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Schlingenheber-Regeleinrichtung für kontinuierliche Walzstraßen - Dokument DE4003548C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE4003548C2 21.09.1995
Titel Schlingenheber-Regeleinrichtung für kontinuierliche Walzstraßen
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Seki, Yoshiro, Fuchu, Tokio/Tokyo, JP;
Sekiguchi, Kunio, Kawagoe, Saitama, JP;
Koyama, Toshihiro, Saitama, JP
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte BOEHMERT & BOEHMERT, NORDEMANN UND PARTNER, 28209 Bremen
DE-Anmeldedatum 06.02.1990
DE-Aktenzeichen 4003548
Offenlegungstag 09.08.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.09.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.09.1995
IPC-Hauptklasse B21B 37/50
IPC-Nebenklasse B21B 39/02   B65H 23/18   B65H 20/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schlingenheber-Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 (JP 63-22 48 09 A).

Aus der JP 63-22 48 09 A ist eine Regeleinrichtung für eine kontinuierliche Walzstraße bekannt, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Spannungsausgleichsignals und einer Vorrichtung zum Verändern der Steuerverstärkung, die in der Regeleinrichtung in Reihe geschaltet sind. Wenn ein Spannungsausgleichbefehl in die Vorrichtung zum Verändern der Verstärkung abhängig von einer erfaßten Spannung eines zu walzenden Werkstoffes und eines Schlingenheberwinkels eingegeben wird, wird die Spannungsausgleichsverstärkung verändert, indem die Integral-Verstärkungsfaktoren und die Proportional-Verstärkungsfaktoren eingestellt werden.

Bei kontinuierlichen Walzstraßen sind wichtige Parameter für die Qualität des zu erreichenden Produkts die Banddicke, die Bandbreite, der Bandscheitel und die Planheit des Bandes. Weil der Wert der Spannung zwischen den einzelnen Walzgerüsten einen großen Einfluß auf diese Parameter ausübt, ist es wünschenswert, diese Spannung so konstant wie möglich zu halten. Aus diesem Grund wird bei kontinuierlichen Warmwalzstraßen zur Durchführung von Spannungsänderungen eine Steuerung bzw. Regelung mittels Schlingenheber durchgeführt, die zwischen den einzelnen Walzgerüsten eingeschaltet sind.

Bisher wird bei Schlingenheber-Steuereinrichtungen für kontinuierliche Walzstraßen mit zwischen den Walzgerüsten befindlichen Schlingenhebern die Spannung zwischen den Gerüsten, also die Zwischengerüstspannung, in der Weise gesteuert, daß dem Schlingenheber-Antriebsmotor die Erzeugung eines vorbestimmten Drehmoments erlaubt und die Differenz zwischen den Zwischengerüstgeschwindigkeiten des Hauptmotors geändert wird, um so den Betriebswinkel des Schlingenhebers einzustellen. Bei dieser Einrichtung wird jedoch die Länge des Materials zwischen den Walzgerüsten durch die Änderung der Differenzen zwischen den Zwischengerüstgeschwindigkeiten des Hauptmotors verändert. Das bedeutet aber, daß die Steuerung des Betriebswinkels des Schlingenhebers entsprechend der Änderung der Materiallänge erfolgt. Dies hat aber den Nachteil, daß die Änderung der Spannung zwischen den Gerüsten durch die Steuerung des Betriebswinkels des Schlingenhebers groß wird.

Wenn eine Steuerung des Schlingenheberwinkels durchgeführt wird, um eine solche Änderung der Spannung auf einen kleinen Wert zu erniedrigen, dann muß die Reaktion der Steuereinrichtung verringert werden, was jedoch seinerseits zu dem Nachteil führt, daß die Steuerung einer mit hoher Geschwindigkeit erfolgenden Störung nicht zu folgen vermag. Andererseits sind zur Lösung dieser Probleme als Schlingenheber-Steuereinrichtungen mit Optimum-Steuerungstheorie Einrichtungen vorgeschlagen worden, wie sie beispielsweise in der japanischen Auslegeschrift Nr. 59-44129 sowie den japanischen Offenlegungsschriften 58-86919, 59-118213 und 59-118214 offenbart sind.

Die japanische Auslegeschrift Nr. 59-44129 ist auf eine Einrichtung gerichtet, die im Rahmen der Optimum-Steuertheorie als Zustandsvariablen die Schlingenheber-Winkelgeschwindigkeit, den Schlingenheber-Betriebswinkel, die Zwischengerüstspannung und die Differenz zwischen den Zwischengerüst- Materialgeschwindigkeiten ausnützt, um so ein Feedback zu erhalten, das jedoch nur auf einer Proportionalvestärkung basiert. Wenn jedoch ständig eine vergleichsweise große Störung auftritt oder wenn sich die Sollspannung mit der Zeit ändert dann führt dies zu einer verminderten Steuerbarkeit. Im Extremfall kann es sogar zu einem Bruch des Bandes kommen.

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 58-86919 offenbart eine Einrichtung, bei welcher der Technik nach der japanischen Auslegeschrift 59-44129 eine Integrierung hinzugefügt wird, um so aus sich selbst heraus einen Bezugswert festzulegen und den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden.

Bei diesen Einrichtungen nach der japanischen Auslegeschrift 59-44129 und der japanischen Offenlegungsschrift 58-86919 wird eine Proportionalverstärkung für die Abweichung in Verbindung mit dem Bezugswert der Taylor-Entwicklung verwendet, um so eine lineare Annäherung der Steuereinrichtung zu erhalten. Demgemäß bleiben Probleme ungelöst, wie beispielsweise, daß es notwendig ist, diesen Bezugswert einzugeben, wenn eine Steuerung gerade durchgeführt werden muß, daß die Arbeitsstabilität gering ist, weil die Proportionalkomponenten gerade dann in einem großen Ausmaß auftreten, wenn die Steuerung beginnt und damit die Abweichung vom Bezugswert besonders groß ist, und dergleichen.

Zur Lösung dieser Probleme wird in der japanischen Offenlegungsschrift 59-118213 eine Schlingenheber-Steuereinrichtung vorgeschlagen, bei welcher auf der Grundlage eines Steuerungsmodells nach der Integral-Optimum-Regeltheorie eine Integrierung einer Abweichung vom Sollwert durchgeführt wird, und zwar bezüglich der einen Steuer-Sollwert beinhaltenden Variablen, wobei dann die Proportionalverstärkung bezüglich der Abweichung von einem Festwert (dem Wert zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung) durchgeführt wird, d.h., die erwähnte Abweichung wird der Proportionalverstärkung unterworfen.

Zusätzlich wird in der japanischen Offenlegungsschrift 59-118214 eine Einrichtung offenbart, bei welcher eine Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors des Schlingenhebers verwendet wird, und zwar anstelle der bei der japanischen Offenlegungsschrift 59-118213 verwendeten Steuereinheit für den Strom des Antriebsmotors des Schlingenhebers, womit eine verbesserte Stabilität des Schlingenheberwinkels erreicht wird.

Wenn man jedoch versucht, die vier eben erläuterten Einrichtungen, welche alle auf einer Optimum-Steuerung beruhen, bei einer Walzstraße praktisch anzuwenden, dann ergeben sich die Probleme, daß die Steuereinrichtungen durch das Rauschen des Detektorsignals beeinflußt werden, weil viele Rückführungsschleifen existieren, d.h., die Einjustierung der Regelverstärkung bezüglich der Änderung der Walzeigenschaften, gefolgt von der Änderung der Walzgeschwindigkeit, benötigt viel Zeit.

Außerdem berücksichtigen die üblichen Schlingenheber-Steuereinrichtungen nur die Anzahl der Umdrehungen des Hauptmotors bei der Bestimmung der optimalen Verstärkung. Aufgrund der Walzspaltkorrektur durch die automatische Banddicken-Steuereinrichtung würde jedoch eine plötzliche Spannungsänderung auftreten mit der Folge einer möglicherweise abnormalen Spannung. Dagegen sind jedoch bei den üblichen Einrichtungen keine wirkungsvollen Gegenmaßnahmen möglich.

Außerdem gibt es bei den Schlingenhebern einen bestimmten Winkelbereich für einen wirkungsvollen Betrieb. Wenn nun der Schlingenheberwinkel einen vorgegebenen Winkel überschreitet, dann besteht die Möglichkeit, daß der Schlingenheber bricht. Bleibt dagegen der Schlingenheberwinkel unter einem vorgegebenen Winkel, dann vermag der Schlingenheber keine einwandfreie Einstellung der Spannung vorzunehmen. Demgemäß ist es notwendig, daß der Schlingenheber innerhalb eines festen Bereichs arbeitet, und zwar bezüglich seines Winkels. Auch dies wird bei den üblichen Einrichtungen nicht berücksichtigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Schlingenheber-Steuereinrichtung der eingangs genannten Art für eine kontinuierliche Walzstraße zu schaffen, die bezüglich einer optimalen Steuerung einfach und außerdem in der Lage ist, verschiedene Änderungen der Walzvorgangseigenschaften zu kompensieren, so daß die Steuereinrichtung mit dem tatsächlichen Walzvorgang in Einklang bleibt. Weiterhin soll diese Schlingenheber- Steuereinrichtung in der Lage sein, ein wirkungsvolles Arbeiten des Schlingenhebers zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Somit wird eine Schlingenheber-Steuereinrichtung für eine kontinuierliche Walzstraße geschaffen, bestehend aus einem Abschnitt zur Durchführung einer Integrierung der entsprechenden Abweichungen zwischen festgestellten Ist- Werten und Soll-Werten bezüglich der Spannung und des Schlingenheberwinkels, und zur Durchführung einer Proportionalverstärkung der entsprechenden Abweichungen zwischen der Spannung, dem Schlingenheber-Betriebswinkel und der Rotationsgeschwindigkeit des Schlingenheber-Motors zum Zeitpunkt des Starts des Steuervorgangs sowie derjenigen zur Zeitspanne der Stromsteuerung, um so die erhaltenen Werte zusammenzusetzen und der Schlingenheber-Stromsteuereinheit oder der Schlingenheber-Steuereinheit zuzuführen, aus einem Abschnitt zur Durchführung einer Integrierung und einer Proportionalverstärkung ähnlich dem vorausgenannten Abschnitt zwecks Zusammensetzung der erhaltenen Werte und Abgabe derselben an die Hauptmotor-Geschwindigkeitssteuereinheit, und aus einer Verstärkungsoptimum-Einstelleinheit zur Korrektur der proportionalen Verstärkungswerte in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Hauptmotors.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Schlingenheber- Steuereinrichtung für eine kontinuierliche Walzstraße geschaffen, die zusätzlich zu den vorab erwähnten Abschnitten einen Abschnitt zum Ändern der optimalen Verstärkung aufweist, und zwar dann, wenn die Spannung einen außergewöhnlichen Wert annimnt und der Schlingenheberwinkel abnormal ist.

Mit der Erfindung werden Zustandsvektoren aufgebaut, wie sie erforderlich sind für eine optimale Steuerung nur der entsprechenden Detektorsignale des Schlingenheber-Betriebswinkels, der Spannung zwischen den Walzgerüsten und der Geschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors, um so die Zahl von Rückführungsschleifen auf einen geringen Wert zu begrenzen. Demgemäß besteht nur eine geringe Möglichkeit, daß die Steuereinrichtung von Rauscheffekten in den Detektorsignalen beeinflußt wird und die Zahl der einzustellenden Steuerverstärkungen ist kleiner als bei dem Stand der Technik. Dies bedeutet aber, daß der Aufbau der Steuereinrichtung einfacher ist und es genügt eine extrem kurze Zeit für die Einstellung der Steuerverstärkung. Weil die Anzahl an Rückführungsschleifen klein ist, besteht kaum die Gefahr des Einflusses von Rauscheffekten in den Detekorsignalen. Weil die Abweichung von einem Festwert verwendet wird und nicht die Abweichung vom jeweiligen Zustandswert, wird bei der Durchführung der Proportionalverstärkung die Stabilität der Steuerung zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung bereits äußerst exakt sein. Weiterhin wird die optimale Steuerverstärkung für Änderungen des Walzvorgangs, gefolgt von Änderungen der Walzgeschwindigkeit, durchgeführt, womit die Ansprechgeschwindigkeit der Steuereinheit zu jedem Zeitpunkt sehr hoch ist, ungeachtet der Walzgeschwindigkeit.

Weil mit der Erfindung auch abnormale Spannungszustände und abnormale Schlingenheberwinkel festgestellt und wirkungsvolle Gegenmaßnahmen getroffen werden, kann eine hohe Walzqualität erreicht werden.

Weil ein Annäherungsprozeß zur Berechnung und Speicherung der Integralverstärkung und der Proportionalverstärkung bei zwei Walzgeschwindigkeiten durchgeführt wird, d.h., bei der normalen Bandgeschwindigkeit und zum Zeitpunkt der maximalen Walzgeschwindigkeit, und zwar unter Verwendung von Walzinformationen, wie etwa einer Walztabelle, die vorab, d.h., bevor das zu walzende Material die Walzstraße erreicht, ermittelt werden, kann eine Kompensation der Steuerverstärkung bezüglich einer Walzvorgangsänderung erfolgen, gefolgt durch eine Änderung der Walzgeschwindigkeit, um so einen linearinterpolierten Integral-Verstärkungsfaktor und einen Proportional-Verstärkungsfaktor unter Verwendung des Geschwindigkeits- Sollwertes und des Istwertes des Hauptmotors während des Walzvorgangs zu erhalten. Die Steuereinrichtung neigt somit nicht dazu, auf Einflüsse von Änderungen des Walzvorgangs zu reagieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In den Figuren zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Schlingenheber-Steuereinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2A bis 2J grafische Darstellungen zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen der Walzgeschwindigkeit und der Steuerverstärkung,

Fig. 3A bis 3L grafische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs der Schlingenheber-Steuereinrichtung zum Zeitpunkt des Auftretens eines außerordentlichen Zustands der Spannung,

Fig. 4A bis 4L grafische Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs der Schlingenheber-Steuereinrichtung zum Zeitpunkt eines außerordentlichen Zustands des Schlingenheberwinkels, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Schlingenheber-Steuereinrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 ist also ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dabei steuert eine Schlingenheber-Stromregeleinheit 1 (abgekürzt: Schlingenheber ACR) einen Schlingenheber-Ankerstrom I, der in einem Schlingenheber-Antriebsmotor 2 fließt, welcher die Schlingenheber-Mechanik 3 antreibt. Nachdem die Anordnung und die Funktion einer solchen Schlingenheber-Mechanik allgemein bekannt ist, kann hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden.

Andererseits steuert eine Hauptmotor-Geschwindigkeits-Regeleinheit 4 (abgekürzt: Hauptmotor ASR) die Drehgeschwindigkeit eines Hauptmotors 5 zum Antrieb der Walzen. Ein Zwischengerüst-Spannungsgenerator 6 erzeugt eine Zwischengerüstspannung T auf der Grundlage einer Rotationsgeschwindigkeit N des Hauptmotors, in anderen Worten, er gibt eine Übertragungsfunktion von der Rotationsgeschwindigkeit N zur Zwischengerüstspannung T wieder. Diese Übertragungsfunktion wird durch die mechanischen Dimensionen und die Größe des von der Walzen zu walzenden Materials bestimmt. Mit Ft im Block 7 ist ein Koeffizient zum Umsetzen einer Zwischengerüstspannung T in einen Schlingenhebermotor-Laststrom bezeichnet und dessen Wert wird durch die Größe des zu walzenden Materials und einen Schlingenheber-Betriebswinkel Θ festgelegt. Mit Fa in einem Block 8 ist ein Wechsel im Schlingenheber-Betriebswinkel Θ in Richtung auf eine Rotationsgeschwindigkeit des Hauptmotors bezeichnet und dieser Wert wird durch die mechanischen Dimensionen der Walze und den Schlingenheber-Betriebswinkel bestimmt. Diese Blöcke 7 und 8 bezeichnen die Wechselwirkung zwischen dem Schlingenheber-Betriebswinkel Θ und der Zwischengerüstspannung T.

Aus dem obigen ergibt sich, daß die Blöcke 1 bis 8 Blöcke sind, welche repräsentativ sind für die Bedingungen der Anlage und den Walzvorgang. Dabei werden der sich ergebende Wert T für die Zwischengerüstspannung und der Schlingenheber-Betriebswinkel Θ derart gesteuert, daß sie gleich werden dem Soll-Wert Tr für die Zwischengerüstspannung und den Soll-Wert Θr des Schlingenheber-Betriebswinkels. Zusätzlich ist eine Schlingenheber- Steuereinheit an der dem Hauptmotor ASR und dem Schlingenheber ACR vorausgehenden Seite vorgesehen.

In einen Subtrahierkreis 31 wird der Zwischengerüst-Spannungs- Sollwert Tr vom sich ergebenden Zwischengerüst-Spannungswert T abgezogen. Der sich ergebende Rest wird über den Block 9, der repräsentativ für die integrale Betriebsverstärkung K11 ist, und einen Addierer 33 einem Integrator 13 übergeben und wird andererseits über den für die integrale Betriebsverstärkung K21 repräsentativen Block 10 und einen Addierer 34 dem Integrator 14 übergeben.

Der Soll-Wert Θr des Schlingenheber-Betriebswinkels wird vom Ist-Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels abgezogen, und zwar in einem Subtrahierkreis 32. Der Rest wird dann über den für die Integrations-Steuerverstärkung K22 repräsentativen Block 12 und den Addierer 34 dem Integrator 14 und andererseits dem Integrator 13 zugeführt, und zwar über den für die integrale Steuerverstärkung K12 repräsentativen Block 11 und den Addierer 33.

Der Festwert To für die Zwischengerüstspannung wird vom Ist- Wert T der Zwischengerüstspannung im Subtrahierer 38 abgezogen.

Der Rest wird über einen Block 17 mit Proportionalverstärkung F1 einem Addierer 15 und über einen Block 20 mit Proportionalverstärkung F4 einem Addierer 16 zugeführt. Der Festwert bezeichnet einen Wert, der zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung gespeichert wird. Der Festwert Θo für den Schlingerheber-Betriebswinkel wird vom Ist-Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels im Subtrahierer 61 abgezogen. Der Rest wird über einen Block 18 mit Proportionalverstärkung F2 einem Addierer 15 und über einen Block 21 mit Proportionalverstärkung F5 einem Addierer 16 zugeführt. Der Festwert Nao für die Rotationsgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors wird vom Ist-Wert Na der Drehgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors in einem Subtrahierer 40 abgezogen. Der Rest wird über einen Block 19 mit Proportionalverstärkung F3 einem Addierer 15 und über einen Block 22 mit Proportionalverstärkung F6 einem Addierer 16 zugeführt.

Das Additionsergebnis im Addierer 15 wird dem Ausgang des Integrators 13 im Addierer 35 hinzuaddiert, wodurch ein Soll- Korrekturwert ΔNr für die Rotationsgeschwindigkeit entsteht. Ein Festwert Nro für die Rotationsgeschwindigkeit des Hauptmotors zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung wird dem erwähnten Korrekturwert ΔNr im Addierer 37 hinzugefügt. Der so erhaltene Wert wird als Soll-Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der Hauptmotor-Geschwindigkeitssteuereinheit 4 zugeführt.

Andererseits wird das Additionsergebnis im Addierer 16 dem Ausgang des Integrators 14 in einem Addierer 36 hinzuaddiert, womit eine Soll-Korrekturgröße ΔIr für den Schlingenheberstrom entsteht. Weiterhin wird ein Sollwert Iro für den Schlingenheberstrom zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung dem erwähnten Wert ΔIr hinzuaddiert. Der damit erhaltene Wert wird der Schlingenheber-Stromsteuereinheit I als Schlingenheberstrom-Sollwert zugeführt.

Der sich ergebende Wert der Rotationsgeschwindigkeit des Hauptmotors 5 wird der Optima/verstärkungs-Einstellvorrichtung 23 zugeführt.

Weiterhin weist die Einrichtung ein Grenzspannungs-Entscheidungelement 41 für einen abnormalen Spannungszustand (nachfolgend als extremer Zustand bezeichnet) auf, in das die ermittelte Spannung T und der ermittelte Schlingenheberwinkel Θ eingegeben werden, und das die ermittelte Spannung T mit einer Startspannung Tmin eines extremen Spannungszustandes vergleicht und so einen extremen Spannungszustand feststellt. Ein Änderungsbefehls-Element 42 für die Reglerverstärkung dient zur Abgabe eines Änderungsbefehls für die Steuerverstärkung auf der Grundlage des Ausgangs des Grenzspannungs-Entscheidungselementes 41, ein Grenzschlingenheberwinkel- Entscheidungselement 51 für einen extremen Zustand des Schlingenheberwinkels, in das der festgestellte Schlingenheberwinkel Θ eingegeben wird und in dem der mit dem gegebenen maximalen Schlingenheberwinkel Θmax und dem vorgegebenen minimalen Schlingenheberwinkel Θmin verglichen wird, um so zu entscheiden, ob sich der Schlingenheberwinkel in einem extremen Zustand befindet oder nicht. Ein Änderungsbefehl-Element 52 für den oberen und unteren Grenzwert des Schlingenheberwinkels gibt ein Entscheidungsergebnis bezüglich eines extremen Zustands des Schlingenheberwinkels ab und ändert die oberen und unteren Grenzen des Schlingenheberwinkels. Ein Ausgangssignal der Befehlseinheit für die obere und untere Grenze der Änderung des Schlingenheberwinkels wird dem Soll-Wert Θr für den Schlingenheber-Betriebswinkel zugefügt.

In der Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23 wird bei Feststellung eines extremen Spannungszustandes und eines extremen Schlingenheber-Winkelzustandes eine Modifizierung oder Korrektur der Integralkonstanten K11, K21, K12, K22 und der Proportionalkonstanten F1, F2, F3, F4, F5, F6durchgeführt, und zwar in Abhängigkeit von Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit N des Hauptmotors. Modifizierte Ergebnisse werden somit den Blöcken 9 bis 12 für die Integralkonstanten und den Blöcken 17 bis 22 für die Proportionalkonstanten zugeführt.

Aus dem obigen ergibt sich, daß bei der Steuereinrichtung nach der Erfindung die der Schlingenheber-Stromsteuereinheit 1 zugeführte Korrekturgröße ΔIr für den Soll-Wert des Schlingenheberstroms dadurch erhalten wird, daß Ausgangswerte hinzugefügt werden, die sich aus den nachfolgend erläuterten Elementen (a bis c) ergeben.

  • a) Elemente zur Durchführung einer Integration mittels Integralverstärkung K21 (Block 10) und des Integrators 14 bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert T der Zwischengerüstspannung und dem Soll-Wert Tr der Zwischengerüstspannung und für eine Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F4 (Block 20) bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert T der Zwischengerüstspannung und dem Festwert To der Zwischengerüstspannung.
  • b) Elemente zur Durchführung einer Integration durch die Integralverstärkung K22 (Block 12) und dem Integrator 14 bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels und dem Soll-Wert Θr des Schlingenheber- Betriebswinkels und für eine Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F5 (Block 21) bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels und dem Fest-Wert Θo des Schlingenheber-Betriebswinkels.
  • c) Elemente zur Durchführung einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F6 (Block 22) bezüglich des Ist-Wertes Na der Rotationsgeschwindigkeit des Schlingenheber- Antriebsmotors und dem Fest-Wert Nao der Rotationsgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors.


Die Korrekturgröße ΔIr des Sollwerts des Schlingenheber- Stroms, auf die erwähnte Weise erhalten, und der Soll- Wert Iro des Schlingenheber-Stroms zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung werden addiert. Der addierte Wert wird als Soll-Wert des Schlingenheber-Stroms der Schlingenheber- Stromregeleinheit 1 zugeführt.

Andererseits wird die der Hauptmotor-Geschwindigkeits-Regeleinheit 4 zugeführte Korrekturgröße ΔNr für den Drehgeschwindigkeits-Soll-Wert dadurch erhalten, daß die Ausgangswerte der nachfolgend erläuterten Elemente (d bis f) addiert werden.

  • d) Elemente zur Durchführung einer Integrierung durch die Integrationsverstärkung K11 (Block 9) und des Integrators 13 bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert T der Zwischengerüstspannung und dem Soll-Wert Tr der Zwischengerüstspannung sowie einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F1 (Block 17) bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert T der Zwischengerüstspannung und dem Fest-Wert To der Zwischengerüstspannung.
  • e) Elemente zum Integrieren mittels der Integrationsverstärkung K12 (Block 11) und dem Integrator 13 bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert Θ des Schlingenheber- Betriebswinkels und dem Soll-Wert Θr des Schlingenheber-Betriebswinkels sowie einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F2 (Block 18) bezüglich der Abweichung zwischen dem Ist-Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels und dem Soll-Wert Θr des Schlingenheber-Betriebswinkels sowie eine Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F2 (Block 18) bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist- Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels und dem Fest-Wert Θo des Schlingenheber-Betriebswinkels.
  • f) Elemente zur Durchführung einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F3 (Block 19) bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert Na der Rotationsgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors und dem Fest- Wert Nao der Drehgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors.


Die Korrekturgröße ΔNr für den Soll-Wert der Rotationsgeschwindigkeit des Hauptmotors und der Soll-Wert Nro der Rotationsgeschwindigkeit des Hauptmotors zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung werden miteinander addiert. Der addierte Wert wird als Soll-Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der Hauptmotor- Geschwindigkeits-Regeleinheit 4 zugeführt.

Nachfolgend wird nun der Betrieb der in ihrem Aufbau oben erläuterten Schlingenheber-Steuereinheit beschrieben.

Das für den Schlingenheber charakteristische Modell der kontinuierlichen Walzstraße soll als ein nicht-lineares Modell betrachtet werden. Wird dieses Modell einer Taylor-Entwicklung in der Umgebung eines bestimmten stetigen Zustands unterworfen, ausgedrückt in Form einer linearen Zustandsgleichung, dann ergeben sich die folgenden Gleichungen (1) und (2).

≙ = A · x + B · u (1)

y = C · x (2)

wobei ≙ die zeitliche Ableitung dx/dt bezeichnet und x, u und y Vektoren sind, die durch die folgenden Gleichungen (3), (4) und (5) darstellbar sind. A, B und C sind 3 × 3, 3 × 2, 2 × 3 Konstantenmatrizen.

x = [ΔT, ΔΘ, ΔNa]T (Zustandsvektor) (3)

u = [ΔNr, ΔIr]T (manipulierter Vektor) (4)

y = [ΔT, ΔΘ]T (Ausgangsvektor) (5)

wobei T die Transponierung eines Vektors und Δ die Abweichung in der Umgebung des stetigen Zustands bezeichnet. Weiterhin gilt folgendes:

T: Ist-Wert der Zwischengerüstspannung;

Θ: Ist-Wert des Schlingenheber-Betriebswinkels;

Na: Ist-Wert der Drehgeschwindigkeit des Antriebsmotors des Schlingenhebers;

Nr: Soll-Wert der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors;

Ir: Soll-Wert des Schlingenheberstroms.

Der Grund dafür, daß die Ist-Werte der Drehgeschwindigkeit und des Schlingenheberstroms des Hauptmotors nicht in den obigen linearen Gleichungen eingeschlossen sind, ist der, daß die Modelle der Hauptmotor-Geschwindigkeitsregeleinheit und der Schlingenheber-Stromregeleinheit aus Gründen der Modellvereinfachung weggelassen sind, um so lineare Gleichungen unter der Annahme zu erhalten, daß die Differenz zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert der Hauptmotor-Rotationsgeschwindigkeit und die Differenz zwischen dem Soll-Wert und dem Ist- Wert des Schlingenheberstroms im wesentlichen Null ist.

Zur Anwendung der Optimum-Steuerungstheorie werden die Vektoren ≙, ≙ folgendermaßen eingeführt:

x = [(y - yr)T, xT]T (6)

≙ = ≙ (7)

In der Gleichung (6) stellt yr einen Sollwert-Vektor bezogen auf den Ausgangsvektor dar, der durch die Gleichung (5) ausgedrückt wird . Die Gleichung (6) und die Gleichung (7) stellen Änderungen der Zeit der Zustandsvariablen und der Steuervariablen dar.

Als Zustandsgleichungen bezüglich ≙, ≙ werden die folgenden Gleichungen erhalten:



Das Ziel der Schlingenhebersteuerung ist, die Abweichung vom Soll-Wert der Zwischengerüstspannung, die Abweichung vom Soll-Wert des Schlingenheber-Betriebswinkels und die Änderung des Walzvorgangs so klein wie möglich zu halten. Dies soll nachfolgend als integrales Optimum-Regelproblem bezeichnet werden. Dieses Problem kann dargestellt werden als Minimierung der Zielfunktion:



wobei Q, R Gewichtskoeffizientenmatrizen der Gestalt 5 × 5 und 2 × 2 sind.

Die Optimum-Steuerungsregel zum Minimieren der Gleichung (10) ist durch folgende Gleichung gegeben.

≙ = -R-1 · ≙T · P · ≙ (11)

wobei P eine 5 × 5 Matrix ist und eine teilweise exakte Lösung ist, welche der folgenden Riccati-Gleichung genügt.

P · Ã + ÃT · P - P · ≙ · R-1 · ≙T · P + Θ = O (12)

Es wird nun angenommen, daß P folgendermaßen ausgedrückt werden kann:



Unter dieser Annahme kann die obige Gleichung (11) folgendermaßen umgewandelt werden:

≙ = -R-1 · BT · P&sub2;&sub1; · (y - yr) - R-1 · BT · P&sub2;&sub2; × ≙ (14)

Aus Gleichung (7) ist ersichtlich, daß der tatsächliche manipulierte Vektor u durch Integration von ≙ erhalten werden kann, also durch folgende Gleichung ausdrückbar ist:



wobei xo und uo Werte zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung von x und u sind. K ist eine 2 × 2 Integralmatrix und F ist eine 2 × 3 Proportionalmatrix. Diese Matrizen können folgendermaßen ausgedrückt werden:



K11, K12, K21, K22 der Gleichung (16) stellen den integralen Zuwachs in Fig. 1 und F1, F2, F3, F4, F5, F6 den proportionalen Zuwachs in Fig. 1 dar.

In diesem Fall stellen die Vektoren x, u, y Vektoren dar, die repräsentativ sind für die Abweichungen von den Werten xs, us, ys der gesetzten Werte. Die Gleichung (15) wird deshalb durch die Relativwerte dargestellt. Weil es jedoch in der Praxis schwierig ist, die Werte stetigen Zustands vorher zu wissen, ist es erforderlich, die Gleichung (15) so umzuschreiben, daß die Gleichung durch die Absolutwerte dargestellt wird. Werden die den Vektoren x, u, y entsprechenden Absolutwert-Vektoren durch x, u, y ausgedrückt, dann ergibt sich

X = x + Xs, U = u + Us, Y = y + Ys, Yr = yr + Ys. (18)

Die durch Absolutwerte ausgedrückte Gleichung für die Optimum- Steuerungsregel ergibt sich somit zu



Die Übereinstimmung zwischen Gleichung (19) und Fig. 1 ist bezüglich der Variablen K und F bereits in den Gleichungen (16) und (17) ausgedrückt. Die Übereinstimmung bzw. das Verhältnis bezüglich der anderen Variablen ergibt sich folgendermaßen:

U = [Nro + ΔNr, Iro + ΔIr]T (20)

Uo = [Nro, Iro]T (21)

Y = [T, Θ]T (22)

Yr = [Tr, Θr]T (23)

X = [T, Θ, Na]T (24)

Xo = [To, Θo, Nao]T (25)

Aus Gleichung (19) ergibt sich deutlich, daß gemäß der Erfindung, weil ja die stetigen Werte Xs, Us, Ys bei der tatsächlichen Durchführung der Steuerung weggelassen sind, es unnötig ist, diese Werte zu kennen. Wenn dafür die Festwerte Xo, Uo und der Soll-Wert Yr gegeben sind, dann genügt dies für die Ausführung der gewünschten Steuerung. Weil das Element des Zustandsvektors auf drei Arten von Signalen begrenzt ist, wird der Aufbau des Steuersystems vergleichsweise einfach.

Bisher ist bereits der Betrieb der Integral/Proportional- Einheiten nach der Erfindung beschrieben worden. Der Betrieb der Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung (der Optimalverstärkungs- Einstellvorrichtung 23 von Fig. 1) wird nachfolgend erläutert.

Die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23 nimmt als Eingang den Ist-Wert N der Rotationsgeschwindigkeit des Hauptmotors auf, um dann die integralen Verstärkungsfaktoren K11, K12, K21, K22 sowie F1 bis F6 einzustellen. Die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23 berechnet unter Verwendung der oben beschriebenen Gleichungen (12), (13), (16) und (17) ohne Verstärkung bei der normalen Bandführungsgeschwindigkeit und eine Verstärkung bei der Walz-Maximalgeschwindigkeit aus Walzinformationen, beispielsweise der Walztabelle, bevor das Material, das einem Walzvorgang unterworfen wird, die kontinuierliche Walzstraße erreicht. Die Berechnung erfolgt also beispielsweise dann, wenn der Materialdetektor am Anfang der kontinuierlichen Walzstraße feststellt, daß das Material jetzt einem Walzvorgang unterworfen wird, wobei dann dies in einem Speicherbereich (nicht dargestellt) gespeichert wird. Es wird nun angenommen, daß die integralen Verstärkungsfaktoren der normalen Bandführungsgeschwindigkeit durch K11A, K12A, K21A, K22A und die proportionalen Verstärkungsfaktoren durch F1A bis F6A darstellbar sind. Die integralen Verstärkungsfaktoren der maximalen Walzgeschwindigkeit werden durch K11B, K12B, K21B, K22B und die proportionalen Verstärkungsfaktoren durch F1B bis F6B dargestellt.

Der integrale Verstärkungsfaktor an einem beliebigen Zeitpunkt, wenn das Material durch die Walzstraße einem Walzvorgang unterworfen ist, kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Kij = (KijB - KijA) · (N - NA)/(NB - NA) + KijA (i = 1, 2 j = 1, 2) (26)

Dabei ist:

N: der Ist-Wert der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors;

NA: der Einstellwert der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors bei normaler Bandführung, und

NB: der Einstellwert der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors bei maximaler Drehgeschwindigkeit.

Der proportionale Zuwachs wird durch die folgende Gleichung (27) dargestellt, und zwar in Übereinstimmung mit einer linearen Interpolation entsprechend dem Fall von Gleichung (26).

FK = (FKB - FKA) · (N - NA)/(NB - NA) + FKA [K = 1, 2, . . ., 6] (27)

Die Fig. 2 ist eine grafische Darstellung zur Erläuterung des Verhältnisses zwischen der Walzen-Umfangsgeschwindigkeit, also der Walzgeschwindigkeit, und verschiedenen Steuergrößen. Aus diesem Beispiel der Berechnung der Verstärkungsfaktoren ist verständlich, daß genügend praktische Annäherungswerte durch lineare Interpolation in Verbindung mit allen Verstärkungsfaktoren erhalten werden. Für eine Zeitspanne während das zu walzende Material dem Walzvorgang unterworfen wird, kann ein optimaler Verstärkungsfaktor eingestellt werden, und zwar gemäß den Gleichungen (26) und (27) in der Optimalverstärkungs-Einstellvorichtung 23, wodurch eine Größe ΔNr der Korrekturgröße des Rotations-Sollwerts und eine Größe ΔIr der Korrekturgröße des Schlingenheberstrom-Soll-Werts des Hauptmotors bestimmt werden. Die Rotationsgeschwindigkeit N des Hauptmotors 5 und der Strom I der Schlingenheberstrom- Regeleinheit 1 werden so modifiziert, daß sie diesen Korrekturgrößen folgen. Die Spannung T und der Schlingenheberwinkel Θ werden so gesteuert, daß sie sich in Übereinstimmung mit ihren Soll-Werten befinden.

Ein Einstellwert für die Rotationsgeschwindigkeit des Hauptmotors kann als Eingang der Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23 zugeführt werden, und zwar anstelle des Ist-Werts der Rotationsgeschwindigkeit des Hauptmotors, wie dies oben beschrieben worden ist.

Der Betrieb während derjenigen Zeit, wenn sich die Spannung in einem extremen Zustand befindet, soll nun erläutert werden. Wie vorab beschrieben, gibt das Grenzspannungs-Entscheidungs-Element 41 ein Signal ab, das anzeigt, daß sich die Spannung in einem extremen Zustand befindet, und es übergibt dieses Signal an das Änderungsbefehl-Element 42 für die Regelverstärkung. Das Änderungsbefehl-Element 42 übergibt ein Regelverstärkungs- Änderungssignal auf die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23 und zwar auf der Grundlage des Signals, welches anzeigt, daß sich die Spannung in einem extremen Zustand befindet.

Die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23 ändert die integralen Verstärkungsfaktoren K11, K12, K21, K22 der Blöcke 9 bis 12 und die proportionalen Zuwachse F1 bis F6 der Blöcke 17 bis 22 in Richtung von vorher eingestellten Spannungs-Kompensationswerten. Wenn die Spannung in einen normalen Zustand zurückkehrt, dann beendet das Grenzspannungs-Entscheidungselement 41 die Abgabe von Signalen der Anzeige eines extremen Zustands.

Nun soll der Betrieb während derjenigen Zeit beschrieben werden, bei der sich die Spannung in einem extremen Zustand des Schlingenheber-Steuersystems 100 (Fig. 1) befindet, wobei Bezug genommen ist auf die Fig. 3A bis 3L. Fig. 3A ist eine grafische Darstellung, die zeigt, wie die Spannung des dem Walzvorgang unterworfenen Materials sich mit der Zeit ändert, wobei Tr eine Soll-Spannung und Tmin eine vorab eingestellte Spannung darstellt, bei der ein extremer Zustand beginnt. Fig. 3B ist eine grafische Darstellung, die zeigt, wie der Schlingenheberwinkel Θ sich mit der Zeit ändert, wobei Θr einen Sollwinkel darstellt und Θend einen Spannungskompensations-Endwinkel, der vorab eingestellt worden ist (Θr und Θend sind in der Fig. auf den gleichen Wert eingestellt). Die Fig. 3C bis 3F sind grafische Darstellungen, die zeigen, wie die Absolutwerte der integralen Verstärkungsfaktoren K11, K12, K21, K22 sich mit der Zeit ändern. Die Fig. 3G bis 3L sind grafische Darstellungen, welche die Absolutwerte der proportionalen Verstärkungsfaktoren F1 bis F6 in ihrer zeitlichen Veränderung zeigen. Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Fig. 3G bis 3L mit den gleichen, den Zeitverlauf darstellenden Abszissen dargestellt sind. Die Zeitangabe T1 auf der Abszisse zeigt den Zeitpunkt an, wenn ein dem Walzvorgang unterworfenes Material in das erste Walzgerüst einfährt, und der Zeitpunkt T2 entspricht dem Zeitpunkt, wenn dieses Material in das letzte Walzgerüst einfährt. Zu diesem Zeitpunkt T2 wird in dem dem Walzvorgang unterworfenen Material eine Spannung erzeugt. In den diesen Zeitpunkt nachfolgenden Zeiten werden die Spannung und der Schlingenheberwinkel durch die Schlingenheber-Steuereinheit so gesteuert, daß diese Werte in Übereinstimmung mit den Soll-Werten Tr und Θr sind. Der Zeitpunkt T3 zeigt den Zeitpunkt an, wenn die Spannung des dem Walzvorgang unterworfenen Materials sich aus irgendeinem Grund erniedrigt und einen Wert unterhalb des abnormalen Spannungswerts Tmin erreicht. Zum Zeitpunkt T3 wird ein Signal, welches anzeigt, daß sich die Spannung in einem extremen Zustand befindet, von dem einen extremen Spannungszustand anzeigenden Grenzspannungs-Entscheidungselement 41 an das Änderungsbefehl-Element 42 übergeben. Ein Steuerungs-Änderungsbefehl wird dann auf die Optimalverstärkungs- Einstellvorrichtung 23 gegeben und die integralen Zuwachse bzw. Verstärkungen K11, K12, K21, K22 und die proportionalen Zuwachse bzw. Verstärkungen F1 bis F6 werden in die vorab eingestellten Spannungskompensationsverstärkungen geändert. Der Zeitpunkt T4 bezeichnet den Zeitpunkt, wenn der Schlingenheberwinkel gleich einem Wert wird, der niedriger ist als der einer abnormalen Spannung entsprechende Endwinkel Θend, der vorab eingestellt worden ist. Weil das Grenzspannungs-Entscheidungselement 41 aufhört ein den extremen Zustand anzeigendes Signal zum Zeitpunkt T4 auszusenden, wird der Steuerverstärkungs-Änderungsbefehl des Änderungsbefehl-Elementes 42 ebenfalls beendet. Die Optimalverstärkungs- Einstellvorrichtung 23 bringt die Verstärkungen der integralen Betriebselemente und der proportionalen Betriebselemente wieder aus den Spannungskompensationswerten in die ursprünglichen Werte zurück. Die Spannungskompensationsverstärkung kann durch Änderung, beispielsweise der Gewichtsmatrizen RU der Gleichung (7) bestimmt werden, um so den Schlingenheber extrem anzuheben und so eine Verstärkung zu berechnen, welche eine Änderung der Spannung vermeidet. In diesem Fall ist darauf zu achten, daß dann, wenn eine solche Verstärkung bei einem normalen Walzzustand eingestellt wird, der Schlingenheber häufig auf einen Pegel absinkt, der unterhalb der Führungslinie liegt, oder es werden die obere oder die untere mechanische Grenze erreicht, was die Arbeitsstabilität beeinträchtigt.

Der Betrieb der Einrichtung nach der Erfindung zum Zeitpunkt des Bestehens eines extremen Zustands sollen nachfolgend erläutert werden.

Das Grenzschlingenheberwinkel-Entscheidungselement 51 für einen extremen Zustand des Schlingenheberwinkels stellt fest, ob sich der Schlingenheberwinkel in einem extremen Zustand für eine bestimmte Zeitspanne befindet, beginnend von dem Zeitpunkt, wenn ein festgestellter Wert Θ des Schlingenheberwinkels einen oberen Grenzwinkel Θmaxüberschreitet, der vorab eingestellt worden ist, bis der Winkel wieder unter diesen oberen Grenzwinkel abfällt, wobei während dieser Zeitspanne ein den extremen Winkelzustand anzeigendes Signal dem Änderungsbefehl-Element 52 für die obere und untere Winkelgrenze zugeführt wird. Wenn dieses Element 52 ein den abnormalen Winkelzustand anzeigendes Signal erhält, dann ändert sie den Soll-Wert Θr des Schlingenheberwinkels auf den oberen Winkelgrenzwert und gibt einen Regelverstärkungs- Änderungsbefehl auf die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23. Die Einstellvorrichtung 23 ändert dann die Integralverstärkungen K11, K12, K21, K22 der Blöcke 9 bis 12 und die Proportionalverstärkungen F1 bis F6 der Blöcke 17 bis 22 in die oberen Grenzwert-Kompensationsverstärkungen. Wenn der festgestellte Wert Θ des Schlingenheberwinkels sich aus dem Zustand, in welchen er sich oberhalb des oberen Grenzwerts Θmax befindet, in den Zustand verschiebt, wo er sich unter diesem oberen Grenzwert Θmax befindet, dann hört das Grenzspannungs-Entscheidungselement 41 für den abnormalen Schlingenheberwinkel auf, ein den außerordentlichen Winkelzustand anzeigendes Signal abzugeben. Das Änderungsbefehl-Element 52 bringt dann den Soll-Wert des Schlingenheberwinkels vom oberen Grenzwinkel Θmax in den ursprünglichen Wert zurück und schaltet den Regelverstärkungs-Änderungsbefehl ab, der zu der Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23 gegeben worden ist. Als Folge davon bringt die Vorrichtung 23 die integralen Verstärkungen der Blöcke 9 bis 12 und die proportionalen Verstärkungen der Blöcke 17 bis 22 aus den Kompensationsverstärkungen für die Obergrenze wieder zurück in die entsprechenden ursprünglichen Werte.

Auf ähnliche Weise stellt das Grenzschlingenheberwinkel-Entscheidungselement 51 fest, wenn sich der Schlingenheberwinkel für eine Zeitspanne in einem extremen Zustand befindet, die beginnt mit dem Zeitpunkt, wenn ein festgestellter Wert Θ des Schlingenheberwinkels unter die Untergrenze Θmin abfällt, und zwar bis der Schlingenheberwinkel wiederum diese Untergrenze Θmin überschreitet, wobei die Einheit während dieses extremen Zustands ein diesen extremen Winkelzustand anzeigendes Signal des Änderungsbefehl- Element 52 für die obere und untere Winkelgrenze zuführt. Das Änderungsbefehl-Element 52 ändert dann den Soll-Wert Θr des Schlingenheberwinkels in den unteren Grenzwinkel Θmin und gibt ein Regelverstärkungs-Änderungssignal auf die Optimalverstärkungs- Einstellvorrichtung 23. Diese Vorrichtung 23 ändert dann die integralen Verstärkungen K11, K12, K21, K22 der Blöcke 9 bis 12 und die proportionalen Verstärkungen F1 bis F6 der Blöcke 17 bis 22, und zwar in Richtung einer Grenzwertverstärkung für den unteren Grenzwinkel, und zwar auf der Basis eines Änderungsbefehls. Wenn ein festgestellter Winkelwert Θ des Schlingenheberwinkels sich aus dem Zustand, in welchem er sich unter dem unteren Grenzwert Θmin befindet, in einem Zustand verschiebt, in welchem er dann wieder über diesem unteren Grenzwert Θmin liegt, dann hört die Entscheidungseinheit für die Feststellung des extremen Schlingenheberwinkels auf, ein den extremen Zustand anzeigendes Signal auszusenden. Das Änderungsbefehl-Element 52 führt somit den Soll-Wert des Schlingenheberwinkels aus dem unteren Grenzwinkel Θmin in den ursprünglichen Wert zurück und schaltet das Regelverstärkungs-Änderungssignal ab, das auf die Einstelleinheit 23 gegeben worden ist. Demgemäß führt die Einstellvorrichtung 23 die integralen Verstärkungen der Blöcke 9 bis 12 und die proportionalen Verstärkungen der Blöcke 17 bis 22 aus der Grenzwinkel- Kompensationsverstärkung wieder zu den ursprünglichen Werten zurück.

Der Betrieb während der Zeit, während welcher der Schlingenheberwinkel sich in einem extremen Zustand der Schlingenheber-Steuereinrichtung 100 von Fig. 1 befindet, wird nun anhand der Fig. 4A bis 4L beschrieben. Fig. 4A ist eine grafische Darstellung, welche zeigt, wie der Soll-Wert Θr des Schlingenheberwinkels sich mit der Zeit ändert, wobei Θaim einen Sollwinkel für den Fall darstellt, daß eine normale Steuerung durchgeführt wird, wohingegen Θmax einen vorab eingestellten oberen Grenzwert und Θmin einen vorab eingestellten unteren Grenzwert darstellt. Fig. 4B ist eine grafische Darstellung welche zeigt, wie sich der Schlingenheberwinkel Θ mit der Zeit ändert. Fig. 4C bis 4F sind Darstellungen, welche zeigen, wie sich die absoluten Werte der integralen Verstärkungen K11, K12, K21, K22 mit der Zeit ändern. Die Fig. 4G bis 4L sind grafische Darstellungen, die zeigen, wie sich die absoluten Werte der proportionalen Verstärkungen F1 bis F6 mit der Zeit ändern. Diese Fig. 4A bis 4L sind mit der gleichen Abszisse bezüglich des Zeitablaufs dargestellt. Der Zeitpunkt T1 auf der Abszisse bezeichnet den Zeitpunkt, wenn ein dem Walzvorgang unterworfenes Material in das erste Walzgerüst eingeführt wird und der Zeitpunkt T2 bezeichnet den Zeitpunkt, wenn dieses Material in das letzte Walzgerüst eingeführt wird. Zum Zeitpunkt T2 wird in dem dem Walzvorgang unterworfenen Material eine Spannung erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt nachfolgenden Zeiten werden die Spannung T und der Schlingenheberwinkel Θ durch das Schlingenheber-Steuersystem 100 derart gesteuert, daß sie sich in Übereinstimnung mit Werten nahe den Soll-Werten Tr und Θr befinden. Der Zeitpunkt T3 bezeichnet den Zeitpunkt, wenn der Schlingenheberwinkel Θ plötzlich aus irgendeinem Grund den oberen Grenzwinkel Θmax überschreitet. Zum Zeitpunkt T3 gibt das Grenzschlingenheberwinkel-Entscheidungselement 51 ein den extremen Winkelzustand anzeigendes Signal auf das die obere und untere Grenze ändernde Änderungsbefehl-Element 52. Das Änderungsbefehl-Element 52 ändert daraufhin den Soll-Wert Θr des Schlingenheberwinkels von Θaim zum oberen Grenzwert Θmax und gibt ein Regelverstärkungs-Änderungssignal auf die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23. Die Vorrichtung 23 ändert die integralen Verstärkungen K11, K12, K21, K22 und die proportionalen Verstärkungen F1 bis F6 in Richtung der oberen Grenzwinkel-Kompensationsverstärkungen. Der Zeitpunkt T4 zeigt den Zeitpunkt an, an welchem der Schlingenheberwinkel sich wieder aus dem Zustand, wo er über dem oberen Grenzwert Θmax liegt, in den Zustand verschiebt, in welchem er unter dem oberen Grenzwertwinkel Θmax liegt. Weil das Entscheidungselement 51 zur Anzeige des extremen Schlingenheberwinkelzustands nunmehr aufhört, ein den extremen Zustand anzeigendes Signal auf das Änderungsbefehl-Element 52 zu geben, bringt diese den Soll-Wert Θr des Schlingenheberwinkels wieder vom Wert Θmax zum Wert Θaim zurück und beendet die Abgabe eines Regelverstärkungsänderungssignals, das von der Einstellvorrichtung 23 abgegeben worden ist. Die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung 23 bringt somit die integralen Verstärkungen und die proportionalen Verstärkungen wieder von den Kompensationsverstärkungen für den oberen Grenzwinkel zurück zu den ursprünglichen Werten.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur sind die gleichen Komponenten wie diejenigen von Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Diese bereits erläuterten Elemente und Symbole benötigen deshalb nachfolgend keiner erneuten Beschreibung.

In Fig. 5 wird eine Schlingenheber-Geschwindigkeitssteuereinheit (Schlingenheber-SCR) 1A dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß die in Fig. 1 dargestellte Schlingenheber-Stromsteuereinheit durch eine Schlingenheber-Geschwindigkeitssteuereinheit ersetzt worden ist. Diese Schlingenheber-Geschwindigkeitssteuereinheit steuert die Rotationsgeschwindigkeit Na des Schlingenheber-Antriebsmotors 2, welcher die Mechanik 3 des Schlingenhebers antreibt. Der Soll-Wert der Rotationsgeschwindigkeit dieser Schlingenheber-Geschwindigkeitssteuereinheit wird durch Hinzufügen eines Ausgangssignals des Integrators 14 und des Ausgangssignals des Addierers 16 am Addierer 36 erhalten, womit eine Schlingenhebergeschwindigkeits-Soll-Wert-Korrekturgröße Nar erhalten wird, welche einem Schlingenheber-Geschwindigkeits- Soll-Wert Naro zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung im Addierer 39 hinzugefügt wird.

Weil die Signalflüsse der anderen Signale vollständig denjenigen der Fig. 1 entsprechen, wird auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet.

Es ergibt sich, daß der der Schlingenheber-Geschwindigkeitsregeleinheit zugeführte Soll-Geschwindigkeits-Korrekturwert ΔNar im wesentlichen dadurch erhalten wird, daß Ausgangswerte von den entsprechenden Elementen hinzuaddiert werden, die unter (a) bis (c) aufgelistet sind.

  • a) Dies ist ein Element zur Durchführung einer Integraloperation durch die Integralverstärkung K21 (Block 10) und den Integrator 14 bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert T der Zwischengerüstspannung und dem Soll-Wert Tr der Zwischengerüstspannung und zur Durchführung einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F4 (Block 20) bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert T der Zwischengerüstspannung und einem Fest-Wert To der Zwischengerüstspannung.
  • b) Dies ist ein Element zur Durchführung einer Integraloperation durch die Integralverstärkung K22 (Block 12) und den Integrator 14 bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels und dem Soll-Wert Θr des Schlingenheber-Betriebswinkels sowie einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F5 (Block 21) in Verbindung mit einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert Θ des Schlingenheber- Betriebswinkels und dem Fest-Wert Θo des Schlingenheber-Betriebswinkels.
  • c) Dies ist ein Element zur Durchführung einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F6 (Block 22) bezüglich des Ist-Werts Na der Drehgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors und eines Festwerts Nao der Drehgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors.


Die so erhaltene Korrekturgröße ΔNar des Soll-Werts der Schlingenhebergeschwindigkeit und der Soll-Wert Naro der Schlingenhebergeschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt des Starts der Steuerung werden miteinander addiert. Der so erhaltene addierte Wert wird als Soll-Wert des Schlingenheberstroms der Schlingenheber-Steuereinheit 1A zugeführt.

Andererseits wird eine der Steuereinheit 4 für die Hauptmotorgeschwindigkeit zugeführte Korrekturgröße ΔNr des Soll-Werts der Drehgeschwindigkeit dadurch erhalten, daß die Ausgangswerte gemäß den nachfolgend erläuterten Elementen (d) bis (f) miteinander addiert werden.

  • d) Dies ist ein Element zur Durchführung einer Integraloperation durch die integrale Verstärkung K11 (Block 9) und den Integrator 13 bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert T der Zwischengerüstspannung und dem Soll-Wert Tr der Zwischengerüstspannung, sowie einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F1 (Block 17) bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert T der Zwischengerüstspannung und einem Fest-Wert To der Zwischengerüstspannung.
  • e) Dies ist ein Element zur Durchführung einer Integraloperation durch die Integralverstärkung K12 (Block 11) und den Integrator 13 bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels und dem Soll- Wert Θr des Schlingenheber-Betriebswinkels sowie einer Proportionaloperation durch die proportionale Verstärkung F2 (Block 18) bezüglich einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert Θ des Schlingenheber-Betriebswinkels und einem Fest-Wert Θo des Schlingenheber-Betriebswinkels.
  • f) Dies ist ein Element zur Durchführung einer Proportionaloperation durch die Proportionalverstärkung F3 (Block 19) bezüglich des Ist-Werts Na der Rotationsgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors und eines Fest-Werts Nao der Rotationsgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors.


Die so erhaltene Soll-Wert-Korrekturgröße ΔNr der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors und der Soll-Wert Nro der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors zum Zeitpunkt des Beginns der Steuerung werden addiert. Der so erhaltene Additionswert wird als Soll- Wert für die Rotationsgeschwindigkeit der Steuereinheit 5 für die Geschwindigkeit des Hauptmotors zugeführt.

Auf die gleiche Weise wie im Fall von Fig. 1 werden Änderungen der erwähnten Integralzuwachse und der Proportionalzuwachse in Übereinstimmung mit dem Zustand gebracht, in welchem die Spannung extrem ist, und zwar mittels des Grenzspannungs-Entscheidungselementes 41 und des Änderungsbefehl- Elementes 42 für die Regelverstärkung, und außerdem in Übereinstimmung mit dem Zustand, in welchem der Schlingenheberwinkel extrem ist, und zwar mittels des Grenzschlingenheberwinkel-Entscheidungselements 51 und des Änderungsbefehl-Elementes 52 für den oberen und unteren Grenzwert des Schlingenheberwinkels.

Der Betrieb der Schlingenheber-Steuereinrichtung soll nun erläutert werden.

Das Schlingenheber-Kennlinienmodell der kontinuierlichen Walzstraße wird durch die oben beschriebenen Gleichungen (1) und (2) dargestellt, die in Form linearer Zustandsgleichungen ausgedrückt sind.

≙ = A · x + B · u (1)

y = C · x (2)

wobei ≙ die zeitliche Ableitung dx/dt darstellt. x und y sind Vektoren, die durch die Gleichungen (3) und (5) ausdrückbar sind, wobei aber nur der Manipulationsvektor u sich von dem oben erwähnten Vektor unterscheidet und durch die folgende Gleichung (28) ausgedrückt wird. Weiterhin stellen A, B und C Konstantenmatrizen der Größe 3 × 3, 3 × 2 und 2 × 3 dar.

x = [ΔT, ΔΘ, ΔNa]T (Zustandsvektor) (3)

u = [ΔNr, ΔNar]T (Manipulationsvektor) (28)

y = [ΔT, ΔΘ]T (Ausgangsvektor) (5)

In den obigen Gleichungen stellt T eine Vektortransposition und das Symbol Δ eine Ableitung in der Umgebung des stetigen Zustands dar. Weiterhin sind in diesen Gleichungen die folgenden Symbole verwendet:

T: Ist-Wert der Zwischengerüstspannung,

Θ: Ist-Wert des Schlingenheber-Betriebswinkels,

Na: Rotationsgeschwindigkeitswert des Schlingenheber-Antriebsmotors,

Nr: Soll-Wert der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors,

Nar: Soll-Wert der Schlingenheber-Geschwindigkeit.

Die Optimum-Steuertheorie wird bei dieser Ausführungsform in genau der gleichen Weise angewendet wie im Fall der Fig. 1, d.h. es werden die Gleichungen (6) bis (19) angewendet.

Die Übereinstimmung zwischen den Variablen in Gleichung (19) und Fig. 3 werden durch die Gleichungen (16) und (17) dargestellt, und zwar in Verbindung mit K, F, und werden darüberhinaus durch die Gleichungen (22), (23), (24) und (15) ausgedrückt, und zwar in Verbindung mit Y, Yr, X und Xo. Die erwähnte Übereinstimmung wird in Verbindung mit U und Uo folgendermaßen ausgedrückt:

U = [Nro + ΔNr, Naro + ΔNar]T (29)

Uo = [Nro, Naro]T (30)

Auch bei der Ausführungsform von Fig. 3 kann somit eine optimale Steuerung durch eine Rückführungsschleife erfolgen, wobei lediglich drei Arten von Signalen erforderlich sind.

Erläuterung zu den Fig. 1 und 5

Bezugszeichenliste

1: Schlingenheber-Stromsteuereinheit (Looper Motor)

1A: Schlingenheber-Geschwindigkeitsregeleinheit (Looper ASR)

2: Schlingenheber-Motor (Looper Motor)

3: Schlingenheber-Mechanik (Looper Mechanical System)

4: Hauptmotor-Geschwindigkeits-Regeleinheit (Main ASR)

5: Hauptmotor (Main Motor)

6: Spannungserzeugungsmechanismus (Tension Generation Mechanism)

23: Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung (Optimum Gain Setting Unit)

41: Grenzspannungs-Entscheidungs-Element (Extreme Tension Judgement Unit)

42: Änderungsbefehls-Element für die Regelverstärkung (Control Gain Alteration Instructing Unit)

51: Grenzschlingenheberwinkel-Entscheidungselement

(Extreme Looper Angle State Judgement Unit)

52: Änderungsbefehl-Element für den oberen und unteren Grenzwert des Schlingenheberwinkels (Looper Angle Upper and Lower Limit Alteration Instructing Unit)


Anspruch[de]
  1. 1. Schlingenheber-Steuereinheit für eine kontinuierliche Walzstraße, mit einer Schlingenheber-Strom/Geschwindigkeitsregeleinheit (1; 1A) zum Regeln des in einem Schlingenheber-Antriebsmotor (2) fließenden Ankerstroms bzw. dessen Geschwindigkeit und mit einer Hauptmotor-Geschwindigkeits- Regeleinheit (4) zum Regeln der Drehgeschwindigkeit eines Hauptmotors (5) zum Antrieb einer Walze eines dem Schlingenheber (3) benachbarten Walzgerüstes, mit

    einem ersten Integrierelement (10, 14) zum Durchführen einer Integration einer Diffrenz zwischen einem gemessenen Spannungswert (T) des zwischen den Walzengerüsten einem Walzvorgang unterworfenen Materials und einem Spannungs-Sollwert (Tr),

    einem ersten Proportionalelement (20) zum Durchführen einer Proportionalverstärkung einer Differenz zwischen dem gemessenen Spannungswert (T) und einem erfaßten Anfangs-Spannungswert (To),

    einem zweiten Integrierelement (12, 14) zum Durchführen einer Integration einer Differenz zwischen einem gemessenen Wert eines Schlingenheber-Betriebswinkels (Θ) und einem Sollwert für den Schlingenheber-Betriebswinkel (Θr),

    einem zweiten Proportionalelement (21) zum Durchführen einer Proportionalverstärkung einer Differenz zwischen dem gemessenen Wert des Schlingenheber-Betriebswinkels (Θ) und einem erfaßten Anfangs-Schlingenheber-Betriebswinkels (Θo),

    einem dritten Proportionalelement (22) zum Durchführen einer Proportionalverstärkung einer Differenz zwischen einem gemessenen Wert der Drehgeschwindigkeit des Schlingenheber-Antriebsmotors (Na) und einem erfaßten Anfangswert der Drehgeschwindigkeit (Nao),

    einem ersten Additionselement (36) zum Addieren jeweils der Ausgangssignale des ersten und des zweiten Integrierelementes (10, 12, 14) sowie des ersten bis dritten Proportionalelementes (20, 21, 22), um eine Korrekturgröße für den Strom-Sollwert (Iro) bzw. den Geschwindigkeits- Sollwert der Schlingenheber-Strom/Geschwindigkeitsregeleinheit (1; 1A) zu erhalten und dieser Regeleinheit zuzuführen,

    einem dritten Integrierelement (9, 13) zum Durchführen einer Integration der Differenz zwischen dem gemessenen Spannungswert (T) des zwischen den Walzgerüsten einem Walzvorgang unterworfenen Materials und dem Spannungs- Sollwert (Tr),

    einem vierten Proportionalelement (17) zum Durchführen einer Proportionalverstärkung der Differenz zwischen dem gemessenen Spannungswert (T) und dem erfaßten Anfangs- Spannungswert (To),

    einem vierten Integrierelement (11, 13) zum Durchführen einer Integration der Differenz zwischen dem gemessenen Wert des Schlingenheber-Betriebswinkels (Θ) und dem Sollwert für den Schlingenheber-Betriebswinkel (Θr),

    einem fünften Proportionalelement (18) zum Durchführen einer Proportionalverstärkung der Differenz zwischen dem gemessenen Wert des Schlingenheber-Betriebswinkels (Θ) und dem erfaßten Anfangs-Schlingenheber-Betriebswinkel (Θo),

    einem sechsten Proportionalelement (19) zum Durchführen einer Proportionalverstärkung der Differenz zwischen dem gemessenen Wert der Drehgeschwindigkeit des Schlingenheber- Antriebsmotors (Na) und dem erfaßten Anfangswert der Drehgeschwindigkeit (Nao),

    einem zweiten Additionselement (35) zum Addieren jeweils der Ausgangssignale des dritten und des vierten Integrierelementes (9, 11, 13) sowie des vierten bis sechsten Proportionalelementes (17, 18, 19), um eine Korrekturgröße des Geschwindigkeits-Sollwertes (Nro) der Hauptgeschwindigkeits- Regeleinheit (4) zu erhalten, und diese der Hauptgeschwindigkeits-Regeleinheit (4) für den Hauptmotor (5) zuzuführen, wobei

    eine Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung (23) zum Einstellen von Verstärkungsfaktoren für die Integrierelemente (9-12) und die Proportionalelemente (17-22) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung (23) die Verstärkungsfaktoren (K11-K22, F1-F6) bei zwei oder mehr Walzgeschwindigkeiten, bevor das Material einem Walzvorgang unterworfen wird, speichert, und Verstärkungsfaktoren für die jeweiligen Integriervorgänge und Proportionalverstärkungen einstellt und zwar durch lineare Interpolation auf der Basis der gespeicherten Verstärkungsfaktoren (K&sub1;&sub1;-K&sub2;&sub2;, F&sub1;-F&sub6;) und unter Verwendung eines Geschwindigkeits- Sollwertes und eines gemessenen Geschwindigkeits-Istwertes des Hauptmotors während des Walzvorganges.
  2. 2. Schlingenheber-Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung und Speicherung der integralen und proportionalen Verstärkungsfaktoren (K&sub1;&sub1;-K&sub2;&sub2;; F&sub1;-F&sub6;) in der Optimalverstärkungs- Einstellvorrichtung auf der Basis der nachfolgenden Gleichungen erfolgt:

    Kij = (KijB - KijA) · (N - NA) / (NB - NA) + KijA

    (i = 1, 2 j = 1, 2)

    FK = (FKB - FKA) · (N - NA) / (NB - NA) + FKA

    (K = 1, 2, . . ., 6),

    wobei N der Istwert der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotor (5) ist, NA der Einstellwert der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors (5) bei normaler Bandführungszeit ist, und NB der Einstellwert der Drehgeschwindigkeit des Hauptmotors (5) bei maximaler Drehgeschwindigeit ist.
  3. 3. Schlingenheber-Regeleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Grenzspannungs- Entscheidungselement (41) zum Vergleichen eines erfaßten Spannungswertes (T) und eines erfaßten Schlingenheberwinkels (Θ) mit einem Spannungswert (Tmin) zum Zeitpunkt, zu dem ein Grenzzustand der Spannung erstmalig auftritt, um festzustellen, ob ein Grenzspannungszustand vorliegt, und um ein entsprechendes Signal auszugeben,

    ein Änderungsbefehl-Element (42) für die Regelverstärkung, welches die Optimalverstärkungs-Einstellvorrichtung (23) anweist, die jeweiligen Verstärkungsfaktoren entsprechend dem von dem Grenzspannungs-Entscheidungselement (41) ausgegebenen Signal zu ändern,

    ein Grenzschlingenheberwinkel-Entscheidungselement (51), welches den erfaßten Wert des Schlingenheberwinkels (Θ) mit einem maximalen Schlingenheberwinkel (Θmax) und einem minimalen Schlingenheberwinkel (Θmin) vergleicht, zwischen denen der Schlingenheber normalerweise arbeitet, um festzustellen, ob sich der Schlingenheberwinkel (Θ) in einem Grenzzustand befindet, und um ein entsprechendes Signal auszugeben, und

    ein Änderungsbefehl-Element (52) für den oberen und unteren Grenzwert des Schlingenheberwinkels, welches die Optimalverstärkungs- Einstellvorrichtung (23) anweist, die jeweiligen Verstärkungsfaktoren so zu verändern, daß sich die obere und die untere Grenze des Schlingenheberwinkels in Abhängigkeit von dem von dem Grenzschlingenheberwinkel- Entscheidungselement (51) ausgegebene Signal verändert, wobei dann der Sollwert für den Schlingenheber-Betriebswinkel verändert wird.






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