熱延仕上ミル張力·ルーパ系のハイブリッドシステムモデルとモデル予測制御

摘要

鉄鋼プロセスの多くはバッチプロセスであるため，それらの制御はバッチ開始, 終了時における非定常部の制御と，その中間に存在する定常部の制御との切替えを伴ったものとなる。 非定常部の制御には主としてパターン制御やフィードフォワード制御が用いられているが，それらの切り替えロジックは経験的，実験的に決められたものが多い。 例えば，熱延仕上ミルにおはるルーパ立ち上げ制御は，圧延材先端部を安定に通板させ, 速やかに定常圧延に移行させるために重要な役割を担っているが，ルーパと圧延材との接触の有無によらてモデルの不連続な変更を余儀なくされるため，その切り替えロジックはヒューリスティックなものであり，パラメータは多大な労力を掛けて試行錯誤約に決定言れている。 もし，接触状態によらず，一つのモデル，すなわちハイブリッドシステムモデルで記述すれば，非定常部と定常部とを一つの評価関数を指標としで統一的に制御を行うことが可能となる。 本発表では，熱延仕上ミルのルーパ立上げ制御において，ルーパと圧延材の接触前後の状態（モード）を統一的に最適制御する一設計手法を提案する。 まず，各モードにおける張力·ルーパ系の運動方程式から，線形近似モデルを導出し，ハイブリッドシステムの標準的なモデルの一つである離散時間区分的アファインシステムモデルとして定式化する。 つぎに，このモデルに対して，扱う制御問題の特徴を利用したモデル予測制御手法を提案する。 数値シミュレーションにより従来手法の定数トルク法と比較し，本手法の有効性を確認する。 提案する手法は本制御対象に限らずモード切替えを伴ういろいろな対象に適用可能である。 なお，本研究は，日本鉄鋼協会計測·制御·システム工学部会制御フォーラムハイブリッドシステムワーキンググループによる研究成果である。