專利名稱：連軋機(jī)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)鋼板等進(jìn)行軋制的連軋機(jī)的控制裝置。
圖1為連軋機(jī)的要部的示意構(gòu)成圖，圖2為利用“H∞控制在工廠中的實(shí)際應(yīng)用”(測(cè)量自動(dòng)控制學(xué)會(huì))p.70-p.73中記載的第1現(xiàn)有技術(shù)的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。在圖1中，符號(hào)1為連軋機(jī)，符號(hào)21為作為被軋制材料的帶鋼，符號(hào)22為前段軋制機(jī)架，符號(hào)23為后段軋制機(jī)架，符號(hào)24為軋機(jī)馬達(dá)，符號(hào)25為活套支撐器，符號(hào)26為活套支撐器馬達(dá)，符號(hào)27為用于檢測(cè)帶鋼21的張力的張力檢測(cè)器，符號(hào)28為用于檢測(cè)活套支撐器25的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度的活套支撐器角度檢測(cè)器。圖1所示控制裝置根據(jù)使用的技術(shù)的內(nèi)容，即是現(xiàn)有技術(shù)還是本發(fā)明的實(shí)施形式而采用不同的構(gòu)成，所以，使用沒有符號(hào)的一般的表述。另外，張力檢測(cè)器27和活套支撐器角度檢測(cè)器28為了便于觀察因此在示出連軋機(jī)1的虛線內(nèi)圖示，但按實(shí)際分類應(yīng)包含在控制裝置的構(gòu)成要素中。在圖2中，符號(hào)20為使用第1現(xiàn)有技術(shù)的控制裝置，符號(hào)2為軋制速度控制器，符號(hào)3為活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器，符號(hào)5為張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器，符號(hào)6為活套支撐器角度控制器。
下面，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。
連軋機(jī)1在各軋制機(jī)架22、23中的前段軋制機(jī)架22中，用軋輥向下壓，同時(shí)，用軋機(jī)馬達(dá)24驅(qū)動(dòng)軋輥，送出帶鋼21，從而進(jìn)行軋制。另外，在軋制機(jī)架22、23之間配置由活套支撐器馬達(dá)26驅(qū)動(dòng)的活套支撐器25和其附帶機(jī)構(gòu)，使活套支撐器25接觸由軋機(jī)馬達(dá)24輸送驅(qū)動(dòng)的帶鋼21，限制輸送形狀。另一方面，控制裝置20的軋制速度控制器2使軋機(jī)馬達(dá)24的速度與軋制速度指令vr一致地進(jìn)行控制，活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3使活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩與活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr一致地進(jìn)行控制。即，控制裝置20適當(dāng)?shù)剡\(yùn)算軋制速度指令vr和活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，對(duì)帶鋼21施加一定的張力，同時(shí)使帶鋼21在軋制機(jī)架間構(gòu)成一定的活套(曲線)地即活套支撐器25的角度為一定地進(jìn)行控制。
在上述說明中，為了控制軋制機(jī)架22、23間的帶鋼21的張力σ和活套支撐器25的角度θ，以控制前段軋制機(jī)架22的軋制速度的構(gòu)成為例進(jìn)行了說明，但軋制速度的控制對(duì)象不限定于前段軋制機(jī)架22，也可為后段軋制機(jī)架23。
應(yīng)用于控制裝置20的第1現(xiàn)有技術(shù)為過去最常用的方式，雖不能說具有特別優(yōu)良的張力控制性能，但可以說控制方式單純，可簡(jiǎn)單地利用。相對(duì)于控制裝置20，從外部輸入張力指令σr和活套支撐器角度指令θr，而且輸入由活套支撐器角度檢測(cè)器28檢測(cè)出的活套支撐器角度θ。張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器5根據(jù)張力指令σr，在穩(wěn)定地使帶鋼21的張力σ與張力指令σr一致的狀態(tài)下，前饋的方式運(yùn)算活套支撐器25支承帶鋼21時(shí)所用的活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩，作為張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs輸出。張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs作為活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr輸入到活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3，活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3使活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩與活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr一致地進(jìn)行控制?；钐字纹鹘嵌瓤刂破?輸入活套支撐器角度指令θr與活套支撐器角度θ的差即角度偏差θe，運(yùn)算角度偏差θe上乘角度比例增益Cp后獲得的信號(hào)與對(duì)角度偏差θe進(jìn)行積分并乘角度積分增益Ci后獲得的信號(hào)的和信號(hào)。即，使活套支撐器角度θ不具有穩(wěn)態(tài)偏差地進(jìn)行PI(比例積分)運(yùn)算，作為軋制速度指令vr輸出。軋制速度控制器2使軋制速度與軋制速度指令vr一致地進(jìn)行控制。
這樣，控制裝置20產(chǎn)生可穩(wěn)定地由活套支撐器25平衡從而支承張力σ與張力指令σe一致的帶鋼21的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs，而且，相對(duì)于前段軋制機(jī)架22和后段軋制機(jī)架23的向下壓的變動(dòng)等產(chǎn)生的帶鋼21的速度的變動(dòng)，使活套支撐器角度θ與活套支撐器角度指令θr一致即在前段軋制機(jī)架22與后段軋制機(jī)架23的機(jī)架間使活套的長(zhǎng)度為一定地修正軋制速度指令vr。這樣，活套支撐器角度θ和張力σ分別將活套支撐器角度指令θr和張力指令σr作為目標(biāo)值進(jìn)行控制。另外，還具有這樣的特征，即，該方式的控制裝置20不一定非要張力檢測(cè)器27，而且，反饋控制僅由活套支撐器角度控制器6進(jìn)行，所以，僅對(duì)以活套支撐器角度控制器6為主干的單循環(huán)控制系進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整，即可繼續(xù)進(jìn)行操作。
然而，控制系的單純性與控制性能的質(zhì)量矛盾的場(chǎng)合較多，連軋機(jī)1的特性基本上被由帶鋼21的彈性和活套支撐器25的慣性構(gòu)成的彈簧慣性系的共振特性支配，所以，對(duì)于不對(duì)張力σ進(jìn)行反饋控制的構(gòu)成的現(xiàn)有的控制裝置20，當(dāng)提高活套支撐器角度控制器6的增益時(shí)，控制系變得不穩(wěn)定，難以高精度地控制張力σ和角度θ。
圖3中示出利用了“H∞控制在工廠中的實(shí)際應(yīng)用”(測(cè)量自動(dòng)控制學(xué)會(huì))p.77-p.79中記載的第2現(xiàn)有技術(shù)的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成。作為控制對(duì)象的連軋機(jī)1的構(gòu)成與圖1所示相同。符號(hào)30為利用了第2現(xiàn)有技術(shù)的控制裝置，符號(hào)201為活套支撐器角度控制器，符號(hào)202為張力控制器，符號(hào)203為具有系數(shù)倍乘器H12、H21的非交互控制器，符號(hào)204為活套支撐器速度控制器。該第2現(xiàn)有技術(shù)的特征在于非交互控制，與第1現(xiàn)有技術(shù)的較大的不同點(diǎn)在于根據(jù)張力檢測(cè)器27檢測(cè)出的張力σ由軋機(jī)馬達(dá)24分擔(dān)張力σ、由活套支撐器馬達(dá)26分擔(dān)活套支撐器角度θ地進(jìn)行控制。
下面，說明控制裝置30的動(dòng)作。首先，將活套支撐器角度指令θr和活套支撐器角度θ的偏差即活套支撐器角度偏差θe作為輸入的活套支撐器角度控制器201，使活套支撐器角度θ不具有穩(wěn)態(tài)偏差地輸出進(jìn)行了PI運(yùn)算的信號(hào)。另一方面，將張力指令σr與張力σ的偏差即張力偏差σe作為輸入的張力控制器202，使張力σ不具有穩(wěn)態(tài)偏差地輸出進(jìn)行了PI運(yùn)算的信號(hào)。非交互控制器203將對(duì)張力控制器202的輸出乘以-1后獲得的信號(hào)與通過系數(shù)倍乘器H12在活套支撐器角度控制器201的輸出上乘以常數(shù)h12后獲得的信號(hào)的和信號(hào)作為軋制速度指令vr輸入到軋制速度控制器2中，同時(shí)，將活套支撐器角度控制器201的輸出與通過由系數(shù)倍乘器H21在張力控制器202的輸出上乘以常數(shù)h21后獲得的信號(hào)的和信號(hào)作為活套支撐器速度指令ωr輸入到活套支撐器速度控制器204，活套支撐器速度控制器204使活套支撐器角度檢測(cè)器28檢測(cè)出的活套支撐器速度ω與活套支撐器速度指令ωr一致地運(yùn)算活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，將其輸入到活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3，活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3使活套支撐器馬達(dá)26的發(fā)生轉(zhuǎn)矩與活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr一致地進(jìn)行控制。
在這里，上述活套支撐器速度控制器204由與活套支撐器角度控制器201、張力控制器202、非交互控制器203不同的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，通常與活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3同樣由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)的計(jì)算機(jī)構(gòu)成。而且，該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算以比活套支撐器角度控制器201、張力控制器202或非交互控制器203的運(yùn)算更快的取樣周期進(jìn)行。該活套支撐器速度控制器204進(jìn)行包含積分反饋的控制，使得即使相對(duì)活套支撐器馬達(dá)26從外部加上穩(wěn)態(tài)的轉(zhuǎn)矩，活套支撐器速度ω也與活套支撐器速度指令ωr一致，例如根據(jù)以活套支撐器速度指令ωr與活套支撐器速度ω的偏差作為輸入的PI運(yùn)算，運(yùn)算活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr。
使用第2現(xiàn)有技術(shù)的控制裝置30由軋機(jī)馬達(dá)24控制張力σ，由活套支撐器馬達(dá)26控制活套支撐器角度θ，分別由軋機(jī)馬達(dá)24和活套支撐器馬達(dá)26控制張力σ的穩(wěn)態(tài)值和活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值地動(dòng)作。因此，其特征在于，根據(jù)進(jìn)行PI運(yùn)算的張力控制器202的動(dòng)作將對(duì)張力偏差σe進(jìn)行積分后獲得的信號(hào)成分加到軋制速度指令vr上，另外，根據(jù)活套支撐器角度控制器201和活套支撐器速度控制器204的動(dòng)作將對(duì)活套支撐器角度偏差θe進(jìn)行積分后獲得的信號(hào)成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr上。但是，即使在活套支撐器角度控制器201不進(jìn)行PI運(yùn)算而是僅進(jìn)行比例運(yùn)算的場(chǎng)合，只要活套支撐器速度控制器204進(jìn)行PI運(yùn)算，則活套支撐器角度偏差θe的比例成分加到活套支撐器速度指令ωr上，再將通過活套支撐器速度控制器204的PI運(yùn)算對(duì)活套支撐器速度指令ωr積分后獲得的成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，所以，與將對(duì)活套支撐器角度偏差θe積分后的信號(hào)成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr并由活套支撐器馬達(dá)26控制活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值的工作原理并沒有什么不同。
另外，可以得知，為了避免軋機(jī)馬達(dá)24對(duì)張力σ的控制和活套支撐器馬達(dá)26對(duì)活套支撐器角度θ的控制相互干涉，使用了非交互控制器203，但工作原理等同于如上述說明的那樣將對(duì)張力偏差σe積分后獲得的信號(hào)成分加到軋制速度指令vr，將對(duì)活套支撐器角度偏差θe積分后獲得的信號(hào)成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，從而由軋機(jī)馬達(dá)24控制張力σ的穩(wěn)態(tài)值，由活套支撐器馬達(dá)26控制活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值。
由于利用了第2現(xiàn)有技術(shù)的控制裝置30如上述那樣動(dòng)作，所以，與軋制機(jī)架間的帶鋼21的活套長(zhǎng)度無關(guān)地由活套支撐器馬達(dá)26控制活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值。因此，在一次沒有適當(dāng)?shù)卦O(shè)定活套支撐器角度控制器201和張力控制器202兩者的比例增益和積分增益的場(chǎng)合，存在活套支撐器25從帶鋼21離開的可能性，特別是存在開始操作時(shí)難以調(diào)整的問題。
另外，使用非交互控制器203時(shí)，不能完全地使張力σ的控制和活套支撐器角度θ的控制非干涉化，特別是在張力控制器202和活套支撐器角度控制器201的控制增益小的場(chǎng)合，張力σ的控制和活套支撐器角度θ的控制相互干涉，控制系可能變得不穩(wěn)定，存在使這樣的問題進(jìn)入視野的控制系難以調(diào)整的問題。另外，在使張力控制器202和活套支撐器角度控制器201的控制增益充分大的場(chǎng)合，根據(jù)活套支撐器角度控制器201的動(dòng)作來固定活套支撐器角度θ地動(dòng)作，所以，張力σ的控制僅由軋機(jī)馬達(dá)24進(jìn)行，不能在張力σ的控制中充分利用活套支撐器25，從而不能提高張力控制精度。
在圖4中，示出利用了記載于電氣學(xué)會(huì)論文集C，Vol.116，No.10，pp.1111-pp.1118和日本特開平8-155522號(hào)公報(bào)的第3現(xiàn)有技術(shù)的控制裝置的構(gòu)成。在圖4中，與圖2相同的符號(hào)示出相同部分，省略其說明。符號(hào)40為利用了現(xiàn)有技術(shù)的控制裝置，符號(hào)205為多變量比例控制器。該第3現(xiàn)有技術(shù)在第1現(xiàn)有技術(shù)中增加了多變量比例控制器205。
下面，說明控制裝置40的動(dòng)作。首先，與利用了上述第1現(xiàn)有技術(shù)的控制裝置20同樣，活套支撐器角度控制器6輸入活套支撐器角度偏差θe，輸出進(jìn)行PI運(yùn)算后獲得的信號(hào)，另外，張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器5根據(jù)張力指令σr運(yùn)算張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs。多變量比例控制器205輸入以張力指令σr為基準(zhǔn)的張力σ的變動(dòng)量即變動(dòng)張力Δσ及活套支撐器速度ω，輸出用設(shè)定的常數(shù)h22乘變動(dòng)張力Δσ后獲得的信號(hào)與用設(shè)定的常數(shù)h21乘活套支撐器速度ω后獲得的信號(hào)的和信號(hào)vh及用設(shè)定的常數(shù)h12乘變動(dòng)張力Δσ后獲得的信號(hào)與用設(shè)定的常數(shù)h11乘活套支撐器速度ω后獲得的信號(hào)的和信號(hào)qh。接著，將活套支撐器角度控制器6的輸出和多變量比例控制器205的輸出vh上乘-1后獲得的信號(hào)的和信號(hào)輸入到軋制速度控制器2作為軋制速度指令vr，將張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs和多變量比例控制器205的輸出qh乘-1后獲得的信號(hào)的和信號(hào)輸入到活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3作為活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr。
在控制裝置40中，從張力σ到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的比例增益如上述那樣為h12，確定常數(shù)h12的條件為，當(dāng)不使活套支撐器角度控制器6動(dòng)作而使多變量比例控制器205動(dòng)作時(shí)，不使活套支撐器角度θ發(fā)散為無限大，即，使連軋機(jī)1中的帶鋼21的張力σ的變動(dòng)與施加到活套支撐器25的轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)相抵消。因此，h12為負(fù)符號(hào)，隨著張力σ的增大，朝增大活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的方向作用。該比例增益h12根據(jù)其效果被設(shè)定成活套支撐器角度θ的變動(dòng)比張力σ的變動(dòng)小。
由構(gòu)成框圖可知，控制裝置40僅是在可最簡(jiǎn)單地進(jìn)行軋制操作的第1現(xiàn)有技術(shù)即由活套支撐器角度控制器6進(jìn)行的單循環(huán)控制中追加由4個(gè)比例增益要素構(gòu)成的多變量比例控制器205的構(gòu)造。為此，可在由活套支撐器角度控制器6進(jìn)行的單循環(huán)控制的基礎(chǔ)上，一個(gè)一個(gè)地追加增益進(jìn)行調(diào)整即可，與第2現(xiàn)有技術(shù)相比，調(diào)整簡(jiǎn)單。
然而，當(dāng)按相同抽樣周期進(jìn)行上述所有運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算很費(fèi)時(shí)間，抽樣周期變長(zhǎng)(通常為數(shù)10msec)。另外，抽樣周期變長(zhǎng)意味著不能忽視無用時(shí)間，控制系整體的響應(yīng)性變得遲鈍，這使得不能充分提高張力σ的控制精度。另外，從張力σ到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的比例增益h12選擇為在張力σ增大時(shí)使活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr增大的方向的符號(hào)，所以，進(jìn)行動(dòng)作使得相對(duì)張力σ的變動(dòng)盡可能不使活套支撐器角度θ變動(dòng)。結(jié)果，不能積極地將活套支撐器25用于抑制張力σ變動(dòng)的控制，僅由軋機(jī)馬達(dá)24進(jìn)行張力σ的控制，所以，張力σ的控制精度存在極限，難以充分提高精度。
這樣，第1-第3現(xiàn)有技術(shù)存在控制系的調(diào)整難以進(jìn)行或即使調(diào)整簡(jiǎn)單也難以充分提高控制精度的問題。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置適用于使由活套支撐器馬達(dá)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的活套支撐器接觸在由軋機(jī)馬達(dá)輸送驅(qū)動(dòng)的被軋制材料從而對(duì)輸送形狀進(jìn)行限制、并在同時(shí)連續(xù)地進(jìn)行軋制的連軋機(jī)中，并具有接受轉(zhuǎn)矩指令從而對(duì)上述活套支撐器馬達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制的活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器和接受軋制速度指令從而對(duì)上述軋機(jī)馬達(dá)進(jìn)行速度控制的軋制速度控制器；其中，具有活套支撐器角度控制器和活套支撐器速度控制器；該活套支撐器角度控制器對(duì)活套支撐器角度與外部輸入的活套支撐器角度指令的偏差即活套支撐器角度偏差實(shí)施控制運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果作為軋制速度指令提供給上述軋制速度控制器；該活套支撐器速度控制器以比該活套支撐器角度控制器快的運(yùn)算速度動(dòng)作，對(duì)活套支撐器速度與外部輸入的活套支撐器速度指令的偏差即活套支撐器速度偏差進(jìn)行控制運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果作為與上述活套支撐器角度控制器的輸出無關(guān)的轉(zhuǎn)矩指令提供給上述活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器。
這樣，將由活套支撐器速度控制器對(duì)活套支撐器速度偏差進(jìn)行控制運(yùn)算后獲得的運(yùn)算結(jié)果作為與活套支撐器角度控制器的輸出無關(guān)的轉(zhuǎn)矩指令提供給活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器，在活套支撐器速度控制器輸出的轉(zhuǎn)矩指令中不包含對(duì)活套支撐器角度偏差積分后獲得的成分，所以，不用在張力的穩(wěn)態(tài)值之外另行對(duì)活套支撐器角度的穩(wěn)態(tài)值進(jìn)行控制，這樣，由將活套支撐器角度控制器的單循環(huán)控制為基本的簡(jiǎn)單的調(diào)整即可進(jìn)行高精度的控制，另外，對(duì)于活套支撐器速度的變動(dòng)由活套支撐器速度控制器以比活套支撐器角度控制器高的運(yùn)算速度加以補(bǔ)償，所以，可減小由于運(yùn)算周期長(zhǎng)導(dǎo)致的控制系的無用時(shí)間，以足夠的速應(yīng)性對(duì)活套支撐器馬達(dá)進(jìn)行速度控制，具有大幅度提高被軋制材料的張力控制、活套支撐器角度控制、及活套支撐器速度控制的質(zhì)量的效果。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置的活套支撐器速度控制器具有活套支撐器速度比例控制器，該活套支撐器速度比例控制器使上述活套支撐器速度偏差按比例倍增，并將其加到根據(jù)被軋制材料的張力目標(biāo)值即根據(jù)張力指令進(jìn)行運(yùn)算后獲得的活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令中。
這樣，增大活套支撐器速度比例控制器的比例增益意味著由活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令對(duì)活套支撐器速度的變動(dòng)進(jìn)行比例補(bǔ)償，減少?gòu)耐獠考拥交钐字纹骱突钐字纹黢R達(dá)的轉(zhuǎn)矩變化所帶來的活套支撐器速度的變動(dòng)，另外，活套支撐器速度控制器的活套支撐器速度的反饋控制為比例控制，與包含時(shí)間項(xiàng)的積分控制無關(guān)，所以，只要張力偏差不為0，則活套支撐器速度不會(huì)為0而靜止，因此，與活套支撐器速度控制器還進(jìn)行積分控制的場(chǎng)合相比不會(huì)過度抑制活套支撐器角度的變動(dòng)，基本上不用擔(dān)心活套支撐器從被軋制材料離開而產(chǎn)生實(shí)際上不能進(jìn)行控制的期間，所以，具有可進(jìn)行質(zhì)量高的穩(wěn)定作業(yè)的效果。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置具有對(duì)張力與張力指令的偏差即張力偏差進(jìn)行比例倍增后加到上述活套支撐器速度指令中的張力交叉比例控制器。
這樣，張力交叉比例控制器相對(duì)張力的增大使活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令減少地進(jìn)行運(yùn)算，可相對(duì)張力的變動(dòng)使活套支撐器以快的響應(yīng)積極地移動(dòng)加以補(bǔ)償，與不使用活套支撐器速度控制器的現(xiàn)有技術(shù)相比，雖然相對(duì)張力的、活套支撐器角度的變動(dòng)方向相同，但由活套支撐器速度控制器使活套支撐器猶如減少了慣性似地迅速移動(dòng)，由此可相應(yīng)地大幅度抑制張力的變動(dòng)，另外，活套支撐器角度的變動(dòng)幅度也由活套支撐器角度控制器的動(dòng)作抑制，所以，不會(huì)變得太大，另外，活套支撐器速度相對(duì)張力變動(dòng)的響應(yīng)變快，所以，可將活套支撐器角度控制器的響應(yīng)性設(shè)定得較高，可提高控制系整體的響應(yīng)性，提高活套支撐器角度控制和張力控制的精度，確保穩(wěn)定操作。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置具有張力比例控制器，該張力比例控制器使張力與上述張力指令的偏差即張力偏差按比例倍增，并將其作為向上述軋制速度指令的減法輸入。
這樣，可相應(yīng)于張力比例控制器的比例增益由軋制速度指令對(duì)張力變動(dòng)進(jìn)行比例補(bǔ)償，通過作為該比例補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果抑制張力變動(dòng)，具有提高控制系的振動(dòng)衰減效果、進(jìn)一步確保穩(wěn)定操作的效果。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置的張力比例控制器由以比上述活套支撐器角度控制器快的運(yùn)算速度動(dòng)作的計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
這樣，在控制系整體的最內(nèi)側(cè)控制循環(huán)的支配因素中，除活套支撐器速度控制器外，張力比例控制器也可進(jìn)行高速運(yùn)算動(dòng)作，通過使要求最快的響應(yīng)的、控制系整體中最內(nèi)側(cè)的控制循環(huán)高速化，可使控制系整體的響應(yīng)進(jìn)一步高速化，將運(yùn)算周期的長(zhǎng)度導(dǎo)致的控制系的無用時(shí)間抑制得較小，由足夠的速應(yīng)性對(duì)活套支撐器馬達(dá)進(jìn)行速度控制，從而獲得可提高控制系整體的控制質(zhì)量的效果。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置具有張力積分控制器，該張力積分控制器對(duì)張力與張力指令的偏差即張力偏差實(shí)施積分運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果加到張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩中。
這樣，即使是檢測(cè)運(yùn)算誤差等原因使得按照由張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器運(yùn)算獲得的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定地平衡的張力與由張力檢測(cè)器檢測(cè)出的張力的穩(wěn)態(tài)值之間穩(wěn)定地產(chǎn)生偏移誤差的場(chǎng)合，也可由張力積分控制器的積分運(yùn)算動(dòng)作阻止穩(wěn)定的偏移誤差的發(fā)生，進(jìn)行更高精度的張力控制，而且不用將張力偏差的積分值加到軋制速度指令，只需加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令，所以，不需要追加將活套支撐器角度偏差的積分成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令的控制循環(huán)，另外，對(duì)偏移誤差的修正不需要速應(yīng)性，所以，張力積分增益可較小，因此，通過設(shè)置張力積分控制器，不用擔(dān)心控制系整體的動(dòng)特性惡化，追加最小限度的控制循環(huán)數(shù)即可提高張力控制性能，提高操作的穩(wěn)定性和質(zhì)量。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置的活套支撐器速度控制器將上述外部輸入的活套支撐器速度指令固定為零，將用負(fù)的常數(shù)乘上述活套支撐器速度后獲得的值作為轉(zhuǎn)矩指令設(shè)定到上述活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器中。
這樣，活套支撐器速度控制器不接收與張力偏差相應(yīng)的活套支撐器速度指令，與張力無關(guān)地以將活套支撐器速度指令置換成0的形式進(jìn)行控制動(dòng)作，與最內(nèi)側(cè)相當(dāng)?shù)目刂蒲h(huán)僅是將活套支撐器速度反饋到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令的控制循環(huán)，另外，即使沒有將張力反饋到軋制速度指令的控制循環(huán)也可以，所以，雖然高速響應(yīng)性多少有些惡化，但通過進(jìn)行比活套支撐器角度控制器快速快的運(yùn)算動(dòng)作，可快速地對(duì)應(yīng)偏差，使控制系整體的響應(yīng)高速化，提高張力控制精度。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置具有活套支撐器速度交叉比例控制器，該活套支撐器速度交叉比例控制器使上述活套支撐器速度按比例倍增后作為上述軋制速度指令的減法輸入。
這樣，在希望進(jìn)一步減小活套支撐器角度的變動(dòng)的場(chǎng)合，雖然調(diào)整增益增加使調(diào)整難度相應(yīng)增大，但可弱化將活套積極地用于張力控制的效果，進(jìn)一步減小活套支撐器角度的變動(dòng)，調(diào)整將軋機(jī)馬達(dá)和活套支撐器馬達(dá)用于張力控制的比例，實(shí)現(xiàn)最佳控制。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置具有活套支撐器角度比例控制器，該活套支撐器角度比例控制器使作為上述活套支撐器角度控制器的輸入的活套撐器角度偏差按比例倍增，并將其加到作為上述活套支撐器速度控制器的輸入的活套支撐器速度指令中。
這樣，在將張力交叉比例控制增益設(shè)定為較小的適當(dāng)值的場(chǎng)合，張力偏差的響應(yīng)一旦朝負(fù)向產(chǎn)生較大的偏移后，不用使其朝正向偏移即可達(dá)到穩(wěn)定，這樣，可實(shí)現(xiàn)過渡變動(dòng)抑制型的張力控制，而且對(duì)活套支撐器角度偏差積分后獲得的信號(hào)成分不進(jìn)行加法運(yùn)算，所以，張力的穩(wěn)態(tài)值必然對(duì)活套支撐器角度的穩(wěn)態(tài)值產(chǎn)生影響這一點(diǎn)最終沒有變化，不用分別控制活套支撐器角度的穩(wěn)態(tài)值和張力的穩(wěn)態(tài)值，所以，通過在以活套支撐器角度控制器為主干的單循環(huán)控制系一個(gè)一個(gè)地追加比例控制循環(huán)這樣的簡(jiǎn)單調(diào)整，即可提高張力的控制精度。
本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置的活套支撐器速度控制器具有按活套支撐器速度增益使上述活套支撐器速度偏差按比例倍增的活套支撐器速度比例控制器，向該活套支撐器速度比例控制器提供活套支撐器速度指令，該活套支撐器速度指令包含用上述活套支撐器速度增益除根據(jù)被軋制材料的張力目標(biāo)值即張力指令運(yùn)算出的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩后獲得的值。
這樣，在活套支撐器速度比例控制器的輸出段不進(jìn)行被軋制材料的張力目標(biāo)值即張力指令的加法運(yùn)算，通過在活套支撐器速度控制器的前段側(cè)提供包含用活套支撐器速度增益除張力指令獲得的值的活套支撐器速度指令，可實(shí)質(zhì)上使活套支撐器速度比例增益與其倒數(shù)相抵消，將增益為1的張力指令加到活套支撐器速度比例控制器的輸出，使減少1個(gè)加法處理動(dòng)作的活套支撐器速度控制器的處理速度高速化，而且，由于活套支撐器速度控制器僅進(jìn)行比例控制，所以，不會(huì)對(duì)活套支撐器角度的變動(dòng)過度抑制，另外，由于活套支撐器速度控制器不進(jìn)行時(shí)間函數(shù)的運(yùn)算，所以，容易從外部設(shè)定穩(wěn)態(tài)的活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令。
本發(fā)明的連軋機(jī)控制裝置的活套支撐器速度控制器具有活套支撐器速度比例積分控制器，該活套支撐器速度比例積分控制器對(duì)上述活套支撐器速度偏差進(jìn)行比例積分運(yùn)算，并將其加到根據(jù)被軋制材料的張力目標(biāo)值即張力指令運(yùn)算得到的活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令中。
這樣，活套支撐器速度控制器在比例動(dòng)作的基礎(chǔ)上進(jìn)行積分動(dòng)作，由此在活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令中包含對(duì)張力偏差進(jìn)行積分后獲得的值，將活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令的穩(wěn)態(tài)值設(shè)定為不在張力產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)偏差的那樣的值。
圖2為利用了第1現(xiàn)有技術(shù)的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖3為利用了第2現(xiàn)有技術(shù)的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖4為利用了第3現(xiàn)有技術(shù)的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖5為示出本發(fā)明實(shí)施形式1的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖6為示出圖1所示連軋機(jī)的傳遞特性的傳遞框圖。
圖7為將圖5所示控制系的閉環(huán)構(gòu)造作為積分特性的級(jí)聯(lián)構(gòu)造而示出的傳遞框圖。
圖8為示出在圖5所示連軋機(jī)的控制裝置加上階躍性擾動(dòng)時(shí)過渡響應(yīng)隨時(shí)間變化的圖。
圖9為示出本發(fā)明實(shí)施形式2的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖10為示出本發(fā)明實(shí)施形式3的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖11為示出本發(fā)明實(shí)施形式4的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖12為示出本發(fā)明實(shí)施形式5的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖13為示出本發(fā)明實(shí)施形式6的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
圖14為示出本發(fā)明實(shí)施形式7的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。
下面，為了更為詳細(xì)地說明本發(fā)明，根據(jù)


用于實(shí)施本發(fā)明的最佳形式。
下面說明動(dòng)作。
首先，參照?qǐng)D1說明連軋機(jī)1的動(dòng)作。雖然在通常的連軋機(jī)設(shè)備中連續(xù)地配置多個(gè)(通常為6、7個(gè))軋制機(jī)架進(jìn)行軋制，但在以下的說明中，以連軋機(jī)1的一對(duì)軋制機(jī)架間的動(dòng)作為中心進(jìn)行說明。各軋制機(jī)架(前段軋制機(jī)架22)由軋輥進(jìn)行壓下，同時(shí)，由軋機(jī)馬達(dá)24驅(qū)動(dòng)軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)，將帶鋼21送出，從而進(jìn)行軋制。另外，在軋制機(jī)架間配置由活套支撐器馬達(dá)26驅(qū)動(dòng)的活套支撐器25和其附帶機(jī)構(gòu)。另外，由軋制速度控制器2使軋機(jī)馬達(dá)24的速度與軋制速度指令vr一致地進(jìn)行控制，由活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3使活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩指令qr一致地進(jìn)行控制?？刂蒲b置50適當(dāng)?shù)剡\(yùn)算軋制速度指令vr和活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，使帶鋼21保證一定的張力，而且使帶鋼21在機(jī)架間維持一定的活套(曲線)地即活套支撐器25的角度為一定地進(jìn)行控制。
首先，說明圖5所示低速運(yùn)算部4的動(dòng)作。低速運(yùn)算部4從外部輸入張力指令σr和活套支撐器角度指令θr，同時(shí)，輸入由圖1所示張力檢測(cè)器27檢測(cè)出的帶鋼21的張力σ和由活套支撐器角度檢測(cè)器28檢測(cè)出的活套支撐器角度θ。張力檢測(cè)器27例如由安裝于活套支撐器25前端的負(fù)荷傳感器構(gòu)成，但也可根據(jù)活套支撐器馬達(dá)26的驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)張力σ，在該場(chǎng)合，由驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)器構(gòu)成張力檢測(cè)器27。在低速運(yùn)算部4的內(nèi)部，張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器5根據(jù)張力指令σr動(dòng)作，在穩(wěn)定地使帶鋼21的張力σ與張力指令σr一致的狀態(tài)下，前饋的方式運(yùn)算活套支撐器25支承帶鋼21時(shí)所用的活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩，作為張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs輸出。另一方面，活套支撐器角度控制器6輸入活套支撐器角度指令θr與活套支撐器角度θ的差即角度偏差θe，輸出用角度比例增益Cp乘角度偏差θe獲得的信號(hào)與對(duì)角度偏差θe進(jìn)行積分并乘角度積分增益Ci后獲得的信號(hào)的和的信號(hào)，即進(jìn)行PI(比例積分)運(yùn)算。張力比例控制器11輸出用張力比例控制增益Cvσ乘張力指令σr與張力σ的偏差即張力偏差σe后獲得的信號(hào)。另外，張力交叉比例控制器12輸出用張力交叉比例增益Cωσ乘上述張力偏差σe后獲得的信號(hào)。角度比例增益Cp、角度積分增益Ci、張力比例控制增益Cvσ、張力交叉比例增益Cωσ分別設(shè)定為規(guī)定的常數(shù)。
在這里，低速運(yùn)算部4將活套支撐器角度控制器6的輸出與用-1乘張力比例控制器11的輸出后獲得的信號(hào)的和信號(hào)作為軋制速度指令vr，將張力交叉比例控制器12的輸出作為活套支撐器速度指令ωr，將張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs作為前饋轉(zhuǎn)矩qf。另外，低速運(yùn)算部4輸出上述前饋轉(zhuǎn)矩qf和活套支撐器速度指令ωr，將其輸入到活套支撐器速度控制器9，同時(shí)，輸出軋制速度指令vr，將其輸入到軋制速度控制器2。
低速運(yùn)算部4輸出的軋制速度指令vr不限定為上述運(yùn)算方法，也可相應(yīng)于后段軋制機(jī)架23的軋機(jī)馬達(dá)的速度和軋輥的壓下而加上前饋方式運(yùn)算出的前饋速度vf。
在上面說明了動(dòng)作的低速運(yùn)算部4的運(yùn)算具體地由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，可都由相同的抽樣周期運(yùn)算，與現(xiàn)有的連軋機(jī)的控制裝置20、30、40等同樣，按數(shù)10msec左右的抽樣周期進(jìn)行運(yùn)算。另外，低速運(yùn)算部4通常由與軋制速度控制器2和活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3不同的計(jì)算機(jī)加以實(shí)現(xiàn)。
下面，說明活套支撐器速度控制器9的動(dòng)作。活套支撐器速度控制器9輸入由低速運(yùn)算部4輸出的前饋轉(zhuǎn)矩qf和活套支撐器速度指令ωr，根據(jù)由活套支撐器角度檢測(cè)器28檢測(cè)出的活套支撐器速度ω，在活套支撐器速度比例控制器10中用活套支撐器速度比例增益Cqω乘活套支撐器速度偏差ωe即活套支撐器速度指令ωr與活套支撐器速度ω的偏差后獲得的信號(hào)與前饋轉(zhuǎn)矩qf的和信號(hào)作為活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr而輸出，并將活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr輸入到活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3。活套支撐器速度比例增益Cqω設(shè)定為規(guī)定的常數(shù)。
上述活套支撐器速度控制器9與其它控制器一樣由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，但在這里，是使用通過比低速運(yùn)算部4速度快的抽樣進(jìn)行運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。一般情況下，通常的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置由與轉(zhuǎn)矩控制器一起進(jìn)行基于高速抽樣(抽樣周期為數(shù)msec左右)的PI控制等的速度運(yùn)算器構(gòu)成的場(chǎng)合較多。因此，通過如上述活套支撐器速度控制器9那樣構(gòu)成馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置所具有的速度控制器，可簡(jiǎn)單地通過比低速運(yùn)算部4速度快的抽樣處理進(jìn)行活套支撐器速度控制器9的運(yùn)算。
另外，在通常的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置所具有的速度控制器中，進(jìn)行利用了速度PI控制等積分的反饋控制，使得即使從外部對(duì)馬達(dá)加上穩(wěn)態(tài)的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，馬達(dá)速度也不相對(duì)速度指令具有穩(wěn)態(tài)偏差，自動(dòng)地補(bǔ)償穩(wěn)態(tài)的負(fù)荷轉(zhuǎn)矩。為此，穩(wěn)態(tài)的馬達(dá)轉(zhuǎn)矩成為不能從速度控制器的外部直接設(shè)定。在該實(shí)施形式1中，如圖5所示那樣，不在活套支撐器速度控制器9進(jìn)行積分控制動(dòng)作，與活套支撐器速度的比例控制一起，將張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs前饋到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr。這樣，在穩(wěn)定狀態(tài)下，使活套支撐器速度ω為0、張力偏差σe為0地進(jìn)行控制，可使活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩與張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs一致地從低速運(yùn)算部4即活套支撐器速度控制器9的外部直接設(shè)定張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs。另外，當(dāng)根據(jù)張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器5前饋方式運(yùn)算出的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs而獲得平衡的穩(wěn)態(tài)張力σ與由張力檢測(cè)器27檢測(cè)出的σ的穩(wěn)態(tài)值之間產(chǎn)生誤差時(shí)，使活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定地與張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs一致，從而使張力偏差σe穩(wěn)定地為0。因此，張力σ的穩(wěn)態(tài)值可與第1現(xiàn)有技術(shù)同樣地由張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs簡(jiǎn)單地設(shè)定，同時(shí)，相對(duì)于活套支撐器速度ω的變動(dòng)，活套支撐器速度控制器9以高速抽樣處理加以補(bǔ)償，所以，可將因抽樣周期的長(zhǎng)度引起的控制系的無用時(shí)間減小，這樣，可充分即時(shí)地控制活套支撐器速度ω的變化。
下面，詳細(xì)說明該實(shí)施形式1的控制增益的常數(shù)設(shè)定方法和獲得的效果。為此，先說明連軋機(jī)1的特性。在這里，軋制速度控制器2和活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器3盡可能迅速地使軋機(jī)馬達(dá)24的速度和活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩分別與軋制速度指令vr和活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr一致地進(jìn)行控制，另外，如果可充分迅速地控制，則與張力σ和活套支撐器角度θ的控制特性無關(guān)，因此，在這里，以足夠快的速度進(jìn)行控制的場(chǎng)合進(jìn)行了說明。
首先，根據(jù)帶鋼21的張力σ的發(fā)生原理，產(chǎn)生用由楊式模量等決定的彈性系數(shù)e乘帶鋼21的彈性伸長(zhǎng)度后獲得的張力σ。因此，如將前段軋制機(jī)架22送出的帶鋼21的速度表示為出側(cè)板速度vs，則帶鋼21的彈性伸長(zhǎng)與出側(cè)板速度vs的減少的積分成比例地增大。另外，相對(duì)于活套支撐器角度θ的增大，帶鋼21的活套長(zhǎng)度與系數(shù)Klθ成比例地增大，彈性伸長(zhǎng)量也增大。另外，雖然上述出側(cè)板速度vs相應(yīng)于軋制速度(軋輥的圓周速度)變化，但為了進(jìn)行軋制，出側(cè)板速度vs比軋制速度(軋輥的圓周速度)快與被稱為前滑率的系數(shù)相當(dāng)?shù)牧?，該前滑率相?duì)帶鋼21的張力σ的增大與系數(shù)Kvσ成比例地增大。另外，上述的前滑率隨溫度變化和軋制壓下的變動(dòng)而變化，所以，該變動(dòng)以板速度擾動(dòng)vd表示。另外，張力σ的增大作為相對(duì)活套支撐器25減小活套支撐器角度θ的方向的轉(zhuǎn)矩而起作用(系數(shù)為Kqσ)。另外，與活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr相應(yīng)地產(chǎn)生的活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩加在活套支撐器25上，另外，帶鋼21的重量變化和活套支撐器25的軸的摩擦等作為活套支撐器轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)qd起作用。當(dāng)將活套支撐器25的慣性設(shè)為J時(shí)，相對(duì)于加到活套支撐器25的轉(zhuǎn)矩，與1/J成比例地產(chǎn)生活套支撐器25的加速度，該加速度被積分，成為活套支撐器速度ω，另外，活套支撐器速度ω被積分，成為活套支撐器角度θ。歸納以上特性，可由圖6的傳遞框圖示出連軋機(jī)1的傳遞特性，從該圖獲得以下式(1)-式(3)的狀態(tài)方程式。
dσ/dt＝-a11·σ+a12·ω+b1·vd-b1·vr …… (1)dω/dt＝-a21·σ+b2·qd+b2·qr …… (2)dθ/dt＝ω …… (3)其中，上述式中的各系數(shù)為以下式(4)-式(8)。
a11＝e·Kvσ …… (4)a12＝e·Klθ …… (5)a21＝Kqσ/J …… (6)b1＝e …… (7)b2＝1/J …… (8)在這里，板速度擾動(dòng)vd必然如上述那樣隨著帶鋼21的溫度變化和軋制壓下的變動(dòng)而變動(dòng)，成為使張力σ和活套支撐器角度θ變動(dòng)的擾動(dòng)。另一方面，活套支撐器轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)qd在活套支撐器角度θ不變動(dòng)時(shí)不會(huì)有大的變動(dòng)，所以，張力σ和活套支撐器角度θ的變動(dòng)的最大原因?yàn)榘逅俣葦_動(dòng)vd。
在這里，由上述式(1)-式(3)表示的連軋機(jī)1的特征方程式(傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式)由以下式(9)表示。
p(s)＝s3+a11·s2+a12·a21·s …… (9)其中，s為拉普拉斯因子，對(duì)上述和以下的說明中的特征方程式進(jìn)行正規(guī)化處理，使s的最高階系數(shù)為1。
可是，上式(9)那樣的特征多項(xiàng)式表示控制系的狀態(tài)變量相對(duì)各種各樣的擾亂的收斂特性，另外，將與特征多項(xiàng)式的s相關(guān)的根(特征多項(xiàng)式＝0時(shí)的s)稱為極，在極的復(fù)平面上的位置關(guān)系表示控制系的特性，這是一般為大家所熟知的。另外，已知在特征多項(xiàng)式的系數(shù)的比處于例如“PID控制”(朝倉書店)，p.13-p.15記載的二項(xiàng)式系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)形和巴特沃斯標(biāo)準(zhǔn)形或電氣學(xué)會(huì)論文集Vol.120-D，No.4，pp.609記載的系數(shù)圖法的標(biāo)準(zhǔn)形等的特定關(guān)系的場(chǎng)合，控制系不產(chǎn)生振動(dòng)，具有穩(wěn)定和良好的控制特性。上述式(9)的連軋機(jī)的特征多項(xiàng)式的s的0階的項(xiàng)(常數(shù)項(xiàng))的系數(shù)為0。這表示連軋機(jī)1共有被稱為無定位系的特性，對(duì)于任何擾亂某一變量穩(wěn)定地發(fā)散到無限大。具體地說，在不進(jìn)行任何控制的場(chǎng)合，對(duì)于某種擾動(dòng)，呈現(xiàn)出活套支撐器角度θ發(fā)散的現(xiàn)象。另外，對(duì)于式(9)的連軋機(jī)1的特征多項(xiàng)式，通常，s的2階系數(shù)比相對(duì)s的1階系數(shù)的良好的比關(guān)系要小，結(jié)果，極成為虛部大的復(fù)數(shù)，連軋機(jī)1呈現(xiàn)振動(dòng)性紊亂。
下面，對(duì)于上述那樣的連軋機(jī)1，說明使用進(jìn)行上述上述動(dòng)作的圖5的控制裝置50的場(chǎng)合的控制系特性。閉循環(huán)的特征多項(xiàng)式由以下式(10)表示。
p(s)＝s4+k3·s3+k2·s2+k1·s+k0 …… (10)其中，上述式(10)的系數(shù)kn(n＝0，1，2，3)由下式(11)-(14)表示。
k3＝a11+b1·Cvσ+b2·Cqω ……(11)k2＝(a11+b1·Cvσ)b2·Cqω+(a21+b2·Cqω·Cωσ)a12 …… (12)k1＝a21·b1·Cp……(13)k0＝a21·b1·Ci……(14)其中，在上述式(11)-式(14)中，以a和b開始的記號(hào)如式(4)-式(8)所示，為由連軋機(jī)1的物理特性決定的值，由C開始的記號(hào)為控制裝置的設(shè)定增益。
根據(jù)上述式(10)-式(14)，可獨(dú)立地由張力比例控制增益Cvσ和活套支撐器速度比例增益Cqω設(shè)定式(10)的特征多項(xiàng)式的s的3次方的系數(shù)k3，由張力交叉比例增益Cωσ設(shè)定s的2次方的系數(shù)k2，由活套支撐器角度控制器6的角度比例增益Cp和角度積分增益Ci分別設(shè)定s的1次方、s的0次方(常數(shù)項(xiàng))的系數(shù)k1、k0。即，式(10)的特征多項(xiàng)式的系數(shù)可完全獨(dú)立地設(shè)定，可任意地設(shè)定極的配置。因此，可以得知，通過關(guān)系良好地設(shè)定特征多項(xiàng)式的系數(shù)的比和極，從而可通過如圖5所示的較簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的控制裝置50來實(shí)現(xiàn)最佳的控制。
當(dāng)特征多項(xiàng)式用上述式(10)表示時(shí)，通過進(jìn)行線性狀態(tài)變換，如圖7所示那樣可由積分特性的級(jí)聯(lián)構(gòu)造表示控制系的閉環(huán)構(gòu)造。但是，在圖7中省略了輸入輸出。在圖7所示那樣的級(jí)聯(lián)構(gòu)造的控制系中，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制特性，需要例如馬達(dá)控制中的速度控制與位置控制關(guān)系那樣，將內(nèi)側(cè)(馬達(dá)控制的中速度控制)的控制循環(huán)的響應(yīng)性設(shè)定得比外側(cè)(馬達(dá)控制中的位置控制)的控制循環(huán)的響應(yīng)性快速，這是廣為人知的。在這里，所謂上述說明的特征多項(xiàng)式的系數(shù)的比處于良好的關(guān)系，無非是指當(dāng)與圖7所示級(jí)聯(lián)構(gòu)造相符時(shí)，將內(nèi)側(cè)的控制循環(huán)的響應(yīng)性設(shè)定為比外側(cè)的控制循環(huán)的響應(yīng)性速度快數(shù)倍。
另外，為了使控制系整體的響應(yīng)性高速化，可在將特征多項(xiàng)式的系數(shù)的比保持為良好的關(guān)系的狀態(tài)下，即在將內(nèi)側(cè)的控制循環(huán)的響應(yīng)性保持為比外側(cè)的控制循環(huán)的響應(yīng)性速度高數(shù)倍的狀態(tài)下，提高控制循環(huán)整體的響應(yīng)性。因此，通過使最內(nèi)側(cè)的控制循環(huán)最快地響應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)將響應(yīng)性最大程度高速化的控制系。如圖5所示實(shí)施形式1的控制系中的最內(nèi)側(cè)的控制循環(huán)由式(11)的關(guān)系可知，其與增益為Cvσ的張力比例控制器11和增益為Cqω的活套支撐器速度比例控制器10的控制循環(huán)相當(dāng)，為了穩(wěn)定而且高速地實(shí)現(xiàn)控制系整體的響應(yīng)，可使該最內(nèi)側(cè)的控制循環(huán)具有最大的高速響應(yīng)性。
因此，通過在活套支撐器速度控制器9中按高速的抽樣周期運(yùn)算與最內(nèi)側(cè)相當(dāng)?shù)目刂蒲h(huán)，即作為需要最大的高速響應(yīng)性的控制循環(huán)的一個(gè)的活套支撐器速度比例控制器10的控制循環(huán)，可減少由抽樣導(dǎo)致的無用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高速的響應(yīng)。這樣，可使圖5所示控制系整體的響應(yīng)高速化。
下面，從物理的觀點(diǎn)說明圖5所示連軋機(jī)的控制裝置50的各控制循環(huán)的性質(zhì)。在圖5所示的控制系中，當(dāng)使活套支撐器速度比例控制器10、張力比例控制器11、張力交叉比例控制器12的增益為0時(shí)，成為與第1現(xiàn)有技術(shù)完全相同的控制系。即，反饋控制僅由活套支撐器角度控制器6實(shí)施，結(jié)果，雖然受到響應(yīng)變慢這樣的制約，但與上述那樣可簡(jiǎn)單地控制。因此，當(dāng)從該最簡(jiǎn)單的第1現(xiàn)有技術(shù)來看時(shí)，追加張力比例控制器11增大增益Cvσ，實(shí)際上意味著按軋制速度指令vr對(duì)張力變動(dòng)進(jìn)行比例補(bǔ)償，作為該比例補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，可抑制張力變動(dòng)，同時(shí)提高控制系的振動(dòng)衰減效果，是容易理解的。
另一方面，追加活套支撐器速度比例控制器10從而增大增益Cqω，實(shí)際上意味著按活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr對(duì)活套支撐器速度ω的變動(dòng)進(jìn)行比例補(bǔ)償，抑制從外部加到活套支撐器25和活套支撐器馬達(dá)26的轉(zhuǎn)矩變化所導(dǎo)致的活套支撐器速度ω的變動(dòng)。在該實(shí)施形式1中，活套支撐器速度控制器9中的活套支撐器速度ω的反饋進(jìn)行比例控制，采用不進(jìn)行積分控制的構(gòu)成，所以，只要張力偏差σe不為0，則活套支撐器速度ω不會(huì)為0而靜止，與由活套支撐器速度控制器9進(jìn)行積分控制的場(chǎng)合相比不會(huì)過度地抑制活套支撐器角度θ的變動(dòng)，基本上不用擔(dān)心活套支撐器25從帶鋼21離開。
另外，追加張力交叉比例控制器12增大增益Cωσ，實(shí)際上意味著相對(duì)張力σ的變動(dòng)積極地移動(dòng)活套支撐器25，對(duì)張力σ進(jìn)行補(bǔ)償。該張力交叉比例控制器12的效果是與不使用活套支撐器速度控制器9的第1現(xiàn)有技術(shù)比較時(shí)，活套支撐器角度θ相對(duì)張力σ的變動(dòng)方向相同，但活套支撐器25可通過活套支撐器速度控制器9快速地移動(dòng)，由此使張力σ的變動(dòng)相應(yīng)地進(jìn)一步減少。即，起到與減小活套支撐器25的慣性相同的效果。張力交叉比例控制器12的增益Cωσ的符號(hào)當(dāng)然為正，另外，活套支撐器速度比例控制器10的增益Cqω的符號(hào)也為正，所以，對(duì)應(yīng)于張力σ的增大，朝使活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr減少的方向作用。另外，對(duì)于活套支撐器角度θ的變動(dòng)幅度，由于活套支撐器角度控制器6按比上述那樣的張力σ的控制低的頻率改變軋制速度指令vr從而進(jìn)行補(bǔ)償，所以，活套支撐器角度θ的變動(dòng)不會(huì)太大，另外，由于張力交叉比例控制器12的動(dòng)作使得活套支撐器速度ω相對(duì)張力σ的變動(dòng)的響應(yīng)變快，所以，可將活套支撐器角度控制器6的響應(yīng)性設(shè)定得較高，結(jié)果提高了控制裝置整體的響應(yīng)性，還抑制了活套支撐器角度θ的變動(dòng)。
如以上那樣，本實(shí)施形式與作為最簡(jiǎn)單的控制方式的第1現(xiàn)有技術(shù)相比較，為僅是增加如下元件的簡(jiǎn)單構(gòu)造，即追加張力比例控制器11、張力交叉比例控制器12、活套支撐器速度控制器9中的活套支撐器速度比例控制器10這樣3個(gè)比例控制循環(huán)，而且3個(gè)比例控制循環(huán)可相互獨(dú)立地調(diào)整，所以，可由一個(gè)一個(gè)地追加各比例控制循環(huán)的簡(jiǎn)單調(diào)整慢慢地將控制系整體的響應(yīng)性提高到完成區(qū)域，而且，由于在活套支撐器速度控制器9輸出的活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr中不包含對(duì)活套支撐器角度偏差θe進(jìn)行積分后獲得的成分，所以，不用在張力σ的穩(wěn)態(tài)值以外另行控制活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值，由以活套支撐器角度控制器6的單循環(huán)控制為基本的簡(jiǎn)單調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)高精度的控制。
這樣，關(guān)于第1現(xiàn)有技術(shù)的單循環(huán)控制，在一個(gè)一個(gè)地設(shè)定比例控制增益并由簡(jiǎn)單的調(diào)整的追加實(shí)現(xiàn)高精度控制系的背景下，可列舉出以下3點(diǎn)。首先，第1，不將活套支撐器角度偏差θe的積分成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，而且不將張力偏差σe的積分成分加到軋制速度指令vr，從而不分別控制張力σ的穩(wěn)態(tài)值和活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值，采用張力偏差σe的穩(wěn)態(tài)值必然對(duì)活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值產(chǎn)生影響的構(gòu)成。第2，根據(jù)張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs以前饋方式設(shè)定張力σ的穩(wěn)態(tài)值，同時(shí)，采用由活套支撐器角度控制器6的作用而控制活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值的構(gòu)成。第3，使活套支撐器速度控制器9的構(gòu)成為比例控制，不進(jìn)行積分控制，采用相對(duì)張力σ的變動(dòng)不會(huì)過度抑制活套支撐器角度θ的變動(dòng)的構(gòu)成。
圖8示出使用本實(shí)施形式的連軋機(jī)的控制裝置50、加上階躍性板速度擾動(dòng)vd的場(chǎng)合的模擬結(jié)果。在該圖所示模擬中，考慮了?；`差，特別是考慮了從軋制速度指令vr到出側(cè)板速度vs的傳遞特性中的延遲。另外，在圖8中為了進(jìn)行比較還一并示出使用了第2現(xiàn)有技術(shù)的場(chǎng)合的響應(yīng)。由該圖可知，在第2現(xiàn)有技術(shù)中，抑制活套支撐器角度θ的變動(dòng)，僅用活套支撐器馬達(dá)26控制張力σ，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，上述?；`差的影響使穩(wěn)定性惡化，產(chǎn)生振動(dòng)，但在該實(shí)施形式1中，可使活套支撐器角度θ更快地積極移動(dòng)，進(jìn)行張力σ的控制，從而使得穩(wěn)定性提高，減少?gòu)埩Ζ业淖儎?dòng)。
在該實(shí)施形式1中，將張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs依原樣作為前饋轉(zhuǎn)矩qf，將張力交叉比例控制器12的輸出作為活套支撐器速度指令ωr輸入到活套支撐器速度控制器9，但也可使活套支撐器速度指令ωr時(shí)常為0，將張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs與用活套支撐器速度比例增益Cqω乘張力交叉比例控制器12的輸出后獲得的信號(hào)的和作為前饋轉(zhuǎn)矩qf，在該場(chǎng)合，當(dāng)然也進(jìn)行完全等價(jià)的動(dòng)作。
該實(shí)施形式1如以上那樣構(gòu)成，將對(duì)活套支撐器角度偏差進(jìn)行PI運(yùn)算后獲得的信號(hào)加到軋制速度指令vr，不將活套支撐器角度偏差θe的積分成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，另外追加多個(gè)比例控制循環(huán)，所以，通過作為最簡(jiǎn)單的方式的第1現(xiàn)有技術(shù)即以活套支撐器角度控制器6的單循環(huán)控制為基本的簡(jiǎn)單調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)高精度的控制另外，在需要最高速的響應(yīng)的控制循環(huán)中，活套支撐器速度控制器9通過高速抽樣處理實(shí)施將活套支撐器速度ω的比例成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的運(yùn)算，從而可使要求最高速的響應(yīng)性的控制循環(huán)其響應(yīng)為高速，使控制系整體的響應(yīng)為高速。
另外，在活套支撐器速度控制器9的構(gòu)成中，將活套支撐器速度指令ωr和活套支撐器速度ω的偏差按比例倍增，將由此獲得的信號(hào)與張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs相加，將相加獲得的信號(hào)作為活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，從而可從活套支撐器速度控制器9的外部直接設(shè)定活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的穩(wěn)態(tài)值，與第1現(xiàn)有技術(shù)同樣地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制器的構(gòu)成和調(diào)整。另外，由于活套支撐器速度控制器9不進(jìn)行積分控制，所以，不會(huì)對(duì)活套支撐器角度θ的變動(dòng)過度抑制，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整。
另外，通過使張力交叉比例控制器12的增益Cωσ為正，相對(duì)張力σ的增大(減少)朝使活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr減少(增大)的方向作用，從而可使活套支撐器速度ω相對(duì)張力σ的增大(減少)的響應(yīng)比活套支撐器速度控制器9的活套支撐器速度比例控制器10的增益Cqω為0的場(chǎng)合快，另外，比張力交叉比例控制器12的增益Cωσ為0時(shí)更多地移動(dòng)，即相對(duì)張力σ的變動(dòng)使活套支撐器25積極地迅速移動(dòng)以進(jìn)行補(bǔ)償，從而可將張力σ的變動(dòng)抑制得較小。
圖9為示出本發(fā)明實(shí)施形式2的連軋機(jī)的控制裝置的構(gòu)成框圖。在該圖中，與圖5相同的符號(hào)表示相同的部分，省略其說明。符號(hào)90為控制裝置，符號(hào)101為低速運(yùn)算部，符號(hào)102為活套支撐器速度交叉比例控制器。連軋機(jī)的構(gòu)成與圖1所示相同。如以下詳細(xì)說明的那樣，在該實(shí)施形式2中，與第1現(xiàn)有技術(shù)同樣，采用了未設(shè)置實(shí)施形式1中使用的張力檢測(cè)器27的構(gòu)成，但具有可獲得相應(yīng)的控制效果的特征。
下面說明實(shí)施形式2的動(dòng)作。
低速運(yùn)算部101從外部輸入張力指令σr和活套支撐器角度指令θr，另外，輸入由活套支撐器角度檢測(cè)器28檢測(cè)出的活套支撐器角度θ和活套支撐器速度ω。另外，與實(shí)施形式1完全同樣地運(yùn)算張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs作為前饋轉(zhuǎn)矩qf將其輸出。另外，活套支撐器角度控制器6也與實(shí)施形式1完全相同地輸出進(jìn)行PI運(yùn)算后獲得的信號(hào)?；钐字纹魉俣冉徊姹壤刂破?02輸出用設(shè)定的活套支撐器速度交叉比例增益Cvω乘活套支撐器速度ω后獲得的信號(hào)。另外，低速運(yùn)算部101輸出活套支撐器角度控制器6的輸出與用-1乘活套支撐器速度交叉比例控制器102的輸出后獲得的信號(hào)的和信號(hào)作為軋制速度指令vr，并輸入到軋制速度控制器2。另外，活套支撐器速度控制器9輸入前饋轉(zhuǎn)矩qf，另外，作為活套支撐器速度指令ωr時(shí)常輸入0?；钐字纹魉俣瓤刂破?的動(dòng)作與實(shí)施形式1同樣，按比低速運(yùn)算部101高速的抽樣周期進(jìn)行運(yùn)算。
在該實(shí)施形式2中，由于進(jìn)行上述動(dòng)作，所以，包含在實(shí)施形式1的說明中由式(1)-式(3)表示的連軋機(jī)1傳遞特性的閉環(huán)的特征多項(xiàng)式由與式(10)相同形式的下式(15)表示，另外，其系數(shù)由下式(16)-(19)表示。
p(s)＝s4+k3·s3+k2·s2+k1·s+k0 …… (15)k3＝a11+b2·Cqω …… (16)k2＝(a12+b1·Cvω)a21 …… (17)k1＝a21·b1·Cp ……(18)
k0＝a21·b1·Ci …… (19)其中，在上述式(16)-式(19)中，以a和b開始的記號(hào)如示于實(shí)施形式1的說明中的式(4)-式(8)，為按連軋機(jī)1的物理特性決定的值，以C開始記號(hào)為控制裝置的設(shè)定增益。
由上述式(15)-式(19)可知，可獨(dú)立地由活套支撐器速度比例增益Cqω設(shè)定式(15)的特征多項(xiàng)式的s的3次方的系數(shù)k3，由活套支撐器速度交叉比例增益Cvω設(shè)定s的2次方的系數(shù)k2，由活套支撐器角度控制器6的角度比例增益Cp和角度積分增益Ci分別設(shè)定s的1次方、s的0次方(常數(shù)項(xiàng))的系數(shù)k1、k0。即，式(15)的特征多項(xiàng)式的系數(shù)都可獨(dú)立地設(shè)定，可任意地設(shè)定極的配置。另外，還可得知，通過使特征多項(xiàng)式的系數(shù)的比和極的配置處于良好關(guān)系地設(shè)定，可由圖9所示簡(jiǎn)單的控制裝置90實(shí)現(xiàn)最佳控制。
另外，由于與實(shí)施形式1同樣以比低速運(yùn)算部101高速的抽樣周期進(jìn)行活套支撐器速度控制器9的活套支撐器速度比例控制器10的運(yùn)算，所以，可將作為增益為Cqω的活套支撐器速度比例控制器10的響應(yīng)設(shè)定為高速，另外，由于該控制循環(huán)與在實(shí)施形式1中說明的那樣的最內(nèi)側(cè)的控制循環(huán)相當(dāng)，所以，可使控制系整體的響應(yīng)為高速，提高張力的控制精度。
另外，與實(shí)施形式1的說明同樣，在作為用于實(shí)施操作的最簡(jiǎn)單的控制方式的第1現(xiàn)有技術(shù)即利用活套支撐器角度控制器6進(jìn)行的單循環(huán)控制中，一個(gè)一個(gè)地追加比例控制循環(huán)進(jìn)行調(diào)整，則可由這樣簡(jiǎn)單的調(diào)整提高張力的控制精度。
在這里，當(dāng)將該實(shí)施形式2與實(shí)施形式1比較時(shí)可知，改變式(15)的特征多項(xiàng)式的s的3次方的系數(shù)k3的、與上述最內(nèi)側(cè)相當(dāng)?shù)目刂蒲h(huán)，僅是將活套支撐器速度ω反饋到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的控制循環(huán)，由于沒有如實(shí)施形式1那樣將張力σ反饋到軋制速度指令vr的控制循環(huán)，所以，不能使實(shí)施形式2比實(shí)施形式1更快地響應(yīng)。另外，作為改變式(15)的特征多項(xiàng)式的s的2次方的系數(shù)k2的控制循環(huán)，在實(shí)施形式1中由于張力交叉比例控制器12的效果，相對(duì)張力σ的變動(dòng)積極地使活套支撐器25移動(dòng)從而進(jìn)行補(bǔ)償，而在該實(shí)施形式2中，相反地由于活套支撐器速度交叉比例控制器102的效果，用軋制速度指令vr使活套支撐器速度ω的變動(dòng)衰減地進(jìn)行動(dòng)作。即，該實(shí)施形式2不在張力控制中積極地利用活套支撐器25，與實(shí)施形式1比較，可以說張力σ的控制精度的提高效果較小。
如上述那樣，在該實(shí)施形式2中，雖然張力σ的控制精度不比實(shí)施形式1高，但可按照不使用張力檢測(cè)器27的更為簡(jiǎn)單的控制方式，由簡(jiǎn)單的調(diào)整實(shí)現(xiàn)比第1現(xiàn)有技術(shù)的精度更高的張力控制。另外，由于使用抽樣周期快的活套支撐器速度控制器9，所以，可使控制系整體的響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)高精度的張力控制。另外，活套支撐器速度交叉比例控制器102也可追加到上述實(shí)施形式1所示控制裝置50的低速運(yùn)算部4中。特別是在希望進(jìn)一步減小活套支撐器角度θ的變動(dòng)的場(chǎng)合，雖然調(diào)整增益Cvω增加使調(diào)整的難度相應(yīng)地增加，但通過并用活套支撐器速度交叉比例控制器102，可減弱積極地將活套支撐器25用于張力控制的效果，進(jìn)一步減小活套支撐器角度θ的變動(dòng)，在張力控制中調(diào)整使用軋機(jī)馬達(dá)24和活套支撐器馬達(dá)26的比例，實(shí)現(xiàn)最佳控制。
下面對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。
低速運(yùn)算部111與實(shí)施形式1中的低速運(yùn)算部4同樣，輸入張力指令σr、角度指令θr、張力σ、及活套支撐器角度θ，通過與實(shí)施形式1同樣的運(yùn)算輸出軋制速度指令vr，并輸入到軋制速度控制器2。另外，通過與實(shí)施形式1同樣的運(yùn)算獲得張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs和活套支撐器速度指令ωr。
張力積分控制器112輸出用設(shè)定的張力積分增益Cσi乘張力偏差σe即張力指令σr與張力σ的偏差并進(jìn)行積分后獲得的信號(hào)。低速運(yùn)算部111將張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs與張力積分控制器112的輸出的和信號(hào)作為前饋轉(zhuǎn)矩qf，輸出前饋轉(zhuǎn)矩qf和活套支撐器速度指令ωr并將其輸入到活套支撐器速度控制器9。活套支撐器速度控制器9的動(dòng)作與實(shí)施形式1完全相同。
由以上的動(dòng)作，在該實(shí)施形式3中，即使在由上述那樣的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器5運(yùn)算出的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs與由張力檢測(cè)器27檢測(cè)出的張力σ之間具有偏移誤差，也可對(duì)張力指令σr與張力σ的偏差進(jìn)行積分，修正前饋轉(zhuǎn)矩qf，消除穩(wěn)態(tài)偏差。另外，對(duì)于上述偏移誤差的修正與在實(shí)施形式1中說明的板速度擾動(dòng)vd的修正不同，只要穩(wěn)定地修正一定的值即可，所以可慢慢地修正。因此，張力積分增益Cσi可為較小的值，控制系的動(dòng)態(tài)特性可與實(shí)施形式1基本上沒有變化。另外，當(dāng)然可與實(shí)施形式1同樣地由一個(gè)一個(gè)地追加控制循環(huán)的簡(jiǎn)單的調(diào)整實(shí)現(xiàn)良好的控制特性。
在這里，為了消除張力指令σr與張力σ的穩(wěn)態(tài)誤差，假設(shè)不追加圖10所示那樣的張力積分控制器112而是追加例如將張力偏差σe的積分成分加到軋制速度指令vr的控制循環(huán)，此時(shí)，由于與活套支撐器角度θ無關(guān)地對(duì)軋制速度指令vr穩(wěn)定地修正，所以產(chǎn)生活套支撐器角度θ相對(duì)活套支撐器角度指令θr具有穩(wěn)態(tài)誤差的問題。為了不產(chǎn)生這樣的問題，需要在將張力偏差σe的積分成分加到軋制速度指令vr的同時(shí)，將對(duì)活套支撐器角度偏差θe進(jìn)行積分后獲得的成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，不僅控制循環(huán)的數(shù)量增加，而且易于產(chǎn)生在第2現(xiàn)有技術(shù)中說明的那樣的張力σ的控制與活套支撐器角度θ的控制的干涉所導(dǎo)致的不穩(wěn)定現(xiàn)象等問題，控制系的調(diào)整難以進(jìn)行。因此，如在該實(shí)施形式3中說明的那樣，通過追加不將對(duì)張力偏差σe積分后獲得的信號(hào)加到軋制速度指令vr而是僅加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的控制循環(huán)，使得沒有必要追加將活套支撐器角度偏差θe的積分成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的控制循環(huán)，可簡(jiǎn)單地消除張力σ的穩(wěn)態(tài)偏差。這樣簡(jiǎn)單地消除張力σ的穩(wěn)態(tài)偏差的效果與使活套支撐器速度控制器9的抽樣周期為高速?zèng)]有關(guān)系，即使在低速運(yùn)算部111中以慢的抽樣周期進(jìn)行與活套支撐器速度控制器9相同的運(yùn)算也可獲得同樣的效果。
另外，在該第3實(shí)施形式中，根據(jù)張力指令σr由張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器5運(yùn)算出的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs加到前饋轉(zhuǎn)矩qf，但由于前饋轉(zhuǎn)矩qf的穩(wěn)態(tài)值由張力積分控制器112補(bǔ)償，所以，即使不特別運(yùn)算張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs后加到前饋轉(zhuǎn)矩qf也可穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)同樣的控制動(dòng)作。
如上述那樣，在該實(shí)施形式3中，即使在張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算部5中的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs的運(yùn)算具有偏移誤差的場(chǎng)合也沒有張力指令σr與張力σ的穩(wěn)態(tài)偏差，另外，可與實(shí)施形式1同樣地由簡(jiǎn)單的調(diào)整實(shí)現(xiàn)張力σ的高精度的張力控制。
下面，說明實(shí)施形式4的動(dòng)作。
首先，說明低速運(yùn)算部121的動(dòng)作。低速運(yùn)算部121與實(shí)施形式1的低速運(yùn)算部4同樣地輸入張力指令σr、角度指令θr、張力σ、及活套支撐器角度θ。另外，由與實(shí)施形式1相同的運(yùn)算輸出前饋轉(zhuǎn)矩qf和活套支撐器速度指令ωr，并輸入到活套支撐器速度控制器9。另外，低速運(yùn)算部121依原樣進(jìn)行與實(shí)施形式1相同動(dòng)作的活套支撐器角度控制器6的輸出。
高速運(yùn)算部122輸入張力指令σr、張力σ、及由低速運(yùn)算部121運(yùn)算出的活套支撐器角度控制器6的輸出。另外，在高速運(yùn)算部122的內(nèi)部，張力比例控制器123輸出用張力比例控制增益Cvσ乘張力偏差σe即張力指令σr與張力σ的偏差獲得的信號(hào)，高速運(yùn)算部122將活套支撐器角度控制器6的輸出與用-1乘張力比例控制器123的輸出后獲得的信號(hào)的和作為軋制速度指令vr而輸出，并將上述軋制速度指令vr輸入到軋制速度控制器2。在這里，高速運(yùn)算部122按比低速運(yùn)算部121速度快的抽樣周期進(jìn)行運(yùn)算。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可由與低速運(yùn)算部121相同的計(jì)算機(jī)按多個(gè)抽樣周期進(jìn)行運(yùn)算，也可由與低速運(yùn)算部121不同的計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。
該實(shí)施形式4通過如以上那樣動(dòng)作，在按連續(xù)時(shí)間系考慮時(shí)，進(jìn)行與實(shí)施形式1完全相同的運(yùn)算，所以，閉環(huán)系的特征多項(xiàng)式由與實(shí)施形式1相同的式(10)-式(14)表示。另外，如由實(shí)施形式1說明的那樣，由活套支撐器速度控制器9中的活套支撐器速度比例控制器10的比例增益Cqω與張力比例控制器123的比例增益Cvσ改變式(10)的特征多項(xiàng)式的s的3次方的系數(shù)。另外，該控制循環(huán)與控制系中最內(nèi)側(cè)的控制循環(huán)相當(dāng)，為了穩(wěn)定地使控制系整體的響應(yīng)變快，要求它具有最快的響應(yīng)。因此，在實(shí)施形式1中，僅活套支撐器速度控制器9的運(yùn)算以高速的抽樣進(jìn)行了運(yùn)算，但通過如該實(shí)施形式4那樣在高速運(yùn)算部122以比低速運(yùn)算部121速度快的抽樣周期進(jìn)行張力比例控制器123的運(yùn)算，可在比實(shí)施形式1更高的速度下實(shí)現(xiàn)控制系整體的響應(yīng)。
實(shí)施形式4由于如以上那樣動(dòng)作，所以，通過與實(shí)施形式1完全同樣的簡(jiǎn)單的控制系的調(diào)整，可比實(shí)施形式1更快地實(shí)現(xiàn)控制系的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更高精度的張力控制。
下面，說明實(shí)施形式5的動(dòng)作。
活套支撐器角度比例控制器125將用增益Cωθ乘活套支撐器角度偏差θe后獲得的信號(hào)Cωθ·θe輸入到加法器126。加法器126將來自活套支撐器角度比例控制器125的信號(hào)Cωθ·θe加到張力交叉比例控制器12的輸出Cωσ·σe，將和信號(hào)Cωθ·θe+Cωσ·σe作為活套支撐器速度指令ωr輸入到活套支撐器速度控制器9。為此，活套支撐器速度控制器9輸出的活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr為qr＝qs+Cqω(Cωθ·θe+Cωσ·σe-ω)…… (20)由該式可知，通過將比例倍增活套支撐器角度偏差θe后獲得的信號(hào)成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr，從而使活套支撐器角度比例控制器125的增益調(diào)這樣的麻煩增加，但只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)定張力交叉比例控制器12的增益Cωσ，則可在進(jìn)行例如圖8所示模擬條件下使張力偏差σe不朝正向偏移那樣的控制。
具體地說，在張力交叉比例控制器12的增益Cωσ過大的場(chǎng)合，相對(duì)張力σ的變動(dòng)過度地抑制活套支撐器角度θ的變化，使張力控制精度惡化，但在將增益Cωσ設(shè)定為較小的適當(dāng)值的場(chǎng)合，即使在張力偏差σe為0的狀態(tài)下也可由增益Cωθ對(duì)活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr產(chǎn)生影響，使活套支撐器角度偏差θe收斂為0。結(jié)果，在實(shí)施形式1所示圖8的過渡響應(yīng)波形下，在張力偏差σe的響應(yīng)一時(shí)朝負(fù)方向偏移較大后，通過朝正方向進(jìn)行較小的偏移，將活套支撐器角度偏差θe收斂為0，與此形成對(duì)照，在本實(shí)施例中，可實(shí)現(xiàn)不用使張力偏差σe朝正向偏移即可達(dá)到穩(wěn)定的過渡變動(dòng)抑制型控制。
如上述那樣，在該實(shí)施形式5中，無論張力交叉比例控制器12的增益設(shè)定如何都可改善張力控制精度，而且，不用對(duì)活套支撐器角度偏差θe的積分后獲得的信號(hào)成分進(jìn)行加法運(yùn)算，所以，張力σ的穩(wěn)態(tài)值必然對(duì)活套支撐器角度e的穩(wěn)態(tài)值產(chǎn)生影響這一點(diǎn)仍然沒有變化，不用分別控制活套支撐器角度θ的穩(wěn)態(tài)值和張力σ的穩(wěn)態(tài)值，所以，通過實(shí)施在以活套支撐器角度控制器6為主干的單循環(huán)控制系一個(gè)一個(gè)地追加比例控制循環(huán)這樣的簡(jiǎn)單調(diào)整，即可提高張力的控制精度。
下面說明實(shí)施形式6的動(dòng)作。
張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩運(yùn)算器5輸出的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs在乘法器131中與活套支撐器速度比例控制器10的增益Cqω的倒數(shù)1/Cqω相乘，然后輸入到加法器132。加法器132將乘法器131的輸出加到張力交叉比例控制器12的輸出，作為張力指令σr輸入到活套支撐器速度控制器9。在乘法器131中，與增益Cqω的倒數(shù)1/Cqω相乘后的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs在活套支撐器速度控制器9內(nèi)由活套支撐器速度比例控制器10乘增益Cqω，所以，結(jié)果與實(shí)施形式1同樣，與在活套支撐器速度比例控制器10的后段由增益1進(jìn)行加法運(yùn)算相等價(jià)。
這樣，在該實(shí)施形式6中，由于為活套支撐器速度控制器9僅進(jìn)行比例控制的構(gòu)成，所以，不會(huì)對(duì)活套支撐器角度θ的變動(dòng)過度抑制，活套支撐器速度控制器9不進(jìn)行時(shí)間函數(shù)的運(yùn)算，所以，容易從外部設(shè)定穩(wěn)態(tài)的活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr。但是，控制裝置130需要在低速運(yùn)算部4中將用活套支撐器速度比例增益Cqω除張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩qs后獲得的信號(hào)和張力交叉比例控制器12的輸出相加，所以，在低速運(yùn)算部4側(cè)的運(yùn)算的煩雜程度增加。然而，通過在活套支撐器速度控制器9的前段側(cè)提供包含用活套支撐器速度增益Cqω除張力指令qs獲得的值的活套支撐器速度指令，可實(shí)質(zhì)上使活套支撐器速度增益Cqω與其倒數(shù)1/Cqω相抵消，將增益為1的張力指令加到活套支撐器速度比例控制器10的輸出，使減少1個(gè)加法處理動(dòng)作的活套支撐器速度控制器9的處理速度高速化。為了穩(wěn)定地獲得使活套支撐器速度指令ωr與活套支撐器速度ω差別較大的值，需要考慮難以直感地把握控制系的動(dòng)作這一點(diǎn)。
下面說明實(shí)施形式7的動(dòng)作。
活套支撐器速度控制器9內(nèi)的活套支撐器速度比例積分控制器141具有比例增益Cqω和積分增益Cωi，對(duì)張力交叉比例控制器12輸出的活套支撐器速度指令ωr與活套支撐器速度ω的偏差進(jìn)行PI(比例積分)運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果與前饋轉(zhuǎn)矩qf的和信號(hào)作為活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr輸出。即，qr＝{Cqω+(Cωi/s)}(ωr-ω)+qf＝Cqω(ωr-ω)+Cωi/s(ωr-ω)+qf＝Cqω(Cωσ·σe-ω)+Cωi/s(Cωσ·σe-ω)+qf ……(21)為此，雖然在活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr中包含對(duì)活套支撐器速度ω進(jìn)行比例積分運(yùn)算后獲得的信號(hào)成分，但活套支撐器速度ω的時(shí)間積分值即ω/s為活套支撐器角度θ，不可能在活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr中包含對(duì)活套支撐器角度偏差θe進(jìn)行積分后獲得的值。
如以上說明的那樣，在該實(shí)施形式7中，如果積分增益Cωi較小，則具有與實(shí)施形式5相同的效果。另外，根據(jù)張力交叉比例控制器12和活套支撐器速度控制器9的積分動(dòng)作的效果，在活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr中包含了對(duì)張力偏差σe積分后獲得的值，所以，活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的穩(wěn)態(tài)值與實(shí)施形式5同樣，設(shè)定為不在張力σ產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)偏差的那樣的值。但是，當(dāng)過大地設(shè)定活套支撐器速度控制器9的積分增益Cωi時(shí)，可能會(huì)對(duì)控制系產(chǎn)生過度抑制活套支撐器角度θ的變動(dòng)的不良影響，另外，由于用活套支撐器速度控制器9的積分增益Cωi設(shè)定用于將對(duì)張力偏差σe進(jìn)行積分后獲得的成分加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的增益和用于將使活套支撐器速度ω的積分即活套支撐器角度θ比例倍增后的信號(hào)加到活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令qr的增益兩者，所以，還應(yīng)理解到存在難以進(jìn)行最佳增益設(shè)定這一問題。
如上述那樣，本發(fā)明的連軋機(jī)的控制裝置適合于良好地控制被軋制材料的材料張力和活套支撐器角度兩者、可確保質(zhì)量和穩(wěn)定操作的軋制設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種連軋機(jī)的控制裝置，其適用于使由活套支撐器馬達(dá)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)的活套支撐器接觸在由軋機(jī)馬達(dá)輸送驅(qū)動(dòng)的被軋制材料從而對(duì)輸送形狀進(jìn)行限制、并在同時(shí)連續(xù)地進(jìn)行軋制的連軋機(jī)中，并具有接受轉(zhuǎn)矩指令從而對(duì)上述活套支撐器馬達(dá)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制的活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器和接受軋制速度指令從而對(duì)上述軋機(jī)馬達(dá)進(jìn)行速度控制的軋制速度控制器，其特征在于具有活套支撐器角度控制器和活套支撐器速度控制器；該活套支撐器角度控制器對(duì)活套支撐器角度與外部輸入的活套支撐器角度指令的偏差即活套支撐器角度偏差實(shí)施控制運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果作為軋制速度指令提供給上述軋制速度控制器；該活套支撐器速度控制器以比該活套支撐器角度控制器快的運(yùn)算速度動(dòng)作，對(duì)活套支撐器速度與外部輸入的活套支撐器速度指令的偏差即活套支撐器速度偏差進(jìn)行控制運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果作為與上述活套支撐器角度控制器的輸出無關(guān)的轉(zhuǎn)矩指令提供給上述活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，活套支撐器速度控制器具有活套支撐器速度比例控制器，該活套支撐器速度比例控制器使上述活套支撐器速度偏差按比例倍增，并將其加到根據(jù)被軋制材料的張力目標(biāo)值即根據(jù)張力指令進(jìn)行運(yùn)算后獲得的活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，具有對(duì)張力與張力指令的偏差即張力偏差進(jìn)行比例倍增后將其加到上述活套支撐器速度指令中的張力交叉比例控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，具有張力比例控制器，該張力比例控制器使張力與上述張力指令的偏差即張力偏差按比例倍增，并將其作為向上述軋制速度指令的減法輸入。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，張力比例控制器由以比上述活套支撐器角度控制器快的運(yùn)算速度動(dòng)作的計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，具有張力積分控制器，該張力積分控制器對(duì)張力與張力指令的偏差即張力偏差實(shí)施積分運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果加到張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，活套支撐器速度控制器將上述外部輸入的活套支撐器速度指令固定為零，將用負(fù)的常數(shù)乘上述活套支撐器速度后獲得的值作為轉(zhuǎn)矩指令設(shè)定到上述活套支撐器轉(zhuǎn)矩控制器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，具有活套支撐器速度交叉比例控制器，該活套支撐器速度交叉比例控制器使上述活套支撐器速度按比例倍增后作為上述軋制速度指令的減法輸入。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，具有活套支撐器角度比例控制器，該活套支撐器角度比例控制器使作為上述活套支撐器角度控制器的輸入的活套撐器角度偏差按比例倍增，并將其加到作為上述活套支撐器速度控制器的輸入的活套支撐器速度指令中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，活套支撐器速度控制器具有按活套支撐器速度增益使上述活套支撐器速度偏差按比例倍增的活套支撐器速度比例控制器，向該活套支撐器速度比例控制器提供活套支撐器速度指令，該活套支撐器速度指令包含用上述活套支撐器速度增益除根據(jù)被軋制材料的張力目標(biāo)值即張力指令運(yùn)算出的張力設(shè)定轉(zhuǎn)矩后獲得的值。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連軋機(jī)的控制裝置，其特征在于，活套支撐器速度控制器具有活套支撐器速度比例積分控制器，該活套支撐器速度比例積分控制器對(duì)上述活套支撐器速度偏差進(jìn)行比例積分運(yùn)算，并將其加到根據(jù)被軋制材料的張力目標(biāo)值即張力指令運(yùn)算得到的活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令中。
全文摘要
提供了一種連軋機(jī)的控制裝置。采用活套支撐器轉(zhuǎn)矩指令不將對(duì)活套支撐器角度偏差進(jìn)行積分后獲得的信號(hào)作為成分包含的那樣的運(yùn)算,同時(shí),活套支撐器速度控制器(9)以比活套支撐器角度控制器(6)速度快的抽樣周期進(jìn)行運(yùn)算。
文檔編號(hào)B21B37/50GK1378487SQ00814067
公開日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者池田英俊, 矢野健太郎, 久保直博 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社