JPS649087B2 - - Google Patents
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- JPS649087B2 JPS649087B2 JP59220127A JP22012784A JPS649087B2 JP S649087 B2 JPS649087 B2 JP S649087B2 JP 59220127 A JP59220127 A JP 59220127A JP 22012784 A JP22012784 A JP 22012784A JP S649087 B2 JPS649087 B2 JP S649087B2
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/58—Roll-force control; Roll-gap control
- B21B37/66—Roll eccentricity compensation systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Control Of Metal Rolling (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、圧延ロールの偏心状態を計測する方
法に関するものである。
〔従来技術〕
一般に、圧延での板厚制御では、圧延荷重とワ
ークロール間の間隙(ワークロールギヤツプ)と
が相関的に制御される。
いわゆるスキツドマーク等に起因する板厚変動
では、モニタしている圧延荷重が大きくなつた場
合、ワークロールギヤツプを狭めるようにオート
マチツクゲージコントロール(AGC)が働く。
ところで、このオートマチツクゲージコントロ
ールによる板厚制御は、ユーザ側の厳しい精度要
求に十分に適合できないことから、板厚精度に寄
与する他の要素が種々検討され、重要な要素とし
て圧延ロールの偏心が指摘されている。
かかる圧延ロールの偏心は、圧延中の熱変形、
偏摩耗やワークロールの再研磨時の真円からのず
れ等によつてもたらされる。ロール偏心に起因す
る圧延荷重の増大に対してはワークロールギヤツ
プを広げるように制御する必要があり、前記スキ
ツドマーク等による板厚変動に起因する制御特性
とは逆方向の制御特性が要求される。この場合、
圧延ロール偏心に起因する圧延荷重の変動は、ス
キツドマーク等による板厚変動に起因する圧延荷
重に重畳され、重畳された圧延荷重として検出さ
れるので、単純に圧延荷重の変動に伴なうオート
マチツクゲージコントロールを実行すると、圧延
ロール偏心に起因する変動分は、ワークロールギ
ヤツプの制御に関して逆方向に加算されることに
なり、制御の精度が大幅に低下する。
このため、圧延ロールの偏心パラメータ(偏心
振幅、偏心位相)を計測もしくは推定する手法が
幾つか提案されている。
その代表的な手法は、圧延ロールの偏心に起因
する圧延荷重変動が圧延ロールの回転に同調した
比較的短い周期(比較的高い周波数)で現われる
のに対し、スキツドマーク等による板厚変動に伴
なう圧延荷重変動は比較的長い周期(比較的低い
周波数)で現われることから、これらが重畳して
検出される圧延荷重変動を圧延ロールの1回転か
それ以上の回転範囲にわたつてサンプリングし、
それらのサンプリング値を周波数解析(フーリエ
解析)にかけて、高周波数成分として得られる
個々の圧延ロールの偏心に起因する圧延荷重変動
を分離抽出する手法である。
しかしながら、上記のフーリエ解析手法は、演
算量が膨大で計算時間も長時間を要し、板厚のオ
ンライン制御中に上記の手法を実行することは実
際上不可能である。
かかる問題を改善するため、特公昭56―22281
号公報には、上、下のバツクアツプロールの偏心
に着目し、第1回目のフーリエ解析と第2回目の
フーリエ解析とを上下バツクアツプロールの位相
をずらせた状態で行なつて、第1回目と第2回目
のフーリエ解析により求められた相対振幅から上
下バツクアツプロールの振幅を分離抽出するよう
にしたものが提案されている。
しかしながら、この方式は、フーリエ解析手法
が有する本質的な問題を何ら解決しておらず、
上、下バツクアツプロールの偏心しか推定でき
ず、しかも計測途中で上、下バツクアツプロール
の位相を変更する必要があるため、オフラインで
しか実行できず、さらに非能率でもある。
一方、特公昭56―43803号公報には、圧延荷重
又はワークロールギヤツプを検出し、この検出出
力を遅延時間τだけ遅延させた信号とロール回転
基本波信号、その高周波信号および上下ロールの
回転基本波信号の和から求まるビート波信号との
相関を上記遅延時間τを種々変えて各信号毎に求
め、この相関結果からロール偏心量および偏心位
相を求めるようにした偏心計測方式が提案されて
いる。
この方式は、フーリエ解析法によらずに、圧延
ロールの偏心を検出することができる利点がある
が、基準バツクアツプロールの基本周波数とその
高調波および上、下バツクアツプロールのビート
のみを考慮しているに過ぎないため、モデルが単
純化され、求められた偏心量等が必ずしも、実際
の値を表わすものではないおそれがあり、高い精
度を期待し難い。
さらに、上記2つの手法は、例えばバツクアツ
プロール1回転中に得られる多点データをもとに
演算を行なうので、1回の制御動作と次の制御動
作との間の時間間隔が長くなり、連続した制御が
行なえない基本的な欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、圧延荷重もしくはワークロー
ルギヤツプの1回の測定ごとに、圧延ロール個々
に偏心振幅並びに偏心位相を適確に算出すること
ができる圧延ロールの偏心状態計測方法を提供す
ることである。
〔発明の構成〕
本発明の基本的な特徴は、圧延機を構成する全
ての圧延ロールについて、各圧延ロールが固有の
偏心振幅および偏心位相を有するものとして、偏
心ベクトルとでもいうべきベクトル量を導入し、
全ての圧延ロールの偏心の相乗結果として現われ
る圧延荷重変動もしくはワークロールギヤツプ変
動が、上記ベクトルの各成分によつて線形に展開
できることに着目し、このベクトル量を逐次形同
定則に基づいて1回の計測データが得られるごと
に逐次推定を行なうようにしたことにある。ベク
トルの各成分が得られると、各圧延ロールの偏心
振幅および偏心位相は、簡単な演算によつて求め
ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、1回の測定ごとに圧延ロール
の偏心パラメータ(偏心振幅、偏心位相)が得ら
れるので、オンライン制御時には、フイードフオ
ワード制御を連続的に応答性よく行なうことがで
きる。
また、本発明によれば、逐次形同定則を用いて
いるので、得られたロール偏心パラメータの推定
値の精度を同時に計算できる。このため、圧延運
転開始前のキスロール運転時に行なうオフライン
のロール偏心パラメータ計測において、所望の精
度を得るのに必要な測定値の個数を判定できる。
さらに、かかる精度の収れん性を判定することに
よつて、採用したロール偏心モデルの妥当性が評
価でき、必要に応じて偏心モデルを切り換えるこ
とができる。
〔実施例〕
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を
詳細に説明する。
第1図に示すように、本実施例では、ワークロ
ール1,2を上、下バツクアツプロール3,4で
支持した圧延機5について考察する。
上バツクアツプロール3に対しては、圧延荷重
Pを検出するためのロードセル6が設けられ、下
バツクアツプロール4に対しては、ワークロール
1,2のロールギヤツプを調節するためのロール
ギヤツプ調整手段7が設けられている。また、
上、下ワークロールおよび上、下バツクアツプロ
ール1,2,3,4の回転角θ1,θ2,θ3,θ4は、
パルスジエネレータ8,9,10,11によつて
夫々検出されるようになつている。
上記ロードセル6によつて検出される圧延荷重
Pおよび上、下ワークロールおよび上、下バツク
アツプロール1,2,3,4の回転角θ1,θ2,
θ3,θ4、さらに、ロールギヤツプ調整手段7に対
する制御出力ΔScは、コンピユータに入力され、
コンピユータは、これら入力データに基づいて以
下の処理を実行する。
<データ処理>
〔〕 信号処理ルーチン
データの読取りは、所定のサンプリングタイ
ミング(このタイミングとしては、例えば上バ
ツクアツプロール3のパルスジエネレータ10
のパルスを用いることができる。)ごとに行な
い、読取つたデータについて、例えば圧延荷重
信号Pはその直流成分を除去する等の前処理を
行なう。
いま、一般に、圧延機による圧延において、
ワークロールギヤツプがΔSだけ変化したとき
の圧延荷重の変化量ΔPは、
ΔP=−(MQ/M+Q)ΔS ……(1)
但し、M……圧延機の等価ミル定数
Q……被圧延材の塑性係数
となる。ただし、圧延運転前におけるキスロー
ル時にはQ=∞なので、MQ/(M+Q)=M
である。
ロールギヤツプ変化量ΔSは、制御によるロ
ールギヤツプ変化成分ΔScと、各圧延ロールの
偏心成分が重畳されたロール偏心成分ΔSeとの
合成量である。
ΔS=ΔSc−ΔSe ……(2)
圧延荷重の変化量ΔPは、ロードセル6の出
力から直流成分を取り除いた信号の値より求ま
り、制御によるロールギヤツプ変化成分ΔSc
は、ロールギヤツプ調整手段7に対する制御出
力から検出することができる。
したがつて、圧延荷重変化ΔPのうち、ロー
ル偏心に起因する成分ΔPeは、(1)、(2)式より以
下の通りに求めることができる。
ΔPe=−(MQ/M+Q)ΔSe
=ΔP+(MQ/M+Q)ΔSc ……(3)
以上の処理は、信号処理ルーチン〔〕におい
て行なわれる。
〔〕 偏心パラメータの推定演算
いま、簡単のため、各ロールの偏心について
高調波成分を無視し、各ロールの偏心をロール
の基本周波数θiの正弦波で近似すると、ロール
偏心によるロールギヤツプ変化ΔSeは、各ロー
ルの偏心の重ね合せとして、次式で表わすこと
ができる。
ΔSe=4
〓i=1
Ai・sin(θi+φi) ……(4)
但し、i……ロール番号
Ai……各ロールの偏心振幅
φi……各ロールの偏心位相
θi……各ロールの回転角度
上記の式(4)において、各ロールの回転角θiは、
各パルスジエネレータ8〜11の出力から既知で
あり、その他、各ロールの角速度ωiを連続的に
測定し、これを時間的に積分することによつても
求めることができる。
いま、k番目のサンプリングパルスに同期して
得られたロール偏心による荷重変化分をΔPe
(k)、各ロールの回転角をθi(k)とすると、(4)
式より、
ΔPe(k)=(MQ/M+Q)ΔSe+n(k)
=(MQ/M+Q)4
〓i=1
Ai・sin(θi(k)+φi)
+n(k)
=(MQ/M+Q)4
〓i=1
〔Ai・cosφi・sinθi(k)
+Ai・sinθφi・cosi(k)〕
+n(k) ……(6)
と展開される。ここで、n(k)はΔPe(k)を測
定する際の観測雑音(測定誤差)である。
いま、既知の量である各ロールの回転角θi(k)
の正弦および余弦をベクトル成分とするベクトル
a→(k)と、未知量である偏心パラメータAi,
φiの関数であらわされる成分を有するベクトルx→
(以下では、偏心ベクトルという)とを以下の如
く定義する。
上記(7)、(8)式で夫々定義されるベクトルを用い
ると、(6)式は以下の如くに表わされる。
ΔPe(k)=a→T(k)・x→+n(k) ……(9)
この式(9)は、既知のベクトルa→と未知の偏心ベ
クトルx→との内積でロール偏心による圧延荷重成
分ΔPe(k)が表わされること、換言すれば、偏
心ベクトルx→の成分xiの線形関数で表わされるこ
とを意味する。
したがつて、上記(9)式における偏心ベクトルx→
の推定には逐次形同定則を適用することができ
る。
いま、k番目のサンプリングパルスと同期した
測定結果に基づく偏心ベクトルx→の推定値x→
(k)は、逐次形同定則にしたがえば、以下の式
によつて求めることができる。
但し、ベクトルg(k)は、ゲインベクトルと
呼ばれ、
で与えられる。
また、B(k)は推定精度を表わす共分散行列
であり、次式で与えられる。
なお、x→(0)は推定値の初期値として、また
共分散行列B(0)は推定値の共分散行列の初期
値として、夫々適当に与えることができる。
また、パラメータλ0,λ1,λ2は推定機能を調節
するためのパラメータであり、〔λ0=λ1=λ2=1〕
とすれば、逐次形最小2乗法による推定となり、
〔λ1=1、λ0=1/λ2=σe2(σe2は観測雑音n(
k)
のパワー)〕とすれば、カルマン・フイルタによ
る推定となる。
また〔λ2=1、λ0=λ1=γ(0.995<γ<1)〕
と設定すれば、重み付き最小2乗法による推定と
なり、ロールの熱膨張等による偏心状態の変化に
対する追従速度を早めることができる。
上記の演算により、偏心ベクトルx→の各成分xi
の推定値が求まると、各ロールの偏心振幅Ai、
偏心位相φiは夫々以下の如く求めることができ
る。
Ai=√2 2i-1+2 2i ……(13)
φi=tan-1(x2i/x2i-1) ……(14)
以上のようにして、偏心パラメータが各ロー
ルごとに推定されることになる。かかる推定演
算は、偏心パラメータの推定演算ルーチン
〔〕において行なわれる。
〔〕 推定精度・モデル判別
この判別は、上記共分散行列B(k)の性質
を利用して、推定の精度や推定に用いたモデル
の妥当性を判定する。
上記共分散行列B(k)の対角成分の和trB
(k)は、次の関係を満足することが知られて
いる。
trB(k)∝E〔‖x→(k)−x→(k)‖2〕
……(15)
但し、E(f)は、fの期待値を表わす。
つまり、trB(k)は、偏心ベクトルx→の推
定値x→(k)の精度(分散)に対応し、これに
よつて現在の推定精度を確認することができ
る。
また、一般に、圧延荷重のサンプル数(k)
が増加すると、trB(k)は小さくなるので、
このtrB(k)に対して予め許容誤差を適当に
設定しておけば、許容誤差以下になるサンプル
数が判定でき、例えばキスロール状態で行なう
オフライン時の偏心パラメータ推定では、許容
誤差以下となるサンプル数に達した時点でサン
プリングを終了するようにすれば、オフライン
での計測が短時間で無駄なく行なえる。
一方、上記共分散行列B(k)の対角成分和
trB(k)が許容誤差以下に収れんしない場合
がありうる。これは、例えば、ロール中に全く
同一の半径を有するロールが2個以上あるよう
な場合に生じうる。つまり、この場合には、こ
れら同一径のロールから生ずる偏心は全く同じ
周波数を持つているので圧延荷重信号からこれ
らの偏心パラメータを分離して計測することが
不可能となる。
実際に、trB(k)が小さい値に収れんしな
い場合には、キスロール状態での推定の時点に
おいて、同一径のロールの偏心を合成した1つ
のロール偏心で近似する縮小モデルに変更す
る。
上記の判定処理は、実際には材料の圧延を開
始する前に以下の順序で行なう。
まず、ステツプ()−1では、サンプリン
グ回数kが予め設定した回数Kに達したとき
に、trB(K)を予め設定したモデル判定用し
きい値ε1と比較し、trB(K)>ε1のときは、収
れん性がないものとして、合成モデル(以下に
詳述する)に切り替える。
trB(K)≦ε1のときは、最初に設定した初期
モデルのままに推定を続行する。
また、ステツプ()−2では、推定演算ご
とに、trB(k)を予め設定した精度判定用の
しきい値ε2(ε2<ε1)と比較し、しきい値ε2に
達していない場合には〔〕、〔〕と同様の処
理による推定演算を続行し、順次に推定値を更
新する。
しきい値ε2以下にtrB(k)が低下したとき
は、推定値の精度が十分であると判定して、キ
スロール状態でのオフライン推定演算を終了す
る。
〔〕 合成モデルによる偏心パラメータ演算
例えば、ワークロール1,2のロール径が全
く同一の場合には、これら2つのワークロール
の偏心を合成して1つのロールの偏心に置換す
る。
つまり、2つのロールの偏心量の和を1つの
偏心量A12 sin(θ1+φ12)で置換したうえで、
上記と同様にして合成偏心パラメータを演算す
る。
〔〕 偏心パラメータの確定
圧延運転開始前に、上記〔〕〜〔〕の処
理によつて求められたオフライン推定値は、こ
れを各ロールの偏心パラメータとしてコンピユ
ータの所定アドレスにメモリされる。
<オンライン偏心制御>
次に、オンライン偏心制御方式の一例を説明す
る。
ロール偏心状態が圧延中において不変であれ
ば、オフラインで求めておいた偏心のパラメータ
を用いたフイードフオワードによつて、ロール偏
心を補償するようなロール開度制御を行なえばよ
いが、現実には、ロールの熱膨張等によつてロー
ル偏心は変化するので、オンラインでの修正が必
要となる。
本推定方法を用いたオンライン制御には、始め
に述べたように、速応性と多周波成分への拡張性
という特徴があるが、ここでは従来一般に行われ
ている制御方式に準じた制御方法について説明す
る。
オフラインで推定されメモリされているロール
偏心の振幅および位相の推定値をA^1off〜A^4off、
φ^1off〜φ^4offとすると、それから推定される各時
点kでのロール偏心によるロール間隙変動は、
ΔSe→off(k)=4
〓i=1
Ai→off
sin(θi(k)+φ^ioff) ……(16)
と推定できる。
一方、オンラインでの推定は、ロール偏心のモ
デルとしては、例えば基準バツクアツプロール3
の周波数の正弦波より成るモデルとし、Asとφs
のみを推定すればよいような形の簡略モデルを用
いる。パラメータの推定は、基準ロール1回転分
のデータを用いて第1図中の,の処理と同様
になされる。得られた推定値は、次の1回転の間
のロール偏心量のフイードフオワード制御に用い
られる。つまり、得られた推定値をA^on、φ^onと
すると、次の1回転の間の時点kにおける、ロー
ル偏心によるロール間隙変動の推定値ΔSe→on
(k)は、
ΔSe→on(k)=A^on・sin(θ(k)+φ^on)
……(17)
となる。
前に述べたように、ロール偏心状態の経時変化
に対処するためには、オンライン方式は必要不可
欠なものである。しかし、オンライン方式として
上記で述べた簡略モデルによるものを用いようと
すると、各ロールの周波数成分の重ね合せにより
生ずるビート現象を表現するためにオフラインで
求めた厳密なモデルによる推定の結果を用いて補
なう必要がある。そのため、制御には一般に、両
者から得られる偏心量の推定値を加重平均した
ΔSe→(k)=α・ΔSe→off(k)
+(1−α)・ΔSe→on(k) ……(18)
但し、0≦α≦1
が用いられる。
ΔSe→(k)を打ち消すために、時点kでのロ
ール開度ΔSe(k)が
ΔSc(k)=ΔSe→(k) ……(19)
となるようにフイードフオワード制御を行なう。
<実施結果>
次に、本発明方法にしたがつた実施結果につい
て説明する。
この実験に用いた各ロールの偏心振幅Ai、偏
心位相φiおよびロール半径Riは表に示す通りで
あり、圧延速度は300(m/分)であつた。上バツ
クアツプロール1回転ごとにパルスジエネレータ
10からは、90個のパルスが発せられ、このパル
スをサンプリングタイミングとして約10msecご
とに圧延荷重の測定を行なつた。なお、観測雑音
のパワーは2(ton2)と仮定した。
第2図には、偏心による圧延荷重変化ΔPeの状
態を示す。
この圧延荷重変化ΔPeをもとに、λ0=2、λ1=
1、λ2=0.5としたカルマンフイルタによつて偏
心パラメータの逐次推定を行なつた。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for measuring the eccentricity of a rolling roll. [Prior Art] Generally, in sheet thickness control during rolling, the rolling load and the gap between work rolls (work roll gap) are controlled in a correlated manner. In the case of plate thickness fluctuations caused by so-called skid marks, automatic gauge control (AGC) operates to narrow the work roll gap when the monitored rolling load increases. By the way, plate thickness control using automatic gauge control cannot fully meet the strict accuracy requirements of users, so various other factors that contribute to plate thickness accuracy have been studied, and eccentricity of the rolling roll has been considered as an important factor. It has been pointed out. Such eccentricity of the rolling roll is caused by thermal deformation during rolling,
This is caused by uneven wear or deviation from the perfect circle during regrinding of the work roll. In response to an increase in rolling load caused by roll eccentricity, it is necessary to control the work roll gap to widen it, and control characteristics that are opposite to those caused by plate thickness fluctuations due to skid marks, etc., are required. Ru. in this case,
Variations in rolling load caused by eccentricity of rolling rolls are superimposed on rolling loads caused by variations in plate thickness due to skid marks, etc., and are detected as superimposed rolling loads. When the gauge control is performed, the variation due to the eccentricity of the rolling rolls is added in the opposite direction with respect to the control of the work roll gap, which significantly reduces the accuracy of the control. For this reason, several methods have been proposed for measuring or estimating eccentricity parameters (eccentricity amplitude, eccentricity phase) of rolling rolls. The typical method is that rolling load fluctuations due to eccentricity of the rolling rolls appear at relatively short cycles (relatively high frequency) synchronized with the rotation of the rolling rolls, whereas fluctuations in plate thickness due to skid marks, etc. Since rolling load fluctuations appear in a relatively long cycle (relatively low frequency), the rolling load fluctuations detected by superimposing these are sampled over a rotation range of one or more rotations of the rolling roll.
This is a method of subjecting these sampled values to frequency analysis (Fourier analysis) to separate and extract rolling load fluctuations resulting from eccentricity of individual rolling rolls obtained as high frequency components. However, the above-mentioned Fourier analysis method requires a huge amount of calculations and a long calculation time, and it is practically impossible to execute the above-mentioned method during online control of plate thickness. In order to improve this problem, the Special Publication No. 56-22281
The publication focuses on the eccentricity of the upper and lower back-up rolls, and performs the first Fourier analysis and the second Fourier analysis with the upper and lower back-up rolls out of phase. A method has been proposed in which the amplitudes of the upper and lower back-up rolls are separated and extracted from the relative amplitudes obtained by the first and second Fourier analysis. However, this method does not solve any of the essential problems of the Fourier analysis method.
Since only the eccentricity of the upper and lower back-up rolls can be estimated, and the phases of the upper and lower back-up rolls need to be changed during the measurement, this method can only be performed offline, and is also inefficient. On the other hand, Japanese Patent Publication No. 56-43803 discloses a signal obtained by detecting a rolling load or a work roll gap, and delaying this detection output by a delay time τ, a roll rotation fundamental wave signal, its high frequency signal, and a signal of the upper and lower rolls. An eccentricity measurement method has been proposed in which the correlation with the beat wave signal determined from the sum of the rotational fundamental wave signals is determined for each signal by varying the delay time τ, and the amount of roll eccentricity and the eccentricity phase are determined from the correlation results. ing. This method has the advantage of being able to detect the eccentricity of the rolling roll without using Fourier analysis, but only takes into account the fundamental frequency of the reference back-up roll, its harmonics, and the beats of the upper and lower back-up rolls. Therefore, the model is simplified and the obtained eccentricity etc. may not necessarily represent the actual value, so it is difficult to expect high accuracy. Furthermore, since the above two methods perform calculations based on multi-point data obtained, for example, during one rotation of the back-up roll, the time interval between one control operation and the next control operation becomes long. The basic drawback is that continuous control cannot be performed. [Object of the Invention] The object of the present invention is to develop an eccentric state of a rolling roll that allows accurate calculation of the eccentric amplitude and eccentric phase of each rolling roll for each measurement of rolling load or work roll gap. The objective is to provide a measurement method. [Structure of the Invention] The basic feature of the present invention is to calculate the vector quantity, which can be called an eccentricity vector, with respect to all the rolls constituting a rolling mill, assuming that each roll has its own eccentricity amplitude and eccentricity phase. introduced,
Focusing on the fact that the rolling load fluctuation or work roll gap fluctuation that appears as a synergistic result of the eccentricity of all the rolling rolls can be linearly expanded by each component of the above vector, this vector quantity can be calculated based on the sequential form identification rule. The reason is that estimation is performed sequentially each time measurement data is obtained. Once each component of the vector is obtained, the eccentricity amplitude and eccentricity phase of each rolling roll can be determined by simple calculations. [Effects of the Invention] According to the present invention, the eccentricity parameters (eccentricity amplitude, eccentricity phase) of the rolling roll can be obtained for each measurement, so during online control, feedforward control can be performed continuously and with good responsiveness. can be done. Further, according to the present invention, since the sequential identification rule is used, the accuracy of the obtained estimated value of the roll eccentricity parameter can be calculated at the same time. Therefore, it is possible to determine the number of measured values required to obtain desired accuracy in off-line roll eccentricity parameter measurement performed during kiss roll operation before the start of rolling operation.
Furthermore, by determining the convergence of such accuracy, the validity of the adopted roll eccentricity model can be evaluated, and the eccentricity model can be switched as necessary. [Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As shown in FIG. 1, in this embodiment, a rolling mill 5 in which work rolls 1 and 2 are supported by upper and lower back up rolls 3 and 4 will be considered. A load cell 6 for detecting the rolling load P is provided for the upper back up roll 3, and a roll gap adjustment means 7 for adjusting the roll gap of the work rolls 1 and 2 is provided for the lower back up roll 4. is provided. Also,
The rotation angles θ 1 , θ 2 , θ 3 , θ 4 of the upper and lower work rolls and the upper and lower back up rolls 1, 2 , 3 , and 4 are as follows:
The signals are detected by pulse generators 8, 9, 10, and 11, respectively. The rolling load P detected by the load cell 6 and the rotation angles θ 1 , θ 2 of the upper and lower work rolls and the upper and lower back up rolls 1 , 2, 3, 4 ,
θ 3 , θ 4 , and the control output ΔSc for the roll gap adjustment means 7 are input to the computer,
The computer performs the following processing based on these input data. <Data processing> [] Signal processing routine Data is read at a predetermined sampling timing (for example, the pulse generator 10 of the upper backup roll 3
pulses can be used. ), and the read data is subjected to preprocessing such as removing the DC component of the rolling load signal P, for example. Now, generally speaking, in rolling using a rolling mill,
The amount of change ΔP in rolling load when the work roll gap changes by ΔS is: ΔP=-(MQ/M+Q)ΔS...(1) However, M...Equivalent mill constant of the rolling mill Q...Rolled material This is the plasticity coefficient of the material. However, since Q=∞ during kiss rolling before rolling operation, MQ/(M+Q)=M
It is. The roll gap change amount ΔS is a composite amount of the roll gap change component ΔSc due to control and the roll eccentric component ΔSe, which is a superposition of the eccentric components of each rolling roll. ΔS = ΔSc − ΔSe ...(2) The amount of change in rolling load ΔP is determined from the value of the signal obtained by removing the DC component from the output of the load cell 6, and the roll gap change component due to control ΔSc
can be detected from the control output to the roll gap adjustment means 7. Therefore, of the rolling load change ΔP, the component ΔPe due to roll eccentricity can be determined from equations (1) and (2) as follows. ΔPe=-(MQ/M+Q) ΔSe = ΔP+(MQ/M+Q) ΔSc (3) The above processing is performed in the signal processing routine []. [] Estimation calculation of eccentricity parameter For simplicity, if we ignore the harmonic components of each roll's eccentricity and approximate each roll's eccentricity with a sine wave of the roll's fundamental frequency θi, the roll gap change ΔSe due to roll eccentricity is The eccentricity of each roll can be expressed by the following equation. ΔSe= 4 〓 i=1 Ai・sin(θi+φi)...(4) However, i...Roll number Ai...Eccentricity amplitude of each roll φi...Eccentricity phase of each roll θi...Rotation angle of each roll Above In equation (4), the rotation angle θi of each roll is
It is known from the output of each pulse generator 8 to 11, and can also be determined by continuously measuring the angular velocity ωi of each roll and integrating it over time. Now, the load change due to roll eccentricity obtained in synchronization with the k-th sampling pulse is ΔPe
(k), and the rotation angle of each roll is θi(k), (4)
From the formula, ΔPe(k) = (MQ/M+Q) ΔSe+n(k) = (MQ/M+Q) 4 〓 i=1 Ai・sin(θi(k)+φi) +n(k) = (MQ/M+Q) 4 〓 i=1 [Ai・cosφi・sinθi(k) +Ai・sinθφi・cosi(k)] +n(k) ...(6) Here, n(k) is observation noise (measurement error) when measuring ΔPe(k). Now, the rotation angle θi(k) of each roll is a known quantity.
vector a→(k) whose vector components are the sine and cosine of
A vector x whose component is represented by a function of φi→
(hereinafter referred to as eccentric vector) is defined as follows. Using the vectors defined in equations (7) and (8) above, equation (6) can be expressed as follows. ΔPe(k)=a→ T (k)・x→+n(k) ...(9) This equation (9) is the inner product of the known vector a→ and the unknown eccentricity vector x→, and the rolling due to roll eccentricity is This means that the load component ΔPe(k) is expressed, in other words, it is expressed as a linear function of the component xi of the eccentric vector x→. Therefore, the eccentricity vector x in equation (9) above →
A sequential identification rule can be applied to estimate . Now, the estimated value x→ of the eccentricity vector x→ based on the measurement results synchronized with the k-th sampling pulse
(k) can be determined by the following equation according to the sequential form identification rule. However, the vector g(k) is called the gain vector, is given by Further, B(k) is a covariance matrix representing estimation accuracy, and is given by the following equation. Note that x→(0) can be appropriately given as the initial value of the estimated value, and the covariance matrix B(0) can be appropriately given as the initial value of the covariance matrix of the estimated value. Furthermore, the parameters λ 0 , λ 1 , and λ 2 are parameters for adjusting the estimation function, [λ 0 =λ 1 =λ 2 =1]
Then, the estimation is by the sequential least squares method,
[λ 1 = 1, λ 0 = 1/λ 2 = σe 2 (σe 2 is the observation noise n(
k)
power)], then it is estimated by Kalman filter. Also [λ 2 = 1, λ 0 = λ 1 = γ (0.995<γ<1)]
If set as , the estimation is performed using the weighted least squares method, and it is possible to speed up the tracking speed for changes in the eccentric state due to thermal expansion of the roll or the like. By the above calculation, each component xi of the eccentric vector x→
Once the estimated value of is obtained, the eccentricity amplitude Ai of each roll,
The eccentric phase φi can be determined as follows. Ai = √ 2 2i-1 + 2 2i ... (13) φi = tan -1 (x 2i / x 2i-1 ) ... (14) In the above manner, the eccentricity parameter is estimated for each roll. It turns out. Such estimation calculation is performed in the eccentricity parameter estimation calculation routine []. [] Estimation accuracy/model discrimination This discrimination utilizes the properties of the above covariance matrix B(k) to determine the accuracy of estimation and the validity of the model used for estimation. The sum trB of the diagonal components of the above covariance matrix B(k)
It is known that (k) satisfies the following relationship. trB(k)∝E [‖x→(k)−x→(k) ‖2 ]
...(15) However, E(f) represents the expected value of f. In other words, trB(k) corresponds to the accuracy (dispersion) of the estimated value x→(k) of the eccentric vector x→, and thereby the current estimation accuracy can be confirmed. In addition, in general, the number of samples of rolling load (k)
As trB(k) increases, trB(k) decreases, so
By setting an appropriate tolerance for this trB(k) in advance, it is possible to determine the number of samples that will fall below the tolerance.For example, in offline eccentricity parameter estimation performed in a kiss-roll state, samples that fall below the tolerance can be determined. By terminating sampling when the number of samples is reached, offline measurements can be performed in a short time and without waste. On the other hand, the sum of diagonal components of the above covariance matrix B(k)
There may be cases where trB(k) does not converge below the tolerance. This can occur, for example, if there are two or more rolls with exactly the same radius. That is, in this case, since the eccentricity caused by these rolls having the same diameter has exactly the same frequency, it is impossible to separate and measure these eccentricity parameters from the rolling load signal. In fact, if trB(k) does not converge to a small value, at the time of estimation in the kiss-roll state, the model is changed to a reduced model that approximates one roll eccentricity by combining the eccentricities of rolls with the same diameter. The above determination process is actually performed in the following order before starting rolling of the material. First, in step ()-1, when the sampling number k reaches a preset number K, trB(K) is compared with a preset model judgment threshold ε 1 , and trB(K)>ε When it is 1 , it is assumed that there is no convergence and the model is switched to a synthetic model (described in detail below). When trB(K)≦ε 1 , estimation is continued using the initially set initial model. In addition, in step ()-2, for each estimation calculation, trB(k) is compared with a preset threshold value ε 2 (ε 2 < ε 1 ) for determining accuracy, and it is determined whether the threshold value ε 2 has been reached. If not, the estimation calculation is continued using the same process as in [] and [], and the estimated values are sequentially updated. When trB(k) falls below the threshold value ε 2 , it is determined that the accuracy of the estimated value is sufficient, and the off-line estimation calculation in the kiss-roll state is terminated. [] Eccentricity parameter calculation using a composite model For example, if the roll diameters of work rolls 1 and 2 are exactly the same, the eccentricity of these two work rolls is combined and replaced with the eccentricity of one roll. In other words, after replacing the sum of the eccentricities of the two rolls with one eccentricity A 12 sin (θ 1 +φ 12 ),
The composite eccentricity parameter is calculated in the same manner as above. [] Determination of eccentricity parameters Before the start of rolling operation, the off-line estimated values obtained by the above processes [] to [] are stored in a predetermined address of the computer as eccentricity parameters of each roll. <Online Eccentricity Control> Next, an example of an online eccentricity control method will be described. If the roll eccentricity state does not change during rolling, the roll opening degree can be controlled to compensate for the roll eccentricity by feed forward using eccentricity parameters determined off-line. In this case, roll eccentricity changes due to thermal expansion of the roll, etc., so online correction is required. As mentioned at the beginning, online control using this estimation method has the characteristics of rapid response and scalability to multi-frequency components, but here we will discuss a control method based on the conventional control method. explain. A^ 1 off ~ A^ 4 off, with estimates of the amplitude and phase of the roll eccentricity estimated and memorized offline.
Assuming that φ^ 1 off ~ φ^ 4 off, the roll gap variation due to roll eccentricity at each time point k estimated from this is ΔSe → off (k) = 4 〓 i=1 Ai → off sin (θi (k) +φ^ioff) ...(16) It can be estimated. On the other hand, online estimation is performed using, for example, the standard back-up roll 3 as a model for roll eccentricity.
The model consists of a sine wave with a frequency of , and As and φs
We use a simplified model that only requires estimating Parameter estimation is performed in the same way as in the process of , in FIG. 1 using data for one rotation of the reference roll. The obtained estimated value is used for feedforward control of the amount of roll eccentricity during the next revolution. In other words, if the obtained estimated values are A^on and φ^on, then the estimated value of roll gap fluctuation due to roll eccentricity at time k during the next rotation is ΔSe→on
(k) is ΔSe→on(k)=A^on・sin(θ(k)+φ^on)
...(17) becomes. As mentioned earlier, an online method is essential to deal with changes in roll eccentricity over time. However, when trying to use the above-mentioned simplified model as an online method, it is necessary to use the estimation results from a strict model obtained offline to express the beat phenomenon caused by the superposition of the frequency components of each roll. I need to make up for it. Therefore, in general, control is performed using the weighted average of the estimated values of eccentricity obtained from both, ΔSe→(k)=α・ΔSe→off(k) +(1−α)・ΔSe→on(k)...( 18) However, 0≦α≦1 is used. In order to cancel ΔSe→(k), feedforward control is performed so that the roll opening degree ΔSe(k) at time k becomes ΔSc(k)=ΔSe→(k) (19). <Results of implementation> Next, results of implementation according to the method of the present invention will be described. The eccentric amplitude Ai, eccentric phase φi, and roll radius Ri of each roll used in this experiment were as shown in the table, and the rolling speed was 300 (m/min). Ninety pulses were emitted from the pulse generator 10 for each rotation of the upper back-up roll, and the rolling load was measured approximately every 10 msec using these pulses as sampling timing. Note that the power of observation noise was assumed to be 2 (ton 2 ). FIG. 2 shows the rolling load change ΔPe due to eccentricity. Based on this rolling load change ΔPe, λ 0 = 2, λ 1 =
1. Eccentricity parameters were successively estimated using a Kalman filter with λ 2 =0.5.
【表】
第3図には推定演算によつて求められた各ロー
ルの偏心振幅を、また第4図には各ロールの偏心
位相を夫々示す。
上記表と比較すれば明らかなように、推定値は
真の値にごく短期間で収れんすることが分る。
また、第5図からは、推定精度に関係するtrB
(k)も早期に10-5以下の値に達することが分る。
さらに、第6図、第7図には、(18)式におい
て、α=0(つまり、簡略モデルのみによる場合)
と、α=1(厳密モデルによるオフライン推定の
みによる場合)の圧延荷重変動ΔPeを示す。
簡略モデルでは、第6図に示すように、ロール
偏心の影響が十分除去されていないのに対し、第
7図の場合には、ロール偏心の経時変化が無い状
態での実施例なので、ロール偏心の影響がほぼ除
去されている。
以上実施例では、簡単のためにロール偏心の高
調波成分を無視したが、本発明にかかる推定原理
から明らかなように、この種の高調波成分を容易
に推定演算に組み入れることができる。
また、上記の実施例では、4段の圧延機につい
て説明したが、段数に制限されることはなく、よ
り多段の圧延機における各ロールの偏心パラメー
タを求めることができることはいうまでもない。
さらに、ロール偏心に対するオンライン制御に
関しては、前記簡略モデルに限定されるものでは
なく、オンラインで厳密モデルを用いて本発明方
法にかかる偏心パラメータの推定演算を行なつ
て、求められた偏心パラメータに基づいて偏心制
御を実行しうることはいうまでもない。[Table] FIG. 3 shows the eccentricity amplitude of each roll obtained by estimation calculation, and FIG. 4 shows the eccentricity phase of each roll. As is clear from a comparison with the table above, it can be seen that the estimated values converge to the true values in a very short period of time. Also, from Figure 5, trB, which is related to estimation accuracy,
It can be seen that (k) also quickly reaches a value of 10 -5 or less. Furthermore, in Figures 6 and 7, in equation (18), α = 0 (that is, when only the simplified model is used)
and the rolling load fluctuation ΔPe when α=1 (based only on off-line estimation using a strict model). In the simplified model, as shown in Fig. 6, the influence of roll eccentricity is not sufficiently removed, whereas in the case of Fig. 7, the roll eccentricity is The influence of has been almost eliminated. In the above embodiments, harmonic components of roll eccentricity have been ignored for the sake of simplicity, but as is clear from the estimation principle according to the present invention, this type of harmonic components can be easily incorporated into the estimation calculation. Further, in the above embodiment, a four-high rolling mill has been described, but the number of stages is not limited, and it goes without saying that the eccentricity parameter of each roll in a multi-high rolling mill can be determined. Furthermore, online control of roll eccentricity is not limited to the above-mentioned simplified model, but can be performed online using a strict model to perform calculations for estimating eccentricity parameters according to the method of the present invention, and based on the obtained eccentricity parameters. Needless to say, eccentricity control can be performed by
第1図は本発明にかかるロール偏心状態計測シ
ステムを示す構成図、第2図〜第7図は各々本発
明にかかる推定方法にしたがつた計算結果を示す
グラフで、第2図はロール偏心に起因する圧延荷
重変動分ΔPeを示し、第3図、第4図は夫々推定
方法によつて得られるロール偏心振幅および偏心
位相の収れん状態を示し、第5図は推定精度を表
わすtrBの変化を示し、第6図、第7図は夫々ロ
ール偏心制御を、簡略モデルのみを用いて行なつ
た場合と、厳密モデルのオフライン推定値のみを
用いて行なつた場合を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing a roll eccentricity measuring system according to the present invention, FIGS. 2 to 7 are graphs showing calculation results according to the estimation method according to the present invention, and FIG. Fig. 3 and Fig. 4 show the convergence state of the roll eccentricity amplitude and eccentricity phase obtained by the estimation method, respectively, and Fig. 5 shows the change in trB representing the estimation accuracy. 6 and 7 respectively show the case where the roll eccentricity control is performed using only the simplified model and the case where it is performed using only the off-line estimated value of the exact model.
Claims (1)
分を検出し、該変動分を、各圧延ロールの偏心振
幅および偏心位相で表わされるベクトル成分で線
形に展開し、これらベクトル成分を所定のタイミ
ングごとに逐次形同定則を用いて逐次推定して各
圧延ロールの偏心振幅および偏心位相を演算する
ようにしたことを特徴とする圧延ロールの偏心状
態計測方法。1. Detect variations in rolling load due to eccentricity of rolling rolls, linearly expand the variations into vector components represented by eccentric amplitude and eccentric phase of each rolling roll, and calculate these vector components at predetermined timings. A method for measuring the eccentricity state of a rolling roll, characterized in that the eccentricity amplitude and eccentricity phase of each rolling roll are calculated by sequentially estimating the eccentricity amplitude and eccentricity phase of each rolling roll using a sequential form identification rule.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220127A JPS6199512A (en) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | Method for measuring eccentric condition of rolling roll |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220127A JPS6199512A (en) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | Method for measuring eccentric condition of rolling roll |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6199512A JPS6199512A (en) | 1986-05-17 |
| JPS649087B2 true JPS649087B2 (en) | 1989-02-16 |
Family
ID=16746329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59220127A Granted JPS6199512A (en) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | Method for measuring eccentric condition of rolling roll |
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Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US20240299997A1 (en) * | 2023-03-10 | 2024-09-12 | Honeywell International Inc. | Dynamic Roll Eccentricity Identification Using Extended Kalman Filter State Estimation and Control Upgrade for Cold Rolling Mills |
-
1984
- 1984-10-18 JP JP59220127A patent/JPS6199512A/en active Granted
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