JPH0794045B2 - Dimension control method in wire rod and bar rolling - Google Patents
Dimension control method in wire rod and bar rollingInfo
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- JPH0794045B2 JPH0794045B2 JP61015207A JP1520786A JPH0794045B2 JP H0794045 B2 JPH0794045 B2 JP H0794045B2 JP 61015207 A JP61015207 A JP 61015207A JP 1520786 A JP1520786 A JP 1520786A JP H0794045 B2 JPH0794045 B2 JP H0794045B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
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- B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
- B21B37/165—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions responsive mainly to the measured thickness of the product
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- B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
- B21B1/16—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
- B21B1/18—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section in a continuous process
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Metal Rolling (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、線材・棒鋼の連続圧延における寸法制御方法
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a dimensional control method in continuous rolling of wire rods and bars.
従来、線材・棒鋼の連続圧延における寸法制御方法に関
しては、以下の先行技術がある。Conventionally, there are the following prior arts regarding a dimension control method in continuous rolling of a wire rod and a steel bar.
第1の例として、たとえば「塑性と加工」vol.20,No.22
4(1979.9)に開示されているように、棒鋼圧延機にお
ける材料の張力を直接検出し、この検出値の目標値から
の偏差を求め、連続圧延機列における圧延機相互間の材
料張力への影響を考慮して、圧延ロール回転数を操作量
とする材料張力の比例・積分制御を行なう技術がある。As a first example, for example, “Plasticity and Machining” vol.20, No.22
4 (1979.9), the tension of the material in the steel bar rolling mill is directly detected, and the deviation of this detected value from the target value is calculated to determine the material tension between rolling mills in the continuous rolling mill train. In consideration of the influence, there is a technology for performing proportional / integral control of material tension with the operation number of the rolling roll.
第2の例として、たとえば特開昭54−128469号公報に開
示されているように、圧延ロールの圧下量の製品幅寸法
に対する影響係数を用いて、線材の仕上圧延用のコモン
ドライブ・ブロックミルの最終スタンドにおける圧延ロ
ールの圧下量を操作量として製品の天地寸法を、最始ス
タンドにおける圧延ロールの圧下量を操作量として製品
の幅寸法を、製品断面寸法の実測値の目標値からの偏差
によって比例制御する技術がある。As a second example, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-128469, a common drive block mill for finish rolling of wire rods is used by using the coefficient of influence of the reduction amount of a rolling roll on the product width dimension. Deviation from the target value of the measured value of the cross-sectional dimension of the product, which is the vertical dimension of the product with the rolling amount of the rolling roll in the final stand as the operating amount, and the product width dimension with the rolling amount of the rolling roll in the first stand as the operating amount. There is a technology for proportional control.
第3の例として、たとえば特開昭57−88908号公報に開
示されているように、線材の仕上圧延用のコモンドライ
ブ・ブロックミルにおけるNo.1スタンドとNo.2スタンド
〜No.nスタンド間での材料の相対速度を変化させること
によって、No.1〜No.2スタンド間における材料張力を変
化させる操作により、No.2〜No.nスタンドの何れかのス
タンド出側における材料幅の実測値の目標値からの偏差
に応じて製品幅を制御する技術がある。As a third example, as disclosed in, for example, JP-A-57-88908, between No. 1 stand and No. 2 stand-No. N stand in a common drive block mill for finish rolling of wire rods. By changing the relative speed of the material at No.1 to No.2 stand, the material width is measured at the stand exit side of any of No.2 to No.n stands. There is a technique for controlling the product width according to the deviation of the value from the target value.
第4の例として、発明者等が特願昭59−218111号(特公
平2−59002号)にて提案した、圧延における材料の変
形、圧延負荷、材料温度からなる圧延の状態方程式を用
いて、圧延ロール回転数と圧延ロール間隙を操作量とし
て、圧延機列の最終スタンド出側における圧延材の断面
高さおよび幅を、最適レギュレータ論理に基づいて状態
ベクトルのフィードバックによる制御を行なう技術があ
る。As a fourth example, using the rolling equation of state consisting of material deformation in rolling, rolling load, and material temperature proposed by the inventors in Japanese Patent Application No. 59-218111 (Japanese Patent Publication No. 2-59002). There is a technology that controls the cross-sectional height and width of the rolled material on the exit side of the last stand of the rolling mill train by the feedback of the state vector based on the optimal regulator logic, using the rolling roll speed and the rolling roll gap as the manipulated variables. .
しかしながら、これら先行技術には以下に述べる問題が
あった。However, these prior arts have the following problems.
第1の例に挙げた技術では、制御におけるゲインの決定
は試行錯誤によってなされており、その最適化には限度
がある。In the technique described in the first example, the determination of the gain in control is made by trial and error, and its optimization is limited.
第2の例に挙げた技術では、圧延ロールの圧下量の製品
幅寸法に対する影響係数を比例ゲインとして用いている
けれども、制御性能は不明である。In the technique described in the second example, the influence coefficient of the reduction amount of the rolling roll on the product width dimension is used as the proportional gain, but the control performance is unknown.
第3の例に挙げた技術では、具体的なゲインの決定方法
が特開昭57−88908号公報に示されておらず、制御性能
は不明である。In the technique described in the third example, the specific gain determination method is not disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-88908, and the control performance is unknown.
第4の例に挙げた技術は、圧延機列の最終スタンド出側
に設けられた寸法計による圧延材の断面寸法の実測値に
基づいて状態ベクトルをフィードバックする制御であ
り、最終スタンドから寸法計までの距離に起因する無駄
時間だけ制御動作が遅れる。The technology described in the fourth example is a control for feeding back a state vector based on an actual measurement value of the cross-sectional dimension of the rolled material by a dimension gauge provided on the final stand exit side of the rolling mill train. The control operation is delayed by the dead time due to the distance to.
本発明は、線材・棒鋼の連続圧延において、圧延機列の
最終スタンド出側における圧延材断面の高さ寸法および
幅寸法を制御するに際し、整定時間が短かく、オフセッ
トが零の制御性能良好な多変数制御を行なう線材・棒鋼
圧延における寸法制御方法を提供することを目的とす
る。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention, in continuous rolling of wire rod and bar steel, has a short settling time and good control performance with zero offset when controlling the height dimension and width dimension of the rolled material cross section on the final stand exit side of the rolling mill train. It is an object of the present invention to provide a dimension control method in wire rod / bar steel rolling that performs multivariable control.
本発明の特徴とする処は、圧延機列による線材・棒鋼の
連続圧延において、圧延機列を構成する各スタンドにお
ける、圧延ロール対間隙の偏差をΔSi *、 ΔSi *=(Si−So,i)/ho,i i=1,2,……,n ここで、Si:i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙
の実測値 So,i:i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙の基
準値 ho,i:i番目のスタンド出側における圧延材断面の高さ
寸法基準値 圧延材の前方張力の偏差をΔtfj *、 Δtfj *=(tfj−tfo,j)/kfmo,j j=1,2,……,n−1 ここで、tfj:j番目のスタンド出側における圧延材の前
方張力の実測値 tfo,j:j番目のスタンド出側における圧延材の前方張力
の基準(目標)値 kfmo,j:j番目のスタンドにおける圧延材の変形抵抗の
基準値 圧延ロールの回転数の偏差をΔNj *、その時間微分量を
Δj *、 ΔNj *=(Nj/No,j)−1 j=1,2,……,n−1 ここで、Nj:j番目のスタンドにおける圧延ロール回転数
の実測値 No,j:j番目のスタンドにおける圧延ロール回転数の基
準値 圧延荷重の偏差をΔPi *、 ΔPi *=(Pi/Po,i)−1 i=1,2,……,n ここで、Pi:i番目のスタンドにおける圧延荷重の実測値 Po,i:i番目のスタンドにおける圧延荷重の基準(目
標)値 各スタンド出側における圧延材断面高さ寸法の偏差をΔ
hi *、 Δhi *=(hi/ho,i)−1 i=1,2,……,n ここで、hi:i番目のスタンド出側における圧延材断面高
さ寸法の実測値、ho,i:i番目のスタンド出側における
圧延材断面の高さ寸法の基準値(但し、hiは、ゲージメ
ータ式hi=Hcal,i+Si+αi・Pi/Miによって求めた値
であり、 Hcal,i:i番目のスタンドにおける圧延ロールのカリバ
ー(孔型)深さ Si:i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙の実測値 αi:i番目のスタンドにおけるスケール・ファクタ Pi:i番目のスタンドにおける圧延荷重の実測値 Mi:i番目のスタンドにおけるミル剛性 i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙、圧延荷重
およびi番目のスタンド出側における圧延材断面高さ寸
法のロック・オン値をそれぞれSL,i、PL,iおよびh
L,i(hL,i=Hcal,i+SL,i+(αi・PL,i)/Mi)、
i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙、圧延荷重
およびi番目のスタンド出側における圧延材断面高さ寸
法のロック・オン値それぞれの偏差値を ΔSL,i *、ΔPL,i *およびΔhL,i *、 ΔSL,i *=(SL,i−So,i)/So,i ΔPL,i *=(PL,i−Po,i)/Po,i ΔhL,i *=(hL,i−ho,i)/ho,i 各スタンド出側における圧延材断面高さ寸法の偏差Δhi
*と、各スタンド出側における圧延材断面高さ寸法のロ
ック・オン値の偏差ΔhL,i *からの隔たりにモニタ補
償量ΔhM,i *を加えた量Δi *、 Δi *=Δhi *−ΔhL,i * =Δi *+αi・Δi *Mi *+ΔhM,i * i=1,2,……,n ここで、Δi *=ΔSi *−ΔSL,i * Δi *=ΔPi *−ΔPL,i * Mi *=ho,i・Mi/Po,i モニタ補償量ΔhM,i *:圧延機列出側に設けられた圧
延材断面寸法計によって測定された圧延材断面高さ寸法
および幅寸法の偏差の実測値から、圧延機列における各
スタンドでの圧下量が仕上スタンド出側における圧延材
断面高さ寸法および幅寸法に及ぼす影響係数に基づき、
各スタンドに配分し積分して得られる値 各スタンドの入側における材料の平均温度、圧延材断面
高さ寸法および幅寸法それぞれの偏差を、 ΔTmi *、ΔHi *およびΔBi *、 ΔTmi *=ΔTmi/TmO,i ΔHi *=ΔHi/Ho,i ΔBi *=ΔBi/Bo,i i=1,2,……,n 状態ベクトルx、出力ベクトルy、入力ベクトルuを、 x=(Δi *,Δtfj *,ΔNj *,Δj *)T ここで、Tは転置行列を意味する。A feature of the present invention is that in continuous rolling of a wire rod / bar steel by a rolling mill train, deviations between rolling rolls and gaps in each stand constituting the rolling mill train are ΔS i * , ΔS i * = (S i − S o, i ) / h o, i i = 1,2, ..., n where, S i : Rolling roll measured in the i-th stand versus gap S o, i : Rolling roll in the i-th stand Reference value of clearance gap h o, i : Reference value of height dimension of rolled material cross section on the exit side of the i-th stand The deviation of the forward tension of the rolled material is Δt fj * , Δt fj * = (t fj −t fo, j ) / K fmo, j j = 1,2, ..., n-1 where t fj : actual measured value of the forward tension of the rolled material at the j-th stand exit side t fo, j : j-th stand exit side The standard (target) value of the forward tension of the rolled material at k fmo, j : The standard value of the deformation resistance of the rolled material at the j-th stand. The deviation of the rolling speed of the rolling roll is ΔN j * , and its time derivative is Δ j * , ΔN j * = (N j / N o, j ) −1 j = 1,2, ..., n−1 where N j is the measured value of the rolling speed of the rolling roll at the j-th stand N o, j : Standard value of rolling roll speed at j-th stand The deviation of rolling load is ΔP i * , ΔP i * = (P i / P o, i ) −1 i = 1,2, ..., n Here, P i : Measured value of rolling load at the i-th stand P o, i : Reference (target) value of rolling load at the i-th stand The deviation of the rolled material cross-sectional height dimension at the stand-out side of each stand is Δ.
h i * , Δh i * = (h i / h o, i ) −1 i = 1,2, ..., n where, h i : Actual measurement of rolled material cross-section height dimension on the exit side of the i-th stand Value, h o, i : Reference value of the height dimension of the cross section of the rolled material on the exit side of the i-th stand (where h i is the gauge meter formula h i = H cal, i + S i + α i · P i / M a value obtained by i, H cal, i: caliber of i-th rolling rolls in stands (grooved) depth S i: measured value of the rolling roll pair gap in the i-th stand alpha i: i-th stand Scale factor P i : Actual measurement of rolling load at the i-th stand M i : Mill rigidity at the i-th stand Roll roll gap at the i-th stand, rolling load and rolled material cross section at the exit side of the i-th stand The lock-on values of the height dimension are S L, i , P L, i and h, respectively.
L, i (h L, i = H cal, i + S L, i + (α i · P L, i ) / M i ),
The deviations of the gap between the rolling roll in the i-th stand, the rolling load, and the lock-on value of the cross-sectional height dimension of the rolled material on the exit side of the i-th stand are ΔS L, i * , ΔP L, i *, and Δh L. , i * , ΔS L, i * = (S L, i −S o, i ) / S o, i ΔP L, i * = (P L, i −P o, i ) / P o, i Δh L , i * = (h L, i −h o, i ) / h o, i Deviation Δh i of cross-sectional height dimension of rolled material on the stand-out side of each stand
* And the deviation Delta] h L of the lock-on value of the strip cross-sectional height in each stand outlet side, i * monitor compensation amount on the distance in from Delta] h M, the amount was added i * Δ i *, Δ i * = Δh i * −Δh L, i * = Δ i * + α i · Δ i * M i * + Δh M, i * i = 1,2, ..., n where Δ i * = ΔS i * −ΔS L , i * Δ i * = ΔP i * -ΔP L, i * M i * = h o, i · M i / P o, i monitor compensation amount Δh M, i *: provided on the delivery side of the rolling mill train From the measured deviations of the height and width dimensions of the rolled material measured by the rolled material cross-sectional dimension meter, the amount of reduction at each stand in the rolling mill train is determined by the height and width dimensions of the rolled material cross-section on the exit side of the finishing stand. Based on the influence coefficient on
Value obtained by distributing to each stand and integrating, the average temperature of the material on the entrance side of each stand, the deviation of the height dimension and the width dimension of the rolled material cross section, ΔT mi * , ΔH i * and ΔB i * , ΔT mi * = ΔT mi / T mO, i ΔH i * = ΔH i / H o, i ΔB i * = ΔB i / B o, i i = 1,2, ..., n State vector x, output vector y, input Let the vector u be x = (Δ i * , Δt fj * , ΔN j * , Δ j * ) T, where T means the transposed matrix.
y=(Δi *,Δtfj *)T u=(Δref,i *,ΔNref,j *)T i=1,2,……,n j=1,2,……,n−1 ここで、ΔSref,i *:i番目スタンドにおける設定圧延
ロール対間隙の目標値 ΔNref,j *:j番目スタンドにおける設定ロール回転数
の目標値として、 制御入力を決定する制御系設計時の圧延の状態方程式 x(k+1)=Ax(k)+Bu(k) y(k)=Cx(k) ここで、k:離散時間系の時刻を表す刻み番号(整数) を用いて、評価関数Jを最小にする出力ベクトル(制御
偏差)および状態ベクトルのフィードバックから構成さ
れる最適入力によって、圧延機列における最終スタンド
(第n番目スタンド)から放出される圧延材の高さ寸法
および幅寸法を制御するようにしたことを特徴とする線
材および棒鋼圧延における寸法制御方法 ここで、Q、R:重み行列 e(k)=r(k)−y(k), r(k)=O:目標値, v(k)=u(k)−u(k−1) なお、制御入力u=(Δref,i *,ΔNref,j *)Tに
おけるスタンド番号i,jは、i=O〜n,j=O〜n−1の
範囲内で任意の組合せを採り得るものとし、 i=Oのとき、ロール間隙を操作量とせず、 j=Oのとき、ロール間隙を操作量としない、 にある。y = (Δ i * , Δt fj * ) T u = (Δ ref, i * , ΔN ref, j * ) T i = 1,2, ..., n j = 1,2, ..., n-1 Here, ΔS ref, i * : Target value of set rolling roll-gap in the i-th stand ΔN ref, j * : As the target value of the set roll speed in the j-th stand, the control input is determined when designing the control system. Rolling state equation x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k) y (k) = Cx (k) Here, k is an evaluation function J using a step number (integer) that represents the time of a discrete time system. The height and width dimensions of the rolled material discharged from the last stand (nth stand) in the rolling mill train are controlled by the optimum input consisting of the output vector (control deviation) and the feedback of the state vector that minimize Dimension control method in rolling rod and bar steel characterized in that Here, Q, R: weight matrix e (k) = r (k) -y (k), r (k) = O: target value, v (k) = u (k) -u (k-1) the control input u = (Δ ref, i * , ΔN ref, j *) stand number i, j in T is, i = O~n, take any combination within the range of j = O~n-1 If i = O, the roll gap is not the manipulated variable, and if j = O, the roll gap is not the manipulated variable.
以下、本発明を詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明は、線材・棒鋼の連続圧延において、圧延材の変
形、圧延材の負荷、圧延材の温度からなる状態方程式を
用いて、圧延ロール回転数とロール間隙を操作量とし
て、対象とする圧延機列における各スタンド間での圧延
材張力およびモニタ補償を考慮した各スタンド出側にお
ける圧延材断面高さ寸法のゲージメータ方式による計算
値を、最適レギュレータ理論に基づき、制御偏差および
状態ベクトルのフィードバックによって制御するように
した点によって特徴づけられる。即ち、本発明は、本発
明者等が、特願昭59−218111号にて提案した、圧延材断
面形状、寸法の制御方法における問題点である、仕上ス
タンドから圧延材断面寸法計までの距離に起因する制御
動作遅れを、仕上最終スタンドから放出された圧延材断
面寸法を測定する手段として、板圧延分野で用いられて
いるゲージメータ方式による計算値によって代替するこ
とによって、フィードバックの応答速度を高めて解決し
たものである。INDUSTRIAL APPLICABILITY In the continuous rolling of wire rods and bar steels, the present invention uses a state equation consisting of deformation of the rolled material, load of the rolled material, and temperature of the rolled material, and the rolling speed of the rolling roll and the roll gap as the manipulated variables. Based on the optimal regulator theory, the calculated values of the cross-sectional height dimension of the rolled material at the outlet side of each stand in consideration of the rolling material tension between each stand in the machine train and monitor compensation are fed back of the control deviation and the state vector based on the optimal regulator theory. It is characterized by the point that it is controlled by. That is, the present invention, the present inventors have proposed in Japanese Patent Application No. 59-218111, rolled material cross-sectional shape, the problem in the control method of the dimension, the distance from the finishing stand to the rolled material cross-sectional dimension meter By replacing the control operation delay caused by the above with the calculated value by the gauge meter method used in the strip rolling field as a means to measure the cross-sectional dimension of the rolled material released from the finishing stand, the response speed of feedback can be improved. It is a solution that is raised.
本発明においては、評価関数 を最小とするような、最適制御入力u(k)が偏差e
(k)および部分状態ベクトルxs(k)のフィードバッ
ク過程で、 u(k)=F1e(k−1)−F2[e(k)−e(k−
1)] −F3[xs(k)−xs(k−1)]+u(k−1) として同時に複数の入力が求まるから、制御性能の良好
な制御系を比較的容易に設計することができる。In the present invention, the evaluation function The optimum control input u (k) that minimizes
In the feedback process of (k) and the partial state vector xs (k), u (k) = F 1 e (k−1) −F 2 [e (k) −e (k−
1)] -F 3 [xs ( k) -xs (k-1)] + at the same time because a plurality of input is determined as u (k-1), can be relatively easily designed to better control system control performance it can.
最適制御理論に基づく制御においては、多変数の制御量
を多変数の操作量で全ての状態の中から最適な状態に制
御する。従って、圧延過程における全ての状態を表す数
学模型(状態方程式)が必要である。また、最適な状態
を数学的に表すために、評価関数を用いそれを最小化す
る制御則を解析的に求めて、この制御則により系を操作
して最適な状態となるように制御を行なう。最適制御理
論の中で代表的な制御理論である最適レギュレータ理論
では、2次形式の評価関数を用いる。これは、数学模型
(モデル)が線形でかつ評価関数が2次形式のとき、制
御則がフィードバック制御となり、制御量を確実に目標
値へ近付ける安定した制御を実現できるからである。In the control based on the optimal control theory, a multivariable controlled variable is controlled to an optimal state from all states by a multivariable manipulated variable. Therefore, a mathematical model (state equation) representing all states in the rolling process is required. In addition, in order to express the optimum state mathematically, an evaluation function is used to analytically obtain a control law that minimizes it, and the system is operated by this control law to perform control so that the optimum state is achieved. . In the optimal regulator theory, which is a typical control theory in the optimal control theory, a quadratic form evaluation function is used. This is because when the mathematical model (model) is linear and the evaluation function is a quadratic form, the control law is feedback control, and stable control can be realized in which the controlled variable is reliably brought close to the target value.
2次形式の評価関数は、制御量の偏差の2乗に重み行列
Qを乗じたものおよび、基準値からの操作量についてあ
る時刻の値とそれより1サンプリング時刻前の値との差
の2乗に重み行列Rを乗じたものの和をすべての制御さ
れている時間に亘って加算した値が最小になるような制
御を、最適な制御とする評価関数となっている。この評
価関数によって制御系を設計すると、全ての時間に亘る
制御量の偏差の2乗面積(絶対値)と操作量の偏差の差
の2乗面積の和が最小となるような高い応答性を有し整
定時間の短かい制御が、適当な操作量で実現できる。The quadratic evaluation function is obtained by multiplying the square of the deviation of the control amount by the weight matrix Q, and the difference between the value at a certain time and the value one sampling time before the operation amount from the reference value. The evaluation function is such that the control that minimizes the value obtained by adding the sum of the powers multiplied by the weighting matrix R over all controlled times is the optimum control. When the control system is designed by this evaluation function, high responsiveness that minimizes the sum of the square area (absolute value) of the deviation of the control amount over the entire time and the square area of the difference of the deviation of the manipulated variable is obtained. A control with a short settling time can be realized with an appropriate operation amount.
その際、評価関数の中に操作量の偏差の差を入れる理由
は、操作量を入れない場合には応答を速くするために操
作量が無限大になるが、実際には、設備の制約から操作
量の変化速度の大きさは有限であり、前述のような高速
の操作量の変化は不可能であるからである。ここで、制
御量の偏差に掛かる重み行列Qは、多変数の操作量の中
で、高い応答性を有し小さな偏差であることを要求され
る制御量であるほど、それに掛かる重み行列Qの要素の
大きさを大きくする。また、操作量の偏差に掛かる重み
行列Rは、多変数の操作量の中で、その操作量によって
制御される制御量に要求される応答速度が高いほど、そ
の操作量に掛かる重み行列Rの要素の大きさを小さくす
る。但し、重み行列Q、Rの大きさについて、同一の物
理量たとえば圧延ロールの回転速度(回転数)に掛かる
要素間では、要素の大小関係は、それに対応する制御量
応答速度或は操作量の変化速度の大小関係に対応する。
異なる物理量間では、対応しない。At that time, the reason why the difference of the manipulated variable is included in the evaluation function is that the manipulated variable becomes infinite in order to speed up the response when the manipulated variable is not entered, but in reality, due to equipment restrictions. This is because the rate of change of the manipulated variable is finite and it is impossible to change the manipulated variable at high speed as described above. Here, the weighting matrix Q that depends on the deviation of the control amount of the multi-variable manipulated variable is the control amount that is required to have a high responsiveness and a small deviation. Increase the size of the element. In addition, the weight matrix R that depends on the deviation of the manipulated variable is the same as the weight matrix R that depends on the manipulated variable as the response speed required for the control amount controlled by the manipulated variable is higher among the manipulated variables of the multivariable. Reduce the size of the element. However, regarding the magnitudes of the weighting matrices Q and R, between elements having the same physical quantity, for example, the rotational speed (rotation speed) of the rolling roll, the size relation of the elements is the change in the control quantity response speed or the corresponding manipulated variable. Corresponds to speed relationship.
There is no correspondence between different physical quantities.
また、重み行列Q、Rは、コンピュータ・シミュレーシ
ョンによる制御結果が制御系の設計者にとって満足すべ
き制御結果であると判断されるまで、試行錯誤して決定
される。Further, the weighting matrices Q and R are determined by trial and error until it is determined that the control result obtained by the computer simulation is a control result that should be satisfied by the designer of the control system.
以下に、本発明を、その実施態様に則してさら詳細に説
明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on its embodiments.
圧延機駆動系の動特性として、圧延ロール対間隙制御系
を一時遅れで近似し、圧延ロール回転数制御系を二次系
で近似する。As the dynamic characteristics of the rolling mill drive system, the rolling roll-gap control system is approximated with a temporary delay, and the rolling roll speed control system is approximated with a secondary system.
記号を、第1表に示す。The symbols are shown in Table 1.
非線形圧延モデルを、基準状態(第2表)の周りで線形
化、無次元化して状態空間モデルとして表示しさらに、
制御周期Δtで離散化すると、次の状態方程式を得る。 The non-linear rolling model is linearized and dimensionlessized around the reference state (Table 2) and displayed as a state space model.
When discretized with the control period Δt, the following equation of state is obtained.
x(k+1)=Ax(k)+Bu(k)+Ew(k)…(1) y(k)=Cx(k)+Fw(k) …(2) ただし、状態ベクトルx、出力y、入力u、外乱wは、
次の通りである。x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k) + Ew (k) ... (1) y (k) = Cx (k) + Fw (k) (2) However, state vector x, output y, input u, The disturbance w is
It is as follows.
x=(Δi *,Δtfj *,ΔNj *,Δj *)T …
(3) y=(Δi *,Δtfj *)T …(4) u=(Δref,i *,ΔNref,j *)T …(5) w=(ΔTmi *,ΔHi *,ΔBi *)T …(6) i=1,2,……n,j=1,2,……,n−1 n:スタンド数 ここで、k:離散時間系の時刻を表す刻み番号(整数) Δi *:ロックオン値ΔSLi *からの偏差=ΔSi *−
ΔSL,i * ΔSi *=(Si−So,i)/ho,i Si:i番目の圧延機における圧延ロール対間隙の実測値 So,i:i番目の圧延機における圧延ロール対間隙の基準
値 ho,i:i番目の圧延機出側における圧延材断面の高さ寸
法の基準値 Δtfj *=(tfj−tfo,i)/Kfmo,j tfj:j番目の圧延機における圧延材の前方張力 tfo,j:i番目の圧延機における圧延材の前方張力の基準
(目標)値 Kfmo,j:j番目の圧延機における圧延材の平均変形抵抗
の基準値 ΔNj *=(Nj/No,j)−1 Nj:j番目の圧延機における圧延ロール回転数の実測値 No,j:j番目の圧延機における圧延ロール回転数の実測
値の基準値 T:転置行列を意味する Δi *:ロックオン値ΔhLi *からの偏差 =Δhi *−ΔhLi * Δhi *=hiの基準値ho,iからの変化率 =Δhi/ho,i =(hi/ho,i)−1 hi:i番目の圧延機出側における圧延材断面の高さ寸法の
実測値(圧下方向の寸法) ho,i:i番目の圧延機出側における圧延材断面の高さ寸
法の基準値 Δref,i *:i番目の圧延機における設定圧延ロール対
間隙目標値 ΔNref,i *:j番目の圧延機における設定圧延ロール回
転数目標値 ΔTmi *:Tmiの基準(目標)値TmO,iからの変化率=ΔT
mi/TmO,i ΔTmi:i番目の圧延機入側における圧延材平均温度の実
測値の基準値からの偏差 TmO,i:i番目の圧延機入側における圧延材温度の基準値 ΔHi *:i番目の圧延機入側における圧延材断面の高さ寸
法の偏差 ΔHi *=ΔHi/Ho,i =(Hi/Ho,i)−1 Hi:i番目の圧延機入側における圧延材断面の高さ寸法の
実測値 Ho,i:i番目の圧延機入側における圧延材断面の高さ寸
法の基準値 ΔBi *:i番目の圧延機入側における圧延材断面の幅寸法
の偏差 ΔBi *=ΔBi/Bo,i =(Bi/Bo,i)−1 Bi:i番目の圧延機入側での圧延材断面の幅寸法の実測値
(圧下と直角な方向の寸法) Bo,j:i番目の圧延機入側における圧延材断面の幅寸法
の基準値 係数行列A〜Fは、圧延特性・圧延機駆動系の動特性の
偏微分係数を要素とする行列である。x = (Δ i * , Δt fj * , ΔN j * , Δ j * ) T ...
(3) y = (Δ i * , Δt fj * ) T (4) u = (Δ ref, i * , ΔN ref, j * ) T (5) w = (ΔT mi * , ΔH i * , ΔB i * ) T (6) i = 1,2, ... n, j = 1,2, ..., n-1 n: number of stands where k: step number representing time in discrete time system ( Integer) Δ i * : Deviation from lock-on value ΔS Li * = ΔS i * -
ΔS L, i * ΔS i * = (S i −S o, i ) / h o, i S i : Measured value of rolling roll-gap in the i-th rolling mill S o, i : In the i-th rolling mill Reference value of rolling roll-to-gap ho, i : Reference value of height dimension of rolled material cross section at the i-th rolling mill exit side Δt fj * = (t fj −t fo, i ) / K fmo, j t fj : Forward tension of rolled material in j-th rolling mill t fo, j : Standard (target) value of forward tension of rolled material in i-th rolling mill K fmo, j : Average deformation of rolled material in j-th rolling mill Reference value of resistance ΔN j * = (N j / N o, j ) −1 N j : Measured value of rolling roll rotation speed in j-th rolling mill N o, j : Rolling roll rotation speed in j-th rolling mill reference value T of the measured values: delta means a transposed matrix i *: deviation = delta] h from the lock-on value Δh Li * i * -Δh Li * Δh i * = h i of the reference value h o, changes from i Rate = Δh i / h o, i = (h i / h o, i ) -1 h i : i th Of the height dimension of the cross section of the rolled material on the exit side of the rolling mill (dimension in the rolling direction) h o, i : Reference value of the height dimension of the cross section of the rolled material on the exit side of the i-th rolling mill Δ ref, i * : Set rolling roll-to-gap target value for i-th rolling mill ΔN ref, i * : Set rolling roll rotation speed target value for j-th rolling mill ΔT mi * : From reference (target) value T mO, i of T mi Rate of change = ΔT
mi / T mO, i ΔT mi : Deviation from the reference value of the actual measured value of the rolling material average temperature at the i-th rolling mill entrance side T mO, i : The standard value of the rolling material temperature at the i-th rolling mill entrance side ΔH i * : deviation of the height dimension of the cross section of the rolled material on the entrance side of the i-th rolling mill ΔH i * = ΔH i / H o, i = (H i / H o, i ) -1 H i : i-th rolling Actual measurement of height of cross section of rolled material on machine side Ho , i : Reference value of height of cross section of rolled material on machine side of i-th rolling mill ΔB i * : Rolling on machine side of i-th rolling machine Deviation of width dimension of material cross section ΔB i * = ΔB i / B o, i = (B i / B o, i ) -1 B i : Measured width dimension of rolled material cross section at the i-th rolling mill entrance side Value (dimension in the direction perpendicular to the reduction) B o, j : Reference value of the width dimension of the cross section of the rolled material on the i-th rolling mill entry side. The coefficient matrices A to F are the rolling characteristics and the dynamic characteristics of the rolling mill drive system. This is a matrix whose elements are partial differential coefficients.
線形圧延モデルの詳細は公知文献(1984年度 塑性加工
春季講演会p533〜536「線材圧延の状態方程式」)に記
載されている。Details of the linear rolling model are described in publicly known documents (1984 1993 Plastic Working Spring Lecture p533-536 “Equation of state of wire rod rolling”).
4スタンドからなる圧延機列における第2表に示す圧延
の基準状態での行列A〜Cの値は、第3表のようにな
る。行列E、Fの値は、次に述べる最適制御系の設計に
は不要であるので省略した。なお、行列Aは13行13列、
行列Bは13行7列、行列Cは7行13列である。また、行
列の要素の中で、Dや−は、JIS FORTRANの倍数精度実
数型算術式の文法で規定されている記号である。たとえ
ば、xDy:=x×10yを表す倍精度実数型の定数である。Table 3 shows the values of the matrices A to C in the standard rolling condition shown in Table 2 in the rolling mill train having four stands. The values of the matrices E and F are omitted because they are not necessary for designing the optimum control system described below. The matrix A is 13 rows and 13 columns,
The matrix B has 13 rows and 7 columns, and the matrix C has 7 rows and 13 columns. Further, among the elements of the matrix, D and − are symbols defined in the grammar of JIS FORTRAN multiple precision real number type arithmetic expressions. For example, it is a double precision real number type constant representing xDy: = x × 10 y .
線材および棒鋼の連続圧延においては、圧延機列の最終
スタンドから放出される圧延材断面の高さ寸法と幅寸法
を目標値制御する必要がある。 In continuous rolling of wire rod and bar steel, it is necessary to control the height and width dimensions of the cross section of the rolled material discharged from the final stand of the rolling mill train to target values.
発明者等が先に特願昭59−218111号にて提案した制御系
によって、圧延機列の最終スタンド出側における圧延材
断面の高さ寸法および幅寸法を制御する場合、最終スタ
ンド出側に設けられた圧延材断面寸法測定用の寸法計か
らのフィードバック制御を行なうと、最終スタンドから
寸法計までの圧延材走行時間だけ時間遅れを生じる。When the inventors have previously proposed the control system proposed in Japanese Patent Application No. 59-218111 to control the height and width dimensions of the cross section of the rolled material on the exit side of the rolling stand, When feedback control is performed from the provided dimensional gauge for measuring the cross-sectional dimension of the rolled material, a time delay occurs by the rolling material running time from the final stand to the dimensional gauge.
そこで、本発明においては、最終数スタンドの出側にお
ける圧延材断面の高さ寸法を、圧延荷重と圧延ロール対
間隙の変化から計算されるゲージメータ方式による算出
によって測定し、これをロック・オン値として制御を行
なう。このようにして時間遅れが解決される。Therefore, in the present invention, the height dimension of the cross section of the rolled material on the exit side of the last several stands is measured by the gauge meter method calculated from the change of the rolling load and the rolling roll-to-gap, and the lock-on is performed. Control as a value. In this way the time delay is resolved.
一方、最終数スタンド出側における圧延材断面の高さ寸
法のみを制御すると、スタンド間における圧延材の張力
が変化して圧延材断面の幅寸法が殆ど制御されない。こ
の問題を併せ解決するためには、最終数スタンド間にお
ける圧延材の張力も同時に制御する多変数制御を行なう
必要がある。その際、圧延機出側における圧延材断面の
高さ寸法を制御するスタンドを最終2スタンドとする
と、最終スタンド出側における圧延材断面の幅寸法は、
目標値からオフセットを生じる。圧延機出側における圧
延材断面の高さ寸法を制御するスタンドを最終4スタン
ド以上とすると、最終スタンド出側における圧延材断面
の幅寸法を、目標値からのオフセットを殆ど零に制御す
ることができる。On the other hand, if only the height dimension of the rolled material cross section on the exit side of the last few stands is controlled, the tension of the rolled material between the stands changes and the width dimension of the rolled material cross section is hardly controlled. In order to solve this problem as well, it is necessary to carry out multi-variable control for simultaneously controlling the tension of the rolled material between the last several stands. At that time, if the stand for controlling the height dimension of the rolled material section on the delivery side of the rolling mill is the final two stands, the width dimension of the rolled material section on the delivery side of the final stand is
An offset is generated from the target value. If the number of stands that control the height dimension of the rolled material cross section on the rolling mill exit side is four or more final stands, the width dimension of the rolled material cross section on the final stand exit side can be controlled so that the offset from the target value is almost zero. it can.
このように、制御量も操作量も多変数の複雑な制御系で
は、変数相互の影響を考慮した線形圧延モデルを用い
て、二次形式の評価関数が最小となるような最適レギュ
レータ理論に基づく制御系を構成することによって、す
べての制御量を高い応答性の下に肌理細かく制御するこ
とができる。As described above, in a complex control system in which both control variables and manipulated variables are multivariable, a linear rolling model that considers mutual effects of variables is used and based on the optimal regulator theory that minimizes the quadratic evaluation function. By configuring the control system, it is possible to finely control all the control amounts with high responsiveness.
本発明においては、最適レギュレータ理論を適用して離
散時間最適制御系を設計している。即ち、外乱wがステ
ップ状であると仮定すると、評価関数 を最小にする制御入力u(k)は、 u(k)=−F1e(k−1)−F2[e(k)−e(k−
1)] −F3[xs(k)−xs(k−1)]+u(k−1) …
(8) で与えられる。In the present invention, the optimal regulator theory is applied to design the discrete-time optimal control system. That is, assuming that the disturbance w is stepwise, the evaluation function The control input u (k) that minimizes u (k) = − F 1 e (k−1) −F 2 [e (k) −e (k−
1)] -F 3 [xs ( k) -xs (k-1)] + u (k-1) ...
It is given in (8).
本発明においては、離散時間制御系の設計において求め
た最適ゲインの値がそのままディジタルのプロセス・コ
ンピュータにおける離散時間で使用できる。なお、連続
時間制御の設計において求めた最適ゲインを用いても、
ディジタル・コンピュータで離散時間制御する場合に、
ゲインを適当に変換すれば、離散時間制御系の設計にお
いて求めたゲインと同様に最適制御を実現できる。圧延
制御システムの最適化を図るためには、最適であること
を定量的に判定する尺度が必要である。その場合、制御
システムに課せられた要求から、評価関数として制御量
である圧延機出側における圧延材断面の高さ寸法のロッ
ク・オン値からの変化率Δi *と圧延材の前方張力t
fiの目標値からの変化率Δfi *の偏差の2乗(面積=絶
対値)を一般化したe(k+1)に関する二次形式を、
(7)式の右辺第1項に用いることが適切である。しか
し、評価関数がこの項のみでは、操作量u(k)即ち設
定圧延ロール対間隙目標値Δref,i *(k)と設定ロ
ール回転数目標値ΔNref,j *(k)の加速度v(k)
=u(k)−u(k−1)をいくらでも大きく与えた方
がよいということになって現実的でなくなる。そこで、
制御に要するコスト或はv(k)の大きさに対する制約
条件を評価関数に織り込まなければならない。従って、
v(k)に関する二次形式を、(7)式の右辺第2項に
導入する。この場合、制御のすべての時間に亘る制御量
(出力ベクトル)であるi番目のスタンド出側における
圧延材断面の高さ寸法hiのロック・オン値hL,iからの
変化率Δi *とi番目のスタンドにおける圧延材の前
方張力tfjの基準(目標)値からの変化率Δtfj *の目標
値からの偏差の2乗面積に重み行列Qを掛けたものと、
操作量(入力ベクトル)であるi番目のスタンドにおけ
る設定圧延ロール対間隙目標値Sref,iのロック・オン
値SL,iからの変化率Δref,i *と、j番目のスタンド
における設定圧延ロール回転数目標値Nref,jの基準値
No,jからの変化率ΔNref,j *の時刻kと1サンプリン
グ周期前の時刻k−1における値の差の2乗面積に重み
行列Rを掛けたもの和が最小となるようにする。即ち、
有限の大きさの操作量(制御入力)で、制御(出力ベク
トル)の偏差が短時間で目標値に整定する最適制御であ
り、重み行列Q、Rは、各々出力ベクトルyの偏差e,入
力ベクトルuの差分vに掛かる重み係数を要素とする行
列であり、コンピュータ・シミュレーションによって望
ましい制御成績とすべく試行錯誤によって決定される。In the present invention, the optimum gain value obtained in the design of the discrete time control system can be used as it is in the discrete time in the digital process computer. Even if the optimum gain obtained in the design of continuous time control is used,
When controlling discrete time with a digital computer,
If the gain is converted appropriately, optimum control can be realized in the same manner as the gain obtained in the design of the discrete time control system. In order to optimize the rolling control system, a scale that quantitatively determines that it is optimal is necessary. In that case, the requirements imposed on the control system, the front tension t of the strip rate of change from the lock-on value of the height dimension of the cross section delta i * and the rolled material at the delivery side of the rolling mill is a control amount as the evaluation function
The quadratic form of e (k + 1), which is a generalization of the square of the deviation (area = absolute value) of the change rate Δ fi * from the target value of fi ,
It is appropriate to use the first term on the right side of the equation (7). However, if the evaluation function is only this term, the acceleration v of the manipulated variable u (k), that is, the set rolling roll-to-gap target value Δref, i * (k) and the set roll rotational speed target value ΔNref , j * (k) , is calculated. (K)
= U (k) -u (k-1) should be given as large as possible, which is not realistic. Therefore,
Constraints on the cost required for control or the magnitude of v (k) must be incorporated into the evaluation function. Therefore,
A quadratic form for v (k) is introduced in the second term on the right side of the equation (7). In this case, the rate of change Δ i * from the lock-on value h L, i of the height dimension h i of the rolled material cross section at the i-th stand exit side, which is the controlled variable (output vector) over the entire control time . And a squared area of the deviation of the change rate Δt fj * from the reference value of the forward tension t fj of the rolled material at the i-th stand from the target value multiplied by a weight matrix Q,
The change rate Δref, i * from the lock-on value S L, i of the rolling roll-to-gap target value S ref, i , which is the operation amount (input vector), and the setting at the j-th stand. A weighting matrix for the square area of the difference between the value k of the change rate ΔN ref, j * of the rolling roll rotational speed target value N ref, j from the reference value N o, j and the value of time k−1 one sampling cycle before. The product of R and the sum should be minimized. That is,
This is an optimal control in which the deviation of the control (output vector) is settled to the target value in a short time with a manipulated variable (control input) of a finite size, and the weighting matrices Q and R are the deviation e and the input of the output vector y, respectively. It is a matrix whose elements are weighting factors applied to the difference v of the vector u, and is determined by trial and error to obtain a desired control result by computer simulation.
(7)、(8)式において、制御偏差e、部分状態ベク
トルxsおよび制御入力(操作量)uの一階差分vは、 e(k)=r(k)−y(k) (r(k)=O:目標
値) …(9) xs(k)=(ΔNj *,Δj *)T …(10) v(k)=u(k)−u(k−1) …(11) で定義され、 は、次のリカッチ方程式から求まる。In equations (7) and (8), the first-order difference v of the control deviation e, the partial state vector xs, and the control input (manipulation amount) u is e (k) = r (k) −y (k) (r ( k) = O: target value) (9) xs (k) = (ΔN j * , Δ j * ) T (10) v (k) = u (k) -u (k-1) (11) ) Is defined as Is obtained from the following Riccati equation.
F=(R+GTPG)-1GTPΦ …(12) P=ΦTPΦ−ΦTPG(R+GTPG)-1GTPΦ+HTQH…(13) ここで、(13)式は定常状態におけるリカッチ方程式で
あり、左辺のPはP(k+1)、右辺のPはP(k)で
あるが、定常状態では左辺のP(k+1)は右辺のP
(k)に等しくなるので、P(k+1)=P(k)=P
とした。F = (R + G T PG) −1 G T PΦ (12) P = Φ T PΦ−Φ T PG (R + G T PG) −1 G T PΦ + H T QH… (13) Here, the formula (13) is steady. The Riccati equation in the state, P on the left side is P (k + 1), and P on the right side is P (k), but in the steady state, P (k + 1) on the left side is P (k) on the right side.
Since it is equal to (k), P (k + 1) = P (k) = P
And
但し、行列Φ、GおよびHは、式(1)、(2)で示さ
れるシステムのエラーシステム X(k+1)=ΦX(K)+Gv(k) …(14) e(k)=HX(k) …(15) X(k)=[eT(k−1),eT(k)−eT(k−1),xs
T(k) −xsT(k−1)]T …(16) の係数行列であり、行列A〜Cから求められる。ここ
で、外乱wはステップ状と仮定すると定常状態では、圧
延の状態方程式(1)、(2)に現れる外乱wの変化w
(k)−(k−1)=0となる。したがって、(7)式
の評価関数を最小化するような制御入力を決定する制御
系設計時に用いる状態方程式(14)、(15)は、もとの
圧延の状態方程式(1),(2)の差分形のため外乱は
消去され、その結果、外乱は制御系統計および制御に使
用されない。なお、ここでは離散時間系の最適制御を導
出したが、圧延の状態方程式(1)、(2)を連続時間
系で与えれば、同様の方法で連続時間系の最適制御を構
成できる。However, the matrices Φ, G, and H are error systems of the system represented by the formulas (1) and (2) X (k + 1) = ΦX (K) + Gv (k) (14) e (k) = HX (k ) ... (15) X (k ) = [e T (k-1), e T (k) -e T (k-1), xs
T (k) −xs T (k−1)] T (16), which is a coefficient matrix and is obtained from matrices A to C. Here, assuming that the disturbance w is stepwise, in a steady state, the change w of the disturbance w appearing in the rolling state equations (1) and (2).
(K)-(k-1) = 0. Therefore, the state equations (14) and (15) used when designing the control system that determines the control input that minimizes the evaluation function of equation (7) are the original rolling state equations (1) and (2). Due to the differential form of, the disturbance is canceled so that it is not used for control system statistics and control. Although the optimum control of the discrete time system is derived here, if the state equations (1) and (2) of rolling are given in the continuous time system, the optimum control of the continuous time system can be configured by the same method.
ここで、評価関数(7)式と上記(8)〜(16)式の関
係を説明すると、最適レギュレータは、通常、状態ベク
トル・フィードバックで構成される。本発明において
は、圧延機出側における圧延材断面の高さ寸法の偏差即
ち、出力ベクトルを制御する必要がある。また、圧延機
間における圧延材張力の偏差は状態ベクトルでありか
つ、出力ベクトルでもある。従って、これらの出力ベク
トルのフィードバック制御が実現されるように、もとの
システム(1)、(2)式における圧延機出側における
圧延材断面の高さ寸法の偏差および圧延機間における圧
延材張力の偏差の出力ベクトルが、新しいシステム式に
おいては状態ベクトルとなるように、システム式を変更
する必要がある。Here, the relationship between the evaluation function (7) and the above expressions (8) to (16) will be described. The optimum regulator is usually composed of state vector feedback. In the present invention, it is necessary to control the deviation of the height dimension of the cross section of the rolled material on the delivery side of the rolling mill, that is, the output vector. Further, the deviation of the rolling material tension between rolling mills is both a state vector and an output vector. Therefore, in order to realize the feedback control of these output vectors, the deviation of the height dimension of the cross section of the rolled material at the rolling mill exit side in the original system (1) and (2) and the rolled material between rolling mills It is necessary to change the system equation so that the output vector of the deviation of tension becomes the state vector in the new system equation.
即ち、圧延機出側における圧延材断面の高さ寸法の偏差
および圧延機間における圧延材張力の偏差の出力ベクト
ルの比例・積分制御およびミル駆動系の二次系近似式の
システム式を構成する圧延ロール回転数とその時間微分
からなる部分状態ベクトルのフィードバック比例制御を
構成すればよい。そのためには、(1)、(2)式にお
けるエラー(出力ベクトルのOからの偏差に−符号を付
したもの)とエラーの差分および部分状態ベクトルの差
分を(16)式のように新しいシステム式(14)、(15)
における状態ベクトルとすればよい。ここで、(14)、
(15)式における係数φ、GおよびHは、もとのシステ
ム式(1)、(2)から行列A〜Cより求められる。That is, a system formula of proportional / integral control of the output vector of the deviation of the height dimension of the rolled material cross section on the delivery side of the rolling mill and the deviation of the rolled material tension between rolling mills and a secondary system approximation formula of the mill drive system is configured. It suffices to configure feedback proportional control of the partial state vector consisting of the rolling roll speed and its time derivative. To this end, the error (deviation of output vector from O) with a minus sign in Eqs. (1) and (2), the error difference and the partial state vector difference are calculated as shown in Eq. (16). Formula (14), (15)
The state vector in Where (14),
The coefficients φ, G and H in the equation (15) are obtained from the matrixes A to C from the original system equations (1) and (2).
このとき、評価関数(7)式を最小にする制御入力u
(k)は、最適レギュレータ理論より(8)式で与えら
れる。ここで、制御偏差e(k)、部分状態ベクトルxs
(k)および一階差分v(k)は(9)〜(11)式で定
義され、最適ゲイン行列(12)、(13)式のリカッチ方
程式より求まる。At this time, the control input u that minimizes the evaluation function (7) expression
(K) is given by equation (8) from the optimal regulator theory. Here, the control deviation e (k) and the partial state vector xs
(K) and the first-order difference v (k) are defined by the equations (9) to (11), and are obtained from the Riccati equations of the optimal gain matrices (12) and (13).
評価関数(7)式を最小にする最適制御則を適用するこ
とにより、第1図に示すような、線材、棒鋼圧延におけ
る最適制御系を構成する。By applying the optimum control law that minimizes the evaluation function (7), an optimum control system in wire rod and bar rolling as shown in FIG. 1 is constructed.
第1図(a)に、本発明を実施するときの圧延制御シス
テムを示す。FIG. 1 (a) shows a rolling control system when the present invention is carried out.
制御用計算機6は、圧延材の前方張力tfiの偏差Δ
tfj *、圧延ロール回転数の偏差ΔNj *とその微分値Δ
j *と、i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙
のロック・オン値からの偏差Δi *、圧延荷重のロッ
ク・オン値からの偏差Δi *、寸法計5による仕上ス
タンド出側における圧延材断面高さ寸法のロック・オン
値からの偏差Δh4 *、寸法計5による仕上スタンド出側
における圧延材断面幅寸法のロック・オン値からの偏差
Δb4 *をサンプルし、各スタンド出側における圧延材断
面高さ寸法のゲージメータ方式による計算値Δi *を
求め、(8)式で与えられる最適制御入力u(k)を計
算し、各スタンドにおける圧延ロール対間隙の設定値Δ
ref,i *、圧延ロール回転数設定値ΔNref,j *をそれ
ぞれ圧延ロール対間隙制御系、圧延ロール回転数制御系
へ向けて出力する。ここで、各スタンド出側における圧
延材断面高さ寸法のゲージメータ方式による計算値Δ
i *は、 Δi *=Δi *+αi・Δi */Mi *+ΔhM,i *
…(17) によって計算される。Mi*は、無次元ミル定数(Mi *=
ho,i・Mi/Po,i)、αiは、スケール・ファクタであ
る。The control computer 6 calculates the deviation Δ of the front tension t fi of the rolled material.
t fj * , rolling roll speed deviation ΔN j * and its derivative Δ
and j *, the deviation delta i * from the lock-on value of the rolling roll pair gap in the i-th stand, the deviation delta i * from the lock-on value of the rolling load, the rolling material at the delivery side of the stand finishing due to dimensional five The deviation Δh 4 * from the lock-on value of the cross-sectional height dimension and the deviation Δb 4 * from the lock-on value of the cross-sectional width dimension of the rolled material on the finishing stand exit side measured by the dimension meter 5 are sampled and sampled on each stand exit side. The calculated value Δ i * of the cross-section height dimension of the rolled material by the gauge meter method is calculated, the optimum control input u (k) given by the equation (8) is calculated, and the set value Δ of the rolling roll-gap at each stand is set.
The ref, i * and the rolling roll rotational speed setting value ΔN ref, j * are output to the rolling roll-to-gap control system and the rolling roll rotational speed control system, respectively. Here, the value calculated by the gauge meter method of the cross-sectional height dimension of the rolled material at the stand exit side is Δ
i * is, Δ i * = Δ i * + α i · Δ i * / M i * + Δh M, i *
… Calculated by (17). Mi * is a dimensionless Mill constant (M i * =
h o, i · M i / P o, i ), α i is a scale factor.
(17)式の右辺、第1項〜第2項は、それ自体公知のゲ
ージメータ方式による計算式であり、第3項ΔhM,i *
は、絶対的寸法精度を与えるためのモニタ補償である。The right side of the equation (17), the first term and the second term, are calculation equations by a known gauge meter method, and the third term Δh M, i *
Is monitor compensation to provide absolute dimensional accuracy.
モニタ補償ΔhM,i *は、次の手順で得られる。The monitor compensation Δh M, i * is obtained by the following procedure.
寸法計5による最終(仕上)スタンド出側における圧延
材断面の高さ寸法の偏差Δh4 *、幅寸法の偏差Δb4 *の
サンプル値から、リーダ・スタンドおよび仕上スタンド
(この実施例では、No.3、No.4スタンド)の出側におけ
る圧延材断面の高さ寸法のモニタ修正量Δhx,3 *およ
びΔhx,4 *を、 Δhx,3 *=−(K2・Δh4 *−Δb4 *)/K1 …(18) Δhx,4 *=Δh4 * …(19) によって計算する。但し、係数K1、K2は、影響係数を用
いて、 K1=(∂Δb4 */∂ΔS3 *)・(∂Δh3 */∂ΔS3 *)
-1 …(20) K2=(∂Δb4 */∂ΔS4 *)・(∂Δh4 */∂ΔS4 *)
-1 …(21) で与えられる。From the sample values of the deviation Δh 4 * of the height dimension and the deviation Δb 4 * of the width dimension of the cross section of the rolled material on the exit side of the final (finishing) stand by the dimension meter 5, the leader stand and finishing stand (in this embodiment, No. .3, No. 4 stand) The monitor correction amount Δh x, 3 * and Δh x, 4 * of the height dimension of the rolled material cross section on the exit side is expressed as Δh x, 3 * =-(K 2 · Δh 4 * −Δb 4 * ) / K 1 (18) Calculated according to Δh x, 4 * = Δh 4 * (19). However, the coefficients K 1 and K 2 are K 1 = (∂Δb 4 * / ∂ΔS 3 * ) · (∂Δh 3 * / ∂ΔS 3 * )
-1 … (20) K 2 = (∂Δb 4 * / ∂ΔS 4 * ) · (∂Δh 4 * / ∂ΔS 4 * )
-1 is given by (21).
次に、モニタ補償量ΔhM,i *(k)は、リーダ・スタ
ンド、仕上スタンド出側における圧延材断面の高さ寸法
のモニタ修正量Δhx,3 *およびΔhx,4 *を積分して によって求められる。TiはNo.1スタンドから最終(仕
上)スタンド出側の寸法計までの材料(圧延材)走行時
間(秒)であり、KM,iは、モニタ補償積分ゲインであ
る。(12)、(13)式における重み行列Q、Rおよび
(22)式におけるモニタ補償積分ゲインKM,iは、コン
ピュータ・シミュレーションを繰返し、試行錯誤に決定
した。Next, the monitor compensation amount Δh M, i * (k) is obtained by integrating the monitor correction amounts Δh x, 3 * and Δh x, 4 * of the height dimension of the rolled material section on the exit side of the leader stand and finishing stand. hand Required by. T i is the material (rolling material) running time (seconds) from the No. 1 stand to the dimension meter on the exit side of the final (finishing) stand, and K M, i is the monitor compensation integral gain. The weighting matrices Q and R in the equations (12) and (13) and the monitor compensation integral gain K M, i in the equation (22) were determined by trial and error by repeating computer simulation.
4スタンド・ミルで、No.1スタンド入側における材料平
均温度、材料断面の高さ寸法、幅寸法が、それぞれ偏差
ΔTm,i *=−0.091、ΔH1 *=ΔB1 *=0.033だけステ
ップ状に変化した場合について検討した。On a 4-stand mill, the average material temperature on the entry side of the No. 1 stand and the height and width dimensions of the material cross section are stepped by deviations ΔT m, i * = -0.091, ΔH 1 * = ΔB 1 * = 0.033, respectively. It was examined about the case where the shape changed.
制御なしの場合のステップ応答を、第2図および第3図
に示す。The step response without control is shown in FIGS. 2 and 3.
第2図および第3図から明らかなように、最終(仕上)
スタンド出側における圧延材断面の高さ寸法および幅寸
法それぞれの偏差Δh4 *、Δb4 *が大きく変動してい
る。As is clear from FIGS. 2 and 3, the final (finishing)
The deviations Δh 4 * and Δb 4 * of the height and width of the cross section of the rolled material on the stand exit side fluctuate greatly.
第2図、第3図に示す結果の前提となっている、上記N
o.1スタンド入側における材料平均温度、材料断面高さ
寸法および幅寸法それぞれの偏差は、材料先端がNo.1ス
タンドに到達してから4,5秒間経過した時刻におけるも
のである。The above N, which is the premise of the results shown in FIGS. 2 and 3.
o.1 Deviations of the material average temperature, material cross-sectional height dimension and width dimension on the entrance side of the stand are at the time when 4,5 seconds have passed since the tip of the material reached the No. 1 stand.
次に、制御ありの場合のステップ応答を、第4図〜第7
図に示す。Next, the step response in the case of control is shown in FIGS.
Shown in the figure.
第4図〜第7図は、No.1スタンド入側における材料平均
温度、材料断面の高さ寸法、幅寸法が、それぞれ偏差Δ
TM,1 *=−0.091、ΔH1 *=ΔB1 *=0.033だけステッ
プ状に変化したときの、制御あり(スタンド間での圧延
材の張力制御+全スタンドでAGC制御)の場合の、最終
スタンド出側における圧延材断面の高さ寸法および幅寸
法の偏差Δh4 *=Δb4 *ならびに各スタンドにおける圧
延材の前方張力の偏差Δtfj *、圧延ロール回転数の偏
差ΔNj *、圧延ロール対間隙の偏差ΔSj *のステップ応
答を示している。このとき、モニタ補償は行なわず、
(17)式におけるΔhM,i *を零と置いている。重み行
列Q、Rは、 Q=diag(1,1,1,1,0.1,0.1,0.1) …(23) R=diag(10,10,10,10,1,1.2,1.5) …(24) である。Figures 4 to 7 show that the average material temperature on the No. 1 stand entry side, the height dimension of the material cross section, and the width dimension have deviations Δ, respectively.
T M, 1 * = -0.091, the ΔH 1 * = ΔB 1 * = 0.033 only when changes stepwise, the control has a case (AGC controlled by tension control + all stands of the rolled material between stands), Deviation of height and width of the cross section of the rolled material on the exit side of the final stand Δh 4 * = Δb 4 * , deviation of the forward tension of the rolled material at each stand Δt fj * , deviation of the rolling speed ΔN j * , rolling The step response of the roll-to-gap deviation ΔS j * is shown. At this time, monitor compensation is not performed,
Δh M, i * in equation (17) is set to zero. The weight matrices Q and R are Q = diag (1,1,1,1,0.1,0.1,0.1) (23) R = diag (10,10,10,10,1,1.2,1.5) (24) ) Is.
第4図〜第7図から明らかなように、制御ありの場合
は、最終スタンド出側における圧延材断面の高さ寸法お
よび幅寸法の偏差ならびに各スタンドにおける圧延材の
前方張力の偏差が極めて小さくなっており、精密な圧延
制御が可能となっている。As is clear from FIGS. 4 to 7, when the control is performed, the deviation of the height dimension and width dimension of the rolled material cross section on the exit side of the final stand and the deviation of the front tension of the rolled material at each stand are extremely small. Therefore, precise rolling control is possible.
次に、モニタ補償の有効性を検証するために、材料温度
と材料断面寸法の外乱が、材料先端からΔTm,1 *=−
0.091、ΔH1 *=ΔB1 *=0.033だけ付加されている場合
について検討した。Next, in order to verify the effectiveness of the monitor compensation, the disturbance of the material temperature and the material cross-sectional dimension is ΔT m, 1 * = − from the material tip.
We examined the case where only 0.091 and ΔH 1 * = ΔB 1 * = 0.033 were added.
第8図〜第10図に、モニタ補償なしの場合の、最終スタ
ンド出側における圧延材断面の高さ寸法および幅寸法の
偏差Δh4 *=Δb4 *ならびに各スタンドにおける圧延材
の前方張力の偏差Δtfj *の応答を示す。ゲージメータ
方式による圧延材断面の高さ寸法の計算値(ロック・オ
ン値)が基準状態からずれているために、最終スタンド
出側における圧延材断面の高さ寸法および幅寸法にオフ
セットが生じている。Figures 8 to 10 show the deviation Δh 4 * = Δb 4 * of the height dimension and width dimension of the rolled material cross section at the exit side of the final stand and the forward tension of the rolled material at each stand without monitor compensation. The response of the deviation Δt fj * is shown. Since the calculated value (lock-on value) of the height dimension of the rolled material cross section by the gauge meter method deviates from the standard state, the height and width dimensions of the rolled material cross section on the exit side of the final stand are offset. There is.
第8図〜第10図に示す結果の前提となっている、上記N
o.1スタンド入側における材料平均温度、材料断面の高
さ寸法および幅寸法それぞれの偏差は、材料先端がNo.1
スタンドに到達してから1.0秒間経過した時刻における
ものである。The above N, which is the premise of the results shown in FIGS.
o.1 Deviations of average material temperature, height and width of material cross section on the stand entry side are No. 1 at the material tip.
This is at the time when 1.0 seconds has passed after reaching the stand.
第11図〜第13図に、モニタ制御あり(スタンド間での圧
延材の張力制+全スタンドでのAGC)の場合の、最終ス
タンド出側における圧延材断面の高さ寸法および幅寸法
の偏差Δh4 *=Δb4 *ならびに各スタンドにおける圧延
材の前方張力の偏差Δtfj *の応答結果を示す。このと
き、モニタ補償積分ゲインは、KM,3=KM,4=0.05とお
いた。Figures 11 to 13 show the deviations of the height and width dimensions of the cross section of the rolled material on the exit side of the final stand when monitor control is applied (tension control of rolled material between stands + AGC in all stands). The response results of Δh 4 * = Δb 4 * and the deviation Δt fj * of the forward tension of the rolled material at each stand are shown. At this time, the monitor compensation integral gain is set to K M, 3 = K M, 4 = 0.05.
第11図〜第13図から明らかなように、モニタ制御ありの
場合は、最終スタンド出側における圧延材断面の高さ寸
法および幅寸法にオフセットが生じていない。As is clear from FIGS. 11 to 13, when the monitor control is performed, there is no offset in the height dimension and width dimension of the rolled material cross section on the exit side of the final stand.
ここで、本発明の制御系をまとめて説明する。Here, the control system of the present invention will be described collectively.
第1図(b)に、張力制御+ゲージメータAGC+モニタA
GC補償の制御系の詳細を示す。各スタンド出側における
圧延材断面の高さ寸法の偏差Δhi *は、ゲージメータ方
式による計算式(17)によって求まる。(17)式の右辺
第1項および第2項は、それ自体公知のゲージメータ式
である。Fig. 1 (b) shows tension control + gauge meter AGC + monitor A.
The details of the control system for GC compensation are shown below. The deviation Δh i * of the height dimension of the cross section of the rolled material on the stand-out side of each stand is obtained by the calculation formula (17) using the gauge meter method. The first term and the second term on the right side of the equation (17) are known gauge meter equations.
ゲージメータ制御は、一般に、圧延機出側における圧延
材断面の高さ寸法のロックオン値からの偏差を0にする
偏差制御であるが、精密圧延を実現するためには、圧延
製品断面の高さ寸法および幅寸法を目標値に制御する絶
対値制御が必要となる。そこで、張力制御とゲージメー
タ方式による計算式(17)によって求まる各スタンド出
側における圧延材断面の高さ寸法の制御において、絶対
値制御を実現することを考える。ここでは、4スタンド
からなる圧延機列による圧延を例に採って説明する。圧
延製品断面の高さ寸法および幅寸法の目標値からの偏差
をΔh4 *(k)、Δb4 *(k)とすると、ゲージメータ
方式による計算式(17)によって求まる各スタンド出側
における圧延材断面の高さ寸法の制御を絶対値制御とす
るには、仕上げ前(リーダ)スタンドおよび仕上スタン
ドにおける圧延材断面の高さ寸法を示す(17)式の第3
項のモニタ補償量ΔhM,3 *(k),ΔhM,4 *(k)
を、以下の手順で計算する。圧延機列出側に設けられた
寸法計によって測定された圧延製品断面の高さ寸法およ
び幅寸法の目標値からの偏差のサンプル値Δh
4 *(k)、Δb4 *(k)からモニタ修正量Δh
x,3 *(k)、Δhx,4 *(k)を(18)、(19)式によ
って計算する。ここで、k1は、圧延機間における圧延材
張力を制御したときの、リーダスタンド出側における圧
延材断面の高さ寸法のゲージメータ方式による計算値が
圧延製品断面の幅寸法に及ぼす影響係数であり、リーダ
・スタンドにおける圧延ロール対間隙が圧延製品断面の
幅寸法に及ぼす影響係数をリーダスタンドにおける圧延
ロール対間隙がリーダ・スタンド出側における圧延材断
面の高さ寸法に与える影響係数で除した商として、(2
0)式で示される。k1は、コンピュータ・シミュレーシ
ョン或は実測によって求められる。k2は、圧延機間にお
ける圧延材張力を制御したときの、仕上スタンド出側に
おける圧延材断面の高さ寸法のゲージメータ方式による
計算値が圧延製品断面の幅寸法に及ぼす影響係数であ
り、仕上スタンドにおける圧延ロール対間隙が圧延製品
断面の幅寸法に及ぼす影響係数を仕上スタンドにおける
圧延ロール対間隙が仕上スタンド出側における圧延材断
面の高さ寸法に与える影響係数で除した商として、(2
1)式で示される。k2は、コンピュータ・シミュレーシ
ョン或は実測によって求められる。The gauge meter control is generally a deviation control that makes the deviation of the height dimension of the rolled material section on the delivery side of the rolling mill from the lock-on value 0, but in order to realize precision rolling, the height of the rolled product section should be controlled. Absolute value control is required to control the height and width dimensions to the target values. Therefore, it is considered to realize the absolute value control in the control of the height dimension of the rolled material cross section on the outlet side of each stand, which is obtained by the tension control and the calculation formula (17) by the gauge meter method. Here, rolling by a rolling mill train including four stands will be described as an example. If the deviations of the height and width dimensions of the rolled product cross section from the target values are Δh 4 * (k) and Δb 4 * (k), the rolling on the stand-out side of each stand, which is calculated by the gauge meter method (17) To control the height of the cross section of the strip to absolute value control, the third dimension of equation (17) that indicates the height of the cross section of the rolled strip in the pre-finishing (leader) stand and finishing stand is used.
Item monitor compensation amount Δh M, 3 * (k), Δh M, 4 * (k)
Is calculated by the following procedure. Sample value Δh of the deviation from the target value of the height dimension and width dimension of the rolled product cross section measured by the dimension gauge installed on the rolling mill output side
Monitor correction amount Δh from 4 * (k), Δb 4 * (k)
x, 3 * (k) and Δh x, 4 * (k) are calculated by the equations (18) and (19). Here, k 1 is the coefficient of influence that the calculated value by the gauge meter method of the height dimension of the rolled material cross section on the leader stand exit side when the rolled material tension between rolling mills is controlled affects the width dimension of the rolled product cross section. The coefficient of influence of the rolling roll pair gap in the leader stand on the width dimension of the rolled product cross section is divided by the influence coefficient of the rolling roll pair gap in the leader stand on the height dimension of the rolled material cross section on the leader stand exit side. As a quotient, (2
It is shown by the equation (0). k 1 is obtained by computer simulation or actual measurement. k 2 is an influence coefficient that the calculated value by the gauge meter method of the height dimension of the rolled material cross section on the exit side of the finishing stand when the tension of the rolled material between rolling mills is controlled, As the quotient of the coefficient of influence of the rolling roll pair gap in the finishing stand on the width dimension of the rolled product cross section divided by the influence coefficient of the rolling roll pair gap in the finishing stand on the height dimension of the rolled material section at the exit side of the finishing stand, 2
It is shown by the formula 1). k 2 is obtained by computer simulation or actual measurement.
モニタ補償量ΔhM,3(k)、ΔhM,4(k)は、各々
(18)、(19)式によって計算されるモニタ修正量Δh
x,3(k),Δhx,4(k)に積分ゲインを掛けて積分し
た式(22)から求められる。ここで、圧延荷重と圧延ロ
ール対間隙から求められる圧延材断面の高さ寸法のゲー
ジメータ方式による計算値による制御のように、比例制
御が作用すると、最終スタンドから寸法計までの圧延材
走行時間だけ遅れが生じるから、圧延製品断面の高さ寸
法および幅寸法が目標値から大きくずれてしまう危険性
がある。そこで、本発明においては、モニタ修正量を積
分することにより、圧延製品断面の高さ寸法および幅寸
法が目標値に整定するようにしている。The monitor compensation amounts Δh M, 3 (k) and Δh M, 4 (k) are the monitor correction amounts Δh calculated by the equations (18) and (19), respectively.
x, 3 (k), Δh x, 4 (k) are multiplied by the integral gain to obtain the integral, which is obtained from the equation (22). Here, when the proportional control acts like the control by the calculated value by the gauge meter method of the height dimension of the rolled material cross section obtained from the rolling load and the gap between the rolling rolls, the rolling material running time from the final stand to the dimension gauge Therefore, there is a risk that the height dimension and the width dimension of the cross section of the rolled product will be largely deviated from the target values. Therefore, in the present invention, the height dimension and the width dimension of the rolled product cross section are set to the target values by integrating the monitor correction amount.
以上説明したように、本発明によるこの実施例の場合、
最適レギュレータによる制御は、以下のように制御性能
が優れていることが明らかになった。As explained above, in the case of this embodiment of the present invention,
It has been clarified that the control by the optimal regulator has excellent control performance as follows.
(1)張力制御および各スタンド出側ゲージメータ計算
高さ制御は整定時間が短く、オフセット=0に制御可能
である。(1) The tension control and height control of the gauge meter on the stand-out side of each stand can be controlled to offset = 0 with a short settling time.
(2)仕上スタンド出側高さ、出側幅はオフセット=0
に制御可能である。(2) Offset of finishing stand exit side height and exit side width = 0
Controllable.
尚、この実施例では、ルーパレス連続圧延について示し
たが、スタンド間にルーパがある場合についてもルーパ
高さと圧延材張力の関係式を用いて状態方程式を構成す
れば、上記実施例におけると同様の方法で寸法制御が可
能である。In this example, the looperless continuous rolling is shown, but even when there is a looper between the stands, if the state equation is configured by using the relational expression between the looper height and the rolled material tension, the same as in the above example. Dimension control is possible by the method.
第1(a),(b)図は本発明の実施例を示す構成図、
第2図〜第3図は制御なしの場合の出側高さΔh4 *、出
側幅Δb4 *、張力Δtfj *のステップ応答の例示図、第
4図〜第7図は制御あり(モニタ補償なし)の場合の出
側高さΔh4 *、出側幅Δb4 *、張力Δtfj *、ロール回
転数ΔNj *、ロール間隙ΔSi *のステップ応答の例示
図、第8図〜第10図はゲージメータ計算のロックオン値
が基準状態よりずれた場合のモニタ補償なしの場合の出
側高さΔhi *、出側幅Δbi *、張力Δtfj *の応答の例
示図、第11図〜第13図はモニタ補償ありの場合の出側高
さΔhi *、出側幅Δbi *、張力Δtfj *の応答の例示図
である。 1,3:水平ロール、2,4:垂直ロール 5:寸法計、6:制御用計算機、7:材料1 (a) and 1 (b) are configuration diagrams showing an embodiment of the present invention,
2 to 3 are examples of the step response of the exit side height Δh 4 * , the exit side width Δb 4 * , and the tension Δt fj * without control, and FIGS. 4 to 7 are with control ( Example of step response of output side height Δh 4 * , output side width Δb 4 * , tension Δt fj * , roll speed ΔN j * , roll gap ΔS i * in the case of (without monitor compensation), FIG. Fig. 10 shows an example of the response of the outlet height Δh i * , outlet width Δb i * , and tension Δt fj * when there is no monitor compensation when the lock-on value of gauge meter calculation deviates from the standard state. FIG. 11 to FIG. 13 are illustrations of the response of the outlet height Δh i * , the outlet width Δb i * , and the tension Δt fj * with monitor compensation. 1,3: Horizontal roll, 2,4: Vertical roll 5: Dimension meter, 6: Control calculator, 7: Material
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大貝 晴俊 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社第1技術研究所内 (72)発明者 川並 高雄 福岡県北九州市八幡東区枝光1−1−1 新日本製鐵株式会社第3技術研究所内 (72)発明者 永沼 洋一 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社第1技術研究所内 (72)発明者 岡 敏博 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式 会社室蘭製鐵所内 (72)発明者 田中 直樹 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式 会社室蘭製鐵所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Harutoshi Ogai 1618 Ida, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside Nippon Steel Co., Ltd. 1st Technical Research Institute (72) Takao Kawanami Inami, Etsumitsu, Hachiman-ku, Kitakyushu, Fukuoka 1-1-1 Nippon Steel Co., Ltd. 3rd Technical Research Laboratory (72) Inventor Yoichi Naganuma 1618 Ida, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Nippon Steel Co., Ltd. 1st Technical Research Laboratory (72) Inventor Oka Toshihiro, 12 Nakamachi, Muroran City, Hokkaido Inside Nippon Steel Co., Ltd. Muroran Works (72) Inventor Naoki Tanaka 12 Nakamachi, Muroran City, Hokkaido Shin Nippon Steel Co., Ltd. Muroran Works
Claims (1)
いて、圧延機列を構成する各スタンドにおける、圧延ロ
ール対間隙の偏差ΔSi *、 ΔSi *=(Si−So,i)/ho,i i=1,2,……,n ここで、Si:i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙
の実測値 So,i:i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙の基
準値 ho,i:i番目のスタンド出側における圧延材断面の高さ
寸法の基準値 圧延材の前方張力の偏差をΔtfj *、 Δtfj *=(tfj−tfo,j)/kfmo,j j=1,2,……,n−1 ここで、tfj:j番目のスタンド出側における圧延材の前
方張力の実測値 tfo,j:j番目のスタンド出側における圧延材の前方張力
の基準(目標)値 kfmo,j:j番目のスタンドにおける圧延材の変形抵抗の
基準値 圧延ロールの回転数の偏差をΔNj *、その時間微分量を
Δj *、 ΔNj *=(Nj/No,j)−1 j=1,2,……,n−1 ここで、Nj:j番目のスタンドにおける圧延ロール回転数
の実測値 No,j:j番目のスタンドにおける圧延ロール回転数の基
準値 圧延荷重の偏差をΔPi *、 ΔPi *=(Pi/Po,i)−1 i=1,2,……,n ここで、Pi:i番目のスタンドにおける圧延荷重の実測値 Po,i:i番目のスタンドにおける圧延荷重の基準(目
標)値 各スタンド出側における圧延材断面高さ寸法の偏差をΔ
hi *、 Δhi *=(hi/ho,i)−1 i=1,2,……,n ここで、hi:i番目のスタンド出側における圧延材断面高
さ寸法の実測値、ho,i:i番目のスタンド出側における
圧延材断面の高さ寸法の基準値(但し、hiは、ゲージメ
ータ式hi=HCal,i+Si+αi・Pi/Miによって求めた値
であり、 HCal,i:i番目のスタンドにおける圧延ロールのカリバ
ー(孔型)深さ Si:i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙の実測値 αi:i番目のスタンドにおけるスケール・ファクタ Pi:i番目のスタンドにおける圧延荷重の実測値 Mi:i番目のスタンドにおけるミル剛性) i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙、圧延荷重
およびi番目のスタンド出側における圧延材断面高さ寸
法のロック・オン値をそれぞれSL,i、PL,iおよびhL
i(hL,i=HCal,i+SL,i+(αi・PL,i)/Mi)、
i番目のスタンドにおける圧延ロール対間隙、圧延荷重
およびi番目のスタンド出側における圧延材断面高さ寸
法のロック・オン値それぞれの偏差値を ΔSL,i *、ΔPL,i *およびΔhL,i *、 ΔSL,i *=(SL,i−So,i)/So,i ΔPL,i *=(PL,i−Po,i)/Po,i ΔhL,i *=(hL,i−ho,i)/ho,i 各スタンド出側における圧延材断面高さ寸法の偏差Δhi
*と、各スタンド出側における圧延材断面高さ寸法のロ
ック・オン値の偏差ΔhL,i *からの隔たりにモニタ補
償量ΔhM,i *を加えた量 Δi *、Δi *=Δhi *−ΔhL,i * =Δi *+αi・Δi */Mi *+ΔhM,i * i=1,2,……,n ここで、Δi *=ΔSi *−ΔSL,i * Δi *=ΔPi *−ΔPL,i * Mi *=ho,i・Mi/Po,i モニタ補償量ΔhM,i *:圧延機列出側に設けられた圧
延材断面寸法計によって測定された圧延材断面高さ寸法
および幅寸法の偏差の実測値から、圧延機列における各
スタンドでの圧下量が仕上げスタンド出側における圧延
材断面高さ寸法および幅寸法に及ぼす影響係数に基づ
き、各スタンドに配分し積分して得られる値 各スタンドの入側における材料の平均温度、圧延材断面
高さ寸法および幅寸法それぞれの偏差を、 ΔTmi *、ΔHi *およびΔBi *、 ΔTmi *=Δmi/Tmo,i ΔHi *=ΔHi/Ho,i ΔBi *=ΔBi/Bo,i i=1,2,……,n 状態ベクトルx、出力ベクトルy、入力ベクトルuを、 x=(Δi *,Δtfj *,ΔNj *,Δj *)T ここで、Tは転置行列を意味する。 y=(Δi *,Δtfj *)T u=(Δref,i *,ΔNref,j *)T i=1,2,……,n j=1,2,……,n−1 ここで、ΔSref,i *:i番目スタンドにおける設定圧延
ロール対間隙の目標値 ΔNref,j *:j番目スタンドにおける設定ロール回転数
の目標値として、 制御入力を決定する制御系設計時の圧延の状態方程式 x(k+1)=Ax(k)+Bu(k) y(k)=Cx(k) ここで、k:離散時間系の時刻を表す刻み番号(整数) を用いて、評価関数Jを最小にする出力ベクトル(制御
偏差)および状態ベクトルのフィードバックから構成さ
れる最適入力によって、圧延機列における最終スタンド
(第n番目スタンド)から放出される圧延材の高さ寸法
および幅寸法を制御するようにしたことを特徴とする線
材および棒鋼圧延における寸法制御方法 ここで、Q、R:重み行列 e(k)=r(k)−y(k), r(k)=O:目標値, v(k)=u(k)−u(k−1) なお、制御入力u=(Δref,i *,ΔNref,j *)Tに
おけるスタンド番号i,jは、i=O〜n,j=O〜n−1の
範囲内で任意の組合せを採り得るものとし、 i=Oのとき、ロール間隙を操作量とせず、 j=Oのとき、ロール間隙を操作量としない。1. In the continuous rolling of a wire rod / bar steel by a rolling mill train, deviations ΔS i * , ΔS i * = (S i −S o, i ) of rolling roll-to-gap at each stand constituting the rolling mill train. / h o, i i = 1,2, ..., n where S i : Measured value of rolling roll-gap at the i-th stand S o, i : Reference value of rolling roll-gap at the i-th stand h o, i : Reference value of the height of the cross section of the rolled material on the exit side of the i-th stand The deviation of the forward tension of the rolled material is Δt fj * , Δt fj * = (t fj −t fo, j ) / k fmo , j j = 1,2, ..., n−1 where t fj : actual measured value of the forward tension of the rolled material on the j-th stand exit side t fo, j : of the rolled material on the j-th stand exit side Reference (target) value of forward tension k fmo, j : Reference value of deformation resistance of rolled material at the j-th stand The deviation of the rotation speed of the rolling roll is ΔN j * , and its time derivative is Δ j * , ΔN j * = (N j / N o, j ) −1 j = 1,2, ..., n−1 where N j : measured value of rolling roll rotational speed at the j-th stand N o, j : j The standard value of the rolling speed of the rolling roll at the th stand The deviation of the rolling load is ΔP i * , ΔP i * = (P i / P o, i ) −1 i = 1,2, ..., n where P i : Measured value of rolling load at the i-th stand P o, i : Reference (target) value of rolling load at the i-th stand The deviation of the rolled material cross-sectional height dimension on the stand-out side of each stand is Δ.
h i * , Δh i * = (h i / h o, i ) −1 i = 1,2, ..., n where, h i : Actual measurement of rolled material cross-section height dimension on the exit side of the i-th stand Value, h o, i : Reference value of the height dimension of the rolled material cross section on the exit side of the i-th stand (where h i is the gauge meter formula h i = H Cal, i + S i + α i · P i / M a value obtained by i, H Cal, i: caliber of i-th rolling rolls in stands (grooved) depth S i: measured value of the rolling roll pair gap in the i-th stand alpha i: i-th stand Scale factor P i : Actual measurement of rolling load at the i-th stand M i : Mill rigidity at the i-th stand) Roll roll gap at the i-th stand, rolling load, and rolled material at the i-th stand exit side The lock-on value of the cross-sectional height is S L, i , P L, i and h L, respectively.
i (h L, i = H Cal, i + S L, i + (α i · P L, i ) / M i ),
The deviations of the gap between the rolling roll in the i-th stand, the rolling load, and the lock-on value of the cross-sectional height dimension of the rolled material on the exit side of the i-th stand are ΔS L, i * , ΔP L, i *, and Δh L. , i * , ΔS L, i * = (S L, i −S o, i ) / S o, i ΔP L, i * = (P L, i −P o, i ) / P o, i Δh L , i * = (h L, i −h o, i ) / h o, i Deviation Δh i of cross-sectional height dimension of rolled material on the stand-out side of each stand
* And the deviation from the lock-on value deviation Δh L, i * of the cross-sectional height dimension of the rolled material on the exit side of each stand, plus the monitor compensation amount Δh M, i * , Δ i * , Δ i * = Δh i * −Δh L, i * = Δ i * + α i · Δ i * / M i * + Δh M, i * i = 1,2, ..., n where Δ i * = ΔS i * −ΔS L, i * Δ i * = ΔP i * -ΔP L, i * M i * = h o, i · M i / P o, i monitor compensation amount Δh M, i *: provided on the delivery side of the rolling mill train From the measured values of the deviation of the height and width dimensions of the rolled material measured by the rolled material cross-sectional dimension meter, the amount of reduction at each stand in the rolling mill train is determined by the height and width of the rolled material cross-section at the exit side of the finishing stand. Value obtained by distributing to each stand and integrating based on the coefficient of influence on the size.The average temperature of the material on the entrance side of each stand, the deviation of the height and width of the cross section of the rolled material. The difference is expressed as ΔT mi * , ΔH i * and ΔB i * , ΔT mi * = Δ mi / T mo, i ΔH i * = ΔH i / H o, i ΔB i * = ΔB i / B o, i i = 1,2, ..., n State vector x, output vector y, input vector u, x = (Δ i * , Δt fj * , ΔN j * , Δ j * ) T where T means transposed matrix To do. y = (Δ i * , Δt fj * ) T u = (Δ ref, i * , ΔN ref, j * ) T i = 1,2, ..., n j = 1,2, ..., n-1 Here, ΔS ref, i * : Target value of set rolling roll-gap in the i-th stand ΔN ref, j * : As the target value of the set roll speed in the j-th stand, the control input is determined when designing the control system. Rolling state equation x (k + 1) = Ax (k) + Bu (k) y (k) = Cx (k) Here, k is an evaluation function J using a step number (integer) that represents the time of a discrete time system. The height and width dimensions of the rolled material discharged from the last stand (nth stand) in the rolling mill train are controlled by the optimum input consisting of the output vector (control deviation) and the feedback of the state vector that minimize Dimension control method in rolling rod and bar steel characterized in that Here, Q, R: weight matrix e (k) = r (k) -y (k), r (k) = O: target value, v (k) = u (k) -u (k-1) the control input u = (Δ ref, i * , ΔN ref, j *) stand number i, j in T is, i = O~n, take any combination within the range of j = O~n-1 If i = O, the roll gap is not the manipulated variable, and if j = O, the roll gap is not the manipulated variable.
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