CN105290118B

CN105290118B - 轧制设备的控制***

Info

Publication number: CN105290118B
Application number: CN201510316727.5A
Authority: CN
Inventors: 铃木敦
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2017-08-18
Anticipated expiration: 2035-06-10
Also published as: JP6183299B2; KR20150142589A; JP2016000408A; KR101682297B1; TWI604900B; TW201600189A; CN105290118A

Abstract

本发明提供一种能不干涉轧材的速度和张力进行控制的轧制设备的控制***。轧制设备的控制***包括：后方混合控制器，该后方混合控制器基于所述轧材的行进分量所对应的值加上拉伸分量所对应的值后得到的值，计算后方辊电动机的转矩基准值，所述后方辊电动机驱动轧机的辊和其它辊中后方侧的后方辊；以及前方混合控制器，该前方混合控制器基于从轧材的行进分量所对应的值减去拉伸分量所对应的值后得到的值，算出前方辊电动机的转矩基准值，所述前方辊电动机驱动轧机的辊和其它辊中前方侧的前方辊。

Description

轧制设备的控制***

技术领域

本发明涉及轧制设备的控制***。

背景技术

例如，专利文献1中，提出了不干涉轧材的厚度和形状进行控制的轧制设备的控制***。根据该控制***，能适当的控制轧材的厚度和形状。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-147957号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，专利文献1中，无法不干涉轧材的速度和张力进行控制。因此，无法稳定地传送轧材。

本发明是为了解决上述问题而完成的。本发明的目的在于提供一种能不干涉轧材的速度和张力进行控制的轧制设备的控制***。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明涉及的轧制设备的控制***，包括：速度测量部，该速度测量部对轧机的辊和其它辊之间行进的轧材的速度进行测量；张力测量部，该张力测量部对所述轧机的辊和所述其它辊之间行进的轧材的张力进行测量；行进分量计算部，该行进分量计算部基于所述轧材的速度的指令值与由所述速度测量部测量的所述轧材的速度的偏差，计算所述轧材的行进分量所对应的值；拉伸分量计算部，该拉伸分量计算部基于所述轧材的张力的指令值与由所述张力测量部测量的所述轧材的张力的偏差，计算与所述轧材的行进分量垂直的拉伸分量所对应的值；后方混合控制器，该后方混合控制器基于所述轧材的行进分量所对应的值加上拉伸分量所对应的值后得到的值，计算后方辊电动机的转矩基准值，所述后方辊电动机驱动所述轧机的辊和所述其它辊中后方侧的后方辊；以及前方混合控制器，该前方混合控制器基于从所述轧材的行进分量所对应的值减去拉伸分量所对应的值后得到的值，计算前方辊电动机的转矩基准值，所述前方辊电动机驱动所述轧机的辊和所述其它辊中前方侧的前方辊。

发明效果

根据本发明，转矩基准值基于轧材的行进分量所对应的值和拉伸分量所对应的值而算出。因此，轧材的速度和张力的响应特性能相互独立地进行设计。结果，能不干涉轧材的速度和张力进行控制。

附图说明

图1是利用了本发明的实施方式1中轧制设备的控制***的轧制设备的结构图。

图2是用于说明利用本发明的实施方式1中轧制设备的控制***所进行的卷绕带卷电动机的转矩控制以及轧机电动机的转矩控制的图。

图3是用于说明本发明的实施方式1中轧制设备的控制***的后方混合控制器的框图。

图4是用于说明本发明的实施方式1中轧制设备的控制***的前方混合控制器的框图。

图5是用于说明利用本发明的实施方式1中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。

图6是用于说明利用本发明的实施方式1中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

图7是用于说明本发明的实施方式2中轧制设备的控制***的卷绕带卷电动机的框图。

图8是用于说明本发明的实施方式2中轧制设备的控制***的轧机电动机的框图。

图9是用于说明利用本发明的实施方式2中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。

图10是用于说明利用本发明的实施方式2中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

图11是用于说明利用本发明的实施方式2中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制和张力控制的图。

图12是用于说明本发明的实施方式3中轧制设备的控制***的卷绕带卷电动机的框图。

图13是用于说明本发明的实施方式3中轧制设备的控制***的轧机电动机的框图。

图14是用于说明利用本发明的实施方式3中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。

图15是用于说明利用本发明的实施方式3中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

图16是利用了本发明的实施方式4中轧制设备的控制***的轧制设备的结构图。

图17是用于说明利用本发明的实施方式4中轧制设备的控制***所进行的轧机电动机的转矩控制以及张力辊电动机的转矩控制的图。

图18是用于说明本发明的实施方式4中轧制设备的控制***的后方混合控制器的框图。

图19是用于说明本发明的实施方式4中轧制设备的控制***的前方混合控制器的框图。

图20是用于说明利用本发明的实施方式4中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。

图21是用于说明利用本发明的实施方式4中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

图22是用于说明本发明的实施方式5中轧制设备的控制***的轧机电动机的框图。

图23是用于说明本发明的实施方式5中轧制设备的控制***的张力辊电动机的框图。

图24是用于说明利用本发明的实施方式5中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。

图25是用于说明利用本发明的实施方式5中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

图26是用于说明本发明的实施方式6中轧制设备的控制***的轧机电动机的框图。

图27是用于说明本发明的实施方式6中轧制设备的控制***的张力辊电动机的框图。

图28是用于说明利用本发明的实施方式6中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。

图29是用于说明利用本发明的实施方式6中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

具体实施方式

根据附图对用于实施本发明的实施方式进行说明。另外，各图中，对相同或相当的部分标注相同的标号。对该部分的重复说明适当地简化以及省略。

实施方式1.

图1的可逆冷轧***中，以图示中的位置关系定义“上游”、“下游”、“前方”、“后方”、“入口侧”、“出口侧”。在轧材1的行进方向的后方侧上设置卷绕带卷2。卷绕带卷电动机3的输出轴安装在卷绕带卷2的中心。卷绕带卷驱动装置4连接在卷绕带卷电动机3上。

在轧材1的行进方向的前方侧上设置卷回带卷5。卷回带卷电动机6的输出轴安装在卷回带卷5的中心。卷回带卷电动机驱动装置7连接在卷回带卷电动机6上。

在卷绕带卷2和卷回带卷5之间设置轧机8。轧机8包括轧辊9。在轧机8的上方设置压下装置10。轧机电动机11的输出轴安装在轧辊9的中心。在压下装置10和轧机电动机11上安装轧机驱动装置12。

在卷回带卷5和轧机8之间设置入口侧张力计13。入口侧张力计13作为张力测量部发挥作用。在入口侧张力计13设置入口侧输送辊14。入口侧输送辊14连接入口侧转速传感器15。在入口侧张力计13和轧机8之间设置入口侧板速度计16。入口侧板速度计16作为速度测量部发挥作用。在入口侧板速度计16和轧机8之间设置入口侧板厚计17。

在轧机8和卷绕带卷2之间设置出口侧张力计18。出口侧张力计18作为张力测量部发挥作用。在出口侧张力计18设置出口侧输送辊19。出口侧转速传感器20连接出口侧输送辊19。在轧机8和出口侧张力计18之间设置出口侧板速度计21。出口侧板速度计21作为速度测量部发挥作用。在轧机8和出口侧板速度计21之间设置出口侧板厚计22。

入口侧张力计13、入口侧转速传感器15、入口侧板速度计16、入口侧板厚计17、出口侧张力计18、出口侧转速传感器20、出口侧板速计21以及出口侧板厚计22连接控制器23。控制器23包括后方混合控制器24以及前方混合控制器25。控制器23连接卷绕带卷驱动装置4、卷回带卷电动机驱动装置7以及轧机驱动装置12。

轧机8的入口侧中，入口侧张力计13测量轧材1的张力。入口侧张力计13输出轧材1的张力的响应值T_in ^res(MPa)。入口侧转速传感器15测量入口侧输送辊14的转速。入口侧转速传感器15输出入口侧输送辊14的转速的响应值n_in ^res(rps)。入口侧板速度计16测量轧材1的速度。入口侧板速度计16输出轧材1的速度的响应值v_in ^res(mm/s)。入口侧板厚计17测量轧材1的板厚。入口侧板厚计17输出轧材1的板厚的响应值t_in ^res(mm)。

轧机8的出口侧中，出口侧张力计18测量轧材1的张力。出口侧张力计18输出轧材1的张力的响应值T_out ^res(MPa)。出口侧转速传感器20测量出口侧输送辊19的转速。出口侧转速传感器20输出出口侧输送辊19的转速的响应值n_out ^res(rps)。出口侧板速度计21测量轧材1的速度。出口侧板速度计21输出轧材1的速度的响应值v_out ^res(mm/s)。出口侧板厚计22测量轧材1的板厚。出口侧板厚计22输出轧材1的板厚的响应值t_out ^res(mm)。

控制器23中，卷绕带卷2设定为后方辊。卷绕带卷电动机3设定为后方卷绕电动机。轧辊9设定为前方辊。轧机电动机11设定为前方辊电动机。

控制器23基于响应值T_in ^res、响应值n_in ^res、响应值v_in ^res、响应值T_out ^res、响应值n_out ^res、响应值v_out ^res、响应值t_out ^res控制轧材1的厚度。这时，后方混合控制器24计算卷绕带卷电动机3的转矩基准值τ_TR ^ref(N/m)。前方混合控制器25计算轧机电动机11的转矩基准值τ_Mill ^ref(N/m)。

卷绕带卷驱动装置4基于转矩基准值τ_TR ^ref控制卷绕带卷电动机3。卷绕带卷电动机3利用卷绕带卷驱动装置4的控制驱动卷绕带卷2。轧机驱动装置12基于转矩基准值τ_Mill ^ref控制轧机电动机11。轧机电动机11利用轧机驱动装置12的控制驱动轧辊9。

接着，采用图2对卷绕带卷电动机3的转矩控制和轧机电动机11的转矩控制进行说明。

如图2所示，控制器23对卷绕带卷2的周向速度v_TR(mm/s)与轧辊9的周向速度v_Mill(mm/s)的和分量(1，1)和差分量(1，-1)的两个变量进行反馈控制。

周向速度的和分量(1,1)和差分量(1，-1)利用卷绕带卷2的半径R_TR(mm)、卷绕带卷电动机3的角速度ω_TR(rad/s)、轧辊9的半径R_Mill(mm)、以及轧机电动机11的角速度ω_Mill(rad/s)以如下(1)式表示。

【数学式1】

这时，卷绕带卷2的半径R_TR也考虑了在卷绕带卷2卷绕的轧材1的量。

表示周向速度的和分量(1,1)的向量空间被定义为“轧材1的行进方向的坐标空间”。表示周向速度的差分量(1,-1)的向量空间被定义为“轧材1的拉伸方向的坐标空间”。

控制器23在“轧材1的行进方向的坐标空间”中决定轧材1的速度。控制器23基于“轧材1的拉伸方向的坐标空间”决定轧材1的张力。这时，周向速度的和分量(1,1)和差分量(1，-1)是垂直的向量。由此，能独立地确定轧材1的速度和张力。

卷绕带卷电动机3的角速度ω_TR(rad/s)和轧机电动机11的角速度ω_Mill(rad/s)由(1)式变形得到的如下(2)式表示。

【数学式2】

“轧材1的行进方向的坐标空间”中周向加速度的基准值(d/dt)(v_TR+v_Mill)^ref(mm/s²)与“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中周向加速度的基准值(d/dt)(v_TR-v_Mill)^ref(mm/s²)以如下(3)式表示。

【数学式3】

其中，C_V由速度用PI控制器设定。C_T由张力用PI控制器设定。v_out ^cmd(mm/s)是轧材1的速度的指令值。T_out ^cmd(MPa)是轧材1的张力的指令值。

卷绕带卷电动机3的角加速度的基准值(d/dt)ω_TR(rad/s²)以及轧机电动机11的角加速度的基准值(d/dt)ω_Mill(rad/s²)利用(2)式和(3)式以如下(4)式表示。

【数学式4】

后方混合控制器24通过在(4)式的两边的第一行乘以卷绕带卷2的一侧的惯性力矩J_TR(kg·m²)算出卷绕带卷电动机3的转矩基准值τ_TR ^ref。前方混合控制器25通过在(4)式的两边的第二行乘以轧辊9的一侧的惯性力矩J_Mill(kg·m²)算出轧机电动机11的转矩基准值τ_Mill ^ref。转矩基准值τ_TR ^ref和转矩基准值τ_Mill ^ref以如下(5)式表示。

【数学式5】

接着，利用图3，对后方混合控制器24进行说明。

如图3所示，轧材1的速度的指令值v_out ^cmd和响应值v_out ^res的偏差被输入至速度用PI控制器24a。速度用PI控制器24a作为行进分量计算部，基于该偏差计算轧材1的行进分量所对应的值。

轧材1的张力的指令值T_out ^cmd和响应值T_out ^res的偏差被输入至张力用PI控制器24b。张力用PI控制器24b作为拉伸分量计算部，基于该偏差计算轧材1的拉伸分量所对应的值。

后方混合控制器24基于速度用PI控制器24a的输出值加上张力用PI控制器24b的输出值所得到的值，计算卷绕带卷电动机3的转矩基准值τ_TR ^ref。转矩基准值τ_TR ^ref以如下(6)式表示。

【数学式6】

其中，惯性力矩J_TR也考虑了在卷绕带卷2被卷绕的轧材1的量。

转矩基准值τ_TR ^ref输入至电流控制器24c。电流控制器24c基于转矩基准值τ_TR ^ref计算转矩电流值I_q(A)。基于转矩电流值I_q，确定卷绕带卷电动机3的d轴磁通φ_d(Wb)。基于该d轴磁通φ_d和惯性力矩J_TR，确定卷绕带卷电动机3的角速度的响应值ω_TR ^res(rad/s)。基于角速度的响应值ω_TR ^res和卷绕带卷2的半径R_TR，确定卷绕带卷2的周向速度v_TR ^res。这时，卷绕带卷2的周向速度v_TR ^res未被反馈。

接着，利用图4，对前方混合控制器25进行说明。

如图4所示，轧材1的速度的指令值v_out ^cmd和响应值v_out ^res的偏差被输入至速度用PI控制器25a。速度用PI控制器25a作为行进分量计算部，基于该偏差计算轧材1的行进分量所对应的值。

轧材1的张力的指令值T_out ^cmd和响应值T_out ^res的偏差被输入至张力用PI控制25b。张力用PI控制器25b作为拉伸分量计算部，基于该偏差计算轧材1的拉伸分量所对应的值。

前方混合控制器25基于速度用PI控制器25a的输出值减去张力用PI控制器25b的输出值所得到的值，计算轧机电动机11的转矩基准值τ_Mill ^ref。转矩基准值τ_Mill ^ref以如下(7)式表示。

【数学式7】

转矩基准值τ_Mill ^ref输入至电流控制器25c。电流控制器25c基于转矩基准值τ_Mill ^ref算出转矩电流值I_q(A)。基于转矩电流值I_q，确定轧机电动机11的d轴磁通φ_d(Wb)。基于该d轴磁通φ_d和惯性力矩J_Mill，确定轧机电动机11的角速度的响应值ω_Mill ^res。基于角速度的响应值ω_Mill ^res和轧辊9的半径R_Mill，确定轧辊9的周向速度v_Mill ^res。这时，轧辊9的周向速度v_Mill ^res未被反馈。

接着，利用图5和图6，对轧材1的速度控制和张力控制进行说明。

图5是用于说明利用本发明的实施方式1中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。图6是用于说明利用本发明的实施方式1中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

如图5所示，轧材1的速度的指令值v_out ^cmd和响应值v_out ^res的偏差被输入至速度用PI控制器26。速度用PI控制器26通过对该偏差进行PI控制，算出“轧材1的行进方向的坐标空间”中的周向加速度的基准值(d/dt)(v_TR+v_Mill)^ref。周向加速度的基准值(d/dt)(v_TR+v_Mill)^ref以如下(8)式表示。

【数学式8】

基于周向加速度的基准值(d/dt)(v_TR+v_Mill)^ref,确定“轧材1的行进方向的坐标空间”中周向速度的基准值(v_TR+v_Mill)^ref。这时，基于轧材1的速度分布和中立点的考虑，假设轧材1的速度的响应值v_out ^res。具体而言，假设轧材1的速度的响应值v_out ^res等于卷绕带卷2的周向速度的响应值v_TR ^res和轧辊9的周向速度的响应值v_Mill ^res的平均值。响应值v_out ^res以如下(9)式表示。

【数学式9】

如图6所示，轧材1的张力的指令值T_out ^cmd和响应值T_out ^res的偏差被输入至张力用PI控制器27。张力用PI控制器27通过对该偏差进行PI控制，算出“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中的周向加速度的基准值(d/dt)(v_TR-v_Mill)^ref。周向加速度的基准值(d/dt)(v_TR-v_Mill)^ref以如下(10)式表示。

【数学式10】

基于周向加速度的基准值(d/dt)(v_TR-v_Mill)^ref,确定“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中周向速度的基准值(v_TR-v_Mill)^ref。轧材1的张力的响应值T_out ^res基于应力以及应变的关系而确定。响应值T_out ^res以如下(11)式表示。

【数学式11】

其中，L是卷绕带卷2和轧辊9之间的距离。E是轧材1的杨氏模量。

响应值T_out ^res利用(10)式和(11)式以如下(12)式表示。

【数学式12】

根据以上说明的实施方式1，基于轧材1的行进分量所对应的值和拉伸分量所对应的值计算转矩基准值τ_TR ^ref和转矩基准τ_Mill ^ref。因此，轧材1的速度和张力的响应特性能相互独立地进行设计。结果，能不干涉轧材1的速度和张力进行控制。

实施方式2.

图7是用于说明本发明的实施方式2中轧制设备的控制***的卷绕带卷电动机的框图。图8是用于说明本发明的实施方式2中轧制设备的控制***的轧机电动机的框图。另外，对于与实施方式1相同或相当的部分标注同一标号，省略说明。

如图7所示，在卷绕带卷电动机3上安装扰动观测器28。

卷绕带卷电动机3的转矩响应值τ_TR ^res还包含扰动转矩τ_dis(N·m)。扰动转矩τ_dis由轧制产生的负载转矩，张力产生的负载转矩等造成。

转矩基准值τ_TR ^ref被输入至扰动观测器28。卷绕带卷电动机3的角速度的响应值ω_TR ^res被输入至扰动观测器28。

扰动观测器28基于转矩基准值τ_TR ^ref和角速度的响应值ω_TR ^res计算扰动转矩的推定值τ_dis ^est(N·m)。这时，利用截止频率g_dis(rad/s)和卷绕带卷2的惯性力矩的标称值J_TR ^nom(kg·m²)。扰动转矩的推定值τ_dis ^est对转矩基准值τ_TR ^ref前馈补偿。扰动转矩的推定值τ_dis ^est将扰动转矩τ_dis抵消。结果，消除了扰动的影响。

如图8所示，在轧机电动机11上安装扰动观测器29。

轧机电动机11的转矩响应值τ_Mill ^res还包含扰动转矩τ_dis(N·m)。扰动转矩τ_dis由轧制产生的负载转矩，张力产生的负载转矩等造成。

转矩基准值τ_Mill ^ref被输入至扰动观测器29。轧机电动机11的角速度的响应值ω_Mill ^res被输入至扰动观测器29。

扰动观测器29基于转矩基准值τ_Mill ^ref和角速度的响应值ω_Mill ^res计算扰动转矩的推定值τ_dis ^est(N·m)。这时，利用截止频率g_dis(rad/s)和轧辊9的惯性力矩的标称值J_Mill ^nom(kg·m²)。扰动转矩的推定值τ_dis ^est对转矩基准值τ_Mill ^ref前馈补偿。扰动转矩的推定值τ_dis ^est将扰动转矩τ_dis抵消。结果，消除了扰动的影响。

接着，利用图9和图10，对轧材1的速度控制和张力控制进行说明。

图9是用于说明利用本发明的实施方式2中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。图10是用于说明利用本发明的实施方式2中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

如图9所示，扰动观测器30也在“轧材1的行进方向的坐标空间”中进行动作。结果，在“轧材1的行进方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。

如图10所示，扰动观测器31也在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中进行动作。结果，在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。

接着，采用图11，对消除扰动的影响时的速度控制和张力控制进行说明。

图11是用于说明利用本发明的实施方式2中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制和张力控制的图。图11的上半部分是表示轧材1的速度的响应值v_out ^res的图。图11的下半部分是轧材1的张力的响应值T_out ^res。

在时刻T从0(s)到3(s)之间，轧制未开始。这时，进行停机运转。具体而言，在轧材1的速度的指令值v_out ^cmd为0(mm/s)的状态下，轧材1的张力的指令值T_out ^cmd设定为100(MPa)。

时刻T达到3(s)，则给予轧材1的速度的指令值v_out ^cmd。例如，时刻T从3(s)到5(s)之间和从6(s)到7(s)之间，轧材1的速度的指令值v_out ^cmd发生变化。

以往的控制中，在轧机电动机11一侧，进行速度控制。在卷绕带卷电动机3的一侧，进行张力控制。该情况下，轧材1的张力的响应值T_out ^res相对于指令值T_out ^cmd较小。与此相对的，在混合控制中，轧材1的张力的响应值T_out ^res维持与指令值T_out ^cmd等同。

根据以上说明的实施方式2，在“轧材1的行进方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。因此，能对于轧材1的速度控制和张力控制抑制扰动。

实施方式3.

图12是用于说明本发明的实施方式3中轧制设备的控制***的卷绕带卷电动机的框图。图13是用于说明本发明的实施方式3中轧制设备的控制***的轧机电动机的框图。另外，对于与实施方式2相同或相当的部分标注同一标号，省略说明。

如图12所示，在卷绕带卷电动机3上，安装SFC(Simulator Following Control：模拟跟踪控制器)32。SFC32包括电流控制模型、规范模型以及PD控制器。

SFC32中，电流控制模型将转矩基准值τ_TR ^ref近似为一次延迟***。规范模型基于电流控制模型的输出值计算卷绕带卷电动机3的角速度的模型值ω_TR ^m(rad/s)。这时，利用不受扰动影响的模型。PD控制器通过对模型值ω_TR ^m和响应值ω_TR ^res的偏差进行PD控制，计算补偿转矩τ_cmp(N·m)。补偿转矩τ_cmp对转矩基准值τ_TR ^ref前馈补偿。补偿转矩τ_cmp抵消扰动转矩τ_dis。结果，消除了扰动的影响。

如图13所示，在轧机电动机11上安装SFC33。SFC33包括电流控制模型、规范模型以及PD控制器。

SFC33中，电流控制模型将转矩基准值τ_Mill ^ref近似为一次延迟***。规范模型基于电流控制模型的输出值计算轧机电动机11的角速度的模型值ω_Mill ^m(rad/s)。这时，利用不受扰动影响的模型。PD控制器通过对模型值ω_Mill ^m和响应值ω_Mill ^res的偏差进行PD控制，计算补偿转矩τ_cmp(N·m)。补偿转矩τ_cmp对转矩基准值τ_Mill ^ref前馈补偿。补偿转矩τ_cmp抵消扰动转矩τ_dis。结果，消除了扰动的影响。

接着，利用图14和图15，对轧材1的速度控制和张力控制进行说明。

图14是用于说明利用本发明的实施方式3中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。图15是用于说明利用本发明的实施方式3中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

如图14所示，SFC34也在“轧材1的行进方向的坐标空间”中进行动作。结果，在“轧材1的行进方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。

如图15所示，SFC35也在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中进行动作。结果，在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。

根据以上说明的实施方式3，在“轧材1的行进方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。因此，能对于轧材1的速度控制和张力控制抑制扰动。

实施方式4.

图16是利用了本发明的实施方式4中轧制设备的控制***的轧制设备的结构图。另外，对于与实施方式1相同或相当的部分标注同一标号，省略说明。

在图16的串列式冷轧机***中，串列式冷轧机36设置在轧材1的行进方向的后方侧。在串列式冷轧机36中，多个轧制台串联连接。第一轧制台37设置在多个轧制台的最靠近入口侧处。

第一轧制台37包括轧辊38。压下装置39设置在第一轧制台37的上方。轧机电动机40的输出轴安装在轧辊38的中心。轧机驱动装置41连接压下装置39和轧机电动机40。

在轧材1的行进方向的前方侧设置输送辊42和张力辊43。张力辊电动机44的输出轴安装在张力辊43的中心。张力辊驱动装置45连接张力辊电动机44。

入口侧板速度计46设置在张力辊43和第一轧制台37之间。入口侧板速度计46作为速度测量部发挥作用。在入口侧板速度计46和第一轧制台37之间设置入口侧张力计47。入口侧张力计47作为张力测量部发挥作用。在入口侧张力计47和第一轧制台37之间设置入口侧板厚计48。出口侧板厚计49设置在第一轧制台37的出口侧。

控制器50连接入口侧板速度计46、入口侧张力计47、入口侧板厚计48、以及出口侧板厚计49。控制器50包括后方混合控制器51以及前方混合控制器52。控制器50连接轧机驱动装置41和张力辊驱动装置45。

在第一轧制台37的入口侧中，入口侧板速度计46测量轧材1的速度。入口侧板速度计46输出轧材1的速度的响应值v_in ^res。入口侧张力计47测量轧材1的张力。入口侧张力计47输出轧材1的张力的响应值T_in ^res。入口侧板厚计48测量轧材1的板厚。入口侧板厚计48输出轧材1的板厚的响应值t_in ^res。

在第一轧制台37的出口侧中，出口侧板厚计49输出轧材1的板厚的响应值t_out ^res。

控制器50中，轧辊38设定为后方辊。轧机电动机40设定为后方辊电动机。张力辊43设定为前方辊。张力辊电动机44设定为前方辊电动机。

控制器50基于响应值v_in ^res、响应值T_in ^res、响应值t_in ^res、以及响应值t_out ^res控制轧材1的厚度。这时，后方混合控制器51计算轧机电动机40的转矩基准值τ_Mill ^ref。前方混合控制器52计算张力辊电动机44的转矩基准值τ_BR ^ref。

轧机驱动装置41基于转矩基准值τ_Mill ^ref控制轧机电动机40。轧机电动机40利用轧机驱动装置41的控制驱动轧辊38。张力辊驱动装置45基于转矩基准值τ_BR ^ref控制张力辊电动机44。张力辊电动机44利用张力辊驱动装置45的控制驱动张力辊43。

接着，采用图17对轧机电动机40的转矩控制和张力辊电动机44的转矩控制进行说明。

如图17所示，控制器50对轧辊38的周向速度v_Mill(mm/s)与张力辊43的周向速度V_BR(mm/s)的和分量(1，1)和差分量(1，-1)的两个变量进行反馈控制。

后方混合控制器51基于与实施方式1同样的考虑方式计算轧机电动机40的转矩基准值τ_Mill ^ref。前方混合控制器52基于与实施方式1同样的考虑方式计算张力辊电动机44的转矩基准值τ_BR ^ref。转矩基准值τ_Mill ^ref和转矩基准值τ_BR ^ref以如下(13)式表示。

【数学式13】

其中，C_V由速度用PI控制器设定。C_T由张力用PI控制器设定。V_in ^cmd(mm/s)是轧材1的速度的指令值。T_in ^cmd(MPa)是轧材1的张力的指令值。

接着，利用图18，对后方混合控制器51进行说明。

如图18所示，轧材1的速度的指令值v_in ^cmd和响应值v_in ^res的偏差被输入至速度用PI控制器51a。速度用PI控制器51a作为行进分量计算部，基于该偏差计算轧材1的行进分量所对应的值。

轧材1的张力的指令值T_in ^cmd和响应值T_in ^res的偏差被输入至张力用PI控制器51b。张力用PI控制器51b作为拉伸分量计算部，基于该偏差计算轧材1的拉伸分量所对应的值。

后方混合控制器51基于速度用PI控制器51a的输出值加上张力用PI控制器51b的输出值所得到的值，计算轧机电动机40的转矩基准值τ_Mill ^ref。

转矩基准值τ_Mill ^ref输入至电流控制器51c。电流控制器51c基于转矩基准值τ_Mill ^ref计算转矩电流值I_q(A)。基于转矩电流值I_q，确定轧机电动机40的d轴磁通φ_d(Wb)。基于该d轴磁通φ_d和惯性力矩J_Mill，确定轧机电动机40的角速度的响应值ω_Mill ^res(rad/s)。基于角速度的响应值ω_Mill ^res和轧辊38的半径R_Mill，确定轧辊38的周向速度v_Mill ^res。这时，轧辊38的周向速度v_Mill ^res未被反馈。

接着，利用图19，对前方混合控制器52进行说明。

如图19所示，轧材1的速度的指令值v_in ^cmd和响应值v_in ^res的偏差被输入至速度用PI控制52a。速度用PI控制器52a作为行进分量计算部，基于该偏差计算轧材1的行进分量所对应的值。

轧材1的张力的指令值T_in ^cmd和响应值T_in ^res的偏差被输入至张力用PI控制器52b。张力用PI控制器52b作为拉伸分量计算部，基于该偏差计算轧材1的拉伸分量所对应的值。

前方混合控制器52基于速度用PI控制器52a的输出值减去张力用PI控制器52b的输出值所得到的值，计算张力辊电动机44的转矩基准值τ_BR ^ref。

转矩基准值τ_BR ^ref输入至电流控制器52c。电流控制器52c基于转矩基准值τ_BR ^ref算出转矩电流值I_q(A)。基于转矩电流值I_q，确定张力辊电动机44的d轴磁通φ_d(Wb)。基于该d轴磁通φ_d和惯性力矩J_BR，确定张力辊电动机44的角速度的响应值ω_BR ^res(rad/s)。基于角速度的响应值ω_BR ^res和张力辊43的半径R_BR，确定张力辊43的周向速度v_BR ^res。这时，张力辊43的周向速度v_BR ^res未被反馈。

接着，利用图20和图21，对轧材1的速度控制和张力控制进行说明。

图20是用于说明利用本发明的实施方式4中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。图21是用于说明利用本发明的实施方式4中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

如图20所示，轧材1的速度的指令值v_in ^cmd和响应值v_in ^res的偏差被输入至速度用PI控制器53。速度用PI控制器53通过对该偏差进行PI控制，算出“轧材1的行进方向的坐标空间”中的周向加速度的基准值(d/dt)(v_Mill+v_BR)^ref。周向加速度的基准值(d/dt)(v_Mill+v_BR)^ref以如下(14)式表示。

【数学式14】

基于周向加速度的基准值(d/dt)(v_Mill+v_BR)^ref,确定“轧材1的行进方向的坐标空间”中周向速度的基准值(v_Mill+v_BR)^ref。这时，基于轧材1的速度分布和中立点的考虑假设轧材1的响应值v_in ^res。具体而言，假设轧材1的响应值v_in ^res等于轧辊38的周向速度的响应值v_Mill ^res和张力辊43的周向速度的响应值v_BR ^res的平均值。响应值v_in ^res以如下(15)式表示。

【数学式15】

如图21所示，轧材1的张力的指令值T_in ^cmd和响应值T_in ^res的偏差被输入至张力用PI控制器54。张力用PI控制器54通过对该偏差进行PI控制，算出“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中的周向加速度的基准值(d/dt)(v_Mill-v_BR)^ref。周向加速度的基准值(d/dt)(v_Mill-v_BR)^ref以如下(16)式表示。

【数学式16】

基于周向加速度的基准值(d/dt)(v_Mill-v_BR)^ref,确定“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中周向速度的基准值(v_Mill-v_BR)^ref。轧材1的张力的响应值T_in ^res基于应力以及应变的关系而确定。响应值T_in ^res以如下(17)式表示。

【数学式17】

其中，L是轧辊38和张力辊43之间的距离。E是轧材1的杨氏模量。

响应值T_in ^res利用(16)式和(17)式以如下(18)式表示。

【数学式18】

根据以上说明的实施方式4，基于轧材1的行进分量所对应的值和拉伸分量所对应的值计算转矩基准值τ_Mill ^ref和转矩基准τ_BR ^ref。因此，轧材1的速度和张力的响应特性能相互独立地进行设计。结果，能不干涉轧材1的速度和张力进行控制。

实施方式5.

图22是用于说明本发明的实施方式5中轧制设备的控制***的轧机电动机的框图。图23是用于说明本发明的实施方式5中轧制设备的控制***的张力辊电动机的框图。另外，对于与实施方式4相同或相当的部分标注同一标号，省略说明。

如图22所示，在轧机电动机40上安装扰动观测器55。

轧机电动机40的转矩响应值τ_Mill ^res还包含扰动转矩τ_dis(N·m)。扰动转矩τ_dis由于轧辊38的开度操作、以及设置在张力辊43的入口侧的套口机等的振动而产生。

转矩基准值τ_Mill ^ref被输入至扰动观测器55。轧机电动机40的角速度的响应值ω_Mill ^res被输入至扰动观测器55。

扰动观测器55基于转矩基准值τ_Mill ^ref和角速度的响应值ω_Mill ^res计算扰动转矩的推定值τ_dis ^est(N·m)。这时，利用截止频率g_dis(rad/s)和轧辊38的惯性力矩的标称值J_Mill ^nom(kg·m²)。扰动转矩的推定值τ_dis ^est对转矩基准值τ_Mill ^ref前馈补偿。扰动转矩的推定值τ_dis ^est将扰动转矩τ_dis抵消。结果，消除了扰动的影响。

如图23所示，在张力辊电动机44上安装扰动观测器56。

张力辊电动机44的转矩响应值τ_BR ^res还包含扰动转矩τ_dis(N·m)。扰动转矩τ_dis由于轧辊38的开度操作、以及设置在张力辊43的入口侧的套口机等的振动而产生。

转矩基准值τ_BR ^ref被输入至扰动观测器56。张力辊电动机44的角速度的响应值ω_BR ^res被输入至扰动观测器56。响应值ω_BR ^res从前方速度传感器被输入。

扰动观测器56基于转矩基准值τ_BR ^ref和角速度的响应值ω_BR ^res计算扰动转矩的推定值τ_dis ^est(N·m)。这时，利用截止频率g_dis(rad/s)和张力辊43的惯性力矩的标称值J_BR ^nom(kg·m²)。扰动转矩的推定值τ_dis ^est对转矩基准值τ_Mill ^ref前馈补偿。扰动转矩的推定值τ_dis ^est将扰动转矩τ_dis抵消。结果，消除了扰动的影响。

接着，利用图24和图25，对轧材1的速度控制和张力控制进行说明。

图24是用于说明利用本发明的实施方式5中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。图25是用于说明利用本发明的实施方式5中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

如图24所示，扰动观测器57也在“轧材1的行进方向的坐标空间”中进行动作。结果，在“轧材1的行进方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。

如图25所示，扰动观测器58也在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中进行动作。结果，在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。

根据以上说明的实施方式5，在“轧材1的行进方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。因此，能对于轧材1的速度控制和张力控制抑制扰动。

实施方式6.

图26是用于说明本发明的实施方式6中轧制设备的控制***的轧机电动机的框图。图27是用于说明本发明的实施方式6中轧制设备的控制***的张力辊电动机的框图。另外，对于与实施方式3相同或相当的部分标注同一标号，省略说明。

如图26所示，在轧机电动机40上，安装SFC(Simulator Following Control：模拟跟踪控制器)59。SFC59包括电流控制模型、规范模型以及PD控制器。

SFC59中，电流控制模型将转矩基准值τ_Mill ^ref近似为一次延迟***。规范模型基于电流控制模型的输出值计算轧机电动机40的角速度的模型值ω_Mill ^m(rad/s)。这时，利用不受扰动影响的模型。PD控制器通过对模型值ω_Mill ^m和响应值ω_Mill ^res的偏差进行PD控制，计算补偿转矩τ_cmp(N·m)。补偿转矩τ_cmp对转矩基准值τ_Mill ^ref前馈补偿。补偿转矩τ_cmp抵消扰动转矩τ_dis。结果，消除了扰动的影响。

如图27所示，在张力辊电动机44上安装SFC60。SFC60包括电流控制模型、规范模型以及PD控制器。

SFC60中，电流控制模型将转矩基准值τ_BR ^ref近似为一次延迟***。规范模型基于电流控制模型的输出值计算张力辊电动机44的角速度的模型值ω_BR ^m(rad/s)。这时，利用不受扰动影响的模型。PD控制器18c通过对模型值ω_BR ^m和响应值ω_BR ^res的偏差进行PD控制，计算补偿转矩τ_cmp(N·m)。补偿转矩τ_cmp对转矩基准值τ_BR ^ref前馈补偿。补偿转矩τ_cmp抵消扰动转矩τ_dis。结果，消除了扰动的影响。

接着，利用图28和图29，对轧材1的速度控制和张力控制进行说明。

图28是用于说明利用本发明的实施方式6中轧制设备的控制***所进行的轧材的速度控制的框图。图29是用于说明利用本发明的实施方式6中轧制设备的控制***所进行的轧材的张力控制的框图。

如图28所示，SFC61也在“轧材1的行进方向的坐标空间”中进行动作。结果，在“轧材1的行进方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。

如图29所示，SFC62也在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中进行动作。结果，在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。

根据以上说明的实施方式6，在“轧材1的行进方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。在“轧材1的拉伸方向的坐标空间”中，也能消除扰动的影响。因此，能对于轧材1的速度控制和张力控制抑制扰动。

标号说明

1 轧材

2 卷绕带卷

3 卷绕带卷电动机

4 卷绕带卷驱动装置

5 卷回带卷

6 卷回带卷电动机

7 卷回带卷电动机驱动装置

8 轧机

9 轧辊

10 压下装置

11 轧机电动机

12 轧机驱动装置

13 入口侧张力计

14 入口侧输送辊

15 入口侧转速传感器

16 入口侧板速度计

17 入口侧板厚计

18 出口侧张力计

19 出口侧输送辊

20 出口侧转速传感器

21 出口侧板速度计

22 出口侧板厚计

23 控制器

24 后方混合控制器

24a 速度用PI控制器

24b 张力用PI控制器

24c 电流控制器

25 前方混合控制器

25a 速度用PI控制器

25b 张力用PI控制器

25c 电流控制器

26 速度用PI控制器

27 张力用PI控制器

28 扰动观测器

29 扰动观测器

30 扰动观测器

31 扰动观测器

32 SFC

33 SFC

34 SFC

35 SFC

36 串列式冷轧机

37 第一轧制台

38 轧辊

39 压下装置

40 轧机电动机

41 轧机驱动装置

42 输送辊

43 张力辊

44 张力辊电动机

45 张力辊驱动装置

46 入口侧板速度计

47 入口侧张力计

48 入口侧板厚计

49 出口侧板厚计

50 控制器

51 后方混合控制器

51a 速度用PI控制器

51b 张力用PI控制器

51c 电流控制器

52 前方混合控制器

52a 速度用PI控制器

52b 张力用PI控制器

52c 电流控制器

53 速度用PI控制器

54 张力用PI控制器

55 扰动观测器

56 扰动观测器

57 扰动观测器

58 扰动观测器

59 SFC

60 SFC

61 SFC

62 SFC

Claims

1.一种轧制设备的控制***，包括：

速度测量部，该速度测量部对轧机的辊和其它辊之间行进的轧材的速度进行测量；

张力测量部，该张力测量部对所述轧机的辊和所述其它辊之间行进的轧材的张力进行测量；

行进分量计算部，该行进分量计算部基于所述轧材的速度的指令值与由所述速度测量部测量的所述轧材的速度的偏差，计算所述轧材的行进分量所对应的值；

拉伸分量计算部，该拉伸分量计算部基于所述轧材的张力的指令值与由所述张力测量部测量的所述轧材的张力的偏差，计算与所述轧材的行进分量垂直的拉伸分量所对应的值；

后方混合控制器，该后方混合控制器基于所述轧材的行进分量所对应的值加上拉伸分量所对应的值后得到的值，计算后方辊电动机的转矩基准值；以及

前方混合控制器，该前方混合控制器基于从所述轧材的行进分量所对应的值减去拉伸分量所对应的值后得到的值，计算前方辊电动机的转矩基准值，

所述后方辊是位于后方侧的所述轧机的辊或所述其它辊，

所述前方辊是位于前方侧的所述轧机的辊或所述其它辊。

2.如权利要求1所述的轧制设备的控制***，其特征在于，

所述后方辊由设置在所述轧机的出口侧的卷绕带卷构成，

所述前方辊由所述轧机的辊构成，

所述后方辊电动机由驱动所述卷绕带卷的卷绕带卷电动机构成，

所述前方辊电动机由驱动所述轧机的辊的轧机电动机构成，

所述后方混合控制器基于下述值，计算所述卷绕带卷电动机的转矩基准值：该值为，对于将所述轧材的行进分量所对应的值加上拉伸分量所对应的值后得到的和值，乘以所述卷绕带卷侧的惯性力矩后所得到的值；

所述前方混合控制器基于下述值，计算所述轧机电动机的转矩基准值：该值为，对于将所述轧材的行进分量所对应的值减去拉伸分量所对应的值后得到的差值，乘以所述轧机的辊的一侧的惯性力矩后所得到的值。

3.如权利要求2所述的轧制设备的控制***，其特征在于，

所述后方混合控制器基于下述值，计算所述卷绕带卷电动机的转矩基准值：该值为，对于将所述轧材的行进分量所对应的值加上拉伸分量所对应的值所得到的和值，乘以考虑了所述卷绕带卷卷绕的所述轧材的量后算出的所述卷绕带卷一侧的惯性力矩后所得到的值。

4.如权利要求1所述的轧制设备的控制***，其特征在于，

所述后方辊由所述轧机的辊构成，

所述前方辊由设置在所述轧机的入口侧的张力辊构成，

所述后方辊电动机由驱动所述轧机的辊的轧机电动机构成，

所述前方辊电动机由驱动所述张力辊的张力辊电动机构成，

所述后方混合控制器基于所述轧材的行进分量所对应的值加上拉伸分量所对应的值后得到的值，计算所述轧机电动机的转矩基准值，

所述前方混合控制器基于从所述轧材的行进分量所对应的值减去拉伸分量所对应的值后得到的值，计算所述张力辊电动机的转矩基准值。

5.如权利要求4所述的轧制设备的控制***，其特征在于，

所述后方辊由设置在所述轧机的最靠近入口侧的轧制台的辊构成。

6.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的轧制设备的控制***，其特征在于，

包括扰动观测器，该扰动观测器基于所述后方辊电动机的转矩基准值和所述后方辊电动机的角速度的响应值，计算所述后方辊电动机的扰动转矩，将所述后方辊电动机的扰动转矩的推定值前馈补偿至所述后方辊电动机的转矩基准值，基于所述前方辊电动机的转矩基准值和所述前方辊电动机的角速度的响应值，计算所述前方辊电动机的扰动转矩，将所述前方辊电动机的扰动转矩的推定值前馈补偿至所述前方辊电动机的转矩基准值。

7.如权利要求1至权利要求5中任一项所述的轧制设备的控制***，其特征在于，包括：

电流控制模型，该电流控制模型将所述后方辊电动机的转矩基准值和所述前方辊电动机的转矩基准值近似为一次延迟***，

规范模型，该规范模型基于所述电流控制模型的输出值，计算所述后方辊电动机的角速度的模型值和所述前方辊电动机的角速度的模型值，以及

PD控制器，该PD控制器基于所述后方辊电动机的角速度的模型值和所述后方辊电动机的角速度的响应值的偏差，计算所述后方辊电动机的补偿转矩，将所述后方辊电动机的补偿转矩前馈补偿至所述后方辊电动机的转矩基准值，基于所述前方辊电动机的角速度的模型值和所述前方辊电动机的角速度的响应值的偏差，计算所述前方辊电动机的补偿转矩，将所述前方辊电动机的补偿转矩前馈补偿至所述前方辊电动机的转矩基准值。