JPH0775814A

JPH0775814A - 制御装置

Info

Publication number: JPH0775814A
Application number: JP5169879A
Authority: JP
Inventors: Tetsumi Harakawa; 哲美原川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成により、かつ制御系間をクロスさ
せることなく外乱の影響を排除することのできる制御装
置を提供する。【構成】ルーパー角度指令ｒ₁及び張力指令ｒ₂の各々
に対して動作周期の設定を個別に行なうことが可能なデ
ジタルコントローラ２０，２１、これらコントローラの
出力信号ｕ₁，ｕ₂に基づいてルーパーモータ及び主モー
タの制御内容の各々に対応するルーパー角度制御出力ｙ
₁と張力制御出力ｙ₂を個別に生成するルーパーモータ制
御部２２及び主機速度制御部２３を備え、出力信号
ｕ₁，ｕ₂毎に前記動作周期Ｔを異なる値に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば帯状の製品に対
し適度の張力を付与しながら搬送するためのモータの制
御等の技術を適用する制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、熱延プロセスの仕上タンデム圧
延機においては、鋼板の搬送経路の途中に隣接するスタ
ンド間にルーパーと称する装置が設けられている。熱延
の板厚制御にあっては、各スタンドで圧下制御（ロール
ギャップ制御）が独立に動作しており、スタンド間の鋼
板の張力は大きく変化する。このため、ルーパーと称す
る搬送ロールの高さ調整機構を設け、そのロール高さを
調整することにより、鋼板の張力が大きく変化しないよ
うにしている。圧延中においては、マスフロー（各スタ
ンド出側板厚×板速度）を一定にすることが要求される
ため、ルーパーの制御は極めて重要なものになってい
る。

【０００３】図７はルーパーの制御装置の一例を示すブ
ロック図である。ここに示す制御装置は公知ではないが
本発明者によって考えられたもので、入力であるルーパ
ー角度指令ｒ₁及び張力指令ｒ₂に基づいてルーパー角度
制御出力ｙ₁と張力制御出力ｙ₂を得ている。

【０００４】ルーパー角度指令ｒ₁は定数部１（Ｋ₁）及
び加算部２を通してコントローラ３に入力される。一
方、張力指令ｒ₂は定数部４（Ｋ₂）及び加算部５を通し
てコントローラ６に入力される。コントローラ３，６は
複数の定数設定手段、変換手段及び後段からのフィード
バック入力手段等を備えて構成され、その動作周期（ｍ
Ｓ）は同一値に設定されている。また、ルーパー角度指
令ｒ₁の入力端子と加算部５との間には定数部７（Ｋ₃）
が接続され、張力指令ｒ₂の入力端子と加算部２との間
には定数部８（Ｋ₄）が接続されている。

【０００５】コントローラ３にはルーパーモータを制御
するためのルーパー角度制御出力ｙ₁を出力するルーパ
ーモータ制御部９が接続されている。コントローラ６に
は主機（各スタンドに設けられているモータ）主機速度
制御部１０が接続されている。ルーパーモータ制御部９
は、一次遅れ要素、複数の積分器、外乱入力部等からな
るステップ応答法による演算部を有する構成であり、モ
ータ角速度を求め、これに基づいてルーパー角度を求め
るようになっている。一方、主機速度制御部１０は、二
次遅れ要素、外乱入力部、積分要素、定数部等からな
り、板速度を求めてから張力成分を演算する構成となっ
ている。

【０００６】フィードバック系１１と主機速度制御部１
０の入力端との間には、定数部１３（Ｋｆ₁）が接続さ
れ、さらに、フィードバック系１２とルーパーモータ制
御部９との入力端との間には定数部１４（Ｋｆ₂）が接
続されている。また、主機速度制御部１０の出力端には
加算部１５が接続され、この加算部１５とｙ₁出力端と
の間には［αＥ／ＬＳＴＤ］の式を満たす係数部１６
（ｙ₁を前記係数式を満たす補正信号をｙ₂系へ入力する
ものであって［αＥ／ＬＳＴＤ］式中のαはルーパー角
度からループ量への影響係数、Ｅはヤング率、ＬＳＴＤ
はスタンド間距離である）が接続されている。

【０００７】さらに換算部１５の出力端（ｙ₂出力端）
とルーパーモータ制御部９の間には係数部１７（β：張
力から負荷トルクへの影響係数により張力制御出力ｙ₂
をルーパーモータ制御部９へフィードバックする系）が
接続されている。なお、ルーパーモータ制御部９におけ
るβの入力点は、外乱の加算点である。このほか、１８
は定数部１の前段に設けられてルーパー角度制御出力ｙ
₁をルーパー角度指令ｒ₁に加算するための加算部であ
り、１９は定数部４の前段に設けられて張力制御指令ｙ
₂を張力指令ｒ₂に加算するための加算部である。

【０００８】以上の構成において、コントローラ３は加
算部１８の出力信号に対して各種の条件を付与し、これ
をルーパーモータ制御部９に印加する。ルーパーモータ
制御部９は、入力信号に対してモータ特性を設定した
後、外乱情報を付加してトルクを算出し、これに対して
積分を行なうことによりモータ角速度を算出し、さらに
再度積分を行なうことにより、ルーパー角度（ｒａｄ）
を算出し、この結果をルーパー角度制御出力ｙ₁とす
る。

【０００９】一方、加算部１９の出力信号に対してもコ
ントローラ６によって各種の条件が付与され、これに対
して主機速度制御部１０では主モータの特性を設定した
後、外乱情報を付与して通板速度を算出し、さらにヤン
グ率を基に張力成分を出し、係数部１６の出力信号を加
算して張力制御出力ｙ₂を得る。

【００１０】ところで、この種の制御系では指令ｒ₁，
ｒ₂が変更されたとき、これが系に対する外乱となって
制御を大きく乱す原因となる。そこで、定数部７，８を
通して相互に他方の制御系の指令情報を自系のコントロ
ーラに入力し、互いの干渉を打ち消すようにすることで
外乱の影響を抑えるようにしている。

【００１１】また、圧延機においては、先進率、圧下率
等が変化することによっても、外乱を生じ、制御を乱す
ことになる。そこで、定数部１３，１４によって他方の
制御系へフィードバック情報を印加し、系の安定化を図
っている。

【００１２】なお、この種の制御装置に関する公報技術
には、例えば特開昭６３−１３２７１１号公報がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
に複数の定数部を通して一方から他方の系へ情報を印加
して外乱の影響を低減する制御技術は、外乱を打ち消す
ための信号の生成するために構成が複雑になる。

【００１４】また、定数値が正確であることを要求さ
れ、そのために計算の算出が複雑になり、この計算に多
大の時間を要するという問題がある。このため、制御装
置に汎用性を持たせることが難しい。

【００１５】本発明の目的は、簡単な構成により、かつ
制御系間をクロスさせることなく外乱の影響を排除する
ことのできる制御装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、複数の指令入力の各々に対して動作
周期の設定を個別に行なうことが可能な複数のコントロ
ーラと、このコントローラの出力信号に基づいて各制御
対象の制御内容の各々に対応する制御出力を個別に生成
する複数の制御系とを備え、前記制御出力ごとに前記動
作周期を異なる値に設定するようにしている。

【００１７】そして、動作周期の設定は、製品等の流れ
に応じた制御対象の配列順等に合わせて周期の短い方か
ら長い方へ又は長い方から短い方へ連続するように行な
うことができる。

【００１８】応答性を高めるために、動作周期の短いコ
ントローラの出力信号を干渉防止用の信号として動作周
期を長くしたコントローラに入力することができる。

【００１９】さらに、応答性を高める手段としては、前
記コントローラは自機の動作周期よりも短い動作周期を
有するコントローラの全てから前記干渉防止用の信号を
入力すればよい。

【００２０】

【作用】上記した手段によれば、モータなどの制御対象
に対する複数の制御出力及び複数の制御指令を有する制
御装置にあって、制御対象の相互に異なる値の動作周期
が設定される。これにより、各制御系は構成を複雑化す
ることなく外乱の影響を排除することができる。

【００２１】動作周期の設定は、他の制御系と異なる値
になっていればよいが、製品等の流れ順に少しずつ異な
る値にすれば、管理等がし易くなる。

【００２２】また、基本的には、制御対象毎に系を独立
に構成できるが、他の系の制御出力を取り込んで干渉防
止に利用すれば、外乱に対する系の応答性を更に高める
ことができる。

【００２３】さらに、干渉防止用の信号の取り込み数を
複数の系にすれば、情報入力数が増すことから更に外乱
に対する応答性を高めることが可能になる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００２５】図１は本発明による制御装置の構成を示す
ブロック図である。なお、図７に示したブロックと同一
であるものには、同一符号を付している。

【００２６】ルーパー角度指令ｒ₁とルーパー角度制御
出力ｙ₁の加算結果を出力する加算部１８にはデジタル
コントローラ２０が接続され、このデジタルコントロー
ラ２０にはルーパーモータ制御部２２が接続されてい
る。同様に、張力指令ｒ₂と張力制御出力ｙ₂の加算結果
を出力する加算部１９にはデジタルコントローラ２１が
接続され、このデジタルコントローラ２１にはルーパー
モータ制御部２３が接続されている。

【００２７】デジタルコントローラ２０，２１は、図７
に示したコントローラ３，６と同一機能を有するもので
あるが、その処理はコンピュータ等を用いた設定を容易
に行なえるようにデジタル回路を用いている。同様に、
ルーパーモータ制御部２２及び主機速度制御部２３は図
７に示したルーパーモータ制御部９及び主機速度制御部
１０と同一機能を有している。

【００２８】また、主機速度制御部２３の出力端に接続
された加算部１５とルーパーモータ制御部２２の出力端
との間には、係数部１６が接続され、ルーパーモータ制
御部２２の二番目の加算部と加算部１５の出力端との間
には、係数部１７が接続されている。

【００２９】なお、図１内の各記号の意味は下記の如く
である。

【００３０】Ｒ_am ：ルーパーモータの電機子抵抗（Ω）Ｔ_a ：ルーパーモータの電機子定数（秒）Ｊ_T ：ルーパー全慣性モーメント（Ｋｇ
ｍ²） μ_T ：ルーパーダンピング係数（Ｋｇｍ²
／秒）Ｋ_E ：ルーパーモータの誘起電圧係数（Ｖ／（ｒ
ａｄ／ｓｅｃ））Ｇ_LL ：ルーパー減速比ｆ：先進率 η_m ：主モータ（ミルモータ）減衰係数ｗ_n ：主モータ自然共振周波数（ｒａｄ／
ｓｅｃ）Ｋ_TF ：張力フィードバック係数Ｍ_T ：板の自重分とルーパー自重分との負荷トル
ク係数Ｅ：ヤング率（Ｎ／ｍｍ
²）ＬＳＴＤ：スタンド間距離（ｍｍ）以上のような構成の制御装置において、デジタルコント
ローラ２０は加算部１８の出力信号に対して定数設定を
行ない、これをルーパーモータ制御部２２へ印加する。
ルーパーモータ制御部２２では、まず、ルーパーの電流
制御を行なうため、デジタルコントローラ２０の出力信
号ＵＺ１に対して必要なモータの特性を付与し、これに
対しトルク定数（φ）の設定を行なった後、外乱情報
（Ｔ_L1）を加味し、トルクを算出する。これに対し積分
を行なってモータ角速度（ｒａｄ／Ｓ）を算出し、さら
に積分を行なってルーパー角度（ｒａｄ）を算出する。

【００３１】一方、加算部１９の出力信号に対してもデ
ジタルコントローラ２１によって各種の条件が付与され
る。これに対して主機速度制御部２３ではデジタルコン
トローラ２１の出力信号ＵＺ２に対して主モータの特性
を設定した後、外乱情報及びフィードバック信号を付加
して通板速度（ｍ／秒）を算出し、これに対して積分を
行なった後、ヤング率を基に張力成分を算出する。この
張力成分に対し、係数部１６の出力信号を加算すること
により、張力制御出力ｙ₂が得られる。

【００３２】ここで、デジタルコントローラ２０とデジ
タルコントローラ２１の回路構成は全く同一であるが
（ただし、定数値は各モータに合わせて設定することが
上記した通り）、その動作周期については異なる値に設
定されている。この動作周期の設定が本発明の特徴であ
り、例えば、デジタルコントローラ２０の周期を３ｍＳ
に設定した場合、デジタルコントローラ２１の周期は２
０ｍＳに設定する。

【００３３】このように動作周期を異ならせることによ
り、制御系相互の干渉を防止することが可能になる。こ
の場合、デジタルコントローラ２０，２１の周期を異な
らせたのに対して、ルーパーモータと主モータの各々の
同期周波数も異ならせる必要がある。

【００３４】制御周期を異にすることで何故干渉が消え
るのかを、図８に従って定性的に述べると、デジタル制
御では動作点以外で干渉があってもコントローラは反応
しない。このことにより、ルーパー系からミル速度系へ
の干渉についてミルコントローラは反応しない。

【００３５】一方、ルーパーコントローラは３ｍＳのタ
イミングでミル速度系からの干渉をコントロールするた
めに干渉を除去できることになる。

【００３６】デジタルコントローラ２０，２１の各出力
信号ＵＺ１，ＵＺ２に対するルーパー角度制御出力ｙ₁
と張力制御出力ｙ₂の応答特性は図２に示すごとくであ
り、各指令の印加時にはルーパー角度制御出力ｙ₁、張
力制御出力ｙ₂ともに個別には大きく変動するものの、
一方の変動が他方に現れることはない。このように動作
周期を異ならせることで、従来のように系の相互を定数
部を介してリンクする系を設けていないにもかかわら
ず、一方の変動の影響を他方の系に与えることがない。

【００３７】また、図３は、動作中にデジタルコントロ
ーラ２０の出力信号ＵＺ１に変動（ここでは定格トルク
の外乱）が生じた場合、これに対する本発明のルーパー
角度制御出力ｙ₁の出力特性を示している。図から明ら
かなように、ルーパー角度制御出力ｙ₁の変動は極めて
小さいことがわかる。

【００３８】図４は動作中にデジタルコントローラ２１
の出力信号ＵＺ２に変動が生じた場合の張力制御出力ｙ
₂の本発明における出力特性を示している。ＵＺ１の場
合と同様に張力制御出力ｙ₂に殆ど変動を生じないこと
がわかる。

【００３９】図５は本発明の第２実施例を示すブロック
図である。

【００４０】前記実施例は、指令をｒ₁，ｒ₂の２つと
し、各々に対応して各１つの制御出力が得られるとして
いたのに対し、本実施例は指令の数が３以上（この実施
例では４個）あり、これに応じた数の制御出力数を有す
る構成例を示している。コントローラ２４，２５，２
６，２７は前記実施例のデジタルコントローラ２０，２
１などに相当し、多入出力プロセス２８はルーパーモー
タ制御部２２や主機速度制御部２３に類する制御のほか
各種の制御を行なう機能を有している。

【００４１】この場合、各コントローラの制御周期Ｔ
は、Ｔ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃＜Ｔ₄（ただし、Ｔ₁はコントローラ
２４、Ｔ₂はコントローラ２５、Ｔ₃はコントローラ２
６、Ｔ₄はコントローラ２７の各周期である）の関係に
なるように設定する。

【００４２】そして制御周期の時間順Ｔ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃＜
Ｔ₄に隣接する周期の短い方のコントローラから出力信
号を干渉打消用信号として入力し、これを入力側で観測
して自機の制御に利用するところに特徴がある。この場
合、各コントローラの制御周期Ｔは、前記実施例と同様
にＴ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃＜Ｔ₄に設定する。

【００４３】前記した図１の実施例にあっては、例え
ば、ルーパー角度指令ｒ₁に大きなオーバーシュートが
生じた場合、前記各実施例で示した構成では張力指令ｒ
₂に許容しがたい変動が生じるのは避けられない。しか
し、本実施例によれば、隣接のコントローラから干渉打
消用の信号を取り込むことにより、この変動を低減する
ことができる。

【００４４】図６は図５の実施例の変形例となる実施例
を示すブロック図である。なお、図６においては、図５
の実施例に用いた部材と同一であるものには同一符号を
用いたので、以下においては重複する説明を省略する。

【００４５】本実施例は、１つのコントローラの出力信
号を他の複数のコントローラ（動作周期は自機よりも短
いものを選ぶ）から干渉打消用信号として入力するとこ
ろに特徴がある。すなわち、出力信号ｕ₁をそれよりも
動作周期の長い他のコントローラ（コントローラ２５，
２６，２７）に入力し、出力信号ｕ₂をそれよりも動作
周期の長い他のコントローラ（コントローラ２６，２
７）に入力し、出力信号ｕ₃をそれよりも動作周期の長
いコントローラ２７に入力し、周期の長いコントローラ
ほど他のコントローラの出力信号入力数が多くなる構成
にしている。

【００４６】このような構成により、周期の長いコント
ローラにおいて生じる制御の中抜け状態を無くすことが
でき、図５の実施例における性能（応答性）をさらに高
めることができる。

【００４７】なお、上記各実施例は、いずれも本発明を
熱延プロセスの仕上タンデム圧延機に適用する例につい
て示したが、これに限定されるものではなく、例えば、
製鋼の連続鋳造工程におけるレベル制御や温度制御、燒
結における燃焼制御、連続焼鈍設備、長尺の紙の巻取機
の搬送制御、石油精製設備おける加湿制御等に広く適用
することができる。

【００４８】また、デジタルコントローラ２０，２１，
２４〜２７については、デジタル処理によるものとした
が、アナログ処理の構成であってもよい。

【００４９】さらに、前記実施例においては、入出力数
が各４個の例を示したが、これは任意にすることが可能
である。

【００５０】

【発明の効果】本発明は上記の通り構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。

【００５１】請求項１の制御装置においては、複数の指
令入力の各々に対して動作周期の設定を個別に行なうこ
とが可能な複数のコントローラと、このコントローラの
出力信号に基づいて各制御対象の制御内容の各々に対応
する制御出力を個別に生成する複数の制御系とを備え、
前記制御出力ごとに前記動作周期を異なる値に設定する
ようにしたので、構成を複雑化することなく外乱の影響
を排除することができるようになる。

【００５２】請求項２の制御装置においては、前記動作
周期の設定は、製品等の流れに応じた制御対象の配列順
等に合わせて周期の短い方から長い方へ又は長い方から
短い方へ連続するようにしたので、外乱に対する系の応
答性を更に高めることができる。

【００５３】請求項３の制御装置においては、動作周期
の短いコントローラの出力信号を干渉防止用の信号とし
て動作周期を長くしたコントローラに入力するようにし
たので、更に外乱に対する応答性を高めることができ
る。

【００５４】請求項４の制御装置においては、前記コン
トローラは、自機の動作周期よりも短い動作周期を有す
るコントローラの全てから前記干渉防止用の信号を入力
するようにしたので、情報入力数が増した分だけ更に外
乱に対する応答性を高めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御装置の構成を示すブロック図
である。

【図２】コントローラ各出力信号に対するルーパー角度
制御出力と張力制御出力の応答性を示す特性図である。

【図３】外乱発生に対する本発明の効果を示すルーパー
角度制御出力特性図である。

【図４】外乱発生に対する本発明の効果を示す張力制御
出力特性図である。

【図５】本発明の第２実施例を示すブロック図である。

【図６】図５の実施例の変形例となる実施例を示すブロ
ック図である。

【図７】ルーパーの制御装置の一例を示すブロック図で
ある。

【図８】本発明において、干渉が防止される理由を定性
的に説明した図である。

【符号の説明】

１，４定数部２，５加算部３，６コントローラ７，８定数部９ルーパーモータ制御部１０主機速度制御部１１，１２フィードバック系１３，１４定数部１５加算部１６，１７係数部１８，１９加算部２０，２１デジタルコントローラ２２ルーパーモータ制御部２３主機速度制御部２４，２５，２６，２７コントローラ２８多入出力プロセス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｂ 11/32 Ａ 7531−3Ｈ 11/36 Ｅ 7531−3Ｈ５０５Ｚ 7531−3ＨＧ０５Ｄ 13/62 Ｋ 9132−3Ｈ 15/01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の指令入力の各々に対して動作周期
の設定を個別に行なうことが可能な複数のコントローラ
と、このコントローラの出力信号に基づいて各制御対象
の制御内容の各々に対応する制御出力を個別に生成する
複数の制御系とを備え、前記制御出力ごとに前記動作周
期を異なる値に設定することを特徴とする制御装置。
【請求項２】前記動作周期の設定は、製品等の流れに
応じた制御対象の配列順等に合わせて周期の短い方から
長い方へ又は長い方から短い方へ連続させることを特徴
とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】動作周期の短いコントローラの出力信号
を干渉防止用の信号として動作周期を長くしたコントロ
ーラに入力することを特徴とする請求項１または請求項
２記載の制御装置。
【請求項４】前記コントローラは、自機の動作周期よ
りも短い動作周期を有するコントローラの全てから前記
干渉防止用の信号を入力することを特徴とする請求項３
記載の制御装置。