その後補償された
開ループ系は対角優位になる；
ステップ３  前記酸充填タンクの前記伝達関数行列Ｇ（ｓ）のための単ループの補償を設計する。Ｑ（ｓ）が対角優位になったため、単一変数の設計方法を３つの単ループのための補償設計を完了するのに用いることができ、ＰＩ調節器としてＫｃｉ（ｉ＝１、２、３）を用い、動的補償器の伝達関数行列Ｋｃ（ｓ）の値を数回の試行錯誤を経て得ることができる；
ステップ４  Ｇ（ｓ）Ｋｃ（ｓ）Ｋｐ（ｓ）のための、ゲルシュゴリン帯が添付されたナイキストプロットをプロットし、閉ループ系がナイキスト安定判別法に照らして安定であることおよび前記酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を得ることを確実にする。
【請求項２】
前記ステップ１において、前記３つの酸充填タンクの前記断面積の値が：ａ１＝ａ２＝ａ３＝１．８ｍ２であり、プロセスにおいて許容される前記酸充填量の前記偏差の値が：β１＝０．６、β２＝０．５、β３＝０．３６であり；これらを式（７）に代入し、その結果前記酸充填タンクの前記伝達関数行列Ｇ（ｓ）は
2016506302.tif 000031
であり：
前記ステップ２において、前記前置補償器の前記伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）を計算し：
2016506302.tif 000032
前記ステップ３において、数回の試行錯誤を経て以下が得られ：
2016506302.tif 000033
前記ステップ４において、前記酸濃度の前記フィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）が：
2016506302.tif 000034
として得られる請求項１に記載の酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御方法。
【請求項３】
前記ステップ４において、前記酸濃度の前記フィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）が：
2016506302.tif 000035
である請求項２に記載の酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御方法。
【請求項４】
ステップ５において、前記酸濃度の前記フィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を調整し、それを前記閉ループ系のステップのシミュレーション曲線として用い、前記酸濃度の前記フィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を調整して多変数の閉ループ制御系の設計を完了する請求項１〜３のいずれかに記載の酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御方法。
【請求項５】
ステップ６において、前記閉ループ制御系をシミュレーションし、前記系の単位ステップ応答曲線を既存のシミュレーションソフトウェアにより得ることができ、入力パラメータの設定値、前記前置補償器の前記伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）、前記動的補償器の前記伝達関数行列Ｋｃ（ｓ）および前記酸濃度の前記フィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）の値を含むシステムパラメータを調節し、各主要チャネルにおけるオーバーシュートがなく、前記系の定常誤差と応答速度の要求を満たす請求項４に記載の酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御方法。
【請求項６】
酸濃度分析装置、センサー、計装装置および表示システム、制御器およびアクチュエータを含み：前記センサーは導電率センサーおよび温度センサーを含み、前記導電率センサーは生産ラインの酸循環槽の出口における液の導電率を測定するのに用いられ、前記温度センサーは前記生産ラインの前記酸循環槽の前記出口における前記液の温度を測定するのに用いられ、前記温度センサーおよび前記導電率センサーの信号が前記酸濃度分析装置に出力され、前記酸濃度分析装置は前記酸循環槽中の前記液の濃度を算出して前記制御器に送り；
前記制御器は多変数制御器であり、動的補償制御器および前置補償制御器を含み、前記多変数制御器は、入力された酸濃度の信号の設定値および前記センサーにより測定された実際の酸濃度値に従って、多変数の非干渉演算を実行でき、計算された制御変数は前記アクチュエータに出力され；
前記アクチュエータは各酸充填タンクの液体供給ポンプおよび液体供給弁を制御し、前記酸充填タンクは互いに接続され、前記酸循環槽に供給される酸液の酸濃度を制御する酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御装置。
【請求項７】
３つの酸充填タンクが備えられ、前記３つの酸充填タンクはそれぞれ、前記酸循環槽の入口および出口並びに前記酸循環槽の中間に位置する請求項６に記載の酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間圧延ストリップ鋼の生産において、重要なプロセスは酸洗である。酸洗は金属の表面から鉄酸化物スケールを化学的に取り除く化学的プロセスである。ストリップ表面の鉄酸化物スケール（Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＦｅＯ）は水に不溶な塩基性酸化物である。それらが酸に浸漬されると、これらの塩基性酸化物は酸と化学的に反応する。炭素綱または低合金綱の表面の酸化物スケールは、剥がれる、多くの空孔があるおよびクラックを有するという性質を持つ。これらの酸化物スケールが真っ直ぐに伸ばされ、湾曲されると、クラックはさらに広がるだろうし、ストリップ鋼を伝って共に伝搬されるだろう。それ故に、酸液が酸化物スケールと反応すると、酸液は大きなストリップ鋼の鉄母材とも反応する。酸洗の目的はストリップ鋼の表面の酸化物層を取り除くことである。従来の酸洗は通常、酸濃度制御の遅延があるという問題を有しており、塩酸濃度の安定な制御を達成することを不可能にする。実際の生産プロセスにおいて塩酸濃度は大きく変動し、ストリップ鋼の不安定な洗浄品質、および酸の非常に大きな使用量をもたらす。これは塩酸の浪費である。現在のところ、世界における既存の酸洗ユニットの多くは、酸濃度の手動制御を利用している。主な原因は、十分に開発された測定方法及び制御スキームが無いため、酸濃度のリアルタイム測定の精度を確実にすることが困難だからである。概して、酸濃度の手動制御は、サンプリングが規定の時間に手動で行われ、サンプルの酸濃度が滴定で分析され、そして実際の経験に基づいて酸が補われるというように実行される。この方法の最大の不都合は制御の遅延である。実際の酸濃度の変化は、ユニットの作業速度、ストリップ鋼の幅、ストリップ表面の酸化の程度、および鋼の種類等のような多くの要因と密接に関係しているため、手動の制御方法は必然的に酸濃度の大きな変動を引き起こし、ストリップ鋼の不安定な洗浄品質をもたらす。
【０００３】
中国公開特許公報第ＣＮ１４６２３２１号は、連続酸洗方法および連続酸洗装置を開示している。連続酸洗方法は、一方では、連続酸洗装置を構成するいくつかの酸洗槽のうちの２つ以上の酸洗槽にそれぞれ酸液を供給し；他方では、ストリップ鋼の酸化物スケールの厚さ、前記ストリップ鋼の幅、および搬送されたストリップを酸洗するときのストリップの搬送速度を用いて酸の全供給量を算出し、前記ストリップの酸洗モードおよびストリップ鋼の搬送速度を用いて前記２つ以上の酸洗槽へのそれぞれの酸の供給量の分配率を得る。酸洗生産ラインの制御装置は、連続酸洗装置の第３槽および最終槽に収容された酸の酸洗の間の消費量を予測して第３槽および最終槽への酸洗液の供給量をそれぞれ決定し、酸供給系から酸が供給される。酸濃度測定装置は第３槽および最終槽それぞれに収容された酸洗液の酸濃度を連続的に測定する。酸供給系は連続的に測定された酸濃度値に照らして第３槽および最終槽に酸を供給し、第３槽および最終槽それぞれに収容された酸の濃度はそれぞれの目標値に適合する。このことは最終槽から排出される酸の濃度を１２％超にすることなく増加させ、同時に他の酸洗槽に収容された酸洗液の酸濃度を増加させる。
【０００４】
中国公開特許公報第１２８０６３３号は酸濃度連続測定装置を開示しており、通路を通過させて連続的に一方向に酸洗液を流すことができる装置本体、装置本体に備えられ且つ通路を通過して連続的に流れる酸洗液を測定するのに実際に用いられる密度計、温度計および導電率計、並びにこれらの測定結果に照らして酸洗液の濃度を算出するのに用いられる演算装置からなる。この種の酸濃度連続測定装置の使用は、連続酸洗設備を構成するいくつかの酸洗槽のうちの最終の酸洗槽における塩酸濃度をフィードバックし且つ制御できる。
【０００５】
上記に言及の開示文献において、それらは酸濃度測定装置に関する。採用される測定方法は、温度測定、密度測定および導電率測定に関し、また温度、密度および導電率を用いる酸濃度の算出に関する。単一変数の酸濃度制御方法が用いられる。全体の測定は非常に長い時間がかかり、約１時間である。それは断続的な測定方法である。酸濃度制御の遅延に起因して、塩酸の濃度の安定な制御を達成することが不可能である。実際の生産プロセスにおいて、塩酸の濃度は大きな変動を有し、ストリップの洗浄品質の不安定性をもたらす。加えて、酸の消費が非常に大きく、塩酸の浪費をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御方法および装置を提供することである。本発明において、多変数の非干渉制御法が適用されて酸濃度の閉ループ制御を達成し、従って塩酸の使用量を節約し、廃酸の再生量を減少し、環境汚染を低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の技術的スキームを採用する：
酸洗生産ラインの酸循環槽に、互いに接続した３つの酸充填タンクを備え、酸濃度測定装置を酸充填タンクの各々および酸槽の還流管路に接続し、酸濃度測定装置を介して生産ラインの酸槽中の酸液の実際の酸濃度を測定し得て、分析装置により分析した後、測定した酸濃度を、測定した酸濃度とプロセスの要求により規定の酸濃度とを比較する多変数制御器に送信し、測定した酸濃度と規定の酸濃度との間の差を、多変数制御器のモデルのための入力値として用い；３つの酸充填タンクの酸濃度は互いに影響されるため、３つの測定点における酸濃度の干渉関係（または、カップリング関係、ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）が、生産ラインの酸循環槽のための数理モデルを構築するために見出されなければならず、多変数の非干渉演算を実行して多変数制御系が単一変数制御系（ｓｉｎｇｌｅ−ｖａｒｉａｂｌｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｙｓｔｅｍ）に変換され、具体的なステップが以下である酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御方法である：
ステップ１  酸洗生産ラインにおける酸循環槽のための制御対象の多変数の数理モデルを構築する。
酸洗生産ラインにおける酸充填タンクのための制御対象の伝達関数行列Ｇ（ｓ）の式は
2016506302.tif 000003
であり：
および酸充填タンクのための伝達関数行列Ｇ（ｓ）の逆関数Ｇ−１（ｓ）の式は
2016506302.tif 000004
であり：
式中：
ａ１、ａ２、ａ３はそれぞれ３つの酸充填タンクの断面積であり、３つの酸充填タ    ンクの酸充填体積は同じであり、β１、β２、β３は酸充填量の許容偏差である；
ステップ２  ステップ１で得られた酸充填タンクのための伝達関数行列Ｇ（ｓ）に基づいて、前置補償器のための伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）を設計し、Ｋｐ（ｓ）Ｇ（ｓ）が対角優位行列になるようにする。具体的な方法は以下である：
１）既存のソフトウェアを操作して伝達関数Ｇ（ｓ）のゲルシュゴリン帯をプロッ
トし、伝達関数Ｇ（ｓ）をポップアップインターフェイスに入力し、入力完了後にク
リックして操作し、ゲルシュゴリン帯が添付されたナイキストプロットがインターフ
ェイスに表示され、Ｋｐ（ｓ）Ｇ（ｓ）は対角優位行列になる；
２）既存の対角優位化ソフトウェア（または、対角優位化の計算をするソフトウェ
ア、ｄｉａｇｏｎａｌ  ｄｏｍｉｎａｎｃｅ  ｓｏｆｔｗａｒｅ）を用いて前置補償
器のための伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）を計算し；Ｑ（ｓ）のゲルシュゴリン帯をプロッ
トし、その後補償された開ループ系は対角優位になる；
ステップ３  酸充填タンクの伝達関数行列Ｇ（ｓ）のための単ループの補償を設計する。Ｑ（ｓ）が対角優位になったため、単一変数の設計方法が３つの単ループのための補償設計を完了するのに用い得て、ＰＩ調節器としてＫｃｉ（ｉ＝１、２、３）を用い、動的補償器の伝達関数行列Ｋｃ（ｓ）の値が数回の試行錯誤を経て得られ得る；
ステップ４  Ｇ（ｓ）Ｋｃ（ｓ）Ｋｐ（ｓ）のための、ゲルシュゴリン帯が添付されたナイキストプロットをプロットし、閉ループ系がナイキスト安定判別法に照らして安定であることおよび酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を得ることを確実にする。
【０００８】
ステップ１において、３つの酸充填タンクの断面積の値が：ａ１＝ａ２＝ａ３＝１．８ｍ２であり、プロセスにおいて許容される酸充填量の偏差の値が：β１＝０．６、β２＝０．５、β３＝０．３６であり；これらを式（７）に代入し、その結果酸充填タンクの伝達関数行列Ｇ（ｓ）は
2016506302.tif 000005
である：
ステップ２  前置補償器の伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）を計算する：
2016506302.tif 000006
ステップ３  数回の試行錯誤を経て以下が得られる：
2016506302.tif 000007
ステップ４  酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）が：
2016506302.tif 000008
として得られる。
【０００９】
ステップ４において、酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）は：
2016506302.tif 000009
である。
【００１０】
ステップ５  酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を調整し、それを閉ループ系のステップのシミュレーション（または、ステップシミュレーション、ステップイミテーション、ｓｔｅｐ  ｉｍｉｔａｔｉｏｎ）曲線として用い、酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を調整して多変数の閉ループ制御系の設計を完了する。
【００１１】
ステップ６  閉ループ制御系をシミュレーションし、系の単位ステップ応答曲線が既存のシミュレーションソフトウェアにより得られることができ、入力パラメータの設定値、前置補償器の伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）、動的補償器の伝達関数行列Ｋｃ（ｓ）および酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）の値を含むシステムパラメータを調節し、各主要チャネルにおけるオーバーシュートがなく、系の定常誤差と応答速度の要求を満たす。
【００１２】
酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御装置は、酸濃度分析装置、センサー、計装装置および表示システム、制御器およびアクチュエータを含み：センサーは導電率センサーおよび温度センサーを含み、導電率センサーは生産ラインの酸循環槽の出口における液の導電率を測定するのに用いられ、温度センサーは生産ラインの酸循環槽の出口における液の温度を測定するのに用いられ、温度センサーおよび導電率センサーの信号が酸濃度分析装置に出力され、酸濃度分析装置は酸循環槽中の液の濃度を算出して制御器に送り；
制御器は多変数制御器であり、動的補償制御器および前置補償制御器を含み、多変数制御器は、入力された酸濃度の信号の設定値およびセンサーにより測定された実際の酸濃度値に従って、多変数の非干渉演算を実行でき、計算された制御変数はアクチュエータに出力され；
アクチュエータは各酸充填タンクの液体供給ポンプおよび液体供給弁を制御し、酸充填タンクは互いに接続され、酸循環槽に供給される酸液の酸濃度を制御する。
【００１３】
３つの酸充填タンクが備えられ、３つの酸充填タンクはそれぞれ、酸循環槽の入口および出口並びに酸循環槽の中間に位置する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、冷間圧延における酸洗生産ラインの酸循環槽の導電率および温度をリアルタイムで測定することにより酸濃度を直接算出し、多変数の非干渉制御器のモデルを用いることにより閉ループ制御および酸濃度の最適化を達成して、塩酸使用量を節約し、再生される廃酸の量を減少し、環境汚染を低減する。
【００１５】
本発明における酸洗−冷間圧延ラインのための酸濃度制御装置は、多変数制御器を用いて中断の無い連続測定を達成し、自動連続制御を達成することができる。装置の構成は単純でありながら、酸循環槽の酸濃度制御が安定であり、ストリップの酸洗の品質が確実にされるだけでなく、酸の使用量も節約される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は酸洗−冷間圧延ラインのための濃度制御プロセスの概略図を示す。
【図２】図２は本発明における酸洗−冷間圧延ラインのための濃度制御装置の概略図を示す。
【図３】図３は本発明における酸濃度の多変数制御器のモデリングの概略図を示す。
【図４】図４は本発明における酸濃度の多変数制御器の概略図を示す。
【図５】図５は本発明におけるナイキスト配列法の設計プロセスの概略図を示す。
【図６】図６は本発明における酸濃度の多変数の閉ループ制御器のシステムブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図中：１１〜１１７は弁、２１〜２３は加熱装置、３１〜３１１は流量計、４１〜４１１はポンプ、５および５１〜５３は酸充填タンク、１はロール、２は酸噴霧装置、３はオーバーフロー管、４はストリップ鋼；６はセンサー（酸濃度測定装置）、７は酸濃度分析装置、８はアクチュエータ、９は前置補償制御器、１０は動的補償制御器
１００は生産ラインの酸循環槽（酸槽、酸洗槽）である。
【００１８】
次に、図および好ましい実施形態を組み合わせてさらに本発明を説明する。
【００１９】
図１および２に示されるように、酸洗−冷間圧延ラインのための濃度制御装置は、酸濃度分析装置７、センサー６、計装装置および表示システム、多変数制御器およびアクチュエータ８を含み；センサー６は導電率センサーおよび温度センサーを含む。導電率センサーは酸循環槽１００（酸槽と呼ばれる）の出口における液の導電率を測定し、温度センサーは酸槽の出口における酸液の温度を測定する。温度センサーおよび導電率センサーの信号が酸濃度分析装置７に出力され；酸濃度分析装置７は酸槽１００中の液の濃度を分析して算出する。濃度は動的補償制御器１０および前置補償制御器９を含む多変数制御器に送られる。生産オペレーターは、計装装置および表示システムを介して多変数制御器のパラメータを設定できる。多変数制御器は、オペレーターにより入力された酸濃度の信号およびセンサーにより測定された酸濃度の実際の値に従って、多変数の非干渉演算を実行し、計算された制御変数をアクチュエータ８に出力し；アクチュエータ８は、互いに接続された酸充填タンク５のそれぞれの液体供給ポンプおよび弁を制御して、酸循環槽１００に輸送される酸の酸濃度を制御する。
【００２０】
図１に示されるように、酸洗−冷間圧延ラインにおいて、装置は一般的に、生産ラインにおける酸循環槽１００の３つの点で酸濃度を制御して、生産ライン全体の酸槽中の液の濃度が生産プロセスの要求を満たすことを確実にする。それ故に、３つの酸充填タンク５１、５２および５３が酸洗生産ラインに備えられ；酸濃度測定装置６（すなわちセンサー）が、生産ラインにおける酸充填タンク５１、５２および５３のそれぞれ並びに酸洗槽１００の間の酸液の環流のための管（すなわちオーバーフロー管）に直列に接続され；この酸濃度測定装置６は、生産ラインにおける酸槽１００の酸液中の実際の酸濃度を測定するのに用いられ、酸濃度は酸濃度分析装置の後に多変数制御器に送られる。制御器は、この値とプロセスの要求により規定の酸濃度とを比較する。この差が制御器のモデルへの入力値として用いられる。測定点は通常、ストリップ鋼４が酸洗槽１００に入る入口、出口および酸洗槽の中間における位置として選択される。ストリップ鋼４は所定の速度で入口から酸洗槽１００に入って出口から出るため、酸槽１００内の酸液は入口から出口に流れる。３つの酸充填タンク５１、５２および５３は互いに接続され；原料の酸（または、原酸、ｒａｗ  ａｃｉｄ）が３番の酸充填タンク５３に流入し、３番の酸充填タンク５３で希釈された後、酸槽１００の入口および２番の酸充填タンク５２それぞれに流入し、２番の酸充填タンク５２で再度希釈された後、酸槽１００の中間の位置および１番の酸充填タンク５１それぞれに流入し、１番の酸充填タンク５１で再度希釈された後、酸洗槽１００および廃酸タンクそれぞれに流入する。それ故に、３つの酸充填タンク５１、５２および５３における酸濃度は互いに影響され、すなわち、測定された酸濃度値は互いに関連し、酸濃度制御器は図４に示されるような多変数制御器であることを示している。
【００２１】
生産ラインにおける酸循環槽１００中の酸濃度を精密に制御するために、本発明は３つの測定点の酸濃度の間の干渉関係を見出すことにより生産ラインにおける酸循環槽の数理モデルを確立し、多変数の非干渉演算を実行して多変数制御系を単一変数制御系に変換する。数理モデルを確立するために、本発明は図１における酸洗−冷間圧延の酸濃度制御プロセスのフロー図と図２における酸洗−冷間圧延ラインのための濃度制御装置の概略図とを組み合わせ、それらを図３における酸濃度の多変数制御器のモデリングの概略図に相当させる。制御対象の数理モデルＧ（ｓ）は図３に基づいて得られる。Ｇ（ｓ）は多変数制御器を設計するのに用いられる。ナイキスト配列法は多変数制御器の設計の間用いられる。その基本的な設計思想は：第一に、制御対象の前に前置補償器Ｋｐ（ｓ）を導入して各ループ間の干渉効果（または、カップリング効果、ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を弱め、従って系の開ループ伝達関数行列を対角優位行列にし、多変数系全体の設計を一組の単一変数系の補償設計に単純化し；第二に、単一変数の設計方法を用いて、動的補償器Ｋｃ（ｓ）を設計する。図４に示されるように、図４は酸濃度の多変数制御器の概略図である。多変数制御器により計算および処理された後、計算された制御変数がアクチュエータに出力され、アクチュエータは各酸充填タンクの液体供給ポンプおよび弁をそれぞれ制御して酸循環槽の酸濃度を制御する。
【００２２】
酸洗−冷間圧延の酸濃度制御方法は、以下のステップを含む：
ステップ１：酸洗生産ラインにおける制御対象（すなわち、酸槽）の多変数の数理モデルの構築
図３に示されるように、図３は酸濃度の多変数制御器のモデリングの概略図であり：
ａｉはｉ番目の酸充填タンクの断面積である。酸充填タンクの断面積は均一である
として理解され；
ｈｉ（ｔ）は時間ｔにおけるｉ番目の酸充填タンクの液位であり；
ｆｉ（ｔ）は時間ｔにおけるｉ番目の酸充填タンクからの（ｉ＋１）番目の酸充填
タンクｉ＋１への流量であり；
ｄｉ（ｔ）は時間ｔにおけるｉ番目の酸充填タンクから出る液体の流量であり；お
よびｑｉ（ｔ）は時間ｔにおけるｉ番目の酸充填タンクに入る液体の流量である。
酸充填タンクへの流速ｑｉ（ｔ）（１≦ｉ≦ｍ）が系の入力値として用いられるこ
と；
酸充填タンクの液位ｈｉ（ｔ）（１≦ｉ≦ｍ）が系の出力値として用いられること
；
酸充填タンクから出る液の流量ｄｉ（ｔ）（１≦ｉ≦ｍ）が系の外乱の量として用
いられること；が仮定される。
従って、物理の基本法則に基づいて、系を記述する微分方程式の一般式は以下
2016506302.tif 000010
であることを推定することができ：
式中
2016506302.tif 000011
であり：
2016506302.tif 000012
と仮定され、
式中：
ｈｉ０、ｑｉ０、ｄｉ０およびｆｉ０はそれぞれ、ｈｉ（ｔ）、ｑｉ（ｔ）、ｄｉ    （ｔ）およびｆｉ（ｔ）の定格の定常値であり；
ｘｉ（ｔ）、ｕｉ（ｔ）、ｌｉ（ｔ）およびβ［ｘｉ（ｔ）−ｘｉー１（ｔ）］は    それぞれ、定格の定常値に対するｈｉ（ｔ）、ｑｉ（ｔ）、ｄｉ（ｔ）およびｆｉ（    ｔ）の変化量であり；
従って、定格の定常値に対してより小さい偏差の微分方程式は以下
2016506302.tif 000013
と得られることができ：
便宜のため、外乱ｌｉ（ｔ）（１≦ｉ≦ｍ）は０に等しいと仮定される。定格の定
常値に対して小さな偏差の微分方程式は
2016506302.tif 000014
と表されることができ：
式中
2016506302.tif 000015
2016506302.tif 000016
2016506302.tif 000017
2016506302.tif 000018
であり：
系の伝達関数行列は
2016506302.tif 000019
であり：
その逆関数は
2016506302.tif 000020
であり：
式中
2016506302.tif 000021
であり：
Ｂ−１、ＡおよびＣ−１を式（５）に代入して一般式
2016506302.tif 000022
を得て：
Ｇ−１（ｓ）は酸充填タンクの開ループ系の動的特性を記述する。
ｍ＝３のとき
2016506302.tif 000023
であり：
酸充填タンクの伝達関数は以下
2016506302.tif 000024
と得られることができ：
式中：ａ１、ａ２、ａ３は３つの酸充填タンクの断面積である。３つの酸充填体積    は同じであり、ａ１＝ａ２＝ａ３＝１．８ｍ２である。β１＝０．６；β２＝０．５    ；β３＝０．３６はプロセスにおいて許容される酸充填量の偏差の値である。それら    を式（７）に代入し、その結果
2016506302.tif 000025
である。
ステップ２：ステップ１で得られた酸充填タンクのための伝達関数行列Ｇ（ｓ）に基づいて、前置補償器のための伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）を設計し、Ｋｐ（ｓ）Ｇ（ｓ）が対角優位行列になるようにする。図４および５に示されるように、図４は酸濃度の多変数制御器の概略図であり、図５はナイキスト配列法の設計プロセスの概略図である。手順は以下である：
１）既存のソフトウェア（ソフトウェア市場で入手可能、既存の技術である）を操
作して伝達関数Ｇ（ｓ）のゲルシュゴリン帯をプロットし、数理モデルＧ（ｓ）をポ
ップアップインターフェイスに入力し、入力完了後にクリックして操作し、ゲルシュ
ゴリン帯が添付されたナイキストプロットがインターフェイスに表示され、Ｋｐ（ｓ
）Ｇ（ｓ）は対角優位行列になる；
２）既存の対角優位化ソフトウェア（ソフトウェア市場で入手可能、既存の技術で
ある）を用いて前置補償器のための伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）を計算し：
2016506302.tif 000026
Ｋｐ（ｓ）Ｇ（ｓ）のゲルシュゴリン帯をプロットし、その後補償された開ループ系
は対角優位になる；
ステップ３：Ｇ（ｓ）のための単ループの補償を設計する。Ｋｐ（ｓ）Ｇ（ｓ）が対角優位になったため、単一変数の設計方法が３つの単ループのための補償設計を完了するのに用いられ得る。生産プロセスの要求に従い、酸濃度のオーバーシュートは小さくあるべきであり、過渡応答過程は短くあるべきであり、閉ループの定常誤差は０であるべきである。それ故に、ＰＩ調節器としてＫｃｉ（ｉ＝１、２、３）を用いる。試行錯誤を経て
2016506302.tif 000027
が得られる：
ステップ４：ゲルシュゴリン帯が添付された、Ｇ（ｓ）Ｋｃ（ｓ）Ｋｐ（ｓ）のためのナイキストプロットをプロットし、閉ループ系がナイキスト安定判別法に照らして安定であることおよび酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を
2016506302.tif 000028
として得ることを確実にする。
【００２３】
ステップ５：酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を調整し、それを閉ループ系のステップのシミュレーション曲線として用い、酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）を調整して多変数の閉ループ制御系の設計を完了する。閉ループ制御系の完了について、ブロック図が図６に示される。
【００２４】
ステップ６：閉ループ制御系をシミュレーションし、系の単位ステップ応答曲線が既存のシミュレーションソフトウェアにより得られることができ、入力パラメータの設定値、前置補償器の伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）、動的補償器の伝達関数行列Ｋｃ（ｓ）および酸濃度のフィードバックゲイン値Ｆ（ｓ）の値を含むシステムパラメータを調節して、各主要チャネルにおけるオーバーシュートがなく、系の定常誤差と応答速度の要求を満たす。
【００２５】
本発明の酸洗−冷間圧延の酸濃度制御方法の主な独創性は、酸濃度の多変数制御器のモデルにおける様々なパラメータの決定に焦点を合わせている。パラメータは、酸充填タンク（制御対象）の伝達関数行列Ｇ（ｓ）、前置補償器の伝達関数行列Ｋｐ（ｓ）、動的補償器の伝達関数行列Ｋｓ（ｓ）および酸濃度のフィードバックゲインＦ（ｓ）を含む。多変数制御器の演算装置および酸濃度の多変数制御器のパラメータが決定された後の閉ループ制御系のブロック図が図６に示される。
【００２６】
生産ラインの酸槽内の酸液の酸濃度の実際の値は、３つの酸濃度測定装置により得られ、酸濃度分析装置を介して多変数制御器に送られる。多変数制御器は、実際の値とプロセスの要求により規定の酸濃度とを比較する。この差が多変数制御器のモデルの入力値として用いられ；多変数制御器により計算および処理された後、制御変数が計算されてアクチュエータに出力される。アクチュエータは酸充填タンクのそれぞれの液体供給ポンプおよび液体供給弁をそれぞれ制御して、酸循環槽の酸濃度を制御する。
【００２７】
上記の説明は本発明の好ましい実施形態に過ぎず、決して本発明の範囲を限定するために用いられない。従って、本発明の精神および原理においてなされるいかなる修正、均等物の置換、改良または他の変更も本発明の保護範囲の中に含まれるものとする。
【図１】
2016506302.tif 000036
【図２】
2016506302.tif 000037
【図３】
2016506302.tif 000038
【図４】
2016506302.tif 000039
【図５】
2016506302.tif 000040
【図６】
2016506302.tif 000041
【国際調査報告】
2016506302.tif 000042
2016506302.tif 000043
2016506302.tif 000044
2016506302.tif 000045
2016506302.tif 000046
2016506302.tif 000047