CN104334298A - 铸型内钢液液面水平控制方法 - Google Patents

Abstract

使用1个水平仪，抽出并除去一次、二次及三次的驻波成分，由此仅抽出本来应控制的凸起性液面变动，将该凸起性液面变动使用于液面水平控制，由此实现高精度的液面水平控制，为此，通过二次振动系统来表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的模型(12、14)，将通过液面水平仪测定的水平测定值与模型(12、14)的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向模型(12、14)的输入进行反馈，由此激励模型(12、14)，通过得到的模型(12、14)的输出来推定驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过液面水平仪测定到的水平测定值与模型(12、14)的输出之间的偏差为除去了驻波成分的水平信号，通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

Description

铸型内钢液液面水平控制方法

技术领域

本发明涉及连续铸造机的铸型内钢液液面水平控制方法。

背景技术

在连续铸造机中，抑制铸型内的熔融金属(钢液)的液面水平的变动而以使液面水平成为恒定的方式进行控制不仅在操作的稳定上，而且在铸片的品质管理上都是极其重要的。

通常，作为该铸型内钢液液面水平控制方法，采用如下的方法：通过液面水平仪来计测铸型内的钢液的液面水平，基于其测定值来调节作为钢液流量调整装置的滑动喷嘴的开度，使从铸型抽出的钢液与从漏斗注入的钢液的配重相适称。

图8表示扁坯连续铸造机的铸型周边部及液面水平控制系统的代表例。在扁坯连续铸造机的铸型1的上方规定位置配置漏斗2，在该漏斗2的底部配置滑动喷嘴3及浸渍喷嘴4。由此，暂时滞留于漏斗2的钢液5经由滑动喷嘴3及浸渍喷嘴4向铸型1注入。滑动喷嘴3由固定板和滑动板构成，利用液压伺服系统等促动器6对滑动板的位置进行操作，由此滑动喷嘴3的开度增减，从而控制从漏斗2向铸型1流入的钢液5的流量。另一方面，在铸型1内的钢液液面的上方配置有液面水平仪(例如，涡流传感器)7。液面水平仪7是对铸型1中的钢液液面的水平(高度位置)进行计测的装置，液面水平仪7的计测信号(液面水平信号)向液面水平控制装置8输入。

从铸桶(未图示)向漏斗2注入的钢液5根据滑动喷嘴3的开度，经由浸渍喷嘴4向铸型1注入。注入的钢液5由铸型1冷却，在与铸型1接触的接触面上凝固而形成凝固壳，内部具有液相部的铸片一边由引导辊及夹送辊9支承，一边由夹送辊9向铸型1的下方抽出。此时，液面水平控制装置8对于通过液面水平仪7得到的液面水平信号与预先设定的液面水平设定值之间的偏差实施PI控制或PID控制等的运算来求出滑动喷嘴开度操作量，并向促动器6输出，由此对滑动喷嘴开度进行操作，由此来调整从漏斗2向铸型1流入的钢液流量。

由此，构成与铸型1内的钢液5的液面水平相关的反馈回路，因此向铸型1流入的钢液5的流量、或者从铸型1流出的钢液5的流量即使因某种原因而发生变动，也能够以使铸型1内的钢液5的液面水平成为恒定值(设定值)的方式进行控制。

一直以来，作为铸型内的钢液液面水平控制的较大的课题的是：由于在引导辊或夹送辊等铸片支承辊之间产生的铸片的向厚度方向的膨胀(凸起)，而存在从铸型流出的钢液流量周期性地变动引起的液面水平变动(凸起性液面水平变动)。

应通过铸型内钢液液面水平控制抑制的是上述那样的凸起等带来实质性的质量流变动的干扰引起的液面水平的变动，液面的起伏那样的局部性的液面的变动在液面水平控制中作为测定噪声起作用，无法随之反应而进行滑动喷嘴开度操作。

尤其是铸型宽度增大时，液面以与铸型宽度相应的固有振动频率进行摆动的驻波成为问题。特别成为问题的是图9(a)所示那样的振动的节点为1个且该节点处于铸型宽度中央(铸型宽度1/2位置)的一次驻波、图9(b)所示那样的振动的节点为2个且该节点处于铸型宽度中央与铸型宽度端部的中间(铸型宽度1/4位置)的二次驻波。尤其是铸型宽度变宽时，其振动频率降低(在2m宽度的情况下，一次模式的振动频率为约0.6Hz)，接近于凸起频率(0.1～0.2Hz)。

通常，在反馈控制系统中，需要在应除去的干扰的频率下通过提高增益来抑制干扰的影响，并在测定噪声的频率下通过降低增益而避免对测定噪声进行反应。即，需要考虑干扰和测定噪声来设计反馈控制系统的频率特性。然而，在本例中，本来应除去的干扰引起的液面水平变动与测定噪声引起的液面变动的频率接近，因此难以进行液面水平控制装置8中的控制参数(PI控制的增益等)的调整。即，当提高增益时，产生如下的循环：液面水平控制装置8捡拾测定噪声而输出不必要的滑动喷嘴开度操作量，由此，液面水平发生变动，水平仪7测定该变动而向液面水平控制装置8输出。这样反而会扩大液面水平变动，在极端的情况下，控制系统不稳定而发散。反之，当降低液面水平控制装置8的增益时，对凸起性液面变动的控制性能劣化，无法减少周期性的液面变动。

因此，作为提高对凸起性液面变动的控制性能的方法，在专利文献1中记载了如下的方法：对来自液面水平仪的液面水平信号进行频率解析，在检测到凸起的频率时，基于该频率附近的成分的微分值来进行液面水平控制。然而，在该方法中，未考虑到将上述那样的驻波作为测定噪声进行处理的情况，因此无法除去驻波的影响。

针对这样的课题，在专利文献2中公开了如下的铸型内的液面驻波变动检测方法：根据铸型宽度来算出液面水平变动的驻波变动量的驻波频率，将驻波记为该频率的sin函数和cos函数，并对它们的系数进行在线推定，由此来求出驻波变动量。

另外，在专利文献3中公开了如下的连续铸造机的铸型内钢液液面水平控制方法：将液面水平仪设置在铸型的中心位置，由此计测除去了一次驻波成分后的液面水平，根据该液面水平信号，求出使用频率滤波器除去了二次驻波的频率成分后的修正液面水平信号，以使该求出的修正液面水平信号成为恒定的方式调节滑动喷嘴的开度。

另外，在专利文献4中公开了如下的液面水平检测装置：在熔融金属的连续铸造设备中，以配置在铸型中心部的浸渍喷嘴为中心将2个液面水平仪以测定铸型宽度方向的对称位置的方式设置，并求出它们的测定值的求和平均值，由此将驻波的成分除去。

另外，在专利文献5及6中公开了如下的连续铸造机的液面水平控制方法：规定基于稳定化控制器的参数化的考虑方法的控制系统的结构(液面水平偏差修正值运算部、开度指令修正值运算部、开度变更修正值运算部)，基于鲁棒控制理论对其进行设计，由此将灵敏度函数呈陷波滤波器状地进行频率整形，从而不受驻波成分的影响。

另外，在专利文献7中公开了如下的液面水平控制方法：检测液面水平信号包含的周期性水平变动的频率，基于使检测到的频率的成分衰减的信号与目标水平之间的偏差来运算向铸型的入口的开度变更量，并生成具有使周期性水平变动抵消的相位和振幅的、与检测到的频率为相同频率的信号，将该信号向开度变更量加入进行修正。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2007-260693号公报

【专利文献2】日本特开2009-241150号公报

【专利文献3】日本特开2010-69513号公报

【专利文献4】日本特开2005-28381号公报

【专利文献5】日本特开2001-129647号公报

【专利文献6】日本特开2002-248555号公报

【专利文献7】日本特开2002-59249号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

铸型液面上出现的驻波的振幅时时刻刻发生变化。相对于此，在专利文献2的方法中，关于推定的驻波，规定时间的期间设置振幅恒定的假定。这是为了适用最小二乘法，但由此推定的响应延迟，存在无法追随驻波的振幅变化的问题。

而且，在专利文献3的方法中，通过将液面水平仪设置在铸型的中心位置来实现一次驻波成分的除去，但是在铸型上表面的开口部附近存在铸型粉末投入装置，有时难以在中心部设置水平仪，因此关于一次驻波也希望通过信号处理来除去。

而且，在专利文献4的方法中，由于必须设置2个水平仪，因此与设置1个水平仪相比，设置成本、维护费用成为2倍。而且，由于在高温且严格的环境下使用，因此存在2个水平仪会产生机差而本来同一水平的情况而出现不同的值的问题，性能维持用的校准的精度比到目前为止要求得更高。

而且，在专利文献5及6的方法中，规定基于稳定化控制器的参数化的考虑方法的控制系统的结构，使用鲁棒控制理论，将包含铸造工艺的控制系统整体的特性(灵敏度函数)整形为陷波滤波器状，因此结构复杂，无法观测除去了驻波的液面水平信号，由于这样的理由，存在难以进行控制系统的参数调整这样的问题。

而且，作为专利文献7的方法的对象的液面水平信号中的周期性变动是凸起性液面变动，驻波不是对象。因此，将使特定的频率成分衰减的液面水平信号使用于液面水平控制的情况、生成使该频率成分抵消的信号而使用于液面水平控制的情况同时进行。即，当使用于液面水平控制的液面水平信号包含周期性变动时，PID控制等运算变得不稳定，液面水平变动反而被放大，因此将使该频率成分衰减后的液面水平信号使用于液面水平控制。这样的话，在液面水平控制中无法进行周期性变动的抑制，因此产生该频率成分的信号，调整相位和振幅而向液面水平控制的输出加入，由此使周期性水平变动的成分抵消。对于驻波那样的非质量流变动的周期性水平变动，通过控制无法操作向铸型的钢液流量，在应用本方法时，以该频率操作向铸型的钢液流量，会激发铸型内的钢液的摆动，使驻波加强，在控制上成为反效果。

本发明鉴于上述情况而作出，目的在于提供一种铸型内钢液液面水平控制方法，使用1个水平仪，从中抽出并除去一次、二次及三次的驻波成分，由此仅抽出本来应控制的凸起性液面变动，并将该凸起性液面变动使用于液面水平控制，从而实现高精度的液面水平控制。

【用于解决课题的手段】

为了解决上述的课题、实现目的，本发明的铸型内钢液液面水平控制方法的特征在于，在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的模型，将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述模型的输入进行反馈，由此激励该模型，通过得到的该模型的输出来推定所述驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述模型的输出之间的偏差为除去了所述驻波成分的水平信号，通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

另外，本发明的铸型内钢液液面水平控制方法以上述发明为基础，其特征在于，所述液面水平仪配置在成为铸型宽度中央与铸型宽度端部的中间的铸型宽度1/4的位置。

另外，本发明的铸型内钢液液面水平控制方法的特征在于，在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来分别表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的一次驻波模型及二次驻波模型，将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述一次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该一次驻波模型，通过得到的该一次驻波模型的输出来推定一次驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分的水平信号，将除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述二次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该二次驻波模型，通过得到的该二次驻波模型的输出来推定二次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号，通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

另外，本发明的铸型内钢液液面水平控制方法以上述发明为基础，其特征在于，所述液面水平仪配置在比成为铸型宽度中央与铸型宽度端部的中间的铸型宽度1/4的位置靠铸型宽度端部且能够取得驻波成分的位置。

另外，本发明的铸型内钢液液面水平控制方法的特征在于，在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来分别表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的一次驻波模型、二次驻波模型及三次驻波模型，将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述一次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该一次驻波模型，通过得到的该一次驻波模型的输出来推定一次驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分的水平信号，将除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述二次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该二次驻波模型，通过得到的该二次驻波模型的输出来推定二次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号，将除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号与所述三次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述三次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该三次驻波模型，通过得到的该三次驻波模型的输出来推定三次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号与所述三次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分、所述二次驻波成分及所述三次驻波成分的水平信号，通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

另外，本发明的铸型内钢液液面水平控制方法的特征在于，在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的模型，将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述模型的输出之间的偏差向所述模型的状态变量进行反馈，由此激励该模型，通过得到的该模型的输出来推定所述驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述模型的输出之间的偏差为除去了所述驻波成分的水平信号，通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

另外，本发明的铸型内钢液液面水平控制方法的特征在于，在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来分别表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的一次驻波模型及二次驻波模型，将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差向所述一次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该一次驻波模型，通过得到的该一次驻波模型的输出来推定一次驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分的水平信号，将除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差向所述二次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该二次驻波模型，通过得到的该二次驻波模型的输出来推定二次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号，通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

另外，本发明的铸型内钢液液面水平控制方法的特征在于，在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来分别表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的一次驻波模型、二次驻波模型及三次驻波模型，将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差向所述一次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该一次驻波模型，通过得到的该一次驻波模型的输出来推定一次驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分的水平信号，将除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差向所述二次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该二次驻波模型，通过得到的该二次驻波模型的输出来推定二次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号，将除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号与所述三次驻波模型的输出之间的偏差向所述三次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该三次驻波模型，通过得到的该三次驻波模型的输出来推定三次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号与所述三次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分、所述二次驻波成分及所述三次驻波成分的水平信号，通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

【发明效果】

本发明的铸型内钢液液面水平控制方法将一次、二次及三次的驻波的模型通过以各自的频率为固有频率的二次振动系统表示，对于它们的输出和应与之对比的实际工艺的输出(在一次驻波模型中为水平测定值，在二次驻波模型中为从水平测定值除去了一次驻波成分的水平信号，在三次驻波模型中为从水平测定值除去了一次驻波成分及二次驻波成分的水平信号)之间的偏差实施比例微分运算，并向各自的模型输入而激励模型，由此根据模型的输出来推定驻波成分。此时，所述的模型与实际工艺之间的偏差成为除去了对应的驻波成分的水平信号。这样，在本发明中，抽出驻波成分和得到除去了驻波成分的水平信号并行进行。由此，能够一边目视确认驻波成分的抽出状况，一边调整本发明中的调整参数即二次振动系统的衰减常数和对所述偏差实施的比例微分运算的增益，因此能够适当地进行驻波抽出。而且，所述调整参数相当于驻波抽出中的选择特性(带通滤波器中的带宽)，各参数与特性的关系明确，因此具有调整可容易进行的优点。

另外，抽出并除去的驻波的次数只要根据液面水平测定值包含的实际的驻波成分进行选择即可。驻波成分的确认能够通过对液面水平测定值进行频率解析而容易地进行。

另外，本发明的驻波成分除去与专利文献5、6不同，可以附加于任何的液面水平控制系统，因此无需变更原有的控制系统。例如，若液面水平控制系统为PI控制，则只要将PI控制使用的液面水平信号设为通过本发明除去了驻波成分的液面水平信号即可。而且，并不局限于PI控制，可以附加于公知的各种各样的液面水平控制系统。

附图说明

图1是表示将本发明应用于连续铸造机的铸型内钢液液面水平控制系统的实施方式的结构例的说明图。

图2是表示本实施方式的驻波成分除去装置的结构的框图。

图3是表示通过本实施方式进行了驻波的抽出、除去的例子的线图。

图4是表示本实施方式的进行了液面水平控制时的液面水平变动的例子的线图。

图5是表示将本发明应用于连续铸造机的铸型内钢液液面水平控制系统的实施方式的结构例的说明图。

图6是表示一次驻波模型的传递函数的框图。

图7是表示使用图6的表现进行一次驻波除去时的结构例的框图。

图8是表示以往的连续铸造机的铸型内钢液液面水平控制系统的例子的结构的说明图。

图9是表示驻波的说明图。

图10是表示以往的进行了液面水平控制时的液面水平变动的例子的线图。

具体实施方式

以下，基于附图，详细说明本发明的铸型内钢液液面水平控制方法的实施方式。需要说明的是，本发明并不限定于该实施方式。

首先，对本发明的概要进行说明。在本发明中，将一次、二次的驻波模型表示为以各自的频率为固有频率的二次振动系统，根据其输出而推定时时刻刻变化的驻波。首先，关于一次驻波，将水平仪的水平测定值与一次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方乘以增益，向一次驻波模型的输入进行反馈。由此，一次驻波模型的输出成为一次驻波成分的时时刻刻的推定值，因此所述偏差成为从水平测定值除去了一次驻波成分后的值。此时，通过调整与所述偏差及其微分值中的至少一方相乘的增益，能够设定包含多少驻波附近的频率进行推定。

接着，关于二次驻波，将水平仪的水平测定值与一次驻波模型的输出之间的偏差、即除去了一次驻波成分的水平测定值与二次驻波模型之间的偏差及其微分值中的至少一方乘以增益，向二次驻波模型的输入进行反馈。由此，二次驻波模型的输出成为二次驻波成分的时时刻刻的推定值，因此所述偏差成为从除去了一次驻波成分的水平测定值将二次驻波成分除去后的值。即，能够得到从水平仪的测定值除去了一次、二次的驻波成分的水平信号。此时，通过调整与所述偏差及其微分值中的至少一方相乘的增益，能够设定包含多少驻波附近的频率进行推定。

当使用上述得到的除去了一次、二次的驻波成分的水平信号进行液面水平控制时，控制系统不会对驻波进行反应，因此能够提高增益，能够抑制凸起性液面变动。而且，水平仪仅为1个即可，因此能够抑制设置、维护的成本。

接着，将本发明应用于连续铸造机的铸型内钢液液面水平控制时的结构例如图1所示。对于与图8所示的部分相同的部分，标注同一标号来表示，并省略说明。在图1中，驻波成分除去装置11算出从由水平仪7测定的液面水平测定值除去了一次及二次驻波成分的水平信号，并向液面水平控制装置8输出。与图8的现有技术的差异是在本实施方式中，液面水平控制装置8不是直接使用由水平仪7测定的液面水平测定值，而是使用由驻波成分除去装置11除去了驻波成分后的水平信号。而且，水平仪7若是仅以一次驻波为对象的情况，则只要配置于二次驻波的节点的位置(成为铸型宽度中央与铸型宽度端部的中间的铸型宽度1/4的位置)即可，若是以一次及二次驻波为对象的情况，则可以配置在比成为铸型宽度中央与铸型宽度端部的中间的铸型宽度1/4的位置靠铸型宽度端部且能取得驻波成分的位置(例如，铸型宽度1/8的位置)。

驻波成分除去装置11如图2那样构成。即，驻波成分除去装置11具备一次驻波模型12、PD运算器13、二次驻波模型14、PD运算器15、加法器16、17。一次驻波模型12对于以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动，将一次的模式的模型通过二次振动系统表示。一次驻波的频率f₁由(1)式表示。

$f_1=\sqrt{\mathrm{}}(G/4\mathrm{\πL})...\left(1\right)$

在此，G为重力加速度，L为铸型宽度。

一次驻波模型12的传递函数G₁是以一次驻波的频率f₁为固有频率的二次振动系统，如(2)式那样表示。

G₁＝ω₁ ²/(s²+2ζ₁ω₁s+ω₁ ²)······(2)

在此，ω₁＝2πf₁，ζ₁是衰减系数。

PD运算器13对于通过加法器16根据一次驻波模型12的输出和水平仪7的测定值而运算出的偏差实施比例微分运算，并向一次驻波模型12输入。由此，一次驻波模型12被激励，输出一次驻波成分推定值。此时，一次驻波模型12与水平仪7的测定值之间的偏差(加法器16的输出)成为除去了一次驻波成分后的水平信号。

而且，二次驻波模型14对于以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动，将二次的模式的模型通过二次振动系统表示。二次驻波的频率f₂由(3)式表示。

$f_2=\sqrt{\mathrm{}}(G/2\mathrm{\πL})...\left(3\right)$

二次驻波模型14的传递函数G₂是以二次驻波的频率f₂为固有频率的二次振动系统，如(4)式那样表示。

G₂＝ω₂ ²/(s²+2ζ₂ω₂s+ω₂ ²)······(4)

在此，ω₂＝2πf₂，ζ₂是衰减系数。

PD运算器15对于通过加法器17根据加法器16的输出和二次驻波模型14的输出而运算出的偏差实施比例微分运算，并向二次驻波模型14输入，该加法器16的输出是通过加法器16根据一次驻波模型12的输出和水平仪7的测定值而运算出的偏差。由此，二次驻波模型14被激励，输出二次驻波成分推定值。此时，加法器16的输出与二次驻波模型14的输出之间的偏差(加法器17的输出)成为除去了一次及二次驻波成分的水平信号，该加法器16的输出是一次驻波模型12的输出与水平仪7的测定值之间的偏差。

这样，在本实施方式中，抽出驻波成分和得到除去了驻波成分的水平信号并行地进行。由此，能够一边目视确认驻波成分的抽出状况，一边调整本实施方式中的调整参数即一次及二次驻波模型12、14中的衰减常数ζ₁、ζ₂和PD运算器13、15中的比例微分运算的增益，因此能够适当地进行驻波抽出。而且，所述的调整参数相当于驻波抽出中的选择特性(带通滤波器中的带宽)，但是各参数与特性的关系明确，因此调整能够容易地进行。

图3表示通过本实施方式从包含驻波成分的液面水平抽出并除去一次及二次驻波成分的例子。从包含驻波产生的测定噪声的液面水平测定值中除去驻波成分，将凸起引起的液面水平变动明确地抽出。

接着，本发明的液面水平控制方法与现有技术进行比较的例子如图4及图10所示。首先，图10是使用图8所示的控制系统进行控制的情况，液面水平控制装置8中使用了PI控制。如图10所示，滑动喷嘴(S/N)3的开度包含较多的液面水平仪7的测定值含有的驻波引起的变动成分，液面水平中既出现了该驻波成分，也出现了凸起性液面水平变动。为了抑制凸起性液面水平变动而需要提高PI控制的增益，但是这样的话，滑动喷嘴(S/N)3的开度中越发较大地出现驻波成分，其会助长液面水平变动，因此无法提高增益。

另一方面，图4是应用了图2所示的本实施方式的情况，由于使用除去了驻波成分的水平信号，因此滑动喷嘴(S/N)3的开度中不会较大地出现驻波成分，因此能够提高PI控制器的增益。在此，比例增益为图10的情况的2.5倍。因此，能够与凸起性液面水平变动对应地适当操作滑动喷嘴(S/N)3的开度，液面水平变动能够减少为图10的情况的约1/3。

需要说明的是，在本实施方式中，按照一次、二次的顺序进行了处理，但也可以将一次驻波模型12、PD运算器13、加法器16与二次驻波模型14、PD运算器14、加法器17前后交换，按照二次、一次的顺序进行处理。

而且，驻波通常一次、二次的成分较强，如本实施方式那样使用除去了一次、二次的驻波成分的水平信号进行液面水平控制，由此能得到充分的控制效果，但是在包含三次的驻波成分时，能够用与相对于一次、二次的成分的情况同样的结构进行推定、除去。

图5是一次、二次、三次的驻波成分的三次驻波模型18对于以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动，将三次的模式的模型通过二次振动系统表示的图。三次驻波的频率f₃由(5)式表示。

$f_3=\sqrt{\mathrm{}}(3G/4\mathrm{\πL})...\left(5\right)$

三次驻波模型18的传递函数G₃是以三次驻波的频率f₃为固有频率的二次振动系统，如(6)式那样表示。

G₃＝ω₃ ²/(s²+2ζ₃ω₃s+ω₃ ²)······(6)

在此，ω₃＝2πf₃，ζ₃是衰减系数。

PD运算器19对于通过加法器20根据从加法器17输出的除去了一次及二次驻波成分后的水平信号和三次驻波模型18的输出而运算出的偏差实施比例微分运算，并向三次驻波模型18输入。由此，三次驻波模型18被激励，输出三次驻波成分推定值。此时，加法器17的输出与三次驻波模型18的输出之间的偏差(加法器20的输出)成为除去了一次、二次及三次驻波成分的水平信号。

抽出并除去的驻波的次数只要根据液面水平测定值含有的实际的驻波成分而事先进行选择即可。驻波成分的确认可以通过对液面水平测定值进行频率解析而容易地进行。而且，在形成为这样连高次的驻波也除去的结构时，虽然由于操作条件变动等而一定次数的驻波成分减少，但也只是与之对应地除去的驻波成分减少，无需因此而变更结构。

另外，在实施本发明时，PD运算器中的微分运算强调输入的信号中的高频成分，存在导致运算误差增大的可能性。为了防止这点，如权利要求5～8记载那样，不使用PD运算器而使用将液面水平信号与驻波模型之间的偏差向驻波模型的状态变量反馈(乘以增益进行求和)的结构是有效的。

图6示出(2)式的一次驻波模型的传递函数的框图的表现。一次驻波模型12由两个积分器21、22、两个状态反馈增益23、24、两个加法器25、26构成的框图表示，积分器21、22的输入(加法器25、26的输出)成为模型的状态变量。图7示出使用图6的表现进行一次驻波除去时的结构。PD运算器13的功能由2个增益27、28实现。即，将通过加法器16根据一次驻波模型12的输出和水平仪7的测定而值运算出的偏差乘以增益27所得到的值经由加法器25向积分器21的输入进行反馈，而将所述偏差乘以增益28所得到的值经由加法器29、26向积分器22的输入进行反馈，由此进行与比例微分运算等价的运算处理。增益27、28分别相当于比例项、微分项，它们的值a、b相当于比例增益、微分增益。由此，一次驻波模型12被激励，输出一次驻波成分推定值。此时，一次驻波模型12与水平仪7的测定值之间的偏差(加法器16的输出)成为除去了一次驻波成分的水平信号。

关于二次、三次驻波除去也同样只要将图2、图5中的二次、三次驻波推定与图7的一次驻波的推定同样地构成即可。

【标号说明】

1 铸型

5 钢液

6 促动器

7 水平仪

12 一次驻波模型

14 二次驻波模型

18 三次驻波模型

Claims (8)

1.一种铸型内钢液液面水平控制方法，其特征在于，

在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的模型，

将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述模型的输入进行反馈，由此激励该模型，通过得到的该模型的输出来推定所述驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述模型的输出之间的偏差为除去了所述驻波成分的水平信号，

通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

2.根据权利要求1所述的铸型内钢液液面水平控制方法，其特征在于，

所述液面水平仪配置在成为铸型宽度中央与铸型宽度端部的中间的铸型宽度1/4的位置。

3.一种铸型内钢液液面水平控制方法，其特征在于，

在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来分别表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的一次驻波模型及二次驻波模型，

将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述一次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该一次驻波模型，通过得到的该一次驻波模型的输出来推定一次驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分的水平信号，

将除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述二次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该二次驻波模型，通过得到的该二次驻波模型的输出来推定二次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号，

通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

4.根据权利要求3所述的铸型内钢液液面水平控制方法，其特征在于，

所述液面水平仪配置在比成为铸型宽度中央与铸型宽度端部的中间的铸型宽度1/4的位置靠铸型宽度端部且能够取得驻波成分的位置。

5.一种铸型内钢液液面水平控制方法，其特征在于，

在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来分别表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的一次驻波模型、二次驻波模型及三次驻波模型，

将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述一次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该一次驻波模型，通过得到的该一次驻波模型的输出来推定一次驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分的水平信号，

将除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述二次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该二次驻波模型，通过得到的该二次驻波模型的输出来推定二次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号，

将除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号与所述三次驻波模型的输出之间的偏差及其微分值中的至少一方向所述三次驻波模型的输入进行反馈，由此激励该三次驻波模型，通过得到的该三次驻波模型的输出来推定三次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号与所述三次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分、所述二次驻波成分及所述三次驻波成分的水平信号，

通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

6.一种铸型内钢液液面水平控制方法，其特征在于，

在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的模型，

将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述模型的输出之间的偏差向所述模型的状态变量进行反馈，由此激励该模型，通过得到的该模型的输出来推定所述驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述模型的输出之间的偏差为除去了所述驻波成分的水平信号，

通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

7.一种铸型内钢液液面水平控制方法，其特征在于，

在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来分别表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的一次驻波模型及二次驻波模型，

将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差向所述一次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该一次驻波模型，通过得到的该一次驻波模型的输出来推定一次驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分的水平信号，

将除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差向所述二次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该二次驻波模型，通过得到的该二次驻波模型的输出来推定二次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号，

通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。

8.一种铸型内钢液液面水平控制方法，其特征在于，

在控制连续铸造机的铸型内钢液液面水平时，通过二次振动系统来分别表示以与铸型宽度对应的固有的周期进行摆动的驻波引起的液面水平变动的一次驻波模型、二次驻波模型及三次驻波模型，

将通过液面水平仪测定的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差向所述一次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该一次驻波模型，通过得到的该一次驻波模型的输出来推定一次驻波引起的液面水平变动成分，并且以通过所述液面水平仪测定到的水平测定值与所述一次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分的水平信号，

将除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差向所述二次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该二次驻波模型，通过得到的该二次驻波模型的输出来推定二次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分的水平信号与所述二次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号，

将除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号与所述三次驻波模型的输出之间的偏差向所述三次驻波模型的状态变量进行反馈，由此激励该三次驻波模型，通过得到的该三次驻波模型的输出来推定三次驻波引起的液面水平变动成分，并且以除去了所述一次驻波成分及所述二次驻波成分的水平信号与所述三次驻波模型的输出之间的偏差为除去了所述一次驻波成分、所述二次驻波成分及所述三次驻波成分的水平信号，

通过使用了该水平信号的反馈控制，对调节向铸型流入的钢液流量的促动器进行操作。