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技術 圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラム

出願人 株式会社日立製作所
発明者 服部哲
出願日 2016年1月14日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2016-005509
公開日 2017年7月20日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-124428
状態 特許登録済
技術分野 圧延の制御
主要キーワード 保守作業量 偏差周波数 換算装置 半径変動 電流変換装置 周期的外乱 偏心制御 ソフトフィルタ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (15)

課題

簡易な構成で周期的板厚変動など被圧延材に生じる周期的な変動を除去する。

解決手段

ロール偏心制御装置17は、出側板厚計5により検出される被圧延材2の出側板厚偏差圧延機1のロール回転周期に相当する周波数フィルタリングするとともに、その結果をロール角位相)に対応付けフィルタテーブル121に格納するフィルタリング手段と、前記フィルタリングされた出側板厚偏差を積分または比例積分し、その結果をロール角に対応付けて偏差補正テーブル122に格納する補正手段と、ロールギャップ制御装置6に出力するロールギャップ量を、そのときのロール角に対応付けられた被圧延材2の出側板厚偏差とフィルタテーブル121および偏差補正テーブル122にそれぞれ記憶されている値とに基づき演算する演算手段、とを備える。

概要

背景

薄い金属材料を効率的に生産するプラントである圧延機においては、圧延ロールの回転方向半径変動(以下、ロール偏心略記する)に起因する出側板厚変動が発生する。このような、ロール偏心による板厚変動は、圧延ロールの回転周期に依存する周期的板厚変動となるため、ロール偏心周波数成分で出側板厚をフィルタリングし、ロール偏心成分に応じてロールギャップを操作することで低減することができる(特許文献1などを参照)。さらに、圧延ロールに起因する周波数成分以外の周期的外乱についても、同様な方式を利用することにより低減することができる(特許文献2などを参照)。

概要

簡易な構成で周期的板厚変動など被圧延材に生じる周期的な変動を除去する。ロール偏心制御装置17は、出側板厚計5により検出される被圧延材2の出側板厚偏差を圧延機1のロールの回転周期に相当する周波数でフィルタリングするとともに、その結果をロール角位相)に対応付けフィルタテーブル121に格納するフィルタリング手段と、前記フィルタリングされた出側板厚偏差を積分または比例積分し、その結果をロール角に対応付けて偏差補正テーブル122に格納する補正手段と、ロールギャップ制御装置6に出力するロールギャップ量を、そのときのロール角に対応付けられた被圧延材2の出側板厚偏差とフィルタテーブル121および偏差補正テーブル122にそれぞれ記憶されている値とに基づき演算する演算手段、とを備える。

目的

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成でロール偏心などによる周期的板厚変動をほぼ100%除去することが可能な圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

被圧延材圧延する圧延機において生じる周期的外乱に起因する前記被圧延材の物理量の変動量を検出する検出手段と、前記検出手段により検出される前記物理量の変動量を、前記物理量の変動量が検出されるときの前記周期的外乱の位相対応付け位相合わせ手段と、前記位相合わせ手段により対応付けられた前記位相ごとの前記物理量の変動量をフィルタリングするとともに、そのフィルタリング結果を第1の値として前記位相に対応付けて第1の記憶装置に格納するフィルタリング手段と、前記位相に対応付けて得られたフィルタリング結果を前記位相ごとに積分または比例積分するとともに、その積分または比例積分して得られた値を第2の値として前記位相に対応付けて第2の記憶装置に格納する補正手段と、前記圧延機に出力する制御量を、その制御量を出力するときの前記位相に対応付けられて前記第1の記憶装置および第2の記憶装置にそれぞれ格納されている前記第1の値および前記第2の値に基づき演算する演算手段と、を備えることを特徴とする圧延機制御装置

請求項2

前記周期的外乱は、前記圧延機のロール偏心によるロール径の変動であり、前記検出手段によって検出される物理量の変動量は、前記被圧延材の出側板厚偏差または前記被圧延材にかけられる圧延荷重の変動量であり、前記圧延機に出力する制御量は、前記圧延機のロールギャップ量であることを特徴とする請求項1に記載の圧延機制御装置。

請求項3

前記周期的外乱は、前記被圧延材における硬さ変動であり、前記検出手段によって検出される物理量の変動量は、前記被圧延材の出側板厚偏差であり、前記圧延機に出力する制御量は、前記圧延機のロールギャップ量、前記圧延機のロール速度、または、前記圧延機の入側および出側にそれぞれ設置されたテンションリールのロール速度であることを特徴とする請求項1に記載の圧延機制御装置。

請求項4

前記周期的外乱は、前記圧延機の入側および出側にそれぞれ設置されたテンションリールの偏心によるリール径の変動であり、前記検出手段によって検出される物理量の変動量は、前記被圧延材の出側板厚偏差であり、前記圧延機に出力する制御量は、前記圧延機のロールギャップ量、または、前記入側もしくは前記出側のテンションリールを駆動する電動機に供給する電流指令値もしくは速度指令値であることを特徴とする請求項1に記載の圧延機制御装置。

請求項5

被圧延材を圧延する圧延機において生じる周期的外乱に起因する前記被圧延材の物理量の変動量を検出する検出手段と、前記検出手段で検出される前記被圧延材の物理量の変動量に基づき、前記被圧延材の物理量の変動量を抑制するための前記圧延機の制御量を演算するコンピュータと、を備えてなる圧延機制御装置において行われる圧延機制御方法であって、前記コンピュータは、前記検出手段により検出される前記物理量の変動量を、前記物理量の変動量が検出されるときの前記周期的外乱の位相に対応付ける位相合わせステップと、前記位相合わせステップで対応付けられた前記位相ごとの前記物理量の変動量をフィルタリングするとともに、そのフィルタリング結果を第1の値として前記位相に対応付けて第1の記憶装置に格納するフィルタリングステップと、前記位相に対応付けて得られたフィルタリング結果を前記位相ごとに積分または比例積分するとともに、その積分または比例積分して得られた値を第2の値として前記位相に対応付けて第2の記憶装置に格納するステップと、前記圧延機に出力する制御量を、その制御量を出力するときの前記位相に対応付けられて前記第1の記憶装置および第2の記憶装置にそれぞれ格納されている前記第1の値および前記第2の値に基づき演算するステップと、を実行することを特徴とする圧延機制御方法。

請求項6

被圧延材を圧延する圧延機において生じる周期的外乱に起因する前記被圧延材の物理量の変動量を検出する検出手段と、前記検出手段で検出される前記被圧延材の物理量の変動量に基づき、前記被圧延材の物理量の変動量を抑制するための前記圧延機の制御量を演算するコンピュータと、を備えてなる圧延機制御装置における前記コンピュータのプログラムであって、前記コンピュータに前記検出手段により検出される前記物理量の変動量を、前記物理量の変動量が検出されるときの前記周期的外乱の位相に対応付ける位相合わせステップと、前記位相合わせステップで対応付けられた前記位相ごとの前記物理量の変動量をフィルタリングするとともに、そのフィルタリング結果を第1の値として前記位相に対応付けて第1の記憶装置に格納するフィルタリングステップと、前記位相に対応付けて得られたフィルタリング結果を前記位相ごとに積分または比例積分するとともに、その積分または比例積分して得られた値を第2の値として前記位相に対応付けて第2の記憶装置に格納するステップと、前記圧延機に出力する制御量を、その制御量を出力するときの前記位相に対応付けられて前記第1の記憶装置および第2の記憶装置にそれぞれ格納されている前記第1の値および前記第2の値に基づき演算するステップと、を実行するためのプログラム。

技術分野

0001

本発明は、金属板圧延機を制御する圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラムに関する。

背景技術

0002

薄い金属材料を効率的に生産するプラントである圧延機においては、圧延ロールの回転方向半径変動(以下、ロール偏心略記する)に起因する出側板厚変動が発生する。このような、ロール偏心による板厚変動は、圧延ロールの回転周期に依存する周期的板厚変動となるため、ロール偏心周波数成分で出側板厚をフィルタリングし、ロール偏心成分に応じてロールギャップを操作することで低減することができる(特許文献1などを参照)。さらに、圧延ロールに起因する周波数成分以外の周期的外乱についても、同様な方式を利用することにより低減することができる(特許文献2などを参照)。

先行技術

0003

特公昭62−27884号
特開2015−166093号

発明が解決しようとする課題

0004

前記従来技術においては、ロール偏心などの周期的板厚変動を除去する目的で、周期的変動の周波数で板厚偏差をフィルタリングして制御ゲイン掛け制御出力を得る、いわゆる比例制御が行われている。そのため、制御により出側板厚が減少すると、比例制御の出力も減少するため出側板厚変動が残ってしまう。一般に、比例制御の場合、1/(比例制御ゲイン+1)としかすることができないため、制御ゲイン=1.0としても、出側板厚偏差を半分にすることしかできない。

0005

ところで、従来のロール偏心制御の他の方法として、圧延ロールの1回転を検出する検出器を設置し、ロール空転上下作業ロール間に被圧延材が無い状態でロールを回転させる)時の荷重変動からロールギャップ変動量を推定し、圧延ロールの回転方向位置に対応した補正量を決定し、圧延中にその補正量を出力するという制御方法がある。

0006

この制御方法では、ロール偏心に起因するロールギャップ変動そのものが除去されるため、ロール偏心成分の板厚変動をほぼ100%除去することができる。しかしながら、この制御方法では、圧延ロールの1回転を検出する検出器が必要であることから、設備投資額の増大および検出器保守作業量の増大を招く。さらには、荷重変動からロール偏心成分を得るためロール空転が必要であることから、操業効率が低下することになる。そのため、現実には、ほとんど特許文献1,2などに記載された制御方法が用いられている。

0007

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成でロール偏心などによる周期的板厚変動をほぼ100%除去することが可能な圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明に係る圧延機制御装置は、被圧延材を圧延する圧延機において生じる周期的外乱に起因する前記被圧延材の物理量の変動量を検出する検出手段と、前記検出手段により検出される前記物理量の変動量を、前記物理量の変動量が検出されるときの前記周期的外乱の位相対応付け位相合わせ手段と、前記位相合わせ手段により対応付けられた前記位相ごとの前記物理量の変動量をフィルタリングするとともに、そのフィルタリング結果を第1の値として前記位相に対応付けて第1の記憶装置に格納するフィルタリング手段と、前記位相に対応付けて得られたフィルタリング結果を前記位相ごとに積分または比例積分するとともに、その積分または比例積分して得られた値を第2の値として前記位相に対応付けて第2の記憶装置に格納する補正手段と、前記圧延機に出力する制御量を、その制御量を出力するときの前記位相に対応付けられて前記第1の記憶装置および第2の記憶装置にそれぞれ格納されている前記第1の値および前記第2の値に基づき演算する演算手段と、を備えることを特徴とする。

発明の効果

0009

本発明によれば、簡易な構成でロール偏心などによる周期的板厚変動をほぼ100%除去可能な圧延機制御装置、圧延機制御方法およびプログラムが提供される。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施形態に係る圧延機制御装置およびその圧延機制御装置を含む圧延設備の全体構成の例を示した図。
比較例に係る圧延機制御装置におけるロール偏心制御装置の構成の例を示した図。
図2の比較例に係るロール偏心制御装置のソフトフィルタで行われる演算の制御ブロック構成の例を示した図。
図2の比較例に係るロール偏心制御装置のソフトフィルタの(a)ゲイン特性および(b)位相特性の例を示した図。
図2の比較例に係るロール偏心制御装置のソフトフィルタにおけるフィルタテーブルの構成の例を示した図。
図2の比較例に係るロール偏心制御装置に基づくロール偏心制御のブロック構成の例を示した図。
図2の比較例に係るロール偏心制御装置に基づく比例制御ロール偏心制御のシミュレーション結果の例を示した図。
本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置の構成の例を示した図。
本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置における積分補正ロール偏心制御のブロック構成の例を示した図。
図9に示した積分補正ロール偏心制御のブロック構成に基づくロール偏心制御シミュレーション結果の例を示した図。
本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置における比例積分補正ロール偏心制御のブロック構成の例を示した図。
図11に示した比例積分補正ロール偏心制御のブロック構成に基づくロール偏心制御シミュレーション結果の例を示した図。
積分補正制御時にロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に90度ずらした場合の動作のシミュレーション結果の例を示した図。
比例積分補正制御時にロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に90度ずらした場合の動作のシミュレーション結果の例を示した図。

実施例

0011

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

0012

図1は、本発明の実施形態に係る圧延機制御装置100およびその圧延機制御装置100を含む圧延設備の全体構成の例を示した図である。図1に示すように、圧延設備は、被圧延材2を圧延する圧延機1、コイル状に巻かれた被圧延材2を圧延機1に供給する入側テンションリール3a、圧延された被圧延材2を巻き取る出側テンションリール3b、これらの設備を制御する圧延機制御装置100などにより構成される。
なお、本明細書では、テンションリールを、以下、TRと略称する。また、図1において被圧延材2は、矢印で示した方向、すなわち左から右の方向に移動し、圧延される。

0013

また、圧延機1は、圧延対象の被圧延材2を挟んで被圧延材2側から上下両方向に設けられた作業ロール1a、中間ロール1b、バックアップロール1cにより構成される。そして、入側テンションリール3aと圧延機1の入側との間には、入側の被圧延材2の張力計測する入側張力計4aが設けられ、圧延機1の出側と出側テンションリール3bとの間には、出側の被圧延材2の張力を計測する出側張力計4bが設けられている。さらに、圧延機1の出側と出側張力計4bとの間には、出側の被圧延材2の板厚を計測する出側板厚計5が設けられている。

0014

圧延機制御装置100は、図1に示すような複数の制御装置により構成される。以下、これらの制御装置の機能について簡単に説明をしておく。

0015

ロールギャップ制御装置6は、上下2つの作業ロール1a間のロールギャップを変更することにより、被圧延材2の板厚を制御する。また、ミル速度制御装置7は、圧延速度設定装置10で設定された速度指令に従って、被圧延材2の圧延速度(作業ロール1aの回転速度)を制御する。また、入側TR制御装置8aおよび出側TR制御装置8bは、入側TR3aおよび出側TR3bを駆動する電動機を制御することにより、入側TR3aおよび出側TR3bの回転速度を調整する。この調整により、入側および出側の被圧延材2にかかる張力が適切な値に保持され、圧延の安定かつ効率的な操業が実現される。

0016

入側張力設定装置11および出側張力設定装置12は、被圧延材2の張力制御に必要な入側および出側の張力設定値を計算する。そして、入側張力電流変換装置15および出側張力電流変換装置16は、その入側および出側の張力設定値を実現するために必要な入側TR3aおよび出側TR3bの電動機トルク値を計算し、その電動機トルク値から電動機の電流設定値を計算する。

0017

なお、入側張力電流変換装置15および出側張力電流変換装置16は、電動機トルク値や電流設定値を計算するとき、TR機械系およびTR制御系についてあらかじめ用意されたモデルを使用する。そのため、その結果として得られる電動機トルク値や電流設定値には誤差が生じる。入側張力制御装置13および出側張力制御装置14は、その誤差を補正する処理を実行する。

0018

すなわち、入側張力制御装置13および出側張力制御装置14は、入側張力計4aおよび出側張力計4bで測定されたそれぞれの張力実績値を用いて、入側張力設定装置11および出側張力設定装置12で設定されたそれぞれの張力設定値に補正を加える。そして、その補正したそれぞれの張力設定値を、入側張力電流変換装置15および出側張力電流変換装置16に供給する。入側張力電流変換装置15および出側張力電流変換装置16は、その補正された張力設定値に基づき、入側TR制御装置8aおよび出側TR制御装置8bへ設定する電流値を変更する。

0019

被圧延材2の板厚を均一に保つことは製品品質上重要である。そこで、出側板厚制御装置9は、出側板厚計5によって検出された板厚の実績値に基づき、ロールギャップ制御装置6を介して圧延機1のロールギャップを適宜変更することにより板厚を制御する。

0020

一般に、出側の被圧延材2の板厚は、様々な外乱が要因となって変動するが、ロール偏心は、その主要な変動要因である。ここで、ロール偏心とは、圧延機1の作業ロール1a、中間ロール1b、バックアップロール1cそれぞれの偏心のことをいい、その原因は、各ロールの研磨精度軸受け精度に起因するロールの回転方向半径の不均一などにある。すなわち、ロール偏心は、ロールギャップが変動することとなるため、被圧延材2の出側板厚制御上の主要な外乱となっている。

0021

一般に、バックアップロール1cのロール偏心成分が大きいため、バックアップロール1cに対するロール偏心成分の除去制御が行われる。ロール偏心制御装置17は、以上のようなロール偏心に起因する板厚の変動を除去するためのロールギャップを算出する。つまり、ロール偏心制御装置17は、ロール偏心に起因する板厚の変動の除去に特化した出側板厚制御装置9ということができる。

0022

なお、以上のような構成を有する圧延機制御装置100は、図示しない中央演算処理装置(CPU)と記憶装置と入出力装置とを備えた、いわゆるコンピュータによって実現することができる。その場合、圧延機制御装置100を構成する各装置の機能は、コンピュータの中央演算処理装置が記憶装置に格納された所定のプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの各制御装置の機能を実現するコンピュータは、1台に限定されず、複数のコンピュータであってもよい。また、入出力装置としては、キーボードマウス液晶表示装置のほか、電動機などのハードウエアを駆動するためのディジタルまたはアナログ信号送出する回路装置や、各種計測器からのディジタルまたはアナログ信号を取得する回路装置などが含まれる。なお、図1では、圧延制御装置100の枠外に描かれているが、出側板厚計5など制御に必要な計測器も入出力装置とみなしてもよい。

0023

本明細書では、まず、比較例として従来技術について説明する。図2は、比較例に係る圧延機制御装置におけるロール偏心制御装置17aの構成の例を示した図である。なお、比較例に係る圧延機制御装置の構成は、本実施形態に係る圧延機制御装置100(図1参照)とほとんど同じであり、ロール偏心制御装置17がロール偏心制御装置17aに置き換えられただけのものである。

0024

図2に示すように、ロール偏心制御装置17aは、位置合わせ装置110、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置111、ソフトフィルタ101などにより構成される。すなわち、ロール偏心制御装置17aは、圧延機1の出側に設置された出側板厚計5で検出された出側板厚偏差を、ソフトフィルタ101によりフィルタリング処理することで、被圧延材2上の一定長さ周期の出側板厚偏差を抽出する。そして、ロールギャップ制御装置6は、その抽出された出側板厚偏差に基づき、圧延機1のロールギャップを操作する。

0025

ここで、出側板厚計5は、圧延機1から離れた位置に設置されるため、圧延機1で圧延された被圧延材2の出側板厚偏差を検出するまでに無駄時間が生じる。そのため、出側板厚計5で検出される出側板厚偏差を、圧延機1のロールの回転角ロール角)に対応付ける位相合わせが必要となる。そこで、位相合わせ装置110は、圧延機駆動電動機19の回転量に基づきロールの回転角を検出する回転検出器18から出力されるロール角を用いて、その位相合わせを実施する。すなわち、位相合わせ装置110は、出側板厚計5で出側板厚偏差が検出されたときの被圧延材2の位置がロールの直下にあったときのロール角を求める。これにより、出側板厚計5で検出される出側板厚偏差には、圧延時(ロールの直下通過時)のロール角が対応付けられる。

0026

出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置111は、ロール角が対応付けられた出側板厚偏差を圧延機1のロールギャップ量換算する。出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置111は、出側板厚偏差にM/(M+Q・(1−α))で与えられる定数を掛け合わせることによりロールギャップ量を得る。ここで、Mは、ミル定数と呼ばれ、ロールが圧延荷重によってたわむ量を表し、Qは、塑性定数と呼ばれ、被圧延材2が圧延荷重によって変形する量を表す。また、αは、スケールファクタと呼ばれ、ミル定数Mの大きさを相対的に変化させるパラメータである。一般には、α=0〜0.9程度の値が用いられ、例えば、α=0.9とすると、ミル定数Mは10倍の大きさになる。

0027

ソフトフィルタ101は、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置111で得られたロールギャップ量を、ロール周長に対応する長さで定長フィルタリング処理する。ここで、フィルタリング処理を周波数でなく長さで実施するのは、圧延機1は停止状態から最大速度まで加速し、減速して停止するといった速度を変更する操業を実施するためである。圧延機1の加減速中であっても、ロール偏心制御を実施するためには、一定長さでフィルタリング処理を実施する必要がある。また、圧延は、上下の作業ロール1a間で被圧延材2を押し潰すことで行われるが、そのときの上下の作業ロール間隔機械的振動により発生する板厚変動を除去するのがロール偏心制御の目的であるから、一定の長さでフィルタリングする必要がある。なお、バックアップロール1cのロール偏心制御を実施する場合には、前記一定の長さとしてバックアップロール1cのロール周長を用いる。

0028

以上のようなフィルタリング処理をするソフトフィルタ101aは、フィルタテーブル121を備えたフィルタ演算機構と、出力タイミング調整装置120などにより構成される。ここで、圧延機1のロール径は上下で相違することが多いため、一般には、定長サンプリング長さは、上下で相違する。そのため、上下のロールにそれぞれ対応するように制御ゲインG1U,G1L,G2U,G2L,G3U,G3Lが設定されている。さらに、フィルタテーブル121についても、上フィルタテーブル121U、下フィルタテーブル121Lが設けられ、上下別個に制御できるようにされている。

0029

なお、この比較例のソフトフィルタ101aの詳細な構成および機能については、以下、図3図6を用いて順次説明する。

0030

図3は、図2の比較例に係るロール偏心制御装置17aのソフトフィルタ101aの制御ブロック図の例を示した図である。図3に示すように、ソフトフィルタ101a(定長フィルタ)は、一定長の無駄時間要素e-TSとフィルタの制御ゲインG1,G2,G3とを含んだ複数のブロックにより構成される。この制御ブロック図は、定長フィルタの演算機構を示した図であるともいえる。

0031

すなわち、この定長フィルタの入力xと出力yの関係は、図3の下半部に示されているように、式(1)または式(2)で表される。そして、定長フィルタ全体のゲインは、式(3)により求めることができ、また、位相φは、式(4)により求めることができる。

0032

図4は、図2の比較例に係るロール偏心制御装置17aのソフトフィルタ101a(定長フィルタ)の(a)ゲイン特性および(b)位相特性の例を示した図である。これらのグラフ横軸規格化周波数は、無駄時間Tの逆数を1とした場合の周波数である。規格化周波数が整数のところでゲインが1となっており、ソフトフィルタ101aは、無駄時間Tに相当する周波数の整数倍の周波数成分も抽出する。

0033

図2の比較例に係る従来技術の制御では、バックアップロール1c(以下、BURと略記)のロール偏心による出側板厚偏差の除去が目的であったことから、フィルタリング処理は、BURの径DBURと圧延速度Vとで決定されるBUR回転周波数fBURで実施されていた。ちなみに、BURは、表面が傷ついた場合などには、研磨処理して使用される。この研磨処理の不均一は、ロール偏心の一因となっている(この場合、板厚変動は、BUR径の1倍周波数になることが多い)。また、圧延加工により発熱したBURが、不均一に冷却されることでもロール偏心が発生する(この場合、板厚変動は、BUR径の2倍周波数になることが多い)。従って、ソフトフィルタ101により、BUR径に対応する周波数成分のフィルタを構成した場合、その整数倍の周波数についても抽出されるため、2倍以上の周波数成分についても制御が行われることになる。

0034

図5は、図2の比較例に係るロール偏心制御装置17aのソフトフィルタ101aにおけるフィルタテーブル121の構成の例を示した図である。本実施形態では、ソフトフィルタ101の機能は、コンピュータによって実現されるものとする。そして、そのコンピュータの記憶装置上には、図5に示すように、ロール(例えば、BUR)1回転をn分割したとき、各々の分割点、つまり、各々の回転角(ロール角)に対応するn個のメモリからなるフィルタテーブル121が用意される。

0035

図2および図3によれば、ソフトフィルタ101aでは、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置111から出力されたデータと、フィルタテーブル121から読み出されたデータとの演算が実施される。このとき、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置111から出力されるデータには、出側板厚偏差が検出されたときの被圧延材2がロール直下を通過したときのロール角が対応付けられている。そこで、ソフトフィルタ101aは、フィルタテーブル121から、そのロール角に対応付けられた位置のメモリに格納されているデータを読み出す。そして、その読みだされたデータと、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置111から出力されたデータを用いて図3に示した前記式(2)の演算を行うとともに、その結果を同じ位置のメモリに書き戻す。

0036

また、所定のロール角に応じてフィルタテーブル121から読み出されたデータ、すなわちフィルタリングデータ(出側板厚偏差に相当するロールギャップ量)は、出力タイミング調整装置120でタイミング調整がされ、ロールギャップ制御装置6へ出力される。ここで、所定のロール角は、ロールギャップ制御装置6に出力されるデータがロールギャップ量として制御に利用されるときのロールのロール角である。

0037

図6は、図2の比較例に係るロール偏心制御装置17aに基づくロール偏心制御のブロック構成の例を示した図である。図6のブロック構成では、図5で示したロール上のロール回転方向複数点に対してフィルタテーブル121を対応させている。その一方の点は、出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置111から出力されたデータに対応付けられたロール角に対応する点である。また、他方の点は、ロールギャップ制御装置6に出力されるデータがロールギャップ量として制御に利用されるときのロールのロール角に対応する点である。

0038

ソフトフィルタ101aは、図6の下半分に示されているように、一次遅れ系として近似することができる。この場合、ロール偏心の比例制御は、ロール上のロール回転方向の複数点に対応するフィルタテーブル121のデータを用いて、すなわち、出側板厚偏差の一次遅れのデータを用いる形で実施される。

0039

このとき、一次遅れの時定数Tは、サンプリング周期tsと、フィルタリング処理のパラメータG1G3とにより決定される。そして、そのサンプリング周期tsは、ロールの1回転周期となる。なお、フィルタリング処理のパラメータG1G3としては、目的とするフィルタリング特性に応じて0.03〜0.3程度の値が設定されるので、ロールの回転周期の3〜30程度が出側板厚修正の時定数となる。

0040

図7は、比較例に係るロール偏心制御装置17aに基づく比例制御ロール偏心制御のシミュレーション結果の例を示した図である。図7のグラフにおいて、横軸は時間を表し、左端が現在であり、右側に行くに従って過去に遡ることを表している。また、一点鎖線で示された時刻でロール偏心制御が開始されたことを表している。

0041

この比較例では、ロール偏心制御装置17aがフィルタテーブル121を用いて出側板厚偏差をフィルタリングしているため、ロール偏心制御開始しばらくの間は、出側板厚偏差は、開始前の1/3をわずかに下回る程度まで減少する。しかしながら、出側板厚偏差とロール偏心制御出力がバランスすると、出側板厚偏差は、開始前の1/3に落ち着いてしまう。この結果は、図2においてロール偏心制御ゲインCREC=2.0としている比例制御の制御効果の1/3と一致する。

0042

以上のように、比較例のロール偏心制御装置17aでは、出側板厚偏差をロール偏心制御開始前の1/3までしか低減できないという問題が発生する。そこで、比例制御に加え、積分制御または比例積分の補正機能を追加する。

0043

図8は、本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置17の構成の例を示した図である。図8に示すように、本実施形態では、図2の比較例のロール偏心制御装置17aの構成の中に新たに偏差補正テーブル122(上偏差補正テーブル122Uおよび下偏差補正テーブル122L)を設けたことにより、ロール偏心周波数でのフィルタリング結果を用いた積分制御が可能にされている。すなわち、ゲインG4≠0,G5=0とすれば、積分補正を追加した制御ができ、また、ゲインG4≠0,G5≠0とすれば、比例積分補正を追加した制御ができる。ここで、G4は、図8におけるG4U,G4Lを表し、G5は、G5U,G5Lを表す。

0044

図9は、本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置17における積分補正ロール偏心制御のブロック構成の例を示した図である。この場合、積分ゲインG4、比例ゲインG5として、例えば、G4=1/(α・T)、G5=0とすれば、安定な積分補正を実施することができる。ここでαは、位相余裕を決めるパラメータであり、3〜10程度の値をとる。

0045

図10は、図9に示した積分補正ロール偏心制御のブロック構成に基づくロール偏心制御シミュレーション結果の例を示した図である。図10に示すように、この積分補正ロール偏心制御では、偏差補正テーブル122を用いた積分処理により、出側板厚偏差をほぼ0になるまで抑制することができる。

0046

図11は、本発明の実施形態に係るロール偏心制御装置17における比例積分補正ロール偏心制御のブロック構成の例を示した図である。この場合、積分時定数T1としては、フィルタリング時定数Tより大きな値を設定する必要がある。また、位相余裕を決めるパラメータαを用いてG5を定めることができる(図9の下半分に記載の式を参照)。

0047

図12は、図11に示した比例積分補正ロール偏心制御のブロック構成に基づくロール偏心制御シミュレーション結果の例を示した図である。なお、このシミュレーションでは、G5=0.5,T1=2Tとしている。そして、そのシミュレーション結果によれば、積分補正ロール偏心制御の場合の結果(図10参照)に比べ、短時間で出側板厚偏差をほぼ0とすることができている。これは、積分時定数を、積分補正の場合と比較して小さくできるためである。

0048

ところで、前記比較例のロール偏心制御(図6参照)の利点として、何らかの原因でロール偏心外乱の位相がずれた場合であっても制御出力を補正することができる点を挙げることができる。ロール回転方向の各点におけるロール偏心量をもとめ、その偏心量に基づきロールギャップを制御する従来技術の場合、例えばロールが空転し、熱膨張したロールが片冷えして発生するロール偏心周波数成分に関する補正には対応できない。それに対し、前記比較例のロール偏心制御では、ロール偏心周波数成分の位相がずれた場合においても、出側板厚偏差をフィルタリング処理してロールギャップを制御するため、その位相ずれに対応可能である。

0049

本実施形態に係る積分補正ロール偏心制御(図9参照)や比例積分補正ロール偏心制御(図11参照)の場合、ロール偏心周波数成分の位相がずれても偏差補正テーブル122の内容は、出側板厚偏差が0となるように修正されていく。このことを確認するため、発明者らは、出側板厚偏差が0に制御されているときに、ロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に90度ずらすシミュレーションを実施した。

0050

図13は、積分補正制御時にロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に90度ずらした場合の動作のシミュレーション結果の例を示した図である。また、図14は、比例積分補正制御時にロール偏心周波数成分のロールギャップ外乱の位相をステップ状に90度ずらした場合の動作のシミュレーション結果の例を示した図である。図13および図14に示すように、積分補正制御時および比例積分補正制御時のいずれの場合にも、偏差補正テーブル122の内容は、出側板厚の実績値のフィルタリング結果により修正される。従って、ロール偏心制御出力の位相も次第に変更され、ロールギャップ外乱の位相変更時に大きくなった出側板厚偏差をほぼ0とすることができる。

0051

以上、以上の実施形態に係る圧延機制御装置によれば、比例制御(従来技術)によるロール偏心制御では除去できなかったロール偏心周波数成分の出側板厚偏差をほぼ0とすることが可能になる。また、制御ゲインを適切に設定することで、安定して制御することができる。

0052

また、以上の実施形態では、ロール偏心周波数成分を積分した結果を用いて積分制御または比例積分制御をするものとしたが、同様の考え方比例積分微分制御を構成することもできる。

0053

また、以上の実施形態では、圧延機1の出側板厚計5(図1参照)で検出した出側板厚偏差によるロール偏心制御について説明したが、同様の圧延機1の圧延荷重計で測定した圧延荷重によるロール偏心制御にも適用可能である。

0054

また、以上の実施形態では、圧延機1のバックアップロール1cのロール偏心を除去する制御について説明したが、同様な制御で中間ロール1bまたは作業ロール1aのロール偏心周波数成分を除去することも可能である。

0055

また、以上の実施形態では、ロール偏心周波数成分の周期的外乱に対する出側板厚制御について説明したが、ロール偏心周波数成分以外の周期的外乱についても同様の制御を適用することができる。

0056

また、圧延機1の入側に設置されて圧延機1に流入する被圧延材2を巻き出す入側TR3aや、圧延機1から排出される被圧延材2を巻取る出側TR3bにおいても、リールの回転方向半径変動が発生するが、これらについても、以上に説明した実施形態と同様の制御を適用することができる。なお、この場合、圧延機に出力する制御量は、ロールギャップ量に限定されず、入側テンションリール3aまたは出側テンションリール3bを駆動する電動機に供給する電流指令値速度指令値であってもよい。

0057

さらに、他の実施例として、圧延機1における被圧延材2の硬度ムラに起因する周期的変動の制御に本発明を適用する場合について、以下に説明する。

0058

圧延機1で圧延する被圧延材2は、熱間圧延機で1度圧延されたものである。熱間圧延機も種々のロールで構成されるため、ロール1回転に対応する加工ムラ(主として温度ムラ)により被圧延材の硬さに周期的変動が残る場合がある。これを下流の工程である冷間圧延機で圧延すると、周期的な硬さ変動(変形抵抗変動)により周期的な出側板厚偏差が発生する。

0059

このような出側板厚偏差に対しては、例えば特許文献2に示されているように、ロール偏心制御におけるバンドバスのフィルタリングをロール偏心周波数に代えて、硬さ変動による出側板厚偏差周波数で実施するようにすればよい。そして、ロール偏心制御の場合と同様に本発明の実施形態で説明した制御を適用することで、被圧延材の硬度ムラによる周期的出側板厚変動を除去することが可能である。そして、この場合の制御量は、圧延機のロールギャップ、ロール速度などであり、さらには、入側テンションリール3aまたは出側テンションリール3bのロール速度などであってもよい。

0060

本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。

0061

1圧延機
1a作業ロール
1b中間ロール
1cバックアップロール
2被圧延材
3a 入側テンションリール(入側TR)
3b 出側テンションリール(出側TR)
4a入側張力計
4b 出側張力計
5出側板厚計(検出手段)
6ロールギャップ制御装置
7ミル速度制御装置
8a 入側TR制御装置
8b 出側TR制御装置
9出側板厚制御装置
10圧延速度設定部
11 入側張力設定部
12 出側張力設定部
13 入側張力制御部
14出張力制御
15 入側張力電流変換装置
16 出側張力電流変換装置
17,17aロール偏心制御装置
18回転検出器
19 圧延機駆動電動機
100圧延機制御装置
101,101aソフトフィルタ(定長フィルタ:フィルタリング手段)
110位置合わせ装置(位相合わせ手段)
111 出側板厚偏差−ロールギャップ換算装置
120出力タイミング調整装置
121フィルタテーブル(第1の記憶装置)
121U 上フィルタテーブル(フィルタテーブル:第1の記憶装置)
121L 下フィルタテーブル(フィルタテーブル:第1の記憶装置)
122偏差補正テーブル(第2の記憶装置)
122U 上偏差補正テーブル(偏差補正テーブル:第2の記憶装置)
122L 下偏差補正テーブル(偏差補正テーブル:第2の記憶装置)

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