JPS60148619A - 油圧圧下式圧延機における板厚制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は板材圧延設備、特に油圧圧下装置を具備せる圧
延機における板厚制御方法に関するものである。

従来板材の圧延設備においては板厚制御系として制御の
応答性が極めて優れており、得られる板材の製品精度が
高精度であることから、圧下制御機構として油圧圧下装
置が採用されている。一方、この板厚制御系における制
御理論としては、ＢＩＳＲＡ　ＡＧＣおよび絶対値ＡＧ
Ｃが採用されその理論的解明が余多研究され発表されて
いるが、このいづれの制御方式を採用するにしても、そ
の制御を有効ならしめるためには理論値に対する適合度
を示す従来から重み係数として知られるチューニング率
あるいは制御の応答性を左右する制御ゲインを最適に設
定する必要がある。しかし乍ら、従来からこの制御ゲイ
ンあるいはチューニング率の採択にあたっては圧延機系
の動特性を数式化したモデルによるシミュレーシ曹ンや
、ボード線図を用いて経験的、かつ試行錯誤的に採用さ
れるところであるが、必ずしも合理的に決定されるもの
でなく、特に複数パス圧延を繰り返す場合に材料に生ず
る変形抵抗の変化、あるいは鋼塊製造時における鋼塊ト
ップ部とボトム部に亘る成分偏析に伴う変形抵抗の変化
等種りの圧延材の外的形態からは予測し把握し得ない性
状変化に伴う場合に制御のハンチング現象を生起し、制
御の安定性を欠如するのみならず、製品精度を低下せし
める問題点を有する。この様な問題点に対し、従来から
本パス毎に制御ゲインあるいはチューニング率を変更せ
しめることが提案されるが、前述する如く、その圧延状
態（条件）に適合した最適力制御ゲインないしはチュー
ニング率を決定することは困難なものとされていた。

かかる場合にあって、特に問題となるのは、油圧圧下装
置における応答性、即ち、油圧圧下装置のサーボ弁マイ
ナー制御系における伝達特性であシ、また、圧延機にお
けるミル剛性の変動であり、特に後者については、圧延
機を構成する圧延機ハウジング、ロール、ロール軸受、
圧下機構等からの集合体として構成されるミル剛性の経
時的な変動、所謂、圧延機のヒシテレシス特性を考慮し
得ないことに起因する。即ち、いま、第１図に示すブロ
ック図よりも理解される様に、圧延荷重偏差△Ｐの発生
による制御は、この圧延荷重偏差ΔＰ相当分をロール間
隙の修正量に転換するために制御上便宜的に設定された
ミル剛性（初期設定値）Ｍｅによシ演算するとともに、
制御系に対する重みとしてチューニング率ｋｏを掛算し
て油圧制御回路に対する入力とする。一方、圧延機出側
における四−ル間隙変動（偏差）△Ｓには圧延現象とし
て圧延材の塑性係数Ｑと圧延機のミル剛性Ｍが相乗的に
干渉する結果であり、このミル剛性Ｍは初期設定される
ミル剛性Ｍｅとは真如、圧延機の経時的変化、各構成部
品の調整微差による種々の影響が加味された所謂、圧延
機のヒステレシス特性が加わったものであシ、制御系に
対して設定されたミル剛性Ｍｃとは自づから相異するも
のである。この様にミル剛性として個々の圧延機のヒス
テレシス特性を無視してミル剛性を設定することはその
制御系に対して基礎的な制御パラメーターに誤差を有す
るが故に、圧延荷重偏差ΔＰをロール間隙修正量に演算
する過程において既に将来（制御後）における変動を内
包することになシ、また、この演算結果に対し圧延荷重
フィードバック制御系に対する重みとしてチューニング
率ｋを掛算するととはさらに、その変動を増巾する結果
を招くことになり、この、制御入力を受け油圧圧下制御
系において制御をなすときには、さらにその応答性との
関係において制御の安定性を欠くことになる。これをさ
らに第１図の板厚制御ブロック図における油圧サーボ弁
のマイナー制御系におけるサーボ弁の応答特性を２次遅
れ形の伝達関数としてサーボ弁に対する入力（Ｘ）、出
力０）を式で示すとで表わされ、このときサーボ弁を振
動形として（１）式における２つのパラメータＴＩ、Ｔ
２を減衰系数η固有振動数ωＯを用いると Ｔｌ＝ｌ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（２］ω０ として表わされる。この様な特性を持つサーボ系に対し
ロール間隙を周期的に変化せしめ、それに対応するロー
ル間隙、荷重特性をめた結果、その−例を示すと第２図
に示す結果が得られ、これは、ロール間隙修正信号の周
波数に応じて特性カーブにそれぞれ変化を生じることに
なり、この変化がミル剛性Ｍのヒシテレシス特性として
顕現し、これからも理解されるように、特に制御の応答
性を高めるために減衰特性を高めると、特性カーブの勾
配、即ち、ミル剛性Ｍの変動がロール間隙、換言すれば
板厚として変動することを示している。

本発明は前述の諸点に鑑み、圧延機におけるミル剛性の
経時的変化と圧延材料特性とを加味し、チューニング率
に、制御ゲインＸとをめ、制御の最適化を図ることを目
的とするもので、その特徴とするところは、 以下本発明に係る板厚制御方法について説明するに、第
１図の一般的々圧延制御ブロックに示されるＢＩＳＲＡ
　ＡＧＣあるいは絶対値ＡＧＣ’　Ｋあってもその板厚
制御の基本とするところはゲージメータ一式にもとづく
板厚偏差のフィードバック制御となっておりその偏差Δ
ｈａは Ｓ　：ロールギャップ実測値 Ｐ　：圧延荷重の実測値 ＭＣ：計算に用いる理論的ミル定数 ｋ　：チューニング率 ｈＣ：計算板厚 Ｓ　ｏ　：　ＢＩＳＲＡ　ＡＧＣにおけるロックオン時
のギャップ Ｐｏ：　〃　〃　圧延荷重 にもとづいてロール間隙制御量がサーボ系にフィードバ
ックされ、制御されることになる。このとき、圧延現象
はゲージメータ一式 ％式％（５ （６） Ｍ：ミル定数 Ｑ：材料の塑性変形係数 で表わされる。

いま、第１図において制御系に対する外乱、例えば、加
熱炉スキッド部の温度変動に起因する荷重外乱ΔＰｄ　
を与えた場合における制御系の伝達特性をめると、 −Ｌ（△Ｐｄ）・曲間（７） ことに、Ｇ　ｖ（ｓ）は油圧サーボ系の伝達関数Ｇｖ（
Ｓ）＝−１−一一一一・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（８１１＋Ｔ１８＋Ｔ２８２ で表わされる。従って、制御系の伝達関数Ｇ　（Ｓ）は
ｍ　＊　（８１式より ９） ただし、　””Ｍｅ・１（・・・・・・・・・・・・・
・・・・・Ｃ９ビとなり、制御系の動特性（９）式の右
辺第２項であるから、安定性解析を行なりためには、こ
の項（分母）の特性方程式の根位置を論ずればよい。

即ち、特性方程式 ％式％）） ）） が０となる（Ｓ）をフルビッツの定理から安定性を与え
る必要十分条件をめればよいことになシ、次式で与えら
れる。

口）ａｏ＋町、Ｃ２，Ｃ３が同符号よシＴ２　（Ｍ十Ｑ
）＞　ｏ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・　α刀ＴＩ　（
Ｍ＋Ｑ）　＞　０・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（２）Ｍ＋Ｑ　＞０
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・Ｑ：ＩＫ［Ｍ＋Ｑ（１−につ）〉０・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・Ｑ４１ＴＩ　Ｍ ｋ′〉（１−Ｔ２．Ｋ）・（１＋が・・・・・・・・・
＋ｌ啼ＴＩ　Ｍ Ｋ（Ｍ−１−Ｑ　（１−に’）　）・（ｋ’−（１〜〒
）（１＋石）１〉０・・・α・以上の式においてＫ）０
　、　ＴＩ＞　０．Ｔ２＞ＯｅＱ＞０．Ｍ＞０であるか
ら（Ｉｌｌ〜α荀は自明であシ、Ｃ０式はＣ４，（ハ）
式が成立すると自動的に成立することに？ｃｊ）、制御
系の安定性のために必要十分条件はＣ４）　、　０喝式
であって、Ｑ！９α・式におけるに′に（９つを代入す
ると、チューニング率ｋに関する条件として、その最大
値ｋｍａｚと最小値ｋｍｉｎとが与えられる。

ＣＩ−−Ｔ−Ｌ）　（’Ｄ　−４−”−５＜　ｋ＜　１
＋　５＞　・叩−Ｃ７）Ｋ−Ｔ２　Ｍ　Ｑ また、その時の制御ゲインＫに関しても同様にして Ｋ＜朴・百ｐ口・・・・・　・・・・働としてめられる
。

前述の０７）　、　Ｑ８）式からもチューニング率ｋに
しろ、制御ゲインＫにしても実ミル剛性、換言すればミ
ル剛性Ｍのヒシテレシス特性が影響することが理解され
るところである。そこでい１７）式にもとづいて、サー
ボ系の減衰係数りを固定し、圧延材の塑性係数Ｑを種々
変化させた場合のミル剛性のヒシテレシス特性がチュー
ニング率におよび制御ゲインＫに与える影響をシミュレ
ーションによりめたところ、第３図、第４図に示される
結果が得うれる。このシミュレーション結果において注
目すべきことは、チューニング率にの設定範囲が、圧延
材の塑性係数Ｑの増大にとも表って範囲に狭小となるこ
と、言いかえるならば圧延の進行に伴って、即ち、後段
パスにおいて極めて重要な意義を持つことであり、従っ
て、各パスにおけるチューニング嘉にの最適化を行うこ
とが制御精度の向上、制御安定性を達成することになる
。これに対し、制御ゲインにの影響は比較的鈍感力もの
であることが理解され、従って、制御精度の観点からす
るならばチューニング率ｋを一義的に修正することによ
ってその目的を達成することが可能であり、換言すれば
０４式に示されるチューニング率の上、下限値内におけ
るチューニング率にとなるように修正すればよいことに
なるが、他方、０７）式中にも制御ゲインＫがパラメー
ターとして存在するものであシ、制御の安定性を考慮す
るならば、この制御ゲインＫについても修正することが
望ましく、チューニング率におよび制御ゲインにの修正
に際しては学習的に制御を加える仁とが望ましい。

次に前述の基本的々本発明の技術的思想を具体的な実施
例にもとづいてさらに説明する。

１０は４段圧延機で作業ロールの間隙を調整する油圧圧
下シリンダー１１を具備し、また、圧延荷重を検出する
ロードセル１２、作業ロールのロール間隙を検出する検
出器１３を具備している。

圧延機１０の出側には圧延材の板厚を測定するＸ線厚み
計１４が付設されているが、例えば、Ｘ線厚み計１４に
かえタンデム圧延機における如く、Ｘ＠厚み計１４を付
設し・〔いない圧延機においてはゲージメータ式により
板厚を演算し、これを用いることも可能である。１５は
従来公知の種々の方式による板厚制御回路、１６は油圧
圧下シリンダー１１に対する圧下制御回路で、板厚偏差
△ｈ。

ロール間＠偏差△Ｓ、圧延荷重偏差△Ｐ、圧延材の塑性
係数Ｑ、制御ゲインＫｏ、チューニング率ｋｏ（Ｋｏ、
ｋｏは経験的、実験的に定められた値を意味する。）お
よびミル剛性ＫＣ（圧延開始に際しては理論的なミル剛
性を用いる。）等の各種圧延パラメーターによってＢＩ
ＳＲＡ　ＡＧＣ制御が行々われる。１７け圧延荷重偏差
△Ｐ、ロール間隙偏差ΔＳおよび板厚偏差△ｈ（この△
ｈはＸ線厚み計１４の出力のみにかぎらず前述の如くゲ
ージメータ一式による△ｈを用いてもよい。）により当
該パスにおけるミル剛性Ｍまだは、ミル剛性Ｍと圧延材
の塑性係数Ｑとを演算する演算回路１８は、演算回路１
７により演算されたミル剛性Ｍ（および塑性係数Ｑ）を
もとにαη、（至）式にもとづいて制御ゲインにおよび
チューニング率にとを演算するチューニング本等演算回
路、１９は当該圧延材の制御において当初使用されてい
る制御ゲインＫｏおよびチューニング率ｋＯと演算制御
ゲインにおよびチューニング率にとをそれぞれ比較し、
αｆ）、（至）式で規範される範囲を逸脱する場合に制
御ゲイン、チューニング率を修正する比較修正回路であ
る。

前述の制御回路において、板厚制御回路１５に各種の制
御パラメーターを設定し、これにもとづき圧延が開始さ
れる。圧延機１０に付設した各種検出器から圧延荷重偏
差△Ｐ、ロール間隙偏差ΔＳおよび板厚偏差Δｈを入力
信号として自動板厚制御が繰シ返される。一方、任意の
タイミングにおいて、荷重偏差△Ｐ、ロール間隙偏差Δ
Ｓおよび板厚偏差Δｈをとり込み演算回路１７において
圧延時における圧延機１０のヒステレシス特性を加味し
た現実のミル剛性Ｋを演算し、これをチューニング本等
演算回路１８へ入力する。このチェ−ユング率等演算回
路１８においてチューニング率にの範囲および制御ゲイ
ンＸをＱ″Ｉ）、（ハ）式にもとづいて演算する。つい
で比較修正回路１９において演算されたチューニング率
にの範囲および制御ゲインにと、圧延当初に板厚制御回
路１５に初期設定値として設定された制御パラメーター
としてのチューニング率ｋＯおよび制御ゲインＫＯとの
それぞれとを比較し、演算されたチューニング率に範囲
および制御ゲインＫから初期設定値が逸脱（はずれ）し
ておれば、チューニング率および制御ゲインのそれぞれ
を修正し、修正チューニング率ｋｘ　、修正制御ゲイン
に１を板厚制御回路１５に対して入力し、初期設定され
たチューニング率ｋｏ　および制御ゲインＫｏを修正し
、また、演算された範囲に初期設定値が適合している場
合には初期設定値のまま板厚制御の継続を行い、適宜こ
れを繰り返す。

前述する比較修正回路１９におけるチューニング率、制
御ゲインに対する修正を行う場合に、その態様において
次表に示す４つのケースがある。

そこで、ケース■の場合について説明を加えるに、この
場合、チューニング率ｋｏが圧延機のヒシステレシス特
性を加味した演算チェー二ング率にの範囲である最小値
から逸脱するものであるが、かかる場合にあってはチュ
ーニング率ｋｏを大きくすればよい。即ち、修正後のチ
ューニング率に１は ｋｌｅｋｏ十Δｋ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１１
Δに＝　（ｋ　ｍｉｎ　−ｋＯ）　−（１＋ａ）　−＝
”　Ｈ但し、αは係数であり、０＜ａ＜１ となる。ただし、この修正チューニング率ｋｌはα４式
から４あきらかな様に当該パスにおける圧延材の塑性係
数によって規範されるｋ　ｍｉｎとｋｍａｘとの範囲に
あることが制御の安定性ならびに制御精度の向上から必
要十分条件として規定されることになる。

また、ケースＩにおける如く、チューニング率ｋｏおよ
び制御ゲインＫｏがそれぞれ規範される範囲を逸脱する
場合、まず、制御ゲインＫｏに対する修正制御ゲインに
１を決める。即ち、修正制御ゲインに１は、 Ｋ１＝Ｋｏ−ΔＫ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・３１Δに＝＝　（Ｋｏ−Ｋ
）（１＋β）・・・・・・・・・・・・・・・（イ）但
し、βは係数で０くβく１ で修正される。この修正量Δには翰式によ）与える場合
のみならず、演算された制御ゲインＫを使用してもよい
。この様に新しい制御ゲインに１　が決定した後α９式
におけるチューニング率にの下限値ｋ　ｍｉｎ上限値ｋ
　ｍａｘを逸脱しないように、修正チューニング率に１
を前述するケースＩの場合と同様に必要十分条件を満足
せしめるように演算決定する。

ケース■およびケース■の場合においても同様にして決
定することができるので、その詳細は省略する。

この様にしてチューニング率に、ｉたは、チューニング
率にと制御ゲインＫが修正されると、この修正されたチ
ューニング率に１．制御ゲインに１を板厚制御回路１５
に対して設定されたチューニング率ｋｏ　と制御ゲイン
Ｋｏとを置換すればよい。

とのと裏、さらに制御精度あるいは制御の安定性を確保
するために比較修正回路１９につづいて、新たなチュー
ニング率ｋｌ、制御ゲインに１　を用いて安定的に収束
するまでシξユレーシ冒ンを行いその後に最終的なチュ
ーニング率に１．制御ゲインに１　として修正するとと
も可能である。

前述する方法を用いて制御をした結果をロール間隙変動
△Ｓ、圧延荷重変動ΔＰおよび板厚変動Δｈの面から測
定結果を第６図に示す。この結果から明らかなように、
従来の板厚制御方法（ａ）においてはチューニング率ｋ
を最適になし得ないためロール間隙ΔＳの変動が極めて
大きく、ハンチング現象を生起しておシ、また、これに
伴って圧延荷重偏差ΔＰにおいても大きく変動し、さら
に板厚偏差Δｈについても極めて乱れたものとなってい
るが、本発明による板厚制御方法（６）にあってはロー
ル間隙変動△Ｓ、圧延荷重偏差ΔＰおよび板厚偏差Δｈ
のいづれにおいても極めて安定したものとなることが判
る。

以上の説明から明らかな様に、本発明に係る板厚制御方
法によれば、圧延機の実際のミル定数と圧延材の塑性変
形係数にもとづいて制御の安定性、連応性を決定する要
因たる制御ゲイン、チューニング率を演算し、これにも
とづいて制御を行うため、制御が安定し、制御精度を向
上せしめ、製品歩留りを向上せしめる等、その奏する効
果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧延機における板厚制御の概念を示すブロック
線図、第２図は圧延荷重とロール間隙との関係を示す説
明図、第３図は本発明に係る板厚制御系における安定条
件としてのチューニング率の説明図、第４図は同じく制
御ゲインを示す説明図、第５図は本発明に係る板厚制御
の概念を示すブロック線図、第６図は制御結果を示す説
明図である。 図において、１０は圧延機、１１は油圧圧下シリン／−
，１２はロードセル、１３はロール間隙検出器、１４は
Ｘ線厚み計、１５は板厚制御回路、１７は演算回路、１
８はチューニング本等演算回路、１９は比較修正回路で
ある。 特許出願人　株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　梶　良之 ＋１−１八″ｙ　＊＋ 十　ユ加６１．１１５ 牙６し く０） ｉｍｅ 繍整前 （ｂ） ｉｍｅ 舗整侵

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）油圧圧下装置を具備せる圧延機において板厚制御
   を行うに際し、各パスの圧延時に圧延荷重偏差、入側板
   厚偏差、出側板厚偏差、およびロールギャップ偏差にも
   とづいて当該パスにおける圧延機のミル定数Ｍを算出し
   、ミル定数Ｍにもとづいてチューニング率にの範囲を ただし Ｋは制御ゲイン ＴＩ　、Ｔ２は油圧圧下装置におけるパラメーターＭｏ
   　はｆｉｌ！−パスの制御に使用されたミル定数Ｑは塑
   性係数 により算出し、および／または制御ゲインＫをにより算
   出するとともに、前記算出されたチューニング率にと制
   御ゲインにとを当該パスにおいて使用されているチュー
   ニング率ｋｏおよび／または制御ゲインＫＯとを比較し
   、当該パスにおけるチューニング率ｋｏおよび／またけ
   制御ゲインＫ。 が算出されたチューニング率におよび／または制御ゲイ
   ンにの範囲を逸脱する場合に、チューニング率および／
   または制御ゲインを修正し板厚制御を行うことを特徴と
   する油圧圧下式圧延機における板厚制御方法。