特開 2024-123345 プラント制御装置およびプラント制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024123345

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】プラント制御装置およびプラント制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/40 20160101AFI20240905BHJP

   G05B 11/36 20060101ALI20240905BHJP

   B21C 47/02 20060101ALI20240905BHJP

   B21B 37/52 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

H02P29/40

G05B11/36 B

B21C47/02 C

B21B37/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030675

(22)【出願日】2023-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】関 優

(72)【発明者】

【氏名】福地 裕

【テーマコード（参考）】

4E026

4E124

5H004

5H501

【Ｆターム（参考）】

4E026BA11

4E124AA01

4E124AA10

4E124BB03

4E124FF01

5H004GA04

5H004GB03

5H004HA10

5H004HB10

5H004KB01

5H004KB31

5H501AA22

5H501EE03

5H501HB07

5H501JJ03

5H501JJ17

5H501JJ24

5H501JJ25

5H501KK06

5H501LL01

5H501LL41

(57)【要約】

【課題】対象部材に適切な張力を印加できるプラント制御装置を提供する。
【解決手段】回転機構１２０における弾性係数と張力偏差ΔＴとに基づいて、前記回転機構１２０におけるねじれ方向の変位角度に生じる変位角度偏差を算出する機能と、前記変位角度偏差をゼロにする方向に変化させる加速度の指令値である加速度指令値を算出する機能と、を備える変位角度偏差対応演算部２５２と、前記加速度指令値に応じた前記加速度を実現するように、モータ１０６に対する駆動指令値を出力する駆動指令値出力部２５４と、をプラント制御装置２５０に設けた。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータによって回転駆動される回転機構によってコイルを成すように巻回される対象部材に生じる張力の測定値である張力実績値を受信し、前記張力実績値と目標張力との差を張力偏差として出力する張力偏差出力部と、
前記回転機構における弾性係数と前記張力偏差とに基づいて、前記回転機構におけるねじれ方向の変位角度に生じる変位角度偏差を算出する機能と、前記変位角度偏差をゼロにする方向に変化させる加速度の指令値である加速度指令値を算出する機能と、を備える変位角度偏差対応演算部と、
前記加速度指令値に応じた前記加速度を実現するように、前記モータに対する駆動指令値を出力する駆動指令値出力部と、を備える
ことを特徴とするプラント制御装置。

【請求項2】

前記変位角度偏差対応演算部は、前記コイルと前記回転機構と前記モータとの慣性モーメントと、前記加速度指令値と、に基づいて前記モータに生じさせるモータトルクの補正値であるモータトルク補正値を算出する機能をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のプラント制御装置。

【請求項3】

前記変位角度偏差対応演算部は、前記モータに流れる電流であるモータ電流の、前記モータトルクに対する影響係数と、モータトルク補正値と、に基づいて、前記モータ電流の補正値であるモータ電流補正量を算出する機能をさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載のプラント制御装置。

【請求項4】

前記モータの回転速度の基準値である回転速度基準値を算出する速度基準値演算部をさらに備え、
前記変位角度偏差対応演算部は、前記加速度指令値に応じた張力制御モータ速度補正値を出力する機能をさらに備え、
前記駆動指令値出力部は、前記回転速度基準値と、前記回転速度と、前記張力制御モータ速度補正値と、に応じた前記駆動指令値を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラント制御装置。

【請求項5】

モータによって回転駆動される回転機構によってコイルを成すように巻回される対象部材に生じる張力の測定値である張力実績値を受信し、前記張力実績値と目標張力との差を張力偏差として出力する張力偏差出力過程と、
前記回転機構における弾性係数と前記張力偏差とに基づいて、前記回転機構におけるねじれ方向の変位角度に生じる変位角度偏差を算出する過程と、
前記変位角度偏差をゼロにする方向に変化させる加速度の指令値である加速度指令値を算出する過程と、
前記加速度指令値に応じた前記加速度を実現するように、前記モータに対する駆動指令値を出力する駆動指令値出力過程と、を備える
ことを特徴とするプラント制御方法。

【請求項6】

前記コイルと前記回転機構と前記モータとの慣性モーメントと、前記加速度指令値と、に基づいて前記モータに生じさせるモータトルクの補正値であるモータトルク補正値を算出する過程をさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載のプラント制御方法。

【請求項7】

前記モータに流れる電流であるモータ電流の、前記モータトルクに対する影響係数と、モータトルク補正値と、に基づいて、前記モータ電流の補正値であるモータ電流補正量を算出する過程をさらに備える
ことを特徴とする請求項６に記載のプラント制御方法。

【請求項8】

前記モータの回転速度の基準値である回転速度基準値を算出する速度基準値演算過程と、
前記加速度指令値に応じた張力制御モータ速度補正値を出力する過程と、をさらに備え、
前記駆動指令値出力過程は、前記回転速度基準値と、前記回転速度と、前記張力制御モータ速度補正値と、に応じた前記駆動指令値を出力する過程である
ことを特徴とする請求項５に記載のプラント制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラント制御装置およびプラント制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

本技術分野の背景技術として、下記特許文献１の要約には、「被圧延材の張力変動に起因する入側・出側テンションリールの速度変動によって発生する圧延機の出側板厚変動を抑制する…」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１６２５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した技術において、被圧延材等の対象部材に一層適切な張力を印加したいという要望がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、対象部材に適切な張力を印加できるプラント制御装置およびプラント制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するため本発明のプラント制御装置は、モータによって回転駆動される回転機構によってコイルを成すように巻回される対象部材に生じる張力の測定値である張力実績値を受信し、前記張力実績値と目標張力との差を張力偏差として出力する張力偏差出力部と、前記回転機構における弾性係数と前記張力偏差とに基づいて、前記回転機構におけるねじれ方向の変位角度に生じる変位角度偏差を算出する機能と、前記変位角度偏差をゼロにする方向に変化させる加速度の指令値である加速度指令値を算出する機能と、を備える変位角度偏差対応演算部と、前記加速度指令値に応じた前記加速度を実現するように、前記モータに対する駆動指令値を出力する駆動指令値出力部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、対象部材に適切な張力を印加できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】比較例による巻回システムのブロック図である。

【図2】ＤＤＣコントローラのブロック図である。

【図3】比較例および各実施形態における、ねじれ方向の振動系のモデルを示す図である。

【図4】第１実施形態による巻回システムのブロック図である。

【図5】比較例および第１実施形態における張力偏差の例を示す図である。

【図6】第２実施形態による巻回システムのブロック図である。

【図7】第３実施形態による巻回システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［比較例］
まず、実施形態について説明する前に、比較例について説明する。
図１は、比較例による巻回システム１００のブロック図である。本比較例の巻回システム１００は、圧延設備１０から搬出された被圧延材であるシート体１２（対象部材）を、張力を印加しつつ円筒コイル状に巻回するシステムである。

【0009】

図１において、巻回システム１００は、巻取装置１０２と、減速機軸１０３と、減速機１０４と、モータ軸１０５と、モータ１０６と、モータ制御装置１０８と、張力検出器１１０と、速度検出器１１２と、プラント制御装置１５０と、を備えている。

【0010】

モータ軸１０５はモータ１０６と減速機１０４とを結合する。また、減速機軸１０３は、巻取装置１０２と減速機１０４とを結合する。これにより、モータ１０６が減速機１０４を介して巻取装置１０２を回転駆動すると、巻取装置１０２はシート体１２を円筒コイル状に巻回する。円筒コイル状に巻回されたシート体１２を、コイル１４と呼ぶ。また、巻取装置１０２、減速機軸１０３、減速機１０４およびモータ軸１０５を総称して、「回転機構１２０」と呼ぶ。

【0011】

モータ制御装置１０８は、インバータ（図示せず）を含んでおり、供給されたトルク指令値τ^*に応じたトルクをモータ１０６に発生させるように、該モータ１０６に電力を供給する。張力検出器１１０は、シート体１２に印加された張力を検出し、その結果を張力実績値Ｔとして出力する。速度検出器１１２は、モータ１０６の回転速度ω_Mを検出する。プラント制御装置１５０は、モータ制御装置１０８に対して、トルク指令値τ^*を出力する。プラント制御装置１５０は、張力設定部１５２と、張力制御部１５４と、トルク演算部１５６と、減算器１６０（張力偏差出力過程、張力偏差出力部）と、加算器１６２と、を備えている。

【0012】

図２は、ＤＤＣコントローラ９８０のブロック図である。図１に示したプラント制御装置１５０および後述するプラント制御装置２５０，３５０，４５０（図４、図６、図７参照）は、何れも図２に示すＤＤＣコントローラ９８０を、１台または複数台備えている。
図２において、ＤＤＣコントローラ９８０は、ＣＰＵ９８１と、記憶部９８２と、通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）９８３と、入出力Ｉ／Ｆ９８４と、メディアＩ／Ｆ９８５と、を備える。ここで、記憶部９８２は、ＲＡＭ９８２ａと、ＲＯＭ９８２ｂと、ＳＳＤ９８２ｃと、を備える。通信Ｉ／Ｆ９８３は、通信回路９８６に接続される。入出力Ｉ／Ｆ９８４は、入出力装置９８７に接続される。メディアＩ／Ｆ９８５は、記録媒体９８８からデータを読み書きする。

【0013】

ＲＯＭ９８２ｂには、ＣＰＵによって実行されるＩＰＬ（Initial Program Loader）等が格納されている。ＳＳＤ９８２ｃには、制御プログラムや各種データ等が記憶されている。ＣＰＵ９８１は、ＳＳＤ９８２ｃからＲＡＭ９８２ａに読み込んだ制御プログラム等を実行することにより、各種機能を実現する。先に図１に示した、プラント制御装置１５０および後述するプラント制御装置２５０，３５０，４５０（図４、図６、図７参照）の内部は、制御プログラム等によって実現される機能をブロックとして示したものである。

【0014】

図１に戻り、張力設定部１５２は、シート体１２の材質、厚み等に応じて、シート体１２に印加する張力の目標値となる張力設定値Ｔ^*を出力する。張力検出器１１０は、シート体１２に印加されている張力実績値Ｔを検出する。減算器１６０は、張力実績値Ｔから張力設定値Ｔ^*を減算し、減算結果である張力偏差ΔＴを出力する。なお、本比較例における張力実績値Ｔおよび張力偏差ΔＴを、それぞれ張力実績値Ｔ_cおよび張力偏差ΔＴ_cと呼ぶことがある。張力制御部１５４は、張力偏差ΔＴに対して、ＰＩ制御（比例積分制御）またはＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を行うことにより、張力偏差ΔＴを「０」に徐々に近づけるように張力補正値ΔＴ_jを出力する。

【0015】

加算器１６２は、張力補正値ΔＴ_jと張力設定値Ｔ^*とを加算し、加算結果を張力指令値Ｔ^**として出力する。トルク演算部１５６は、張力指令値Ｔ^**に相当するトルク指令値τ_r ^*を出力する。そして、本比較例においては、このトルク指令値τ_r ^*が、そのまま、モータ制御装置１０８に供給されるトルク指令値τ^*になる。これにより、モータ制御装置１０８は、モータ１０６において発生するモータトルクが、トルク指令値τ^*に近づくように制御する。以上のように、プラント制御装置１５０は、シート体１２における張力実績値Ｔが張力設定値Ｔ^*に近づくように制御することができる。

【0016】

ところで、回転機構１２０、モータ１０６およびコイル１４は、慣性モーメントを有しており、これらの機械軸はねじれ方向に弾性を有している。また、圧延設備１０から搬送されるシート体１２の搬送速度Ｖが変化すると、コイル１４の外周の速度とシート体１２の搬送速度Ｖとの間に差が生じ、上述した張力偏差ΔＴの絶対値が大きくなる。このように、張力偏差ΔＴの絶対値が大きくなると、回転機構１２０、モータ１０６およびコイル１４の機械軸がねじれ方向に振動する振動系が形成される。

【0017】

例えば、搬送速度Ｖが高くなると、回転機構１２０、モータ１０６およびコイル１４の慣性モーメントにより、コイル１４の周速はシート体１２の速度に追従せず、コイル１４の周速とシート体１２の搬送速度Ｖとの間に速度差が生じる。この速度差の積分結果は、シート体１２、回転機構１２０、モータ１０６およびコイル１４を合わせた弾性体の変位となり、張力偏差ΔＴに振動が発生する。さらに、コイル１４の慣性モーメントが大きいほど、張力偏差ΔＴの振動振幅は大きくなる。

【0018】

その結果、張力偏差ΔＴの絶対値が一旦大きくなると、張力偏差ΔＴが振動する現象が発生する。ここで、張力制御部１５４の応答速度は、張力偏差ΔＴの振動周波数よりも遅くなるように設定する必要がある。すると、張力制御部１５４によって張力偏差ΔＴの振動を充分に抑制することが困難になり、張力制御の応答性が低下する。特に、回転機構１２０、モータ１０６およびコイル１４の慣性モーメントが大きい場合には、これらの固有振動数が低くなるため、張力制御部１５４の応答速度を低く抑える必要が生じる。これにより、張力偏差ΔＴの振動振幅が大きくなる。

【0019】

ここで、上述した特許文献１の技術を応用することにより、シート体１２の搬送速度Ｖの変化を予測し、予測した変化に応じて、巻取装置１０２の速度を搬送速度Ｖに追従させることも考えられる。すなわち、予測した速度変化に応じて、トルク指令値τ^*を増減させることも考えられる。この手法においては、予測した速度変化が、実際に搬送速度Ｖの変化に近似する場合には、張力偏差ΔＴの絶対値を低く抑えることができる。

【0020】

しかし、予測した速度変化が、実際に搬送速度Ｖに生じた変化から大きく外れていた場合には、張力偏差ΔＴの絶対値が大きくなる。従って、特許文献１を応用した技術においては、コイル１４の回転速度に対して搬送速度Ｖが先進率や後進率を有しこれら先進率や後進率の変化が予測できない場合や、コイル１４にスリップが発生する場合等においては、張力偏差ΔＴの振動を抑制することが困難になる。

【0021】

［実施形態の概要］
図３は比較例および各実施形態における、ねじれ方向の振動系のモデルを示す図である。
すなわち、図３は、回転機構１２０およびモータ１０６のねじれ方向の振動系のモデルを示している。
コイル１４の外径をＤとし、減速機１０４のギヤ比をＧｒとし、シート体１２が停止した状態で、シート体１２に一定の張力実績値Ｔを印加したとする。すると、モータ軸１０５には、その張力に相当するトルクτ（図示せず）が発生する。トルクτの値は「τ＝Ｔ・Ｄ／（２・Ｇｒ）」となる。モータ軸１０５のねじれ方向の弾性係数Ｋにより、モータ軸１０５の角度が変化する。

【0022】

また、モータ１０６が発生するモータトルクをτ_Mとし、張力偏差ΔＴが「０」であると仮定した場合のモータ軸１０５の変位角度をθ_Mとすると、モータ軸１０５のねじれ方向の弾性係数Ｋは、「Ｋ＝θ_M／τ_M」となる。モータ軸１０５のねじれ方向の弾性係数Ｋはトルクの大きさにかかわらず、ほぼ一定であると考えられ、トルクの変化ｄτ_Mに対する変位角度の変化をｄθ_Mとすると、モータ軸１０５のねじれ方向の弾性係数Ｋは、「Ｋ＝ｄθ_M／ｄτ_M≒θ_M／τ_M」として近似することができる。

【0023】

従って、モータ軸１０５のねじれ方向の弾性係数Ｋは、モータ１０６の静止状態で測定することができる。シート体１２の速度が変化して張力偏差ΔＴ（図１参照）が発生した時、張力偏差ΔＴによってモータ軸１０５に生じるトルクの偏差であるトルク偏差Δτ（図示せず）は、「Δτ＝ΔＴ・Ｄ／（２・Ｇｒ）」になる。モータ軸１０５の変位角度θ_Mについて、このトルク偏差Δτに対応する偏差である変位角度偏差Δθ_M（図示せず）は、「Δθ_M＝Δτ・ｄθ_M／ｄτ_M」として求めることができる。

【0024】

ここで、モータ１０６の慣性モーメントをＪ_Motor、回転機構１２０の慣性モーメントをＪ_Mech、コイル１４の慣性モーメントをＪ_Coilとする。慣性モーメントＪ_Motor，Ｊ_Mechは一定値になる。一方、コイル１４の外径Ｄ（図３参照）は、巻き取ったシート体１２の長さに応じて大きくなってゆくため、コイル１４の慣性モーメントＪ_Coilは、巻き取ったシート体１２の長さに応じて大きくなる。

【0025】

上述したように、回転機構１２０およびモータ１０６は、ねじれ方向に一定の機械的な弾性係数Ｋを有している。従って、回転機構１２０およびモータ１０６のねじれ方向の弾性係数Ｋを測定しておけば、張力偏差ΔＴに基づいて、ねじれ方向の変位角度θ_Mに生じる変位角度偏差Δθ_M（図示せず）を求めることが可能となる。

【0026】

従って、この変位角度偏差Δθ_Mを「０」に戻すようなモータ１０６の加速度指令値α_M ^*（図示せず）を求め、モータ１０６の回転速度ω_M（図１参照）を変更することにより、コイル１４の周速とシート体１２の搬送速度Ｖとの差を抑制し、張力偏差ΔＴの振動を抑制することが可能である。また、モータ１０６を速度制御する場合においては、モータ１０６の加速度指令値α_M ^*を求め、モータ１０６の回転速度基準値ω^*（図７参照）を補正するとよい。

【0027】

このように、後述する各実施形態においては、シート体１２に張力を発生させる場合に、予測困難なシート体１２の搬送速度Ｖの変化に対して、コイル１４の周速をシート体１２の搬送速度Ｖに追従させることができ、張力実績値Ｔの変動を抑制することが可能となる。特に、コイル１４を駆動するモータ１０６や回転機構１２０の慣性モーメントが大きい場合であっても、張力実績値Ｔの変動を抑制することが可能となる。

【0028】

［第１実施形態］
図４は、第１実施形態による巻回システム２００のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した比較例の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
巻回システム２００の全体構成は、比較例のプラント制御装置１５０（図１参照）に代えてプラント制御装置２５０が適用されている点を除いて、比較例の巻回システム１００と同様である。また、プラント制御装置２５０は、比較例のプラント制御装置１５０の各構成要素に加えて、トルク補正値演算部２５２（変位角度偏差対応演算部）と、加算器２５４（駆動指令値出力過程、駆動指令値出力部）と、を備えている。但し、本実施形態における張力実績値Ｔおよび張力偏差ΔＴを、それぞれ張力実績値Ｔ_eおよび張力偏差ΔＴ_eと呼ぶことがある。

【0029】

トルク補正値演算部２５２は、張力偏差ΔＴに基づいて、以下に述べる手順でモータトルク補正値τ_Compを算出する。
まず、トルク補正値演算部２５２は、張力偏差ΔＴに基づいて、モータ軸１０５の変位角度θ_Mに生じる偏差である変位角度偏差Δθ_M（図示せず）を、下式（１）に基づいて算出する。

Δθ_M＝Ｋ・Δτ＝Ｋ・（Ｄ／２Ｇr）・ΔＴ …（１）

【0030】

ここで、変位角度偏差Δθ_Mを解消しようとする時間、すなわち「０」にするまでに費やそうとする時間を、解消目標時間ｔ_d（図示せず）とする。この解消目標時間ｔ_dは、巻回システム２００において実現可能な範囲内で任意に定めてよい。また、モータ１０６の回転速度ω_Mを変更する際の基準値を回転速度変更基準値ω_M0（図示せず）と呼ぶ。次に、トルク補正値演算部２５２は、下式（２）に基づいて回転速度変更基準値ω_M0を算出する。

ω_M0＝Δθ_M／ｔ_d …（２）

【0031】

ここで、モータ１０６の加速度α_M（図示せず）は、「α_M＝ｄω_M／ｄｔ」で表される。次に、トルク補正値演算部２５２は、下式（３）に基づいて、加速度α_Mの指令値である加速度指令値α_M ^*（図示せず）を算出する。式（３）において、Ｇ_Dは微分ゲイン、Ｇ_Pは比例ゲインである。

α_M ^*＝－Ｇ_D・（ｄ／ｄｔ）ω_M0－Ｇ_P・ω_M0 …（３）

【0032】

次に、トルク補正値演算部２５２は、式（３）に示した加速度指令値α_M ^*に対応するモータトルク補正値τ_Compを算出するために、下式（４）に基づいて、モータ軸１０５に生じる慣性モーメントＪを算出する。下式（４）において、αは回転機構１２０の慣性モーメントＪ_Mech（図３参照）の影響係数であり、βはコイル１４の慣性モーメントＪ_Coilの影響係数である。影響計数α，βの値の範囲は、それぞれ「０≦α≦１」、および「０≦β≦１」である。

Ｊ＝Ｊ_Motor＋α・Ｊ_Mech＋β・Ｊ_Coil …（４）

【0033】

次に、トルク補正値演算部２５２は、下式（５）に基づいて、モータトルク補正値τ_Compを算出する。

τ_Comp＝α_M ^*・Ｊ …（５）

【0034】

また、比較例（図１参照）のものと同様に、張力制御部１５４は、張力偏差ΔＴに対して、ＰＩ制御（比例積分制御）またはＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を行うことにより、張力偏差ΔＴを「０」に徐々に近づけるように張力補正値ΔＴ_jを出力する。また、加算器１６２は、張力補正値ΔＴ_jと張力設定値Ｔ^*とを加算し、加算結果を張力指令値Ｔ^**として出力する。また、トルク演算部１５６は、張力指令値Ｔ^**に相当するトルク指令値τ_r ^*を出力する。

【0035】

但し、本実施形態においては、加算器２５４はモータトルク補正値τ_Compとトルク指令値τ_r ^*とを加算し、加算結果をトルク指令値τ^*としてモータ制御装置１０８に出力する。これにより、モータ制御装置１０８は、モータ１０６が発生するモータトルクτ_Mがトルク指令値τ^*に近づくように制御する。

【0036】

このように、本実施形態によれば、トルク補正値演算部２５２は、張力偏差ΔＴに基づいて、モータ軸１０５の変位角度θ_Mに生じる偏差である変位角度偏差Δθ_Mを、上述の式（１）に基づいて算出する。また、トルク補正値演算部２５２は、上述の式（３）に基づいて、変位角度偏差Δθ_Mが「０」になるような、モータ１０６の加速度、すなわち加速度指令値α_M ^*を算出する。

【0037】

また、トルク補正値演算部２５２は、上述の式（５）によって、慣性モーメントＪと、加速度指令値α_M ^*とに基づいたモータトルク補正値τ_Compを算出する。このモータトルク補正値τ_Compによってモータトルクτ_Mが修正されるため、シート体１２（対象部材）の搬送速度Ｖの変化にモータ１０６の回転速度ω_Mを追従させることができ、張力偏差ΔＴを抑制することができる。

【0038】

図５は、比較例および第１実施形態における張力偏差ΔＴ_c，ΔＴ_eの例を示す図である。
シート体１２の搬送速度Ｖが、図示のように初速度Ｖ０から速度Ｖ１にランプ状に低下し、その後、搬送速度Ｖは速度Ｖ１のまま維持されたとする。この搬送速度Ｖの変化に対して、比較例における張力偏差ΔＴ_cは、最初は正値になり、その後は比較的大きな振動振幅を伴いながら振動する。そして、時間の経過とともに、張力偏差ΔＴ_cの振動振幅が徐々に減衰する。

【0039】

一方、第１実施形態においては、上述したように、慣性モーメントＪと、加速度指令値α_M ^*とに基づいたモータトルク補正値τ_Compを算出し、シート体１２の搬送速度Ｖの変化にモータ１０６の回転速度ω_Mを追従させることができる。これにより、図５に示すように、張力偏差ΔＴ_eは、搬送速度Ｖが変化している期間と略同期間だけ正値になるが、その後は張力偏差ΔＴ_eを速やかに「０」に収束させることができる。

【0040】

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態による巻回システム４００のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した比較例または第１実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
巻回システム４００の全体構成は、比較例のモータ制御装置１０８およびプラント制御装置１５０（図１参照）に代えて、モータ制御装置４０８およびプラント制御装置４５０が適用されている点を除いて、比較例の巻回システム１００と同様である。ここで、本実施形態におけるモータ制御装置４０８は、供給された電流指令値Ｉ^*に基づいて、モータ１０６に流れる電流が電流指令値Ｉ^*に近づくように制御するものである。

【0041】

また、プラント制御装置４５０は、張力設定部１５２と、張力制御部１５４と、減算器１６０と、加算器１６２と、電流補正値演算部４５２（変位角度偏差対応演算部）と、電流演算部４５６と、加算器４５４（駆動指令値出力部）と、を備えている。

【0042】

張力設定部１５２、張力制御部１５４、減算器１６０および加算器１６２の機能は、それぞれ第１実施形態のものと同様である。従って、加算器１６２は、張力指令値Ｔ^**を出力する。また、電流演算部４５６は、第１実施形態における張力指令値Ｔ^**に対応するトルクをモータ１０６に発生させる電流指令値Ｉ_r ^*を出力する。また、電流補正値演算部４５２は、第１実施形態におけるトルク補正値演算部２５２（図４参照）と同様に、上述した式（１）～式（４）に基づいて、加速度α_Mおよび慣性モーメントＪを算出する。

【0043】

さらに、電流補正値演算部４５２は、下式（６）に基づいて、モータ電流補正量Ｉ_accを算出する。ここで、影響係数ζΦは、モータ１０６に流れる電流であるモータ電流の、モータトルクτ_Mに対する影響の度合いを表すものである。

Ｉ_acc＝α_M ^*・（Ｊ／ζΦ）＝τ_Comp／ζΦ …（６）

【0044】

加算器４５４は、電流指令値Ｉ_r ^*と、モータ電流補正量Ｉ_accと、を加算し、加算結果を電流指令値Ｉ^*としてモータ制御装置４０８に供給する。このように、トルク制御方式を採用する第１実施形態のモータ制御装置１０８に代えて、電流制御方式を採用するモータ制御装置４０８を適用した場合であっても、第１実施形態のものと同様に、張力偏差ΔＴを抑制することができる。

【0045】

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態による巻回システム３００のブロック図である。なお、以下の説明において、上述した比較例または他の実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
巻回システム３００の全体構成は、比較例のプラント制御装置１５０（図１参照）に代えてプラント制御装置３５０が適用されている点を除いて、比較例の巻回システム１００と同様である。

【0046】

また、プラント制御装置３５０は、張力設定部１５２と、減算器１６０と、速度補正値演算部３５２（変位角度偏差対応演算部）と、張力制御部３５４と、速度基準値演算部３５６（速度基準値演算過程）と、速度制御部３５８（駆動指令値出力過程、駆動指令値出力部）と、加算器３６２，３６４と、を備えている。

【0047】

張力設定部１５２および減算器１６０の機能は、上述の比較例のものと同様である。すなわち、張力設定部１５２は張力設定値Ｔ^*を出力し、減算器１６０は張力偏差ΔＴを出力する。張力制御部３５４は、張力偏差ΔＴに対して、ＰＩ制御（比例積分制御）またはＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を行うことにより、張力偏差ΔＴを「０」に徐々に近づけるように張力制御モータ速度補正値Δω_cを出力する。

【0048】

速度補正値演算部３５２は、上述した式（１）に基づいて変位角度偏差Δθ_Mを求め、式（２）に基づいて回転速度変更基準値ω_M0を求め、下式（７）によって、張力偏差モータ速度補正値Δω_Mを算出する。式（７）において、Ｇ_Dは微分ゲイン、Ｇ_Pは比例ゲインである。

Δω_M＝－Ｇ_D・（ｄ／ｄｔ）ω_M0－Ｇ_P・ω_M0＝α_M ^* …（７）

【0049】

加算器３６２は、張力制御モータ速度補正値Δω_cと、張力偏差モータ速度補正値Δω_Mとを加算し、その結果をモータ速度補正値Δω_dとして出力する。速度基準値演算部３５６は、回転速度基準値ω^*を算出し出力する。ここで、回転速度基準値ω^*は、シート体１２において所定の搬送速度Ｖを実現するモータ１０６の回転速度である。従って、回転速度基準値ω^*は、コイル１４の外径Ｄが大きくなるほど低くなる。

【0050】

加算器３６４は、回転速度基準値ω^*と、モータ速度補正値Δω_dと、を加算し、その結果を回転速度指令値ω_M ^*として出力する。速度制御部３５８は、速度検出器１１２によって計測された回転速度ω_Mが回転速度指令値ω_M ^*に近づくように、トルク指令値τ^*を出力する。このように、モータ１０６の制御方式が速度制御の場合においても第１，第２実施形態のものと同様に張力偏差ΔＴを抑制することができる。

【0051】

［実施形態の効果］
以上のように上述した各実施形態によれば、プラント制御装置２５０，３５０，４５０は、モータ１０６によって回転駆動される回転機構１２０によってコイル１４を成すように巻回される対象部材（１２）に生じる張力の測定値である張力実績値Ｔを受信し、張力実績値Ｔと目標張力（Ｔ^*）との差を張力偏差ΔＴとして出力する張力偏差出力部（１６０）と、回転機構１２０における弾性係数Ｋと張力偏差ΔＴとに基づいて、回転機構１２０におけるねじれ方向の変位角度θ_Mに生じる変位角度偏差Δθ_Mを算出する機能と、変位角度偏差Δθ_Mをゼロにする方向に変化させる加速度α_Mの指令値である加速度指令値（α_M ^*）を算出する機能と、を備える変位角度偏差対応演算部（２５２，３５２，４５２）と、加速度指令値（α_M ^*）に応じた加速度α_Mを実現するように、モータ１０６に対する駆動指令値（τ^*，Ｉ^*）を出力する駆動指令値出力部（２５４，３５８，４５４）と、を備える。これにより、変位角度偏差Δθ_Mに応じた駆動指令値（τ^*，Ｉ^*）を出力することができるため、張力偏差ΔＴの振動を抑制でき、対象部材（１２）に適切な張力を印加できる。

【0052】

また、第１，第２実施形態のように、変位角度偏差対応演算部（２５２，４５２）は、コイル１４と回転機構１２０とモータ１０６との慣性モーメントＪと、加速度指令値（α_M ^*）と、に基づいてモータ１０６に生じさせるモータトルクτ_Mの補正値であるモータトルク補正量（τ_Comp）を算出する機能をさらに備えると一層好ましい。これにより、モータ１０６をトルク制御する場合に、適切なモータトルク補正量（τ_Comp）を出力することができる。

【0053】

また、第２実施形態のように、変位角度偏差対応演算部（４５２）は、モータ１０６に流れる電流であるモータ電流の、モータトルクτ_Mに対する影響係数ζΦと、モータトルク補正量（τ_Comp）と、に基づいて、モータ電流の補正値であるモータ電流補正量Ｉ_accを算出する機能をさらに備えると一層好ましい。これにより、モータ１０６に供給する電流を指令する適切な電流指令値Ｉ^*を取得できる。

【0054】

また、第３実施形態のように、モータ１０６の回転速度ω_Mの基準値である回転速度基準値（ω^*）を算出する速度基準値演算部３５６をさらに備え、変位角度偏差対応演算部（３５２）は、加速度指令値（α_M ^*）に応じた張力制御モータ速度補正値Δω_cを出力する機能をさらに備え、駆動指令値出力部（３５８）は、回転速度基準値（ω^*）と、回転速度ω_Mと、張力制御モータ速度補正値Δω_cと、に応じた駆動指令値（τ^*）を出力すると一層好ましい。これにより、モータの回転速度ω_Mに応じた駆動指令値（τ^*）を出力することができる。

【0055】

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

【0056】

（１）上記各実施形態においては、「対象部材」として被圧延材であるシート体１２を適用した例を説明したが、対象部材はシート体１２に限定されるわけではなく、例えばワイヤ状の部材であってもよい。

【0057】

（２）上記実施形態におけるプラント制御装置２５０，３５０，４５０のハードウエアは一般的なＤＤＣコントローラによって実現できるため、上述した各種処理を実行するプログラム等を記憶媒体（プログラムを記録したＤＤＣコントローラで読み取り可能な記録媒体）に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。

【0058】

（３）上述した各処理は、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。

【0059】

（４）上記実施形態において実行される各種処理は、図示せぬネットワーク経由でサーバコンピュータが実行してもよく、上記実施形態において記憶される各種データも該サーバコンピュータに記憶させるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0060】

１２ シート体（対象部材）
１４ コイル
１０６ モータ
１２０ 回転機構
１６０ 減算器（張力偏差出力過程、張力偏差出力部）
２５０，３５０，４５０ プラント制御装置
２５２ トルク補正値演算部（変位角度偏差対応演算部）
２５４ 加算器（駆動指令値出力過程、駆動指令値出力部）
３５２ 速度補正値演算部（変位角度偏差対応演算部）
３５６ 速度基準値演算部（速度基準値演算過程）
３５８ 速度制御部（駆動指令値出力過程、駆動指令値出力部）
４５２ 電流補正値演算部（変位角度偏差対応演算部）
４５４ 加算器（駆動指令値出力部）
Ｊ 慣性モーメント
Ｋ 弾性係数
Ｔ 張力実績値
ΔＴ 張力偏差
ζΦ 影響係数
α_M 加速度
θ_M 変位角度
τ_M モータトルク
ω_M 回転速度
Δθ_M 変位角度偏差
Δω_c 張力制御モータ速度補正値
Ｉ_acc モータ電流補正量
τ_Comp モータトルク補正値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】