轧制控制装置、大型设备控制装置及轧制控制方法
【专利摘要】本发明提供一种轧制控制装置、大型设备控制装置及轧制控制方法。在控制由多对辊轧制被轧件的串列式轧机的轧制控制装置中，特征在于，基于在相邻的辊间测量到的状态量的偏差，控制在相邻的辊中配置在上游侧的辊及配置在更上游侧的辊的旋转速度，探测在相邻的辊间测量到的状态量的振荡，对在探测到振荡的辊间相邻的辊中的配置于上游侧的辊及配置在更上游侧的辊的旋转速度的控制中的控制响应进行变更。由此，即使在控制增益大的情况下，也能够抑制张力控制等将轧制机速度作为操作端的控制的振荡。
【专利说明】轧制控制装置、大型设备控制装置及轧制控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及轧制(圧延)控制装置、大型设备控制装置及轧制控制方法，特别是涉及控制增益大时的控制振荡的抑制。
【背景技术】
[0002]在热联轧制机(熱間夕圧延機)中，利用上下作业辊间的间隔即辊缝隙(roll gap)和该轧制机前后设备的辊速度来控制施加给被轧件的张力及轧制载荷、轧制机输出侧板厚，从而进行轧制操作。在轧制机底座(stand)间，设有在底座间支撑被轧件的撑套器(10per)。通过改变由撑套器支撑的被轧件的支撑状态，从而改变施加给被轧件的张力，因此通过测量撑套器的压力，从而可检测被轧件的张力。撑套器通过液压缸(HydraulicCylinder)产生的压力，利用比例积分控制来实施高度恒定控制。
[0003]板厚控制对各底座输出侧板厚进行控制，以利用由板厚计检测到的检测结果或根据轧制载荷(roll force)和辊缝隙预测的板厚预测值等使轧制机输出侧的板厚成为预先确定的设定值。张力控制(Automatic Tension Control)需要防止被轧件在轧制机底座间松弛或者因过大张力引起的板宽度的减少，为此，利用来自底座间的张力检测单元的张力实际结果来实施张力控制。
[0004]在一般的热联轧制机中，通过各底座的辊缝隙调整来进行板厚控制，并通过相邻的底座辊的前段侧的辊速度的调整来进行张力控制。此外，作为张力检测单元，根据对测压元件(load cell)或撑套器的液压缸所施加的压力来检测撑套器从被轧件受到的张力。
[0005]在连接多个轧制底座而配置的串列式轧机中，在调整第i个的辊速度的情况下，会影响与第i_l个之间的张力、和与第i+Ι个之间的张力这两个张力。这种影响有可能会产生由底座间的张力控制的干扰引起的振荡，连带地使板厚精度恶化。为了解决这种问题，公知有如下方法:根据上游侧的张力实际结果来修正辊间间隙，并且将设置在相互相邻的轧制底座间的张力控制单元的响应速度设定为互不相同的特性(例如，参照专利文献I)。
[0006]专利文献1:日本特开平5-15913号公报
[0007]在热联轧制机中，由于对各种产品规格的被轧件进行轧制，因此需要根据产品规格来设定控制增益。相对于此，由于轧制现象的模型及模型计算时使用的变形阻力(Deformation Resistance)、摩擦系数(Friction Coefficient)、板温度这样的轧制现象的模型参数不正确，因此存在控制增益设定的误差大的问题。
[0008]在串列式轧机中，通过速度控制装置来控制各轧制机的辊速度。在作为张力控制的操作端而利用辊速度的情况下，考虑包括速度控制装置及轧制机在内的速度控制系统的响应来设计张力控制系统，但是如上所述那样，在因控制增益设定的误差而控制增益被设定得较大、或者为了得到良好的控制响应而敢于设定高的控制增益的情况下，由于速度控制系统的响应，会产生控制振动的情况。这是因为，可将速度控制系统简单地近似为2阶延迟系统，所以具有共振频率。
[0009]该情况下，成为问题的是，因大的张力干扰，在张力控制系统以步进响应方式实施了控制的情况下，有时共振频率下的振动会继续有剩余(振荡)、或者振动振幅逐渐变大(发散，以下将其包含在振荡内)。此外，在存在共振频率周围的频率分量的张力干扰(例如被轧件的硬度变动、轧制机的机械振动)的情况下，有时还会导致张力变动增大。
[0010]因此，在重新启动热联轧制机或开始新产品的生产等情况下，张力控制的调整需要很长时间，存在产生因控制增益的过大或过小引起的控制不良所带来的的轧制操作的停止、产品不良这样的问题。
[0011]专利文献I公开的技术是用于预先抑制振荡的方法，并不适用产生了振荡的情况下抑制该振荡的方法。另外，如上所述的问题并不限于串列式轧机(tandem mill)，如串列式轧机那样反复进行同一种类的控制的大型设备的控制、以及某一控制点的控制量的变更会影响其前级的控制点的控制等情况下，都同样会成为问题。
【发明内容】
[0012]本发明为了应对上述问题而完成，其目的在于，即使控制增益大，也能够抑制张力控制等将轧制机速度作为操作端的控制的振荡。
[0013]本发明的一个方式是控制由多对辊轧制被轧件的串列式轧机的轧制控制装置，该轧制控制装置的特征在于，包括:辊速度控制部，其基于测量到的状态量的偏差，控制与测量位置相对应的辊及在该辊的上游侧或下游侧配置的辊的旋转速度；振荡探测部，其探测测量到的状态量的振荡；和振荡控制部，其在与探测到振荡的测量位置相对应的辊及在其上游侧或下游侧配置的辊中，对基于所述状态量的偏差的旋转速度的控制相同的辊的旋转速度的控制中的控制响应进行变更。
[0014]此外，本发明的另一个方式是控制在多个控制对象中反复进行同一种处理的大型设备的大型设备控制装置，该大型设备控制装置的特征在于，包括:状态控制部，其基于测量到的状态量的偏差，变更与测量位置相应的控制对象及配置在该控制对象的上游侧或下游侧的控制对象的控制状态；振荡探测部，其探测测量到的状态量的振荡；和振荡控制部，其在探测到振荡的控制对象及在其上游侧或下游侧配置的控制对象中，对与基于所述状态量的偏差的控制状态的变更相同的控制对象的控制状态的变更中的控制响应进行变更。
[0015]此外，本发明的又一个方式是控制由多对辊轧制被轧件的串列式轧机的轧制控制方法，该轧制控制方法的特征在于，基于测量到的状态量的偏差，控制与测量位置相应的辊及配置在该辊上游侧或下游侧的辊的旋转速度，探测测量到的状态量的振荡，在与探测到振荡的测量位置相应的辊及在其上游侧或下游侧配置的辊中，对基于所述状态量的偏差的旋转速度的控制相同的辊的旋转速度的控制中的控制响应进行变更。
[0016]通过使用本发明，在控制增益大的情况下，也能够抑制张力控制等将轧制机速度作为操作端的控制的振荡。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是表示本发明的实施方式所涉及的轧制装置整体结构的图。
[0018]图2是表示本发明的实施方式所涉及的轧制装置中的撑套器的动作的图。
[0019]图3是表示普通轧制装置中的反馈控制的结构的图。
[0020]图4是表示普通轧制装置中的控制增益的频率响应的图。[0021]图5是表示控制增益不同时的状态量的收敛、振荡、发散的图。
[0022]图6是表示现有技术及本发明的实施方式所涉及的速度控制系统的结构的图。
[0023]图7是表示速度控制系统的步进响应的例的图。
[0024]图8是表示速度控制系统的闭环响应的例的图。
[0025]图9是表示相位偏差与振幅变化的例的图。 [0026]图10是表示底座(stand)间张力控制的控制例的波特图的图。
[0027]图11是表示底座间张力控制的振荡状态的抑制方式的例的图。
[0028]图12是表示存在共振频率的干扰时的例的图。
[0029]图13是表示现有技术所涉及的串列式轧机的控制结构的图。
[0030]图14是表不现有技术所涉及的底座速度决定装置的结构的图。
[0031]图15是表示现有技术所涉及的底座间张力控制的结构的图。
[0032]图16是表示本发明的实施方式所涉及的速度控制系统的结构的图。
[0033]图17是表示本发明的实施方式所涉及的串列式轧机的控制结构的图。
[0034]图18是表示本发明的实施方式所涉及的底座间张力控制的结构的图。
[0035]图19是表示本发明的实施方式所涉及的速度响应调整的动作的流程图。
[0036]图20是表示本发明的实施方式所涉及的速度响应的调整方式的图。
[0037]图21是表示本发明的实施方式所涉及的速度响应的调整方式的图。
[0038]图22是表示本发明的实施方式所涉及的底座间张力控制的硬件结构的图。
【具体实施方式】
[0039]实施方式1.[0040]以下，以热轧机中的轧制机底座间张力控制为例说明本发明的实施例。图1是表示本实施方式所涉及的张力控制系统的图。如图1所示，底座间张力控制部10通过设置于撑套器7中的张力计9，来探测施加给位于热联轧制机的1-Ι底座轧制机I与i底座轧制机2之间的被轧件8的张力，并通过变更对1-Ι底座速度控制装置11的速度指令，控制i_l底座轧制机I的辊速度。
[0041]撑套器7由可围绕位于以机械方式固定的位置上的撑套器支点14而转动的撑套器臂15、用于使撑套器臂15围绕撑套器支点14转动而变更撑套器辊16的位置的液压缸
13、以及用于探测缸位置的缸位置探测器17构成。撑套器辊16通过向上推动被轧件8来接受施加给被轧件8的张力。通过张力计9来测量施加给该撑套器辊16的力，从而底座间张力控制部10取得施加给被轧件8的张力。
[0042]图2 (a)、(b)表示撑套器7的动作。在被轧件前端部30位于i_l底座轧制机I与i底座轧制机2之间时，若撑套器辊16与被轧件前端部30碰撞，则设备会受损，因此如图2(a)所示，撑套器辊16在从被轧件8的经过位置下来的位置上待机。被轧件前端部30到达i底座轧制机2之后，如图2(b)所示，撑套器辊16移动至托起被轧件8的位置，从而可通过张力计9测量施加给被轧件8的张力。
[0043]被轧件8的张力从撑套器辊16经由撑套器臂15而被传递到液压缸13，因此若被轧件8的张力变动，则在与液压缸13的压力之间产生差异，会改变缸位置。其结果，撑套器辊16的位置会发生变化。撑套器辊15的位置变动处理引起张力变动外，还会影响轧制操作的稳定性，因此实施使位置固定的撑套器位置控制。撑套器位置控制装置20利用由缸位置探测器17测量出的缸位置来操作液压缸13的压力，从而控制成撑套器辊16的位置固定。
[0044]图3是表示现有技术中的热联轧制机的底座间张力控制结构的框图。底座间张力控制部10采用比例积分控制，向1-Ι底座速度控制装置11输出控制指令以使除去张力指令与张力实际结果之间的偏差，由此变更i_l底座辊速度。若i_l底座辊速度发生变化，则通过速度-张力响应31，张力实际结果发生变化。由张力计9来探测该变动，从而作为张力实际结果。
[0045]张力实际结果的变动因作为机械系统的板张力-缸压力32而变成液压缸13的压力变动，若液压缸13的压力变动，则缸位置会发生变化，因撑套器机械系统35而引起撑套器位置变动，而进一步因撑套器位置-底座间板道长度34而引起底座间板道长度的变动。
[0046]底座间板道长度变动因板道长度变化-张力响应33而变成张力变动，从而张力实际结果会变动。在此，用以下的式(I)表示速度-张力响应31，用以下的式(2)表示板道长度变化-张力响应33。
【权利要求】
1.一种轧制控制装置，控制由多对辊轧制被轧件的串列式轧机，该轧制控制装置的特征在于，包括: 辊速度控制部，其基于测量到的状态量的偏差，控制与测量位置相对应的辊及在该辊的上游侧或下游侧配置的辊的旋转速度； 振荡探测部，其探测测量到的状态量的振荡；和 振荡控制部，其在与探测到振荡的测量位置相对应的辊及在该辊的上游侧或下游侧配置的辊中，对基于所述状态量的偏差的旋转速度的控制相同的辊的旋转速度的控制中的控制响应进行变更。
2.根据权利要求1所述的轧制控制装置，其特征在于， 所述振荡探测部基于测量到的状态量的实际结果的频率分析结果来探测所述状态量的振荡。
3.根据权利要求1所述的轧制控制装置，其特征在于， 所述振荡探测部每隔规定间隔反复探测所述状态量的振荡， 所述振荡控制部在探测到所述振荡的期间，持续地慢慢改变所述控制响应，当探测不到所述振荡时，停止所述控制响应的变化。
4.一种大型设备控制装置，控制在多个控制对象中反复进行同一种处理的大型设备，该大型设备控制装置的特征在于，包括: 状态控制部，其基于测量到的状态量的偏差，变更与测量位置相对应的控制对象及配置在该控制对象的上游侧或下游侧的控制对象的控制状态； 振荡探测部，其探测测量到的状态量的振荡；和 振荡控制部，其在探测到振荡的控制对象及在该控制对象的上游侧或下游侧配置的控制对象中，对与基于所述状态量的偏差的控制状态的变更相同的控制对象的控制状态的变更中的控制响应进行变更。
5.一种轧制控制方法，控制由多对辊轧制被轧件的串列式轧机，该轧制控制方法的特征在于， 基于测量到的状态量的偏差，控制与测量位置相对应的辊及配置在该辊上游侧或下游侧的辊的旋转速度， 探测测量到的状态量的振荡， 在与探测到振荡的测量位置相对应的辊及在该辊的上游侧或下游侧配置的辊中，对基于所述状态量的偏差的旋转速度的控制相同的辊的旋转速度的控制中的控制响应进行变更。
【文档编号】B21B37/00GK103567227SQ201310328426
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】服部哲, 福地裕 申请人:株式会社日立制作所