JPH09141315A - 連続圧延機におけるスタンド間張力及びルーパの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スタンド間にルーパを備えた２スタンド以上
からなる連続圧延機により被圧延材を圧延するに際し、
スタンド間張力及びルーパが変動した場合に、ルーパ角
度による特性の変化によらずにスタンド間張力及びルー
パ角度を安定に目標値に制御する。 【解決手段】 圧延スタンド２のロール回転速度及びル
ーパ４のトルクを操作することにより、スタンド間の被
圧延材に発生する張力及びルーパ角度を目標値に制御す
る際、ルーパ角度を圧延中に測定すると共に、張力及び
ルーパ角度制御装置１５で圧延スタンド２のロール回転
速度指令値を演算する制御装置のゲインを、制御ゲイン
変更装置１４によりルーパ角度が小さい場合ほど大きく
し、且つルーパ４のトルク指令値を演算する制御装置の
ゲインをルーパ角度が大きい場合ほど大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱延仕上ミル等の
圧延スタンド間にルーパが配置された連続圧延機におい
て被圧延材の張力及びルーパを制御する際に適用して好
適な、連続圧延機におけるスタンド間張力及びルーパの
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続圧延機におけるスタンド間張力の変
動は、被圧延材の寸法形状の精度や通板の安定性に影響
を及ぼす。即ち、スタンド間張力が過大になった場合
は、被圧延材の板厚、板幅を減小させ、又、スタンド間
張力が無張力になるとスタンド間に過大なループが発生
したり、被圧延材が蛇行したりする。

【０００３】そのため、例えば熱延仕上ミルでは、スタ
ンド間のループ量を適切に維持し、スタンド間張力を安
定に保つためにルーパと呼ばれる機構が設置されてい
る。

【０００４】スタンド間張力とルーパ角度は互いに干渉
しており、張力の変動はルーパ角度の変動を誘発し、ル
ーパ角度の変動は張力の変動をもたらす。例えば、スタ
ンド間張力が増大すればルーパは下降し、又、ルーパが
下降すればスタンド間張力が減小する。従って、圧延材
の寸法形状に直接影響する張力を安定に制御すると共
に、ルーパ角度の変動も抑制することが操業の安定の意
味から重要である。

【０００５】張力とルーパ角度の２つの量を制御するた
めに、従来から圧延スタンドのロール回転速度、ルーパ
トルクの２つの操作量が用いられている。

【０００６】最も一般的な制御方法としては、ルーパ角
度を上流側あるいは下流側の圧延スタンドのロール回転
速度にフィードバックし、ロール回転速度を修正するこ
とによりルーパ角度を一定に制御し、更にルーパトルク
をルーパ角度変動に応じて調整することにより、間接的
に張力を目標値に制御する方法がある。

【０００７】上記方法では、張力がオープンループ制御
となっているので、張力制御性が悪いという問題があ
る。そこで、特開昭５９−１１０４１０に記載されてい
るように、ルーパに設置されたロードセル等により張力
を測定し、圧延スタンドのロール回転速度を操作量とし
て張力を制御し、ルーパトルクあるいはルーパ速度を操
作量としてルーパ角度を制御する、２つのフィードバッ
クループを用いる方法が実用化されている。

【０００８】この方法は、前述の如く、張力とルーパ角
度は互いに干渉しており、張力変動はルーパ角度変動を
誘発し、ルーパ角度変動は張力変動をもたらすので、こ
の干渉の影響を相殺する前置補償器と呼ばれる制御器が
併用され、非干渉制御方式と呼ばれている。

【０００９】その他にも、特開昭５９−１１８２１３、
特開昭５９−１１８２１４や、特開平５−１３１２０７
に記載されているような、積分型最適レギュレータの適
用、Ｈ∞制御の適用等も行われている。

【００１０】上記積分型最適レギュレータの適用におい
ては、制御すべき量であるがスタンド間張力、ルーパ角
度に加えて、ロール回転速度、ルーパ速度などの状態量
をもフィードバックし、制御すべき量であるスタンド間
張力、ルーパ角度と制御入力であるロール回転速度指
令、ルーパ速度指令の重み付き２乗誤差積分関数を最小
化するように制御器が設計される。この方法によれば、
重み付き２乗誤差積分関数における重みの選定によって
制御系の応答が変わり、所望の応答を得るために試行錯
誤を要するものの、単に安定な制御系を構成できるだけ
でなく、制御対象のある程度のモデル誤差があっても安
定性を維持できる制御系を構成できる。又、フィードバ
ック量に定数ゲインを乗じて上記制御入力となる点で制
御器が容易である。

【００１１】又、前記Ｈ∞制御の適用においては、制御
系の周波数特性を、予想されるヤング率などのモデル誤
差、及び板温度変動、板厚変動などの外乱に対応できる
ように設計できる。この方法では、制御すべき量である
スタンド間張力、ルーパ角度のみをフィードバックする
場合と、状態量を含めてフィードバックする場合があ
る。この方法によれば、設計しようとする周波数特性に
よっては制御器が高次元で複雑になる場合があるもの
の、従来より単純な系においてよく行われてきたＰＩ制
御器の周波数特性に基づく設計法と同様な考え方で制御
系を設計できる。

【００１２】以上説明した従来の各制御方法の設計にお
いては、ロール回転速度指令値及びルーパトルク指令値
を算出する制御装置は、ある適当なスタンド間張力及び
ルーパ角度において最適に設計され、圧延中に生じるス
タンド間張力及びルーパ角度の変化によらず一定のまま
用いられている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロール
回転速度指令及びルーパトルク指令からスタンド間張力
及びルーパ角度に至る制御対象の特性は、ルーパ角度に
よって大きく変化する。このロール回転速度指令及びル
ーパトルク指令からスタンド間張力及びルーパ角度に至
る制御対象の物理モデルを、図１に示す。この図１にお
いて、ロール回転速度指令Ｖ_Rrefからスタンド間張力σ
及びルーパ角度θに至る特性はそれぞれ次の式（１）及
び式（２）のようになる。但し、ここで、式中のｓはラ
プラス演算子であり、又、各記号の意味は以下のとおり
である。

【００１４】

【数１】 σ：スタンド間張力 θ：ルーパ角度 Ｗ_L ：ルーパ速度 Ｖ_R ：ロール回転速度 Ｖ_Rref：ロール回転速度指令値 Ｋ_Vt：スタンド間張力から材料速度への影響係数 ｅ＝Ｅ／Ｌ（Ｅ：ヤング率、Ｌ：スタンド間距離） Ｊ：ルーパ慣性モーメント Ｋ_VN：ルーパ速度から材料速度への影響係数 Ｋ_gt：スタンド間張力からルーパトルクへの影響係数 ｆ：先進率 Ｔ_V ：ロール回転速度制御装置の時定数 gref：ルーパトルク指令値 Ｄ：ルーパダンパ係数

【００１５】上記式（１）の安定性は、破線で囲んで示
した、式（１）における２次項（ａ）及び式（２）にお
ける２次項（ｂ）の安定性に依存し、２次項（ａ）及び
（ｂ）の安定性の指標となる減衰定数ζを求めると、
（ａ）、（ｂ）の減衰定数ζは共に次のようになる。

【００１６】 ζ＝（１／２）・（Ｄ＋Ｊ・ｅ・Ｋ_Vt） ÷｛Ｊ・ｅ（Ｄ・Ｋ_Vt＋Ｋ_VN・Ｋ_gt）｝^1/2 …（３）

【００１７】上記式（３）において、ルーパ角度が小さ
いほど、Ｋ_VN及びＫ_gtが小さくなるために、減衰定数ζ
は大きくなり、制御対象の安定性はよくなる。

【００１８】又、スタンド間張力に関する式（１）の２
次項（ａ）の定常ゲインＧt(s)を求めると、次の式
（４）のようになる。

【００１９】 Ｇt ＝１／（Ｄ・Ｋ_Vt＋Ｋ_VN・Ｋ_gt） …（４）

【００２０】この式（４）においては、先程と同様に、
ルーパ角度が小さいほど、Ｋ_VN及びＫ_gtが小さくなるた
めに、定常ゲインＧt は大きくなり、スタンド間張力が
大きく変動する。

【００２１】即ち、ルーパ角度が小さいほど、ルーパは
安定に動作するが、張力変動は大きくなる。又、逆にル
ーパ角度が大きいほど、ルーパは不安定になるが、張力
変動は小さくなる。

【００２２】従って、前述した従来技術では、ロール回
転速度指令値及びルーパトルク指令値を算出する制御装
置は、ルーパ角度変化によらずにゲインが一定となって
いるため、ルーパが下降し、ルーパ角度が小さくなった
場合にはスタンド間張力の変動が大きくなり、張力が増
大して被圧延材の幅縮みが発生してしまう問題があっ
た。又、逆にルーパが上昇し、ルーパ角度が大きくなっ
ている場合にはロール回転速度指令値及びルーパトルク
指令値が過剰に出力されて、ルーパが振動したり、急激
にルーパが下降してしまう問題があった。

【００２３】なお、従来技術の中でも、特に、ルーパ角
度を上流側あるいは下流側の圧延スタンドのロール回転
速度にフィードバックし、ロール回転速度を修正するこ
とによりルーパ角度を一定に制御する方法においては、
ルーパ角度に関連する前記式（２）の２次項（ｂ）の定
常項が、ルーパ角度が低いほど大きくなることに注目
し、その分を打ち消すように制御装置のゲインを小さく
することも考えられるが、このようなゲイン変更は逆に
スタンド間張力の変動を増大させる結果となる。

【００２４】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、スタンド間にルーパを備えた２スタ
ンド以上からなる連続圧延機により被圧延材を圧延する
に際し、スタンド間張力及びルーパが変動した場合に、
ルーパ角度による前記特性の変化によらずにスタンド間
張力及びルーパ角度を安定に目標値に制御することを課
題とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、圧
延スタンド間にルーパを備えた２スタンド以上からなる
連続圧延機により、被圧延材を圧延するに際し、前記圧
延スタンドのロール回転速度及び前記ルーパのトルクを
操作することにより、スタンド間の被圧延材に発生する
張力及び前記ルーパの角度を目標値に制御する、連続圧
延機におけるスタンド間張力及びルーパの制御方法にお
いて、ルーパ角度を圧延中に測定すると共に、前記圧延
スタンドのロール回転速度指令値を演算する制御装置の
ゲインを、ルーパ角度が小さい場合ほど大きくすること
により、前記課題を解決したものである。

【００２６】第２発明は、同様のスタンド間張力及びル
ーパの制御方法において、ルーパ角度を圧延中に測定す
ると共に、前記ルーパのトルク指令値を演算する制御装
置のゲインを、ルーパ角度が大きい場合ほど大きくする
ことにより、同様に前記課題を解決したものである。

【００２７】第３発明は、同様のスタンド間張力及びル
ーパ制御方法において、ルーパ角度を圧延中に測定する
と共に、前記圧延スタンドのロール回転速度指令値を演
算する制御装置のゲインを、ルーパ角度が小さい場合ほ
ど大きくし、且つ、前記ルーパのトルク指令値を演算す
る制御装置のゲインをルーパ角度が大きい場合ほど大き
くすることにより、同様に前記課題を解決したものであ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００２９】本発明の実施の形態による連続圧延機にお
けるスタンド間張力及びルーパの制御方法では、ロール
回転速度及びルーパのトルクを操作することにより、ス
タンド間の被圧延材に発生する張力及びルーパ角度を目
標値に制御するに際して、圧延に先立って行われる設定
計算結果によって算出された、スタンド間における被圧
延材の寸法や張力目標値、ルーパ角度目標値等に基づい
て、ロール回転速度指令値及びルーパトルク指令値を演
算する制御装置を設計する。

【００３０】従来は、圧延中は圧延前に設計された制御
装置を一定の条件で動作させていたのに対し、本実施形
態では測定されたルーパ角度に基づいて、ルーパ角度の
変化による制御対象の特性変化を考慮して、前記指令値
（操作量）を演算する制御装置の動作状況を変えるよう
にする。

【００３１】即ち、スタンド間張力やルーパ角度などの
フィードバック量又は該フィードバック量を積分あるい
は微分した量又は比例積分した量等のフィードバック量
に基づいた量に対して乗算し、操作量であるロール回転
速度指令値を演算する制御装置のゲインを、ルーパ角度
が小さい程大きくする。

【００３２】又、スタンド間張力やルーパ角度などのフ
ィードバック量又は該フィードバック量を積分あるいは
微分した量又は比例積分した量等のフィードバック量に
基づいた量に対して乗算し、操作量であるルーパトルク
指令値を演算する制御装置のゲインを、ルーパ角度が大
きい程大きくする。

【００３３】本実施形態では、このように制御装置の動
作状況を変えることにより、スタンド間張力及びルーパ
角度が目標値から変動した場合に、ルーパ角度による前
記特性の変化によらずに、スタンド間張力及びルーパ角
度を安定に目標値に回復させることができる。

【００３４】次に、図面を用いて、より具体的な実施の
形態の例として、熱間圧延機におけるスタンド間張力と
ルーパの制御において、ルーパ角度を上流側の圧延スタ
ンドのロール回転速度にフィードバックしてルーパ角度
を一定にする制御に適用した例を詳細に説明する。

【００３５】図２は、熱間圧延機における隣接する２つ
のスタンドに本発明方法を適用した場合の全体構成図で
ある。１は被圧延材、２、３は隣接する２つの第ｉスタ
ンドと第i+1 スタンドであり、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ
はワークロールを表わす。ワークロール２ａ、２ｂはモ
ータ５で駆動され、該モータ５は速度制御装置８により
ワークロール２ａ、２ｂが速度目標値で回転するように
制御される。

【００３６】又、スタンド間に設置されているルーパ４
は、図中左から右へ移送されつつ圧延される被圧延材１
を下方から支持するもので、先端にルーパロール４ａを
備えており、ルーパアーム４ｂの基部にはルーパ４に駆
動トルクを付与するためのモータ６が設置され、このモ
ータ６はルーパトルク制御装置１０により目標トルクを
発生するように制御される。

【００３７】本実施形態に適用される制御ゲイン変更装
置１４では、例えば角度検出器１３よりルーパ角度の検
出値が入力されると、張力及びルーパ角度制御装置１５
において使用されている制御ゲインの変更量を算出す
る。この張力及びルーパ角度制御装置１５は、制御ゲイ
ン変更装置１４から入力された制御ゲインの変更量に従
って制御ゲインを変更し、ルーパトルク制御装置１０及
び速度制御装置８に対する指令値を演算する。

【００３８】上記制御ゲイン変更装置１４による制御ゲ
イン変更量の演算は、以下のようにして行う。

【００３９】前記第１発明に係る第１実施形態では、例
えば、ルーパ角度を目標値に制御すべく、ルーパ角度変
動をフィードバックして、速度制御装置８に対するロー
ル回転速度指令値を演算するロール回転速度指令ゲイン
Ｇv は、張力変動の増大を抑制するように、例えば図３
に示すように、ルーパ角度に対する前記式（４）の変化
に比例させて、ルーパ角度が小さいほど大きくなるよう
にする。

【００４０】又、前記第２発明に係る第２実施形態で
は、ルーパ変動を抑制すべく、ルーパ速度をフィードバ
ックしてルーパトルク制御装置１０に対するルーパトル
ク指令値を演算するルーパトルク指令ゲインＧg は、ル
ーパダンパ係数Ｄを補正するように働くため、制御系の
安定性を確保するために、前記式（３）において示され
るようなルーパ角度変化に対する減衰定数ζの変化を補
償するようなルーパダンパ係数Ｄの補正量とする。この
ようにルーパトルク指令ゲインＧg を決めると、前記式
（４）から明らかなように、該ゲインＧg は、例えば図
４に示すようにルーパ角度が大きい場合ほど大きくな
る。

【００４１】又、前記第３発明に係る第３実施形態で
は、上記第１実施形態と第２実施形態で実行するゲイン
変更を同時に行う。但し、ゲイン変更を同時に行う場合
は、ルーパトルク制御装置に対するルーパトルク指令を
演算するゲインの変化によって、ルーパのダンパ項Ｄが
大きくなる効果が生じるために、その分を前記式（４）
に反映させた後、ロール回転速度指令値を演算するゲイ
ンを変更する。なお、前記図３、図４で破線は、ルーパ
角度が変わってもゲインＧv 、Ｇg は一定である従来技
術の場合を示している。

【００４２】次に、２スタンドからなる連続熱間圧延機
のシミュレータに本発明に係る前記第３実施形態を適用
したときの実施例による制御結果を、図５、図６に示
す。

【００４３】この図５、図６には、第１スタンドと第２
スタンド間の被圧延材が板厚６ｍｍで、板幅１５００ｍ
ｍになるように、これらスタンド間の目標張力を１０Ｍ
Ｐa、目標ルーパ角度を１４度として、一般鋼を圧延し
た場合の被圧延材の張力とルーパ角度を、本実施例と従
来法の場合を対比して示した。図５はスタンド間張力の
制御結果で、図６はルーパ角度の制御結果である。

【００４４】上記図５、図６から明らかなように、本実
施例によると、従来の方法と比較してスタンド間張力変
動及びルーパ角度変動が共に抑制され、特に目標張力に
対してスタンド間張力の増大が大幅に抑制されている。

【００４５】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。

【００４６】例えば、本発明では、ルーパ速度制御系を
併用して、張力及びルーパ角度制御値１５がルーパ速度
制御系にルーパ速度指令値を与えるようにしても良い。

【００４７】又、ルーパ角度を下流側の圧延スタンドの
ロール回転速度にフィードバックし、ルーパ角度を一定
に制御するようにしてもよく、又、板厚制御系と併用し
てもよい。又、制御対象も熱間圧延に限定されない。

【００４８】又、従来技術として説明した、前記非干渉
制御やＨ∞制御においても、その設計過程で用いる張
力、ルーパ系のモデルは、既に説明したようにルーパ角
度に応じて変化するので、ゲインを圧延中に一定値のま
まとすればルーパ角度の変化によって制御性能が劣化す
る。従って、これら制御方法に対しても本発明を適用
し、圧延中にゲインを変えるようにすれば、ルーパ角度
の変化によらずに制御性能を維持できる。その具体的な
実施の形態としては、図２と同様な形態でよいが、ルー
パ速度制御系を併用して、張力及びルーパ角度制御値１
５がルーパ速度制御系にルーパ速度指令を与えるように
しても良い。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
スタンド間にルーパを備えた２スタンド以上からなる連
続圧延機により、被圧延材を圧延するに際し、ルーパ角
度を圧延中に測定すると共に、ルーパ角度の変化による
制御対象の特性変化を考慮して制御装置の動作状況を変
えるようにしたので、スタンド間張力及びルーパ角度が
目標値から変動した場合に、スタンド間張力及びルーパ
角度を安定に目標値に回復させるように制御することが
できる。従って、鋼板等の板材では、圧延中に張力変動
が生じると、板幅が変化することが知られているが、本
発明により、板幅を一定にする制御性が向上し、製品の
歩留り向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロール回転速度指令及びルーパトルク指令か
ら、スタンド間張力及びルーパ角度までの特性を表わす
物理モデルを示すブロック図

【図２】熱間圧延に適用した本発明の実施の形態に用い
られる制御系を示すブロック図

【図３】本発明の実施の形態によるゲインを従来法と比
較して示した線図

【図４】本発明の実施の形態によるゲインを従来法と比
較して示した他の線図

【図５】本発明による張力の制御応答の一例を従来法と
比較して示した線図

【図６】本発明によるルーパ角度の制御応答の一例を従
来法と比較して示した線図

【符号の説明】

１…被圧延材 ２…第ｉスタンド ３…第i+1 スタンド ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ…ワークロール ４…ルーパ ４ａ…ルーパロール ４ｂ…ルーパアーム ５、６、７…モータ ８、９…速度制御装置 １０…ルーパトルク制御装置 １１、１２…圧下位置制御装置 １３…ルーパ角度検出器 １４…制御ゲイン変更装置 １５…張力及びルーパ角度制御装置 １６…上位計算機

フロントページの続き (72)発明者 虎尾 彰 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 市川 文彦 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 植田 潔 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧延スタンド間にルーパを備えた２スタン
   ド以上からなる連続圧延機により、被圧延材を圧延する
   に際し、 前記圧延スタンドのロール回転速度及び前記ルーパのト
   ルクを操作することにより、スタンド間の被圧延材に発
   生する張力及び前記ルーパの角度を目標値に制御する、
   連続圧延機におけるスタンド間張力及びルーパの制御方
   法において、 ルーパ角度を圧延中に測定すると共に、前記圧延スタン
   ドのロール回転速度指令値を演算する制御装置のゲイン
   を、ルーパ角度が小さい場合ほど大きくする、及び／又
   は、前記ルーパのトルク指令値を演算する制御装置のゲ
   インを、ルーパ角度が大きい場合ほど大きくすることを
   特徴とした連続圧延機におけるスタンド間張力及びルー
   パの制御方法。
2. 【請求項２】請求項１において、 圧延スタンドのロール回転速度の操作量を演算する制御
   装置のゲインが、スタンド間張力やルーパ角度などのフ
   ィードバック量に基づいた量に対して乗算し、操作量で
   あるロール回転速度指令値を演算する係数であり、 ルーパのトルクの操作量を演算する制御装置のゲイン
   が、スタンド間張力やルーパ角度などのフィードバック
   量に基づいた量に対して乗算し、操作量であるルーパ速
   度指令値又はルーパトルク指令値を演算する係数である
   ことを特徴とした連続圧延機におけるスタンド間張力及
   びルーパの制御方法。