(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯の搬送用のロールを駆動するためのロール駆動用電動機から速度実績値を得てその平均値である移動平均値を算出し、前記ロール駆動用電動機の速度制御の目標値である速度基準値と前記移動平均値との差分に基づいて、前記ロール駆動用電動機の回転速度が前記速度基準値となるように速度制御を行う方法であって、
前記速度実績値又は前記移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動を検出したときは、前記移動平均値を算出する際に必要な前記速度実績値の標本数を増加させることを特徴とするロール駆動用電動機の速度制御方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記速度実績値の標本数の増加は、前記異常な変動が検出されなくなるまで繰り返し行うことを特徴とするロール駆動用電動機の速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスラインや圧延ラインのロール駆動用電動機の速度制御を行う方法に係り、特に、経年劣化により速度実績値に周期的な変動が発生しても、張力ハンチングの発生を抑制しながらロール駆動用電動機の速度制御を行うのに好適なロール駆動用電動機の速度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロセスラインや圧延ラインのロール駆動用電動機の速度制御を行う方法としては、速度制御装置および電流制御装置により、ロール駆動用電動機から速度実績値（実測度≒検出速度）を得てその平均値である移動平均値を算出し、速度基準値と移動平均値との差分に基づいて算出される速度制御装置からの出力信号を電流制御装置に与えてロール駆動用電動機への電機子電流値を変化させることによって、ロール駆動用電動機の速度制御を行うものがあった。このように速度実績値の移動平均値をフィードバックするのは、ノイズ等の影響により速度実績値が変動して系が不安定になるのを防止するためである。
【０００３】
また、ロール駆動用電動機、ロール駆動軸および負荷（ロール）を合わせてロール駆動系が構成されているような設備において、速度制御系とロール駆動系との共振周波数付近の回転速度でロール駆動軸が回転する際に発生する張力ハンチングを低減するための技術としては、例えば、特開平2-7886号公報に開示されたものがあった。これは、速度制御装置でロール駆動用電動機から得た速度実績値を速度基準値にフィードバック制御する際に、ロール駆動用電動機の駆動力を負荷回転体に伝達するためのロール駆動軸の振動を制御する方法であって、ロール駆動軸の振動数を検出し、検出振動数とロール駆動軸の共振周波数とを比較し、検出振動数が共振周波数にほぼ一致したときは、速度制御系の制御ゲインを下げるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のロール駆動用電動機の速度制御方法にあっては、ロール駆動用電動機の回転速度を検出する速度検出器の劣化や、配線上のノイズの増加、ロール駆動軸のガタなどの経年劣化により、ロール駆動用電動機から得られる速度実績値に周期的な変動が発生した場合には、速度制御系とロール駆動系とが共振して張力ハンチングが発生する可能性があった。
【０００５】
また、従来のロール駆動軸の振動制御方法にあっては、共振発生域（共振周波数）があらかじめ判っていることを前提に制御を行うものであるため、上記のような要因による経年劣化により、共振発生域が変化したり新たに発生したりする場合には、共振発生域をその都度調整しなおす必要があった。一般に、上記のような要因による経年劣化は予測や発見が困難であるため、上記のような要因による経年劣化が発生した場合には、これに迅速に対処することができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、経年劣化により速度実績値に周期的な変動が発生しても、張力ハンチングの発生を抑制しながらロール駆動用電動機の速度制御を行うのに好適なロール駆動用電動機の速度制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載のロール駆動用電動機の速度制御方法は、金属帯の搬送用のロールを駆動するためのロール駆動用電動機から速度実績値を得てその平均値である移動平均値を算出し、前記ロール駆動用電動機の速度制御の目標値である速度基準値と前記移動平均値との差分に基づいて、前記ロール駆動用電動機の回転速度が前記速度基準値となるように速度制御を行う方法であって、前記速度実績値または前記移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動を検出したときは、前記移動平均値を算出する際に必要な前記速度実績値の標本数を増加させる。
【０００８】
この請求項１記載の発明において、「速度実績値」とは、ロール駆動用電動機の回転速度を検出する検出手段からの検出結果をいう。また、「速度実績値または移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動」とは、例えば、速度実績値または移動平均値の周期的な変動をいう。
【０００９】
また、本発明に係る請求項２記載のロール駆動用電動機の速度制御方法は、請求項１記載のロール駆動用電動機の速度制御方法において、前記速度実績値の標本数の増加は、前記異常な変動が検出されなくなるまで繰り返し行う。
このように、移動平均値を算出する際に必要な速度実績値の標本数を増加させると、速度実績値の周期的な変動によって移動平均値が変動しにくくなるため、張力ハンチングの発生をある程度抑制することが可能となるが、その反面、速度実績値の標本数を増加させてしまうと、速度制御系の応答が遅くなる恐れがある。こうした応答遅れによる影響を低減するには、速度実績値の標本数の増加は、ロール駆動用電動機が定速で駆動しているときにのみ行い、ロール駆動用電動機が加減速状態や停止状態であるときには行わないのが好ましい。
【００１０】
また、速度実績値の標本数を無制限に増加させてしまうと、移動平均値の算出過程においてオーバーフローやタイムアウトなどの弊害が生じる恐れがあるので、こうした弊害を回避するには、速度実測値の標本数の増加に所定の上限を設けるのが好ましい。
【００１１】
また、速度実績値または移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動の検出は、どのような方法により行ってもよいが、このうち例えば、速度実績値の周期的な変動を検出する方法としては、速度実績値が所定値以上となったことを複数回検出した場合に、各検出時点間の時間をそれぞれ算出し、算出した時間のうち最大値と最小値との差分が所定値以下であるときは、速度実績値の周期的な変動があったと検出する方法が考えられる。
【００１２】
一方、これらの方法に限らず、上記目的を達成するためのロール駆動用電動機の速度制御装置としては、金属帯の搬送用のロールを駆動するためのロール駆動用電動機から速度実績値を得てその平均値である移動平均値を算出し、ロール駆動用電動機の速度制御の目標値である速度基準値と移動平均値との差分に基づいて、ロール駆動用電動機の回転速度が速度基準値となるようにロール駆動用電動機の速度制御を行う装置であって、速度実績値または移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動を検出する変動検出手段と、変動検出手段の検出結果に基づいて移動平均値を算出する際に必要な速度実績値の標本数を増加させる標本数増加手段と、を備えたものが考えられる。
【００１３】
このような構成であれば、変動検出手段により速度実績値または移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動が検出されたときは、標本数増加手段により、移動平均値を算出する際に必要な速度実績値の標本数が増加させられる。
また、張力ハンチングの発生をさらに抑制する観点からは、標本数増加手段は、変動検出手段から検出結果が得られなくなるまで、速度実績値の標本数を増加させつづけるようになっているのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図３は、本発明に係るロール駆動用電動機の速度制御方法の実施の形態を示す図である。
【００１５】
この実施の形態は、本発明に係るロール駆動用電動機の速度制御方法を、図１に示すように、ロール駆動用電動機１５、ロール駆動軸１３ａ，１３ｂおよび負荷（ロール）１２を合わせてロール駆動系が構成されているような設備において適用したものである。
【００１６】
このロール駆動系は、被圧延材１０の圧延を行う圧延機１１と、圧延機１１を構成するロール１２を減速機１４を介して駆動するロール駆動用電動機１５とを有しており、ロール駆動用電動機１５を回転させると、その駆動力がロール駆動軸１３ｂ、減速機１４、ロール駆動軸１３ａを介してロール１２に伝達されるようになっている。ロール駆動用電動機１５は、図示しない主幹制御装置から与えられる速度基準値および定速運転信号を速度制御装置２０が受けて、これによりその速度制御が行われるようになっている。
【００１７】
速度制御装置２０は、大きく２つの制御部に分類することができ、ロール駆動用電動機１５の速度制御の目標値である速度基準値となるようにロール駆動用電動機１５の回転速度をフィードバック制御する速度制御部３０と、速度制御部３０からの出力信号に応じてロール駆動用電動機１５に与える電機子電流値をフィードバック制御する電流制御部５０とで構成されている。
【００１８】
速度制御部３０は、ロール駆動用電動機１５の回転速度を検出する速度検出器３２と、速度検出器３２からの検出信号を速度実績値に変換する速度実績変換器３４と、後述の移動平均算出装置３８からの移動平均値の周期的な変動を検出する変動検出器３６と、変動検出器３６からの検出信号に基づいて速度実績変換器３４からの速度実績値の平均値である移動平均値を算出する移動平均算出装置３８と、移動平均算出装置３８からの移動平均値と速度基準値との差分に基づいてロール駆動用電動機１５の回転速度が速度基準値となるように速度制御を行う速度制御系４０とで構成されており、速度制御系４０は、ロール駆動用電動機１５の回転速度が速度基準値となるように、ロール駆動用電動機１５に与える電機子電流値制御の目標値である目標電機子電流値を出力するようになっている。
【００１９】
電流制御部５０は、ロール駆動用電動機１５に与えられる電機子電流値を検出する電流検出器５２と、速度制御系４０からの目標電機子電流値と電流検出器５２からの電機子電流値との差分に基づいて電機子電流値が目標電機子電流値となるように電流制御を行う電流制御系５４と、電流制御系５４からの出力信号に応じた電圧をロール駆動用電動機１５に与えるゲート変換系５６とで構成されている。このような構成であるため、ロール駆動用電動機１５では、ゲート変換系５６により与えられる電圧と、ロール駆動用電動機１５が回転することによって発生する逆起電力との電圧差によって電機子電流が流れ込むようになっている。
【００２０】
次に、変動検出器３６の構成を図２を参照しながら説明する。図２は、変動検出器３６の構成を示すブロック図である。
変動検出器３６は、ロール駆動用電動機１５を定速で運転する指示が主幹制御装置から与えられている場合において、移動平均算出装置３８からの移動平均値の周期的な変動を検出したときは、ハイレベルの検出信号を移動平均算出装置３８に出力するものである。具体的には、図２に示すように、移動平均算出装置３８からの移動平均値の変動時間を算出する変動時間算出部７０と、変動時間算出部７０で算出した変動時間データをＦＩＦＯ(First In First Out)方式でｍ個記憶するメモリ７２と、メモリ７２に記憶されたｍ個の変動時間データのうち最大値と最小値との差分が所定値ａ以下であるか否かを判定する周期性判定部７４と、周期性判定部７４からの判定信号と定速運転信号との論理積を移動平均算出装置３８に出力するＡＮＤ回路７６とで構成されている。
【００２１】
変動時間算出部７０は、移動平均算出装置３８からの移動平均値が所定値αを越えたか否かを判定し、移動平均値が所定値αを越えたと判定されたときは、その時点を特定するタイミングデータを一時的に記憶するとともに、記憶されている前回のタイミングデータにより特定される時点と、今回のタイミングデータにより特定される時点との時間差（図２中、ｔ1 ，ｔ2 ）を算出し、これを変動時間データとしてメモリ７２に出力するようになっている。なお、タイミングデータは、少なくとも前回のものを記憶していればよい。
【００２２】
周期性判定部７４は、記憶されているｍ個の変動時間データｔ1 〜ｔm をメモリ７２から読み出し、ｍ個の変動時間データｔ1 〜ｔm のうち最も長い時間である最大値ｍａｘ（ｔ1 ，ｔ2 ，…，ｔm ）を算出するとともに、ｍ個の変動時間データｔ1 〜ｔm のうち最も短い時間である最小値ｍｉｎ（ｔ1 ，ｔ2 ，…，ｔm ）を算出し、最大値から最小値を減算し、その減算値が所定値ａ以下であるか否かを判定し、減算値が所定値ａ以下であると判定されたときは、ハイレベルの判定信号をＡＮＤ回路７６に出力するようになっており、減算値が所定値ａよりも大きいと判定されたときは、ローレベルの判定信号を出力するようになっている。なお、メモリ７２に記憶されている変動時間データがｍ個未満であるときは、変動時間データがｍ個記憶されるのを待って上記判定処理を開始するようになっている。
【００２３】
ＡＮＤ回路７６は、周期性判定部７４からの判定信号と定速運転信号とがともにハイレベルであるときにのみ、ハイレベルの判定信号を移動平均算出装置３８に出力するようになっている。なお、定速運転信号がハイレベルであるときは、ロール駆動用電動機１５を定速で運転することを示し、定速運転信号がローレベルであるときは、ロール駆動用電動機１５を加減速状態または停止状態とすることを示している。
【００２４】
次に、移動平均算出装置３８の構成を図３を参照しながら説明する。図３は、移動平均算出装置３８の構成を示すブロック図である。
移動平均算出装置３８は、図３に示すように、速度実績変換器３４からの速度実績値をサンプリングするコンバータ９０と、コンバータ９０でサンプリングした速度実績値データをＦＩＦＯ方式でｎ個記憶するメモリ９２と、変動検出器３６からの検出信号および定速運転信号に基づいて移動平均値を算出する際に必要な速度実績値データの標本数ｋを増加させる標本数増加部９４と、標本数増加部９４から出力される標本数ｋの上限値を制限するリミッタ９６と、リミッタ９６からの標本数ｋに基づいてメモリ９２に記憶された速度実績値データを用いて移動平均値を算出する演算部９８とで構成されている。
【００２５】
コンバータ９０は、速度実績変換器３４からの速度実績値を所定サンプリングレートでサンプリングし、サンプリングした速度実績値データ（図３中、ｖ1 〜ｖ8 ）をメモリ９２に順次出力するようになっている。
標本数増加部９４は、定速運転信号がハイレベルである場合に、変動検出器３６からハイレベルの検出信号を入力したときは、現在の標本数ｋに所定数（例えば、“１”）を加算したものを新たな標本数ｋとして設定するとともに、加算した新たな標本数ｋをリミッタ９６に出力するようになっており、定速運転信号がローレベルである場合は、標本数ｋを初期値ｋ0 （１≦ｋ0 ＜ｎ）に設定するとともに、設定した標本数ｋ（＝ｋ0 ）をリミッタ９６に出力するようになっている。
【００２６】
リミッタ９６は、標本数増加部９４からの標本数ｋがｎ（メモリ９２の記憶可能個数）以下であるか否かを判定し、標本数ｋがｎ以下であると判定されたときは、標本数増加部９４からの標本数ｋをそのままの値で演算部９８に出力し、そうでないと判定されたときは、標本数増加部９４からの標本数ｋをｎに設定して演算部９８に出力するようになっている。
【００２７】
演算部９８は、リミッタ９６からの標本数ｋに応じた個数の速度実績値データｔ1 〜ｔk を時間的に新しいものから順にメモリ９２から読み出し、読み出した速度実績値データｔ1 〜ｔk の総和を算出し、算出した総和を標本数ｋで除算することにより移動平均値を算出し、算出した移動平均値を速度制御系４０に出力するようになっている。例えば、標本数ｋが“６”に設定されているときは、時間的に新しいものから順に６個の速度実績値データｔ1 〜ｔ6 がメモリ９２から読み出され、読み出された速度実績値データｔ1 〜ｔ6 の総和が標本数“６”で除算されることにより移動平均値が算出される。
【００２８】
次に、上記実施の形態の動作を説明する。
まず、移動平均値の周期的な変動がない通常の状態では、移動平均算出装置３８により、初期値ｋ0 に設定された標本数ｋに応じた個数の速度実績値データから移動平均値が算出される。こうして算出された移動平均値が速度制御系４０にフィードバックされると、速度制御系４０により、移動平均算出装置３８からの移動平均値よりも速度基準値が大きいときは、目標電機子電流値を増加させ、移動平均算出装置３８からの移動平均値よりも速度基準値が小さいときは、目標電機子電流値を減少させるといった制御が行われることによって、移動平均算出装置３８からの移動平均値と速度基準値との差分がなくなるように、目標電機子電流値の増減が制御される。
【００２９】
そして、電流制御系５４により、速度制御系４０からの目標電機子電流値よりも電流検出器５２からの電機子電流値が大きいときは、ロール駆動用電動機１５に与える電圧を増加させるように出力信号を変化させ、速度制御系４０からの目標電機子電流値よりも電流検出器５２からの電機子電流値が小さいときは、ロール駆動用電動機１５に与える電圧を減少させるように出力信号を変化させるといった制御が行われることによって、速度制御系４０からの目標電機子電流値と電流検出器５２からの電機子電流値との差分がなくなるように、出力信号の増減が制御される。
【００３０】
このように電流制御が行われることによって、ロール駆動用電動機１５では、その回転速度が速度基準値となるように速度制御される。
こうした通常の状態では、初期値ｋ0 に設定された標本数ｋに応じた個数の速度実績値データから移動平均値を算出してこれをフードバックすることにより、ノイズ等の影響により速度実績値が変動して系が不安定になるのがある程度抑制されるが、速度検出器３２の劣化や、配線上のノイズの増加、ロール駆動軸のガタなどの経年劣化により、速度実績値に周期的な変動が発生した場合は、通常の状態と同様の制御を行うと、張力ハンチングが発生する可能性がある。
【００３１】
そこで、速度実績値に周期的な変動が発生する状態では、変動検出器３６により移動平均値の周期的な変動（すなわち、速度実績値の周期的な変動）が検出されると、移動平均算出装置３８では、標本数増加部９４により、初期値ｋ0 に設定されている標本数ｋに例えば“１”を加算したもの（ｋ0 ＋１）が新たな標本数ｋに設定され、演算部９８により、この新たな標本数ｋに応じた個数（ｋ0 ＋１）の速度実績値データｔ1 〜ｔk0+1から移動平均値が算出される。
【００３２】
このように標本数ｋを“１”増加させても、移動平均値の周期的な変動がさらに検出されたときは、標本数増加部９４により、（ｋ0 ＋１）に設定されている標本数ｋにさらに“１”を加算したもの（ｋ0 ＋２）が新たな標本数ｋに設定され、演算部９８により、この新たな標本数ｋに応じた個数（ｋ0 ＋２）の速度実績値データｔ1 〜ｔk0+2から移動平均値が算出される。こうした標本数ｋの増加は、標本数ｋがｎ未満である限りは、移動平均値の周期的な変動が検出されなくなるまで繰り返し行われる。
【００３３】
このように標本数ｋを増加させると、速度実績値の周期的な変動によって移動平均値が変動しにくくなるため、張力ハンチングの発生をある程度抑制することが可能となるが、その反面、標本数ｋを増加させてしまうと、速度制御系４０の応答が遅くなる恐れがあるので、上記のような標本数ｋの増加制御は、主幹制御装置からロール駆動用電動機１５を定速で運転する指示が与えられているにときのみ行われる。
【００３４】
なお、主幹制御装置からロール駆動用電動機１５を加速、減速または停止状態とする指示が与えられたときは、標本数増加部９４により、標本数ｋが再び初期値ｋ0 に設定される。
このようにして、移動平均算出装置３８からの移動平均値の周期的な変動を検出する変動検出器３６と、変動検出器３６からの検出信号に基づいて速度実績変換器３４からの速度実績値の平均値である移動平均値を算出する移動平均算出装置３８とを備え、移動平均算出装置３８は、変動検出器３６からの検出信号および定速運転信号に基づいて移動平均値を算出する際に必要な速度実績値データの標本数ｋを増加させる標本数増加部９４を備えたから、速度実績値の周期的な変動によって移動平均値が変動しにくくなるので、従来に比して、速度実績値に周期的な変動が発生しても、張力ハンチングの発生をある程度抑制することができる。
【００３５】
また、移動平均算出装置３８は、変動検出器３６により移動平均値の周期的な変動が検出されなくなるまで、標本数ｋを増加させつづけるようにしたから、速度実績値の周期的な変動が比較的長い時間続いても、張力ハンチングの発生をある程度抑制することができる。
【００３６】
さらに、移動平均算出装置３８は、標本数ｋの増加制御を、主幹制御装置からロール駆動用電動機１５を定速で運転する指示が与えられているときにのみ行うようにしたから、ロール駆動用電動機１５が加減速状態のときに速度制御系４０に応答遅れが発生するのを防止することができる。
【００３７】
さらに、標本数増加部９４から出力される標本数ｋの上限値を制限するリミッタ９６を備えたから、移動平均値の算出過程においてオーバーフローやタイムアウトなどの弊害が生じるのを防止することができる。
なお、上記実施の形態においては、変動検出器３６は、移動平均算出装置３８からの移動平均値の周期的な変動を検出するように構成したが、これに限らず、速度実績変換器３４からの速度実績値の周期的な変動を検出するように構成してもよい。このような構成であっても、上記実施の形態と同等の効果が得られる。
【００３８】
また、上記実施の形態においては、変動検出器３６および移動平均算出装置３８での処理を、ハードウェアにより実現する構成としたが、これに代えて、変動検出器３６および移動平均算出装置３８を、バス接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成し、これらでの処理をＣＰＵが実行するプログラムにより実現する構成としてもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態においては、変動検出器３６は、移動平均算出装置３８からの移動平均値の周期的な変動を検出するように構成したが、これに以外に、速度実績値または移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動を検出するように構成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るロール駆動用電動機の速度制御方法によれば、従来に比して、速度実績値または移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動が発生しても、張力ハンチングの発生を抑制することができるという効果が得られる。
【００４１】
特に、本発明に係る請求項２記載のロール駆動用電動機の速度制御方法によれば、速度実績値または移動平均値の通常の制御状態とは異なる異常な変動がが比較的長い時間続いても、張力ハンチングの発生を抑制することができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロール駆動用電動機の速度制御方法を適用するロール駆動系の構成を示すブロック図である。
【図２】変動検出器３６の構成を示すブロック図である。
【図３】移動平均算出装置３８の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０                被圧延材
１１                圧延機
１２                ロール
１５                ロール駆動用電動機
２０                速度制御装置
３２                速度検出部
３４                速度実績変換器
３６                変動検出器
３８                移動平均算出装置
４０                速度制御系
５２                電流検出器
５４                電流制御系
７０                変動時間算出部
７４                周期性判定部
９０                コンバータ
９４                標本数増加部
９６                リミッタ
９８                演算部
【図１】
0003855506.tif 000002
【図２】
0003855506.tif 000003
【図３】
0003855506.tif 000004