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技術 圧延材の温度制御装置

出願人 東芝三菱電機産業システム株式会社
発明者 鈴木敦
出願日 2015年9月14日 (4年0ヶ月経過) 出願番号 2017-540359
公開日 2018年2月15日 (1年7ヶ月経過) 公開番号 WO2017-046846
状態 特許登録済
技術分野 圧延の制御
主要キーワード 注水バルブ 温度モデル 複合回路 注水量 CISC モデル誤差 冷却プロセス PI制御器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月15日)のものです。
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図面 (10)

課題・解決手段

モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる圧延材(7)の温度制御装置(11)を提供する。圧延材(7)の温度制御装置(11)は、圧延材(7)の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として冷却装置(5)に対する制御量を演算する制御器(12)と、当該制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデル(13a)を用いて当該圧延材(7)の温度の予測値を演算し、当該予測値をフィードバックする第1フィードバック部(13)と、むだ時間モデル(14a)を用いて圧延材(7)の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、圧延材(7)の温度の計測値と圧延材(7)の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタ(14b)を通過させた値をフィードバックする第2フィードバック部(14)と、を備えた。

概要

背景

特許文献1は、圧延材温度制御装置を開示する。当該温度制御装置は、制御モデルを用いて圧延材の温度を制御する。当該温度制御装置は、実績制御量が安定しているときにオンラインで制御モデルを修正する。その結果、モデル誤差値の影響が抑制される。

概要

モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる圧延材(7)の温度制御装置(11)を提供する。圧延材(7)の温度制御装置(11)は、圧延材(7)の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として冷却装置(5)に対する制御量を演算する制御器(12)と、当該制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデル(13a)を用いて当該圧延材(7)の温度の予測値を演算し、当該予測値をフィードバックする第1フィードバック部(13)と、むだ時間モデル(14a)を用いて圧延材(7)の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、圧延材(7)の温度の計測値と圧延材(7)の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタ(14b)を通過させた値をフィードバックする第2フィードバック部(14)と、を備えた。

目的

この発明の目的は、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる圧延材の温度制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

熱間圧延ライン圧延機巻取機との間に設けられた冷却装置により冷却された圧延材が前記冷却装置と前記巻取機との間に設けられた温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として前記冷却装置に対する制御量を演算する制御器と、前記制御器により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデルを用いて前記冷却装置により冷却された圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の予測値を演算し、当該予測値を前記フィードバック値の一部としてフィードバックする第1フィードバック部と、むだ時間モデルを用いて前記第1フィードバック部により演算された圧延材の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、前記温度計による圧延材の温度の計測値と前記第1フィードバック部により演算された圧延材の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタを通過させた値を前記フィードバック値の他部としてフィードバックする第2フィードバック部と、を備えた圧延材の温度制御装置

請求項2

前記第2フィードバック部は、圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値と前記温度計による圧延材の温度の計測値との間に定常偏差が生じた際に前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を上げる請求項1に記載の圧延材の温度制御装置。

請求項3

前記第2フィードバック部は、圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値と前記温度計による圧延材の温度の計測値との間の偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった際に前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を上げる請求項1に記載の圧延材の温度制御装置。

請求項4

前記第1フィードバック部は、前記ローパスフィルタを通過した値に基づいて前記温度モデルを修正し、前記第2フィードバック部は、前記ローパスフィルタを通過した値に基づいて前記むだ時間モデルを修正する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の圧延材の温度制御装置。

請求項5

熱間圧延ラインの仕上圧延機の複数のスタンドの間に設けられた冷却装置により冷却された圧延材が前記仕上圧延機の出側に設けられた温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として前記冷却装置に対する制御量を演算する制御器と、前記制御器により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデルを用いて前記冷却装置により冷却された圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の予測値を演算し、当該予測値を前記フィードバック値の一部としてフィードバックする第1フィードバック部と、むだ時間モデルを用いて前記第1フィードバック部により演算された圧延材の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、前記温度計による圧延材の温度の計測値と前記第1フィードバック部により演算された圧延材の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタを通過させた値を前記フィードバック値の他部としてフィードバックする第2フィードバック部と、を備えた圧延材の温度制御装置。

請求項6

前記第2フィードバック部は、圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値と前記温度計による圧延材の温度の計測値との間に定常偏差が生じた際に前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を上げる請求項5に記載の圧延材の温度制御装置。

請求項7

前記第2フィードバック部は、圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値と前記温度計による圧延材の温度の計測値との間の偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった際に前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を上げる請求項5に記載の圧延材の温度制御装置。

請求項8

前記第1フィードバック部は、前記ローパスフィルタを通過した値に基づいて温度モデルを修正し、前記第2フィードバック部は、前記ローパスフィルタを通過した値に基づいてむだ時間モデルを修正する請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の圧延材の温度制御装置。

請求項9

熱間圧延ラインの仕上圧延機の複数のスタンドに対して隣接したスタンドの間にそれぞれ設けられた複数の冷却装置により冷却された圧延材が前記仕上圧延機の出側に設けられた温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として前記複数の冷却装置の各々に対する制御量を演算する複数の制御器と、前記複数の制御器の各々により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデルを用いて前記複数の冷却装置により冷却された圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の予測値を演算し、当該予測値を前記複数の制御器の各々に対応したフィードバック値の一部としてフィードバックする複数の第1フィードバック部と、前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間モデルを用いて前記複数の第1フィードバック部の各々により演算された圧延材の温度の予測値に対して前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、前記温度計による圧延材の温度の計測値と前記複数の第1フィードバック部の各々により演算された圧延材の温度の予測値に対して前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタを通過させた値を前記複数の制御器の各々に対応したフィードバック値の他部としてフィードバックする複数の第2フィードバック部と、を備えた圧延材の温度制御装置。

請求項10

前記複数の第2フィードバック部の各々は、圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値と前記温度計による圧延材の温度の計測値との間に定常偏差が生じた際に対応したローパスフィルタのカットオフ周波数を上げる請求項9に記載の圧延材の温度制御装置。

請求項11

前記複数の第2フィードバック部の各々は、圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値と前記温度計による圧延材の温度の計測値との間の偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった際に、より出側の冷却装置に対応した第2フィードバック部のローパスフィルタから優先的にカットオフ周波数を上げる請求項9に記載の圧延材の温度制御装置。

請求項12

前記複数の第1フィードバック部の各々は、対応したローパスフィルタを通過した値に基づいて対応した温度モデルを修正し、前記複数の第2フィードバック部の各々は、対応したローパスフィルタを通過した値に基づいて対応したむだ時間モデルを修正する請求項9から請求項11のいずれか一項に記載の圧延材の温度制御装置。

技術分野

0001

この発明は、圧延材温度制御装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1は、圧延材の温度制御装置を開示する。当該温度制御装置は、制御モデルを用いて圧延材の温度を制御する。当該温度制御装置は、実績制御量が安定しているときにオンラインで制御モデルを修正する。その結果、モデル誤差値の影響が抑制される。

先行技術

0003

日本特開2011−008437号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1に記載のものにおいては、実績制御量が安定していないときに制御モデルが修正されない。このため、制御モデルの誤差の影響が抑制されるまでに時間がかかる。

0005

この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる圧延材の温度制御装置を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

この発明に係る圧延材の温度制御装置は、熱間圧延ライン圧延機巻取機との間に設けられた冷却装置により冷却された圧延材が前記冷却装置と前記巻取機との間に設けられた温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として前記冷却装置に対する制御量を演算する制御器と、前記制御器により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデルを用いて前記冷却装置により冷却された圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の予測値を演算し、当該予測値を前記フィードバック値の一部としてフィードバックする第1フィードバック部と、むだ時間モデルを用いて前記第1フィードバック部により演算された圧延材の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、前記温度計による圧延材の温度の計測値と前記第1フィードバック部により演算された圧延材の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタを通過させた値を前記フィードバック値の他部としてフィードバックする第2フィードバック部と、を備えた。

0007

この発明に係る圧延材の温度制御装置は、熱間圧延ラインの仕上圧延機の複数のスタンドの間に設けられた冷却装置により冷却された圧延材が前記仕上圧延機の出側に設けられた温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として前記冷却装置に対する制御量を演算する制御器と、前記制御器により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデルを用いて前記冷却装置により冷却された圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の予測値を演算し、当該予測値を前記フィードバック値の一部としてフィードバックする第1フィードバック部と、むだ時間モデルを用いて前記第1フィードバック部により演算された圧延材の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、前記温度計による圧延材の温度の計測値と前記第1フィードバック部により演算された圧延材の温度の予測値に対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタを通過させた値を前記フィードバック値の他部としてフィードバックする第2フィードバック部と、を備えた。

0008

この発明に係る圧延材の温度制御装置は、熱間圧延ラインの仕上圧延機の複数のスタンドに対して隣接したスタンドの間にそれぞれ設けられた複数の冷却装置により冷却された圧延材が前記仕上圧延機の出側に設けられた温度計に到達した際における当該圧延材の温度の目標値とフィードバック値との偏差を入力として前記複数の冷却装置の各々に対する制御量を演算する複数の制御器と、前記複数の制御器の各々により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデルを用いて前記複数の冷却装置により冷却された圧延材が前記温度計に到達した際における当該圧延材の温度の予測値を演算し、当該予測値を前記複数の制御器の各々に対応したフィードバック値の一部としてフィードバックする複数の第1フィードバック部と、前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間モデルを用いて前記複数の第1フィードバック部の各々により演算された圧延材の温度の予測値に対して前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算し、前記温度計による圧延材の温度の計測値と前記複数の第1フィードバック部の各々により演算された圧延材の温度の予測値に対して前記複数の冷却装置の各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算し、当該偏差に対してローパスフィルタを通過させた値を前記複数の制御器の各々に対応したフィードバック値の他部としてフィードバックする複数の第2フィードバック部と、を備えた。

発明の効果

0009

これらの発明によれば、モデル誤差値は、不安定になりにくい低周波数の領域において制御器にフィードバックされる。このため、低周波数の領域において、圧延材の温度の計測値と圧延材の温度の目標値との定常的な偏差を解消することができる。その結果、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる。

図面の簡単な説明

0010

この発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの構成図である。
この発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの要部の構成図である。
この発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。
この発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置による制御のシミュレーション結果を示す図である。
この発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置のハードウェア構成図である。
この発明の実施の形態2における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。
この発明の実施の形態3における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの要部の構成図である。
この発明の実施の形態3における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。
この発明の実施の形態4における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。

実施例

0011

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

0012

実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの構成図である。

0013

図1において、加熱炉1は、熱間圧延ラインの入側に設けられる。粗圧延機2は、加熱炉1の出側に設けられる。誘導加熱装置3は、粗圧延機2の出側に設けられる。仕上圧延機4は、誘導加熱装置3の出側に設けられる。仕上圧延機4は、複数のスタンド4aを備える。例えば、仕上圧延機4は、5台から7台のスタンド4aを備える。図1の仕上圧延機4は、6台のスタンド4aを備える。冷却装置5は、仕上圧延機4の出側に設けられる。巻取機6は、冷却装置5の出側に設けられる。

0014

圧延材7は、加熱炉1の内部に装入される。その後、圧延材7は、加熱炉1により加熱される。その後、圧延材7は、加熱炉1から抽出される。その後、圧延材7は、粗圧延機2により圧延される。その後、圧延材7の端部は、誘導加熱装置3により加熱される。その後、圧延材7は、仕上圧延機4の各スタンド4aにより圧延される。その後、圧延材7は、冷却装置5に冷却される。その後、当該圧延材7は、巻取機6により巻き取られる。

0015

次に、図2を用いて、熱間圧延ラインの要部を説明する。
図2はこの発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの要部の構成図である。

0016

図2において、速度検出器8は、仕上圧延機4における最も出側のスタンド4aに対応して設けられる。仕上温度計9は、仕上圧延機4における最も出側のスタンド4aと冷却装置5との間に設けられる。仕上温度計9は、仕上圧延機4における最も出側のスタンド4aの出側に設けられる。巻取温度計10は、冷却装置5と巻取機6との間に設けられる。巻取温度計10は、巻取機6の入側に設けられる。

0017

冷却装置5は、第1注水設備5aと第2注水設備5bとを備える。第1注水設備5aは、冷却装置5の入側に配置される。第2注水設備5bは、冷却装置5の出側に配置される。

0018

温度制御装置11の入力部は、速度検出器8の出力部と仕上温度計9の出力部と巻取温度計10の出力部とに接続される。温度制御装置11の出力部は、第1注水設備5aの入力部と第2注水設備5bの入力部とに接続される。

0019

速度検出器8は、仕上圧延機4における最も出側のスタンド4aの回転速度ωf(rad/s)を検出する。仕上温度計9は、仕上圧延機4における最も出側のスタンド4aの出側における圧延材7の仕上温度Tf(℃)を計測する。巻取温度計10は、巻取機6の入側における圧延材7の巻取温度Tc(℃)を計測する。

0020

温度制御装置11は、仕上圧延機4における最も出側のスタンド4aの回転速度ωfと仕上圧延機4における最も出側のスタンド4aの出側における圧延材7の仕上温度Tfとに基づいて第1注水設備5aの所要注水量を演算する。温度制御装置11は、第1注水設備5aの所要注水量に対応した信号VFWDを出力することにより第1注水設備5aの注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。

0021

温度制御装置11は、圧延材7の巻取温度の目標値Ttarget(℃)と巻取機6の入側における圧延材7の巻取温度Tcとの偏差に基づいて第2注水設備5bの所要注水量を演算する。温度制御装置11は、第2注水設備5bの所要注水量に対応した信号VFBKを出力することにより第2注水設備5bの注水バルブに対してフィードバック制御を行う。

0022

次に、図3を用いて、温度制御装置11によるフィードバック制御を説明する。
図3はこの発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。

0023

図3に示すように、温度制御装置11は、PI制御器12と第1フィードバック部13と第2フィードバック部14とを備える。

0024

PI制御器12の伝達関数は、CFBKで表される。第1フィードバック部13は、むだ時間を含まない温度モデル13aを備える。第2フィードバック部14は、むだ時間モデル14aとローパスフィルタ14bとを備える。むだ時間モデル14aの伝達関数は、総合的なむだ時間の予測値T´ALLラプラス演算子sとを用いて表される。ローパスフィルタ14bの伝達関数は、LPFで表される。

0025

第1ブロック15は、第2注水設備5bの注水バルブの応答を示す。第1ブロック15の伝達関数は、第2注水設備5bの注水バルブの操作における制御遅れTSC(s)と当該注水バルブの時定数TS(s)とラプラス演算子sとを用いて表される。第2ブロック16は、冷却プロセスを示す。第2ブロック16の伝達関数は、冷却プロセスのゲインKPと冷却プロセスの時定数TP(s)とラプラス演算子sとを用いて表される。第3ブロック17は、移送遅れによるむだ時間を示す。第3ブロック17の伝達関数は、移送遅れによるむだ時間Tt(s)とラプラス演算子sとを用いて表される。第4ブロック18は、巻取温度計10の応答を示す。第4ブロック18は、巻取温度計10に計測された圧延材7の巻取温度TC(s)とラプラス演算子sを用いて表される。

0026

温度制御装置11において、PI制御器12は、当該圧延材7の温度の目標値Ttargetとフィードバック値との偏差を入力として冷却装置5に対する制御量を演算する。例えば、PI制御器12は、当該圧延材7の温度の目標値Ttargetとフィードバック値との偏差を入力として第2注水設備5bの所要注水量を演算する。第2注水設備5bの所要注水量に対応した信号VFBKは、第1ブロック15と第2ブロック16とを経由する。その結果、圧延材7の温度降下TDFBK(℃)が得られる。

0027

圧延材7の温度降下TDFBKは、第1注水設備5aによる圧延材7の温度降下TDFWD(℃)に加わる。圧延材7の温度降下TDFWDと圧延材7の温度降下TDFBKとは、圧延材7の仕上温度Tfに加わる。その結果、圧延材7の温度は、(Tf+TDFWD+TDFBK)となる。圧延材7の温度(Tf+TDFWD+TDFBK)は、第3ブロック17と第4ブロック18とを経由する。その結果、圧延材7の巻上温度TCが得られる。

0028

第1フィードバック部13は、PI制御器12により演算された制御量に基づいて温度モデル13aを用いて冷却装置5により冷却された圧延材7が巻取温度計10に到達した際における当該圧延材7の温度の予測値を演算する。例えば、第1フィードバック部13は、第2注水設備5bの所要注水量に対応した信号VFBKに基づいて圧延材7の温度の予測値T´Cを演算する。第1フィードバック部13は、圧延材7の温度の予測値T´Cをフィードバック値の一部としてフィードバックする。その結果、温度制御装置11の応答性が決定する。

0029

第2フィードバック部14は、むだ時間モデル14aを用いて第1フィードバック部13により演算された圧延材7の温度の予測値T´Cに対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算する。第2フィードバック部14は、巻取温度計10により計測された圧延材7の巻取温度TCと第1フィードバック部13により演算された圧延材7の温度の予測値T´Cに対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算する。第2フィードバック部14は、当該偏差に対してローパスフィルタ14bを通過させた値をフィードバック値の他部としてフィードバックする。

0030

次に、図4を用いて、温度制御装置11による制御のシミュレーション結果を説明する。
図4はこの発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置による制御のシミュレーション結果を示す図である。図4横軸は時間を表す。図4縦軸は温度を表す。

0031

シミュレーションにおいて、仕上温度Tfは900(℃)に設定される。第2注水設備5bの注水バルブの操作における制御遅れTSCは1.5(s)に設定される。第2注水設備5bの注水バルブの時定数TSは0.5(s)に設定される。冷却プロセスの時定数TPは2(s)に設定される。第1注水設備5aによる圧延材7の温度降下TDFWDは100(℃)に設定される。移送遅れによるむだ時間Ttは3(s)に設定される。

0032

むだ時間モデル14aにおいて、第2注水設備5bの注水バルブの操作における制御遅れの推定値T´SCは0.5(s)に設定される。第2注水設備5bの注水バルブの時定数の推定値T´Sは0.3(s)に設定される。冷却プロセスの時定数の推定値T´Pは1.5(s)に設定される。第1注水設備5aによる圧延材7の温度降下の推定値T´DFWDは200(s)に設定される。移送遅れによるむだ時間の推定値T´tは2.4(s)に設定される。

0033

ローパスフィルタ14bにおいて、カットオフ周波数は0.12(rad/s)に設定される。

0034

図4において、圧延材7の温度の目標値Ttargetは600(℃)に設定される。図4に示すように、圧延材7の巻取温度TCにおいて、アンダーシュートは生じない。このため、圧延材7の巻取温度TCは、安定かつ正確に目標値Ttargetに追従する。

0035

以上で説明した実施の形態1によれば、モデル誤差値は、不安定になりにくい低周波数の領域においてPI制御器12にフィードバックされる。このため、低周波数の領域において、圧延材7の巻取温度TCと圧延材7の温度の目標値Ttargetとの定常的な偏差を解消することができる。その結果、安定した応答性を保ちつつ、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる。

0036

なお、第2フィードバック部14において、ローパスフィルタ14bのカットオフ周波数の初期値を0(rad/s)に設定し、圧延材7の温度制御開始後にローパスフィルタ14bのカットオフ周波数を調整してもよい。

0037

例えば、圧延材7の巻取温度TCの変化率が予め設定された閾値以下になった時点から定常偏差が生じたと判定して、ローパスフィルタ14bのカットオフ周波数の値を0から連続的に上げていけばよい。その後、定常偏差が予め設定された値よりも小さくなった時点でカットオフ周波数の変化を終了させればよい。

0038

例えば、圧延材7の巻取温度TCと目標値Ttargetとの偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった時点からローパスフィルタ14bのカットオフ周波数の値を0から連続的に上げていけばよい。その後、定常偏差が予め設定された値よりも小さくなった時点でカットオフ周波数の変化を終了させればよい。

0039

次に、図5を用いて、温度制御装置11の例を説明する。
図5はこの発明の実施の形態1における圧延材の温度制御装置のハードウェア構成図である。

0040

温度制御装置11の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも1つのプロセッサ19aと少なくとも1つのメモリ19bとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも1つの専用のハードウェア20を備える。

0041

処理回路が少なくとも1つのプロセッサ19aと少なくとも1つのメモリ19bとを備える場合、温度制御装置11の各機能は、ソフトウェアファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも1つのメモリ19bに格納される。少なくとも1つのプロセッサ19aは、少なくとも1つのメモリ19bに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、温度制御装置11の各機能を実現する。少なくとも1つのプロセッサ19aは、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置処理装置演算装置マイクロプロセッサマイクロコンピュータ、DSPともいう。例えば、少なくとも1つのメモリ19bは、RAM、ROM、フラッシュメモリEPROM、EEPROM等の、不揮発性又は揮発性半導体メモリ磁気ディスクフレキシブルディスク光ディスクコンパクトディスクミニディスク、DVD等である。

0042

処理回路が少なくとも1つの専用のハードウェア20を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路複合回路プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASICFPGA、又はこれらを組み合わせたものである。例えば、温度制御装置11の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、温度制御装置11の各機能は、まとめて処理回路で実現される。

0043

温度制御装置11の各機能について、一部を専用のハードウェア20で実現し、他部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。例えば、PI制御器12の機能については専用のハードウェア20としての処理回路で実現し、PI制御器12以外の機能については少なくとも1つのプロセッサ19aが少なくとも1つのメモリ19bに格納されたプログラムを読み出して実行することによって実現してもよい。

0044

このように、処理回路は、ハードウェア20、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、温度制御装置11の各機能を実現する。

0045

実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

0046

実施の形態2において、第1フィードバック部13は、ローパスフィルタ14bを通過した値に基づいて温度モデル13aを修正する。第2フィードバック部14は、ローパスフィルタ14bを通過した値に基づいてむだ時間モデル14aを修正する。

0047

以上で説明した実施の形態2によれば、温度モデル13aおよびむだ時間モデル14aは、ローパスフィルタ14bを通過した値に基づいて修正される。このため、温度モデル13aおよびむだ時間モデル14aを急激に変化させることなく安定して修正することができる。

0048

実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3における圧延材の温度制御装置が適用された熱間圧延ラインの要部の構成図である。なお、実施の形態1と同一又は相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

0049

図7において、仕上入側温度計21は、仕上圧延機4の入側に設けられる。仕上出側温度計22は、仕上圧延機4の出側に設けられる。

0050

複数の冷却装置23a〜23fは、隣接したスタンド4aの間に設けられる。複数の冷却装置23a〜23fは、冷却装置23の入側から順々に並ぶ。

0051

温度制御装置11の入力部は、仕上入側温度計21の出力部と仕上出側温度計22の出力部とに接続される。温度制御装置11の出力部は、冷却装置23aの入力部と冷却装置23bの入力部と冷却装置23cの入力部と冷却装置23dの入力部と冷却装置23eの入力部と冷却装置23fの入力部とに接続される。

0052

仕上入側温度計21は、仕上圧延機4の入側における圧延材7の温度Te(℃)を計測する。仕上出側温度計22は、仕上圧延機4の出側における圧延材7の温度Tf(℃)を計測する。

0053

温度制御装置11は、仕上圧延機4の入側における圧延材7の温度Teに基づいて冷却装置23aの所要注水量と冷却装置23bの所要注水量と冷却装置23cの所要注水量とを演算する。温度制御装置11は、冷却装置23aの所要注水量に対応した信号VISC1を出力することにより冷却装置23aの注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。温度制御装置11は、冷却装置23bの所要注水量に対応した信号VISC2を出力することにより冷却装置23bの注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。温度制御装置11は、冷却装置23cの所要注水量に対応した信号VISC3を出力することにより冷却装置23cの注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。

0054

温度制御装置11は、仕上圧延機4の出側における圧延材7の温度に基づいて冷却装置23dの所要注水量と冷却装置の所要注水量と冷却装置23fの所要注水量とを演算する。温度制御装置11は、冷却装置23dの所要注水量に対応した信号VISC4を出力することにより冷却装置23dの注水バルブに対してフィードバック制御を行う。温度制御装置11は、冷却装置23eの所要注水量に対応した信号VISC5を出力することにより冷却装置23eの注水バルブに対してフィードバック制御を行う。温度制御装置11は、冷却装置23fの所要注水量に対応した信号VISC6を出力することにより冷却装置23fの注水バルブに対してフィードバック制御を行う。

0055

次に、図8を用いて、温度制御装置11によるフィードバック制御を説明する。
図8はこの発明の実施の形態3における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。

0056

仕上出側温度計22に対し、冷却装置23dからの距離と冷却装置23eからの距離と冷却装置23fからの距離とは互いに異なる。このため、冷却装置23dと冷却装置23eと冷却装置23fとにおいては、移送遅れによるむだ時間も互いに異なる。

0057

これに対し、温度制御装置11は、複数のPI制御器12と複数の第1フィードバック部13と複数の第2フィードバック部14とを備える。例えば、一組目のPI制御器12と第1フィードバック部13と第2フィードバック部14とは、冷却装置23dに対応して設けられる。例えば、二組目のPI制御器12と第1フィードバック部13と第2フィードバック部14とは、冷却装置23eに対応して設けられる。例えば、三組目のPI制御器12と第1フィードバック部13と第2フィードバック部14とは、冷却装置23fに対応して設けられる。

0058

複数のPI制御器12の各々は、複数の冷却装置23a〜23fにより冷却された圧延材7が仕上出側温度計22に到達した際における当該圧延材7の温度の目標値Ttargetとフィードバック値との偏差を入力として対応した冷却装置に対する制御量を演算する。

0059

複数の第1フィードバック部13の各々は、複数のPI制御器12の各々により演算された制御量に基づいてむだ時間を含まない温度モデル13aを用いて複数の冷却装置23a〜23fにより冷却された圧延材7が仕上出側温度計22に到達した際における当該圧延材7の温度の予測値を演算する。複数の第1フィードバック部13の各々は、当該予測値を複数のPI制御器12の各々に対応したフィードバック値の一部としてフィードバックする。

0060

複数の第2フィードバック部14の各々は、むだ時間モデル14aを用いて複数の第1フィードバック部13の各々により演算された圧延材7の温度の予測値に対して冷却装置23d〜23fの各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算する。複数の第2フィードバック部14の各々は、仕上出側温度計22による圧延材7の温度の計測値と第1フィードバック部13の各々により演算された圧延材7の温度の予測値に対して冷却装置23d〜23fの各々に対応したむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算する。複数の第2フィードバック部14の各々は、当該偏差に対してローパスフィルタ14bを通過させた値を複数のPI制御器12の各々に対応したフィードバック値の他部としてフィードバックする。

0061

図8は、冷却装置23fに対応したPI制御器12と第1フィードバック部13と第2フィードバック部14とを示す。PI制御器12の伝達関数は、CISC6で表される。

0062

第5ブロック24は、冷却装置23fの注水バルブの応答を示す。第5ブロック24の伝達関数は、冷却装置23fの注水バルブの操作における制御遅れTSC(s)と当該注水バルブの時定数TS(s)とラプラス演算子sとを用いて表される。第6ブロック25は、冷却プロセスを示す。第6ブロック25の伝達関数は、冷却プロセスのゲインKPと冷却プロセスの時定数TP(s)とラプラス演算子sとを用いて表される。第7ブロック26は、移送遅れによるむだ時間を示す。第7ブロック26の伝達関数は、移送遅れによるむだ時間TISC6(s)とラプラス演算子sを用いて表される。第8ブロック27は、仕上出側温度計22の応答を示す。第4ブロック18は、仕上出側温度計22により計測された圧延材7の温度Tfとラプラス演算子sを用いて表される。

0063

温度制御装置11において、PI制御器12は、当該圧延材7の温度の目標値Ttargetとフィードバック値との偏差を入力として冷却装置23fの所要注水量VISC6を演算する。冷却装置23fの所要注水量に対応した信号VISC6は、第5ブロック24と第6ブロック25とを経由する。その結果、圧延材7の温度降下TDISC6(℃)が得られる。

0064

圧延材7の温度降下TDISC6は、冷却装置23a〜23eによる圧延材7の温度降下TDISC1−5(℃)に加わる。圧延材7の温度降下TDISC1−5と圧延材7の温度降下TDISC6とは、仕上圧延機4の入側における圧延材7の温度Teに加わる。その結果、圧延材7の温度は、(Te+TDISC1−5+TDISC6)となる。圧延材7の温度(Te+TDISC1−5+TDISC6)は、第7ブロック26と第8ブロック27とを経由する。その結果、仕上圧延機4の出側における圧延材7の温度Tfが得られる。

0065

第1フィードバック部13は、冷却装置23aの所要注水量に対応した信号VISC6に基づいて圧延材7の温度の予測値T´fを演算する。第1フィードバック部13は、圧延材7の温度の予測値T´fをフィードバック値の一部としてフィードバックする。その結果、温度制御装置11の応答性が決定する。

0066

第2フィードバック部14は、むだ時間モデル14aを用いて第1フィードバック部13により演算された圧延材7の温度の予測値T´fに対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値を演算する。第2フィードバック部14は、仕上出側温度計22により計測された圧延材7の温度Tfと第1フィードバック部13により演算された圧延材7の温度の予測値T´fに対してむだ時間の分だけ位相を遅らせた値との偏差を演算する。第2フィードバック部14は、当該偏差に対してローパスフィルタ14bを通過させた値をフィードバック値の他部としてフィードバックする。

0067

以上で説明した実施の形態3によれば、モデル誤差値は、不安定になりにくい低周波数の領域においてPI制御器12にフィードバックされる。このため、低周波数の領域において、圧延材7の温度Tfと圧延材7の温度の目標値Ttargetとの定常的な偏差を解消することができる。その結果、安定した応答性を保ちつつ、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる。

0068

なお、第2フィードバック部14において、ローパスフィルタ14bのカットオフ周波数の初期値を0(rad/s)に設定し、圧延材7の温度制御開始後にローパスフィルタ14bのカットオフ周波数を調整してもよい。

0069

例えば、圧延材7の温度Tfの変化率が予め設定された閾値以下になった時点から定常偏差が生じたと判定して、ローパスフィルタ14bのカットオフ周波数の値を0から連続的に上げていけばよい。その後、定常偏差が予め設定された値よりも小さくなった時点でカットオフ周波数の変化を終了させればよい。

0070

例えば、圧延材7の温度Tfと目標値Ttargetとの偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった時点からローパスフィルタ14bのカットオフ周波数の値を0から連続的に上げていけばよい。その後、定常偏差が予め設定された値よりも小さくなった時点でカットオフ周波数の変化を終了させればよい。

0071

例えば、圧延材7の温度Tfと目標値Ttargetとの偏差が予め設定された閾値よりも小さくなった際により出側の冷却装置に対応した第2フィードバック部14のローパスフィルタ14bから優先的にカットオフ周波数を上げればよい。例えば、冷却装置23fのローパスフィルタ14bのカットオフ周波数が予め設定された周波数に到達しても圧延材7の温度Tfと目標値Ttargetとの偏差が残る場合、冷却装置23eのカットオフ周波数を上げればよい。

0072

実施の形態4.
図9はこの発明の実施の形態4における圧延材7の温度制御装置11によるフィードバック制御を示すブロック図である。なお、実施の形態3と同一又は相当部分には、同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

0073

実施の形態4において、第1フィードバック部13の各々は、対応したローパスフィルタ14bを通過した値に基づいて対応した温度モデル13aを修正する。第2フィードバック部14の各々は、対応したローパスフィルタ14bを通過した値に基づいて対応したむだ時間モデル14aを修正する。

0074

以上で説明した実施の形態4によれば、温度モデル13aおよびむだ時間モデル14aは、ローパスフィルタ14bを通過した値に基づいて修正される。このため、温度モデル13aおよびむだ時間モデル14aを急激に変化させることなく安定して修正することができる。

0075

なお、1つの冷却装置に対して、実施の形態3と実施の形態4とのPI制御器12と第1フィードバック部13と第2フィードバック部14と同様のPI制御器と第1フィードバック部と第2フィードバック部を適用してもよい。この場合も、安定した応答性を保ちつつ、モデル誤差値の影響を短時間で抑制することができる。

0076

以上のように、この発明に係る圧延材の温度制御装置は、モデル誤差値の影響を短時間で抑制するシステムに利用できる。

0077

1加熱炉、 2粗圧延機、 3誘導加熱装置、 4仕上圧延機、 4aスタンド、 5冷却装置、 5a 第1注水設備、 5b 第2注水設備、 6巻取機、 7圧延材、 8速度検出器、 9仕上温度計、 10巻取温度計、 11温度制御装置、 12PI制御器、 13 第1フィードバック部、 13a温度モデル、 14 第2フィードバック部、 14aむだ時間モデル、 14bローパスフィルタ、 15 第1ブロック、 16 第2ブロック、 17 第3ブロック、 18 第4ブロック、 19aプロセッサ、 19bメモリ、 20ハードウェア、 21 仕上入側温度計、 22 仕上出側温度計、 23a〜23f 冷却装置、 24 第5ブロック、 25 第6ブロック、 26 第7ブロック、 27 第8ブロック

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