JPH067815A - 予制御を有する調節方法 - Google Patents

予制御を有する調節方法

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JPH067815A
JPH067815A JP5054618A JP5461893A JPH067815A JP H067815 A JPH067815 A JP H067815A JP 5054618 A JP5054618 A JP 5054618A JP 5461893 A JP5461893 A JP 5461893A JP H067815 A JPH067815 A JP H067815A
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adjusting method
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JP5054618A
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Andre Berghs
ベルグス アンドレ
Hans-Peter Troendle
トレンドレ ハンスペーター
Peter Hopf
ホツプフ ペーター
Georg Bytomski
ビトムスキ ゲオルク
Hans-Joachim Felkl
フエルクル ハンス‐ヨアヒム
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Siemens AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 予制御を有する調節を、新しい目標値が非常
に速く、またオーバーシュートなしに到達されるように
最適化する。 【構成】 調節器９に入力量として目標値および実際値
を供給し、それらに基づいて調節器９が操作端に対する
調節器操作量を供給し、調節器操作量に予制御値を重畳
し、モデル調節ループのなかで連続的に、予制御に基づ
いて期待される実際値に対する期待値を求め、この期待
値から求められた指令値を調節器９に目標値として供給
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、調節方法、たとえば少
なくとも１つの調節器および少なくとも１つの操作端を
含む圧延スタンドに対する油圧式ロール間隙調節方法で
あって、調節器に入力量として目標値および実際値が供
給され、それらに基づいて調節器が操作端に対する調節
器操作量を供給し、調節器操作量に予制御値が重畳され
る調節方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような調節方法は知られている。し
かし、予制御を有するこのような調節の際にも、跳躍的
な目標値変化の際に全調節偏差が調節器入力端に与えら
れるので、調節動特性は制限されている。特に調節器が
積分部分を有するならば、このことは駆動すべき目標値
を越える実際値のかなりのオーバーシュートに通ずる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、予制
御を有する調節を、新しい目標値が非常に速く、またオ
ーバーシュートなしに到達されるように最適化すること
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は、モデル調節
ループのなかで連続的に、予制御に基づいて期待される
実際値に対する期待値が求められ、この期待値から求め
られた指令値が調節器に目標値として供給されることに
より解決される。
【０００５】それにより、調節偏差、すなわち目標値と
実際値との間の差が非常に小さくなり、理想的な場合に
は零であり、調節器が実際上能動的にならないことが達
成される。従って、調節利得は、調節がパラメータ変化
に対して堅牢であるように選定され得る。同時に予制御
に基づいて、調節のダイナミックスが高くとどまること
が保証される。
【０００６】モデル調節ループはシミュレーションすべ
き調節対象に応じて線形または非線形の調節対象モデル
を有し得る。モデル調節ループが非線形の調節対象モデ
ルを有するならば、非線形の調節対象が一層良好にモデ
ル化され得る。それにより調節良度が改善され得る。
【０００７】期待値が連続的に、外部から予め与え得る
ガイド値と比較され、また調節器操作量に、期待値がが
ガイド値に等しくない間は、予制御値が重畳され、その
際に予制御値がガイド値および期待値（ｘ1 ″) の差の
関数として決定されるならば、予制御が、具体的な調節
対象モデルにおいて、調節器の能動化なしにガイド値を
単に部分的ではなく全面的に近接することが達成され
る。
【０００８】期待値がガイド値に可能なかぎり速く、か
つオーバーシュートなしに追随するように関数が選ばれ
ているならば、ガイド値が時間最適に近接されることが
保証されている。
【０００９】 操作端が時間的に遅らされて操作量に反
応するならば、指令値と実際値との間の差を回避するた
め、指令値を求める際に操作端の時間的に遅らされた反
応がモデル調節ループのなかで顧慮されることは有利で
ある。すなわち、それにより、予制御の間に調節器が望
ましくない仕方で制御過程に干渉することが回避され
る。特に厄介なのは、調節器が積分部分を有するときの
調節器の干渉である。その理由は調節器の積分部分のな
かで予制御の終端で再び解消されなければならない調節
偏差が積算され、このことが実際値のオーバーシュート
に通ずるであろうことである。
【００１０】 指令値と実際値との間の差を回避するた
め、測定値検出および（または）測定値前処理の影響お
よび（または）計算むだ時間が少なくとも部分的に、指
令値を求める際に顧慮されることは有利である。
【００１１】 時間的遅れの顧慮が少なくとも部分的
に、期待値を求めた後に初めて行われるならば、予制御
はまさに適時にガイド値の到達の前にスイッチオフさ
れ、従って実際値が操作端の時間的に遅らされた反応に
もかかわらずガイド値を越えて振動することはない。
【００１２】 調節が、テクノロジー的作用に基づいて
互いに影響する複数の個別調節から成っており、個別調
節を互いに脱結合するため個別調節のガイド値、指令
値、実際値および調節器操作量の変換が行われることは
特に有利である。非線形の負荷依存性を顧慮するため予
制御値、期待値および指令値を求める過程は変換されな
い量で行われる。従って、予制御値は直接に変換されな
い調節器操作量に直接重畳される。
【００１３】次に本発明の実施例を図面について説明す
る。
【００１４】
【実施例】図１において、２０ロール圧延スタンドは、
圧下（ロール間隙変更）の重心ｘM 、圧下の斜位ｘS お
よびシンクロナイジングｘG12 およびｘG34 が４つの油
圧シリンダ１〜４により設定されるように構成されてい
る。その際に圧下の重心ｘM は圧下測定値ｘ1 ないしｘ
4 の平均値としてシリンダ１ないし４に与えられてい
る。圧下の斜位ｘS はシリンダ１および２における圧下
測定値ｘ1 およびｘ2の平均値により、シリンダ３およ
び４における圧下測定値ｘ3 およびｘ4 の平均値を差し
引いて、与えられている。左側のシンクロナイジングｘ
G12 はシリンダ１および２における圧下測定値ｘ1 およ
びｘ2 の差により与えられている。類似の仕方で右側の
シンクロナイジングｘG34 が計算される。
【００１５】従って圧延スタンドの全調節は一義的に、
互いに影響する複数の個別調節から成っている。個別調
節を可能なかぎり互いに脱結合するため、圧延スタンド
の調節のために４つの圧下行程ｘ1 ないしｘ4 が直接に
調節されずに、圧下の重心ｘM および斜位ｘS ならびに
圧延スタンドのシンクロナイジングｘG12 およびｘG3 4
が調節される。
【００１６】これらの調節が供給する調節器操作量Δｖ
M * 、ΔｖS * 、ΔｖG12 * およびΔｖG34 * から、次
いで個々のシリンダ１ないし４に対する調節器操作量Δ
ｖ1 * ないしΔｖ4 * が調節器操作量の変換により求め
られる。
【００１７】図２には２０ロール圧延スタンドに対する
調節の構成が示されている。外部から調節に圧下の重心
ｘM および斜位ｘS ならびにシンクロナイジングｘG12
およびｘG34 に対するガイド値ｘM * 、ｘS * ｘG12 *
およびｘG34 * が予め与えられる。これらの値ｘM * 、
ｘS * ｘG12 * およびｘG34 * は換算装置５のなかで油
圧シリンダ１ないし４の圧下行程ｘ1 ないしｘ4 に対す
るガイド値ｘ1 * ないしｘ4 * に換算される。
【００１８】モデル調節ループ６のなかでガイド値ｘ1
* から図３で一層詳細に説明する１つの期待値ｘ1 ″と
結び付いて調節および調節対象の物理的限界の顧慮のも
とに油圧シリンダ１に対する予制御値ｖ1 * および調節
器９に対する指令値ｘ1 ′が求められる。類似の仕方で
別の（図面を見易くするため図示されていない）モデル
調節ループのなかで油圧シリンダ２ないし４に対する予
制御値ｖ2 * ないしｖ4 * および指令値ｘ2 ′ないしｘ
4 ′が求められる。
【００１９】モデル調節ループにより求められた指令値
ｘ1 ′ないしｘ4 ′は換算装置７のなかで圧下の重心ｘ
M および斜位ｘS ならびにシンクロナイジングｘG12 お
よびｘG34 に対する指令値ｘM ′、ｘS ′ｘG12 ′およ
びｘG34 ′に換算される。このようにして変換された指
令値ｘM ′、ｘS ′ｘG12 ′およびｘG34 ′は目標値と
して調節器に供給される。
【００２０】図２には、再び図面を見易くするため、加
算点８を介して指令値ｘM ′を供給される調節器９のみ
が示されている。
【００２１】調節器９は実際値として、換算ユニット１
０のなかで圧下の実際値ｘ1 ないしｘ4 から求められた
圧下の重心の実際値ｘM を得る。圧下の実際値ｘ1 ない
しｘ4 はその際に測定値発信器により供給される。その
うち再び圧下行程ｘ1 に対する測定値発信器１１のみが
示されている。
【００２２】指令値ｘM ′および実際値ｘM の差に基づ
いて、いまの場合ＰまたはＰＩ調節器である調節器９が
圧下の重心ｘM の目標値変更に対する調節器操作量Δｖ
M *を供給する。調節器操作量ΔｖM * 、ΔｖS * 、Δ
ｖG12 * およびΔｖG34 * は換算ユニット１２のなかで
油圧シリンダ１ないし４に対する調節器操作量Δｖ1 *
ないしΔｖ4 * に換算される。
【００２３】調節器操作量Δｖ1 * に加算点１３で予制
御値ｖ1 * が重畳される。これらの両値の和ｖ1 * ＋Δ
ｖ1 * はリミッタ１４を通過後に本来の操作量として、
油圧シリンダ１と一緒に操作端として作用する操作弁１
５に供給される。予制御値ｖ2 * ないしｖ4 * は類似の
仕方で調節器操作量Δｖ2 * ないしΔｖ4 * に重畳され
る。しかし、これらに関する回路部分は、同じく図面を
見易くするため、図示されていない。
【００２４】図３にはモデル調節ループ６の内部構成お
よび予制御値ｖ1 * 、期待値ｘ1 ″ならびに指令値
ｘ1 ′の計算が示されている。
【００２５】モデル調節ループ６は、モデル調節ループ
６のなかで期待値ｘ1 ″の形態でフィードバックされる
実際値ｘ1 のフィードバックを含めて操作端１、１５お
よび機構部分から成る調節ループをシミュレートする。
具体的にはモデル調節ループ６は加算点１６でガイド値
ｘ1 * および期待値ｘ1 ″の差を形成する。この差は関
数要素１７のなかで増幅され、またシステムの物理的限
界に相応して制限される。関数要素１７はその際になか
んずく油圧シリンダ１の最大可能な移動速度ならびにモ
デル調節ループ６のなかの計算クロックを顧慮する。そ
れにより、期待値ｘ1 ″がガイド値ｘ1 * に時間最適
に、すなわち可能なかぎり速く、またオーバーシュート
なしに追随することが達成される。
【００２６】関数要素１７の出力信号はなかんずく油圧
シリンダ１の操作弁１５に対する予制御値ｖ1 * として
使用される。さらに関数要素１７の出力信号ｖ1 * は関
数要素１８に供給される。関数要素１８の機能の仕方は
後で一層詳細に説明する。
【００２７】関数要素１８の出力信号は油圧シリンダ１
のピストンの期待される移動速度ｖ1 ′である。期待さ
れる移動速度ｖ1 ′は、ピストンの移動行程を求めるた
め、積分器１９のなかで積分される。ピストンの移動行
程から加算点２０で油圧シリンダと測定個所、すなわち
圧下行程ｘ1 が測定される個所、との間の弾性的なばね
のたるみが差し引かれ、その際にばねのたるみは油圧シ
リンダ１のなかにかかっている力Ｆ1 とその結果として
のピストンと測定個所との間の機構部分のばね定数Ｃ1
とにより与えられている。
【００２８】いまや与えられる期待値Ｘ1 ″は、モデル
調節ループ６の入力端にフィードバックされる値であ
る。
【００２９】期待値ｘ1 ″がモデル調節ループ６から出
力される以前に、フィルタ２１のなかでいわゆる寄生的
な伝達挙動が顧慮される。寄生的な伝達挙動にはたとえ
ば操作命令への操作端１、１５の遅延した反応、測定値
検出の際の遅れ、測定値前処理の際のむだ時間、計算む
だ時間などがある。寄生的な伝達挙動の顧慮により、調
節器９に供給される指令値ＸM ′が時間的に平均して実
際値ｘM に等しいことか達成される。もし個々の場合に
寄生的な伝達挙動が無視し得るならば、もちろん期待値
ｘ1 ″自体が指令値として使用され得る。
【００３０】寄生的な伝達挙動の顧慮は実施例では期待
値ｘ1 ″のフィードバックの後に初めて行われ、それに
よって、実際値ｘ1 がガイド値ｘ1 * に到達する以前に
予制御が適時にスイッチオフされる。さもなければ、実
際値ｘ1 がガイド値ｘ1 * を越えて振動するであろう。
【００３１】関数要素１８は移動速度ｖ1 の負荷依存性
を顧慮する役割をする。関数要素１８は、負荷依存性の
制御限界の下側では増幅率１の増幅器として作用し、ま
たその上側ではリミッタとして作用するように構成され
ている。制御限界はその際に予制御値ｖ1 * 、油圧シリ
ンダ１のピストン断面積Ａ1 、圧力油内の圧力ｐ1 、時
間的圧力変化Δｐ1 および機構部分の剛性に関係して計
算される。制御限界はその際に負荷の大きさおよび移動
の方向に応じて変更される。
【００３２】油圧ピストンの移動速度ｖ1 の負荷依存性
の顧慮が関数要素１８の制御限界を介してのみ行われる
ことにより、モデル調節ループ６が不安定になる危険は
存在しない。
【００３３】理想的な場合には、関数要素１７と換算ユ
ニット７（図２参照）との間に配置されている調節対象
モデルは、調節対象の挙動を正確にシミュレートするよ
うに構成されている。しかし、この理想的な場合は通常
は達成されない。しかし、指令値ｘM ′（またはｘS ′
またはｘG12 ′またはｘG34 ′）が時間的に平均して実
際値ｘM （またはｘS またはｘG12 またはｘG34 ）に等
しいならば十分である。すなわち、既にその場合、調節
器は残留差を調節除去するだけでよい。従って、調節は
堅牢に構成され得る。調節の動特性は予制御により保証
される。新しいガイド値ｘM * 、ｘS * 、ｘG12 * およ
びｘG34 * の始動が本発明による調節により特に小さい
ガイド値変更の際に顕著に加速され得る。
【００３４】調節対象モデルをシミュレートすべき調節
対象に可能なかぎり良好に適合させるため、調節対象モ
デルは自己適応性の調節対象モデルとして構成されてい
るべきであろう。適応はそれ自体は公知の仕方で行われ
得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】２０ロール圧延スタンドの概略説明図である。
【図２】本発明による予制御を有する調節方法を実施す
るための回路ブロック図である。
【図３】予制御を行うための回路の一例のブロック図で
ある。
【符号の説明】
１〜４ 油圧シリンダ ５、７、１０、１２ 換算ユニット ６ モデル調節ループ ８、１３、１６、２０ 加算点 ９ 調節器 １１ 測定値発信器 １４ リミッタ １５ 操作弁 １７、１８ 関数要素 １９ 積分器 ２１ フィルタ ｘM ′、ｘS ′、ｘG12 ′、ｘG34 ′、ｘ1 ′〜ｘ4 ′
指令値 ｘM 、ｘS 、ｘG12 、ｘG34 、ｘ1 〜ｘ4 実際値 ｖ1 * 〜ｖ4 * 予制御値 ｖM * 、ｖS * 、ｖG12 * 、ｖG34 * 、ｖ1 * 〜ｖ4 *
調節器操作量 ｖ1 実際移動速度 ｖ1 ′ 期待される実際移動速度 ｘ1 ″ 期待値 Ａ1 油圧シリンダ１の断面積 ｐ1 油圧シリンダ１のなかの圧力 Ｃ1 油圧シリンダ１の弾性定数 ｖ 関数要素１８の増幅率 Δｐ1 圧力ｐ1 の変化
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター ホツプフ ドイツ連邦共和国 8500 ニユルンベルク 90 シユタツフエルシユタイナーシユト ラーセ 20 (72)発明者 ゲオルク ビトムスキ ドイツ連邦共和国 8523 バイエルスドル フ フランケンシユトラーセ １ (72)発明者 ハンス‐ヨアヒム フエルクル ドイツ連邦共和国 7300 エスリンゲン ハルデンシユトラーセ 86

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの調節器および少なくと
    も１つの操作端を備え、調節器に入力量として目標値お
    よび実際値が供給され、それらに基づいて調節器が操作
    端に対する調節器操作量を供給し、調節器操作量に予制
    御値が重畳され、モデル調節ループのなかで連続的に、
    予制御に基づいて期待される実際値に対する期待値が求
    められ、この期待値から求められた指令値が調節器に目
    標値として供給されることを特徴とする予制御を有する
    調節方法。
  2. 【請求項２】 モデル調節ループ（６）が非線形の調節
    対象モデルを有することを特徴とする請求項１記載の調
    節方法。
  3. 【請求項３】 モデル調節ループ（６）が線形の調節対
    象モデルを有することを特徴とする請求項１記載の調節
    方法。
  4. 【請求項４】 期待値（ｘ1 ″) が連続的に、外部から
    予め与え得るガイド値（ｘ1 * ）と比較され、また調節
    器操作量（Δｖ1 * ）に、期待値（ｘ1 ″)がガイド値
    （ｘ1 * ）に等しくない間は、予制御値（ｖ1 * ）が重
    畳され、その際に予制御値（ｖ1 * ）がガイド値（ｘ1
    * ）および期待値（ｘ1 ″) の差の関数として決定され
    ることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の調
    節方法。
  5. 【請求項５】 期待値（ｘ1 ″) がガイド値（ｘ1 * ）
    に可能なかぎり速く追随するように関数が選ばれている
    ことを特徴とする請求項４記載の調節方法。
  6. 【請求項６】 期待値（ｘ1 ″) がガイド値（ｘ1 * ）
    にオーバーシュートなしに追随するように関数が選ばれ
    ていることを特徴とする請求項４記載の調節方法。
  7. 【請求項７】 操作端（１、１５）が時間的に遅らされ
    て操作量（ｖ1 * ＋Δｖ1 * ）に反応し、また指令値
    （ｘM ′) と実際値（ｘM ）との間の差を回避するた
    め、指令値（ｘ1 ′）を求める際に操作端（１、１５）
    の時間的に遅らされた反応がモデル調節ループ（６）の
    なかで顧慮されることを特徴とする請求項１ないし６の
    １つに記載の調節方法。
  8. 【請求項８】 指令値（ｘM ′) と実際値（ｘM ）との
    間の差を回避するため、測定値検出および（または）測
    定値前処理の影響および（または）計算むだ時間の影響
    が少なくとも部分的に、指令値（ｘ1 ′）を求める際に
    顧慮されることを特徴とする請求項１ないし７の１つに
    記載の調節方法。
  9. 【請求項９】 時間的遅れの顧慮が少なくとも部分的
    に、期待値（ｘ1 ″)を求めた後に初めて行われること
    を特徴とする請求項７または８記載の調節方法。
  10. 【請求項１０】 操作端（１、１５）にかかる負荷がモ
    デル調節ループ（６）のなかで、期待値（ｘ1 ″) を求
    める際に顧慮されることを特徴とする請求項１ないし９
    の１つに記載の調節方法。
  11. 【請求項１１】 負荷依存性を顧慮するためモデル調節
    ループ（６）のなかで予制御値（ｖ1 * ）から操作端
    （１、１５）の期待される負荷依存性の移動速度
    （ｖ1 ′）が求められることを特徴とする請求項１０記
    載の調節方法。
  12. 【請求項１２】 期待される移動速度（ｖ1 ′）が制御
    限界の下側では予制御値（ｖ1 * ）に等しく、また制御
    限界の上側では制御限界の値に制限されており、その際
    に制御限界が負荷に関係して、特に負荷および方向にも
    関係して予め与えられることを特徴とする請求項１１記
    載の調節方法。
  13. 【請求項１３】 指令値（ｘ1 ′）を求める際に調節誤
    差を回避するため負荷に起因する実際値シフトが顧慮さ
    れることを特徴とする請求項１１ないし１２の１つに記
    載の調節方法。
  14. 【請求項１４】 負荷に起因する実際値シフトが少なく
    とも部分的に、期待値（ｘ1 ″) を求める際に既に顧慮
    されることを特徴とする請求項１３記載の調節方法。
  15. 【請求項１５】 モデル調節ループ（６）が自己適応性
    の調節対象モデルを有することを特徴とする請求項１な
    いし１４の１つに記載の調節方法。
  16. 【請求項１６】 テクノロジー的作用に基づいて互いに
    影響する複数の個別調節（９）から成っており、個別調
    節（９）を互いに脱結合するため個別調節（９）のガイ
    ド値（ｘM * 、ｘS * 、ｘG12 * 、ｘG34 ）、指令値
    （ｘ1 ′ないしｘ4 ′）、実際値（ｘ1 ないしｘ4 ）お
    よび調節器操作量（ΔｖM * 、ΔｖS *、ΔｖG12 * 、
    ΔｖG34 ）の変換が行われることを特徴とする請求項１
    ないし１５の１つに記載の調節方法。
  17. 【請求項１７】 非線形の負荷依存性を顧慮するため予
    制御値（ｖ1 * ないしｖ4 * ）、期待値（ｘ1 ″ないし
    ｘ4 ″）および指令値（ｘ1 ′ないしｘ4 ′）を求める
    過程が変換されない量で行われることを特徴とする請求
    項１６記載の調節方法。
  18. 【請求項１８】 予制御値（ｖ1 * ないしｖ4 * ）が変
    換されない調節器操作量（Δｖ1 * ないしΔｖ4 * ）に
    直接重畳されることを特徴とする請求項１６または１７
    記載の調節方法。
  19. 【請求項１９】 圧延スタンドに応用されることを特徴
    とする請求項１ないし１８の１つに記載の調節方法。
  20. 【請求項２０】 圧延スタンドが２０ロール圧延スタン
    ドであることを特徴とする請求項１９記載の調節方法。
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