(57)【要約】  鉄鋼プラント制御装置は、次の構成を備える。減算器（１）は、目標値と制御対象（１）からフィードバックされた制御量との偏差を出力する。ＰＩ制御器（３）は、偏差を入力し、比例動作および積分動作を用いて、偏差を小さくするための第１操作量を出力する。１次遅れ制御器（４）は、偏差に比例ゲインを乗じさらに１次遅れ要素を乗じた第２操作量を出力する。加算器（５）は、第１操作量に第２操作量を加えた最終操作量を制御対象へ出力する。ここで、第１周波数ｆ１よりも低い帯域においてＰＩ制御器のゲインが１次遅れ制御器のゲインよりも高く、かつ、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの帯域において１次遅れ制御器のゲインがＰＩ制御器のゲインがよりも高く、かつ、第２周波数ｆ２よりも高い帯域においてＰＩ制御器のゲインが１次遅れ制御器のゲインよりも高いことを特徴とする。
2019239494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標値と制御対象からフィードバックされた制御量との偏差を出力する減算器と、
前記偏差を入力し、比例動作および積分動作を用いて、該偏差を小さくするための第１操作量を出力するＰＩ制御器と、
前記偏差に比例ゲインを乗じさらに１次遅れ要素を乗じた第２操作量を出力する１次遅れ制御器と、
前記第１操作量に前記第２操作量を加えた最終操作量を前記制御対象へ出力する加算器と、を備え、
第１周波数よりも低い帯域において前記ＰＩ制御器のゲインが前記１次遅れ制御器のゲインよりも高く、かつ、前記第１周波数から前記第１周波数よりも高い第２周波数までの帯域において前記１次遅れ制御器のゲインが前記ＰＩ制御器のゲインがよりも高く、かつ、前記第２周波数よりも高い帯域において前記ＰＩ制御器のゲインが前記１次遅れ制御器のゲインよりも高いこと、
を特徴とする鉄鋼プラント制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼プラント制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセスを制御対象とし、単純適応制御方式をベースとしてより簡易化した制御方式が提案されている。この制御方式は、最小限に必要とされる制御偏差のみで可変ゲインを決定して、より構成を簡易化する。該制御偏差に関連した値の自乗積分値に基づく可変ゲインによって、制御偏差のピーク値が大きいときには大きな値のゲインの状態が持続され、積極的な制御が行われる。その結果、制御偏差のピーク値が小さくなると同時に、ゲインを元の小さな値に戻し定常状態の安定化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２０１１−１３８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、制御量が目標値に収束し制御偏差がゼロに収束した後にも、負荷変化や制御対象の特性変化が起こることがしばしばある。このような負荷変化や特性変化に対して、元の小さな値に戻した可変ゲインでは収束に時間を要してしまう。【０００５】
この対策として日本特開２０１１−１３８２００号公報では、可変ゲイン演算手段において１次遅れ要素の時定数をより大きな値として可変ゲインを元の小さな値へ戻す時間を遅らせ、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応することを図っている。【０００６】
しかしながら、上記の方法は、定常状態以外の部分にも可変ゲインが掛かってくるので、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対してのみ調整したい場合、調整し難い。【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対して即応でき、優れた応答特性を実現できる鉄鋼プラント制御装置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】
上記目的の達成のため、本発明に係る鉄鋼プラント制御装置は以下のように構成される。【０００９】
本発明に係る鉄鋼プラント制御装置は、減算器と、ＰＩ制御器と、１次遅れ制御器と、加算器と、を備える。【００１０】
減算器は、目標値ｒと制御対象からフィードバックされた制御量ｙとの偏差ｅ（制御偏差）を出力する。【００１１】
ＰＩ制御器は、偏差ｅを入力し、比例動作および積分動作を用いて、偏差ｅを小さくするための第１操作量ｕ１を出力する。【００１２】
１次遅れ制御器は、ＰＩ制御器と並列に配置される。１次遅れ制御器は、偏差ｅに比例ゲインＫｐ２を乗じさらに１次遅れ要素ＬＡＧを乗じた第２操作量ｕ２を出力する。【００１３】
加算器は、第１操作量ｕ１に第２操作量ｕ２を加えた最終操作量ｕを制御対象へ出力する。【００１４】
ここで、第１周波数よりも低い帯域においてＰＩ制御器のゲインが１次遅れ制御器のゲインよりも高く、かつ、第１周波数から第１周波数よりも高い第２周波数までの帯域において１次遅れ制御器のゲインがＰＩ制御器のゲインがよりも高く、かつ、第２周波数よりも高い帯域においてＰＩ制御器のゲインが１次遅れ制御器のゲインよりも高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本態様に係る鉄鋼プラント制御装置によれば、第１周波数から第２周波数までの帯域についてゲインが高まり、他の帯域にはほとんど影響を与えない。第１周波数から第２周波数までの帯域は、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化による変動周波数付近に調整できる。そのため、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対して即応でき、優れた応答特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に係る閉ループ系の制御ブロック線図である。
【図２】伝達関数の周波数特性を表すボード線図である。
【図３】１次遅れ制御器を備えない（ＰＩ制御器のみ）場合における仕上圧延機出側における板厚の偏差の変動を示すチャートである。
【図４】ＰＩ制御器と並列に１次遅れ制御器を加えた場合における仕上圧延機出側における板厚の偏差の変動を示すチャートである。
【図５】冷間圧延ラインのルーパー周辺のシステム構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１８】
実施の形態１．
［閉ループ系の構成］
図１は、実施の形態１に係る閉ループ系のブロック線図である。図１に示す閉ループ系の制御装置は、減算器２、ＰＩ制御器３に加えて、１次遅れ制御器４および加算器５を備える。
【００１９】
一例として、制御対象１は、熱間圧延ラインに設けられ被圧延材を圧延する仕上圧延機である。制御対象１は、最終操作量ｕを入力し、制御量ｙを出力する。最終操作量ｕは、仕上圧延機の最終スタンドのロールギャップである。制御量ｙは、仕上圧延機出側の板厚である。
【００２０】
減算器２は、目標値ｒと制御対象１からフィードバックされた制御量ｙとの偏差ｅ（制御偏差）を出力する。制御量ｙはセンサにより検出される。センサは仕上圧延機出側に配置された板厚計である。目標値ｒは仕上圧延機出側の目標板厚である。
【００２１】
ＰＩ制御器３（伝達関数はＫｐ１＋Ｋｉ／ｓ）について説明する。ＰＩ制御は、フィードバック制御の一種であり、比例動作と積分動作を組み合わせた制御方法である。比例動作は、偏差ｅに比例して操作量を変化させる動作である。積分動作は、偏差ｅの積分に比例して操作量を変化させる動作である。ＰＩ制御器３は、偏差ｅを入力し、比例動作および積分動作を用いて、偏差ｅを小さくするための第１操作量ｕ１を出力する。
【００２２】
１次遅れ制御器４は、ＰＩ制御器３と並列に配置される。１次遅れ制御器４は、偏差ｅを入力し、偏差ｅに比例ゲインＫｐ２を乗じ、さらに制御対象１に存在する１次遅れ要素ＬＡＧ（伝達関数は１／（１＋Ｔｓ），ここでＴは時定数）を乗じた第２操作量ｕ２を出力する。
【００２３】
加算器５は、ＰＩ制御器３の出力（第１操作量ｕ１）に１次遅れ制御器４の出力（第２操作量ｕ２）を加えた最終操作量ｕを制御対象１へ出力する。
【００２４】
図２を参照しつつ本実施形態の特徴について説明する。図２は、伝達関数の周波数特性を表すボード線図である。横軸は、角周波数ω［ｒａｄ／ｓ］の対数軸である。左側の縦軸は、ゲイン［ｄｂ］の対数軸である。
【００２５】
ゲイン曲線２１は、１次遅れ制御のゲイン特性を示す。ゲイン曲線２２は、ＰＩ制御のゲイン特性を示す。ゲイン曲線２３は、ＰＩ制御と１次遅れ制御を足しあわせたゲイン特性を示す。
【００２６】
本実施形態に係る鉄鋼プラント制御装置では、図２のゲイン曲線２３に示す周波数特性が得られるように、１次遅れ制御器４のＫｐ２や時定数Ｔが調整されている。具体的には、ゲイン曲線２１に示すように、角周波数ω＝１以下においてゲインが０以上となるように、１次遅れ制御器４の比例ゲインＫｐ２および時定数Ｔが調整されている。
【００２７】
そのため、ゲイン曲線２１とゲイン曲線２２を足し合わせたゲイン曲線２３は、第１周波数ｆ１よりも低い帯域においてＰＩ制御器３のゲインが１次遅れ制御器４のゲインよりも高く、かつ、第１周波数ｆ１から第１周波数ｆ１よりも高い第２周波数ｆ２までの帯域において１次遅れ制御器４のゲインがＰＩ制御器３のゲインよりも高く、かつ、第２周波数ｆ２よりも高い帯域においてＰＩ制御器３のゲインが１次遅れ制御器４のゲインよりも高い。
【００２８】
換言すれば、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの帯域では、１次遅れ制御器４のゲインが支配的であり、第１周波数ｆ１より低い帯域および第２周波数ｆ２より高い帯域では、ＰＩ制御器３のゲインが支配的である。第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２までの帯域は、偏差ｅのゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化による変動周波数付近に対応する。そのため、本実施形態によれば、ゲイン曲線２３に示すように、変動周波数付近のゲインのみが大きくなり、他の周波数帯にはほとんど影響を与えない。
【００２９】
このように、ＰＩ制御器３に並列に１次遅れ制御器４を足して、制御応答付近のみゲインを上げることで、目標値への追従が早くなる。その結果、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対して即応でき、優れた応答特性を実現できる。なお、「負荷変化や制御対象の特性変化」とは、熱間圧延の場合、板の温度、熱による機械の膨張、ロール偏芯などである。
【００３０】
次に、図３と図４を参照して、ＰＩ制御のみの場合の偏差ｅの変動と、ＰＩ制御に１次遅れ制御を足しあわせた場合の偏差ｅの変動とを比較する。図３は、１次遅れ制御器４を備えない（ＰＩ制御器３のみ）場合における仕上圧延機出側における板厚の偏差ｅの変動を示すチャートである。図４は、ＰＩ制御器３と並列に１次遅れ制御器４を加えた場合における仕上圧延機出側における板厚の偏差ｅの変動を示すチャートである。
【００３１】
図３のチャートでは、時刻０において被圧延材の先端が仕上圧延機出側に達した後、ＰＩ制御により板厚の偏差ｅは一旦許容範囲（上限値３１と下限値３２との間）内に収束する（ゼロ収束）。しかし、ゼロ収束後の負荷変化や制御対象の特性変化に応答しきれず、許容範囲を逸脱してしまう。
【００３２】
これに対して、ＰＩ制御に比例ゲインＫｐ２と１次遅れ要素ＬＡＧとを加えた図４のチャートでは、時刻０において被圧延材の先端が仕上圧延機出側に達した後、主にＰＩ制御により板厚の偏差ｅは目標範囲（上限値３１と下限値３２との間）内に収束する。上述した図２のゲイン曲線２３のように、第１周波数から第２周波数までの間のゲインが高まるように比例ゲインＫｐ２と時定数Ｔが調整されている。そのため、偏差ｅのゼロ収束後に負荷変化や制御対象の特性変化があった場合でも、目標値への収束が早く、偏差ｅを目標範囲内で安定させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態に係る鉄鋼プラント制御装置は、ゼロ収束後の負荷変化や制御対象の特性変化以外の大きな変化については、第１周波数ｆ１から第２周波数までの帯域外の制御であり、主にＰＩ制御により収束を図る。
【００３４】
（変形例）
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、熱間圧延ラインの仕上圧延機出側の板厚制御を例に説明したが、本発明の適用対象は限定されるものではない。例えば、冷間圧延ラインの張力制御にも適用できる。図５は、冷間圧延ラインのルーパー周辺のシステム構成を示す図である。
【００３５】
１つの適用例として、鉄鋼プラント制御装置は、ブライドルロール５１とその下流のループカー５２との間の張力計５３により検出される制御量ｙをフィードバック信号とし、制御量ｙと目標値ｒとの偏差が０に収束するようにループカー５２の最終操作量ｕを出力するものにも適用できる。
【００３６】
他の適用例として、鉄鋼プラント制御装置は、ループカー５２下流のブライドルロール５４と、その下流の連続圧延機５５の間の張力計５６により検出される制御量ｙをフィードバック信号とし、制御量ｙと目標値ｒとの偏差を０に収束するようにブライドルロール５４の最終操作量ｕを出力するものにも適用できる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  制御対象
２  減算器
３  ＰＩ制御器
４  １次遅れ制御器
５  加算器
３１  上限値
３２  下限値
５１，５４  ブライドルロール
５２  ループカー
５３，５６  張力計
５５  連続圧延機
ｆ１  第１周波数
ｆ２  第２周波数
Ｋｐ２  比例ゲイン
ＬＡＧ  １次遅れ要素
ｒ  目標値
Ｔ  時定数
ｕ  最終操作量
ｕ１  第１操作量
ｕ２  第２操作量
ｙ  制御量
ω  角周波数
【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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【国際調査報告】
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2019239494.tif 000009