JPH0320285B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0320285B2 JPH0320285B2 JP57042319A JP4231982A JPH0320285B2 JP H0320285 B2 JPH0320285 B2 JP H0320285B2 JP 57042319 A JP57042319 A JP 57042319A JP 4231982 A JP4231982 A JP 4231982A JP H0320285 B2 JPH0320285 B2 JP H0320285B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tension
- speed
- stand
- value
- detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/48—Tension control; Compression control
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Metal Rolling (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、それぞれ個別の電動機により駆動さ
れる複数のスタンドからなる多段圧延機における
スタンド間張力を制御するための装置に関する。
れる複数のスタンドからなる多段圧延機における
スタンド間張力を制御するための装置に関する。
互いに隣り合う２つの圧延スタンド間において
圧延材料に張力を与えながら圧延を行なう場合、
その張力を一定値（無張力制御の場合の零の値の
張力も含む。）に保つことが要求される。このた
め張力検出器を設けて、この張力検出器の出力信
号を張力設定信号と比較し、その結果得られる張
力制御偏差に応じて一方のスタンドの電動機速度
指令値を補正することが行なわれている。かゝる
張力制御系を構成する張力調節器における調節パ
ラメータは、圧延材料の寸法変動あるいは温度変
化に起因する外乱や、該当する両スタンドの電動
機速度制御系に与えられる速度指令値のプリセツ
ト誤差などによつて生じる張力変動が十分に抑制
されるように、最適調整されるべきである。しか
しながら、制御の安定性を確保しなければならな
いために、応答速度を高めることには限界があ
る。したがつて、張力制御系はその応答速度限界
よりも遅い周期の外乱に対してはこれを吸収して
安定な張力を与えるが、それよりも速い周期の外
乱に対してはこれを吸収できず張力変動を生じ
る。とくに、速度プリセツト値のエラーにより生
じる張力変動は大きく、場合によつて過大張力あ
るいは圧縮による寸法変動あるいはループ発生に
よるミスロールを生ずる等の問題があつた。
圧延材料に張力を与えながら圧延を行なう場合、
その張力を一定値（無張力制御の場合の零の値の
張力も含む。）に保つことが要求される。このた
め張力検出器を設けて、この張力検出器の出力信
号を張力設定信号と比較し、その結果得られる張
力制御偏差に応じて一方のスタンドの電動機速度
指令値を補正することが行なわれている。かゝる
張力制御系を構成する張力調節器における調節パ
ラメータは、圧延材料の寸法変動あるいは温度変
化に起因する外乱や、該当する両スタンドの電動
機速度制御系に与えられる速度指令値のプリセツ
ト誤差などによつて生じる張力変動が十分に抑制
されるように、最適調整されるべきである。しか
しながら、制御の安定性を確保しなければならな
いために、応答速度を高めることには限界があ
る。したがつて、張力制御系はその応答速度限界
よりも遅い周期の外乱に対してはこれを吸収して
安定な張力を与えるが、それよりも速い周期の外
乱に対してはこれを吸収できず張力変動を生じ
る。とくに、速度プリセツト値のエラーにより生
じる張力変動は大きく、場合によつて過大張力あ
るいは圧縮による寸法変動あるいはループ発生に
よるミスロールを生ずる等の問題があつた。
本発明の目的は、上述の欠点を除去して、安価
な手法で張力変動を抑制することのできる張力制
御装置を提供することにある。
な手法で張力変動を抑制することのできる張力制
御装置を提供することにある。
この目的を達成する本発明の要点は、前段スタ
ンドのロール出側材料速度および後段スタンドの
ロール入側材料速度を直接に検出することなく、
従来装置においても設けられている電動機速度検
出器および張力検出器の出力信号から、制御対象
の等価モデルを含む状態観測器を介して前記の両
材料速度間の差を間接的に求め、この差の所定値
からの偏差分に対応して速度指令値を設定変更す
るというフイードフオワード制御により速応的に
外乱を吸収して張力変動を抑制できるようにした
ところにある。したがつて、張力フイードバツク
制御系による速度指令補正分は状態観測器のシユ
ミレーシヨン誤差等により生じる定常的な張力制
御偏差を補償する作用をもたらし、張力フイード
バツク制御系が補償し得ない高い周波数域の外乱
は状態観測器によるフイードフオワード制御によ
つて速応的に実行される速度指令値の設定変更に
より吸収されることになる。
ンドのロール出側材料速度および後段スタンドの
ロール入側材料速度を直接に検出することなく、
従来装置においても設けられている電動機速度検
出器および張力検出器の出力信号から、制御対象
の等価モデルを含む状態観測器を介して前記の両
材料速度間の差を間接的に求め、この差の所定値
からの偏差分に対応して速度指令値を設定変更す
るというフイードフオワード制御により速応的に
外乱を吸収して張力変動を抑制できるようにした
ところにある。したがつて、張力フイードバツク
制御系による速度指令補正分は状態観測器のシユ
ミレーシヨン誤差等により生じる定常的な張力制
御偏差を補償する作用をもたらし、張力フイード
バツク制御系が補償し得ない高い周波数域の外乱
は状態観測器によるフイードフオワード制御によ
つて速応的に実行される速度指令値の設定変更に
より吸収されることになる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。
ついて詳細に説明する。
図には連続式圧延機の相前後して配置されてい
る多数のスタンドのうち互いに隣り合う２つのス
タンド１，２が示されている。両スタンド間にお
いて圧延材料３は一定の張力を与えられるべきで
ある。各スタンドは個別の電動機で駆動される
が、ここでは後段スタンド２の電動機およびその
制御系の図示は省略してある。前段スタンド１を
駆動する電動機４１はサイリスタ変換器４２を介
して給電される直流電動機として示されている。
この電動機４１のための速度制御系はサイリスタ
変換器４２、速度制御装置５、速度設定器６およ
び速度検出用発電機７から構成されている。速度
制御装置５は、通常の如く、速度制御ループを構
成する速度調節器のほかに、その速度制御ループ
の内側で電流制御のためのマイナーループを構成
する電流調節器を含んでいる。さらに、この速度
制御ループの外側には張力制御系が設けられてい
る。この張力制御系は張力設定器９の出力信号と
張力検出器１０の出力信号σとの偏差に応じて動
作する張力調節器８によつて構成されている。張
力調節器８としてＰもしくはPI動作形の調節器
が使用される。無張力制御の場合には張力設定器
９の設定値は零である。また張力検出器１０につ
いては直接検出方式のもの、あるいは無張力時の
トルクアームを記憶してこの記憶値からの偏差よ
り張力を演算する方式などがある。
る多数のスタンドのうち互いに隣り合う２つのス
タンド１，２が示されている。両スタンド間にお
いて圧延材料３は一定の張力を与えられるべきで
ある。各スタンドは個別の電動機で駆動される
が、ここでは後段スタンド２の電動機およびその
制御系の図示は省略してある。前段スタンド１を
駆動する電動機４１はサイリスタ変換器４２を介
して給電される直流電動機として示されている。
この電動機４１のための速度制御系はサイリスタ
変換器４２、速度制御装置５、速度設定器６およ
び速度検出用発電機７から構成されている。速度
制御装置５は、通常の如く、速度制御ループを構
成する速度調節器のほかに、その速度制御ループ
の内側で電流制御のためのマイナーループを構成
する電流調節器を含んでいる。さらに、この速度
制御ループの外側には張力制御系が設けられてい
る。この張力制御系は張力設定器９の出力信号と
張力検出器１０の出力信号σとの偏差に応じて動
作する張力調節器８によつて構成されている。張
力調節器８としてＰもしくはPI動作形の調節器
が使用される。無張力制御の場合には張力設定器
９の設定値は零である。また張力検出器１０につ
いては直接検出方式のもの、あるいは無張力時の
トルクアームを記憶してこの記憶値からの偏差よ
り張力を演算する方式などがある。
さらに、状態観測器（オブザーバ）１２が設け
られており、これには速度検出器７からの前段ス
タンド１の電動機速度検出信号ｎと、張力検出器
１０からの張力検出信号σとが入力されている。
状態観測器の出力信号n^と速度設定器６の出力信
号n* 0との差Δn^が形成され、この差が速度制御装
置５の設定入力側において張力調節器８の出力信
号Δnとともに、速度設定器n^* 0と重畳されている。
なお、図示の２つのスイツチ素子１１は互いに連
動しており、張力制御中オンされる。張力制御が
行なわれていない状態では、両スイツチ１１はオ
フ状態にあり、したがつて速度制御装置５の設定
側入力n*は速度設定器６によるプリセツト値n* 0
であり、電動機４１の回転速度ｎはこのプリセツ
ト値n* 0に制御されている。同様に後段スタンド
２側の図示されていない電動機の回転速度も所望
の張力を考慮したプリセツト値に制御されてい
る。圧延材料３の先端が後段スタンド２に噛込ま
れ、スタンド間張力が制御されるべきときには両
スイツチ１１がオンされ、張力制御が行なわれ
る。張力制御中においては、速度制御装置５の設
定入力側の信号n*は n*＝n* 0＋Δn＋Δn^ ＝n* 0＋Δn＋（n^−n* 0） ＝n^＋Δn (1) となる。すなわち、状態観測器１２の出力信号が
速度指令値となり、これに張力調節器８の補正値
Δnが重畳されることになる。したがつて、図示
の実施例は、n*をn* 0からn^＋Δnに切換える切換回
路を備える回路方式に変形することもできる。
られており、これには速度検出器７からの前段ス
タンド１の電動機速度検出信号ｎと、張力検出器
１０からの張力検出信号σとが入力されている。
状態観測器の出力信号n^と速度設定器６の出力信
号n* 0との差Δn^が形成され、この差が速度制御装
置５の設定入力側において張力調節器８の出力信
号Δnとともに、速度設定器n^* 0と重畳されている。
なお、図示の２つのスイツチ素子１１は互いに連
動しており、張力制御中オンされる。張力制御が
行なわれていない状態では、両スイツチ１１はオ
フ状態にあり、したがつて速度制御装置５の設定
側入力n*は速度設定器６によるプリセツト値n* 0
であり、電動機４１の回転速度ｎはこのプリセツ
ト値n* 0に制御されている。同様に後段スタンド
２側の図示されていない電動機の回転速度も所望
の張力を考慮したプリセツト値に制御されてい
る。圧延材料３の先端が後段スタンド２に噛込ま
れ、スタンド間張力が制御されるべきときには両
スイツチ１１がオンされ、張力制御が行なわれ
る。張力制御中においては、速度制御装置５の設
定入力側の信号n*は n*＝n* 0＋Δn＋Δn^ ＝n* 0＋Δn＋（n^−n* 0） ＝n^＋Δn (1) となる。すなわち、状態観測器１２の出力信号が
速度指令値となり、これに張力調節器８の補正値
Δnが重畳されることになる。したがつて、図示
の実施例は、n*をn* 0からn^＋Δnに切換える切換回
路を備える回路方式に変形することもできる。
ところで、上述の(1)式からも分るように、状態
観測器１２の出力信号n^がいかなる量を代表して
いるかが本発明の作用効果を理解する上で重要で
ある。そこで、状態観測器１２の内部の具体的構
成例とその動作について説明する。
観測器１２の出力信号n^がいかなる量を代表して
いるかが本発明の作用効果を理解する上で重要で
ある。そこで、状態観測器１２の内部の具体的構
成例とその動作について説明する。
状態観測器１２は制御対象の等価モデルとして
の一次遅れ要素１２１、前述の出力信号n^を保持
するための積分要素１２２とを備えている。モデ
ル１２１はゲインK^と時定数T^とをもつて、速度
検出器７の出力信号ｎと積分要素１２２の出力信
号ｎとの差に追従する。積分要素１２２には張力
検出器１０の出力信号σとモデル１２１の出力信
号σ^との偏差がゲインg2を有する増幅器１２３を
介して入力される。したがつて、積分要素１２２
は偏差σ−σ^が零になるまで出力信号n^を変更す
る動作をする。増幅器１２４はゲインg1を有し、
偏差σ−σ^をモデル１２１の入力にフイードバツ
クするものであり、これによつてループ状に接続
されている２つの要素１２１，１２４の自励振動
を抑制して安定化をはかるのに役立つ。ゲイン
g1，g2の値を適切に選ぶことにより状態観測器の
応答特性を最適にできる。
の一次遅れ要素１２１、前述の出力信号n^を保持
するための積分要素１２２とを備えている。モデ
ル１２１はゲインK^と時定数T^とをもつて、速度
検出器７の出力信号ｎと積分要素１２２の出力信
号ｎとの差に追従する。積分要素１２２には張力
検出器１０の出力信号σとモデル１２１の出力信
号σ^との偏差がゲインg2を有する増幅器１２３を
介して入力される。したがつて、積分要素１２２
は偏差σ−σ^が零になるまで出力信号n^を変更す
る動作をする。増幅器１２４はゲインg1を有し、
偏差σ−σ^をモデル１２１の入力にフイードバツ
クするものであり、これによつてループ状に接続
されている２つの要素１２１，１２４の自励振動
を抑制して安定化をはかるのに役立つ。ゲイン
g1，g2の値を適切に選ぶことにより状態観測器の
応答特性を最適にできる。
ところで、スタンド間張力は材料の長手方向の
弾性変形により発生するが、その変形量がスタン
ド間距離に対して十分に小さく、かつ材料速度に
対してその変動幅は大きくないものとすると、前
段スタンド１のロール出側速度v1と後段スタンド
２のロール入側速度v2との差に対してスタンド間
張力σは、近似的に次式で与えられる。
弾性変形により発生するが、その変形量がスタン
ド間距離に対して十分に小さく、かつ材料速度に
対してその変動幅は大きくないものとすると、前
段スタンド１のロール出側速度v1と後段スタンド
２のロール入側速度v2との差に対してスタンド間
張力σは、近似的に次式で与えられる。
σ＝Ｋ／１＋TS・（v2＋v1） (2)
上式で表わされる制御対象の伝達関数は１次遅
れ関数であり、その比例ゲインＫは材料の断面
積、ヤング率および材料速度（ほぼ一定）の関数
であり、Ｔはスタンド間距離と材料速度の関数で
ある。Ｓはラプラス演算子である。
れ関数であり、その比例ゲインＫは材料の断面
積、ヤング率および材料速度（ほぼ一定）の関数
であり、Ｔはスタンド間距離と材料速度の関数で
ある。Ｓはラプラス演算子である。
これに対して、図示の状態観測器１２によれ
ば、スタンド間張力の模擬値σ^は、モデル１２１
により σ^＝K^／１＋TS（ｎ−n^） (3) なる関係式で与えられる応答になり、しかも積分
要素１２２の作用により、 σ^＝σ (4) となるので、K^≒Ｋ，T^≒Ｔなる選定をしておけ
ば、式(2)，(3)，(4)から v2−v1＝ｎ−n^ (5) となる。従つて、この式(5)に基づいて式(3)は次の
ように書き直せる。
ば、スタンド間張力の模擬値σ^は、モデル１２１
により σ^＝K^／１＋TS（ｎ−n^） (3) なる関係式で与えられる応答になり、しかも積分
要素１２２の作用により、 σ^＝σ (4) となるので、K^≒Ｋ，T^≒Ｔなる選定をしておけ
ば、式(2)，(3)，(4)から v2−v1＝ｎ−n^ (5) となる。従つて、この式(5)に基づいて式(3)は次の
ように書き直せる。
σ^＝K^／１＋TS（ｎ−n^）
＝K^／１＋TS（v2−v1） (6)
この式(6)から理解できるように、一次遅れ要素
１２１の出力信号σは、速度検出器７から出力さ
れた一方のスタンドの電動機速度検出値ｎと、積
分要素１２２の出力信号である電動機速度模擬値
n^とが入力されて、後段スタンド２のロール入側
材料速度v2と前段スタンド１のロール出側材料速
度v1との差（v2−v1）を模擬していることにな
る。
１２１の出力信号σは、速度検出器７から出力さ
れた一方のスタンドの電動機速度検出値ｎと、積
分要素１２２の出力信号である電動機速度模擬値
n^とが入力されて、後段スタンド２のロール入側
材料速度v2と前段スタンド１のロール出側材料速
度v1との差（v2−v1）を模擬していることにな
る。
一方、積分要素１２２の出力信号つまり状態観
測器１２の出力信号ｎは式(5)から次式のように表
すことができる。
測器１２の出力信号ｎは式(5)から次式のように表
すことができる。
n^＝ｎ−（v2−v1） (7)
ここで、速度制御装置５はその入力信号（n*
−ｎ）が零となるように制御を行うのであるか
ら、式(1)から次のことがいえる。
−ｎ）が零となるように制御を行うのであるか
ら、式(1)から次のことがいえる。
ｎ＝n*
＝n^＋Δn (8)
この式(8)に式(7)を代入する。
ｎ＝n^＋Δn
＝ｎ−（v2−v1）＋Δn (9)
従つて、式(9)から次式が導出される。
v2−v1＝Δn (10)
式(2)からわかるように、速度差（v2−v1）に変
化が生じると、スタンド間張力σはその変化に対
応して一次遅れで追従しようとするのであるが、
本発明によれば、その速度差の変化に対応してそ
の変化を抑制するように、すなわち式(10)の如く、
速度差（v2−v1）が張力調節器８による張力設定
相当Δnに保たれるように、速度指令値がすばや
く変更される。このように種々の張力変動要因を
含む速度差（v2−v1）の変化を検出して、その変
化を相殺するように、すばやく速度指令値を変更
するというフイードフオワード制御により、張力
調節器８によるフイードバツク系の遅い応答を待
たずして、速応的に外乱吸収が行なわれるので、
張力変動を抑制することができる。
化が生じると、スタンド間張力σはその変化に対
応して一次遅れで追従しようとするのであるが、
本発明によれば、その速度差の変化に対応してそ
の変化を抑制するように、すなわち式(10)の如く、
速度差（v2−v1）が張力調節器８による張力設定
相当Δnに保たれるように、速度指令値がすばや
く変更される。このように種々の張力変動要因を
含む速度差（v2−v1）の変化を検出して、その変
化を相殺するように、すばやく速度指令値を変更
するというフイードフオワード制御により、張力
調節器８によるフイードバツク系の遅い応答を待
たずして、速応的に外乱吸収が行なわれるので、
張力変動を抑制することができる。
無張力制御の場合には、張力調節器８はほとん
ど出力零の近傍で動作し、状態観測器１２のシユ
ミレーシヨン誤差により生じ得る定常的な張力偏
差を補償する。零でない張力が設定される場合に
は、張力調節器８はその張力設定値相当分と定常
的な張力偏差に対する補償分とを含む速度指令補
正量を出力する。もちろん、上記の補償分のみを
張力調節器８に分担させて張力設定値相当分は張
力調節器８の出力にバイアスとして加算するよう
にしてもよい。
ど出力零の近傍で動作し、状態観測器１２のシユ
ミレーシヨン誤差により生じ得る定常的な張力偏
差を補償する。零でない張力が設定される場合に
は、張力調節器８はその張力設定値相当分と定常
的な張力偏差に対する補償分とを含む速度指令補
正量を出力する。もちろん、上記の補償分のみを
張力調節器８に分担させて張力設定値相当分は張
力調節器８の出力にバイアスとして加算するよう
にしてもよい。
以上のように、本考案によれば、材料の寸法変
化、材料の温度変化、ロールギヤツプ変化、スタ
ンド間の速度プリセツト値エラーおよび材料噛込
時のインパクトドロツプ等に起因するループ変動
を応答性よく抑制できるため、スタンド間張力を
安定に保つことができる。このことにより圧延材
の寸法変動の抑制、ミスロール発生の防止を達成
することができる。
化、材料の温度変化、ロールギヤツプ変化、スタ
ンド間の速度プリセツト値エラーおよび材料噛込
時のインパクトドロツプ等に起因するループ変動
を応答性よく抑制できるため、スタンド間張力を
安定に保つことができる。このことにより圧延材
の寸法変動の抑制、ミスロール発生の防止を達成
することができる。
図示の実施例では、スタンド間張力を所望値に
保つための操作を前段スタンド側の電動機速度制
御系に対して行なつているが、これとは逆に後段
側の電動機速度制御系に対して行なう場合に対し
ても適用できることは言うまでもない。
保つための操作を前段スタンド側の電動機速度制
御系に対して行なつているが、これとは逆に後段
側の電動機速度制御系に対して行なう場合に対し
ても適用できることは言うまでもない。
図は本発明一実施例を示すブロツク図である。
１，２……スタンド、３……圧延材料、４１…
…電動機、４２……サイリスタ変換器、５……速
度制御装置、６……速度設定器、７……速度検出
器、８……張力調節器、９……張力設定器、１０
……張力検出器、１２……状態観測器、１２１…
…制御対象モデル（一次遅れ要素）、１２２……
積分要素、１２３，１２４……増幅器。
…電動機、４２……サイリスタ変換器、５……速
度制御装置、６……速度設定器、７……速度検出
器、８……張力調節器、９……張力設定器、１０
……張力検出器、１２……状態観測器、１２１…
…制御対象モデル（一次遅れ要素）、１２２……
積分要素、１２３，１２４……増幅器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ それぞれ個別の電動機で駆動される複数のス
タンドから成る圧延機におけるスタンド間張力制
御のために、一方のスタンドを駆動する電動機の
速度を検出する速度検出器７と、スタンド間の圧
延材料の張力を検出する張力検出器１０と、張力
設定器９の張力設定信号と前記張力検出器の張力
検出信号σとの偏差に応じて、前記一方のスタン
ドの電動機速度制御系５の速度指令値n* 0に対す
る速度指令補正分Δnを形成して出力する張力調
節器８とを備えたスタンド間張力制御装置におい
て、 前記速度検出器７から出力された前記一方のス
タンドの電動機速度検出値ｎと前記一方のスタン
ドの後記電動機速度模擬値n^との偏差（ｎ−n^）
が入力されて、前記圧延材料の張力模擬値σ^を出
力する一次遅れ要素１２１と、 前記張力検出器の張力検出信号σと前記一次遅
れ要素から出力された前記圧延材料の張力模擬値
σとの偏差（σ^−σ^）に応じた信号が入力されて、
前記一方のスタンドの電動機速度検出値ｎから後
段スタンドのロール入側材料速度v2と前段スタン
ドのロール出側材料速度v1との差v2−v1を差引い
た値に相当する前記電動機速度模擬値n^を出力す
る積分要素１２２と、 から構成された状態観測器を設け、 この状態観測器における前記積分要素１２２の
出力信号n^を、前記張力調節器８の出力信号Δnと
共に、前記一方のスタンドの電動機速度制御系５
に与える、 ことを特徴とする圧延機のスタンド間張力制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57042319A JPS58159913A (ja) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | 圧延機のスタンド間張力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57042319A JPS58159913A (ja) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | 圧延機のスタンド間張力制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58159913A JPS58159913A (ja) | 1983-09-22 |
| JPH0320285B2 true JPH0320285B2 (ja) | 1991-03-19 |
Family
ID=12632690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57042319A Granted JPS58159913A (ja) | 1982-03-17 | 1982-03-17 | 圧延機のスタンド間張力制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58159913A (ja) |
-
1982
- 1982-03-17 JP JP57042319A patent/JPS58159913A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58159913A (ja) | 1983-09-22 |
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