JPH0716625A - 圧延機制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧延機の板厚・張力制御装置において、各ア
クチュエータが遅れを持つ場合でも適切なフィードフォ
ワード外乱制御を行う。 【構成】 圧延状態を検出する状態検出器３、圧延スタ
ンド１への入側板厚変動を検出する入側板厚検出部４、
検出された板厚を記憶する入側板厚記憶部８、記憶され
ている入側板厚の履歴から圧下装置とロール速度装置の
操作量を演算するフィードフォワード制御部６、フィー
ドフォワード制御部６の各ゲインを設定するゲイン設定
部７、状態検出器３で検出された状態量とゲイン設定部
７で設定されたゲインとから圧下装置とロール速度装置
の操作量を演算するフィードバック制御部５、フィード
フォワード制御部６とフィードバック制御部５で算出さ
れた圧下装置とロール速度装置の操作量をそれぞれ加算
して出力する加算部９、状態検出器３で検出された状態
量を表示する応答表示部１１とを含んで構成された圧延
機の板厚・張力制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧延機の出側板厚・後
方張力制御系の外乱変動に対する制御装置及び方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧延機上で顕著な外乱である入側
板厚変動に対応する出側板厚制御方法としては、例えば
「板圧延の理論と実際」（日本鉄鋼協会共同研究会 圧
延理論部会編 社団法人 日本鉄鋼協会）の第１２章に
記載されているように、圧下操作によるるフィードフォ
ワードＡＧＣ（Automatic Gauge Control）やロール
速度操作によるフィードフォワードＡＧＣと言われる方
法があり、現在の入側板厚変動値に比例して各操作を行
う比例フィードフォワード制御であった。また、フィー
ドフォワード制御とフィードバック制御を組み合わせた
例は、特開昭６１−１８９８１２号公報に記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記各従来技
術は、制御時点現在の入側板厚にのみ着目した比例制御
であるため圧下装置やロール速度装置に応答の遅れがあ
る場合、十分な外乱制御ができないという問題があっ
た。また応答遅れの時間だけ早い時点で制御を開始して
も、外乱すなわち入り側板厚変動の速さが早いと、圧下
装置やロール速度装置の応答が入り側板厚の変動に追従
できないという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、圧延現象に入ってくる外
乱として顕著な入側板厚変動に対処する圧延機の板厚・
張力制御において、各アクチュエ−タが遅れを持つ場合
でも適切な外乱制御を実現することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、板厚と張力を制御量とする圧延機を制御
する制御装置を、前記圧延機の圧延状態を変化させる圧
下装置、圧延ロール回転装置等のアクチュエータと、前
記圧延機に入ってくる圧延材の板厚変動を検出する入側
板厚変動検出部と、該検出部の出力を記憶する入側板厚
記憶部と、該入側板厚記憶部に蓄えられた板厚の所定時
間内の未来の変動履歴を入力として前記アクチュエータ
への操作量を指示する信号を演算出力するフィードフォ
ワード制御部とを含んで構成したものである。

【０００６】本発明は、また上記目的を達成するため
に、板厚と張力を制御量とする圧延機を制御する制御装
置を、前記圧延機の圧延状態を変化させる圧下装置、圧
延ロール回転装置等のアクチュエータと、前記圧延機に
入ってくる圧延材の板厚変動を検出する入側板厚変動検
出部と、該検出部の出力を記憶する入側板厚記憶部と、
該入側板厚記憶部に蓄えられた板厚の所定時間内の未来
の変動履歴を入力として前記アクチュエータへの操作量
を指示する信号を演算出力するフィードフォワード制御
部と、少なくとも前記圧下装置の圧下位置と圧延ロール
の回転速度と後方張力と出側板厚とを入力として前記ア
クチュエータへの操作量を指示する信号を演算出力する
フィードバック制御部と、前記フィードフォワード制御
部及び前記フィードバック制御部の演算に用いられる制
御ゲインを決定するゲイン設定部と、前記圧延機の出側
板厚及び後方張力を表示する応答表示部と、前記フィー
ドフォワード制御部及びフィードバック制御部のゲイン
調整を行なうためのパラメータを前記ゲイン設定部に入
力する入力部とを含んで構成したものである。

【０００７】本発明はまた、上記目的を達成するため
に、出側板厚と後方張力を制御量とする圧延機を制御す
る制御方法を、前記出側板厚、前記後方張力、前記圧延
機における圧下装置の圧下位置、圧延ロールの回転速度
及び前記圧延機に入ってくる圧延材の所定の時間幅にお
ける板厚変動の未来履歴を求める手順と、求められた前
記出側板厚、前記後方張力、前記圧延機における圧下装
置の圧下位置、圧延ロールの回転速度及び前記所定の時
間幅における板厚変動の未来履歴から前記圧延機の圧延
状態を変化させるアクチュエータの操作量を求める手順
と、求められたアクチュエータの操作量を用いてアクチ
ュエータを操作する手順と、前記圧延機の出側板厚及び
後方張力の応答波形に基づいて前記手順で求められる操
作量を調整する手順とを含んで構成したものである。

【０００８】本発明はまた、上記目的を達成するため
に、板厚と張力を制御量として圧延機の圧下装置、圧延
ロール回転装置等のアクチュエータを制御する圧延機の
制御方法を、前記圧延機に入ってくる圧延材の板厚変動
を圧延ロールの上流側の所定の位置で定められたサンプ
リング間隔で検出する手順と、検出された複数の板厚変
動値を未来の板厚変動履歴として時系列的に記憶する手
順と、該記憶された未来の板厚変動履歴を入力として前
記アクチュエータへの操作量を指示する第１の信号を演
算出力する手順と、さらに少なくとも前記圧下装置の圧
下位置と圧延ロールの回転速度と後方張力と出側板厚と
を入力として前記アクチュエータへの操作量を指示する
第２の信号を演算出力する手順と、前記第１の信号と第
２の信号を加算して得られた信号を前記アクチュエータ
の制御信号とする手順とを含んで構成したものである。

【０００９】

【作用】圧延機のある圧延スタンドの入側板厚変動は、
圧延ロール上流側に配置された入側板厚変動検出部によ
り所定サンプル時間毎に検出され、入側板厚記憶部に時
系列的に入側板厚の変動の未来履歴として記憶される。
板厚変動が検出記憶された圧延材のある点が所定の位置
に到達したとき、その点からｎサンプル時間後に前記所
定の位置に到達する点までの板厚変動の未来履歴が入側
板厚記憶部から取り出されてフィードフォワード制御部
に送られ、フィードフォワード制御部では、これからロ
ール直下に流れてくる圧延材の板厚変動のｎサンプリン
グ時間後までの時系列板厚変動を用いたフィードフォワ
ード制御から第１の信号として圧下指令とロール速度指
令を演算する。このため、圧延材の１点ごとの板厚変動
データを対象にアクチュエータの制御が行われるのでな
く、未来のある範囲にわたる板厚変動を見通し、該ある
範囲における出側板厚の計画値から偏差が最小となるよ
うにアクチュエータの制御が行われる。したがって、ア
クチュエータの応答は圧延材のある点の板厚変動に対し
て追従するのでなく、未来のある範囲にわたる板厚変動
に対して追従することになり、アクチュエータの板厚変
動に対する応答おくれの影響は小さくなるとともに、出
側板厚の偏差の累積量も小さくなる。

【００１０】また、圧下装置の圧下位置と圧延ロールの
回転速度と後方張力と出側板厚とを入力としてフィード
バック制御により前記アクチュエータへの操作量を指示
する第２の信号を演算出力し、前記第１の信号と第２の
信号を加算して得られた信号をアクチュエータへの操作
量を指示する信号とすることにより、制御の精度がさら
に向上する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例である冷間タンデム圧
延機の出側板厚・後方張力制御について説明する。図２
は、この制御対象であるタンデム圧延機の概略を示す図
である。図２においてタンデム圧延機の各スタンド２１
にはアクチュエータとして、各スタンド２１のロール２
３を回転させるロール速度装置２５及びロールを上下さ
せる圧下装置２２が備え付けられている。圧下装置２２
を動作させると被圧延材２４にかかる荷重が変化し、圧
延現象に影響が及んでスタンド出側板厚やスタンド後方
張力に影響を与える。また、圧延ロール速度装置２５を
動作させるとロール２３の回転速度が変化する。そし
て、ロール２３の回転速度変化がスタンド間の速度差に
影響を及ぼしてスタンド間張力が変化し圧延状況に影響
を与える。また、ｉスタンド２１−１から流れ出る被圧
延材２４の板厚は、その出側の板厚計２６で検出され
る。そして、この板厚は次のｉ＋１スタンド２１−２の
入側板厚になる。つまり、圧延機ｉ＋１スタンド２１−
２における入側板厚外乱は、既知外乱である。

【００１２】図１は本発明をタンデム圧延機の出側板厚
・後方張力制御に適用した制御装置の要部を示すブロッ
ク線図である。図１において制御対象である圧延機は、
図２に示したように、圧延スタンド１と、該圧延スタン
ド１のロールを操作するロール速度装置と圧下装置の二
つのアクチュエータ２を含んで構成されている。

【００１３】制御装置は、状態検出器３と、該状態検出
器３の出力側に接続されたフィードバック制御部５と、
該フィードバック制御部５に接続されたゲイン設定部７
と、該ゲイン設定部７の入力側に接続された入力部１０
と、前記圧延スタンド１の入側板厚変動を検出する入側
板厚変動検出部（以下、入側板厚検出部という）４と、
該入側板厚検出部４の出力側に接続された入側板厚記憶
部８と、該入側板厚記憶部８及び前記前記ゲイン設定部
７の出力側に接続されたフィードフォワード制御部６
と、該フィードフォワード制御部６及び前記フィードバ
ック制御部５の出力側に接続された加算部９と、前記状
態検出器３の出力側に接続された応答表示部１１とを含
んで構成され、前記加算部の出力側は前記アクチュエー
タ２に接続されている。また、入側板厚記憶部８にはロ
ール速度の情報も入力されるようになっている。

【００１４】つぎに上記構成の装置の動作を説明する。
圧延スタンド１の状態量である圧下位置、ロール回転速
度及び制御量でもある出側板厚と後方張力は状態検出器
３によって検出される。検出された状態量は、フィード
バック制御部５に入力される。このとき、ゲイン設定部
７では、入力部１０から演算のためのパラメータとして
入力されるゲイン設定評価指標に基づいて制御ゲインが
設定されており、その設定された制御ゲインがフィード
バック制御部５に送られている。そして、フィードバッ
ク制御部５では入力された圧下位置、ロール回転速度、
出側板厚及び後方張力と制御ゲインに基づいて圧下指令
及び速度指令が決定され、加算部９へ出力される。

【００１５】一方、圧延機に流れてくる被圧延材の入側
板厚外乱である板厚変動は、圧延ロール上流側の所定の
位置に配置された入側板厚検出部４によって検出され
る。入側板厚検出部４によって検出された板厚データ
は、所定サンプリング時間毎に入側板厚記憶部８に入力
される。入側板厚記憶部８は、入側板厚検出部４から入
力される入側板厚変動データとそのデータが検出された
点の被圧延材が圧延スタンド１のロールに到達する予測
時刻（到達予測時刻）を組合わせて入側板厚変動の未来
の履歴として蓄積する。入側板厚検出部４と圧延スタン
ド１の圧延ロール間の距離と被圧延材の流れる速度は分
かっているので、ある時点で入側板厚記憶部８に入力
（入側板厚検出部４で検出）されたデータを持つ被圧延
材の部分が圧延スタンド１のロールに到達する予測時刻
は簡単に推定できる。入側板厚記憶部８に記憶されてい
る到達予測時刻ｔkと現在の時刻が同じになったとき、
入側板厚記憶部８からその予測時刻ｔkに対応する板厚
データ（Ｈ（k））と入側板厚記憶部８に蓄積されてい
るその予測時刻以降に到達する板厚データ（Ｈ（k＋1）
〜Ｈ（k＋n））がフィードフォワード制御部６に出力さ
れる。

【００１６】ゲイン設定部７では、入力部１０から入力
されるゲイン設定評価指標に基づいて制御ゲインが設定
されており、その設定された制御ゲインがフィードフォ
ワード制御部６に送られている。フィードフォワード制
御部６は、入側板厚記憶部８から送られてくる入側板厚
変動のこれからの履歴（Ｈ（k）〜Ｈ（k＋n））とゲイ
ン設定部７から送られてくる制御ゲインに基づき圧下指
令及びロール速度指令を求め、加算部９へ出力する。フ
ィードバック制御部５とフィードフォワード制御部６で
求められた圧下指令とロール速度指令は、加算部９で加
算され、新たな圧下指令Ｓp（Ｋ）と速度指令Ｖp（Ｋ）
として出力される。

【００１７】加算部９で求められた圧下指令Ｓp（Ｋ）
とロール速度指令Ｖp（Ｋ）は、アクチュエ−タ２の圧
下装置及びロール速度装置に入力され、圧延スタンド１
はこれらの信号に基づいてアクチュエ−タ２により操作
される。アクチュエ−タ２の操作量の調整は、フィード
バック制御部５とフィードフォワード制御部６の制御ゲ
インの調整によって行なわれる。この制御ゲインは、応
答表示部１１に表示される圧延スタンドの出側板厚及び
後方張力の応答波形から適否が判断され、入力部１０か
ら入力される演算パラメータとしてのゲイン設定評価指
標を変更して調整が行なわれる。

【００１８】図３は、本発明の実施例の図１における入
側板厚記憶部８の内部詳細図である。入側板厚記憶部８
は、入側板厚検出部４からのデータが入力されるサンプ
ラ８０４と、該サンプラ８０４に接続された到達時刻予
測部８０１と、該到達時刻予測部８０１に接続された到
達予測時刻記憶部８０２と、前記サンプラ８０４に接続
された板厚記憶部８０３と、前記サンプラ８０４と到達
予測時刻記憶部８０２と板厚記憶部８０３とに接続され
た外乱出力部８０５とを含んで構成され、外乱出力部８
０５が前記フィードフォワード制御部６に接続され、到
達時刻予測部８０１にスタンド間板速データが入力され
るようになっている。

【００１９】上記構成の入側板厚記憶部８においては、
入側板厚検出部４によって検出された入側板厚は、ま
ず、サンプラ８０４に入力され、実際の制御周期でサン
プリングされ、サンプリング時の入側板厚外乱Ｈ（k＋
m）とサンプリング時刻Ｔ（k＋m）がサンプラ８０４か
ら出力される。サンプラ８０４の出力であるサンプリン
グ時刻Ｔ（k＋m）は、到達時刻予測部８０１に入力され
て、到達時刻予測部８０１はそのサンプリング時刻に検
出された板厚外乱Ｈ（k＋m）を持つ被圧延材の部分が圧
延機のロール直下に到達する時刻ｔ（k＋m）を推定す
る。到達時刻は、入側板厚検出部４から圧延スタンドの
ロール直下までの距離は一定であるので、被圧延材の流
れる速度によって計算される。例えば、入側板厚検出部
４と圧延スタンドのロール直下との間の距離をＬ（ｍ）
とし、サンプリング時刻の被圧延材の板速がＶm（m／se
c）であるとする。このとき、サンプリングされた板厚
外乱は、次の数式１で求められる時間ｔa（sec）後に圧
延機のロール直下に到達すると予測される。

【００２０】

【数１】ｔa＝Ｌ／Ｖm 板速Ｖmは、直接板速計から入力することもできるが、
ロール速度ＶRより公知である板速の式 Ｖm＝ＶR（１
＋ｆ）（ｆ：先進率）より求めることができる。以上の
ことから、検出された板厚外乱Ｈ（k＋m）が圧延機のロ
ール直下に到達する時刻ｔ（k＋m）は、次の数式２で表
現される。

【００２１】

【数２】ｔ（k＋m）＝Ｔ（k＋m）＋ｔa 到達時刻予測部８０１で求められた到達予測時刻ｔ（k
＋m）は到達予測時刻記憶部８０２に、サンプラ８０４
でサンプリングされた板厚外乱Ｈ（k＋m）は板厚記憶部
８０３に、互いに対応づけられてそれぞれ記憶される。
到達予測時刻ｔ（k＋m）と板厚外乱Ｈ（k＋m）は、サン
プリングされた順に整列され、記憶される。到達予測時
刻記憶部８０２で記憶されている到達予測時刻ｔ（ｋ＋
m）とサンプラ８０４から出力されるサンプル時刻Ｔ（k
＋m）は外乱出力部８０５に入力され、サンプラ８０４
からのサンプル時刻Ｔ（k＋m）と同じ到達予測時刻ｔ
（k）に対応した板厚外乱Ｈ（k）が板厚記憶部８０３か
ら選出される。そして、そのサンプル点の板厚外乱Ｈ
（k）からｎサンプル時刻後の板厚外乱、Ｈ（k＋n）ま
での板厚外乱データ（Ｈ（k）、Ｈ（k＋1）、・・・、
Ｈ（k＋n））がフィードフォワード制御部６に出力され
る。

【００２２】図４は、本発明の実施例の図１におけるフ
ィードフォワード制御部６の内部詳細図である。フィー
ドフォワード制御部６は、乗算部１１、１２、……１ｎ
と、乗算部２１、２２、……２ｎと、前記乗算部１１、
１２、……１ｎの出力を合計して圧下指令として出力す
る加算部６０３と、前記乗算部２１、２２、……２ｎの
出力を合計してロール速度指令として出力する加算部６
０４とを含んで構成されている。乗算部１１、１２、…
…１ｎは、入側板厚記憶部８から出力される板厚外乱デ
ータ（Ｈ（k）、Ｈ（k＋1）、……、Ｈ（k＋n）と、ゲ
イン設定部７から出力されるゲインＫd11、Ｋd12、…
…、Ｋd1nをそれぞれ乗算して加算部６０３に出力する
ように構成され、乗算部２１、２２、……２ｎは、入側
板厚記憶部８から出力される板厚外乱データ（Ｈ
（k）、Ｈ（k＋1）、……、Ｈ（k＋n）と、ゲイン設定
部７から出力されるゲインＫd21、Ｋd22、……、Ｋd2n
をそれぞれ乗算して加算部６０４に出力するように構成
されている。

【００２３】加算部６０３と加算部６０４の演算結果
は、加算部９にそれぞれ圧下指令及びロール速度指令と
して出力される。

【００２４】次に、図１におけるゲイン設定部７につい
て説明する。ゲイン設定部７は、入力部１０から入力さ
れるゲイン設計評価指標に基づいてフィードバック制御
部５とフィードフォワード制御部６の制御ゲインを設定
する。先ず、制御系を設計するために必要な制御対象で
ある圧延機のモデルを示す。冷間タンデム圧延機のモデ
ルは、例えば、「数値解析手法による制御系の設計（社
団法人計測自動制御学会編 安藤他）」に記載されてい
るような圧延現象を表現する圧延荷重式、先進率式、張
力式、ゲージメータ式等から導出された状態空間モデル
で表現できる。この状態空間モデルは、状態量として各
スタンド圧下位置Ｓi、各スタンドロール速度ＶRi、各
スタンド後方張力τbi、操作量として各スタンド圧下位
置指令Ｓpi、各スタンドロール速度指令Ｖpi、制御量と
して各スタンド出側板厚ｈi、各スタンド後方張力τb
i、外乱として各スタンド入側板厚Ｈiを用いて表現でき
る（但し、ｉはスタンドの番号を表す）。

【００２５】更に、複数のスタンドから構成されて大規
模システムであるタンデム圧延機は、「ミル制御用ブロ
ック化非干渉最適制御方式の開発（電気学会情報処理研
究会資料ＩＰ−８７−１１、ｐ．１０１、昭和６２−１
１、片山他）」に記載されているような手法を用いてス
タンド毎に非干渉化できる。そして、実際の制御は、あ
るサンプリングタイム毎に指令を変更する離散時間制御
である。従って、最終的な圧延機のモデルは離散時間表
示で、次のような数式３、数式４で記述できる。

【００２６】

【数３】

【００２７】

【数４】

【００２８】ここで、フィードバック制御部５によりあ
る程度外乱除去特性を確保するために、下記の数式５に
示すようなエラーシステムの状態方程式を作成する。エ
ラーシステムの作成は、例えば、「最適予見制御系の漸
近特性（計測自動制御学会論文集 Vol．25、No．10、
P．1083／1090（1989）、河村他）」に記載されている
手順で行えばよい。

【００２９】

【数５】

【００３０】また、Ｉｎ×ｎ は、ｎ×ｎの単位行列で
あり、０ｎ×ｍ は、ｎ×ｍの零行列である。［ ］末
尾のＴは転置行列を示す。

【００３１】このような制御対象に対して、先ずフィー
ドバック制御部５を設計する。ここでは、下記数式６の
２次形式評価関数Ｊを最小化することを設計指針とす
る。

【００３２】

【数６】

【００３３】数式６のゲイン設定評価指標を用いる場合
の入力部１０から入力するパラメータは、行列Ｑi、Ｒi
である。このときの行列の要素ｑ1〜ｑ5及びｒ1、ｒ2の
物理的な意味は、次の通りである。

【００３４】ｑ1：圧延機1の目標出側板厚からの偏差の
応答を調整する重み ｑ2：圧延機1の目標後方張力からの偏差の応答を調整す
る重み ｑ3：圧延機1の圧下位置の応答を調整する重み ｑ4：圧延機1のロール速度の応答を調整する重み ｑ5：圧延機1の後方張力の応答を調整する重み ｒ1：圧延機1の圧下装置への指令の大きさを調整する重
み ｒ2：圧延機1のロール速度装置への指令の大きさを調整
する重み 従って、この場合のフィードバック制御部５及びフィー
ドフォワード制御部６のゲインの調整は、次のような方
法で行なうことができる。

【００３５】 応答表示部１１において出側板厚偏差の応答が遅い → ｑ1を大きくする 応答表示部１１において後方張力偏差の応答が遅い → ｑ2を大きくする ・ ・ ・ さて、数式６の評価指標に基づくと、フィードバック制
御部５には、ゲイン設定部７で演算された下記制御ゲイ
ンＫoが送られる。そして、フィードバック制御部５で
は、数式７で記述される操作量演算が行われる。

【００３６】

【数７】

【００３７】次に数式７のフィードバック制御に加え
て、数式６の評価関数を更に最小化するフィードフォワ
ード制御部６の制御ゲインの設計法を示す。フィードフ
ォワード制御部６の操作量演算は、入側板厚変動の履歴
にゲインを乗じて加算した数式８で記述される。

【００３８】

【数８】

【００３９】ここで、数式８のフィードフォワード制御
を行う場合、数式６の評価関数を更に最小化するように
ゲイン設定部７では、上記数式８に用いられる制御ゲイ
ンＫdjを求める。制御ゲインＫdjを求める方法は、次の
数式９の条件から導きだされる。

【００４０】

【数９】

【００４１】このときの、制御ゲインは次の数式１０で
記述される。

【００４２】

【数１０】

【００４３】このように入力部１０から入力された評価
関数の重み行列に対して、ゲイン設定部７では、数式１
０に示したようにフィードフォワード制御部６の制御ゲ
インＫdjを計算して、フィードフォワード制御部６に出
力する。

【００４４】図５に本発明によるフィードフォワード外
乱制御の方法を表現したフローチャートを示す。先ず、
step．1として数式６に示した評価関数Ｊを決定するた
めに入力部１０から評価関数の重み行列Ｑ、Ｒを入力す
る。次に、step．2として、この入力された重み行列
Ｑ、Ｒを用いてゲイン設定部７でフィードバック制御部
５の制御ゲインＫo及びフィードフォワード制御部６の
制御ゲインＫdjを計算し、フィードバック制御部５とフ
ィードフォワード制御部６に出力する。以上までのste
p．１とstep．２は前処理にあたり、次からのstep．３
〜step．7は、入側板厚のサンプリング周期毎に行われ
る。

【００４５】先ず、step．3．1で、入側板厚変動が入側
板厚検出部４で検出され、step．3．2で、状態検出器３
により圧延状態が検出される。続いて、step．4では、
この検出された板厚が圧延スタンドのロール直下に到達
する時刻が入側板厚記憶部８により予測される。step．
5では、step．3．1で検出された板厚とstep．4で予測さ
れた到達予測時刻が未来外乱の履歴として入側板厚記憶
部８に追加記憶される。step．6．1では、step．3．1で
検出された時の時刻と同じ到達予測時刻である入側板厚
外乱からｎサンプリング時刻後までの入側板厚変動が入
側板厚記憶部８から取り出されて、フィードフォワード
制御部６に出力され、step．2で計算されたフィードフ
ォワード制御ゲインＫdjと数式８のような積和演算が行
われてフィードフォワード制御操作量Δｕ（ｋ）が算出
される。

【００４６】そして、step．6．2では、step．3．2で検
出された圧延状態である圧下位置、ロール回転速度、後
方張力がフィードバック制御部５に出力されて、step．
2で計算したフィードバック制御ゲインと数式７のよう
な演算が行われ、フィードバック制御操作量が算出され
る。最後のstep．7では、step．6．1及びstep．6．2で
計算した操作量が加算され、得られた操作量に基づいて
圧下装置及びロール速度装置のアクチュエ−タ２が操作
される。以上step．3からstep．7までが１制御周期で行
われ、これらの動作が終わると、次の制御周期で再びst
ep．3からstep．7までが繰り返される。そして、以上の
制御の結果得られる圧延スタンド１の出側板厚及び後方
張力は、step．0でその応答が表示される。このとき応
答波形が悪い場合（例えば、板厚偏差が大きい等）、評
価関数の重み行列のパラメータの変更を先ほど記述した
要領で行ない、新たにフィードバック制御ゲイン及びフ
ィードフォワード制御ゲインを決定する。

【００４７】図６は、本発明のように未来外乱の履歴を
用いたフィードフォワード制御とフィードバック制御を
用いた場合と、従来のように現在の外乱値のみを用いた
フィードフォワード制御とフィードバック制御を用いた
場合の圧延機の出側板厚の応答をシミュレーションした
結果を示した図である。ここでは、従来のフィードフォ
ワード外乱制御として、現在の入側板厚だけをフィード
フォワード操作に反映させた方法を用い、本発明の例と
しては、サンプリング時間で４ステップ後に圧延機に流
れてくる入側板厚までを未来履歴とする方法を用いた。
その結果、入側板厚の最大振幅を本発明により低減化で
きていることが分かる。また、未来の外乱値を利用し、
かつ各アクチュエ−タの遅れが考慮されているため、外
乱が圧延スタンドに入ってくる前にアクチュエ−タが動
作し、出側板厚の板厚変動が抑制されていることが分か
る。

【００４８】図７は、本発明の実施例の図１における入
側板厚記憶部８の別の構成例を示す内部詳細図である。
図示の入側板厚記憶部８は、サンプラ８０４−２と、該
サンプラ８０４−２に接続された板厚記憶部８０３と、
該板厚記憶部８０３に接続された外乱出力部８０５とを
含んで構成され、該外乱出力部８０５がフィードフォワ
ード制御部６に、サンプラ８０４−２が入側板厚検出部
４に、それぞれ接続されている。板厚記憶部８０３は所
定のスタンド間の距離（Ｌstd）とサンプリング時間で
流れる圧延材の距離（Ｌh）から決定される数（ｎ＝Ｌs
td／Ｌh）だけ板厚データを記憶する板厚メモリ８０６
−１〜８０６−ｎからなる。このような板厚メモリ８０
６に、所定の圧延スタンド間の圧延材の長手方向の板厚
データが順番に記憶される。従って、板厚メモリ８０６
−ｎに記憶されている入側板厚外乱データは次のスタン
ドの入側板厚を意味する。

【００４９】図７に示す入側板厚記憶部８は次のように
動作する。先ず、入側板厚検出部４によって検出された
入側板厚外乱は、入側板厚記憶部８に入力される。入側
板厚記憶部８では、入力された入側板厚外乱がサンプラ
８０４−２に入力され、実際の制御周期でサンプリング
され、サンプリング時間毎に入側板厚外乱Ｈ（k＋m）が
サンプラ８０４−２から出力される。このとき、板厚記
憶部８０３の板厚メモリ８０６-１から８０６-ｎに記憶
されている入側板厚外乱データは、サンプラ８０４−２
のサンプリングのタイミングで順送りに次の板厚メモリ
８０６に記憶される。つまり、板厚メモリ８０６−ｎに
記憶されていた入側板厚外乱データは破棄され、その板
厚メモリ８０６−ｎには板厚メモリ８０６−ｎ−１に記
憶されていた入側板厚外乱データが記憶される。以上の
ようにして最終的に板厚メモリ８０６−２には板厚メモ
リ８０６−１に記憶されていた入側板厚外乱データが記
憶され、サンプラ８０４−２から出力された入側板厚外
乱データＨ（k＋m）は板厚記憶部８０３の板厚メモリ８
０６−１に記憶される。

【００５０】以上のようにして板厚記憶部８０３の板厚
メモリ８０６−１から８０６−ｎに記憶されている入側
板厚外乱データ（Ｈ（k＋n）〜Ｈ（k））は、サンプリ
ングタイミングごとに外乱出力部８０５を経てフィード
フォワード制御部６に出力され、同時に板厚メモリ８０
６−ｎに記憶されていた入側板厚外乱データＨ（k）が
破棄されてあとのデータが順送りに送られる。

【００５１】以上の方法によってフィードフォワード制
御部６へ板厚の未来履歴が出力される。

【００５２】上記実施例では、制御ゲイン決定のための
評価関数として、数式６で示したＪが用いられている
が、その他に、数式６の変形例である下記のものを用い
てもよい。

【００５３】

【数１１】

【００５４】さらに、数式６の評価関数を一般化して下
記数式１２としてもよい。

【００５５】

【数１２】

【００５６】また、板厚外乱Ｈから出側板厚ｈと張力τ
ｂへの伝達ゲインを表現したＨ∞ノルムを評価関数とし
た場合、下記数式１３となる。

【００５７】

【数１３】

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、圧延機のあるスタンド
の入側板厚変動は、入側板厚検出部により検出され、入
側板厚記憶部に入側板厚の変動の未来履歴としてあるサ
ンプル時間毎に記憶され、記憶されたある点の圧延材が
ロール直下に到達したとき、その点からｎサンプル時間
後にロール直下に到達する点までの板厚変動の未来履歴
が入側板厚記憶部から取り出されてフィードフォワード
制御部に送られ、フィードフォワード制御部では、これ
からロール直下に流れてくる圧延材の板厚変動のｎサン
プリング時間後までの板厚変動を用いて圧下指令とロー
ル速度指令を演算することにより、圧下装置やロール速
度装置の遅れを考慮して制御が行われるので、各アクチ
ュエ−タが遅れを持つ場合でも適切な外乱制御が実現さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御装置の一実施例の要部構成を示す
ブロック線図である。

【図２】本発明の制御装置の制御対象である圧延機の概
略構成例を示す概念図である。

【図３】図１に示す実施例の部分の詳細を示すブロック
図である。

【図４】図１に示す実施例の他の部分の詳細を示すブロ
ック図である。

【図５】本発明の制御方法の実施例を示すフローチャー
トである。

【図６】本発明を用いた場合と従来技術を用いた場合の
結果を比較して示す図である。

【図７】図３に示す実施例の部分の他の例の詳細を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１ 制御対象（圧延スタンド） ２ アクチュエータ ３ 状態検出器 ４ 入側板厚検出部 ５ フィードバック制御部 ６ フィードフォワ
ード制御部 ７ ゲイン設定部 ８ 入側板厚記憶部 ９ 加算部 １０ 入力部 １１ 応答表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸岡 泰男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 斉藤 裕 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 片山 恭紀 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立情報制御システム内 (72)発明者 中島 正明 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 服部 哲 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 柏木 俊之 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板厚と張力を制御量とする圧延機を制御
   する制御装置において、前記圧延機の圧延状態を変化さ
   せる圧下装置、圧延ロール回転装置等のアクチュエータ
   と、前記圧延機に入ってくる圧延材の板厚変動を検出す
   る入側板厚変動検出部と、該検出部の出力を記憶する入
   側板厚記憶部と、該入側板厚記憶部に蓄えられた板厚の
   所定時間内の未来の変動履歴を入力として前記アクチュ
   エータへの操作量を指示する信号を演算出力するフィー
   ドフォワード制御部とを含んでなる圧延機制御装置。
2. 【請求項２】 板厚と張力を制御量とする圧延機を制御
   する制御装置において、前記圧延機の圧延状態を変化さ
   せる圧下装置、圧延ロール回転装置等のアクチュエータ
   と、前記圧延機に入ってくる圧延材の板厚変動を検出す
   る入側板厚変動検出部と、該検出部の出力を記憶する入
   側板厚記憶部と、該入側板厚記憶部に蓄えられた板厚の
   所定時間内の未来の変動履歴を入力として前記アクチュ
   エータへの操作量を指示する信号を演算出力するフィー
   ドフォワード制御部と、少なくとも前記圧下装置の圧下
   位置と圧延ロールの回転速度と後方張力と出側板厚とを
   入力として前記アクチュエータへの操作量を指示する信
   号を演算出力するフィードバック制御部と、前記フィー
   ドフォワード制御部及び前記フィードバック制御部の演
   算に用いられる制御ゲインを決定するゲイン設定部と、
   前記圧延機の出側板厚及び後方張力を表示する応答表示
   部と、前記フィードフォワード制御部及びフィードバッ
   ク制御部のゲイン調整を行なうためのパラメータを前記
   ゲイン設定部に入力する入力部とを含んでなる圧延機制
   御装置。
3. 【請求項３】 ゲイン設定部は、ゲインを求める演算方
   法として圧下位置、圧延ロール回転速度、張力の２次形
   式評価関数を最小化する方法を用いるものであることを
   特徴とする請求項２に記載の圧延機制御装置。
4. 【請求項４】 圧延機に入ってくる圧延材の板厚変動の
   所定時間内の未来変動履歴から圧下装置、圧延ロール回
   転装置等のアクチュエータの操作量を決定するフィード
   フォワード制御部と、前記圧下装置の圧下位置と圧延ロ
   ールの回転速度と後方張力と出側板厚とを入力として前
   記アクチュエータの操作量を決定するフィードバック制
   御部と、前記フィードフォワード制御と前記フィードバ
   ック制御のゲインを同じ評価指針に基づいて決定するゲ
   イン設定部を具備してなる圧延機制御装置。
5. 【請求項５】 出側板厚と後方張力を制御量とする圧延
   機を制御する制御方法において、前記出側板厚、前記後
   方張力、前記圧延機における圧下装置の圧下位置、圧延
   ロールの回転速度及び前記圧延機に入ってくる圧延材の
   所定の時間幅における板厚変動の未来履歴から前記圧延
   機の圧延状態を変化させるアクチュエータの操作量を求
   め、前記圧延機の出側板厚及び後方張力の応答波形に基
   づいて操作量を調整することを特徴とする圧延機制御方
   法。
6. 【請求項６】 板厚と張力を制御量として圧延機の圧下
   装置、圧延ロール回転装置等のアクチュエータを制御す
   る圧延機の制御方法において、前記圧延機に入ってくる
   圧延材の板厚変動を圧延ロールの上流側の所定の位置で
   定められたサンプリング間隔で検出し、検出された複数
   の板厚変動値を未来の板厚変動履歴として時系列的に記
   憶し、該記憶された未来の板厚変動履歴を入力として前
   記アクチュエータへの操作量を指示する第１の信号を演
   算出力し、さらに少なくとも前記圧下装置の圧下位置と
   圧延ロールの回転速度と後方張力と出側板厚とを入力と
   して前記アクチュエータへの操作量を指示する第２の信
   号を演算出力し、前記第１の信号と第２の信号を加算し
   て得られた信号を前記アクチュエータの制御信号とする
   圧延機の制御方法。
7. 【請求項７】 板厚と張力を制御量として圧延機の圧下
   装置、圧延ロール回転装置等のアクチュエータを制御す
   る圧延機の制御方法において、前記圧延機に入ってくる
   圧延材の板厚変動を圧延ロールの上流側の所定の位置で
   定められたサンプリング間隔で検出し、検出された複数
   の板厚変動値を未来の板厚変動履歴として時系列的に記
   憶し、予め設定された評価関数及び該評価関数のパラメ
   ータとして入力される数値とに基づいて複数の制御ゲイ
   ンを算出し、該算出された制御ゲインの一部と前記記憶
   された未来の板厚変動履歴を入力として前記アクチュエ
   ータへの操作量を指示する第１の信号を演算出力し、さ
   らに少なくとも前記圧下装置の圧下位置と圧延ロールの
   回転速度と後方張力と出側板厚と前記算出された制御ゲ
   インの他の一部を入力として前記アクチュエータへの操
   作量を指示する第２の信号を演算出力し、前記第１の信
   号と第２の信号を加算して得られた信号を前記アクチュ
   エータへの制御信号とする圧延機の制御方法。
8. 【請求項８】 評価関数のパラメータとして入力される
   数値を変更することにより、アクチュエータへの制御信
   号を調整することを特徴とする請求項７に記載の圧延機
   の制御方法。
9. 【請求項９】 圧延機の出側板厚と後方張力が表示さ
   れ、該表示に基づいて評価関数のパラメータとして入力
   される数値が変更されることを特徴とする請求項８に記
   載の圧延機の制御方法。
10. 【請求項１０】 圧延機に入ってくる圧延材の板厚変動
    の所定時間内の変動履歴と、圧延機のロール圧下装置の
    圧下位置と、圧延ロールの回転速度と、後方張力と、出
    側板厚と、圧延機モデルから決定される制御ゲインとか
    ら、前記ロール圧下装置、圧延ロール回転装置などのア
    クチュエータの操作量を決定することを特徴とする圧延
    機制御方法。
11. 【請求項１１】 圧延機に入ってくる圧延材の板厚変動
    の所定時間内の変動履歴から圧下装置、圧延ロール回転
    装置などのアクチュエータの操作量を決定するフィード
    フォワード制御と、前記圧下装置の圧下位置と圧延ロー
    ルの回転速度と後方張力と出側板厚からアクチュエータ
    の操作量を決定するフィードバック制御とにより板厚外
    乱を制御し、前記フィードフォワード制御と前記フィー
    ドバック制御のゲインを同じ評価指針に基づいて決定す
    ることを特徴とする圧延機制御方法。
12. 【請求項１２】 評価指針が、圧延機モデルとＬＱ最適
    理論であることを特徴とする請求項１１に記載の圧延機
    制御方法。
13. 【請求項１３】 出側板厚と後方張力を制御量とする圧
    延機を制御する圧延機制御方法において、前記出側板
    厚、前記後方張力、前記圧延機における圧下装置の圧下
    位置、圧延ロールの回転速度及び前記圧延機に入ってく
    る圧延材のある時間範囲の板厚変動の未来履歴から前記
    圧延機の圧延状態を変化させる前記圧下装置、圧延ロー
    ル回転装置などのアクチュエータの操作量を求め、前記
    圧延機の出側板厚及び後方張力の応答波形に基づいて前
    記アクチュエータの操作量を調整することを特徴とする
    圧延機制御方法。