JP2003001313A - 冷間圧延における板厚制御方法 - Google Patents

冷間圧延における板厚制御方法

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JP2003001313A
JP2003001313A JP2001185099A JP2001185099A JP2003001313A JP 2003001313 A JP2003001313 A JP 2003001313A JP 2001185099 A JP2001185099 A JP 2001185099A JP 2001185099 A JP2001185099 A JP 2001185099A JP 2003001313 A JP2003001313 A JP 2003001313A
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Atsuki Naka
篤起 仲
Kentaro Wakamatsu
賢太郎 若松
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Abstract

(57)【要約】 【課題】速度指令値に対するモータ制御装置の応答特性
を板厚制御系にとって最適に調整することで鋼板の板厚
変動を小さくできる板厚制御方法を提供する。 【解決手段】コンピュータ8、10によって板厚計6、
7の計測値と板厚の指令値とから被制御スタンドのモー
タの速度指令値を算出し、速度指令値に基づいてモータ
電流を出力する制御器12とモータの実速度に基づいて
モータ電流を出力する制御器13とを備えるモータ制御
装置9、11にコンピュータ8、10が算出した速度指
令値を与え、モータ制御装置9、11のそれぞれの制御
器12、13の出力は加算してモータに与え、また、そ
れぞれの制御器12、13は個別に応答特性を調整でき
るようにしてモータ制御装置9、11の速度指令値に対
する応答特性を板厚制御系にとって最適になるように調
整するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、タンデム圧延機に
より鋼板を圧延する場合に板厚の変動の小さい鋼板を得
ることができる、冷間圧延における板厚制御方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】鋼板をタンデム圧延機により冷間圧延す
る場合には板厚の変動を抑え、板厚を一定に保つように
制御することが必要である。板厚を制御する方法として
は、鋼板に掛ける張力を制御する方法があり、被制御ス
タンドの圧延ロールを駆動するモータの速度を制御する
ようにしている。モータ速度の指令値は、板厚計によっ
て計測した板厚をコンピュータに入力し、演算して得る
ようにしており、フィードバックあるいはフィードフォ
ワードの思想に基づいたプログラムにより演算される。
【0003】このコンピュータによる演算方式ならびに
演算プログラムは様々な方法が提案されており、それに
よって得られるモータの速度指令値がある程度妥当なも
のであることは検証されている。しかしながら、コンピ
ュータの演算により得られるモータの速度指令値に対す
るモータの応答特性は、単純に高精度及び又は高応答の
ものが精密な板厚制御を行なううえで必要とされてい
た。
【0004】従来、このモータの速度制御をする場合に
は図4に示すようないわゆるPID制御と呼ばれる制御
方式によるのが一般的である。こうした通常のPID制
御によるモータの制御装置は良く知られたものであるの
で詳細な説明は省略するが、速度指令値と実際のモータ
速度の検出値とを比較した結果を速度制御器に与えてP
ID演算し、その結果をモータ駆動装置に与えてモータ
の速度を制御するものである。図4において鎖線で囲ん
だ部分が制御装置であり、モータにはモータ駆動装置を
含むものである。また、図4では負荷トルク(外乱)が
速度制御器の出力と共にモータに入力されるように表わ
しているが、実際に負荷トルクを検出して信号としてこ
こに与えるということではなく、外乱である負荷トルク
が図示した部分に入力されるのと等価になることを示す
ものである。
【0005】板厚変動は、通常鋼板ストリップの接続部
に発生するオフゲージ長さと定常部に発生する定常部板
厚変動とで評価されており、これらを最小にするように
板厚制御系全体を調整することが求められる。従来の技
術では、コンピュータによる演算プログラムを調整する
ものであった。一方、モータの制御装置においては、通
常、比例ゲインと積分ゲインを定め、応答特性を調整す
るようにしており、無負荷時のステップ応答により調整
することが多いが、無負荷時の応答と負荷時すなわち圧
延中の応答ひいては板厚変動との相関が得られていない
ため無負荷時の応答調整が負荷時の板厚制御にとって必
ずしも最適であるとは限らなかった。また、単なるPI
D制御ではモータの負荷トルクの変動が外乱となって応
答調整の制約となることから調整の範囲が限られてい
た。このため鋼板の板厚変動を十分に抑制することがで
きないという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決し、速度指令値に対するモータ制御装置の応答特
性を板厚制御系にとって最適に調整することにより、鋼
板の板厚変動を小さくできる板厚制御方法を提供するた
めになされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の冷間圧延における板厚制御方法
は、鋼板の冷間圧延に使用するタンデム圧延機に板厚計
を設け、圧延ロールを駆動するモータの速度を制御する
ことにより板厚を制御するようにした冷間圧延における
板厚制御方法において、コンピュータによって板厚計の
計測値と板厚の指令値とから被制御スタンドのモータの
速度指令値を算出し、速度指令値に基づいてモータ電流
を出力する制御器とモータの実速度に基づいてモータ電
流を出力する制御器とを備えるモータ制御装置にコンピ
ュータが算出した速度指令値を与え、モータ制御装置の
それぞれの制御器の出力は加算してモータに与え、ま
た、それぞれの制御器は個別に応答特性を調整できるよ
うにしてモータ制御装置の速度指令値に対する応答特性
を板厚制御系にとって最適になるように調整することを
特徴とするものである。
【0008】また、モータ制御装置は機械系モデルを備
えたものとし、速度指令値に基づいてモータ電流を出力
する制御器の出力を機械系モデルにより処理するように
して機械系モデルにより処理して得られる速度信号を該
制御器の入力に加えるようにし、モータ制御装置の速度
指令値に対する応答特性を板厚制御系にとって最適にな
るように調整することが好ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明の冷間圧延における
板厚制御方法をタンデム圧延機において実施した場合の
実施の形態を図を参照しながら説明する。タンデム圧延
機はここでは図1に示すように、第1から第5までの5
台の圧延スタンド1、2、3、4、5が順次配置され、
第2と第3のスタンド2、3の間と第5のスタンド5の
出側にそれぞれ板厚計6、7が配置された構成としてあ
る。板厚計6、7としては従来知られるX線式のものが
使用可能である。板厚計6が計測した板厚はコンピュー
タ8に入力され、コンピュータ8は第2のスタンド2の
圧延ロールを駆動するモータの速度指令値を算出し、該
速度指令値を第2のスタンド2の圧延ロールを駆動する
モータのモータ制御装置9に与える。また、板厚計7が
計測した板厚はコンピュータ10に入力され、コンピュ
ータ10は第4のスタンド4の圧延ロールを駆動するモ
ータの速度指令値を算出し、該速度指令値を第4のスタ
ンド4の圧延ロールを駆動するモータのモータ制御装置
11に与える。
【0010】図2はモータ制御装置9、11の構成の一
例を示すブロック図であって、鎖線で囲んだ部分がモー
タ制御装置9、11である。この例では、モータ制御装
置9、11は第1の速度制御器12、第2の速度制御器
13及び機械系モデル14から構成されており、コンピ
ュータ8又は10から与えられる速度指令値は第1の速
度制御器12に導かれ、該速度制御器12の出力は第2
の速度制御器13の出力と加算されてモータ15、16
に与えられる。モータ15、16には従来から多く使用
されている直流モータを使用しており、モータ制御装置
9、11からは電流指令値がモータ15、16に与えら
れる。ここで、モータ15、16は駆動装置を含むもの
として取り扱う。すなわち、モータの駆動装置は半導体
による電力変換装置であって、単なる電力増幅器であ
り、応答の遅れも無視できるものであることから駆動装
置を含むモータをモータ15、16として考えるわけで
ある。
【0011】第1の速度制御器12の出力はモータ1
5、16の応答特性をモデル化した機械系モデル14に
入力し、機械系モデル14の出力は第1の速度制御器1
2の入力側において速度指令値と突合するようにしてあ
り、また、モータ15、16の速度検出値と突合して第
2の速度制御器13に入力するようにしてある。図2で
は、機械系モデル14の出力とモータ15、16の速度
検出値とともに負荷トルク(外乱)も第2の速度器13
の入力側において突合されるように表わしているが、実
際に負荷トルクを検出して信号としてここに与えるので
はなく、外乱である負荷トルクがここに入力されるのと
等価になることを示すものである。
【0012】前記構成のものにおいて、板厚計6、7が
板厚を計測するとその計測値はコンピュータ8、10に
入力される。コンピュータ8及び10はそれぞれ第2の
スタンド2及び第4のスタンド4の圧延ロールを駆動す
るモータ15及び16の速度指令値を算出し、算出した
速度指令値をモータ制御装置9及び11に与える。第1
の速度制御器12は速度指令値を受けて演算し、モータ
15、16の電流指令値を算出する。電流指令値は機械
系モデル14に入力され、機械系モデル14はモータ1
5、16の伝達特性を近似して電流指令値に対するモー
タ15、16の速度を算出する。この算出されたモータ
15、16の速度は第1の速度制御器12の入力側にお
いて速度指令値と突合されるので第1の速度制御器12
から得られる電流指令値は機械系モデル14により修正
されたものとなる。
【0013】第2の速度制御器13には、モータ15、
16の実際の速度を検出した速度検出値と、機械系モデ
ル14が算出したモータ15、16の速度が突合されて
入力されるので、第2の速度制御器13は機械系モデル
14により修正された速度検出値をモータ15、16の
電流値に変換することになる。第2の速度制御器13の
出力は第1の速度制御器12の出力と加算されてモータ
15、16に与えられる。第1及び第2の速度制御器1
2及び13は基本的には比例要素と積分要素をもつもの
であり、機械系モデル14はモータの特性をモデル化し
たもので基本的には積分要素をもつものである。また、
外乱である負荷トルクの変動は、速度検出値として第2
の速度制御器13に入力されることになる。
【0014】このようにして、速度指令値と速度検出値
はそれぞれ第1の速度制御器12と第2の速度制御器1
3を通して突合され、電流指令値としてモータ15、1
6に与えられることとなってモータ15、16の速度が
それぞれの速度指令値と一致するように制御されること
となる。ここで、第1の速度制御器12では速度指令値
に対する応答特性を調整することができるものであり、
第2の速度制御器13では速度検出値に含まれる外乱に
対する応答特性を別個に調整することができるものであ
ることから、特に第1の速度制御器12の速度指令値に
対する応答特性を板厚制御系にとって最適に調整するこ
とにより、鋼板の板厚変動を抑制できることになる。
【0015】ここにおいて、第1の速度制御器12の応
答特性を板厚制御系にとって最適になるように調整する
わけであるが、板厚制御系にとって最適にするというこ
とはオフゲージ長さと定常部板厚変動とが共に最小にな
るようにするということである。ボード線図から最適な
点が存在することを知ることはできるが、これから実際
に比例ゲインと積分ゲインをどのように定めるかの解を
得ることが困難であるため、本願発明者はオフゲージ長
さと定常部板厚変動との間に相関があり、定常部板厚変
動を小さくすればオフゲージ長さも小さくなるという考
えにより、先ず比例ゲインを仮に定め、定常部板厚変動
を指標にして積分ゲインを定めることを行い、第1の速
度制御器12の応答特性を板厚制御系にとって最適に調
整することが容易になった。
【0016】図3はモータ制御装置9、11の構成の別
の例を示すブロック図であって、鎖線で囲んだ部分がモ
ータ制御装置9、11である。この例では、モータ制御
装置9、11は速度制御器17、補償制御器18から構
成されており、コンピュータ8又は10から与えられる
速度指令値は補償制御器18に導かれ、また、モータ1
5、16の速度検出値と突合して速度制御器17入力す
るようにしてある。速度制御器17の出力と補償制御器
18の出力は加算され、モータ15、16に与えられ
る。モータ15、16は駆動装置を含むものとして取り
扱うこと、図3に表した負荷トルクがここに入力される
のと等価になることは、前記図2に示すものと同様であ
る。速度制御器17及び補償制御器18は基本的には比
例要素と積分要素をもつものである。
【0017】このような構成とした場合には、速度指令
値と速度検出値とが突合され、両者の誤差が速度制御器
17に入力される。速度制御器17は演算してモータ1
5、16の電流指令値を算出し、モータ15、16に与
える。これにより、モータ15、16の速度がそれぞれ
の速度指令値と一致するように制御されることとなる。
ここで、補償制御器18はモータ15、16の伝達特性
に基づいて伝達特性が定めてあり、速度指令値を入力と
して演算し、速度指令値に対するモータ15、16の電
流を算出するものである。
【0018】ここで、補償制御器18では速度指令値に
対する応答特性を調整でき、速度制御器17では速度検
出値に含まれる外乱に対する応答特性を別個に調整する
ことができるものであることから、モータ制御装置9、
11を図3に示すような構成にした場合も補償制御器1
8の速度指令値に対する応答特性を最適に調整すること
により、鋼板の板厚変動を抑制できることになる。補償
制御器18の応答特性は前記と同様に定常部板厚変動を
指標にすることにより板厚制御系にとって最適に調整す
ることが容易となる。
【0019】なお、前記実施の形態においては、板厚計
6、7の計測値によってそれぞれ第2のスタンド2、第
4のスタンド4の圧延モータの制御をするようにしてい
るが、1個の板厚計の計測値によって複数の圧延スタン
ドの圧延ロールを駆動する複数のモータを同時に制御す
ることも可能である。こうした場合は、複数のコンピュ
ータにより各スタンドのモータの速度指令値を同時に算
出し、その速度指令値を前記のように構成した各モータ
のモータ制御装置に与えるようにすればよい。
【0020】また、板厚計のタンデム圧延機での設置位
置はスタンド間、最終スタンドの出側等いずれであって
もかまわない。さらに鋼板通板方向の設置位置はタンデ
ム圧延機の1箇所でも複数箇所でもかまわない。図5は
本発明の別の実施の形態を示す配置図であって、この場
合は第3と第4のスタンド3、4の間と第5のスタンド
5の出側にそれぞれ板厚計6、7が配置された構成とし
てある。板厚計6、7が計測した板厚はそれぞれコンピ
ュータ8、10に入力され、コンピュータ8、10はそ
れぞれ第4、第5のスタンド4、5の圧延ロールを駆動
するモータの速度指令値を算出し、それぞれのモータの
モータ制御装置9、11に与えるようにしてある。
【0021】
【実施例】図1に示すタンデム圧延機において、板厚計
6の計測値により第2の圧延スタンドの圧延モータの速
度制御をした場合、モータ制御装置を従来のPID制御
としたときの鋼板の板厚の変動は0.21%であった
が、モータ制御装置を図2に示す本発明の制御方法によ
るものとした場合には0.17%と大きく改善された。
【0022】本発明は以上の説明によっても明らかなよ
うに、コンピュータによって板厚計の計測値と板厚の指
令値とから被制御スタンドのモータの速度指令値を算出
し、速度指令値に対する応答特性を調整する制御器と外
乱に対する応答特性を調整する制御器とを備えたモータ
制御装置に速度指令値を与え、それぞれの制御器の応答
特性を個別に調整できるようにしたのでモータ制御装置
の速度指令値に対する応答特性を板厚制御系にとって最
適になるように調整することができることとなるので鋼
板の板厚変動を抑制できるものである。
【0023】なお、前記実施の形態においては、コンピ
ュータが各板厚計ごとに設けてあるが、1台のコンピュ
ータによりプログラムで同時に処理できることは言うま
でもない。また、モータ制御装置を図2に示すような構
成とした場合には、機械系モデルを使用して機械系モデ
ルにより処理した結果を入力側に戻すようにしたことに
より優れた制御特性が得られる利点がある。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は速度指令
値に対する応答特性を調整する制御器と外乱に対する応
答特性を調整する制御器とを設け、速度指令値に対する
応答特性を板厚制御系にとって最適になるように調整す
ることができるようにしたので、板厚変動の少ない鋼板
が得られるという利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す配置図である。
【図2】モータ制御装置の構成の一例を示すブロック図
である。
【図3】モータ制御装置の構成の他の例を示すブロック
図である。
【図4】従来のモータ制御装置の構成の例を示すブロッ
ク図である。
【図5】本発明の別の実施の形態を示す配置図である。
【符号の説明】
1 第1の圧延スタンド 2 第2の圧延スタンド 3 第3の圧延スタンド 4 第4の圧延スタンド 5 第5の圧延スタンド 6 板厚計 7 板厚計 8 コンピュータ 9 モータ制御装置 10 コンピュータ 11 モータ制御装置 12 第1の速度制御器 13 第2の速度制御器 14 機械系モデル 15 モータ 16 モータ 17 速度制御器 18 補償制御器
フロントページの続き Fターム(参考) 4E024 AA07 BB06 CC03 CC08 EE01 GG01 GG03 5H550 AA03 BB07 DD01 FF03 GG03 JJ03 JJ04 LL01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼板の冷間圧延に使用するタンデム圧延機
    に板厚計を設け、圧延ロールを駆動するモータの速度を
    制御することにより板厚を制御するようにした冷間圧延
    における板厚制御方法において、コンピュータによって
    板厚計の計測値と板厚の指令値とから被制御スタンドの
    モータの速度指令値を算出し、速度指令値に基づいてモ
    ータ電流を出力する制御器とモータの実速度に基づいて
    モータ電流を出力する制御器とを備えるモータ制御装置
    にコンピュータが算出した速度指令値を与え、モータ制
    御装置のそれぞれの制御器の出力は加算してモータに与
    え、また、それぞれの制御器は個別に応答特性を調整で
    きるようにしてモータ制御装置の速度指令値に対する応
    答特性を板厚制御系にとって最適になるように調整する
    ことを特徴とする冷間圧延における板厚制御方法。
  2. 【請求項2】モータ制御装置は機械系モデルを備えたも
    のとし、速度指令値に基づいてモータ電流を出力する制
    御器の出力を機械系モデルにより処理するようにして機
    械系モデルにより処理して得られる速度信号を該制御器
    の入力に加えるようにし、モータ制御装置の速度指令値
    に対する応答特性を板厚制御系にとって最適になるよう
    に調整することを特徴とする請求項1に記載の冷間圧延
    における板厚制御方法。
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JP2007196270A (ja) * 2006-01-27 2007-08-09 Nippon Steel Corp 圧延主機モータの速度制御方法

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