JPH1190517A - 熱間圧延機の制御方法 - Google Patents

熱間圧延機の制御方法

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JPH1190517A
JPH1190517A JP9253529A JP25352997A JPH1190517A JP H1190517 A JPH1190517 A JP H1190517A JP 9253529 A JP9253529 A JP 9253529A JP 25352997 A JP25352997 A JP 25352997A JP H1190517 A JPH1190517 A JP H1190517A
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JP
Japan
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stand
looper
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Withdrawn
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JP9253529A
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English (en)
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Kazutomo Tsuda
和呂 津田
Hiroshi Mizuno
浩 水野
Fukoku Ou
赴国 王
Kenzo Nonami
健蔵 野波
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 モデル誤差や板温度変動等外乱の影響を受け
ることなく、正確な状態推定を行うことにより、板厚、
スタンド間張力、ルーパ角度を目標値に追従させ、かつ
応答の乱れにくい熱間連続圧延機の制御方法を得る。 【解決手段】 出側板厚、スタンド間張力及びルーパ角
を求めて、そして、スタンド間に配置されたルーパのト
ルク制御装置又は速度制御装置、各スタンドに配置され
たミル速度制御装置及び圧下位置制御装置を用いて、出
側板厚、スタンド間張力及びルーパ角を所望の値に制御
する熱間圧延機の制御方法において、制御対象の圧延機
の状態変数の推定を可変構造オブザーバ(VSSオブザ
ーバ)を用いて行い、その推定された状態変数に基づい
て上記の各制御装置の操作量を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は熱間圧延機の制御方
法、特に、圧下位置制御装置、ルーパのトルク又は速度
制御装置、及びミル速度制御装置を用い、更に、検出困
難な状態量を状態推定器により推定することにより、ル
ーパ角度、スタンド間張力及びスタンド出側板厚を所望
の目標値に制御する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼板製造の熱間圧延プロセス制御に使わ
れている制御系では、制御対象を数式モデルで表現した
ときの状態量が観測可能でないことが多い。従来から、
この問題を解決するためにいわゆる状態推定器(以下、
オブザーバという)を使用している例が多い。このオブ
ザーバは、制御対象の数式モデルより導出したフィルタ
に、制御対象の入力時系列データ及び制御対象の出力時
系列データを入力することにより状態推定量を演算する
ものである。
【0003】オブザーバの例としては、例えば特開平4
−361807号公報に開示されているものがある。こ
こでは、スタンドの圧延トルクと圧延荷重とからスタン
ド間張力を演算して検出し、目標張力との偏差をPIコ
ントローラで制御し、その制御出力に従って対応する圧
延機の速度を修正することによって張力が目標値となる
ように制御するFTC方式の張力制御装置において、張
力変動が発生した際の状態を推定するオブザーバを設
け、これを用いてその変動量の補償を行っている。
【0004】また、特開平1−170510号公報に
は、連続圧延機の電動機の電機子電流信号及び速度信号
を入力し、圧延機及び電動機からなる系を模擬する基本
式の最小次元オブザーバを用いることにより、圧延トル
クを正確に検出可とし、高精度の圧延を可能にする旨の
例が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
いずれの公報においても、通常のLuenbergerのオブザー
バに帰着させて状態推定を行っているため、正確な数式
モデルが得られている場合はその効果を発揮するもの
の、薄物材に代表されるような正確な数式モデルの得に
くい対象や板温度外乱に代表される外乱の存在下では効
力が発揮できないという問題点が存在する。
【0006】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、モデル誤差や板温度変動等
外乱の影響を受けることなく、正確な状態推定を行うこ
とにより、板厚、スタンド間張力、ルーパ角度を目標値
に追従させ、かつ応答の乱れにくい、即ちモデル誤差に
ロバストな熱間連続圧延機の制御方法を提供することを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明に係る熱間連続圧延機の制御方法は、出側
板厚、スタンド間張力及びルーパ角を求めて、そして、
スタンド間に配置されたルーパのトルク制御装置又は速
度制御装置、各スタンドに配置されたミル速度制御装置
及び圧下位置制御装置を用いて、出側板厚、スタンド間
張力及びルーパ角を所望の値に制御する熱間圧延機の制
御方法において、制御対象の圧延機の状態変数の推定を
可変構造オブザーバ(以下、VSSオブザーバという)
を用いて行い、その推定された状態変数に基づいて上記
の各制御装置の操作量を求める。ルーパ・張力・板厚制
御系においては、観測不可能な状態量を推定する必要が
あり、オブザーバとして、本発明においてはVSSオブ
ザーバを用いたことにより、温度変動等の外乱の存在下
でも、状態変数の推定に影響が出にくい、ひいてはコン
トローラを含む全制御系の応答が変化しにくい制御が可
能になっており、板厚制御系本来の、更にルーパ・張力
制御本来の効果が達成される。
【0008】(2)本発明に係る熱間連続圧延機の制御
方法は、上記の(1)の制御方法において、制御対象の
圧延機を、出側板厚偏差、ルーパ角度偏差、ルーパ角速
度偏差、スタンド間張力偏差、スタンド間板速度差偏差
及びルーパトルク偏差又はルーパ速度偏差の全集合或い
は部分集合を状態変数とし、ルーパのトルク設定値又は
速度設定値、ミル速度設定値、及び圧下位置設定値の全
集合或いは部分集合を入力変数とし、出側板厚、ルーパ
角度、及びスタンド間張力の全集合又は部分集合を出力
変数とする状態方程式として記述するとともに、前記の
状態変数を推定する前記可変構造オブザーバにおいて、
出力変数誤差からのフィードバック出力を線形出力と非
線形出力の重ね合わせとし、出力変数誤差の非線形演算
出力より、状態推定器内部の状態変数を状態空間内のあ
る超平面に拘束し、出力変数誤差の線形演算出力によ
り、前記拘束面内の内部状態を誤差の無い最終状態に移
行させて状態推定を行う。このため、前記の状態方程式
つまり圧延機の数式モデルに多少の誤差が存在しても、
状態推定誤差応答への影響が少ない、優れた状態推定が
可能になっている。
【0009】(3)本発明に係る熱間連続圧延機の制御
方法は、上記の(1)(2)の制御方法において、出側
板厚を、ワークロール荷重計の出力及びロール間隙計の
出力を演算して求めており、出側板厚計を装備しなくと
も出側板厚が求められる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施形態に係る
制御方法が適用された制御システム及びその関連設備を
示すブロック図であり、図2は図1の制御装置の詳細を
示したブロック図である。通常、熱間仕上圧延機は7ス
タンド程度で構成されるが、図1はその中の2スタンド
分を示している。以下の説明は図示しない他のスタンド
にも同様に適用されるものとする。
【0011】図1及び図2において、1はiスタンドワ
ークロール、2はiスタンドバックアップロール、3は
i+1スタンドワークロール、4はi+1スタンドバッ
クアップロール、5は#iルーパー、6は#iルーパー
モータ、7はiスタンドミルモータ、8はi+1スタン
ド出側板厚計、9はルーパーロールで測定されるスタン
ド間張力実績、10はルーパ角実績である。これらのi
+1スタンド出側板厚計8の出力、スタンド間張力実績
9及びルーパ角実績10の情報に基づいて制御動作が行
われる。また、11はi+1スタンドギャップ実績、1
2はi+1スタンド圧延荷重実績であって、これらの実
績11及び12をいわゆるゲージメータ式に代入して求
まるゲージメータ板厚をi+1スタンド出側板厚計8の
代わりに使用しても良い。13は#iルーパモータトル
ク実績、14はiスタンドミルモーター速度実績であ
る。15はi+1スタンドギャップ設定値、16は#i
ルーパモータトルク設定値、17はiスタンドミルモー
タ速度設定値であって、それぞれ、実績値11,13,
14に対応した設定値信号となる。18はギャップ長を
コントロールする圧下APC(圧下位置制御装置)、1
9は#iルーパモータトルク制御装置、20はiスタン
ドミルモータ速度制御装置である。
【0012】また、21は制御装置である。22は最適
レギュレータ、H無限大制御、スライディングモード制
御等のコントローラである。これらのコントローラの設
計法は広く一般に知られている。また、23は本実施形
態の主要部である、制御対象の内部状態を推定するVS
Sオブザーバである。これら18、19、20、21、
22及び23は記憶装置及び演算装置を備えて制御プロ
グラムにより自動的に処理が実行される計算機から構成
されている。24はA/Dコンバータ、25はD/Aコ
ンバータである。
【0013】次に、制御装置21の詳細をその設計の方
針及び設計例に基づいて説明する。通常、熱間圧延シス
テムのモデルは圧延機モデル、張力モデル、ルーパモデ
ル及び移送モデルから構成される。これらは、以下のよ
うな静的圧延理論式及び運動方程式より、動作点まわり
の線形近似モデルとしてモデル化される。以下で使用す
る変数をまとめておく。
【0014】
【数1】
【0015】以上の変数の基準値からの偏差を[Δ]で
表し、以下に基本となるダイナミクスの式を示す。
【0016】
【数2】
【0017】ただし、式中の定数は以下にまとめてあ
る。
【0018】
【数3】
【0019】以上のダイナミクスを整理すると図1に示
すモデルは次に示す微分方程式で表すことができる。
【数4】
【0020】ここで、aj ,bj ,cj ,dj ,ej
βj ,γj は影響係数である。状態変数ベクトルX、出
力変数ベクトルY、操作変数ベクトルU、外乱入力ベク
トルWを各々式(15)〜(18)とすれば、状態方程
式(19)或いは(20)が構成できる。
【0021】
【数5】
【0022】式(19)のモデルをΔT(例えば10m
s)で離散化すると、圧延システムの離散型状態方程式
を得る。
【0023】
【数6】
【0024】圧延システムの離散型状態方程式(22)
に対してVSSオブザーバを構成する。圧延システムの
式(22)に対して、(φ,ψ)は可観測であることが
一般に知られているから、次式により決められた行列φ
0 の固有値を複素平面内の単位円に配置できる行列K0
が存在する。
【0025】
【数7】
【0026】M(e,ρ)はオブザーバの状態変数を状
態空間内の超平面に拘束するための非線形入力であり、
本実施形態において中心的役割を果たす。
【0027】
【数8】
【0028】ρはオブザーバのスカラゲインであり、γ
は平滑化するための定数である。このとき観測誤差e
(k)は、
【0029】
【数9】
【0030】となる。k→∞のとき、誤差システムの状
態e(k)が超平面(ψe(k)=0)に拘束されるの
で、誤差システムが漸近安定となり、
【0031】
【数10】
【0032】となる。VSSオブザーバを使用すること
によりモデル誤差、及び外乱に影響されることなく状態
推定が可能になるが、特に温度外乱ΔTt の影響は完全
に打ち消すことが可能である。何故ならば、温度外乱を
外乱入力とした状態方程式において、下記のマッチング
条件が成立するからである。
【0033】
【数11】
【0034】なお、上記マッチング条件の理論的背景
は、野波、田による“スライディングモード制御”(コ
ロナ社)に詳しい。上記のVSSオブザーバにより推定
された内部状態に基づき、実際の制御動作を行う際の制
御則は、最適レギュレータ、H無限大制御、スライディ
ングモード制御等如何なる制御則であっても良い。どの
場合においても、VSSオブザーバにより推定された内
部状態は、モデル誤差や外乱の影響を受け難いものとな
っており、その結果、制御性能の向上につながってい
る。
【0035】図3は従来法及び本実施形態の状態推定結
果を例を示した図である。いずれもステップ状の板温度
外乱を付与したときの制御結果を示している。この図か
ら、Luenbergerのオブザーバに代表される従来のオブザ
ーバでは、温度外乱の影響を受け、推定誤差の過渡値が
大きく、また、状態推定の定常誤差が残ってしまうなど
の問題が生じることがわかる。一方、本実施形態による
VSSオブザーバを用いて状態推定を行なえば、温度外
乱の存在下でも、推定誤差を小さくでき、また定常誤差
を零に出来ることが読み取れる。以上のことは、コント
ローラを含めた全制御系の制御性能を考えたときにも当
てはまり、VSSオブザーバを用いたコントローラで
は、温度変動等の外乱の存在下でも、状態変数の推定に
影響が出にくい、つまりはコントローラを含む全制御系
の応答が変化しにくい制御装置を得ることが出来、板厚
制御系本来の、更に、ルーパ・張力制御本来の効果が達
成される。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、張
力・ルーパ・板厚制御において、観測不可能な状態量を
推定するオブザーバとして、VSSオブザーバを用いた
ことにより、温度変動等の外乱の存在下でも、状態変数
の推定に影響が出にくい、ひいてはコントローラを含む
全制御系の応答が変化しにくい制御装置を得ることが出
来、板厚制御系本来の、更に、ルーパ・張力制御本来の
効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る制御方法が適用され
た制御システム及びその関連設備の構成を示すブロック
図である。
【図2】図1の制御装置の詳細を示したブロック図であ
る。
【図3】従来法及び本実施形態の状態推定結果を例を示
した図である。
【符号の説明】
1 iスタンドワークロール 2 iスタンドバックアップロール 3 i+1スタンドワークロール 4 i+1スタンドバックアップロール 5 #iルーパー 6 #iルーパーモータ 7 iスタンドミルモータ 8 i+1スタンド出側板厚計 9 スタンド間張力実績 10 ルーパー角実績 11 i+1スタンドギャップ実績 12 i+1スタンド圧延荷重実績 13 #iルーパモータトルク実績 14 iスタンドミルモータ速度実績 15 i+1スタンドギャップ設定値 16 #iルーパモータトルク設定値 17 iスタンドミルモータ速度設定値 18 i+1スタンド圧下APC(圧下位置制御装置) 19 #iルーパモータトルク制御装置 20 iスタンドミルモータ速度制御装置 21 制御装置(状態推定器(オブザーバ)を含む) 22 板厚・張力・ルーパ角制御コントローラ 23 状態推定器(オブザーバ) 24 A/Dコンバータ 25 D/Aコンバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野波 健蔵 千葉県千葉市稲毛区弥生町1−33

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出側板厚、スタンド間張力及びルーパ角
    を求めて、そして、スタンド間に配置されたルーパのト
    ルク制御装置又は速度制御装置、各スタンドに配置され
    たミル速度制御装置及び圧下位置制御装置を用いて、出
    側板厚、スタンド間張力及びルーパ角を所望の値に制御
    する熱間圧延機の制御方法において、 制御対象の圧延機の状態変数の推定を可変構造オブザー
    バを用いて行い、その推定された状態変数に基づいて上
    記の各制御装置の操作量を求めることを特徴とする熱間
    圧延機の制御方法。
  2. 【請求項2】 制御対象の圧延機を、出側板厚偏差、ル
    ーパ角度偏差、ルーパ角速度偏差、スタンド間張力偏
    差、スタンド間板速度差偏差及びルーパトルク偏差又は
    ルーパ速度偏差の全集合或いは部分集合を状態変数と
    し、ルーパのトルク設定値又は速度設定値、ミル速度設
    定値、及び圧下位置設定値の全集合或いは部分集合を入
    力変数とし、出側板厚、ルーパ角度、及びスタンド間張
    力の全集合又は部分集合を出力変数とする状態方程式と
    して記述するとともに、前記状態変数を推定する前記可
    変構造オブザーバにおいて、出力変数誤差からのフィー
    ドバック出力を線形出力と非線形出力の重ね合わせと
    し、出力変数誤差の非線形演算出力より、オブザーバ内
    部の状態変数を状態空間内のある超平面に拘束し、出力
    変数誤差の線形演算出力により、前記拘束面内の内部状
    態を誤差の無い最終状態に移行させて状態推定を行うこ
    とを特徴とする請求項1記載の熱間圧延機の制御方法。
  3. 【請求項3】 前記出側板厚を、ワークロール荷重計の
    出力及びロール間隙計の出力を演算して求めることを特
    徴とする請求項1又は2記載の熱間圧延機の制御方法。
JP9253529A 1997-09-18 1997-09-18 熱間圧延機の制御方法 Withdrawn JPH1190517A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010029889A (ja) * 2008-07-25 2010-02-12 Nippon Steel Corp 連続圧延機の張力及びルーパ角度制御装置並びに制御方法
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