JP2960011B2 - 圧延における加減速時の板厚制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属板を冷間圧延す
るに際して、その圧延速度の加減速時における板厚変動
を効果的に抑制し得る板厚制御方法および制御装置に関
する。

【０００２】

【関連する背景技術】金属板の冷間圧延においてその圧
延速度を加減速した場合、作業ロールと圧延材との間の
油膜厚さ等の変化に伴って該作業ロールと圧延材との摩
擦係数が変化し、その結果、圧延荷重が変動して定常圧
延速度時に比較して大きな板厚変動が生じることが知ら
れている。

【０００３】そこで従来、特開平４−３６７３０９号公
報に示されるように、圧延速度の加減速時における圧延
荷重変動量を、上記摩擦係数の変化を影響係数とする圧
延荷重変動予測式を用いて予測し、この予測された圧延
荷重変動に対して前記ロールによる圧下位置補正を行う
ことで、その板厚変動を抑制する技術が提唱されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記圧延荷重
予測法の場合には摩擦係数の変化だけを影響係数として
予測式に加えているので、例えば歪み速度が大きく変化
するような圧延の場合、或いは歪み速度の変化に対して
変形抵抗が大きな影響を受けるような圧延材料、例えば
アルミニウムや銅のような金属材料の場合、その圧延荷
重予測精度が非常に悪くなる。この結果、圧延材の加減
速が行われた部分での板厚精度が劣化し、これに伴って
該圧延材の先端部および尾端部における、所謂オフゲー
ジ領域が増長すると言う不具合があった。

【０００５】また従来にあっては、既に変化したと思わ
れる圧延荷重変動量を予測して板厚制御を行っているの
で、所定の制御周期分の制御遅れが生じることが否めな
い。つまり圧延荷重予測精度を向上させても、制御遅れ
の分だけ板厚変動が発生し、圧延材の先端オフゲージ長
が増長すると言う問題があった。この点、特開平８−４
７７０８号公報には、油圧圧下系の制御応答遅れを補償
して圧下精度を向上させる手法が開示される。しかしこ
の手法を採用しても、所定の制御周期、例えば１制御周
期分の制御遅れを修正することができないと言う問題が
あった。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、歪み速度が大きく変化するよう
な圧延を行う場合であって、圧延速度の加減速時におけ
る板厚精度を十分に確保することができ、オフケージ部
分を少なくすることのできる圧延における板厚制御方法
および制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る板厚制御方法は、金属板を冷間圧延するに際し
て、圧延速度の加減速時における圧延荷重変動を、摩擦
係数および変形抵抗をそれぞれ影響係数とした圧延荷重
変動予測式を用いて予測し、この予測された圧延荷重変
動量に基づいて圧延機における圧下位置を補正するよう
にしたことを特徴とするものである。

【０００８】つまり従来より採用されていた摩擦係数の
みならず、新たに速度変化（歪み速度変化）に対する変
形抵抗の変動を影響係数として加えた圧延荷重変動予測
式を用いて加減速時における圧延荷重変動量を予測し、
この予測結果に従って圧下装置における圧下位置を補正
することで、歪み速度変化の影響を除去して出側板厚の
変動を抑え、加減速時におけ板厚精度を十分高くするよ
うに圧延することを特徴とするものである。

【０００９】また請求項２に記載の本発明に係る板厚制
御装置は、圧延速度の加減速時における圧延荷重変動量
ΔＰを、摩擦係数および変形抵抗をそれぞれ影響係数と
した圧延荷重変動予測式を用いて予測する手段と、上記
圧延荷重変動予測式に基づいて算出された荷重変化予測
量をロールギャップ補正量ΔＳｋに変換する手段と、こ
の変換されたロールギャップ補正量に従って板厚補償制
御を行う手段とを具備したことを特徴とするものであ
る。

【００１０】つまり摩擦係数および変形抵抗をそれぞれ
影響係数とした圧延荷重変動予測式を用いて圧延荷重変
動量ΔＰを算出し、この圧延荷重変動量ΔＰから求めら
れるロールギャップ補正量ΔＳｋに従って板厚制御量を
補償することで、簡単な制御系で効果的に板厚精度を高
めるようにしたことを特徴とするものである。更に請求
項３に記載の発明に係る板厚制御方法は、圧延速度制御
に用いる圧延速度指令値を、所定の制御周期後に到達す
ると予測される圧延速度として求め、上記圧延速度指令
値をパラメータとした圧延荷重変動予測式を用いて圧延
速度の加減速時における圧延荷重変動を予測し、この予
測された圧延荷重変動量に基づいて圧延機における圧下
位置を補正するようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１１】つまり圧延荷重変動予測式における圧延速
度パラメータとして、従来一般的に使用されている圧延
速度のフィードバック信号に代えて、その圧延機の圧延
速度制御に使用している速度指令値、つまり所定の制御
周期後に到達させるべき圧延速度（予測圧延速度）を用
いることで、該所定の制御周期後に起こり得る圧延荷重
変動を高精度に予測して圧下制御を行うようにしたこと
を特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の態様】以下、図面を参照して本発明に係
る板厚制御方法および制御装置の第１の実施形態につい
て説明する。図１は圧延機とその板厚制御装置の概略的
な構成を示す模式的なブロック図である。圧延機１は、
上下に対向配置された一対のワークロール２を主体とし
て構成され、上記ワークロール２間に導かれる圧延材３
を所定の圧力で圧延するものである。このワークロール
２間に印加される圧延力は、圧下制御装置４の制御の下
で圧下装置５により加えられる。

【００１３】尚、図中６はワークロール２間の圧延荷重
Ｐを検出するロードセルであり、７はワークロール２に
よる圧延速度Ｖ（回転数）を検出するパルスジェネレー
タ、８は入側板厚偏差ΔＨを計測するＸ線厚み計、９は
出側板厚偏差Δｈを計測するＸ線厚み計である。このよ
うな圧延機１の作動を制御する板厚制御装置は、ＡＧＣ
演算部１１を主体とする板厚制御システム１２と、荷重
変化予測演算部１４およびロールギャップ補正演算部１
５を主体とした演算器１６とを備えて構成される。板厚
制御システム１２におけるＡＧＣ演算部１１は前記圧延
機１における圧延荷重Ｐ，入側板厚偏差ΔＨ，および出
側板厚偏差Δｈの各データに従って該圧延機１を制御す
るべくロールギャップ操作量ΔＳaを求めるものであ
る。また圧延速度制御部１８は、ワークロール２に対す
る圧延速度の加減速時における圧延速度指令値、即ち、
現時点から所定の制御周期後（１スキャン後）において
達成するべく圧延速度Ｖsを設定するものである。

【００１４】一方、演算器１６における荷重変化予測演
算部１４は、前記パルスジェネレータ７によって計測さ
れる圧延速度Ｖ、または前記圧延速度制御部１８により
設定される圧延速度指令値Ｖsと、上位のプロセスコン
ピュータ１３から与えられる板厚値（目標板厚）やその
他の被圧延材の情報とに従って、後述する圧延圧延荷重
変動予測式に基づいて前記圧延機１における圧延荷重変
動量ΔＰを予測（算出）する役割を担う。またロールギ
ャップ補正演算部１５は上記荷重変化予測演算部１４に
て予測された圧延荷重変動量ΔＰに基づいて前記ワーク
ロール２間に設定すべきロールギャップ量ΔＳを求める
ものである。

【００１５】前記板厚制御システム１２は、基本的には
上記ＡＧＣ演算部１１にて求められたロールギャップ操
作量ΔＳaを操作量ΔＳとして前記圧下制御装置４に出
力するものであるが、ここでは上記演算器１６にて求め
られたロールギャップ量ΔＳを板厚制御補償量ΔＳkと
して入力し、この板厚制御補償量ΔＳkを加算器１７に
おいて前記ロールギャップ操作量ΔＳaに加算すること
で前記圧下制御装置４に対する操作量ΔＳを求めてい
る。

【００１６】ここで上記荷重変化予測演算部１４、およ
びロールギャップ補正演算部１５における演算処理につ
いて説明すると、荷重変化予測演算部１４では、基本的
には或る速度域Ｖでの微小な圧延速度変化に対する微小
な圧延荷重変動を次のようにして予測する。

【００１７】

【数１】

【００１８】但し、Ｐは圧延荷重，ΔＰは微小圧延荷重
変化量，Ｖはパルスジェネレータ７によって計測される
圧延速度，ΔＶは微小速度変化量である。この発明の第
１の実施形態においては、速度変化に対する圧延荷重変
動の要因として摩擦係数と変形抵抗との２つの要因を考
慮するものとし、速度変化に対する摩擦係数変化と歪み
速度変化に対する変形抵抗変化とをそれぞれ影響係数と
した次式を(１)式から導いている。

【００１９】

【数２】

【００２０】ちなみに圧延速度変化に対する摩擦係数変
化は図２(ａ)に示すような関係を有し、また歪み速度変
化に対する変形抵抗変化は図２(ｂ)に示すような関係を
有しており、これらの関係は、例えば次式のように表さ
れる。

【００２１】

【数３】

【００２２】但し、Ｈは入側板厚，ｈは出側板厚であ
り、Ｒ'は偏平ロール径，そしてＫm'は速度零[０]時に
おける変形抵抗であって、ａ,ｂ,ｃ,ｄ,ｅはそれぞれ定
数である。従ってこのようにして求められる摩擦係数お
よび変形抵抗を前述した予測式に代入すれば、速度変化
に対する圧延荷重変化のモデル式を次のように求めるこ
とができる。

【００２３】

【数４】

【００２４】前述した荷重変化予測演算部１４は、上述
した如く求められる荷重変動予測式(５)に従って圧延速
度がＶである時の微小圧延荷重変動予測量ΔＰを算出
（予測）している。そしてロールギャップ補正演算部１
５では、上記の如く算出された微小圧延荷重変化予測量
ΔＰを入力し、圧延機１のミル定数をＫとしてロールギ
ャップ補正量ΔＳkを ΔＳk ＝ ΔＰ／Ｋ …(６) として算出している。このロールギャップ補正量ΔＳk
が板厚制御システム１２のＡＧＣ演算部１１において求
められたロールギャップ操作量ΔＳaに加算され、圧下
制御装置４に対する操作量が ΔＳ ＝ ΔＳa ＋ ΔＳk として求められている。この操作量ΔＳに従って圧下装
置５が駆動され、前記ワークロール２間のギャップが調
整されて板厚制御がなされる。

【００２５】以上のように本発明に係る圧延制御方法お
よび制御装置によれば、速度変化に対する圧延荷重変動
の要因として、従来より採用されてきた摩擦係数のみな
らず、変形抵抗をも考慮して、速度変化に対する摩擦係
数変化と歪み速度変化に対する変形抵抗変化とをそれぞ
れ影響係数とした圧延荷重変動予測式を立てている。そ
してこの圧延荷重変化予測式に基づいて、圧延速度が変
化する際の微小速度変化に対する圧延荷重変化量を予測
し、この予測された圧延荷重変化量に従って圧延機１に
おけるワークロール２間の圧下量を補正するものとなっ
ている。

【００２６】従って歪み速度が大きく変化するような圧
延の場合や、歪み速度の変化に対して変形抵抗が大きな
影響を受けるような圧延材、例えばアルミニウムや銅等
を圧延するような場合であっても、圧延速度が変化する
際の圧延荷重変動を高精度に予測して板厚制御すること
ができ、板厚精度を高めることができる。この結果、圧
延材３の先端部および尾端部におけるオフゲージ長を短
くすることができる。

【００２７】図３は加速時における板厚変動量につい
て、従来の制御法と本発明による制御法とを対比して示
したものである。この図に示されるように本発明法によ
れば、従来法に比較して加速時における板厚変動の幅
（振幅）を大幅に小さくすることができ、またオフケー
ジの長さも大幅に短縮することができる。従って圧延の
開始時点や終了時点において圧延速度が変化する際、つ
まり加減速時における板厚変動を効果的に抑制すること
ができ、その圧延材３の先端部および尾端部におけるオ
フゲージ長を短くして全体的な板厚精度を高め、歩留り
を向上させることができる。しかも本発明の制御法によ
れば、板厚制御システム１２だけによる従来一般的な板
厚制御との干渉を招くことなく、その板厚制御量に補正
を施すことができるので、従来システムに付加的に組み
込むことも可能であり、従来システム自体に組み込むこ
とも可能である等の利点もある。

【００２８】ところで上述した第１の実施形態において
は、パルスジェネレータ７により求められる圧延速度Ｖ
を圧延速度パラメータとした圧延荷重変動予測式に基づ
いて圧延荷重変動量を予測した。しかし上記圧延速度Ｖ
に代えて、圧延速度制御部１８においてワークロール２
の周速の制御に用いる為の圧延速度指令値Ｖsを圧延速
度パラメータとする圧延荷重変動予測式を用いて圧延荷
重変動量を予測するようにしても良い。

【００２９】この第２の実施形態について説明すると、
現在の圧延状態を示すフィードバック信号としてパルス
ジェネレータ７により求められる圧延速度Ｖに代えて、
図１に示す圧延速度制御部１８にて実行される圧延機１
の速度制御により、その制御周期後（１スキャン後）に
おいて変化するであろう圧延速度を該圧延速度制御部１
８から速度指令値Ｖsとして求める。そして現時点から
１スキャン後に達していると予測される圧延速度（速度
指令値Ｖs）を圧延速度パラメータとする圧延荷重変動
予測式に基づき、１スキャン後に圧延速度がΔＶだけ変
動した時点での圧延荷重変動量を予測し、その予測値に
従って圧下制御を実行することを特徴としている。

【００３０】より具体的には前述した第１の実施形態に
おいては、現時点[Ｔo]における圧延速度Ｖoと、その１
制御周期前[Ｔ-1]に計測されている圧延速度Ｖ-1とか
ら、１制御周期における圧延速度の変化量ΔＶを（Ｖo
−Ｖ-1）として求め、この間に変動したであろう圧延荷
重変化量ΔＰを予測して圧下制御を実行するものであっ
た。しかしこの第２の実施形態にあっては、圧延速度制
御の下で１制御周期後[Ｔ+1]に到達しているであろう圧
延速度Ｖ+1を前記圧延速度制御部１８からの速度指令値
Ｖsとして求め、現時点[Ｔo]における圧延速度Ｖoとの
差から、今後の１制御周期間における圧延速度の変化量
ΔＶを（Ｖ+1−Ｖo）として求め、この間に変動するで
あろう圧延荷重変化量ΔＰを前述した予測式に従って予
測する。そしてこの予測した圧延荷重変化量ΔＰに従っ
て圧延機１におけるワークロール２間の圧下量を補正す
ることを特徴としている。

【００３１】かくしてこのような予測制御によれば、圧
下量の補正効果が現れる時点での圧延速度の変化を見込
んで、その時点における荷重変化量ΔＰを予測して圧下
量補正を行うので、図４(ａ)に時間経過に伴う圧下位置
の変化を示すように、実際の圧下の動きを理想的な圧下
制御量に近付けることが可能となる。この点、前述した
第１の実施形態による予測制御によれば、パルスジェネ
レータ７により検出される圧延速度の実績値、つまり圧
延速度の変化量ΔＶに基づいて現時点における荷重変化
量ΔＰを予測して圧下量を補正することになるので、図
４(ｂ)に示すようにその制御周期の分だけ圧下位置の制
御遅れが生じることが否めない。

【００３２】従って第２の実施形態に示すように、圧延
制御部１８からの速度指令値Ｖsを圧延速度パラメータ
として圧延荷重変動を予測するようにすれば、第１の実
施形態に加えてその制御応答遅れを抑えて高精度な板厚
制御を行うことが可能となる。しかも圧延速度を示すフ
ィードバック信号（パルスジェネレータ７からの信号）
に代えて、圧延制御部１８から求められる速度指令値Ｖ
sを圧延速度パラメータとするだけで、その板厚制御性
を飛躍的に向上させることができる。しかも油圧圧下系
の制御遅れも含めて、これを効果的に改善することが可
能となる。

【００３３】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではない。例えば圧延速度と摩擦係数の関係、およ
び歪み速度と変形抵抗との関係を前述した式(３)(４)以
外の関係式を用いて表現して、圧延荷重変動予測式を立
てるようにしても良い。また荷重変化の予測に用いる圧
延速度パラメータを、パルスジェネレータ７から求めら
れる圧延速度を採用するか、或いは圧延速度制御部１８
から求められる速度指令値を採用するかを、適応的に選
択するようにしても良い。要はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
延速度が変化するとき、摩擦係数および変形抵抗を影響
係数とした圧延荷重変動予測式に基づいて板厚変動に対
する補償制御を行うので、歪み速度が大きく変化するよ
うな圧延の場合や、歪み速度の変化に対して変形抵抗が
大きな影響を受ける圧延材を圧延する場合であっても、
圧延速度が変化する際の圧延荷重変動を高精度に予測し
て板厚制御することができ、圧延材の先端部および尾端
部におけるオフケージ部分を短くして全体的な板厚精度
を高め、その歩留りを向上させ得る等の効果が奏せられ
る。

【００３５】また特に請求項３に記載の発明によれば、
圧延速度制御に用いる圧延速度指令値を、所定の制御周
期後に到達すると予測される圧延速度として求め、予測
された圧延速度指令値をパラメータとした圧延荷重変動
予測式を用いて圧延速度の加減速時における圧延荷重変
動を予測するので、その変化を先取りした制御遅れのな
い高精度な板厚制御が可能となる。従ってその板厚精度
を更に高め、生産歩留りを飛躍的に向上させることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧延機における板厚制御装置の一
実施態様を示す概略的なブロック構成図。

【図２】圧延速度と摩擦係数との関係、および歪み速度
と変形抵抗との関係をそれぞれ示す図。

【図３】加速時における板厚偏差を、本発明法と従来法
とを対比して示す図。

【図４】時間経過に伴う圧下位置の変化を、圧延荷重変
動予測式におけるパラメータとして圧延速度指令値を用
いた場合と、フィードバック信号を用いた場合とを対比
して示す図。

【符号の説明】

１ 圧延機 ４ 圧下制御装置 １１ ＡＧＣ演算部 １２ 板厚制御システム １４ 荷重変化予測演算部 １５ ロールギャップ補正演算部 １８ 圧延速度制御部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板を冷間圧延するに際し、圧延速度
   の加減速時における圧延荷重変動を、摩擦係数および変
   形抵抗をそれぞれ影響係数とした圧延荷重変動予測式を
   用いて予測し、予測された圧延荷重変動量に基づいて圧
   下位置補正してなることを特徴とする圧延における加減
   速時の板厚制御方法。
2. 【請求項２】 圧延速度の加減速時における圧延荷重変
   動量ΔＰを、摩擦係数および変形抵抗をそれぞれ影響係
   数とした圧延荷重変動予測式を用いて予測する手段と、
   上記圧延荷重変動予測式に基づいて算出された荷重変化
   予測量をロールギャップ補正量ΔＳｋに変換する手段
   と、この変換されたロールギャップ補正量に従って板厚
   補償制御を行う手段とを具備したことを特徴とする圧延
   における加減速時の板厚制御装置。
3. 【請求項３】 金属板を冷間圧延するに際し、圧延速度
   制御に用いる圧延速度指令値を、所定の制御周期後に到
   達すると予測される圧延速度として求め、この圧延速度
   指令値をパラメータとした圧延荷重変動予測式を用いて
   圧延速度の加減速時における圧延荷重変動を予測し、予
   測された圧延荷重変動量に基づいて圧下位置補正してな
   ることを特徴とする圧延における加減速時の板厚制御方
   法。