JP5557726B2 - 圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機の板厚制御方法及びその装置に関するものである。

周知の如く、ステンレス、チタン、特殊鋼、銅などの圧延材を冷間圧延する際には、ワークロールを支持するロール群が葡萄の房のように扇状に広がる「クラスタ型の多段圧延機（クラスタ圧延機）」が用いられることが一般的である。
クラスタ圧延機において圧延材の圧延を行うにあたって、まず、圧延材の板厚を計測し、計測した板厚を基にロール隙間を演算し、圧下装置によってロール隙間を制御することによって圧延材の板厚を制御している。

図５に示すように、クラスタ圧延機におけるロール隙間は、板厚制御装置から圧延装置にロール隙間を調整するための指令信号を圧下装置のサーボアンプに出力し、サーボアンプを介してサーボ弁を動かす。サーボ弁は、指令に応じて動作して油圧シリンダを動かし、油圧シリンダの伸縮によってロール隙間を調整するためのウエッジ（楔手段）が動くことでロール隙間を調整している。

このようなクラスタ圧延機では、板厚制御装置から指令信号を圧下装置に出力したとしても、サーボ弁、油圧シリンダ等は遅れ要素があるため板厚が適正に制御するのは難しいという問題がある。
このような問題に鑑み、サーボ弁などの遅れ要素の減衰分を考慮して予め指令信号を補償（補正）するという技術がある（特許文献１）。

特許文献１では、圧延材を圧延する際に板厚の偏差（板厚偏差という）の周波数を検出し、この周波数を用いて制御利得値を演算し、該演算された制御利得値の逆数を演算されたロール間隙に乗算し、乗算して得られた値を圧下板厚制御装置に出力している。

特開平６−３０４６２９号公報

特許文献１では、制御利得値の逆数をロール隙間に乗算することによって制御利得の低下を加味して補正した指令信号を圧下装置に出力しているものの、制御利得値を求めるにあたって用いている板厚偏差の周波数は固定値であり、この技術を用いて指令信号を補正しても板厚の精度が低下する可能性がある。圧延を行うにあたって、板厚偏差が略一定であるときは特許文献１の技術を用いて板厚の制御を行うことができるものの、適正に板厚を制御することが困難であることが実情である。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、高精度な板厚制御を行うことができる圧延機の板厚制御方法及びその装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため以下の技術的手段を講じた。
本発明の圧延機の板厚制御方法は、圧延材の板厚を計測し、計測した板厚を基に前記圧延材を圧延するワークロールのロール隙間を算出し、算出したロール隙間ΔＳに応じて圧下装置を制御する圧延機の板厚制御方法であって、前記圧延材の板厚の偏差を周波数成分に分解し、周波数成分ごとに前記圧下装置に対する制御利得値を算出し、算出した制御利得値の逆数を計測で得られたロール隙間ΔＳに乗算すると共に乗算して得られた値を圧下装置を適用するロール隙間ΔＳ’とし、このロール隙間ΔＳ’を基に板厚を制御する点にある。

前記圧下装置に適用するロール隙間ΔＳ’は、算出した制御利得値の逆数を計測で求められたロール隙間ΔＳに乗算して得られた値を全ての周波数成分で加算することによって得られることが好ましい。
本発明の圧延機の板厚制御装置は、圧延材の板厚を計測する板厚計測器と、ワークロールのロール隙間ΔＳ’を変更する圧下装置とを備えた圧延機に設けられた板厚制御装置であって、前記板厚制御装置は、前記圧延材の板厚の偏差を周波数成分に分解する周波数分解手段と、前記周波数分解手段により分解された周波数成分ごとに前記圧下装置に対する制御利得値を算出する制御利得値算出手段と、算出した制御利得値の逆数をロール隙間ΔＳに乗算すると共に乗算して得られた値をロール隙間ΔＳ’として算出する制御利得値補正量算出手段と、前記制御利得値補正量算出手段が算出したロール隙間ΔＳ’を基に板厚を制御する圧下制御手段とを備えている点にある。

前記制御利得値補正量算出手段は、前記乗算して得られた値を全ての周波数成分で加算することによって前記圧下装置に適用するロール隙間ΔＳ’を算出することが好ましい。
なお、本発明にかかる圧延機の板厚制御方法の最も好ましい形態は、圧延材の板厚を計測し、計測した板厚を基に前記圧延材を圧延するワークロールのロール隙間ΔＳを算出し、算出したロール隙間ΔＳに応じて圧下装置を制御する圧延機の板厚制御方法であって、前記圧延材の板厚の偏差を周波数成分に分解し、周波数成分ごとに前記圧下装置に対する制御利得値を算出し、算出した制御利得値の逆数を計測で得られたロール隙間ΔＳに乗算すると共に乗算して得られた値を圧下装置を適用するロール隙間ΔＳ’とし、このロール隙間ΔＳ’を基に板厚を制御するものとし、前記圧下装置に適用するロール隙間ΔＳ’は、算出した制御利得値の逆数を計測で求められたロール隙間ΔＳに乗算して得られた値を全ての周波数成分で加算することによって得られることを特徴とする。
また、本発明にかかる圧延機に設けられた板厚制御装置の最も好ましい形態は、圧延材の板厚を計測する板厚計測器と、ワークロールのロール隙間ΔＳ’を変更する圧下装置とを備えた圧延機に設けられた板厚制御装置であって、前記板厚制御装置は、前記圧延材の板厚の偏差を周波数成分に分解する周波数分解手段と、前記周波数分解手段により分解された周波数成分ごとに前記圧下装置に対する制御利得値を算出する制御利得値算出手段と、算出した制御利得値の逆数をロール隙間ΔＳに乗算すると共に乗算して得られた値をロール隙間ΔＳ’として算出する制御利得値補正量算出手段と、前記制御利得値補正量算出手段が算出したロール隙間ΔＳ’を基に板厚を制御する圧下制御手段と、を備えていて、前記制御利得値補正量算出手段は、前記乗算して得られた値を全ての周波数成分で加算することによって前記圧下装置に適用するロール隙間ΔＳ’を算出するように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、高精度な板厚制御を行うことができる。

クラスタ圧延機を備えた圧延装置の概略図である。 入側の板厚偏差を示した図である。 板厚制御装置にて制御を行いながら圧延材を圧延するフローチャートである。 圧下装置に適用するロール隙間ΔＳ’を求める説明図である。 クラスタ圧延機に備えられた圧下装置のシステム構成図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１に示すように、圧延装置１は、ステンレス、チタン、特殊鋼、銅などの圧延材Ｗを冷間圧延するものであって、圧延材Ｗを圧延するクラスタ型の圧延機（以降、クラスタ圧延機という）２と、圧延材Ｗを巻き出す巻出リール３と、圧延された圧延材Ｗを巻き取る巻取リール４とを備えている。

クラスタ圧延機２は、上下一対のワークロール５、中間ロール７、バックアップロール８を複数本組み合わせることによって構成されている。上下一対のワークロール５、中間ロール７、バックアップロール８の配置が側面視で葡萄の房のように配置されている。
詳しくは、この実施形態のクラスタ圧延機２は、上下一対のワークロールの周りに４本の中間ロール７（上下に２本ずつ）が配置され、中間ロール７の周りに６本のバックアップロール８（上下に３本ずつ）が配置されている。なお、各ロールの本数は、この実施形態に限定されない。また、圧延機２は、クラスタ型に限定されず、通常の多段圧延機であってもよい。

このような圧延装置１では、圧延材Ｗを上下一対のワークロール５間に通板してワークロール５間のロール隙間ΔＳを変更することによって所望の厚みの圧延材Ｗを圧延することができる。
クラスタ圧延機２の入側又は出側には、圧延材Ｗの板厚を計測する板厚計測器１０が設けられている。クラスタ圧延機２は、板厚計測器１０にて計測した板厚等によってロール隙間ΔＳを変更する圧下装置１１と、ロール隙間ΔＳを変更するための計算等を行うと共に圧下装置１１を制御する板厚制御装置１２とを備えている。

図５に示すように、圧下装置１１は、押し上げ又は押し下げによって各バックアップロール８を移動させてロール隙間ΔＳを変更するウエッジ１５と、ウエッジ１５を移動させる油圧シリンダ１６と、油圧シリンダ１６を動作させるサーボ弁１７とを備えている。サーボ弁１７には、板厚制御装置１２からの指令信号がサーボアンプ１８を介して入力され、サーボ弁１７の作動によって油圧シリンダ１６を動かすようになっている。なお、油圧シリンダ１６には油圧シリンダの伸縮位置（ウエッジ１５の位置）を検出できる位置検出器１９が設けられている。

本発明では、上述したように、サーボ弁１７や油圧シリンダ１６などの遅れ要素によって生じる制御減衰分を補正することとしている。
以下、本発明に係る圧延機の板厚制御方法及び板厚制御装置について詳しく説明する。
本発明の板厚制御装置、すなわち板厚制御装置１２は、周波数分解手段２０と、制御利得値算出手段２１と、制御利得値補正量算出手段２２と、圧下制御手段２３とを備えている。

周波数分解手段２０は、板厚計測器１０にて計測された板厚に基づいて算出された板厚偏差ΔＨを各周波数成分に分解するためのものである。
図２には、入側板厚を板厚計測器１０にて計測して、この計測によって入側の板厚偏差ΔＨを求めた一例を示す。周波数分解手段２０は、図２に示すような板厚偏差ΔＨを周波数分析器によって式（１）に示すように各周波数に分解する。

制御利得値算出手段２１は、周波数分解手段２０により分解された周波数成分ごとに圧下装置１１に対する制御利得値Ｇ（ｆ_n）（圧下装置１１の遅れ要素に対する制御利得値）を算出するものである。制御利得値算出手段２１は、式（２）によって各周波数毎の制御利得値を求める。

制御利得値補正量算出手段２２は、制御利得値算出手段２１によって算出した各周波数毎の制御利得値Ｇ（ｆ_n）の逆数を、式（３）を用いて求める。

そして、制御利得値補正量算出手段２２は、各周波数毎の制御利得値の逆数Ｇ’（ｆ_n）を、ロール隙間ΔＳ（計測で得られたロール隙間）に乗算して得られた値（Ｇ'（ｆ_n）×ΔＳ）を基にロール隙間ΔＳ’（補正されたロール隙間）を算出し、得られたΔＳ’を圧下装置１１を適用するロールギャップの変更値とする。
詳しくは、制御利得値補正量算出手段２２は、板厚計測器１０にて計測して得られた板厚偏差ΔＨからロール隙間ΔＳを求める。具体的には、フィードフォワードの考えを基に、式（４）により算出する。

その後、制御利得値補正量算出手段２２は、得られたΔＳに、式（３）で求めた周波数毎の制御利得値の逆数Ｇ’（ｆ_n）を乗算する。さらに、乗算して得られた値 （Ｇ'（ｆ_n）×ΔＳ）を式（５）に示すように全ての周波数成分で加算することによって、圧下装置１１に適用するロール隙間ΔＳ’を求める。

圧下制御手段２３は、制御利得値補正量算出手段２２が算出したロール隙間ΔＳ’を基に板厚を制御するものである。即ち、圧下装置１１において制御後のロール隙間が、制御利得値補正量算出手段２２によって求めたロール隙間ΔＳ’となるように圧下制御手段２３は、圧下装置１１に対して指令信号を出力する。
以上、本発明の板厚制御装置１２では、板厚計測器１０にて計測された板厚偏差ΔＨを基に求めたロール隙間ΔＳを直接圧下装置１１に適用するのではなく、まず、板厚偏差ΔＨを周波数分解し、周波数分解した各周波数毎での制御利得値Ｇ（ｆ_n）を求める。そして、制御利得値Ｇ（ｆ_n）の逆数であるＧ'（ｆ_n）をロール隙間ΔＳに乗算し、乗算した値を全ての周波数について加算することによってロール隙間ΔＳを補正し、補正した値であるロール隙間ΔＳ’を圧下装置１１に適用している。

言い換えるならば、圧下装置１１に内存する遅れ要素の制御利得値を、板厚偏差の周波数成分毎に求め、得られた周波数成分毎の制御利得値を利用しつつ（得られた周波数成分毎の制御利得値を打ち消すような形で）、ロール隙間ΔＳ’を求めることにしている。
図３は、板厚制御装置１２にて制御を行いながら圧延材Ｗを圧延するフローチャートを示したものである。

図３に示すように、まず、第１ステップで、板厚計測器１０によって入側の板厚を計測し、入側板厚偏差ΔＨが読み込まれる。
次に、第２ステップにおいて、周波数分解手段２０により、入側板厚偏差ΔＨを周波数毎に分解する。
第３ステップでは、圧下装置１１の遅れ要素を例えば一次遅れ系で近似して制御利得値Ｇ（ｆ_n）を演算する。一次遅れ系の伝達関数は、式（６）に表すことができる。

一方、制御利得値｜Ｇ(jω_n) ｜は、式（７）となる。ここで、ω_n＝２πｆ_n（ｆ_n：周波数）を代入すると共に、Ｇ(ｆ_n) ＝｜Ｇ(jω_n) ｜と置き直すことにより、制御利得値を求める式（２）となる。
第４ステップでは、求めた制御利得値Ｇ（ｆ_n）の逆数Ｇ’（ｆ_n）を式（３）を用いて求める。

また、第５ステップにおいて、第１ステップで読み込まれた入側板厚偏差ΔＨを基に、式（４）によりロール間隙ΔＳを求める。この実施形態では、ロール間隙ΔＳをフィード・フォワード制御に基づいて求めることとしているが、これに限定されない。
第３ステップ〜第５ステップは、制御利得値補正量算出手段２２によって実行される。
第６ステップでは、第４ステップで求めた制御利得値の逆数Ｇ’（ｆ）と、第５ステップで求めたロール間隙ΔＳとを乗算して、圧下装置１１に出力すべき補正後のロール間隙ΔＳ’を式（５）を用いて求める。即ち、第６ステップでは、図４に示すように、制御利得値の逆数Ｇ’（ｆ_n）とロール隙間ΔＳとの乗算した値を全ての周波数成分で加算し、加算した値をロール間隙ΔＳ’とする。

そして、第７ステップにおいて圧下制御手段２３により、第６ステップで求めたロール間隙ΔＳ’を圧下装置１１に出力する。
第８ステップでは、以上の処理（演算）を続行するか否かの判断を行い、板厚制御を続行する場合は、第１ステップに戻り、中止の時は終了する。
以上述べたような本発明によれば、板厚偏差ΔＨを周波数成分に分解して、各周波数における制御利得値を求めると共に、各周波数毎の制御利得値に逆数を掛けることによって制御利得値（ロール隙間）を補正しているため、圧下装置１１に内存する遅れ要素の周波数毎の特性を確実に反映することができ、板厚を高精度で制御することが可能となる。

なお、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。

１ 圧延装置
２ クラスタ圧延機
３ 巻出リール
４ 巻取リール
５ ワークロール
７ 中間ロール
８ バックアップロール
１０ 板厚計測器
１１ 圧下装置
１２ 板厚制御装置
１５ ウエッジ
１６ 油圧シリンダ
１７ サーボ弁
１８ サーボアンプ
２０ 周波数分解手段
２１ 制御利得値算出手段
２２ 制御利得値補正量算出手段
２３ 圧下制御手段
ΔＨ 板厚偏差
Ｗ 圧延材

Claims (2)

1. 圧延材の板厚を計測し、計測した板厚を基に前記圧延材を圧延するワークロールのロール隙間ΔＳを算出し、算出したロール隙間ΔＳに応じて圧下装置を制御する圧延機の板厚制御方法であって、
   前記圧延材の板厚の偏差を周波数成分に分解し、
   周波数成分ごとに前記圧下装置に対する制御利得値を算出し、
   算出した制御利得値の逆数を計測で得られたロール隙間ΔＳに乗算すると共に乗算して得られた値を圧下装置を適用するロール隙間ΔＳ’とし、このロール隙間ΔＳ’を基に板厚を制御するものとし、
   前記圧下装置に適用するロール隙間ΔＳ’は、算出した制御利得値の逆数を計測で求められたロール隙間ΔＳに乗算して得られた値を全ての周波数成分で加算することによって得られる
   ことを特徴とする圧延機の板厚制御方法。
2. 圧延材の板厚を計測する板厚計測器と、ワークロールのロール隙間ΔＳ’を変更する圧下装置とを備えた圧延機に設けられた板厚制御装置であって、
   前記板厚制御装置は、
   前記圧延材の板厚の偏差を周波数成分に分解する周波数分解手段と、
   前記周波数分解手段により分解された周波数成分ごとに前記圧下装置に対する制御利得値を算出する制御利得値算出手段と、
   算出した制御利得値の逆数をロール隙間ΔＳに乗算すると共に乗算して得られた値をロール隙間ΔＳ’として算出する制御利得値補正量算出手段と、
   前記制御利得値補正量算出手段が算出したロール隙間ΔＳ’を基に板厚を制御する圧下制御手段と、を備えていて、
   前記制御利得値補正量算出手段は、前記乗算して得られた値を全ての周波数成分で加算することによって前記圧下装置に適用するロール隙間ΔＳ’を算出するように構成されている
   ことを特徴とする圧延機の板厚制御装置。
   

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