JP4385608B2 - 帯状磁性体の非接触サポート装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状磁性体の非接触サポート装置に係り、特に、鋼板の連続処理ラインに用いるのに好適な、オンラインでの金属帯の反りや振動等の挙動を非接触で制御することが可能な、帯状磁性体の非接触サポート装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁石により鋼帯の振動を止めるようにした制振制御装置として、図１に示す制振制御装置がある。
【０００３】
これは、図１に示す如く、鋼帯１０の一方側端部（ワークサイドＷＳと称する）、中央部（センタＣＥと称する）、及び反対側端部（ドライブサイドＤＳと称する）に配置した距離センサ１２Ｗ、１２Ｃ、１２Ｄで検出された鋼帯１０の変位により、位置偏差演算装置２０で各ポイント毎に変位偏差を演算し、各ポイント毎の操作量演算装置２２Ｗ、２２Ｃ、２２Ｄで、位置偏差が小さくなるように、鋼帯１０のワークサイド、センタ、ドライブサイドに配置した、各一対の電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの電流値を演算し、各電磁石の電流制御装置３２Ｗ、３２Ｃ、３２Ｄで電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの電流を制御して、各ポイント毎に独立して鋼帯１０の位置を制御するようにしていた。図１の例では幅方向３点を測定、制御しているが、３点以外でも同様である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１８３３１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋼帯幅方向の各ポイント毎に鋼帯位置が目標位置となるように電磁石電流を操作して、各制御ポイント毎に制御を行なおうとしても、例えば一方のエッジ部分の位置を変更しようと、例えばワークサイドＷＳの電磁石３２Ｗの電流を変更すると、図２（Ａ）に示す如く、幅方向に回転しようとするモーメント力が働くため、センタ部分ＣＥ及び他方のエッジ部分（ドライブサイド）ＤＳの位置も変化する。同様に、１個、特にセンタ部分ＣＥの電磁石３０Ｃを操作しようとすると、図２（Ｂ）に示す如く、幅方向全体の位置に影響を及ぼすことによる干渉が起こる。鋼帯の振動防止の精度向上のためには、各ポイントの応答性を上げる必要があるが、操作量を大きくすると、前記の干渉も大きくなるため、不安定になり易く、限界があるという問題点を有していた。
【０００６】
一方、出願人は、特許文献１で、複数の磁力発生コイル等を帯状磁性体の幅方向に並設して、当該帯状磁性体の幅方向全域に連続する磁力を発生可能とする共に、各磁力発生コイル等への供給電力を制御することにより、帯状磁性体の幅方向で磁力分布を可変な磁力発生器を構成し、目標とする非接触支持位置に、検出される帯状磁性体の位置が一致するように、例えば相対的に位置の遠い部位に相当する部位の磁力が強くなるように、或いは位置の近い部位に相当する部位の磁力が弱くなるように、磁力発生器による磁力分布を制御することにより、帯状磁性体を所望とする位置に非接触支持することを提案しているが、前記の干渉を完全に防ぐことはできなかった。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、幅方向の制御ポイント間での帯状磁性体位置制御間の干渉を防止して、より高精度な帯状磁性体の振動や反り制御を実現することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも幅方向２個所以上に電磁石と各電磁石の作用する帯状磁性体位置を検出するセンサを配置した帯状磁性体の非接触サポート装置において、個々の電磁石で、検出した帯状磁性体の振動や反りを抑制すべく電磁力を制御すると共に、幅方向での他の場所への影響も考慮し、同時に他の電磁石の電磁力も操作する際に、幅方向各点の帯状磁性体の位置偏差に制御演算を施し、予め求めておいた各点の位置のみを変化させる励磁パターンの強弱を各点毎に演算し、各点の励磁パターンの大きさの和を求めて、各電磁石の設定値として制御するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、各電磁石による帯状磁性体の吸引力と電流の関係を予め求めておき、幅方向各点の帯状磁性体の位置偏差に制御演算を施した後、最適化演算で偏差が最小化する各電磁石の電流を求めて、各電磁石を制御するようにしたものである。
【００１１】
又、測定した帯状磁性体の幅方向各点の振動データから、振動のパターンをねじり振動パターンと弦振動パターンとエッジ振動パターンに分類し、分類された振動パターンの大きさに応じて、振動を抑制する制御出力パターンの大きさを決定し、各制御出力パターンの結果の和を求めて、各電磁石を制御するようにしたものである。
【００１２】
本発明においては、幅方向複数点の帯状磁性体の位置を同時に測定すると同時に、幅方向各ポイントの位置偏差（目標位置との差）が最小となるよう、必要な電磁石を全て操作するようにしたので、従来のように各ポイントを個別に制御した場合に発生する干渉が抑制され、精度の高い制振、反り矯正制御が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態における制御ブロックを図３に示す。本実施形態は、図１に示したような従来例と同様の制御ブロックにおいて、距離センサ１２Ｗ、１２Ｃ、１２Ｄにより幅方向複数点（図では３点）の鋼帯１０の変位を同時に測定し、本発明に係る操作量演算装置４０で、各ポイントの変位が目標値となるよう、各ポイントの電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの励磁パターン（具体的には電流パターン）を決定して、各制御ポイント間の干渉を解消し、高精度、高応答な制振制御を実現したものである。なお、制御ポイント数は３点に限定されない。
【００１５】
他の点に関しては、図１に示した従来例と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００１６】
前記操作量演算装置４０で電磁石の電流パターンを決定するアルゴリズムの第１の実施例を表わす手順を図４に示す。各ポイントの変位偏差ｅws、ｅce、ｅdsに、比例・積分部４２Ｗ、４２Ｃ、４２Ｄで、比例・積分等の制御演算を施し、操作量演算部４４Ｗ、４４Ｃ、４４Ｄで、予め求めておいた各測定点の変位のみを変化させる電磁石電流パターンの強弱を各ポイント毎に演算し、和演算部４６で、各ポイントの電磁石パターンの大きさの和を求めて、各電磁石の電流設定値ｘws、ｘce、ｘdsとして制御する。図において、ｇws_dsはＷＳ電磁石のＷＳ位置に対する影響係数、ｇce_wsは同じくＣＥ位置に対する影響係数、ｇds_wsは同じくＤＳ位置に対する影響係数（以下同様）である。
【００１７】
図５は第２の実施例を示す流れ図で、各ポイントの変位偏差に、第１の実施例と同じく、比例・積分部４２Ｗ、４２Ｃ、４２Ｄで、比例・積分等の制御演算を施した後、最適化計算部５４で、電磁石吸引力（又は電流）を検出する最適化演算で偏差が最小化する各電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの電流を求める。最適化演算の方法としては、以下のように誤差の評価関数を重み付き２乗和で表わし、評価関数が最小となる変数（吸引力）を求める方法等がある。
【００１８】
具体的には、鋼板位置偏差モデルδを次の（１）式で表わし、誤差評価関数ｆ（ｘ）を次の（２）式とすると、評価関数を最小とする操作量ｘは次の（３）式で表わされる。
【００１９】
δ＝δa＋Ａｘ …（１）
δ＝［ｄws ｄce ｄds］T：予測位置偏差ベクトル
δa＝［ｄws_ a ｄce_ a ｄds_ a］T：位置偏差実績ベクトル
Ａ：影響係数行列
ｘ：操作量（電磁石吸引力）ベクトル
ｆ（ｘ）＝（δT・Ｗ・δ）1/2 …（２）
Ｗ：重み行列（＞０）
ｘ＝−（ＡTＷＡ）-1・ＷＡδa …（３）
【００２０】
従って、予め吸引力と電流の関係を求めておき、操作量ｘから各電磁石の電流を求めて、位置制御出力とする。
【００２１】
図６は、第３の実施例を示す流れ図で、振動のパターンを、例えば、図７（Ａ）に示す如く、ワークサイドとドライブサイドで振動の位相が約１８０°ずれたねじり振動パターンpat１、図７（Ｂ）に示す如く、ワークサイド、センタ、ドライブサイド共に位相が一致する弦振動パターンpat２、図７（Ｃ）に示す如く、センタの振動が小さく両エッジの振動が同位相のエッジ振動パターンpat３等に分類して、係数ａ１、ａ２、ａ３を出力する振動分類部６２と、分類された振動パターンの大きさａ１、ａ２、ａ３に応じて振動を抑制する制御出力パターンの大きさを決定する制御出力パターン決定部６４Ｗ、６４Ｃ、６４Ｄと、各制御出力パターンの結果の和を計算し、各電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの電流を計算する電流設定計算部６６から構成される。
【００２２】
【実施例】
従来の制御装置、即ち、図１に示した制御装置による制御出力と制御結果の例と、第１の実施例による制御出力と制御結果の例とを比較して図８に示す。電磁石吸引力による幅方向の鋼帯位置偏差の影響を考慮したため、最小の制御出力で効率の良い制振と形状矯正を行なうことができた。
【００２３】
なお、前記実施形態においては、本発明が、鋼帯の制御に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、電磁石により位置制御可能な他の帯状磁性体の位置制御にも同様に適用できることは明らかである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁石による帯状磁性体の変位への影響を評価し、幅方向に配置した電磁石の最適な電流パターンを設定するようにしたので、幅方向各ポイントの位置制御間の干渉が無くなり、効率良く高精度な帯状磁性体の制振及び形状矯正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電磁石による制振制御装置の一例のブロック図
【図２】従来の問題点を説明するための鋼帯の横断面図
【図３】本発明の実施形態の構成を示すブロック図
【図４】前記実施形態における電磁石のパターンを決定するアルゴリズムの第１の実施例を示す流れ図
【図５】同じく第２の実施例を表わす流れ図
【図６】同じく第３の実施例の手順を示す流れ図
【図７】第３の実施例における振動パターンを示す説明図
【図８】従来例と第１の実施例による制御出力及び制御結果を比較して示すタイムチャート
【符号の説明】
１０…鋼帯
１２Ｗ、１２Ｃ、１２Ｄ…距離センサ
２０…位置偏差演算装置
３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄ…電磁石
３２Ｗ、３２Ｃ、３２Ｄ…電磁石制御装置
４０…操作量演算装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状磁性体の非接触サポート装置に係り、特に、鋼板の連続処理ラインに用いるのに好適な、オンラインでの金属帯の反りや振動等の挙動を非接触で制御することが可能な、帯状磁性体の非接触サポート装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁石により鋼帯の振動を止めるようにした制振制御装置として、図１に示す制振制御装置がある。
【０００３】
これは、図１に示す如く、鋼帯１０の一方側端部（ワークサイドＷＳと称する）、中央部（センタＣＥと称する）、及び反対側端部（ドライブサイドＤＳと称する）に配置した距離センサ１２Ｗ、１２Ｃ、１２Ｄで検出された鋼帯１０の変位により、位置偏差演算装置２０で各ポイント毎に変位偏差を演算し、各ポイント毎の操作量演算装置２２Ｗ、２２Ｃ、２２Ｄで、位置偏差が小さくなるように、鋼帯１０のワークサイド、センタ、ドライブサイドに配置した、各一対の電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの電流値を演算し、各電磁石の電流制御装置３２Ｗ、３２Ｃ、３２Ｄで電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの電流を制御して、各ポイント毎に独立して鋼帯１０の位置を制御するようにしていた。図１の例では幅方向３点を測定、制御しているが、３点以外でも同様である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１８３３１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋼帯幅方向の各ポイント毎に鋼帯位置が目標位置となるように電磁石電流を操作して、各制御ポイント毎に制御を行なおうとしても、例えば一方のエッジ部分の位置を変更しようと、例えばワークサイドＷＳの電磁石３２Ｗの電流を変更すると、図２（Ａ）に示す如く、幅方向に回転しようとするモーメント力が働くため、センタ部分ＣＥ及び他方のエッジ部分（ドライブサイド）ＤＳの位置も変化する。同様に、１個、特にセンタ部分ＣＥの電磁石３０Ｃを操作しようとすると、図２（Ｂ）に示す如く、幅方向全体の位置に影響を及ぼすことによる干渉が起こる。鋼帯の振動防止の精度向上のためには、各ポイントの応答性を上げる必要があるが、操作量を大きくすると、前記の干渉も大きくなるため、不安定になり易く、限界があるという問題点を有していた。
【０００６】
一方、出願人は、特許文献１で、複数の磁力発生コイル等を帯状磁性体の幅方向に並設して、当該帯状磁性体の幅方向全域に連続する磁力を発生可能とする共に、各磁力発生コイル等への供給電力を制御することにより、帯状磁性体の幅方向で磁力分布を可変な磁力発生器を構成し、目標とする非接触支持位置に、検出される帯状磁性体の位置が一致するように、例えば相対的に位置の遠い部位に相当する部位の磁力が強くなるように、或いは位置の近い部位に相当する部位の磁力が弱くなるように、磁力発生器による磁力分布を制御することにより、帯状磁性体を所望とする位置に非接触支持することを提案しているが、前記の干渉を完全に防ぐことはできなかった。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、幅方向の制御ポイント間での帯状磁性体位置制御間の干渉を防止して、より高精度な帯状磁性体の振動や反り制御を実現することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも幅方向２個所以上に電磁石と各電磁石の作用する帯状磁性体位置を検出するセンサを配置した帯状磁性体の非接触サポート装置において、個々の電磁石で、検出した帯状磁性体の振動や反りを抑制すべく電磁力を制御すると共に、幅方向での他の場所への影響も考慮し、同時に他の電磁石の電磁力も操作する際に、幅方向各点の帯状磁性体の位置偏差に制御演算を施し、予め求めておいた各点の位置のみを変化させる励磁パターンの強弱を各点毎に演算し、各点の励磁パターンの大きさの和を求めて、各電磁石の設定値として制御するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、各電磁石による帯状磁性体の吸引力と電流の関係を予め求めておき、幅方向各点の帯状磁性体の位置偏差に制御演算を施した後、最適化演算で偏差が最小化する各電磁石の電流を求めて、各電磁石を制御するようにしたものである。
【００１１】
又、測定した帯状磁性体の幅方向各点の振動データから、振動のパターンをねじり振動パターンと弦振動パターンとエッジ振動パターンに分類し、分類された振動パターンの大きさに応じて、振動を抑制する制御出力パターンの大きさを決定し、各制御出力パターンの結果の和を求めて、各電磁石を制御するようにしたものである。
【００１２】
本発明においては、幅方向複数点の帯状磁性体の位置を同時に測定すると同時に、幅方向各ポイントの位置偏差（目標位置との差）が最小となるよう、必要な電磁石を全て操作するようにしたので、従来のように各ポイントを個別に制御した場合に発生する干渉が抑制され、精度の高い制振、反り矯正制御が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態における制御ブロックを図３に示す。本実施形態は、図１に示したような従来例と同様の制御ブロックにおいて、距離センサ１２Ｗ、１２Ｃ、１２Ｄにより幅方向複数点（図では３点）の鋼帯１０の変位を同時に測定し、本発明に係る操作量演算装置４０で、各ポイントの変位が目標値となるよう、各ポイントの電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの励磁パターン（具体的には電流パターン）を決定して、各制御ポイント間の干渉を解消し、高精度、高応答な制振制御を実現したものである。なお、制御ポイント数は３点に限定されない。
【００１５】
他の点に関しては、図１に示した従来例と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
【００１６】
前記操作量演算装置４０で電磁石の電流パターンを決定するアルゴリズムの第１の実施例を表わす手順を図４に示す。各ポイントの変位偏差ｅws、ｅce、ｅdsに、比例・積分部４２Ｗ、４２Ｃ、４２Ｄで、比例・積分等の制御演算を施し、操作量演算部４４Ｗ、４４Ｃ、４４Ｄで、予め求めておいた各測定点の変位のみを変化させる電磁石電流パターンの強弱を各ポイント毎に演算し、和演算部４６で、各ポイントの電磁石パターンの大きさの和を求めて、各電磁石の電流設定値ｘws、ｘce、ｘdsとして制御する。図において、ｇws_dsはＷＳ電磁石のＷＳ位置に対する影響係数、ｇce_wsは同じくＣＥ位置に対する影響係数、ｇds_wsは同じくＤＳ位置に対する影響係数（以下同様）である。
【００１７】
図５は第２の実施例を示す流れ図で、各ポイントの変位偏差に、第１の実施例と同じく、比例・積分部４２Ｗ、４２Ｃ、４２Ｄで、比例・積分等の制御演算を施した後、最適化計算部５４で、電磁石吸引力（又は電流）を検出する最適化演算で偏差が最小化する各電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの電流を求める。最適化演算の方法としては、以下のように誤差の評価関数を重み付き２乗和で表わし、評価関数が最小となる変数（吸引力）を求める方法等がある。
【００１８】
具体的には、鋼板位置偏差モデルδを次の（１）式で表わし、誤差評価関数ｆ（ｘ）を次の（２）式とすると、評価関数を最小とする操作量ｘは次の（３）式で表わされる。
【００１９】
δ＝δa＋Ａｘ …（１）
δ＝［ｄws ｄce ｄds］T：予測位置偏差ベクトル
δa＝［ｄws_ a ｄce_ a ｄds_ a］T：位置偏差実績ベクトル
Ａ：影響係数行列
ｘ：操作量（電磁石吸引力）ベクトル
ｆ（ｘ）＝（δT・Ｗ・δ）1/2 …（２）
Ｗ：重み行列（＞０）
ｘ＝−（ＡTＷＡ）-1・ＷＡδa …（３）
【００２０】
従って、予め吸引力と電流の関係を求めておき、操作量ｘから各電磁石の電流を求めて、位置制御出力とする。
【００２１】
図６は、第３の実施例を示す流れ図で、振動のパターンを、例えば、図７（Ａ）に示す如く、ワークサイドとドライブサイドで振動の位相が約１８０°ずれたねじり振動パターンpat１、図７（Ｂ）に示す如く、ワークサイド、センタ、ドライブサイド共に位相が一致する弦振動パターンpat２、図７（Ｃ）に示す如く、センタの振動が小さく両エッジの振動が同位相のエッジ振動パターンpat３等に分類して、係数ａ１、ａ２、ａ３を出力する振動分類部６２と、分類された振動パターンの大きさａ１、ａ２、ａ３に応じて振動を抑制する制御出力パターンの大きさを決定する制御出力パターン決定部６４Ｗ、６４Ｃ、６４Ｄと、各制御出力パターンの結果の和を計算し、各電磁石３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄの電流を計算する電流設定計算部６６から構成される。
【００２２】
【実施例】
従来の制御装置、即ち、図１に示した制御装置による制御出力と制御結果の例と、第１の実施例による制御出力と制御結果の例とを比較して図８に示す。電磁石吸引力による幅方向の鋼帯位置偏差の影響を考慮したため、最小の制御出力で効率の良い制振と形状矯正を行なうことができた。
【００２３】
なお、前記実施形態においては、本発明が、鋼帯の制御に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、電磁石により位置制御可能な他の帯状磁性体の位置制御にも同様に適用できることは明らかである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁石による帯状磁性体の変位への影響を評価し、幅方向に配置した電磁石の最適な電流パターンを設定するようにしたので、幅方向各ポイントの位置制御間の干渉が無くなり、効率良く高精度な帯状磁性体の制振及び形状矯正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電磁石による制振制御装置の一例のブロック図
【図２】従来の問題点を説明するための鋼帯の横断面図
【図３】本発明の実施形態の構成を示すブロック図
【図４】前記実施形態における電磁石のパターンを決定するアルゴリズムの第１の実施例を示す流れ図
【図５】同じく第２の実施例を表わす流れ図
【図６】同じく第３の実施例の手順を示す流れ図
【図７】第３の実施例における振動パターンを示す説明図
【図８】従来例と第１の実施例による制御出力及び制御結果を比較して示すタイムチャート
【符号の説明】
１０…鋼帯
１２Ｗ、１２Ｃ、１２Ｄ…距離センサ
２０…位置偏差演算装置
３０Ｗ、３０Ｃ、３０Ｄ…電磁石
３２Ｗ、３２Ｃ、３２Ｄ…電磁石制御装置
４０…操作量演算装置
Claims (3)
- 少なくとも幅方向２個所以上に電磁石と各電磁石の作用する帯状磁性体位置を検出するセンサを配置した帯状磁性体の非接触サポート装置において、
個々の電磁石で、検出した帯状磁性体の振動や反りを抑制すべく電磁力を制御すると共に、幅方向での他の場所への影響も考慮し、同時に他の電磁石の電磁力も操作する際に、
幅方向各点の帯状磁性体の位置偏差に制御演算を施し、予め求めておいた各点の位置のみを変化させる励磁パターンの強弱を各点毎に演算し、各点の励磁パターンの大きさの和を求めて、各電磁石の設定値として制御することを特徴とする帯状磁性体の非接触サポート装置。 - 少なくとも幅方向２個所以上に電磁石と各電磁石の作用する帯状磁性体位置を検出するセンサを配置した帯状磁性体の非接触サポート装置において、
個々の電磁石で、検出した帯状磁性体の振動や反りを抑制すべく電磁力を制御すると共に、幅方向での他の場所への影響も考慮し、同時に他の電磁石の電磁力も操作する際に、
各電磁石による帯状磁性体の吸引力と電流の関係を予め求めておき、幅方向各点の帯状磁性体の位置偏差に制御演算を施した後、最適化演算で偏差が最小化する各電磁石の電流を求めて、各電磁石を制御することを特徴とする帯状磁性体の非接触サポート装置。 - 少なくとも幅方向２個所以上に電磁石と各電磁石の作用する帯状磁性体位置を検出するセンサを配置した帯状磁性体の非接触サポート装置において、
個々の電磁石で、検出した帯状磁性体の振動や反りを抑制すべく電磁力を制御すると共に、幅方向での他の場所への影響も考慮し、同時に他の電磁石の電磁力も操作する際に、
測定した帯状磁性体の幅方向各点の振動データから、振動のパターンをねじり振動パターンと弦振動パターンとエッジ振動パターンに分類し、分類された振動パターンの大きさに応じて、振動を抑制する制御出力パターンの大きさを決定し、各制御出力パターンの結果の和を求めて、各電磁石を制御することを特徴とする帯状磁性体の非接触サポート装置。
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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