JP7740564B2 - MEANING CORRECTION DEVICE AND MEANING CORRECTION METHOD FOR MEANING OF METAL STRIP - Google Patents
MEANING CORRECTION DEVICE AND MEANING CORRECTION METHOD FOR MEANING OF METAL STRIPInfo
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Description
本発明は、金属帯の焼鈍又は加工設備においてステアリングロールによる金属帯の蛇行を抑制する蛇行修正装置及び蛇行修正方法に関する。 The present invention relates to a meandering correction device and a meandering correction method that suppress the meandering of a metal strip caused by a steering roll in a metal strip annealing or processing facility.
帯板状の金属板（「金属帯」ともいう。）の製造工程において、金属帯の搬送では、金属板に塑性加工、熱処理、表面化成処理等を効率的に行うために、複数のロールを用いた搬送が行われる。しかし、この際、金属帯自体の非対称（形状不良及び残留応力）及び設備の非対称（ロールアライメント）に由来して、金属帯の蛇行が発生する。
そこで、金属帯の蛇行を防止するために、ロールにクラウン（プロフィール）を付与してセンタリングする、あるいは蛇行計で測定した蛇行量に基づきステアリングロールで蛇行制御することが一般的に行われる。
In the manufacturing process of a strip-shaped metal plate (also referred to as a "metal strip"), the metal strip is transported using a plurality of rolls in order to efficiently perform plastic working, heat treatment, surface chemical conversion treatment, etc. However, during this process, meandering of the metal strip occurs due to asymmetry of the metal strip itself (defective shape and residual stress) and asymmetry of the equipment (roll alignment).
Therefore, in order to prevent the metal strip from meandering, it is common practice to give a crown (profile) to the roll to center it, or to control the meandering with a steering roll based on the amount of meandering measured with a meander meter.
特許文献１には、複数個の蛇行検知部によって基準ロール位置の蛇行量を予測し、マスターの蛇行量検知部の測定量に補正をかけることで一つのステアリングロールで目的位置の蛇行量の制御を可能とする技術が開示されている。 Patent document 1 discloses a technology that uses multiple meandering detection units to predict the amount of meandering at a reference roll position, and corrects the measurement amount of the master meandering amount detection unit, thereby enabling the amount of meandering at a target position to be controlled with a single steering roll.
特許文献２には、ステアリングロール下流側の蛇行量をモデル式により予測し、蛇行修正区域の下流側の蛇行を考慮しつつ、上流側のステアリングロールの制御を可能とする技術が開示されている。 Patent document 2 discloses a technology that uses a model formula to predict the amount of meandering downstream of the steering roll, enabling control of the upstream steering roll while taking into account the meandering downstream of the meander correction area.
しかし、上記従来技術を金属帯の蛇行抑制に適用しようとすると、以下のような問題が生じる。
特許文献１に関しては、マスター（蛇行量検知部：蛇行量基準ロール位置）とスレーブ（蛇行量検知部：ステアリングロールの通板ライン下流側）間で金属帯の搬送時間が考慮されておらず、金属帯の揺動が振動的かつ検知部が２台程度であった場合、基準ロール位置の蛇行量が発散する可能性がある。
特許文献２に関しては、ステアリングロール下流側の実際の蛇行量で補正を掛ける機構がなく、下流側で蛇行が修正されているとは限らない。
また、従来技術では図２に示すように、制御対象位置である検出器における蛇行量が修正されるまでむだ時間分だけ時間がかかり、むだ時間よりも制御の時間間隔が十分短い場合には制御器は蛇行量が修正されるまで操作を繰り返すため修正に必要な操作量以上に操作してしまう。操作量の過多を繰り返すことで、蛇行が助長され蛇行量は振動や発散に至り、周辺設備との接触があれば金属帯の破断が起こる。
However, when the above-mentioned conventional technology is applied to suppressing meandering of a metal strip, the following problems arise.
In Patent Document 1, the transport time of the metal strip between the master (meandering amount detection unit: meandering amount reference roll position) and the slave (meandering amount detection unit: downstream side of the steering roll in the strip threading line) is not taken into consideration, and if the metal strip vibrates and there are only two or so detection units, the meandering amount at the reference roll position may diverge.
In Patent Document 2, there is no mechanism for applying correction based on the actual amount of meandering downstream of the steering roll, and the meandering is not necessarily corrected downstream.
Furthermore, with conventional technology, as shown in Figure 2, it takes time for the amount of meandering at the detector, which is the position to be controlled, to be corrected by the amount of dead time, and if the control time interval is sufficiently shorter than the dead time, the controller will repeat operations until the amount of meandering is corrected, resulting in operations exceeding the amount of operation necessary for correction. Repeated excessive operation will encourage meandering, leading to vibration and divergence of the meandering amount, and if it comes into contact with surrounding equipment, the metal strip will break.
本発明は、従来技術が抱える上記の問題点に鑑み開発したものであって、その目的は、金属帯の蛇行量制御対象付近に、ステアリングロールを設置できない制約がある状況、かつステアリングロールと制御対象（金属帯の蛇行量制御対象位置）の距離が離れており、その距離で金属帯の搬送時間が大きい場合であっても応答性の高い蛇行制御が可能となる蛇行修正装置及び蛇行修正方法を提供することにある。 The present invention was developed in consideration of the above-mentioned problems with conventional technology, and its purpose is to provide a meandering correction device and meandering correction method that enable highly responsive meandering control even in situations where there is a constraint that a steering roll cannot be installed near the object to be controlled for the amount of meandering of the metal strip, and the distance between the steering roll and the object to be controlled (the position of the object to be controlled for the amount of meandering of the metal strip) is large and the transport time of the metal strip is long over that distance.
上記課題を解決するため、図３のように制御対象位置の蛇行量によるむだ時間を考慮したフィードバックを行い、適切な操作量を計算することでむだ時間が制御間隔よりも大きい場合においても振動や発散することなく安定して蛇行を修正できることを見出し本発明に至った。
上記課題を有利に解決する本発明に係る蛇行修正装置は、以下のように構成される。
In order to solve the above problem, the inventors discovered that by performing feedback that takes into account the dead time due to the amount of meandering of the control target position as shown in Figure 3 and calculating an appropriate manipulated variable, it is possible to stably correct meandering without vibration or divergence even when the dead time is longer than the control interval, which led to the present invention.
The meandering correction device according to the present invention, which advantageously solves the above-mentioned problems, is configured as follows.
［１］通板ラインを搬送される金属帯の蛇行を修正する蛇行修正装置であって、前記金属帯の蛇行制御対象位置に配設され金属帯の第１蛇行量を検出する第１の蛇行量検知部と、前記第１蛇行量を修正するために配設されるステアリングロールと、前記ステアリングロールの傾動装置と、前記ステアリングロールの位置より通板ライン下流側で、前記蛇行制御対象位置より通板ライン上流側に配設され前記金属帯の第２蛇行量を検出する第２の蛇行量検知部と、前記ステアリングロール位置から前記蛇行制御対象位置までの搬送時間を考慮し前記第１蛇行量に基づき前記蛇行制御対象位置のシフト量を補正する第１制御部と、前記第２蛇行量と補正されたシフト量に基づいて前記ステアリングロールにより前記金属帯の幅方向位置を制御する第２制御部と、を備える金属帯の蛇行修正装置である。 [1] A meandering correction device for correcting the meandering of a metal strip transported on a strip threading line, comprising: a first meandering amount detection unit arranged at a meandering control target position of the metal strip and detecting a first meandering amount of the metal strip; a steering roll arranged to correct the first meandering amount; a tilting device for the steering roll; a second meandering amount detection unit arranged downstream of the steering roll position on the strip threading line and upstream of the meandering control target position on the strip threading line and detecting a second meandering amount of the metal strip; a first control unit that corrects the shift amount of the meandering control target position based on the first meandering amount, taking into account the transport time from the steering roll position to the meandering control target position; and a second control unit that controls the widthwise position of the metal strip using the steering roll based on the second meandering amount and the corrected shift amount.
上記課題を有利に解決する本発明に係る蛇行修正方法は、以下のように構成される。
［２］通板ラインを搬送される金属帯の蛇行を修正する方法であって、前記金属帯の蛇行制御対象位置で第１蛇行量を検出するステップと、ステアリングロールを傾動することにより前記蛇行制御対象位置におけるシフト量を制御するステップと、前記ステアリングロールの位置より通板ライン下流側で、前記蛇行制御対象位置より通板ライン上流側で第２蛇行量を検出するステップと、前記ステアリングロール位置から前記蛇行制御対象位置までの搬送時間を考慮し前記第１蛇行量に基づき前記蛇行制御対象位置のシフト量を補正するステップと、前記第２蛇行量と補正されたシフト量に基づいて前記ステアリングロールによる前記金属帯の幅方法位置を制御するステップと、を含む蛇行修正方法である。
The meandering correction method according to the present invention, which advantageously solves the above problem, is configured as follows.
[2] A method for correcting meandering of a metal strip being transported on a strip threading line, the method comprising the steps of: detecting a first meandering amount at a meandering control target position of the metal strip; controlling a shift amount at the meandering control target position by tilting a steering roll; detecting a second meandering amount downstream of the steering roll position in the strip threading line and upstream of the meandering control target position in the strip threading line; correcting the shift amount of the meandering control target position based on the first meandering amount, taking into account the transport time from the steering roll position to the meandering control target position; and controlling the widthwise position of the metal strip by the steering roll based on the second meandering amount and the corrected shift amount.
本発明によれば、搬送時間を考慮することで、設備上、蛇行量の基準とするロール近傍（前記金属帯の蛇行制御対象位置）にステアリングロールを設置出来ない場合、かつ蛇行量の基準とするロールから使用できるステアリングロールまでの距離が離れている場合において、一つのステアリングロールで安定した蛇行制御が可能となる。 According to the present invention, by taking into account the transport time, stable meandering control is possible with a single steering roll when, due to equipment reasons, it is not possible to install a steering roll near the roll that serves as the reference for meandering amount (the position where the metal strip's meandering is to be controlled) and when the distance from the roll that serves as the reference for meandering amount to the available steering roll is far.
以下、本実施形態に係る金属帯の蛇行修正装置および蛇行修正方法について説明する。
本発明は、２つ以上の蛇行検知器を有する装置において、蛇行制御対象位置（通板ライン下流側）の検出器（以下第１検出器）で測定した第１蛇行量による搬送時間を考慮したフィードバックを、メインの制御に用いる検出器の位置（以下第２検出器）のシフト量に返す。次いで、予め第２検出器の位置で、金属帯位置の目標値を、ずらすことにより、制御対象となる位置の第１検出器における金属帯の位置を目標通りとする。制御対象付近にステアリングロールを設置できないような制約がある状況、かつステアリングロールと制御対象の距離が離れており、その距離の搬送時間が大きい場合であっても応答性の高い蛇行制御が可能となるため、金属帯の破断等のトラブルを削減できる。
Hereinafter, a description will be given of a metal strip meandering correction device and a meandering correction method according to this embodiment.
In this invention, in an apparatus having two or more meandering detectors, feedback taking into account the transport time due to the first meandering amount measured by a detector (hereinafter referred to as the first detector) at the position subject to meandering control (downstream of the strip threading line) is returned to the shift amount of the detector used for main control (hereinafter referred to as the second detector). Next, the target value of the metal strip position is shifted in advance at the position of the second detector, so that the metal strip position as seen by the first detector at the position subject to control is matched to the target. Even in situations where there are constraints such as not being able to install a steering roll near the control target, and even when the steering roll and the control target are far apart and the transport time over that distance is long, highly responsive meandering control is possible, thereby reducing problems such as metal strip breakage.
＜蛇行修正装置＞
本実施形態に係る金属帯の蛇行修正装置は、金属帯の蛇行制御対象位置に配設され金属帯の第１蛇行量を検出する第１の蛇行量検知部と、第１蛇行量を修正するために配設されるステアリングロールと、ステアリングロールの傾動装置と、ステアリングロールの位置より通板ライン下流側で、蛇行制御対象位置より通板ライン上流側に配設され金属帯の第２蛇行量を検出する第２の蛇行量検知部とを備える。さらに、ステアリングロール位置から蛇行制御対象位置までの搬送時間を考慮した第１蛇行量に基づき蛇行制御対象位置のシフト量を補正する第１制御部と、第２蛇行量と補正されたシフト量に基づいてステアリングロールにより金属帯の幅方向位置を制御する第２制御部とを備える。
<Meandering correction device>
The metal strip meandering correction device according to this embodiment includes a first meandering amount detection unit disposed at a meandering control target position of the metal strip and detecting a first meandering amount of the metal strip, a steering roll disposed to correct the first meandering amount, a steering roll tilting device, and a second meandering amount detection unit disposed downstream of the steering roll position in the strip threading line and upstream of the meandering control target position in the strip threading line and detecting a second meandering amount of the metal strip. The device further includes a first control unit that corrects a shift amount of the meandering control target position based on the first meandering amount taking into account the transport time from the steering roll position to the meandering control target position, and a second control unit that controls the widthwise position of the metal strip by the steering roll based on the second meandering amount and the corrected shift amount.
〔第１の蛇行量検知部〕
図１に示すように、第１の蛇行量検知部Ｍ１では、通板ラインにおいて、金属帯の蛇行制御の対象とする位置（蛇行制御対象位置）、すなわち基準ロール８位置に蛇行量第１検出器１を設置する。第１の蛇行量検知部Ｍ１の制御対象位置とは、金属帯の蛇行量を制御するための基準となる位置である。第１検出器１は、測定環境、設備から選択したものでよい。
[First meandering amount detection unit]
As shown in Figure 1, in the first meandering amount detection unit M1, a first meandering amount detector 1 is installed at a position on the strip threading line that is the target of meandering control of the metal strip (meandering control target position), i.e., at the position of the reference roll 8. The control target position of the first meandering amount detection unit M1 is a position that serves as a reference for controlling the meandering amount of the metal strip. The first detector 1 may be selected based on the measurement environment and equipment.
〔ステアリングロール及び傾動装置〕
図１に示すように、第２検出器２の位置における金属帯の蛇行を修正するために、第１の蛇行量検知部Ｍ１の蛇行量第１検出器１の位置（制御対象位置）より通板ライン上流側（ライン進行方向１１の通板ラインの上流をいう）に、ステアリングロール３及びその傾動装置４（アクチュエーター４１、シリンダー４２）を設置する。ステアリングロール３と蛇行量第１検出器１との距離の制限は、とくに定めない。また、ステアリングロール３と蛇行量第１検出器１との間に、通板設備９が設けられてもよい。
[Steering Roll and Tilt Device]
As shown in Figure 1, in order to correct the meandering of the metal strip at the position of the second detector 2, a steering roll 3 and its tilting device 4 (actuator 41, cylinder 42) are installed upstream of the strip threading line (meaning upstream of the strip threading line in the line traveling direction 11) from the position (position to be controlled) of the first meandering amount detector 1 of the first meandering amount detection unit M1. There is no particular limit on the distance between the steering roll 3 and the first meandering amount detector 1. In addition, strip threading equipment 9 may be installed between the steering roll 3 and the first meandering amount detector 1.
〔第２の蛇行量検知部〕
図１に示すように、第１の蛇行量検知部Ｍ１の蛇行量第１検出器１位置（蛇行制御対象位置）より通板ライン上流の蛇行量を測定するため、その上流位置で、第２の蛇行量検知部Ｍ２の蛇行量第２検出器２を設置する。また、この蛇行量第２検出器２は、ステアリングロールによる蛇行量を制御することを目的とするため、この蛇行量第２検出器２は、ステアリングロール３位置より通板ライン下流側で、かつ蛇行量第１検出器１位置（蛇行制御対象位置）より通板ライン上流側に配置する。
[Second meandering amount detection unit]
1 , in order to measure the amount of meandering upstream of the position of the first meandering amount detector 1 (the position subject to meandering control) of the first meandering amount detection unit M1 in the strip threading line, the second meandering amount detector 2 of the second meandering amount detection unit M2 is installed at a position upstream of the first meandering amount detector 1. Furthermore, since the second meandering amount detector 2 aims to control the amount of meandering caused by the steering roll, the second meandering amount detector 2 is installed downstream of the steering roll 3 in the strip threading line and upstream of the position of the first meandering amount detector 1 (the position subject to meandering control).
〔制御部〕
図１に示すように、制御部は、第１制御部と第２制御部とを含み構成する。
第１制御部６では、蛇行制御の対象位置（蛇行制御対象位置）に設置した蛇行量第１検出器１で金属帯の位置を測定し、ラインセンター１２と蛇行制御対象位置における金属帯のシフト量の関係から蛇行量を算出し、算出した蛇行量を演算装置に送る。制御間隔よりも、搬送時間の方が十分に大きいため、演算処理にはスミス補償を加える。
また、スミス補償の弱点である外乱耐性の低さを補うために、ロバスト性に優れたスライディングモード制御を用いて操作量を決定することで、安定した蛇行制御が可能となる。
ただし、蛇行制御の要求性能が十分満たされるのであれば、通常のＰＩＤ制御でも効果が得られる。
以上の方法を用いて計算された金属帯のシフト量の変化量を現在設定されている金属帯のシフト量に加算して補正され、蛇行量第１検出器１位置（蛇行制御対象位置）の更新シフト設定量を得る。
[Control Unit]
As shown in FIG. 1, the control unit includes a first control unit and a second control unit.
The first control unit 6 measures the position of the metal strip using a first meandering amount detector 1 installed at the target position for meandering control (meandering control target position), calculates the amount of meandering from the relationship between the line center 12 and the shift amount of the metal strip at the meandering control target position, and sends the calculated amount of meandering to the calculation device. Because the transport time is much longer than the control interval, Smith compensation is added to the calculation process.
In addition, to compensate for the low resistance to disturbances, which is a weakness of Smith compensation, stable meandering control is possible by determining the manipulated variable using sliding mode control, which has excellent robustness.
However, if the required performance of meandering control is sufficiently satisfied, the usual PID control can also be effective.
The change in the shift amount of the metal band calculated using the above method is added to the currently set shift amount of the metal band to correct it, and an updated shift setting amount for the first meandering amount detector 1 position (position subject to meandering control) is obtained.
第２制御部７では、蛇行量第２検出器の位置における蛇行量と第１制御部６から伝達する更新シフト設定量（補正されたシフト量）から、蛇行制御対象位置（蛇行量第１検出器１位置）における蛇行量を少なくするように蛇行量第２検出器２の位置を制御する。この制御した値にもとづき、目標とする蛇行量第２検出器２位置（設定通板位置）となるようにステアリングロールの動作状態を指示する。このようにして、蛇行量第２検出器２の位置での通板位置を変更する。 The second control unit 7 controls the position of the second meander amount detector 2 so as to reduce the amount of meandering at the meander control target position (first meander amount detector 1 position) based on the amount of meandering at the position of the second meander amount detector and the updated shift setting amount (corrected shift amount) transmitted from the first control unit 6. Based on this controlled value, the operating state of the steering roll is instructed to achieve the target second meander amount detector 2 position (set strip threading position). In this way, the strip threading position at the second meander amount detector 2 position is changed.
＜蛇行修正方法＞
本実施形態に係る金属帯の蛇行修正方法は、通板ラインに沿って搬送される金属帯の蛇行を修正する方法であって、前記金属帯の蛇行制御対象位置で第１蛇行量を検出するステップと、ステアリングロールを傾動することにより前記蛇行制御対象位置のシフト量を制御するステップと、前記ステアリングロールの位置より通板ライン下流側で、前記蛇行制御対象位置より通板ライン上流側で第２蛇行量を検出するステップと、ステアリングロール位置から蛇行制御対象位置までの搬送時間を考慮し第１蛇行量に基づき前記蛇行制御対象位置のシフト量を補正するステップと、第２蛇行量と補正されたシフト量に基づいてステアリングロールによる金属帯の幅方向位置を制御するステップとを含む。
<Meandering correction method>
The method for correcting meandering of a metal strip according to this embodiment is a method for correcting meandering of a metal strip being transported along a strip threading line, and includes the steps of detecting a first meandering amount at a position where meandering control is to be performed for the metal strip; controlling a shift amount of the position where meandering control is to be performed by tilting a steering roll; detecting a second meandering amount downstream of the steering roll position in the strip threading line and upstream of the position where meandering control is to be performed for the metal strip; correcting the shift amount of the position where meandering control is to be performed based on the first meandering amount, taking into account the transport time from the steering roll position to the position where meandering control is to be performed; and controlling the widthwise position of the metal strip by the steering roll based on the second meandering amount and the corrected shift amount.
〔第１の蛇行量検知ステップ〕
第１の蛇行量検知部Ｍ１の蛇行量第１検出器１により、金属帯の蛇行制御の対象とする位置（蛇行制御対象位置）における第１蛇行量を測定する。
[First meandering amount detection step]
The first meandering amount detector 1 of the first meandering amount detection unit M1 measures a first meandering amount at a position that is a target of meandering control of the metal strip (meandering control target position).
〔第２の蛇行量検知ステップ〕
第２の蛇行量検知部Ｍ２の蛇行量第２検出器２により、金属帯の蛇行制御の対象とする位置（蛇行制御対象位置）より通板ライン上流であって、ステアリングロールの位置より通板ライン下流における位置の第２蛇行量を測定する。蛇行量第２検出器２による測定は、ステアリングロールによる蛇行制御を行うためである。
[Second meander amount detection step]
The second meandering amount detector 2 of the second meandering amount detection unit M2 measures the second meandering amount at a position upstream of the strip threading line from a position targeted for meandering control (meandering control target position) and downstream of the steering roll position in the strip threading line. The measurement by the second meandering amount detector 2 is for the purpose of performing meandering control using the steering roll.
〔制御ステップ〕
図１に蛇行修正の制御ステップを詳細に説明する。
第２の蛇行量検知部Ｍ２で金属帯が設定通板位置を通板するように、第１の蛇行量検知ステップで測定した第１蛇行量に、搬送時間を考慮した蛇行制御対象位置のシフト量を補正する。次いで、設定通板位置の蛇行量と補正されたシフト量とにもとづいて、ステアリングロールによる金属帯の幅方向位置を制御する。
[Control Step]
FIG. 1 shows the control steps for meander correction in detail.
The second meandering amount detection unit M2 corrects the first meandering amount measured in the first meandering amount detection step by a shift amount of the meandering control target position taking into account the transport time so that the metal strip passes through the set strip passing position. Next, the width direction position of the metal strip is controlled by the steering roll based on the meandering amount of the set strip passing position and the corrected shift amount.
以下に制御導入までの準備と計算フローを示す。
第２検出器のシフト量の設定値をステップ的に変化させたときの第１検出器位置での金属帯の位置の変化を図４に示す。シフト量の変化に対して第１検出器位置での金属帯の位置の変化は、ステアリングロールから第１検出器までの距離Ｄと金属帯の搬送速度Ｖで決まる搬送時間Ｌ（＝Ｄ／Ｖ）分設定値の変更時刻から変化の開始が遅れる（ｔ１）。シリンダーの動作や金属帯と第１検出器までにあるロール等との摩擦により、さらに応答が遅れる。
このことを加味して金属帯の位置を予測するモデルを立てる。
まず、シリンダーの動作、ロールとの摩擦による応答の遅れはすべて一次遅れであるとする。
このときの第１検出器での伝達関数は、搬送時間ｅ－Ｌｓも含めて次の式（１）となる。
The preparation and calculation flow leading up to the introduction of control is shown below.
Figure 4 shows the change in the metal strip position at the first detector when the set value for the shift amount of the second detector is changed in steps. The change in the metal strip position at the first detector in response to a change in the shift amount is delayed (t1) from the time the set value is changed by the transport time L (=D/V), which is determined by the distance D from the steering roll to the first detector and the transport speed V of the metal strip . The response is further delayed by the operation of the cylinder and friction between the metal strip and the rolls between the first detector and the steering roll.
Taking this into account, a model is developed to predict the position of the metal band.
First, it is assumed that the response delay due to the operation of the cylinder and friction with the roll is all first-order lag.
The transfer function at the first detector at this time is given by the following equation (1), including the transport time e −Ls .
ここで、ｎはステアリングロールを含む金属帯が第１検出器までに通るロールの本数で、Ｔｉはシリンダーの動作又はロールの摩擦による変化の遅れの時定数である。また、Ｋはシフト量の設定値変更量ΔＳ２に対する第１検出器の位置で金属帯位置が実際に変化した量ΔＳ１の比率であり、式（２）で表せる。 Here, n is the number of rolls that the metal strip including the steering roll passes through before reaching the first detector, Ti is the time constant of the delay in change due to the operation of the cylinder or the friction of the rolls, and K is the ratio of the actual change in the metal strip position ΔS1 at the position of the first detector to the change in the set value of the shift amount ΔS2 , which can be expressed by equation (2).
ロールが二本以上存在すれば、３次遅れ以上の多次遅れとなるが通常の制御の設計としてはそのような場合でも２次遅れで近似する。そのため式(１)を以下の式（３）ように近似する。 If there are two or more rolls, the delay will be third or higher, but in normal control design, it is approximated by a second-order delay even in such cases. Therefore, equation (1) is approximated as equation (3) below.
ここで、ＴＣはシリンダーによる遅れの時定数、ＴＲはロールの摩擦による応答の遅れの時定数である。ＴＣはシリンダーの動作から直接求めるか、ステアリングロールと第２検出器が十分近ければシフト量をステップ入力した際の第２検出器の位置の金属帯の位置変化より推定できる。ＴＲはステップ入力した際の第１検出器での変化量と式（３）の伝達関数に求めたＴＣを代入したものをシミュレーション等で比較して実際の挙動に近いものを選択する。求めた伝達関数から金属帯の将来の蛇行量を予測する。
式（３）で求めた伝達関数で搬送時間要素ｅ－Ｌｓを除いたものをラプラス逆変換し、状態方程式を求める。その状態方程式は次の式（４）となる。スライディングモード制御を用いる場合は式（４）を使用する。
Here, TC is the time constant of the delay due to the cylinder, and TR is the time constant of the response delay due to roll friction. TC can be found directly from the operation of the cylinder, or, if the steering roll and second detector are close enough, it can be estimated from the change in the position of the metal strip at the second detector when the shift amount is input in steps. TR is determined by comparing the amount of change at the first detector when a step is input with the transfer function of equation (3) into which the obtained TC is substituted, using a simulation or the like, and selecting the one that is closest to the actual behavior. The future meandering amount of the metal strip is predicted from the obtained transfer function.
The transfer function obtained by equation (3) is subjected to an inverse Laplace transform, excluding the transport time element e -Ls , to obtain a state equation. This state equation is given by the following equation (4). When sliding mode control is used, equation (4) is used.
ここで、χ、χ（χは、χの上に点がある記号を表す）はそれぞれ第１検出器１で測定した蛇行量と蛇行速度で、ｕはシフト変更量である。
次に、スミス補償では搬送時間Ｌ後の金属帯の位置の予測値を用いて制御を行うため、金属帯の位置を予測する式を考える。図５に示すように、シフト量の変更により第１検出器１の位置で金属帯の位置が変化するまでに搬送時間Ｌかかる。図５でのｕ（ｉ－ｎ）は過去のシフト変更量で、ｎが大きいほど過去のものである。そのためＬ秒後までに金属帯の位置が変化する量は過去Ｌ秒の間に変更したシフト量の変更量の総量に比例する。また、単純にシフト量の変更量の総量分がすぐに動くわけではなく、応答の遅れが存在するため、以下の式（５）を使用する。
Here, χ and χ ( χ represents a symbol with a dot on χ) are the amount of meandering and the meandering velocity measured by the first detector 1, respectively, and u is the amount of shift change.
Next, because Smith compensation uses a predicted value of the metal strip's position after a transport time L for control, we consider an equation for predicting the metal strip's position. As shown in Figure 5, it takes transport time L for the metal strip's position to change at the position of the first detector 1 due to a change in the shift amount. u (i-n) in Figure 5 is the past shift change amount, and the larger n, the earlier it is. Therefore, the amount by which the metal strip's position will change L seconds later is proportional to the total amount of change in the shift amount over the past L seconds. Furthermore, since the total amount of change in the shift amount does not simply move immediately, but there is a response delay, we use the following equation (5).
一般に、操作量（本実施形態であればシフト変更量）と制御量（本実施形態であれば蛇行量）の関係はｔを現在時刻とすると式（５）より、金属帯の位置（修正速度含む）の予測値は現在の測定値と過去の操作量の実績を用いて次の式（６）で表せる。ここで、Ｘｉ、 Ｘ ｉ（Ｘは、Ｘの上に点がある記号を表す）は現在時刻における第１検出器１で測定した蛇行量及び蛇行速度である。このとき、搬送時間Ｌは制御間隔Δｔの整数倍（Ｌ＝ＮΔｔ）になるようにする。 Generally, the relationship between the manipulated variable (shift change amount in this embodiment) and the controlled variable (meandering amount in this embodiment) can be expressed by equation (5), where t is the current time, and the predicted value of the metal strip position (including corrected speed) can be expressed by the following equation (6) using the current measurement value and past performance of the manipulated variable. Here, Xi and Xi ( X represents a symbol with a dot above X) are the meandering amount and meandering speed measured by the first detector 1 at the current time. In this case, the transport time L is set to be an integer multiple of the control interval Δt (L = NΔt).
本実施形態の場合、ω１＝１／ＴＣ、ω２＝１／ＴＲである。
第二項は以下の微分方程式の数値解法を利用すると四則演算のみで代用できる。その計算フローの一例を図６に示す。最後にスミス補償における現在の実績とＬ秒前の予測値との差分のフィードバックを式（６）に付け加えて式（７）として制御器へ入力する。
In this embodiment, ω 1 =1/T C and ω 2 =1/T R.
The second term can be substituted with only four arithmetic operations by using the numerical solution of the following differential equation. An example of the calculation flow is shown in Figure 6. Finally, the feedback of the difference between the current performance value in Smith compensation and the predicted value L seconds ago is added to equation (6) and input to the controller as equation (7).
スライディングモード制御（ＳＭＣ）を使用する場合、シフト変更量は式（４）を用いて式（８）となる。 When using sliding mode control (SMC), the shift change amount is calculated using equation (4) as equation (8).
式（８）のＳはスライディングモード制御における超平面を決定するパラメータで、δはチャタリング防止のためのパラメータ、Ｇはゲイン設定値である。最後に制御器からの出力ｕ（ｉ）（シフト量の変更量）を現在のシフト量設定値に加算してシフト量を更新する。 In equation (8), S is a parameter that determines the hyperplane in sliding mode control, δ is a parameter for preventing chattering, and G is the gain setting value. Finally, the output u(i) (change in shift amount) from the controller is added to the current shift amount setting value to update the shift amount.
以下、本実施形態の効果を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 The effects of this embodiment will be specifically explained below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
図７に、蛇行制御対象位置における搬送時間Ｌ＝６０秒で、最大蛇行量の実績データを用いたシミュレーションの結果を示す。ケースＡは、搬送時間の補償無しの比例制御であり、従来技術としての比較例に相当する。ケースＢおよびＣは、発明例であり、ケースＢは比例制御を使用し、ケースＣはスライディングモード制御（ＳＭＣ）を使用した。ケースＢおよびＣは、搬送時間の補償がないケースＡと比較して最大蛇行量は最大１２％改善されることが予想された。
実際に、ケースＡ、Ｂ、およびＣによる蛇行修正を図１の設備からなる通板ラインで実施した。上記シミュレーションと同様に、搬送時間が考慮されていない蛇行制御方法に比べ、本発明の搬送時間を考慮した蛇行制御方法は、最大蛇行量は最大１２％改善された。
Figure 7 shows the results of a simulation using actual data on the maximum meander amount when the transport time L at the meander control target position is 60 seconds. Case A is proportional control without transport time compensation and corresponds to a comparative example of the prior art. Cases B and C are examples of the invention, with Case B using proportional control and Case C using sliding mode control (SMC). Cases B and C were predicted to improve the maximum meander amount by up to 12% compared to Case A without transport time compensation.
Actually, meandering corrections using Cases A, B, and C were carried out on a strip threading line consisting of the equipment shown in Figure 1. As with the above simulation, the meandering control method of the present invention, which takes the transport time into consideration, improved the maximum meandering amount by up to 12% compared to a meandering control method that does not take the transport time into consideration.
以上の実施例より、設備上、蛇行量の基準とするロール近傍にステアリングロールを設置出来ない場合、かつ蛇行量の基準とするロールからステアリングロールまでの距離が離れている場合において、ステアリングロールで安定した蛇行制御が可能となる。 The above examples show that stable meandering control is possible using the steering roll when, due to equipment reasons, it is not possible to install a steering roll near the roll that serves as the reference for the amount of meandering, and when the distance between the steering roll and the roll that serves as the reference for the amount of meandering is far.
Ｍ１ 第１の蛇行量検知部
Ｍ２ 第２の蛇行量検知部
１ 蛇行量第１検出器
２ 蛇行量第２検出器
３ ステアリングロール
４ 傾動装置
４１ アクチュエーター
４２ シリンダー
６ 第１制御部
７ 第２制御部
８ 基準ロール
９ 設備
１１ ライン進行方向
１２ ラインセンター
M1 First meandering amount detection unit M2 Second meandering amount detection unit 1 First meandering amount detector 2 Second meandering amount detector 3 Steering roll 4 Tilting device 41 Actuator 42 Cylinder 6 First control unit 7 Second control unit 8 Reference roll 9 Equipment 11 Line travel direction 12 Line center
Claims (2)
前記金属帯の蛇行制御対象位置に配設され金属帯の第１蛇行量を検出する第１の蛇行量検知部と、
前記第１蛇行量を修正するために配設されるステアリングロールと、
前記ステアリングロールの傾動装置と、
前記ステアリングロールの位置より通板ライン下流側で、前記蛇行制御対象位置より通板ライン上流側に配設され前記金属帯の第２蛇行量を検出する第２の蛇行量検知部と、
前記傾動装置の応答の遅れおよび通板ラインのロールと金属帯との摩擦による応答の遅れのうち少なくとも一方に加えて、前記ステアリングロール位置から前記蛇行制御対象位置までの搬送時間を考慮し前記第１蛇行量に基づき前記蛇行制御対象位置のシフト量を補正する第１制御部と、
前記第２蛇行量と補正されたシフト量に基づいて前記ステアリングロールにより前記金属帯の幅方向位置を制御する第２制御部と、
を備える、金属帯の蛇行修正装置。 A meandering correction device for correcting meandering of a metal strip conveyed on a strip threading line, comprising:
a first meandering amount detection unit disposed at a position where meandering control is to be performed on the metal strip, and configured to detect a first meandering amount of the metal strip;
a steering roll disposed to correct the first meandering amount;
a tilting device for the steering roll;
a second meandering amount detection unit disposed downstream of the steering roll position in the strip threading line and upstream of the meandering control target position in the strip threading line, the second meandering amount detection unit detecting a second meandering amount of the metal strip;
a first control unit that corrects a shift amount of the meandering control target position based on the first meandering amount, taking into consideration at least one of a response delay of the tilting device and a response delay due to friction between the rolls of the strip threading line and the metal strip, as well as a transport time from the steering roll position to the meandering control target position;
a second control unit that controls the width direction position of the metal strip by the steering roll based on the second meandering amount and the corrected shift amount;
A metal strip meandering correction device comprising:
第１の蛇行量検知部が前記金属帯の蛇行制御対象位置で第１蛇行量を検出するステップと、
傾動装置がステアリングロールを傾動することにより前記蛇行制御対象位置におけるシフト量を制御するステップと、
第２の蛇行量検知部が前記ステアリングロールの位置より通板ライン下流側で、前記蛇行制御対象位置より通板ライン上流側で第２蛇行量を検出するステップと、
第１制御部が前記傾動装置の応答の遅れおよび通板ラインのロールと金属帯との摩擦による応答の遅れのうち少なくとも一方に加えて、前記ステアリングロール位置から前記蛇行制御対象位置までの搬送時間を考慮し前記第１蛇行量に基づき前記蛇行制御対象位置のシフト量を補正するステップと、
第２制御部が前記第２蛇行量と補正されたシフト量に基づいて前記ステアリングロールによる前記金属帯の幅方向位置を制御するステップと、
を含む、金属帯の蛇行修正方法。 A method for correcting meandering of a metal strip transported on a strip threading line using the metal strip meandering correction device according to claim 1, comprising :
a step in which a first meandering amount detection unit detects a first meandering amount at a meandering control target position of the metal strip;
a step of controlling the shift amount at the meandering control target position by tilting the steering roll with a tilting device ;
a second meandering amount detecting unit detecting a second meandering amount downstream of the steering roll position in the strip threading line and upstream of the meandering control target position in the strip threading line;
a first control unit correcting a shift amount of the meandering control target position based on the first meandering amount, taking into consideration at least one of a response delay of the tilting device and a response delay due to friction between the rolls of the strip threading line and the metal strip, as well as a transport time from the steering roll position to the meandering control target position;
a second control unit controlling the width direction position of the metal strip by the steering roll based on the second meandering amount and the corrected shift amount;
A method for correcting meandering of a metal strip, including:
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