WO2017145236A1 - プラントの制御装置 - Google Patents

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WO2017145236A1
WO2017145236A1 PCT/JP2016/055061 JP2016055061W WO2017145236A1 WO 2017145236 A1 WO2017145236 A1 WO 2017145236A1 JP 2016055061 W JP2016055061 W JP 2016055061W WO 2017145236 A1 WO2017145236 A1 WO 2017145236A1
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WO
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disturbance
dead time
roll
control
plant
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PCT/JP2016/055061
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宏幸 今成
徳二郎 堀川
弘人 宇治川
祐貴 岡野
山本　茂
修 金子
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Priority to TW105111789A priority patent/TWI591462B/zh
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    • 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
    • B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/18—Automatic gauge control
    • 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
    • B21B37/58—Roll-force control; Roll-gap control
    • B21B37/66—Roll eccentricity compensation systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • This invention relates to a plant control apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a roll control method in a hot rolling line.
  • the upper and lower pinch rolls are provided in front of the winder.
  • the upper and lower pinch rolls sandwich and hold the rolled material.
  • the gap between the upper and lower pinch rolls varies. Due to the variation, the tension of the rolled material varies between the rolling mill and the pinch roll. The tension of the rolled material varies between the pinch roll and the winder.
  • the roll control method the periodic influence due to the eccentricity of the pinch roll is suppressed. Specifically, the gap between the upper and lower pinch rolls is held at the target value. As a result, fluctuations in the tension of the rolled material are suppressed.
  • Patent Document 1 does not assume the dead time even when the dead time occurs until the change result of the operation amount at the operation end is measured by the sensor. For this reason, the influence of periodic disturbance cannot be suppressed.
  • An object of the present invention is to provide a plant control apparatus capable of suppressing the influence of a disturbance and obtaining high control performance when a periodic disturbance is applied to a control target of the plant including a dead time. .
  • the plant control apparatus is provided with a target value for a control amount of the plant to which periodic disturbance is applied, and a change result of the operation amount at the operation end for setting the control amount measured by the sensor as the target value.
  • the dead time occurs until the sensor is measured by the sensor, the amount of operation to the operation end by the time obtained by subtracting the dead time from the time of one period of the disturbance according to the change of the disturbance period and the dead time. It has a dead time correction correction repeater controller that delays input.
  • the input of the operation amount to the operation end is delayed by the time obtained by subtracting the dead time from the time corresponding to one period of the disturbance. For this reason, when a periodic disturbance is added to the controlled object of the plant including the dead time, the influence of the disturbance can be suppressed and high control performance can be obtained.
  • FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a rolling mill using a plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the following description is given for a control device that controls the plate thickness by rolling.
  • the idea described below can be applied to control other than the plate thickness in various plants.
  • the idea can be applied to control of the plate width, plate crown, flatness, and the like.
  • the rolling stand for hot sheet rolling is a 4Hi mill.
  • the rolling stand includes a housing 1.
  • the upper work roll 2a and the lower work roll 2b are provided inside the housing 1 as rolling rolls.
  • One side of the shaft of the upper work roll 2a is connected to an electric motor (not shown).
  • the other side periphery of the upper work roll 2a is a work area.
  • One side of the shaft of the lower work roll 2b is connected to an electric motor (not shown).
  • the other side periphery of the lower work roll 2b is a work area.
  • the upper backup roll 3a is provided above the upper work roll 2a as a rolling roll.
  • the upper backup roll 3a supports the upper work roll 2a.
  • the upper backup roll 3 a is supported on the upper part of the housing 1.
  • the lower periphery of one side of the upper backup roll 3a becomes an existence area on one side of the axis of the upper work roll 2a and one side of the axis of the lower work roll 2b.
  • the other side periphery of the upper backup roll 3a is a work area.
  • the lower backup roll 3b is provided below the lower work roll 2b as a rolling roll.
  • the lower backup roll 3b supports the lower work roll 2b.
  • the lower backup roll 3 b is supported at the lower part of the housing 1.
  • the lower backup roll 3b is provided below the floor surface.
  • Above the lower backup roll 3b is a work area.
  • the upper periphery of one side of the lower backup roll 3b becomes a region existing on one side of the axis of the upper work roll 2a and one side of the axis of the lower work roll 2b.
  • the other side periphery of the lower backup roll 3b is a work area.
  • the reduction device 4 is provided above the upper backup roll 3a.
  • the reduction device 4 is an electric reduction device.
  • the reduction device 4 is a hydraulic reduction device that is driven by hydraulic pressure.
  • the hydraulic reduction device can be controlled at high speed.
  • the reduction device 4 includes a one-side reduction device 4a and another-side reduction device 4b.
  • the one side reduction device 4a is provided on one side of the upper backup roll 3a.
  • the other side reduction device 4b is provided on the other side of the upper backup roll 3a.
  • the load detector 5 is provided below the lower backup roll 3b.
  • the load detector 5 includes a one-side load detector 5a and an other-side load detector 5b.
  • the one-side load detector 5a is provided on one side of the lower backup roll 3b.
  • the other side load detector 5b is provided on the other side of the upper backup roll 3a.
  • the roll gap detector 6 is provided below the reduction device 4.
  • the roll gap detector 6 includes a one-side roll gap detector 6a and an other-side roll gap detector 6b.
  • the one-side roll gap detector 6a is provided on one side of the upper backup roll 3a.
  • the other side roll gap detector 6b is provided on the other side of the upper backup roll 3a.
  • the input side of the rolling load measuring device 7 is connected to the output side of the load detector 5.
  • the input side of the roll gap measuring device 8 is connected to the output side of the roll gap detector 6.
  • the input side of the plate thickness controller 9 is connected to the output side of the rolling load measuring device 7.
  • the input side of the plate thickness controller 9 is connected to the output side of the roll gap measuring device 8.
  • the input side of the roll gap operating means 10 is connected to the output side of the plate thickness controller 9.
  • the output side of the roll gap operating means 10 is connected to the input side of the reduction device 4.
  • the thickness gauge 12 is provided on the exit side of the rolling stand as a sensor.
  • the output side of the thickness gauge 12 is connected to the input side of the thickness controller 9.
  • the rolled material 13 is made of metal.
  • the rolled material 13 is formed of iron.
  • the rolled material 13 is formed of aluminum.
  • the rolled material 13 is formed of copper.
  • Rolled material 13 is sandwiched between rotating upper work roll 2a and lower work roll 2b. As a result, the rolled material 13 extends thinly.
  • the upper backup roll 3a suppresses the deflection in the width direction of the upper work roll 2a.
  • the lower backup roll 3b suppresses the deflection in the width direction of the lower work roll 2b.
  • the one side load detector 5a detects a load applied to one side of the lower backup roll 3b.
  • the other side load detector 5b detects a load applied to the other side of the lower backup roll 3b.
  • the rolling load measuring device 7 calculates the sum of the detected value of the one side load detector 5a and the detected value of the other side load detector 5b as a sum load.
  • the rolling load measuring device 7 calculates the difference between the detected value of the one side load detector 5a and the detected value of the other side load detector 5b as a differential load.
  • a roll bending apparatus not shown
  • the rolling load measuring device 7 performs calculation when correcting the detection value of the load detector 5 with the roll bending force.
  • the roll gap detector 6 does not directly detect the gap (roll gap) between the upper work roll 2a and the lower work roll 2b.
  • the roll gap detector 6 detects the amount by which the reduction device 4 pushes down the upper backup roll 3a.
  • the roll gap measuring device 8 calculates the roll gap based on the detection value of the roll gap detector 6. At this time, the roll gap measuring device 8 considers the positional relationship among the upper backup roll 3a, the upper work roll 2a, the lower work roll 2b, the lower backup roll 3b, and the like.
  • the plate thickness controller 9 adjusts the set value of the roll gap based on the calculated value of the rolling load measuring device 7 and the calculated value of the roll gap measuring device 8. Here, the plate thickness controller 9 adjusts the setting value of the roll gap with the mill modulus M C and plastic coefficient Q C.
  • the roll gap operating means 10 adjusts the roll gap based on the set value adjusted by the plate thickness controller 9. As a result, the rolled material 13 has a desired plate thickness.
  • the plate thickness of the rolled material 13 is measured by a plate thickness meter 12.
  • FIG. 2 is a control block diagram for illustrating the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the rolling process 14 to be controlled is affected by the mill constant M and the plasticity factor Q.
  • the rolling process 14 includes a first influence coefficient 14a and a second influence coefficient 14b.
  • the first influence coefficient 14a corresponds to the influence of the roll gap on the rolling load.
  • the first influence coefficient 14a is ⁇ MQ / (M + Q).
  • the second influence coefficient 14b corresponds to the influence of the rolling load on the plate thickness.
  • the second influence coefficient 14b is 1 / M.
  • the rolling process 14 is considered the roll eccentricity disturbance [Delta] S D and the rolling load disturbance [Delta] P D is applied. Can not be detected roll eccentricity disturbance [Delta] S D directly. Rolling load disturbance [Delta] P D are included in the rolling load to be measured. Only the rolling load disturbance ⁇ P D cannot be measured separately.
  • the plate thickness controller 9 implements a monitor AGC 15, a gauge meter AGC 16, an MMC (mill constant variable control) 17, etc. for the rolling process 14.
  • the dead time block 18 is a sheet thickness meter from the center of the upper work roll 2a and the lower work roll 2b when the actual change amount ⁇ h ACT of the rolled material 13 rolled by the upper work roll 2a and the lower work roll 2b. 12 shows that the plate thickness meter 12 detects the change in plate thickness measurement value ⁇ h MES after the time TL transported to 12 has elapsed. Time TL is a dead time.
  • the monitor AGC 15 calculates the gauge meter plate thickness target value change amount ⁇ h REF based on the deviation between the product plate thickness target value change amount ⁇ h X REF and the plate thickness measured value change amount ⁇ h MES .
  • the first control block 16a is generally expressed using a mill modulus M C measured in actual.
  • a coefficient ⁇ 1 for adjusting the response is added to the first control block 16a.
  • the gauge meter plate thickness change amount ⁇ h GM is obtained.
  • the gauge meter plate thickness target value change amount ⁇ h GM AIM and the gauge meter plate thickness target value change amount ⁇ h REF are added together.
  • the plate thickness target value change amount ⁇ h GM REF is obtained.
  • the deviation between the plate thickness target value change amount ⁇ h GM REF and the gauge meter plate thickness change amount ⁇ h GM is input to the PI controller 16b.
  • the PI controller 16b is represented by a proportional gain KPG , an integral gain KIG, and a Laplace operator s.
  • the roll gap symbol S is used with a subscript, ⁇ , and the like.
  • the output of the PI controller 16b is input to the compensation gain 16c.
  • the compensation gain 16c is represented by the identified mill constant M C , plastic coefficient Q C , and coefficients ⁇ 1 and ⁇ 2 for adjusting the response.
  • plastic coefficient Q C is calculated separately off-line.
  • plastic coefficient Q C is of values identified by the actual data.
  • the compensation gain 16c calculates a roll gap command value ⁇ S SET . At this time, the compensation gain 16c normalizes the operation output. In this case, adjustment of the PI controller 16b is not necessary even if the mill constant M, plastic coefficient Q, and coefficients ⁇ 1 and ⁇ 2 to be controlled change.
  • the MMC 17 requests the reduction device 4 for a high-speed response. For this reason, the MMC 17 is not applied when the reduction device 4 is not a hydraulic reduction device that can realize a high-speed response.
  • second control block 17a is represented using mill modulus M C identified.
  • MMC17 by adjusting the coefficient alpha 2 of the second control block 17a, may adjust the response. For example, by increasing the coefficient alpha 2, the response becomes faster.
  • the hydraulic pressure reduction response 17b corresponds to the response of the hydraulic pressure reduction device.
  • the hydraulic pressure reduction response 17b is determined based on a value obtained by superimposing the output of the compensation gain 16c and the output of the second control block 17a. As a result, the roll gap is adjusted.
  • FIG. 3 is a simplified control block diagram for explaining the outline of the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the monitor AGC 15 is represented by one block.
  • the gauge meter AGC 16 is represented by one block.
  • the MMC 17 is represented by one block.
  • the dead time block 18 is represented by one block.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the overall configuration of the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the control device is represented by a dead time corresponding correction repeat controller 20, a round transfer function 21, and a control block diagram 22.
  • the control deviation e is represented by the difference between the target value or the command value r and the feedback control amount value y 2.
  • the control deviation e is input to the dead time corresponding correction repeat controller 20.
  • Dead time corresponding modified repetitive controller 20 calculates the operation amount u 1.
  • the manipulated variable u 1 is input to the round transfer function 21.
  • the round transfer function 21 corresponds to a block obtained by combining the gauge meters AGC 16 and MMC 17 and the rolling process 14 of FIG.
  • the round transfer function 21 is a system that does not include dead time.
  • the round transfer function 21 outputs a signal y 1 to be controlled.
  • Signal y 1 is input to control block diagram 22.
  • the control block diagram 22 corresponds to the dead time block 18 of FIG.
  • the control block diagram 22 represents the dead time.
  • Control block diagram 22 outputs a signal y 2.
  • the signal y 2 is delayed by a dead time with respect to the signal y 1 .
  • FIG. 5 is a control block diagram using the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram in which the rolling process 14, the gauge meters AGC 16, and the MMC 17 of FIG. 3 are applied to the circular transfer function 21 of FIG. 4.
  • the control block diagram 22 of FIG. 4 is replaced by the dead time block 18 of FIG. If the block of FIG. 2 is used, it can expand
  • the dead time corresponding correction repeat controller 20 is inserted between the control deviation e and the monitor AGC 15 with respect to the existing control system.
  • the transmission coefficient of the monitor AGC 15 in FIG. 3 is set to “1”.
  • the function of the monitor AGC 15 is not used.
  • FIG. 6 is a control block diagram of the main part of the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the dead time corresponding correction repeat controller 20 includes a block 20a, a block 20b, a block 20c, a block 20d, and a block 20e.
  • Block 20c is a block in which repetitive controllers are collected.
  • q is a low pass filter.
  • the low-pass filter q is described by a first-order lag system.
  • Block 20d is a stabilization compensator C.
  • the block 20d is represented by a gain or the like.
  • Block 20e is a dead time compensator that compensates for the dead time.
  • the block 20e is a Smith compensator.
  • the block 20e sets the period L [s] of the disturbance as a dead time. That is, the block 20e adds and outputs the signal delayed by L [s] when the signal is input and the signal as it is without delaying the input signal.
  • L [s] is known.
  • the dead time L [s] can be specified.
  • the period of the roll eccentric disturbance synchronized with the rotation of the rolling roll can be calculated based on the roll diameter and the roll rotation speed.
  • the block 20a is an operation delay device.
  • Block 20a is a time delay L-T L [s] only control deviation e, and outputs a signal e 1.
  • Signal e 1 is added to the signal e 2 side out of the block 20e.
  • the signal e 3 is produced.
  • the block 20a can be equivalently arranged at the position of the block 20b. For this reason, in actual control, one of the block 20a and the block 20b is used. At this time, the transfer function of the unused block is set to “1”.
  • a round transfer function L 1 (s) from the signal e 1 to the manipulated variable u 1 is expressed by the following equation (1).
  • the closed loop transfer function G CL1 (s) is expressed by the following equation (2) using the equation (1). In the following, the development of expressions in the middle is omitted as appropriate.
  • the low-pass filter q is set to be approximately 1 in the frequency band of the disturbance d.
  • the low-pass filter q has the same value every period L. Therefore, the following expressions (3) and (4) are established.
  • the expression (5) means that the influence from the disturbance d to the control amount y 2 is almost zero. That is, the dead time corresponding correction repeat controller 20 effectively exhibits a disturbance suppressing force.
  • the transfer function G CL2 (s) from the target value r to the control amount y 2 will be described.
  • the transfer function G CL2 (s) is expressed by the following equation (6).
  • Equation (7) means that the influence from the target value r to the control amount y 2 is almost 1. In other words, the dead time corresponding modified repetitive controller 20 causes the controlled variable y 2 follow well the target value r.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining functions of the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the upper part of FIG. 7 shows the plate thickness actual variation ⁇ h ACT (solid line) and the plate thickness measured value variation ⁇ h MES (broken line) when the rolling speed is constant.
  • the sheet thickness actual variation ⁇ h ACT is conveyed from the rolling stand to the sheet thickness meter 12.
  • the plate thickness meter 12 measures the plate thickness measurement value change amount ⁇ h MES .
  • the signal of the actual thickness change amount ⁇ h ACT corresponding to the phenomenon occurring immediately below the rolling stand at that time is changed.
  • the timing of the operation amount by the control device is shifted by the amount of the dead time TL from the timing of the change in sheet thickness that occurs immediately below the rolling stand. For this reason, good control cannot be performed.
  • the control unit delays the signal having a thickness measurement variation ⁇ h MES L-T L [s ] only.
  • the signal timing of the plate thickness measurement value change amount ⁇ h MES matches the signal timing of the plate thickness actual change amount ⁇ h ACT .
  • the lower part of FIG. 7 shows a plate thickness actual change amount ⁇ h ACT (solid line) and a plate thickness measured value change amount ⁇ h MES (broken line) when the rolling speed increases.
  • control according to changes in the period of the disturbance and the dead time is performed.
  • the signal timing of the plate thickness measurement value change amount ⁇ h MES matches the signal timing of the plate thickness actual change amount ⁇ h ACT .
  • the input of the operation amount to the operation end is delayed by the time obtained by subtracting the dead time from the time for one period of the disturbance. For this reason, when a periodic disturbance is added to the controlled object of the plant including the dead time, the influence of the disturbance can be suppressed and high control performance can be obtained.
  • board thickness of the rolling material 13 can be controlled accurately.
  • the dead time is compensated by the dead time compensator. For this reason, even when the dead time changes, the influence of the disturbance can be suppressed and high control performance can be obtained.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a modification of the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • eccentricity disturbance [Delta] S D is a disturbance which depends on the rotation and the rotation of the lower backup roll 3b of the upper backup roll 3a.
  • the rolling load disturbance ⁇ P D is a temperature disturbance at a constant distance interval based on a skid mark applied to the rolled material inside the heating furnace.
  • Rolling load disturbance [Delta] P D is conceivable as a disturbance having a distance of a multiple of the circumference of the outer and lower backup roll 3b of the upper backup roll 3a. For this reason, control based on the angle ⁇ of the rotating body, that is, the upper backup roll 3a and the lower backup roll is performed.
  • the control based on the angle ⁇ of the rotating body is realized by describing the Laplace transform expressed by the following equation (8) by the conversion expressed by the equation (9).
  • t time.
  • s is a Laplace operator.
  • ⁇ is an operator in an angle region corresponding to the Laplace operator s.
  • FIG. 8 is a representation of FIG. 1 with the transformation of equation (9).
  • the block 20a of FIG. 1 is omitted.
  • one of the block 20a and the block 20b is used.
  • the transfer function of the unused block is set to “1”.
  • i is a disturbance number to be controlled. i is represented by 1, 2,.
  • ⁇ REP is obtained by converting the period of disturbance into an area based on an angle.
  • exp ( ⁇ REP ⁇ ⁇ ) is a dead time expressed in angle.
  • ⁇ TL is obtained by converting the dead time from the rolling stand to the plate thickness meter 12 into a region based on the angle.
  • exp ( ⁇ TL ⁇ ⁇ ) is a dead time expressed in angle.
  • ⁇ is a mathematical symbol that means multiplying the elements inside. Specifically, ⁇ is expressed by the following equation (10).
  • the cyclic controller learns the eccentricity amount by associating the periodic position of the upper backup roll 3a or the periodic position of the lower backup roll 3b with the eccentricity amount. As a result, the roll eccentricity disturbance [Delta] S D is appropriately controlled.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining roll eccentric disturbance and rolling load disturbance applied to the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a roll eccentricity disturbance [Delta] S D and the rolling load disturbance [Delta] P D may be considered periodic disturbances.
  • the roll eccentricity mainly depends on the eccentricity of the upper backup roll 3a and the eccentricity of the lower backup roll 3b. For this reason, roll eccentricity occurs according to the rotation cycle of the upper backup roll 3a and the rotation cycle of the lower backup roll 3b.
  • Rolling load disturbance ⁇ P D is based on the skid marks.
  • the skid mark is given to the rolled material by supporting the rolled material with skids arranged at substantially constant intervals in the heating furnace.
  • the skid is a column whose interior is water-cooled. For this reason, the temperature of the rolling material is lower than the other positions at the position of the skid mark. As a result, the rolled material is harder than the other positions at the skid mark position. At this time, if the roll gap is constant, the rolled material is thicker at the skid mark position than at other positions.
  • Rolling load disturbance [Delta] P D shaped like a full wave of rolling load wave of FIG. 9 is obtained.
  • the frequency of roll eccentricity disturbance [Delta] S D is higher than the frequency of the rolling load disturbance [Delta] P D.
  • the shape of the roll eccentric wave of FIG. 7 is obtained.
  • the superimposed waveform of FIG. 7 is obtained.
  • the disturbance d of FIG. 6 and FIG. 8 dates back to the gauge meter AGC16 via MMC17 from rolling process 14 from the roll eccentricity disturbance [Delta] S D and the rolling load disturbance [Delta] P D of FIGS. 2 and 3 and 5 Is obtained.
  • control based on the angle of the rotating body may be performed as in the modified example. In this case, even if the period of the disturbance and the dead time are changed by changing the speed of the rolled material, the influence of the disturbance can be suppressed and high control performance can be easily obtained.
  • the control can be easily performed.
  • FIG. 10 is a hardware configuration diagram of the plant control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Each function of the control device can be realized by a processing circuit.
  • the processing circuit includes at least one processor 23a and at least one memory 23b.
  • the processing circuit comprises at least one dedicated hardware 24.
  • each function of the control device is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. At least one of software and firmware is described as a program. At least one of software and firmware is stored in at least one memory 23b. At least one processor 23a implements each function of the control device by reading and executing a program stored in at least one memory 23b.
  • the at least one processor 23a is also referred to as a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, and a DSP.
  • the at least one memory 23b is a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM, a ROM, a flash memory, an EPROM, or an EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD, or the like.
  • a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as a RAM, a ROM, a flash memory, an EPROM, or an EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD, or the like.
  • the processing circuit comprises at least one dedicated hardware 24, the processing circuit is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination thereof. is there.
  • each function of the control device is realized by a processing circuit.
  • each function of the control device is collectively realized by a processing circuit.
  • control device may be realized by dedicated hardware 24, and the other part may be realized by software or firmware.
  • the function of the dead time corresponding correction repeat controller 20 is realized by a processing circuit as dedicated hardware 24, and at least one processor 23a has at least one memory for functions other than the dead time correction repeat controller 20. You may implement
  • the processing circuit realizes each function of the control device by the hardware 24, software, firmware, or a combination thereof.
  • FIG. FIG. 11 is a control block diagram for illustrating a plant control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • symbol is attached
  • the control block diagram of FIG. 11 is obtained by adding a changeover switch 25 to the control block diagram of FIG.
  • One of the input sides of the changeover switch 25 is connected to the output side of the monitor AGC 15.
  • the other input side of the changeover switch 25 is connected to the output side of the dead time corresponding correction repeat controller 20.
  • the operation end is corrected via the time delay correcting correction controller 20. Whether or not to input an operation amount can be immediately selected. As a result, a flexible control system can be obtained. For example, it is possible to easily compare the control performance depending on the presence / absence of the dead time corresponding correction repeat controller 20. When it becomes inconvenient due to the addition of the dead time correction correction repeat controller 20, the dead time correction correction repeat controller 20 can be immediately disconnected.
  • Embodiment 1 and Embodiment 2 may apply the control apparatus of Embodiment 1 and Embodiment 2 to mills other than 4Hi mill.
  • the dead time corresponding correction repeat controller 20 may be applied to a plant control device other than the rolling mill. Also in this case, when a periodic disturbance is applied to the plant control apparatus including the dead time, the influence of the disturbance can be suppressed and high control performance can be obtained.
  • the plant control apparatus can be used for a system that suppresses the influence of the disturbance and obtains high control performance when a periodic disturbance is applied to the plant control apparatus including dead time. .

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Abstract

　むだ時間を含むプラントの制御対象に周期的な外乱が加わる場合において、当該外乱の影響を抑制し、高い制御性能を得ることができるプラントの制御装置を提供する。プラントの制御装置は、周期的な外乱が加わるプラントの制御量に対する目標値が与えられ、センサで測定される制御量を前記目標値とするための操作端の操作量の変更結果が前記センサで測定されるまでにむだ時間が生じる場合に、外乱の周期およびむだ時間の変化に応じて外乱の１周期分の時間からむだ時間を差し引いた時間だけ前記操作端への前記操作量の入力を遅らせるむだ時間対応修正繰返し制御器、を備えた。

Description

プラントの制御装置
　この発明は、プラントの制御装置に関する。
　特許文献１は、熱間圧延ラインにおけるロール制御方法を開示する。熱間圧延ラインにおいて、上下のピンチロールは、巻き取り機の前に設けられる。上下のピンチロールは、圧延材を挟み込んで保持する。上下のピンチロールに偏芯がある場合、上下のピンチロールの間隙が変動する。当該変動により、圧延機とピンチロールの間において、圧延材の張力が変動する。ピンチロールと巻き取り機の間において、圧延材の張力が変動する。当該ロール制御方法によれば、ピンチロールの偏芯による周期的な影響が抑制される。具体的には、上下のピンチロールの間隙が目標値に保持される。その結果、圧延材の張力の変動が抑制される。
日本特開２０１２－１５２８０８号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のものは、操作端の操作量の変更結果がセンサで測定されるまでにむだ時間が生じる場合でも、当該むだ時間を想定しない。このため、周期的な外乱の影響を抑制することができない。
　この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、むだ時間を含むプラントの制御対象に周期的な外乱が加わる場合において、当該外乱の影響を抑制し、高い制御性能を得ることができるプラントの制御装置を提供することである。
　この発明に係るプラントの制御装置は、周期的な外乱が加わるプラントの制御量に対する目標値が与えられ、センサで測定される制御量を前記目標値とするための操作端の操作量の変更結果が前記センサで測定されるまでにむだ時間が生じる場合に、外乱の周期およびむだ時間の変化に応じて外乱の１周期分の時間からむだ時間を差し引いた時間だけ前記操作端への前記操作量の入力を遅らせるむだ時間対応修正繰返し制御器、を備えた。
　この発明によれば、操作端への操作量の入力は、外乱の１周期分の時間からむだ時間を差し引いた時間だけ遅れる。このため、むだ時間を含むプラントの制御対象に周期的な外乱が加わる場合において、当該外乱の影響を抑制し、高い制御性能を得ることができる。
この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置を利用した圧延機の構成図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置を説明するための制御ブロック図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の概要を説明するための制御ブロック図を簡略化した図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の全体構成を説明するための図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置を利用した制御ブロック図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の要部の制御ブロック図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の機能を説明するための図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の変形例を説明するための図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置に加わるロール偏芯外乱と圧延荷重外乱を説明するための図である。 この発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置のハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態２におけるプラントの制御装置を説明するための制御ブロック図である。
　この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置を利用した圧延機の構成図である。以下の説明は、圧延による板厚を制御する制御装置を対象に行われる。以下の説明による考えは、各種プラントにおいて、板厚以外の制御に対しても適用できる。例えば、当該考えは、板幅、板クラウン、平坦度等の制御に対しても適用できる。
　図１において、熱間薄板圧延の圧延スタンドは、４Ｈｉミルである。圧延スタンドは、ハウジング１を備える。上側ワークロール２ａと下側ワークロール２ｂとは、圧延ロールとしてハウジング１の内部に設けられる。上側ワークロール２ａの軸の一側は、図示しない電動機に連結される。上側ワークロール２ａの他側周辺は、作業領域となる。下側ワークロール２ｂの軸の一側は、図示しない電動機に連結される。下側ワークロール２ｂの他側周辺は、作業領域となる。
　上側バックアップロール３ａは、圧延ロールとして上側ワークロール２ａの上方に設けられる。上側バックアップロール３ａは、上側ワークロール２ａを支持する。上側バックアップロール３ａは、ハウジング１の上部に支持される。上側バックアップロール３ａの一側の下部周辺は、上側ワークロール２ａの軸の一側および下側ワークロール２ｂの軸の一側の存在領域となる。上側バックアップロール３ａの他側周辺は、作業領域となる。
　下側バックアップロール３ｂは、圧延ロールとして下側ワークロール２ｂの下方に設けられる。下側バックアップロール３ｂは、下側ワークロール２ｂを支持する。下側バックアップロール３ｂは、ハウジング１の下部に支持される。例えば、下側バックアップロール３ｂは、床面より下方に設けられる。下側バックアップロール３ｂの上方は、作業領域となる。下側バックアップロール３ｂの一側の上部周辺は、上側ワークロール２ａの軸の一側および下側ワークロール２ｂの軸の一側の存在領域となる。下側バックアップロール３ｂの他側周辺は、作業領域となる。
　圧下装置４は、上側バックアップロール３ａの上方に設けられる。例えば、圧下装置４は、電動圧下装置からなる。例えば、圧下装置４は、油圧で駆動する油圧圧下装置からなる。油圧圧下装置は、高速制御し得る。圧下装置４は、一側圧下装置４ａと他側圧下装置４ｂとを備える。一側圧下装置４ａは、上側バックアップロール３ａの一側に設けられる。他側圧下装置４ｂは、上側バックアップロール３ａの他側に設けられる。
　荷重検出器５は、下側バックアップロール３ｂの下方に設けられる。荷重検出器５は、一側荷重検出器５ａと他側荷重検出器５ｂとを備える。一側荷重検出器５ａは、下側バックアップロール３ｂの一側に設けられる。他側荷重検出器５ｂは、上側バックアップロール３ａの他側に設けられる。
　ロールギャップ検出器６は、圧下装置４の下方に設けられる。ロールギャップ検出器６は、一側ロールギャップ検出器６ａと他側ロールギャップ検出器６ｂとを備える。一側ロールギャップ検出器６ａは、上側バックアップロール３ａの一側に設けられる。他側ロールギャップ検出器６ｂは、上側バックアップロール３ａの他側に設けられる。
　圧延荷重測定器７の入力側は、荷重検出器５の出力側に接続される。ロールギャップ測定器８の入力側は、ロールギャップ検出器６の出力側に接続される。
　板厚制御器９の入力側は、圧延荷重測定器７の出力側に接続される。板厚制御器９の入力側は、ロールギャップ測定器８の出力側に接続される。ロールギャップ操作手段１０の入力側は、板厚制御器９の出力側に接続される。ロールギャップ操作手段１０の出力側は、圧下装置４の入力側に接続される。
　板厚計１２は、センサとして圧延スタンドの出側に設けられる。板厚計１２の出力側は、板厚制御器９の入力側に接続される。
　圧延材１３は、金属で形成される。例えば、圧延材１３は、鉄で形成される。例えば、圧延材１３は、アルミニウムで形成される。例えば、圧延材１３は、銅で形成される。圧延材１３は、回転する上側ワークロール２ａと下側ワークロール２ｂに挟まれる。その結果、圧延材１３は薄く延びる。
　この際、上側バックアップロール３ａは、上側ワークロール２ａの幅方向のたわみを抑える。下側バックアップロール３ｂは、下側ワークロール２ｂの幅方向のたわみを抑える。圧延材１３からの圧延荷重は、上側ワークロール２ａと下側ワークロール２ｂと上側バックアップロール３ａと下側バックアップロール３ｂとを介して、ハウジング１に受け止められる。
　一側荷重検出器５ａは、下側バックアップロール３ｂの一側にかかる荷重を検出する。他側荷重検出器５ｂは、下側バックアップロール３ｂの他側にかかる荷重を検出する。圧延荷重測定器７は、一側荷重検出器５ａの検出値と他側荷重検出器５ｂの検出値との和を和荷重として計算する。圧延荷重測定器７は、一側荷重検出器５ａの検出値と他側荷重検出器５ｂの検出値との差を差荷重として計算する。図示しないロールベンディング装置が圧延スタンドに設けられる場合、圧延荷重測定器７は、荷重検出器５の検出値をロールベンディング力で補正する際の計算を行う。
　ロールギャップ検出器６は、上側ワークロール２ａと下側ワークロール２ｂとの間隙（ロールギャップ）を直接検出しない。ロールギャップ検出器６は、圧下装置４が上側バックアップロール３ａを押し下げた量を検出する。ロールギャップ測定器８は、ロールギャップ検出器６の検出値に基づいてロールギャップを計算する。この際、ロールギャップ測定器８は、上側バックアップロール３ａ、上側ワークロール２ａ、下側ワークロール２ｂ、下側バックアップロール３ｂ等の位置関係を考慮する。
　板厚制御器９は、圧延荷重測定器７の計算値とロールギャップ測定器８の計算値とに基づいて、ロールギャップの設定値を調整する。この際、板厚制御器９は、ミル定数ＭＣと塑性係数ＱＣとを用いてロールギャップの設定値を調整する。
　ロールギャップ操作手段１０は、板厚制御器９により調整された設定値に基づいてロールギャップを調整する。その結果、圧延材１３は、所望の板厚になる。圧延材１３の板厚は、板厚計１２により計測される。
　次に、図２を用いて、板厚制御器９の一例を説明する。
　図２はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置を説明するための制御ブロック図である。
　図２において、制御対象の圧延プロセス１４は、ミル定数Ｍと塑性係数Ｑとの影響を受ける。具体的には、圧延プロセス１４は、第１影響係数１４ａと第２影響係数１４ｂとを備える。第１影響係数１４ａは、ロールギャップが圧延荷重に与える影響に対応する。第１影響係数１４ａは、－ＭＱ／（Ｍ＋Ｑ）である。第２影響係数１４ｂは、圧延荷重が板厚に与える影響に対応する。第２影響係数１４ｂは、１／Ｍである。
　圧延プロセス１４には、ロール偏芯外乱ΔＳＤと圧延荷重外乱ΔＰＤとが加わると考えられる。ロール偏芯外乱ΔＳＤを直接検出することはできない。圧延荷重外乱ΔＰＤは測定される圧延荷重の中に含まれる。圧延荷重外乱ΔＰＤだけを分離して測定することはできない。
　板厚制御器９は、圧延プロセス１４に対し、モニターＡＧＣ１５、ゲージメータＡＧＣ１６、ＭＭＣ（ミル定数可変制御）１７等を実施する。
　むだ時間ブロック１８は、上側ワークロール２ａと下側ワークロール２ｂとで圧延された圧延材１３の板厚実績変化量ΔｈＡＣＴが上側ワークロール２ａと下側ワークロール２ｂとの中心から板厚計１２まで搬送される時間ＴＬだけ経過した後に板厚計１２によって板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳとして検出されることを示す。時間ＴＬは、むだ時間となる。
　モニターＡＧＣ１５は、製品板厚目標値変更量ΔｈＸ ＲＥＦと板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳとの偏差に基づいてゲージメータ板厚目標値変更量ΔｈＲＥＦを計算する。
　ゲージメータＡＧＣ１６において、第１制御ブロック１６ａは、一般に、実機で測定されたミル定数ＭＣを用いて表される。第１制御ブロック１６ａには、応答を調整するための係数α１が付加される。第１制御ブロック１６ａの出力とロールギャップ実績変化量ΔＳＡＣＴとに基づいて、ゲージメータ板厚変化量ΔｈＧＭが求まる。
　ゲージメータＡＧＣ１６において、ゲージメータ板厚目標値変更量ΔｈＧＭ ＡＩＭとゲージメータ板厚目標値変更量ΔｈＲＥＦが合算される。その結果、板厚目標値変更量ΔｈＧＭ ＲＥＦが求まる。板厚目標値変更量ΔｈＧＭ ＲＥＦとゲージメータ板厚変化量ΔｈＧＭとの偏差はＰＩ制御器１６ｂに入力される。ＰＩ制御器１６ｂは、比例ゲインＫＰＧと積分ゲインＫＩＧとラプラス演算子ｓとで表される。なお、ロールギャップの記号Ｓは、添え字、Δ等を伴って使用される。ラプラス演算子ｓは、小文字で単独で使用される。［ｓ］は、時間を表す単位である。
　ＰＩ制御器１６ｂの出力は、補償ゲイン１６ｃに入力される。補償ゲイン１６ｃは、同定されたミル定数ＭＣ、塑性係数ＱＣ、応答を調整するための係数α１、α２で表される。例えば、塑性係数ＱＣは、オフラインで別途計算される。例えば、塑性係数ＱＣは、実績データによる同定した値からなる。補償ゲイン１６ｃは、ロールギャップ指令値ΔＳＳＥＴを計算する。この際、補償ゲイン１６ｃは、操作出力を規格化する。この場合、制御対象のミル定数Ｍ、塑性係数Ｑ、係数α１、α２が変化しても、ＰＩ制御器１６ｂの調整が不要となる。
　ＭＭＣ１７は、圧下装置４に高速応答を要求する。このため、圧下装置４が高速応答を実現できる油圧圧下装置ではない場合は、ＭＭＣ１７は適用されない。
　ＭＭＣ１７において、第２制御ブロック１７ａは、同定されたミル定数ＭＣを用いて表される。ＭＭＣ１７は、第２制御ブロック１７ａの係数α２を調整することにより、応答を調整し得る。例えば、係数α２を大きくすれば、応答が速くなる。
　ＭＭＣ１７において、油圧圧下応答１７ｂは、油圧圧下装置の応答に対応する。油圧圧下応答１７ｂは、補償ゲイン１６ｃの出力と第２制御ブロック１７ａの出力とを重畳した値に基づいて決定する。その結果、ロールギャップが調整される。
　次に、図３を用いて、図２の制御系の概要を説明する。
　図３はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の概要を説明するための制御ブロック図を簡略化した図である。
　図３に示すように、モニターＡＧＣ１５は、１つのブロックで表される。ゲージメータＡＧＣ１６は、１つのブロックで表される。ＭＭＣ１７は、１つのブロックで表される。むだ時間ブロック１８は、１つのブロックで表される。
　次に、図４を用いて、制御装置の全体構成を説明する。
　図４はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の全体構成を説明するための図である。
　制御装置は、むだ時間対応修正繰返し制御器２０と一巡伝達関数２１と制御ブロック図２２とで表される。
　制御装置において、制御偏差ｅは、目標値または指令値ｒと制御量ｙ２のフィードバック値との差分で表される。制御偏差ｅは、むだ時間対応修正繰返し制御器２０に入力される。むだ時間対応修正繰返し制御器２０は、操作量ｕ１を計算する。操作量ｕ１は、一巡伝達関数２１に入力される。一巡伝達関数２１は、図３のゲージメータＡＧＣ１６とＭＭＣ１７と圧延プロセス１４とを結合したブロックに相当する。一巡伝達関数２１は、むだ時間を含まない系である。一巡伝達関数２１は、制御対象の信号ｙ１を出力する。信号ｙ１は、制御ブロック図２２に入力される。制御ブロック図２２は、図３のむだ時間ブロック１８に相当する。制御ブロック図２２は、むだ時間を表す。制御ブロック図２２は、信号ｙ２を出力する。信号ｙ２は、信号ｙ１に対しむだ時間だけ遅れる。
　次に、図５を用いて、むだ時間対応修正繰返し制御器２０の挿入位置を説明する。
　図５はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置を利用した制御ブロック図である。
　図５は、図４の一巡伝達関数２１に図３の圧延プロセス１４とゲージメータＡＧＣ１６とＭＭＣ１７とを当てはめた図である。図５において、図４の制御ブロック図２２は、図３のむだ時間ブロック１８で置き換えられている。図２のブロックを用いれば、図５よりも詳細な図に展開し得る。この際の図は自明である。当該図の記述は省略される。
　図５に示すように、むだ時間対応修正繰返し制御器２０は、既存の制御系に対して制御偏差ｅとモニターＡＧＣ１５との間に挿入される。この際、図３のモニターＡＧＣ１５の伝達係数は、「１」に設定される。その結果、モニターＡＧＣ１５の機能は、使用されない。
　次に、図６を用いて、むだ時間対応修正繰返し制御器２０を説明する。
　図６はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の要部の制御ブロック図である。
　図６において、むだ時間対応修正繰返し制御器２０は、ブロック２０ａとブロック２０ｂとブロック２０ｃとブロック２０ｄとブロック２０ｅとを備える。
　ブロック２０ｃは、繰返し制御器をまとめたブロックである。ブロック２０ｃにおいて、ｑは、ローパスフィルタである。例えば、ローパスフィルタｑは、一次遅れ系で記述される。ブロック２０ｄは、安定化補償器Ｃである。例えば、ブロック２０ｄは、ゲイン等で表される。
　ブロック２０ｅは、むだ時間を補償するむだ時間補償器である。例えば、ブロック２０ｅは、スミス補償器である。ブロック２０ｅは、外乱の周期Ｌ［ｓ］をむだ時間とする。つまり、ブロック２０ｅは、信号が入力された際にＬ［ｓ］だけ遅らせた信号と、入力された信号を遅らせないそのままの信号を加算して出力する。Ｌ［ｓ］は既知である。むだ時間Ｌ［ｓ］は特定し得る。例えば、圧延ロールの回転に同期したロール偏芯外乱の周期は、ロール径とロール回転速度とに基づいて計算し得る。
　ブロック２０ａは、操作遅延器である。ブロック２０ａは、時間Ｌ－ＴＬ［ｓ］だけ制御偏差ｅを遅らせて、信号ｅ１を出力する。信号ｅ１は、ブロック２０ｅの出側の信号ｅ２と加算される。その際、信号ｅ２の符号に注意する。その結果、信号ｅ３が生成される。ブロック２０ａは、等価的にブロック２０ｂの位置に配置され得る。このため、実際の制御においては、ブロック２０ａとブロック２０ｂとのうちのいずれか一方が用いられる。この際、用いられないブロックの伝達関数は、「１」に設定される。
　次に、外乱ｄから制御量ｙ２までの閉ループ伝達関数ＧＣＬ１（ｓ）を説明する。
　信号ｅ１から操作量ｕ１までの一巡伝達関数Ｌ１（ｓ）は、次の（１）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　閉ループ伝達関数ＧＣＬ１（ｓ）は、（１）式を用いて次の（２）式で表される。なお、以後、途中の式の展開は、適宜省略される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ローパスフィルタｑは、外乱ｄの周波数帯域においてほぼ１となるように設定される。周期的な外乱ｄにおいては、ローパスフィルタｑは、周期Ｌごとに同じ値となる。このため、次の（３）式および（４）式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　外乱ｄの周波数帯域において、閉ループ伝達関数ＧＣＬ１（ｓ）は、次の（５）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　（５）式は、外乱ｄから制御量ｙ２までの影響がほぼ０となることを意味する。つまり、むだ時間対応修正繰返し制御器２０は、外乱抑制力を効果的に発揮する。
　次に、目標値ｒから制御量ｙ２までの伝達関数ＧＣＬ２（ｓ）を説明する。伝達関数ＧＣＬ２（ｓ）は、次の（６）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　（３）式と（４）式とが（６）式に代入されると、次の（７）式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　（７）式は、目標値ｒから制御量ｙ２までの影響がほぼ１となることを意味する。つまり、むだ時間対応修正繰返し制御器２０は、制御量ｙ２を目標値ｒによく追従させる。
　次に、図７を用いて、図６の機能を説明する。
　図７はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の機能を説明するための図である。
　図７の上段は、圧延速度が一定の場合の板厚実績変化量ΔｈＡＣＴ（実線）と板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳ（破線）を示す。図７の上段においては、板厚実績変化量ΔｈＡＣＴが圧延スタンドから板厚計１２まで搬送される。この際、むだ時間ＴＬが経過すると、板厚計１２は、板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳを測定する。板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳに基づいて繰返し制御が行われると、その時点での圧延スタンドの直下で起こっている現象に対応した板厚実績変化量ΔｈＡＣＴの信号が変更される。この場合、制御装置による操作量のタイミングは、圧延スタンドの直下で起こっている板厚の変化のタイミングとむだ時間ＴＬの分だけずれる。このため、良好な制御を行うことができない。
　そこで、制御装置は、板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳの信号をＬ－ＴＬ［ｓ］だけ遅らせる。その結果、板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳの信号のタイミングは、板厚実績変化量ΔｈＡＣＴの信号のタイミングと合う。
　図７の下段は、圧延速度が増加する場合の板厚実績変化量ΔｈＡＣＴ（実線）と板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳ（破線）を示す。図７の下段においては、外乱の周期およびむだ時間の変化に応じた制御が行われる。その結果、圧延速度が増加する場合においても、板厚測定値変化量ΔｈＭＥＳの信号のタイミングは、板厚実績変化量ΔｈＡＣＴの信号のタイミングと合う。
　以上で説明した実施の形態１によれば、操作端への操作量の入力は、外乱の１周期分の時間からむだ時間を差し引いた時間だけ遅れる。このため、むだ時間を含むプラントの制御対象に周期的な外乱が加わる場合において、当該外乱の影響を抑制し、高い制御性能を得ることができる。実施の形態１においては、圧延材１３の板厚を精度よく制御することができる。
　また、むだ時間は、むだ時間補償器により補償される。このため、むだ時間が変化する場合でも、当該外乱の影響を抑制し、高い制御性能を得ることができる。
　次に、図８を用いて、制御装置の変形例を説明する。
　図８はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置の変形例を説明するための図である。
　圧延において、ロール偏芯外乱ΔＳＤは、上側バックアップロール３ａの回転および下側バックアップロール３ｂの回転に依存する外乱である。圧延荷重外乱ΔＰＤは、加熱炉の内部で圧延材に付与されるスキッドマークに基づいた一定距離間隔の温度外乱である。圧延荷重外乱ΔＰＤは、上側バックアップロール３ａの外周および下側バックアップロール３ｂの外周の倍数の距離を持つ外乱として考え得る。このため、上側バックアップロール３ａおよび下側バックアップロールという回転体の角度θを基準とした制御が行われる。
　回転体の角度θを基準とした制御は、次の（８）式で表されたラプラス変換を（９）式で表された変換により記述されることで実現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ただし、（８）式において、ｔは時刻である。ｓはラプラス演算子である。（９）式において、λはラプラス演算子ｓに相当する角度領域における演算子である。
　図８は、図１に対して（９）式の変換を施して表現したものである。図８において、図１のブロック２０ａは省略される。図１と同様に、ブロック２０ａとブロック２０ｂとのうちのいずれか一方が用いられる。この際、用いられないブロックの伝達関数は、「１」に設定される。
　図８において、ｉは、制御対象の外乱の番号である。ｉは、１、２、・・・で表される。例えば、ロール偏芯外乱ΔＳＤと圧延荷重外乱ΔＰＤとが制御対象の場合、ｉは、１、２となる。ΘＲＥＰは、外乱の周期を角度基準とする領域に変換したものである。ｅｘｐ（－ΘＲＥＰ・λ）は、角度で表されたむだ時間である。ΘＴＬは、圧延スタンドから板厚計１２までのむだ時間を角度基準とする領域に変換したものである。ｅｘｐ（－ΘＴＬ・λ）は、角度で表されたむだ時間である。
　Πは、中の要素を掛けることを意味する数学記号である。具体的には、Πは、次の（１０）式で表される。
　実際の制御装置への実装においては、上側バックアップロール３ａの周期位置または下側バックアップロール３ｂの周期位置と偏芯量とが関係付けられることにより、繰返し制御器は、偏芯量を学習する。その結果、ロール偏芯外乱ΔＳＤは、適切に制御される。
　圧延荷重外乱ΔＰＤの１周期分と上側バックアップロール３ａの周期位置または下側バックアップロール３ｂの周期位置とが関連付けられることにより、繰返し制御器は、圧延荷重外乱ΔＰＤを学習する。その結果、圧延荷重外乱ΔＰＤは、適切に制御される。
　次に、図９を用いて、ロール偏芯外乱ΔＳＤと圧延荷重外乱ΔＰＤとを説明する。
　図９はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置に加わるロール偏芯外乱と圧延荷重外乱を説明するための図である。
　図９に示すように、ロール偏芯外乱ΔＳＤと圧延荷重外乱ΔＰＤとは、周期的な外乱とみなし得る。ロール偏芯は、上側バックアップロール３ａの偏芯および下側バックアップロール３ｂの偏芯に主に依存する。このため、ロール偏芯は、上側バックアップロール３ａの回転周期および下側バックアップロール３ｂの回転周期に応じて発生する。
　圧延荷重外乱ΔＰＤは、スキッドマークに基づく。スキッドマークは、加熱炉でほぼ一定間隔で配置されたスキッドにより圧延材を支えることで圧延材に付与される。スキッドは、内部を水冷された支柱である。このため、スキッドマークの位置において、圧延材の温度は、他の位置よりも低くなる。その結果、スキッドマークの位置において、圧延材は、他の位置よりも硬くなる。この際、ロールギャップが一定であれば、スキッドマークの位置において、圧延材は、他の位置よりも厚くなる。
　圧延荷重外乱ΔＰＤは、図９の圧延荷重波という全波のような形が得られる。これに対し、ロール偏芯外乱ΔＳＤの周波数は、圧延荷重外乱ΔＰＤの周波数よりも高い。このため、図７のロール偏芯波の形が得られる。圧延荷重波とロール偏芯波と重畳されると、図７の重畳した波形が得られる。
　なお、図６および図８の外乱ｄは、図２と図３と図５とのロール偏芯外乱ΔＳＤと圧延荷重外乱ΔＰＤから圧延プロセス１４からＭＭＣ１７を経由してゲージメータＡＧＣ１６へ遡ることにより得られる。
　外乱の周期が回転体の周期の定数倍の周期に応じて変化する場合、変形例のように、回転体の角度を規準とした制御を行えばよい。この場合、圧延材の速度が変化することにより外乱の周期およびむだ時間が変化しても、当該外乱の影響を抑制し、高い制御性能を容易に得ることができる。
　特に、定数倍がＮを整数として１／Ｎ倍またはＮ倍の場合は、制御を容易に行うことができる。
　次に、図１０を用いて、制御装置の例を説明する。
　図１０はこの発明の実施の形態１におけるプラントの制御装置のハードウェア構成図である。
　制御装置の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ２３ａと少なくとも１つのメモリ２３ｂとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア２４を備える。
　処理回路が少なくとも１つのプロセッサ２３ａと少なくとも１つのメモリ２３ｂとを備える場合、制御装置の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ２３ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ２３ａは、少なくとも１つのメモリ２３ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ２３ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ２３ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。
　処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア２４を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものである。例えば、制御装置の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、制御装置の各機能は、まとめて処理回路で実現される。
　制御装置の各機能について、一部を専用のハードウェア２４で実現し、他部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。例えば、むだ時間対応修正繰返し制御器２０の機能については専用のハードウェア２４としての処理回路で実現し、むだ時間対応修正繰返し制御器２０以外の機能については少なくとも１つのプロセッサ２３ａが少なくとも１つのメモリ２３ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することによって実現してもよい。
　このように、処理回路は、ハードウェア２４、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、制御装置の各機能を実現する。
実施の形態２．
　図１１はこの発明の実施の形態２におけるプラントの制御装置を説明するための制御ブロック図である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
　図１１の制御ブロック図は、図５の制御ブロック図に切り替えスイッチ２５を付加したものである。切り替えスイッチ２５の入力側の一方は、モニターＡＧＣ１５の出力側に接続される。切り替えスイッチ２５の入力側の他方は、むだ時間対応修正繰返し制御器２０の出力側に接続される。
　図１１において、切り替えスイッチ２５が入力側の一方の側に倒されると、むだ時間対応修正繰返し制御器２０は使用されない状態となる。切り替えスイッチ２５が入力側の他方の側に倒されると、むだ時間対応修正繰返し制御器２０は使用される状態となる。
　以上で説明した実施の形態２によれば、すでに稼働している制御装置にむだ時間対応修正繰返し制御器２０を追加する場合においても、むだ時間対応修正繰返し制御器２０を介して操作端への操作量の入力を行うか否かを即座に選択することができる。その結果、柔軟な制御システムを得ることができる。例えば、むだ時間対応修正繰返し制御器２０の有無による制御性能の比較を簡単に行うことができる。むだ時間対応修正繰返し制御器２０の追加で不都合な状態に陥った時に、むだ時間対応修正繰返し制御器２０を即座に切り離すことができる。
　なお、実施の形態１および実施の形態２の制御装置を４Ｈｉミル以外のミルに適用してもよい。例えば、当該制御装置を上側ワークロール２ａ及び下側ワークロール２ｂで構成された２Ｈｉミルに適用してもよい。また、当該制御装置を４Ｈｉミルに中間ロールを付加した６Ｈｉミルに適用してもよい。
　また、圧延機以外のプラントの制御装置にむだ時間対応修正繰返し制御器２０を適用してもよい。この場合も、むだ時間を含むプラントの制御装置に周期的な外乱が加わる場合において、外乱による影響を抑制し、高い制御性能を得ることができる。
　以上のように、この発明に係るプラントの制御装置は、むだ時間を含むプラントの制御装置に周期的な外乱が加わる場合において、当該外乱の影響を抑制し、高い制御性能を得るシステムに利用できる。
１　ハウジング、　２ａ　上側ワークロール、　２ｂ　下側ワークロール、　３ａ　上側バックアップロール、　３ｂ　下側バックアップロール、　４　圧下装置、　４ａ　一側圧下装置、　４ｂ　他側圧下装置、　５　荷重検出器、　５ａ　一側荷重検出器、　５ｂ　他側荷重検出器、　６　ロールギャップ検出器、　６ａ　一側ロールギャップ検出器、　６ｂ　他側ロールギャップ検出器、　７　圧延荷重測定器、　８　ロールギャップ測定器、　９　板厚制御器、　１０　ロールギャップ操作手段、　１２　板厚計、　１３　圧延材、　１４　圧延プロセス、　１４ａ　第１影響係数、　１４ｂ　第２影響係数、　１５　モニターＡＧＣ、　１６　ゲージメータＡＧＣ、　１６ａ　第１制御ブロック、　１６ｂ　ＰＩ制御器、　１６ｃ　補償ゲイン、　１７　ＭＭＣ、　１７ａ　第２制御ブロック、　１７ｂ　油圧圧下応答、　１８　むだ時間ブロック、　２０　むだ時間対応修正繰返し制御器、　２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ　ブロック、　２１　一巡伝達関数、　２２　制御ブロック図、　２３ａ　プロセッサ、　２３ｂ　メモリ、　２４　ハードウェア、　２５　切り替えスイッチ

Claims (5)

  1. 　周期的な外乱が加わるプラントの制御量に対する目標値が与えられ、センサで測定される制御量を前記目標値とするための操作端の操作量の変更結果が前記センサで測定されるまでにむだ時間が生じる場合に、外乱の周期およびむだ時間の変化に応じて外乱の１周期分の時間からむだ時間を差し引いた時間だけ前記操作端への前記操作量の入力を遅らせるむだ時間対応修正繰返し制御器、
    を備えたプラントの制御装置。
  2. 　前記むだ時間対応修正繰返し制御器は、
    　外乱の周期およびむだ時間の変化に応じて外乱の１周期分の時間からむだ時間を差し引いた時間だけ前記操作端への操作量への入力を遅らせる操作遅延器と、
    　外乱の周期およびむだ時間の変化に応じてむだ時間を補償するむだ時間補償器と、
    を備えた請求項１に記載のプラントの制御装置。
  3. 　前記むだ時間対応修正繰返し制御器は、外乱の周期が前記プラントに設けられた回転体の周期の定数倍の周期に応じて変化する場合に前記回転体の角度を規準とした制御を行う請求項１または請求項２に記載のプラントの制御装置。
  4. 　前記むだ時間対応修正繰返し制御器は、前記定数倍がＮを整数として１／Ｎ倍またはＮ倍の場合に前記回転体の角度を規準とした制御を行う請求項３に記載のプラントの制御装置。
  5. 　前記むだ時間対応修正繰返し制御器を介して前記操作端への操作量の入力を行うか否かを選択し得るように設けられた切り替えスイッチ、
    を備えた請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプラントの制御装置。
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