专利名称：轧机控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及轧机，更详细而言，涉及用于被轧制材的开巻以及收巻的张力巻筒 (tension reel)控制的轧机控制装置以及其控制方法。
背景技术：
图8是作为现有轧机的一例而表示最简单的单机座(single stand)轧机S100控 制结构的示意图。 单机座轧机S100，相对于轧机1的轧制方向(在图8中用箭头表示)，在轧机的送 入侧具有放巻被轧制材u的送入侧张力巻筒2(以下，称为送入侧TR2)，在送出侧具有对由 轧机1轧制后的被轧制材u进行收巻的送出侧张力巻筒3(以下，称为送出侧TR3)。
送入侧TR2以及送出侧TR3分别由电动机驱动，作为该电动机和用于对电动机进 行驱动控制的装置，分别设置有送入侧TR控制装置5以及送出侧TR控制装置6。
通过该结构，由轧钢机对从送入侧TR2开巻的被轧制材u进行轧制，之后在送出侧 TR3收巻，从而进行单机座轧机S100的轧制。 其中，在轧机1中，设置有用于通过变更上作业辊Rsl与下作业辊Rs2之间的距离 即辊隙(roll g即)来控制被轧制材u的轧制后的板厚(制品板厚)的辊隙控制装置7、用 于控制轧机1速度(上/下作业辊Rsl、Rs2的圆周速度)的轧制(mill)速度控制装置4。
轧制时，由轧制速度设定装置10向轧制速度控制装置4输出速度指令，轧制速度 控制装置4实施使轧机1的速度(上/下作业辊Rsl、 Rs2的圆周速度)恒定的控制。
在轧机1的送入侧(图8的轧机1的左侧)、送出侧(图8的轧机1的右侧)，通 过对被轧制材u作用张力，从而实施稳定并且有效的轧制。 为此对所需的张力进行计算的是送入侧张力设定装置11以及送出侧张力设定装 置12。 根据在送入侧/送出侧张力设定装置ll、12中计算出的送入侧以及送出侧张力设 定值，为了对被轧制材u施加送入侧以及送出侧的设定张力，在送入侧张力电流转换装置 15以及送出侧张力电流转换装置16中，求出用于获得送入侧TR2以及送出侧TR3的各自的 电动机所需的电动机转矩的电流值，并将各自的电流值提供给送入侧TR控制装置5以及送 出侧TR控制装置6。 由送入侧TR控制装置5以及送出侧TR控制装置6，将电动机的电流控制为各自被 供给的电流，并通过对送入侧TR2以及送出侧TR3提供的各自的电动机转矩，对被轧制材u 提供规定的张力。 送入侧/送出侧张力电流转换装置15、16基于TR(张力巻筒)机械系统以及 TR(张力巻筒)控制装置的模型，对成为张力设定值的电流设定值(电动机转矩设定值) 进行运算，但是，由于在控制模型中含有误差，因此，利用由设置于轧机1送入侧以及送出 侧的送入侧张力计8以及送出侧张力计9测定出的实际张力，通过送入侧张力控制13以及 送出侧张力控制14对张力设定值施加修正，之后提供给送入侧/送出侧张力电流转换装置15、 16，从而送入侧/送出侧张力电流转换装置15、 16对设定给送入侧TR控制装置5以及 送出侧TR控制装置6的电流值进行变更。 另夕卜，由于被轧制材u的板厚对制品质量上很重要，因此实施板厚控制。
送出侧板厚控制装置18根据由送出侧板厚计17检测出的实际板厚，利用辊隙控 制装置7对上/下作业辊Rsl、 Rs2进行操作来控制轧机1的辊隙，从而控制轧机1送出侧 (图8的轧机1的左侧)的板厚。 如以上所述，在单机座轧机中，用于收巻以及开巻的送出侧TR3以及送入侧TR2采 用使各自的电动机产生的转矩恒定的转矩恒定控制，且利用由送入侧/送出侧张力计8、9 检测出的实际张力来修正电动机电流指令，从而进行使施加于被轧制材u的张力恒定的控 制。 另夕卜，送入/送出侧TR2、3的各自的电动机的电动机转矩，由于是根据电动机电流 而获得的，因此也有以转矩恒定控制作为电流恒定控制的情况。(参照专利文献l以及专利 文献2。) 在通过转矩恒定控制来进行TR(张力巻筒)控制时，如专利文献3所示，存在如 下问题与应用于轧机的板厚控制相干扰而使送出侧板厚精度变差。由于与送出侧张力相 比，送入侧张力对送出侧板厚的影响更大，所以，下面对轧机1与送入侧TR2中的问题进行 说明。 图9是表示现有单机座轧机S100的送入侧TR2与轧机1之间的轧制显影的示意 图。 如图9中所示，在送入侧TR2，对送入侧TR控制装置5的输出即电动机转矩22与 由送入侧张力24(Tb)、机械条件(巻筒直径D以及巻筒齿轮比(reel gear)Gr)决定的张力 转矩25之和，也就是电动机转矩22与张力转矩25之和，进行积分，从而确定送入侧TR(张 力巻筒)速度加。另夕卜，J为送入侧TR2的惯性力矩(kg m2)。 在轧机l中，根据对辊隙变更量23( = AS)累计了如图所示的规定系数(M/ (M+Q))而得到的值、和对轧机1的送入侧张力24累计了如图所示的规定系数((5P/3Tb )/(M+Q))而得到的值，来确定送出侧板厚26，由该被确定的送出侧板厚26，根据质量流守 恒(conservation of massflow)定律来确定轧机送入侧速度21 。之后，对轧机送入侧速度 21与送入侧TR速度20之差进行积分的结果成为送入侧张力24。 另夕卜，在图9中，M为轧制常数M(kN/m) ， Q为塑性常数Q(kN/m) ， (( 3P/3Tb )/ (M+Q))为由送入侧张力变动3Tb引起的轧制载重P(kN)变动对送出侧板厚的影响系数 (kb)。 作为轧机1的基本定律具有质量流守恒定律。其根据轧机1的送入侧(在图8中 所示的轧机1的左侧)与轧机1的送出侧(在图8中所示的轧机1的右侧)的被轧制材u 连续，由下式表示。 H Ve = h V。 ......(1) H :轧机1的送入侧板厚
h :轧机1的送出侧板厚
Ve :轧机1的送入侧板速
V。轧机1的送出侧板速
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根据质量流守恒定律的式(1)，意味着当送入侧板厚恒定时，若送入侧板速变动， 则送出侧板厚变动。 在单机座轧机(在图8中所示的一台轧机1)的情况下，送入侧板速成为送入侧TR 速度。送入侧TR2使送入侧TR速度20变化为张力转矩25与电动机转矩22 —致，但是，该 变化依靠送入侧TR2的惯性和轧机1及轧制显影而进行，且不具有对送入侧速度20的变化 进行抑制的控制部。 因此，在轧机1中，由于通过板厚控制来使送出侧板厚(轧机1的送出侧的被轧制 材u的板厚)恒定，所以一旦对辊隙变更量23(= AS)进行操作，则与其相对应地轧机送入 侧速度21(轧机1的送入侧的被轧制材u的速度)发生变化，从而产生送入侧张力24(= △T)的偏差ATb。 为了对其进行抑制，送入侧TR速度20发生变动，但是，由于该变动而产生送出侧 板厚变动。根据送入侧TR2运行的送入侧张力抑制系统27，由于轧制条件，如专利文献3中 所示，有时间常数大的情况，而有时会成为带有大起伏的送出侧板厚变动的原因。
送入侧张力24也可以通过轧制显影进行抑制。当送入侧张力24变动时，轧机1的 轧制载重P发生变化，随之，轧机送入侧速度21发生变动。送入侧张力24也因为该送入侧 张力轧制显影系统28(参照图9)而发生变动。由于送入侧张力轧制显影系统28的响应， 与送入侧张力抑制系统27相比非常快，因此图9的送入侧轧制显影能够转换为如图10。
另外，图10是简化了图9的轧制显影部分的方框图。 从图10可知，轧机1的辊隙变更量23( = AS)被表示为以同相位成为送入侧张 力24的偏差ATb，并在由送入侧TR2对其进行了积分的状态下，送入侧TR速度20发生变 化。因此，辊隙变更量23 ( = AS)、送入侧张力24的偏差A Tb、送入侧RT速度20的变化、 以及送出侧板厚的变化为如图11所示的关系。 图11是表示辊隙变更量23、送入侧张力24 (Tb)、送入侧RT速度20、以及送出侧板 厚的关系的图。 如图11中所示，当辊隙变更量23变化时，轧机1的送入侧速度变化，且送入侧张 力24变化。随着送入侧张力24的变化，送入侧TR2进行转矩恒定控制，因此，送入侧TR速 度20由于送入侧TR惯性产生的动作而变化。 当送入侧TR速度20变动时，根据质量流守恒定律(参照式(l))，产生送出侧板厚变动。 当产生送出侧板厚变动时，送出侧板厚控制装置18(参照图8)为了使送出侧板厚 恒定而对辊隙变更量23进行操作。当连续进行这些一系列动作时，如图10中所示，送出侧 板厚发生变动。 另外，实际上由于送出侧板厚计17(参照图8)设置于与轧机1分开的地方，因此
在检测出送出侧板厚控制装置18(参照图8)所使用的送出侧板厚之前存在延迟时间，但
是，可以忽略相对于送出侧板厚的振动周期，延迟时间足够短的情况。 另外，作为与本申请相关的文献公知发明，有以下的专利文献1 3。 专利文献1 :日本专利发明特开平10-277618号公报 专利文献2 :日本专利发明特开2000-84615号公报 专利文献3 :日本专利发明 开4107760号公报
如以上所述，在以往所使用的轧机1中，对送入侧TR2以及送出侧TR3进行的转矩 恒定控制(电流恒定控制)，成为产生送出侧板厚变动的轧机l送入侧以及送出侧速度变动 的主要原因。 这是因为，在进行转矩恒定控制时，为了使送入侧/送出侧TR2、3的转矩恒定，张 力巻筒速度随送入侧/送出侧TR2、3的惯性而发生变化。其结果，根据质量流守恒定律(参 照式(l))，产生送出侧板厚变动。
发明内容
对于用轧机1生产的被轧制材u而言，最重要的是送出侧板厚精度(制品板厚精 度)，且送入送出侧的张力对于作业稳定性重要，但是，只要是为了维持制品板厚，则即使存 在微小变动也不会对轧制作业上带来问题。 本发明鉴于上述实际情况，其目的在于，提供一种抑制由起因于张力变动的送入 侧/送出侧张力巻筒速度变动所产生的轧机送出侧板厚变动的轧机控制装置以及其控制 方法。 为了达到上述目的，本发明的第一发明的轧机控制装置，是具备为了用于由轧机 进行轧制的被轧制材的开巻以及收巻，在轧机的送入侧/送出侧中的至少一侧对被轧制材 赋予张力，并且实施转矩控制(优选以转矩为恒定的方式进行控制，即优选转矩恒定控制) 的张力赋予旋转部的轧机控制装置，其具备预测在送入侧/送出侧之中的至少一侧的被轧 制材张力变动的第一张力变动预测部，并根据该第一张力变动预测部的张力变动预测结 果，进行在已预测了张力变动一侧的张力赋予旋转部的转矩指令中，加入由已预测的张力 变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量的转矩的修正，以使该张力赋予旋转部的速度 不随所述被轧制材的张力变动而改变。 本发明的第二发明的轧机控制方法，预测在送入侧/送出侧之中的至少一侧的被 轧制材张力变动，并根据该张力变动的预测结果，进行在已预测了张力变动一侧的转矩指 令中，加入由已预测的张力变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量的转矩的修正，以 使速度不随被轧制材的张力变动而改变。 根据本发明，能够实现抑制由起因于被轧制材的张力变动的在送入侧/送出侧之 中的至少一侧的张力巻筒等的速度变动所产生的轧机的送出侧板厚变动的轧机控制装置 以及其控制方法。
图1是表示第一实施方式的单机座轧机控制结构的示意图。 图2是表示用于抑制第一实施方式的单机座轧机送出侧板厚变动的基本概念的 示意图。 图3是表示第一实施方式的送入侧张力控制装置的送入侧TR的控制方法的概要 图。 图4是表示用于通过根据第一实施方式的送出侧板厚控制装置的辊隙指令，预测 送入侧张力变动而对电动机转矩设定进行修正，从而抑制送出侧TR速度的变动而使轧机 送出侧板厚恒定的控制模块图。
图5是表示第一实施方式的解耦控制装置的详细图。 图6是表示第一实施方式的控制输出切换装置的概要的示意图。 图7是表示第二实施方式的送入侧张力变动提取装置的概要的图。 图8是作为现有轧机的一例而表示最简单的单机座轧机控制结构的示意图。 图9是表示现有单机座轧机的送入侧TR与轧机之间的轧制显影的示意图。 图10是简化了图9的轧制显影部分的方框图。 图11是表示辊隙变更量、送入侧张力、送入侧TR速度、以及送出侧板厚的关系的 图。 图中1-轧机，2-送入侧TR(张力赋予旋转部)，3-送出侧TR(张力赋予旋转部)， 5-送入侧TR控制装置(控制装置)，6-送出侧TR控制装置(控制装置)，ll-送入侧张力 设定装置(控制装置)，12-送出侧张力设定装置(控制装置)，15-送入侧张力电流转换装 置(控制装置)，16-送出侧张力电流转换装置(控制装置)，18-送出侧板厚控制装置(控 制装置)，32-送入侧张力变动预测装置(第一张力变动预测部、控制装置)，33'-解耦控 制装置(第二张力变动预测部、控制装置)，34-张力修正切换装置(切换部、控制装置)， 60-送入侧张力变动提取装置(张力变动提取部、控制装置)，u-被轧制材。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示与本发明相关的第一实施方式的单机座轧机S的控制结构的示意图。《第一实施方式》〈单机座轧机S的概要> 第一实施方式的单机座轧机S，在以转矩控制(优选以转矩为恒定的方式进行控 制，即优选转矩恒定控制)来使送入侧张力巻筒2(以下，称为送入侧TR2)进行动作时，预 测轧机1送入侧(在图1中的轧机1的左侧)的被轧制材u的张力变动量，且使与由它产 生的转矩变动相吻合地修正对送入侧TR2的转矩指令，以便与该转矩变动相符，从而抑制 送入侧TR2的张力巻筒速度变动，并使轧机l的送出侧(在图1中的轧机1的右侧)板厚 即轧制制品板厚恒定。 另外，预测由对来自送出侧板厚控制装置18的被轧制材u板厚进行控制的板厚控 制输出(指令)产生的被轧制材u轧机l送入侧张力变动，并将该已预测一侧的送入侧TR2 的转矩指令操作为与由该已预测的张力变动产生的转矩变化呈相反方向，以抵消由该转矩 变化产生的被轧制材u的张力变动并抑制被轧制材u的送入侧张力变动，从而使轧机1的 送出侧板厚(轧制制品的板厚)恒定。 而且，预测上述轧机1送入侧被轧制材u的张力变动量，修正对送入侧TR2的转矩 指令，以便与该张力变动量的转矩变动相符，根据在后面所述的轧制设定信息与轧制实际 信息，来切换对送入侧TR2的张力巻筒速度变动进行抑制的第一控制、和预测由板厚控制 输出(指令)产生的张力变动并将送入侧TR2的转矩指令操作为与由该张力变动产生的转 矩变化呈相反方向以抑制张力变动的第二控制，进行最佳控制，从而尽可能地使轧制制品 板厚恒定。 以下，对第一实施方式的单机座轧机S进行详细说明。
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〈单机座轧机S的结构〉 图1中所示的单机座轧机S，除了对以使轧机1送入侧(在图1中的轧机1的左 侧)被轧制材u的速度恒定的方式进行修正用的轧机1送入侧被轧制材u的张力变动进行 预测的送入侧张力预测装置32、对由来自送出侧板厚控制装置18的板厚控制输出(指令) 产生的轧机1送入侧被轧制材u的张力变动进行解耦的解耦控制装置33'、以及对送入侧张 力变动预测装置32的输出与解耦控制装置33'的输出进行切换的张力修正切换装置34 (在 图1中用双点划线表示的H)以外的结构，与图8中所示的单机座轧机S100相同。
因此，对与单机座轧机S100相同的结构要素标以同一符号而省略详细说明。
其中，送入侧张力变动预测装置32、解耦控制装置33'、以及张力修正切换装置 34，例如，用C语言等被记述在保存于PLC(programmablelogic controller)中的控制程序 中，且通过执行该控制程序来具体实现。 另外，显然，送入侧张力变动预测装置32、解耦控制装置33'、以及张力修正切换 装置34，也可以用其它程序语言，例如汇编程序(assembler)来进行记述或者利用电路来 实现，对此并无特别限定。〈单机座轧机S的送出侧板厚变动的抑制> 图2是表示用于抑制单机座轧机S的送出侧板厚变动(在图1中的轧机1右侧的 被轧制材u的板厚变动)的基本概念的示意图。 作为解决所述问题的方法，理想上是进行图2中所示的送出侧板厚变动的抑制。 另外，在图2中所示的送入侧张力转矩变动预测装置30相当于在后面所述的送入侧张力变 动预测装置32或解耦控制装置33，在图1中未特别地进行图示。 作为当作轧机(1)送入侧(图1中的轧机1的左侧)被轧制材u的张力变动原因 的轧机送入侧速度21变动的主要因素，除了辊隙变更量23(= AS)之外，还可以考虑到多 种原因。 例如，还可以考虑到轧机1的上/下作业辊Rsl、Rs2的偏心等机械振动、被轧制材 u的母材板厚变动。 具体而言，当图1中所示的轧机1的上/下作业辊Rsl、Rs2偏心时，在其半径长的 地方，被轧制材u的轧机送入侧速度21变快，并且在其半径短的地方，被轧制材u的轧机送 入侧速度21变慢，从而产生机械振动。 另外，还可以考虑到不仅在轧机l，而且在送入侧TR2中也有巻筒直径在圆周方向 上成为不均匀的情况。例如，在送入侧TR2的巻筒直径长的地方，送入侧TR2的开巻力增加， 在送入侧TR2的巻筒直径短的地方，送入侧TR2的开巻力减少。
综上所述，将它们作为送入侧张力干扰(变动)因素29。 如图2所示，由于辊隙变更量23(= AS)与送入侧张力干扰因素29而产生轧机 送入侧速度21的变动，从而送入侧张力24发生变化。 因此，对由辊隙变更量23 ( = A S)与送入侧张力干扰因素29产生的轧机送入侧 速度21的变动量进行预测或测定，由送入侧张力转矩变动预测装置30对送入侧张力转矩 25的变动量进行预测，且作为送入侧张力转矩变动预测值31，来修正驱动送入侧TR2的电 动机52(参照图3)的电动机转矩22。 据此，如果对该送入侧张力转矩25的变动量进行预测后的送入侧张力转矩变动预测值31为正确，则送入侧张力转矩变动预测值31与实际送入侧张力转矩25的变动量相 互抵消，而不产生成为送入侧TR速度20变动原因的张力转矩变动。 因此，送入侧RT2的速度即送入侧TR速度20不产生变动，根据所述质量流守恒定 律(参照式(l))，也不产生轧机l送出侧(在图1中所示的轧机l的右侧)的被轧制材u 的板厚变动(轧制制品的板厚变动)。 关于送入侧张力干扰因素29(参照图2)，如以上所述，可以考虑到送入侧TR2、轧 机1等机械系统的抖动等多种因素，但是，认为对轧机(1)送出侧的被轧制材u的板厚即制 品板厚带来的影响小。 对此，由基于在图1中所示的送出侧板厚控制装置18的辊隙变更量23 ( = A S)产 生的轧机1的送出侧板厚变动(在图1中所示的轧机1的右侧的被轧制材u的板厚变动) 是由板厚控制引起的，且根据情况会成为大的板厚变动。
因此，以下对抑制它的方法进行说明。
〈送入侧TR2的控制方法> 图3是表示基于第一实施方式的送入侧张力控制装置的送入侧TR2的控制方法概 要的图。而且，如图3中所示，送入侧张力控制装置是指送入侧张力设定装置11、送入侧张 力电流转换装置15、送入侧TR控制装置5 (参照图1)。 其中，基于在图3中所示的送入侧张力控制装置的送入侧TR2的控制方法是与以 往相同的结构。 送入侧TR2是用于对被轧制材u提供开巻张力即轧机1的送入侧张力(在图1中 所示的轧机1左侧的被轧制材u的张力)的装置。 在图3中所示的送入侧张力控制装置，首先，在送入侧张力设定装置11中按照用 于将被轧制材u制成规定板厚的轧制程序表(schedule)来决定被轧制材u的送入侧张力， 且向送入侧张力电流转换装置15发出被轧制材u送入侧的张力指令。 [OO96] 在送入侧张力电流转换装置15中，由送入侧张力设定装置11设定的轧机(1)送 入侧被轧制材u的张力上累计D/2Gr (D :送入侧TR2的直径、Gr :送入侧TR2与电动机52之 间的齿轮比)，转换为对送入侧TR2进行驱动的电动机52的旋转轴的转矩。另外，从送入侧 TR2的旋转速度与被轧制材u的板厚能够求得送入侧TR2的直径D。 然后，将该电动机52的旋转轴转矩转换为，累计1/4小(4小电流-转矩转换系 数)之后赋予电动机52的电流，并确定对送入侧TR控制装置5的电流指令。其中，驱动送 入侧TR2的电动机52，作为其特性，当导通某电流时能得到所谓获得多大转矩的电流-转矩 转换系数4小。 利用该值，将来自送入侧张力设定装置11的张力指令转换为输出给送入侧TR控
制装置5的电流指令。这样换算后的电流指令被输入到送入侧TR控制装置5。 送入侧TR控制装置5由电动机控制装置51、电动机52等构成。 在电动机控制装置51中进行电流恒定控制(ACR)，且对驱动送入侧TR2的电动机
52提供恒定电流。然后，在电动机52内进行电流-转矩转换，并提供对送入侧TR2的电动
机转矩22。 因此，根据辊隙变更量23( = AS)来预测送入侧张力24( = ATb)的偏差ATb， 利用它对由送入侧张力设定装置11输出的送入侧张力指令值进行修正，从而能够抑制由辊隙变动(辊隙变更量23(= AS))引起的张力变动，S卩轧机l送入侧的被轧制材u的张 力变动。 另外，在图3中未图示来自送入侧张力设定装置11的张力指令的修正。
〈送入侧张力变动预测装置32> 图4是表示用于根据送出侧板厚控制装置18(参照图1)的辊隙指令预测轧机1 送入侧被轧制材u的张力变动而对电动机转矩22的设定进行修正，且抑制送入侧TR速度 20的变动而使轧机(1)送出侧被轧制材u的板厚恒定的控制模块图。 如图4中所示，通过隙在送入侧张力变动预测装置32中，在来自送出侧板厚控制 装置18的辊隙指令中乘以转换增益(=4小 (M/M+Q) 1/kb)，从而对送入侧张力变动量 进行预测。 其中，转换增益是指4小 (M/M+Q) ，1/kb，通过在辊隙指令中乘以转换增益，可以 求出当改变上/下作业辊Rsl、Rs2之间的距离即辊隙时，张力改变多少，即送入侧张力变动 量。另外，在转换增益中的4小、M、Q、kb等为如下。 4小电流-转矩转换系数(N m/A) ， M :轧制常数(kN/m) ， Q :塑性常数(kN/m)， kb :张力影响系数((3P/3Tb )/(M+Q)) (m/kN) ，P :轧机1的轧制载重(kN) ，Tb :送入侧张力 24(kN)。 通过将由送入侧张力变动预测装置32所求出的送入侧张力变动量相加到来自送 入侧张力设定装置11的送入侧张力指令中，从而将送入侧张力变动量的转矩加入到电动 机转矩22(二T,)中。这样，在送入侧TR2中，使由轧机(1)送入侧被轧制材u的张力Tb产 生的送入侧张力转矩25的送入侧张力变动量的转矩，与在送入侧TR2被相加到电动机转矩 22中的送入侧张力变动量的转矩相符。 据此，防止了由被轧制材u的张力Tb的变动引起在送入侧TR2在轧机1侧或送入 侧TR2的回巻侧的任一侧施加力，并防止了由送入侧张力抑制系统27的动作产生的送入侧 TR速度20的变动。在图4中，还进行与以往相同的基于后面所述的送入侧张力控制13的修正。
其中，由于不优选轧机(1)送入侧的被轧制材u的张力从轧制作业的稳定性超出 某范围进行变动，因此在送入侧张力变动预测装置32中，如图4中所示，设置有对送入侧张 力修正量进行限制的输出限制器40。 对现有的单机座轧机SIOO(参照图8)的控制结构追加上述修正的情况为如下。 如图1中所示，通过送入侧张力控制13，对由送入侧张力设定装置11所设定的送
入侧张力指令值进行修正，以使由送入侧张力计8所测定出的送入侧实际张力与由送入侧
张力设定装置11所确定的送入侧张力设定值吻合。将送入侧张力变动预测装置32的输出
相加到基于该送入侧张力控制13的修正后的送入侧张力指令值中。〈解耦控制装置33'〉 图5是表示解耦控制装置33'的详细图。 如图5中所示，具有为了抑制在轧机1的辊隙变更时产生的张力变动而运行的解 耦控制装置33'。 其中，运行解耦控制装置33'的理由为如下。 张力由轧机(1)送入侧速度与送入侧TR2的速度之间的偏差来决定。其原因是，若对该速度差进行积分而求出被轧制材u送入侧的长度变化量，并与被轧制材u的杨氏模 量相乘，则求出被轧制材u的送入侧张力。 在轧机l中，因为压下被轧制材u，所以即使轧机(1)送入侧板厚、送出侧板厚相 同，也由于送入侧、送出侧张力的平衡而轧机(1)送入侧与送出侧的速度不同。在该不同大 的情况下，随张力变动而轧机(1)送入侧速度变化，因此当送入侧TR2的速度恒定时，根据 质量流守恒定律，送入侧张力以及送出侧板厚变化。
为了防止此现象，利用解耦控制来改变送入侧TR2的速度。 据此，由于使轧机(1)送出侧板厚恒定的轧机(1)送入侧速度不同，因此，以如下 方式进行解耦控制，即最好根据该变化来改变送入侧TR2的速度。 如上所述，解耦控制装置33'是为了抑制张力变动而进行解耦控制的装置，其目的 在于，利用送出侧板厚控制装置18的辊隙变更量23( = AS)对张力变动量进行预测，且为 了抑制它，通过对由送入侧张力设定装置11设定的电动机转矩的设定进行修正，从而防止 轧机(1)送入侧的被轧制材u的张力变动。 因此，成为与利用在图4中所示的送入侧张力变动预测装置32的动作相反的动
作。即，本实施方式的解耦控制装置33'主动地使送入侧TR速度20发生变动。 例如，如果是轧机(1)送入侧的被轧制材u的张力Tb增加的张力变动，则控制为
使驱动送入侧TR2的电动机转矩22的设定减少，以防止被轧制材u的张力Tb的变动。另
一方面，如果是轧机(1)送入侧的被轧制材u的张力Tb减小的张力变动，则控制为使驱动
送入侧TR2的电动机转矩22的设定增大，以防止被轧制材u的张力Tb的变动。 如图5中所示，根据送出侧板厚控制装置18输出的轧机1上/下作业辊Rsl、Rs2
之间的距离即辊隙的辊隙变更量23( = AS)，将4小*M/(M+Q) 1/kb与该辊隙变更量
23(= AS)相乘，来对轧机(1)送入侧的被轧制材u的送入侧张力变动量进行预测，将解耦
控制增益41 (GDC)与其相乘，之后作为送入侧张力修正量而输出。 其中，符号是与所预测的张力变动呈相反方向(_)，利用由辊隙变动产生的张力变 动量来对电动机转矩22进行变更，从而以前馈(feedforwad)方式操作送入侧TR速度20。
如以上所述，由于送入侧TR速度20的变动而产生轧机1的送出侧被轧制材u的
板厚变动。 这里，如图2中所示，以 (D/2J Gr) X (h/Ve) X (l/kb) 来表示送入侧张力抑制系统27的环路传递函数。其中，D(送入侧TR2的直径)、Gr (送入侧TR2与驱动电动机52的齿轮比)、J(送
入侧TR2的惯性力矩)是机械上决定的常数，因此根据设备来进行决定。 由于该传送函数的增益大的、时间常数小，因此送入侧张力抑制系统27高速地动作。 在此，随着送入侧张力抑制系统27响应的延迟，作为本发明课题的所述送入侧张 力系统的抖动现象变大，因此如果传送函数的增益大，则送入张力抑制系统27高速地动 作，所以采用解耦控制。 另一方面，在传递函数的增益小的情况下，时间常数大且送入侧张力抑制系统27 的响应延迟，送入侧张力系统的抖动现象变大，因此，采用通过图4中所示的送入侧张力变动预测装置32进行的电动机转矩22的修正。 据此，例如，在被轧制材u柔软的情况下，由于张力影响系数kb小、且由张力变动 产生的被轧制材u的轧机(1)送入侧速度变化量大，因此轧机1的送出侧被轧制材u的板 厚变动变大，所以，此时采用解耦控制。 另外，板厚厚(送出侧板厚h大)且能够忽略由送入侧TR速度20的变动产生的 遵守质量流守恒定律的送出侧板厚变动的情况等，由于通过解耦控制装置33'进行的解耦 控制比通过送入侧张力变动预测装置32(参照图4)进行的送入侧张力修正更有效，因此， 在此情况下，采用解耦控制装置33'。
〈张力修正切换装置34〉 在此，作为轧机1送入侧轧制材u的张力修正方法，设置了解耦控制装置33'(参 照图5)和送入侧张力变动预测装置32(参照图4)两者，由张力修正切换装置34根据轧制 状态来进行切换。 图6是表示张力修正切换装置34概要的示意图。 如图6中所示，张力修正切换装置34，根据张力影响系数kb、送出侧板厚h等轧制 设定信息、送入侧板速度l等轧制实际信息，按照预先在规则库(rule-base)36中设定的 控制规则(rule)，利用输出切换装置35对解耦控制装置33'的输出A与送入侧张力变动预 测装置32的输出B (在图6中，用双点划线所示)进行切换，通过C，作为送入侧张力修正而 与来自送入侧张力设定装置11的送入侧张力设定值相加。 在张力修正切换装置34的规则库36中，依照张力影响系数kb、送出侧板厚h等轧 制设定信息和送入侧板速度Ve等轧制实际信息，预先设定好应该利用A或B的哪个控制输 出作为控制规则。 如上所述，在被轧制材柔软、张力影响系数kb小的情况下，还有，送出侧板厚h厚 的情况下、轧机1的送入侧板速度l小的情况下等，由于在图2中所示的送入侧张力抑制 系统27的环路传递函数的增益变大，因此时间常数小且送入侧张力抑制系统高速地动作， 所以采用解耦控制装置33'(参照图5)的解耦控制。 另一方面，在图2中所示的送入侧张力抑制系统27的环路传递函数的增益小的情 况下，时间常数大且送入侧张力抑制系统的响应延迟。此时，随着送入侧张力抑制系统响应 的延迟，送入侧张力系统的抖动现象变大，因此，采用基于送入侧张力变动预测装置32 (参 照图4)的送入侧张力修正。 因此，例如，将所述PLC的控制程序的源代码(source code)设定为如下。 IF(kb > kl)AND(h < hl)AND(Ve > VI)THEN(选择输出B (送入侧张力变动预测装置32))ELSE(选择输出A(解耦控制装置33')) 另外，kl、hl、Vl为常数，根据各种条件，可以适当选择其值。 作为结论部，还可以通过对选择输出B(选择送入侧张力变动预测装置32)、选择 输出A(选择解耦控制装置33')之外(哪个也不选择)进行选择，从而不进行基于送入侧 张力变动预测装置32、解耦控制装置33'的送入侧张力设定的修正。
《第二实施方式》 下面，利用图7对第二实施方式进行说明。
图7是表示第二实施方式的送入侧张力变动提取装置的概要的图。 第二实施方式是利用送入侧张力变动提取装置60(参照图7)来降低送入侧张力
干扰因素29(参照图4)。 作为送入侧张力干扰因素29 (参照图7、图4)，例如可以考虑到送入侧TR2偏心的 情况。 由于送入侧TR2偏心而存在送入侧TR2的巻筒直径D大的地方与小的地方，因此 放巻被轧制材u的巻筒直径D因为送入侧TR2的旋转而产生变动。 因此，在送入侧TR2的巻筒直径D大的地方送入侧TR速度20变大，并且在送入侧 TR2的巻筒直径D小的地方送入侧TR速度20变小。故，送入侧TR速度20变动，结果产生 送入侧张力24 ( = tb)的偏差Atb。 若产生送入侧张力24的偏差A tb，则作用于送入侧TR2的转矩发生变动，因此，送
入侧TR2的旋转速度发生变化，根据质量流守恒定律，送出侧板厚发生变动。 为了防止上述情形，如图7中所示，将与送入侧TR2的旋转周期同步的张力变动即
送入侧张力24的偏差Atb，在送入侧张力变动提取装置60中利用滤波器来提取之后进行
存储，输出与送入侧TR2旋转位置相应的张力变动，且与送入侧TR2的旋转周期同步地对送
入侧张力指令进行修正。 S卩，利用送入侧张力变动提取装置60取出送入侧TR2的旋转周期分量的张力变 动，且与送入侧TR2的旋转周期同步地对送入侧张力指令进行修正。 另外，在第一实施方式以及第二实施方式中，为了不改变轧机l的送入侧TR速度 20，例示说明了关于送入侧TR2适用本发明的情况，而对于送出侧TR3，也可以构成为与送 入侧TR2相同的结构。 另外，在所述第一实施方式以及第二实施方式中，例示说明了对单机座轧机S适
用本发明的情况，但是，作为轧机，并不局限于单机座轧机，也可以适用于所述单机座轧机
的送入侧TR2或送出侧TR3，或者单机座轧机的送入侧TR2以及送出侧TR3以外。 例如，在多机座的串联轧机中，在送入侧或送出侧设置有张力巻筒的情况下，对送
入侧TR或送出侧TR，或者送入侧TR以及送出侧TR也可以适当适用本发明。 另外，还可以适时使用于如下情况，即，在轧机1的送入侧或送出侧设置以对被轧
制材u提供张力为目的的张紧辊(bridle roll)、夹紧辊(pinchroll)等装置，且该装置以
转矩控制(优选以转矩为恒定的方式进行控制，即优选转矩恒定控制)来驱动。《作用效果》 使对轧机的张力巻筒的转矩控制中的电流指令(转矩指令)与预想的张力变动相 符地进行修正，且抑制张力巻筒速度变动，从而能够解决轧机送出侧的被轧制材u的板厚 变动，即轧制制品的板厚变动。 因此，与以往的仅对张力巻筒进行转矩恒定控制(电流恒定控制)的情况相比，能 够抑制轧机1的送出侧板厚变动而提高轧制制品的板厚精度。
[产业上的利用可能性] 本发明，可以利用于冷轧机的控制，且不存在实际应用上的问题。
权利要求
一种轧机控制装置，具备张力赋予旋转部，该张力赋予旋转部为了用于由轧机进行轧制的被轧制材的开卷以及收卷，在所述轧机的送入侧/送出侧中的至少一侧对所述被轧制材赋予张力，并且实施转矩控制，所述轧机控制装置的特征在于，具备第一张力变动预测部，其预测在所述送入侧/送出侧之中的至少一侧的所述被轧制材的张力变动，根据该第一张力变动预测部的张力变动预测结果，进行在已预测了所述张力变动一侧的张力赋予旋转部的转矩指令中加入由所述已预测的张力变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量的转矩的修正，以使该张力赋予旋转部的速度不随所述被轧制材的张力变动而改变。
2. 根据权利要求1所述的轧机控制装置，其特征在于，所述第一张力变动预测部，预测由控制所述被轧制材的板厚的板厚控制指令产生的所 述被轧制材的张力变动。
3. 根据权利要求1所述的轧机控制装置，其特征在于，具备 切换部，其根据所述轧机的轧制设定值以及轧制实际情况来切换以下功能 预测在所述送入侧/送出侧之中的至少一侧的所述被轧制材的张力变动，并根据该张力变动的预测结果进行在已预测了所述张力变动一侧的张力赋予旋转部的转矩指令中加 入由所述已预测的张力变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量的转矩的修正，以使该 张力赋予旋转部的速度不随所述张力变动而改变的功能；禾口预测由控制所述被轧制材的板厚的板厚控制指令产生的所述被轧制材的张力变动，并 将该已预测一侧的所述张力赋予旋转部的转矩指令操作为与由所述已预测的张力变动产 生的转矩变化呈相反方向，以抑制已预测了所述张力变动一侧的所述被轧制材的张力变动 的功能。
4. 根据权利要求1所述的轧机控制装置，其特征在于，根据所述轧机的轧制设定值以及轧制实际情况，并基于所述张力变动预测结果，切入 以下功能进行在已预测了所述张力变动一侧的张力赋予旋转部的转矩指令中加入由所述已预 测的张力变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量的转矩的修正，以使该张力赋予旋转 部的速度不随所述张力变动而改变。
5. 根据权利要求1所述的轧机控制装置，其特征在于，具备张力变动提取部，其在所述第一张力变动预测部的所述被轧制材的张力变动的预测 时，从所述被轧制材的张力变动实际值中提取在所述轧机中由周期性产生的机械变动引起 的所述张力变动。
6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的轧机控制装置，其特征在于， 所述张力赋予旋转部为张力巻筒或张紧辊或夹紧辊。
7. —种轧机控制方法，所述轧机具备张力赋予旋转部，该张力赋予旋转部为了用于由 轧机进行轧制的被轧制材的开巻以及收巻，在所述轧机的送入侧/送出侧中的至少一侧对 所述被轧制材赋予张力，并且实施转矩控制，所述轧机控制方法的特征在于，控制装置预测在所述送入侧/送出侧之中的至少一侧的所述被轧制材的张力变动，并 根据该张力变动的预测结果，进行在已预测了所述张力变动一侧的张力赋予旋转部的转矩指令中加入由所述已预测的张力变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量的转矩的修 正，以使该张力赋予旋转部的速度不随所述被轧制材的张力变动而改变。
8. 根据权利要求7所述的轧机控制方法，其特征在于，所述被轧制材的张力变动的预测，是针对由控制所述被轧制材的板厚的板厚控制指令 产生的所述被轧制材的张力变动而进行的。
9. 根据权利要求7所述的轧机控制方法，其特征在于， 控制装置根据所述轧机的轧制设定值以及轧制实际情况来切换以下控制 预测在所述送入侧/送出侧之中的至少一侧的所述被轧制材的张力变动，并根据该张力变动的预测结果进行在已预测了所述张力变动一侧的张力赋予旋转部的转矩指令中加 入由所述已预测的张力变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量的转矩的修正，以使该 张力赋予旋转部的速度不随所述张力变动而改变的控制，禾口预测由控制所述被轧制材的板厚的板厚控制指令产生的所述被轧制材的张力变动，并 将该已预测一侧的所述张力赋予旋转部的转矩指令操作为与由所述已预测的张力变动产 生的转矩变化呈相反方向，以抑制已预测了所述张力变动一侧的所述被轧制材的张力变动 的控制。
10. 根据权利要求7所述的轧机控制方法，其特征在于，所述控制装置根据所述轧机的轧制设定值以及轧制实际情况，并基于所述张力变动预测结果，切入以下控制进行在已预测了所述张力变动一侧的张力赋予旋转部的转矩指令中加入由所述已预 测的张力变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量的转矩的修正，以使该张力赋予旋转 部的速度不随所述张力变动而改变。
11. 根据权利要求7所述的轧机控制方法，其特征在于，所述被轧制材的张力变动的预测，是从所述被轧制材的张力变动实际值中提取所述轧 机中由周期性产生的机械变动引起的所述张力变动而进行的。
12. 根据权利要求7至11中的任一项所述的轧机控制方法，其特征在于， 所述张力赋予旋转部为张力巻筒或张紧辊或夹紧辊。
全文摘要
本发明提供一种轧机控制装置及其控制方法。该轧机控制装置，是具备为了用于由轧机(1)进行轧制的被轧制材(u)的开卷以及收卷，在轧机(1)的送入侧/送出侧中的至少一侧对被轧制材(u)赋予张力，并且实施转矩控制的张力赋予旋转部(2、3)的轧机(1)的控制装置，具备预测在送入侧/送出侧之中的至少一侧被轧制材(u)的张力变动的第一张力变动预测部(32)，根据该第一张力变动预测部(32)的张力变动预测结果，进行在已预测了张力变动一侧的张力赋予旋转部(2)的转矩指令中加入由已预测的张力变动求出的与该张力变动转矩相符的变动量转矩的修正，以使该张力赋予旋转部(2)的速度不随被轧制材(u)的张力变动而改变。
文档编号B21B37/48GK101773942SQ20101000217
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者服部哲, 立花文, 马场淳 申请人:株式会社日立制作所