| 【発明の名称】 |
多段クラスタ圧延機の板形状修正方法及び制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】谷岡 和彦
【住所又は居所】広島市西区観音新町四丁目６番２２号 三菱重工業株式会社広島製作所内
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| 【要約】 |
【課題】従来の板形状修正方法は、板幅方向各ゾーンで検出した伸率値を関数で表現し演算処理していたので、関数の近似精度に伴い圧延機の形状制御能力を有効利用できず高精度の板形状制御が困難であった。本発明はこの不具合を解消する板形状修正方法の提供を課題とする。
【解決手段】本発明の板形状修正方法は、圧延材板形状の検出工程、板形状検出信号を板幅方向各ゾーンの伸率値を要素とする多次元ベクトルにする工程、多次元ベクトルで目標板形状、実板形状及び各形状制御アクチュエータ影響係数をデータベクトルにする工程、目標板形状データベクトル、実板形状データベクトルから板形状偏差ベクトルを算出する工程、板形状偏差ベクトルの大きさが最小値になる最適操作量を求める工程、最適操作量でアクチュエータを制御し板形状修正を行なう工程からなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧延材の板形状を圧延機出側の板幅方向に設けた板形状検出器により検出する工程と、検出された板形状検出信号を板幅方向に分割された各ゾーンにおける伸率値を要素とする多次元ベクトルにする工程と、目標板形状、実板形状及び予め計算又は実測により求めた各形状制御アクチュエータの能力を表すアクチュエータ影響係数を、前記多次元ベクトルを用いて目標板形状データベクトル、実板形状データベクトル、及びアクチュエータ影響係数データベクトルにする工程と、前記目標板形状データベクトルと実板形状データベクトルとから板形状偏差ベクトルを算出する工程と、前記アクチュエータ影響係数データベクトルを各形状制御アクチュエータ操作量で操作し、前記板形状偏差データベクトルの大きさが最小値になるときの前記各形状制御アクチュエータ操作量である最適操作量を求める工程と、前記最適操作量により前記各形状制御アクチュエータを制御し板形状修正を行なう工程とからなることを特徴とする多段クラスタ圧延機の板形状修正方法。
【請求項２】 請求項１の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法において、前記板形状制御用アクチュエータを圧延機内にｘ個、圧延機出側にｙ個の分割ゾーンより構成される前記板形状検出器を配置し、前記各アクチュエータ影響係数データベクトルをＡｉｊ（ａｉｊ；ｉ＝１〜ｘ，ｊ＝１〜ｙ）、前記実板形状データベクトルをＢｊ（ｂｊ；ｊ＝１〜ｙ）、前記目標板形状データベクトルをＣｊ（ｃｊ；ｊ＝１〜ｙ）、前記各形状制御アクチュエータ操作量をΔＫｉ（ｉ＝１〜ｘ）、前記板形状偏差ベクトルをＤｊとしたとき、前記最適操作量を求める工程が、各ベクトルが数１の関係を満たすようΔＫｉ（ｉ＝１〜ｘ）だけ操作し、各アクチュエータ操作後のＤｊであるＤ′ｊとＡｌｊ〜Ａｘｊが数２に示すようになり、前記Ｄ′ｊの大きさが最小になるときに前記Ｂｊが前記Ｃｊに最も近づいていると判定を行う工程からなり、前記板形状修正を行なう工程が、前記各ベクトルの関係が数１の関係を満たすΔＫｉを圧延中に常時求めて板形状の閉ループ制御を行う工程からなることを特徴とする多段クラスタ圧延機の板形状修正方法。
【数１】
【数２】
【請求項３】 圧延機出側に設けられた板形状検出器によって検出された圧延材の板形状を、板幅方向の伸率値を要素とする多次元ベクトルで表す機能を有する手段と、目標板形状、実板形状及び予め計算若しくは実測によって求めた各形状制御アクチュエータの能力を表すアクチュエータ影響係数を、前記多次元ベクトルを用いてそれぞれ目標板形状データベクトル、実板形状データベクトル、及びアクチュエータ影響係数データベクトルで表す機能を有する手段と、これらの多次元ベクトルに対して、和、差、積、外積、内積等の種々のベクトル計算を行ない、前記アクチュエータ影響係数データベクトルを各形状制御アクチュエータ操作量で操作し、前記目標板形状データベクトルと実板形状データベクトルとの差である板形状偏差ベクトルの大きさが最小値になるときの各形状制御アクチュエータ操作量である最適操作量を求める機能を有する手段と、前記最適操作量により前記各形状制御アクチュエータを制御し、板形状修正を行なう機能を有する手段とを備えていることを特徴とする多段クラスタ圧延機の板形状制御装置。
【請求項４】 請求項３の多段クラスタ圧延機の板形状制御装置において、前記請求項２に記載の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法を実施する機能を有する手段を備えていることを特徴とする多段クラスタ圧延機の板形状制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多段クラスタ圧延機における板形状の修正方法及び制御装置に係り、特に板形状制御の応答性能を高め、しかも高い圧延材の板形状制御精度を達成できるようにした多段クラスタ圧延機の板形状修正方法及びその方法を実施するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱間圧延された鋼板（ストリップ）を均一な所定厚さにする冷間圧延においては、ハウジング内に、上下一対のワークロール、このワークロールをサポートする中間ロール、及びこの中間ロールをサポートする板幅方向に分割されたバックアップロールを設けた多段クラスタ圧延機が使用されている。図４は、このような冷間圧延に使用される多段クラスタ圧延機の概略側面を示す図である。
【０００３】図において、１は圧延を行う圧延材、２は圧延機のハウジング、２１はワークロール、２２は中間ロール、２３はバックアップロール、３は圧下レベリング機能を有する圧下装置、４はバックアップロール２３のクラウン調整装置、５はワークロールベンダー装置、６は中間ロールベンダー装置、７は板形状検出器である。
【０００４】このような多段クラスタ圧延機では、ワークロール２１に押圧され走行する圧延材１の板幅方向の各ゾーンにおける伸率値を板形状検出器７で検出し、検出した伸率値に応じてワークロールベンダー装置５、中間ロールベンダー装置６、圧下装置３及びクラウン調整装置４を制御することにより、ワーク側及びドライブ側ロールギャップと、クラウンの調整を行うようにしている。このようにして行われる従来の圧延材１の板形状の修正では、圧延材１の板幅方向に分割された各ゾーンにおいて検出された伸率値を板幅方向の検出位置に対応させて示すようにした入力値の関数によって表現し、この関数を使って演算することにより、目標板形状と実板形状の差をなくすようにした種々の方法が考案されている。
【０００５】ところが、従来の方法では、目標板形状、実板形状、及び各形状制御アクチュエータの能力を表すアクチュエータ影響係数を、板幅方向の検出位置に対応させて示すようにした入力値の関数によって表現するようにしていたため、目標板形状と実板形状の差を評価する方法は、これらの関数を用いたものでしかできなかった。
【０００６】このため、アクチュエータ操作量を算出するロジックが統計数学等を用いた複雑なものとなり、これに起因して、板形状制御装置内における演算処理が複雑となり、処理時間が長くなるため、板形状制御の応答速度が遅くなってしまう不具合、または関数の近似精度の問題に起因して、多段クラスタ圧延機が持つ形状制御能力を最大限に有効利用できず、高精度の板形状制御ができないという不具合が生じていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従来の方法による目標板形状と実板形状の差をなくするためアクチュエータ操作において生じる不具合を解消するために、統計数学等を用いることなくアクチュエータ操作量を算出できるようにして、板形状制御装置内における演算処理を簡素化して処理時間を短くし、板形状制御の応答性能を高め、且つ、どのような板形状制御用アクチュエータが装備された多段クラスタ圧延機においても、その圧延機の有する形状制御能力を最大限に有効利用でき、高い板形状制御精度を達成することができる板形状修正方法及びその制御装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、第１番目の本発明の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法は、次の手段を採用した。
【０００９】（１）圧延材の板形状を圧延機出側の板幅方向に設けた板形状検出器により検出する工程と、検出された板形状検出信号を板幅方向に分割された各ゾーンにおける伸率値を要素とする多次元ベクトルにする工程と、目標板形状、実板形状及び予め計算又は実測により求めた各形状制御アクチュエータの能力を表すアクチュエータ影響係数を多次元ベクトルを用いて目標板形状データベクトル、実板形状データベクトル、及びアクチュエータ影響係数データベクトルにする工程と、目標板形状データベクトルと実板形状データベクトルとから板形状偏差ベクトルを算出する工程と、アクチュエータ影響係数データベクトルを各形状制御アクチュエータ操作量で操作し、板形状偏差ベクトルが最小値になるときの各形状制御アクチュエータの最適操作量を求める工程と、最適操作量により各形状制御アクチュエータを制御し板形状修正を行なう工程とからなるものとした。
【００１０】また、第２番目の本発明の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法は、上述（１）に加え、次の手段を採用した。
【００１１】（２）板形状制御用アクチュエータを圧延機内にｘ個、圧延機出側にｙ個の分割ゾーンより構成される板形状検出器を配置し、各アクチュエータ影響係数データベクトルをＡｉｊ（ａｉｊ；ｉ＝１〜ｘ，ｊ＝１〜ｙ）、実板形状データベクトルをＢｊ（ｂｊ；ｊ＝１〜ｙ）、目標板形状データベクトルをＣｊ（ｃｊ；ｊ＝１〜ｙ）、各形状制御アクチュエータの操作量をΔＫｉ（ｉ＝１〜ｘ）、板形状偏差ベクトルをＤｊとしたとき、各形状制御アクチュエータの最適操作量を求める工程が、各ベクトルの関係が数１を満たすようΔＫｉ（ｉ＝１〜ｘ）だけ操作し、各アクチュエータ操作後の操作量Ｄ′ｊとＡｌｊ〜Ａｘｊが数２に示すようになり、Ｄ′ｊの大きさが最小になるときにＢｊがＣｊに最も近づいていると判定する工程であり、板形状修正を行なう工程が、各ベクトルの関係が数１を満たすΔＫｉである最適操作量を圧延中に常時求めて板形状の閉ループ制御を行う工程とした。
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
また、第１番目の本発明の多段クラスタ圧延機の板形状制御装置は、次の手段とした。
【００１４】（３）圧延機出側に設けられた板形状検出器によって検出された圧延材の板形状を、板幅方向の伸率値を要素とした多次元ベクトルで表す機能を有する手段と、目標板形状、実板形状及び予め計算又は実測によって求めた各形状制御アクチュエータの能力を表すアクチュエータ影響係数を、多次元ベクトルを用いてそれぞれ目標板形状データベクトル、実板形状データベクトル、及びアクチュエータ影響係数データベクトルで表す機能を有する手段と、これらの多次元ベクトルに対して、和、差、積、外積、内積等の種々のベクトル計算を行ない、アクチュエータ影響係数データベクトルを各形状制御アクチュエータ操作量で操作し、目標板形状データベクトルと実板形状データベクトルとの差である、板形状偏差ベクトルの大きさが最小値になるときの各形状制御アクチュエータの操作量である最適操作量を求める機能を有する手段と、前記最適操作量により前記各形状制御アクチュエータを制御し、板形状修正を行なう機能を有するものとした。
【００１５】また、第２番目の本発明の多段クラスタ圧延機の板形状制御装置は、上述（３）に加え、次の手段とした。
【００１６】（４）請求項３の多段クラスタ圧延機の板形状制御装置において、前記請求項２に記載の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法を実施する機能を有する手段を備えていることを特徴とする多段クラスタ圧延機の板形状制御装置。
【００１７】上述した構成により、本発明の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法及びこの方法を実施する板形状制御装置では、実板形状を目標板形状に最も近づけるための各形状制御アクチュエータの最適操作量が、従来から行われている板幅方向の各ゾーンにおいて検出された伸率値を検出位置に対応して示すようにした、入力値の関数に依って表現することなくできるようになり、板形状制御装置内で行われる演算処理が簡素化され処理時間を短くでき、板形状制御の応答性が高められ圧延作業を迅速化することができるとともに、圧延機の有する板形状制御能力を最大限に有効利用でき、高い板形状制御精度を達成できるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法およびその方法に使用する制御装置の実施の一形態を図面に基づき説明する。
【００１９】図１は本発明の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法およびその方法に使用する制御装置を説明するための、修正を行う板形状のベクトル空間の概念説明図、図２は本発明の多段クラスタ圧延機の板形状制御装置の実施の第１形態を示すブロック構成図、図３は本発明の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法の実施の第１形態を示すフロー図である。
【００２０】図１においてＡｉｊは、図４で示した圧下装置３、ロールのクラウン調整装置４、ワークロールベンダー装置５、中間ロールベンダー装置６等、各アクチュエータの板幅方向の板形状に対する有限個（ｉ＝１〜ｘ個）の影響係数データベクトルである。Ｂｊは板形状検出ゾーンに設置された板形状検出器７が検出する板幅方向に有限個（ｊ＝１〜ｙ個）の要素からなる実板形状データベクトル、Ｃｊは板形状検出ゾーンに対応する板幅方向に有限個（ｊ＝１〜ｙ個）の要素からなる目標板形状データベクトル、Ｄｊは目標板データベクトルＣｊと目標板形状データベクトルの差（Ｃｊ−Ｂｊ）である板形状偏差ベクトルである。
【００２１】板形状偏差ベクトルＤｊ＝（Ｃｊ−Ｂｊ）は、アクチュエータ影響係数データベクトルＡｉｊ（Ａ１ｊ〜Ａｘｊ）に従属し、図１に示すようにアクチュエータ影響係数データベクトルＡｉｊの方向に対して傾斜方向に生じるものとして表わすことができる。
【００２２】一方、アクチュエータ影響係数データベクトルＡｉｊは、アクチュエータ操作量ΔＫｉ（ｉ＝１〜ｘ）を使ってΔＫｉ×Ａｉｊとして表わすことができ、アクチュエータ操作量ΔＫｉを変えることで操作し、調整することができ、この操作により、板形状偏差ベクトルＤｊ＝（Ｃｊ−Ｂｊ）をアクチュエータ影響係数データベクトルＡｉｊ（Ａ１ｊ〜Ａｘｊ）と１次従属の関係にない、即ち板形状偏差ベクトルＤｊをアクチュエータ影響係数データベクトルＡ１ｊ〜Ａｘｊと直交する位置に変動させることができる。
【００２３】この操作位置では、図１から明らかなように板形状偏差ベクトルＤｊの大きさが最小値となることから、実板形状データベクトルＢｊは、目標板形状データベクトルＣｊに最も近づけたものにすることができる。そして、板形状偏差ベクトルＤｊ＝（Ｃｊ−Ｂｊ）を、この操作位置へ移動させるためには、アクチュエータ操作量ΔＫｉ（ｉ＝１〜ｘ）が、数３を満たすように計算されて得られる操作量ΔＫｉで、各アクチュエータを操作することによって達成することができる。
【００２４】
【数３】
本実施の形態の図２に示す多段クラスタ圧延機の板形状制御装置では、この操作量ΔＫｉを板形状の最適操作量信号として使用するようにしている。
【００２５】図２において、８は板形状制御装置であり、この板形状制御装置８は、入力部９と、演算部１０と、出力部１１で構成されている。入力部９には、図４に示す多段クラスタ圧延機の出側に設けられた板形状検出器７から検出された実板形状信号Ｆが入力され、更に外部の上位計算機１２と、操作盤１３から目標形状設定信号Ｅが入力される。
【００２６】演算部１０では、入力部９から入力された実板形状信号Ｆ、目標形状設定信号Ｅにより数１を満足する最適操作量信号ΔＫｉ（ｉ＝１〜ｘ）が計算され、この計算値が入力された出力部１１から操作量信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが、圧下装置３、クラウン調整装置４、ワークロールベンダー装置５及び中間ロールベンダー装置６の各板形状制御アクチュエータへ出力され、これらの操作量信号により、実板形状を上位計算機に操作盤１３から入力された目標形状に近づける各装置３、４、５、６に設けられている各板形状制御アクチュエータの制御が行われる。
【００２７】上述した図２に示す多段クラスタ圧延機の板形状修正制御装置を使用して行う板形状制御は、図３に示す制御方法のフローで行われる。
【００２８】ステップＳ１で、多段クラスタ圧延機の出側の板幅方向に設けられた板形状検出器７により、ワークロールに押圧され走行して来る圧延材１を検出することにより、有限個の要素からなる板形状を検出し、ステップＳ２で、板形状検出器７より出力された板形状検出信号を板幅方向に分割された各ゾーンの伸率値を要素とした多次元ベクトルにし、ステップＳ３で、ステップＳ２から出力された多次元ベクトルを用い目標板形状データベクトルＣｊ、実板形状データベクトルＢｊ、及び各アクチュエータの影響係数データベクトルＡｉｊを計算する。
【００２９】次いで、ステップＳ４で、ステップＳ３から出力された目標板形状データベクトルＣｊと実板形状データベクトルＢｊとから板形状偏差ベクトルＤｊを求め、ステップＳ５で、アクチュエータ操作量ΔＫｉを変化させることにより、各アクチュエータの影響係数Ａｉｊを調整しながら数３の左辺の演算を行うことにより、数３の条件を満している板形状偏差ベクトルＤｊの大きさが最小値となる最適アクチュエータ操作量ΔＫｉを計算し、ステップＳ６で、この最適アクチュエータ操作量ΔＫｉ値により圧下装置３、クラウン調整装置４、ワークロールベンダー装置５及び中間ロールベンダー装置６を制御する各形状制御用アクチュエータの制御を行い、板形状検出器７で検出される圧延材１の実板形状が、上位計算機１２と操作盤１３から入力された目標形状になるようにする。
【００３０】このような多段クラスタ圧延機の板形状修正方法及びこの修正方法に使用する修正制御装置を用いて、圧延材１の冷間圧延をするようにしたことにより、従来の冷間圧延において、圧延材１の板幅方向の各ゾーンにおける伸率値に応じて行われるワーク側及びドライブ側ロールギャップ調整とクラウンの調整に必要な圧下装置３、クラウン調整装置４、ワークロールベンダー装置５及び中間ロールベンダー装置６の各板形状制御アクチュエータの制御に必要としていた板形状装置内において行う、複雑な関数近似演算や統計数学処理等を実施する必要がなくなり、演算処理時間を短縮することができる。
【００３１】また、これによって制御上の無駄時間が少なくなり、板形状制御の応答性能が向上する。更には、圧延材１の板幅方向に分割された各ゾーンにおいて検出された伸率値を、板幅方向の検出位置に対応させて示すようにした入力値の関数によって表現し、この関数を使って演算するようにした、従来の演算において必要としていた関数の近似等の処理を必要としないため、近似精度不良に起因する問題も解消し、圧延機が持つ形状制御能力を最大限有効に利用できる板形状制御が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法は、圧延材板形状を板形状検出器で検出する工程、板形状検出信号を板幅方向の各ゾーンの伸率値を要素とする多次元ベクトルにする工程、目標板形状、実板形状及び予め計算又は実測により求めた各形状制御アクチュエータの影響係数を多次元ベクトルを用い目標板形状データベクトル、実板形状データベクトル、及びアクチュエータ影響係数データベクトルにする工程、目標板形状データベクトルと実板形状データベクトルから板形状偏差ベクトルを算出する工程、アクチュエータ影響係数データベクトルを各形状制御アクチュエータ操作量で操作し、板形状偏差ベクトルの大きさが最小値になる各形状制御アクチュエータの最適操作量を求める工程、最適操作量より各形状制御アクチュエータを制御し板形状修正を行なう工程からなるものとした。
【００３３】また、本発明の多段クラスタ圧延機の板形状修正方法は、板形状制御用アクチュエータを圧延機内にｘ個、圧延機出側にｙ個の分割ゾーンより構成される板形状検出器を配置し、各アクチュエータ影響係数データベクトルをＡｉｊ、実板形状データベクトルをＢｊ、目標板形状データベクトルをＣｊ、各形状制御アクチュエータの操作量ベクトルをΔＫｉ、板形状偏差ベクトルをＤｊとしたとき、各形状制御アクチュエータの最適操作量を求める工程が、各ベクトルの関係が数１を満たすΔＫｉだけ操作し、各アクチュエータ操作後のＤ′ｊとＡｌｉ〜Ａｘｊが数２に示すようになり、Ｄ′ｊの大きさが最小になるときにＢｊがＣｊに最も近づいていると判定する工程であり、板形状修正を行なう工程が、各ベクトルの関係が数１を満たすΔＫｉである最適操作量を圧延中に常時求めて板形状の閉ループ制御を行う工程からなるものとした。
【００３４】また、多段クラスタ圧延機の板形状制御装置は、圧延機出側の板形状検出器で検出された圧延材の板形状を板幅方向の伸率値を要素とした多次元ベクトルで表す機能を有する手段、目標板形状、実板形状及び予め計算又は実測により求めた各形状制御アクチュエータ能力を示すアクチュエータ影響係数を、多次元ベクトルを用い目標板形状データベクトル、実板形状データベクトル、及びアクチュエータ影響係数データベクトルとして表す機能を有する手段、多次元ベクトルに対して、種々のベクトル計算を行ないアクチュエータ影響係数データベクトルを各形状制御アクチュエータの操作量で操作し、目標板形状データベクトルと実板形状データベクトルの差、板形状偏差ベクトルが最小値になる各形状制御アクチュエータの最適操作量を求める機能を有する手段、最適操作量により各形状制御アクチュエータを制御し板形状修正を行なう機能を有する手段を有するものとした。
【００３５】また、本発明の多段クラスタ圧延機の板形状制御装置は、多段クラスタ圧延機の板形状制御装置が、前記板形状修正方法を実施する機能を有する手段を備えているものとした。
【００３６】これにより、実板形状を目標板形状に最も近づけるための各形状制御アクチュエータの最適操作量が、板幅方向の各ゾーンにおいて検出された伸率値を検出位置に対応して示す入力値の関数で表現することなくでき、板形状制御装置内で行われる演算処理が簡素化され処理時間を短くでき、板形状制御の応答性が高められ圧延作業を迅速化できるとともに、圧延機の有する板形状制御能力を最大限に有効利用でき、高い板形状制御精度を達成できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目５番１号
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| 【出願日】 |
平成１３年１０月２３日（２００１．１０．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６９２４６
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 新 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１２６９０４（Ｐ２００３−１２６９０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年５月８日（２００３．５．８） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３２４５２７（Ｐ２００１−３２４５２７） |
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