JP2001259814A - Method for controlling molten metal surface level in mold for continuous caster - Google Patents
Method for controlling molten metal surface level in mold for continuous casterInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は連続鋳造機モールド
内の湯面レベル変動を制御する方法に関し、特に、湯面
レベルセンサーを利用して観測された湯面変動信号から
湯面レベルの変動周波数を推定する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling a level change in a mold in a continuous casting machine mold, and more particularly to a method for controlling a level change frequency of a level from a level change signal observed using a level sensor. And a method for estimating.
【０００２】[0002]
【従来の技術】連続鋳造機において、モールド内溶鋼湯
面レベル変動はパウダー巻き込みなどによる製品表面欠
陥発生の主原因となっており、湯面レベルを一定に制御
することは歩留まり向上および製品品質向上に直結する
重要な技術である。従来、連続鋳造機においてモールド
内の溶鋼レベルを制御する方法としては、例えば特開昭
６４−５３７４７号公報に開示されているようなＰＩＤ
制御が一般的である。しかし、連続鋳造機においては、
引き抜き速度変動による湯面変動外乱、タンディッシュ
内溶鋼流量の変動による湯面変動、バルジングと呼ばれ
るピンチロール間での未凝固体積変動による周期的湯面
変動などさまざまな外乱が存在し、また、スライディン
グノズル内のアルミナ付着、脱落によるノズル内の溶鋼
流量特性の変動、モデル化が困難な場合の波立ちの発
生、スライディングノズルの非線形流量特性など制御対
象のパラメータ変動および寄生要素の影響があり、通常
のＰＩＤ制御では湯面レベル変動を小さくすることが困
難となっている。上述したような問題に対して、特開平
０７−２３２２５２号公報では、外乱オブザーバを用い
た自動チューニング法を提案している。また、特開平０
９−１４６６０８号公報では上述した制御対象の特性変
動に対して安定で、かつ上述外乱に対して湯面変動量の
抑制を実現する制御系を、Ｈ∞制御理論の混合感度問題
の解として決定する方法により解決を試みている。2. Description of the Related Art In a continuous casting machine, fluctuations in the level of molten steel in a mold are the main causes of product surface defects caused by powder entrainment, and controlling the level of the molten metal to a constant level improves yield and product quality. This is an important technology that is directly linked to Conventionally, as a method of controlling the level of molten steel in a mold in a continuous casting machine, for example, a PID disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-53747 is used.
Control is common. However, in a continuous casting machine,
There are various disturbances such as a level fluctuation caused by fluctuations in the drawing speed, a level fluctuation caused by fluctuations in the molten steel flow rate in the tundish, and a periodic level fluctuation caused by unsolidified volume fluctuation between pinch rolls called bulging. Fluctuations in the flow rate characteristics of the molten steel in the nozzle due to adhesion and detachment of alumina in the nozzle, generation of undulations when modeling is difficult, nonlinear flow rate characteristics of the sliding nozzle, etc. In the PID control, it is difficult to reduce the fluctuation of the molten metal level. To solve the above problem, Japanese Patent Laid-Open No. 07-232252 proposes an automatic tuning method using a disturbance observer. In addition, JP
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-146608, a control system that is stable against the above-described characteristic fluctuations of the controlled object and that suppresses the level change of the molten metal level against the above-mentioned disturbance is determined as a solution to the mixed sensitivity problem of the H∞ control theory. To solve the problem.
【０００３】一方、前記のいずれの方法においても、制
御対象の数式モデルに基づいてコントローラを導いてい
るため、正確な数式モデルが得られている場合はその効
果を発揮するものの、正確な数式モデル化が困難な場合
および制御対象に変動要因が存在する場合においては、
制御効果が十分発揮できない。連続鋳造機の湯面レベル
制御系では、スライディングノズルの特性が非線形であ
り、動作点により流量係数が変動する。また、スライデ
ィングノズル内のアルミナ付着、脱落やタンディッシュ
内溶鋼流量の変動といった現象も流量係数の変化をもた
らすため、 Ｈ∞制御理論に基づく制御系の構成では、
モデル誤差の存在する制御系の性能を設計段階で決定で
きないという問題が存在する。特願平１１−１３２１４
３号では、上記のような問題点を回避すため、従来制御
＋適応フィードフォワード制御の制御系構成により制御
対象に如何なる不確定な要素が存在しても、制御対象の
モデル誤差の影響を受けることなく、バルジングなどの
外乱による湯面レベルの変動を効果的に抑制する連続鋳
造機モールド内湯面レベル制御方法を提案している。On the other hand, in any of the above methods, the controller is derived based on the mathematical model of the object to be controlled. Therefore, when an accurate mathematical model is obtained, the effect is exhibited. When it is difficult to change to
The control effect cannot be fully exhibited. In the surface level control system of the continuous casting machine, the characteristics of the sliding nozzle are non-linear, and the flow coefficient varies depending on the operating point. Also, phenomena such as alumina adhesion and dropping in the sliding nozzle and fluctuations in the flow rate of molten steel in the tundish also cause changes in the flow coefficient. Therefore, in the control system configuration based on the H∞ control theory,
There is a problem that the performance of a control system having a model error cannot be determined at the design stage. Japanese Patent Application No. 11-13214
In No. 3, in order to avoid the above-described problem, the control system configuration of the conventional control and the adaptive feedforward control is affected by the model error of the control target even if any uncertain element exists in the control target. The present invention proposes a method for controlling the level of a metal level in a mold of a continuous casting machine, which effectively suppresses the fluctuation of the metal level due to disturbances such as bulging.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平１１−１３２１４３号で提案されている方法は、湯
面レベル変動の振動幅および位相は推定するものの、周
期については既知と仮定する制御方法であり、湯面レベ
ル変動の周期が未知である場合、前記提案の制御アルゴ
リズムはそのままでは適用できず、何らかの方法で湯面
変動の周波数ωを推定する必要がある。また、鋳造速度
によってモールド内湯面レベルの変動周波数が変化する
ことがあり、オンラインでリアルタイムに周波数を推定
することが必要である。本発明はこのような問題を解決
するためになされたものであり、連続鋳造機モールド内
湯面レベルの変動周波数を推定する方法を提供すること
を目的とする。However, the method proposed in Japanese Patent Application No. 11-132143 is a control method in which the oscillation width and phase of the level change are estimated, but the period is assumed to be known. If the cycle of the level change is unknown, the proposed control algorithm cannot be applied as it is, and it is necessary to estimate the frequency ω of the level change by some method. In addition, the fluctuation frequency of the mold level in the mold may change depending on the casting speed, and it is necessary to estimate the frequency in real time online. The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a method for estimating a fluctuation frequency of a metal surface level in a mold of a continuous casting machine.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の課題は次の発明に
より解決される。本発明の請求項１に係る第一の発明
は、連続鋳造機のモールド内の湯面レベルを計測して、
設定湯面レベルと測定された湯面レベルとの差をフィー
ドバック制御器と外乱推定型適応コントローラに入力し
て、前記フィードバック制御器の出力と前記外乱推定型
適応コントローラの出力を加算してアクチュエータを操
作し、該アクチュエータの駆動出力によりタンディッシ
ュに設置されたスライディングノズルの開度を調整する
ことにより湯面レベルを制御する方法において、前記設
定湯面レベルと測定された湯面レベルとの差から湯面変
動外乱の周波数を推定し、該周波数推定値を前記外乱推
定型適応コントローラに入力することを特徴とする連続
鋳造機モールド内湯面レベル制御方法である。The above object is achieved by the following invention. The first invention according to claim 1 of the present invention measures a metal surface level in a mold of a continuous casting machine,
The difference between the set level and the measured level is input to a feedback controller and a disturbance estimation type adaptive controller, and the output of the feedback controller and the output of the disturbance estimation type adaptive controller are added to form an actuator. A method for controlling the level of the molten metal by operating and adjusting the opening of a sliding nozzle installed on the tundish by the drive output of the actuator, wherein the difference between the set level and the measured level is determined. A method of controlling a level of a level in a mold of a continuous casting machine, comprising estimating a frequency of a level variation disturbance and inputting the frequency estimation value to the disturbance estimation type adaptive controller.
【０００６】本発明の請求項２に係る第ニの発明は、評
価関数の勾配最小化法に基づく方法で求める周波数推定
アルゴリズムを用いることにより湯面変動外乱の周波数
推定を行うことを特徴とする請求項１記載の連続鋳造機
モールド内湯面レベル制御方法である。A second invention according to a second aspect of the present invention is characterized in that the frequency estimation of a level fluctuation disturbance is performed by using a frequency estimation algorithm obtained by a method based on a gradient minimization method of an evaluation function. A method for controlling a level of a molten metal in a mold of a continuous casting machine according to claim 1.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下、図を用いて詳説する。図１
は本発明の実施の形態に係る連続鋳造システムの全体構
成図である。図の１は溶鋼タンディッシュ、２は溶鋼流
量を調整するスライディングノズル、３は鋳造モール
ド、４は湯面レベル計測センサー（レベル計）、５はノ
ズル開度調整アクチュエータ、６は従来型フィードバッ
ク制御器(例えばＰＩＤ制御器など)、７は外乱推定型適
応コントローラ、８は湯面レベル変動周波数推定器であ
る。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. FIG.
1 is an overall configuration diagram of a continuous casting system according to an embodiment of the present invention. 1 is a tundish for molten steel, 2 is a sliding nozzle for adjusting the flow rate of molten steel, 3 is a casting mold, 4 is a sensor for measuring the level of the molten metal level (level gauge), 5 is an actuator for adjusting the nozzle opening, and 6 is a conventional feedback controller. (For example, a PID controller), 7 is a disturbance estimation type adaptive controller, and 8 is a fluid level fluctuation frequency estimator.
【０００８】図１において、連続鋳造機モールド内湯面
レベル変動はレベル計により測定され、設定湯面レベル
との差から外乱推定型適応アルゴリズムを用いることに
より外乱（振動幅および位相）を直接推定し、外乱によ
る湯面レベルの変動を打ち消すための操作量をフィード
フォワード的に決定する。このフィードフォワード制御
操作量に従来型フィードバック制御操作量を加算して、
ノズル開度調整アクチュエータの操作を行う構造となっ
ている。湯面レベル変動周波数推定器８はレベル計によ
り計測した湯面変動誤差信号から周波数を推定し、外乱
推定型適応コントローラ７へ変動周波数としてその推定
値を提供する。In FIG. 1, the level change in the mold level in the continuous casting machine mold is measured by a level meter, and the disturbance (vibration width and phase) is directly estimated from the difference from the set level by using a disturbance estimation type adaptive algorithm. The operation amount for canceling the fluctuation of the bath level due to the disturbance is determined in a feed-forward manner. By adding the conventional feedback control operation amount to this feedforward control operation amount,
The nozzle opening adjustment actuator is operated. The level change frequency estimator 8 estimates the frequency from the level change error signal measured by the level meter, and provides the estimated value as the change frequency to the disturbance estimation type adaptive controller 7.
【０００９】以下に、湯面レベル変動周波数推定器８で
の周波数推定アルゴリズムを説明する。周波数推定で
は、(1)式の評価関数を設定する。The algorithm for estimating the frequency in the level estimator 8 will now be described. In the frequency estimation, the evaluation function of equation (1) is set.
【００１０】[0010]
【数１】 (Equation 1)
【００１１】ただし、外乱変動の周期をτBとし、か
つ、Ｔmax ＞ τBとする。τが信号ｄ(t)の周期τBと
一致すれば、上記評価関数は最小で０となる。本発明の
周波数推定アルゴリズムは上記評価関数の勾配最小化法
に基づく方法で求められたもので、次式で与えられる。However, it is assumed that the period of disturbance fluctuation is τ B and that Tmax> τ B. If τ matches the period τ B of the signal d (t), the above evaluation function becomes 0 at a minimum. The frequency estimation algorithm of the present invention is obtained by a method based on the gradient minimization method of the evaluation function, and is given by the following equation.
【００１２】[0012]
【数２】 (Equation 2)
【００１３】(2)式において｜τ0−nτB｜＜σが成立す
れば、ｔ→∞のとき、τ→nτBを成立させるようなパラ
メータh、σ＞０が存在する。hは推定速度および推定精
度を調節するパラメータである。ただし、(1)式の評価
関数は周期性を有するため、If | τ 0 −nτ B | <σ is satisfied in equation (2), there are parameters h and σ> 0 that satisfy τ → nτ B when t → ∞. h is a parameter for adjusting the estimation speed and the estimation accuracy. However, since the evaluation function of equation (1) has periodicity,
【００１４】[0014]
【数３】 (Equation 3)
【００１５】において、極小値を持つ。したがって、勾
配適応アルゴリズムを示す(2)式を変動周期τBに収束さ
せるために、初期値τ0をτBを含む凹区域内に置くよう
に選ぶ必要がある。Has a minimum value. Therefore, in order to converge the equation (2) indicating the gradient adaptation algorithm to the fluctuation period τ B , it is necessary to select the initial value τ 0 to be located in the concave area including τ B.
【００１６】実機適用する場合、サンプリングした時系
列データを用いて計算することが多い。次に、離散デー
タから周波数を推定する計算方法を示す。ここで、ΔＴ
はサンプリング時間で、τUはこのデータ信号の周期の
可能な上界値で、以下の(4)式ように仮定する。When applied to an actual machine, calculation is often performed using sampled time-series data. Next, a calculation method for estimating a frequency from discrete data will be described. Where ΔT
Is the sampling time, τ U is the possible upper bound of the period of this data signal, and is assumed as in the following equation (4).
【００１７】[0017]
【数４】 (Equation 4)
【００１８】ただし、Lは整数で、ηは実数である。実
数ηの整数分をＩηと定義すると、ηと隣接する両整数
はＩηとＩη+1である。Here, L is an integer and η is a real number. If the integer part of the real number η is defined as Iη, both integers adjacent to η are Iη and Iη + 1.
【００１９】(5)式の信号の既知データ集合dkに対し
て、η＝τ／ΔＴは整数ではないので、τにおいて評価
関数は、(6)式・(7)式のように近似できる。[0019] (5) with respect to the known data set d k of the expression signals, is η = τ / ΔT is not a whole number, the evaluation function in tau can be approximated as (6) - (7) .
【００２０】[0020]
【数５】 (Equation 5)
【００２１】[0021]
【数６】 (Equation 6)
【００２２】[0022]
【数７】 (Equation 7)
【００２３】上記両整数点における評価関数の偏微分
は、(8)式・(9)式のように書ける。The partial differentiation of the evaluation function at the above two integer points can be written as in equations (8) and (9).
【００２４】[0024]
【数８】 (Equation 8)
【００２５】[0025]
【数９】 (Equation 9)
【００２６】さらに、線形補間により評価関数の偏微分
値は、(10)式・(11)式のように求められる。Further, the partial differential value of the evaluation function is obtained by the linear interpolation as shown in equations (10) and (11).
【００２７】[0027]
【数１０】 (Equation 10)
【００２８】上式により周波数推定する(2)式は、(11)
式のように計算できる。Equation (2) for estimating the frequency by the above equation is given by equation (11)
It can be calculated like an equation.
【００２９】[0029]
【数１１】 [Equation 11]
【００３０】推定した周期τおよび周波数ωの値は、(1
2)式のように計算できる。The values of the estimated period τ and frequency ω are (1
It can be calculated as in equation 2).
【００３１】[0031]
【数１２】 (Equation 12)
【００３２】周波数変動が緩やかな場合は、周波数推定
方法として、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による方法を
用いてもよい。When the frequency fluctuation is gentle, a method using fast Fourier transform (FFT) may be used as a frequency estimation method.
【００３３】図２は、本発明の湯面レベル変動周波数推
定アルゴリズムの計算フローチャートの一例を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing an example of a calculation flowchart of the algorithm for estimating the level change frequency of the molten metal level of the present invention.
【００３４】まず、推定の初期値を設定し、この初期値
に隣接する２整数点における評価関数の偏微分値を計算
する。次に、前記計算結果から線形補間により周期推定
値における評価関数の偏微分値を計算して、周期推定値
の更新を行う。新しい周期推定値における評価関数値
が、予め設定した推定精度を満足するかどうかを判断す
る。満足しない場合は、最初の評価関数の偏微分計算へ
戻って計算を繰り返す。推定精度を満足した場合は、推
定周期値から周波数への変換を行って終了する。First, an initial value for estimation is set, and the partial differential value of the evaluation function at two integer points adjacent to the initial value is calculated. Next, the partial differential value of the evaluation function in the cycle estimation value is calculated from the calculation result by linear interpolation, and the cycle estimation value is updated. It is determined whether the evaluation function value in the new cycle estimation value satisfies the estimation accuracy set in advance. If not, the process returns to the first partial differential calculation of the evaluation function and repeats the calculation. If the estimation accuracy is satisfied, the estimation period value is converted into a frequency, and the process ends.
【００３５】[0035]
【実施例】図１に示すような連続鋳造機において、レベ
ル計４により検出されたモールド内の湯面レベル変動デ
ータを図３に示す。このデータを用いて、図２に示す本
発明の周波数推定方法に従って推定計算を行う。周波数
推定結果を、図４に示す。横軸は推定計算の繰り返し回
数で、縦軸は推定周波数である。この例では、湯面変動
周波数の初期値を0.1Hzに設定し、湯面変動周波数の真
値0.085Hzには５回の繰り返しで推定できている。演算
速度は数msec程度であり、数十msecでの制御周期でも十
分オンライン使用可能である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 3 shows the level data of the molten metal level in a mold detected by a level meter 4 in a continuous casting machine as shown in FIG. Using this data, estimation calculation is performed according to the frequency estimation method of the present invention shown in FIG. FIG. 4 shows the frequency estimation result. The horizontal axis is the number of repetitions of the estimation calculation, and the vertical axis is the estimated frequency. In this example, the initial value of the level fluctuation frequency is set to 0.1 Hz, and the true level 0.085 Hz of the level fluctuation frequency can be estimated by repeating five times. The calculation speed is on the order of several milliseconds, and even a control cycle of several tens of milliseconds can be sufficiently used online.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、連
続鋳造機モールド内の湯面レベル変動の観測値から湯面
変動の周波数を直接推定し、オンラインで制御系に周波
数情報を提供することができることにより、十分な湯面
レベル制御性能が達成できる。このことにより、歩留ま
り向上および製品品質向上に寄与できる。As described above, according to the present invention, the frequency of the level fluctuation is directly estimated from the observed level level fluctuation in the mold of the continuous casting machine, and the frequency information is provided to the control system online. , Sufficient level control performance can be achieved. This can contribute to improvement in yield and product quality.
【図１】本発明の実施の形態に係る連続鋳造システムの
全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a continuous casting system according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の湯面レベル変動周波数推定アルゴリズ
ムの計算フローチャートの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a calculation flow chart of an algorithm for estimating a fluid level fluctuation frequency according to the present invention.
【図３】本発明の実施例で用いた連続鋳造機モールド内
湯面レベル変動実測データである。FIG. 3 shows measured data of fluctuations in the level of the molten metal in the mold of the continuous casting machine used in the embodiment of the present invention.
【図４】本発明が提案した周波数推定方法を実施した結
果である。FIG. 4 shows the result of implementing the frequency estimation method proposed by the present invention.
１ 溶鋼タンディッシュ ２ 溶鋼流量を調整するスライディングノズル ３ 鋳造モールド ４ 湯面レベル計測センサー（レベル計） ５ ノズル開度調整アクチュエータ ６ 従来型フィードバック制御器 ７ 外乱推定型適応コントローラ ８ 湯面レベル変動周波数推定器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molten steel tundish 2 Sliding nozzle which adjusts molten steel flow rate 3 Casting mold 4 Metal surface level measuring sensor (level meter) 5 Nozzle opening adjustment actuator 6 Conventional feedback controller 7 Disturbance estimation type adaptive controller 8 Metal surface level fluctuation frequency estimation vessel
Claims (2)
測して、設定湯面レベルと測定された湯面レベルとの差
をフィードバック制御器と外乱推定型適応コントローラ
に入力して、前記フィードバック制御器の出力と前記外
乱推定型適応コントローラの出力を加算してアクチュエ
ータを操作し、該アクチュエータの駆動出力によりタン
ディッシュに設置されたスライディングノズルの開度を
調整することにより湯面レベルを制御する方法におい
て、前記設定湯面レベルと測定された湯面レベルとの差
から湯面変動外乱の周波数を推定し、該周波数推定値を
前記外乱推定型適応コントローラに入力することを特徴
とする連続鋳造機モールド内湯面レベル制御方法。The present invention further comprises the steps of: measuring a level in a mold of a continuous casting machine; inputting a difference between a set level and a measured level to a feedback controller and a disturbance estimation type adaptive controller; The output of the feedback controller and the output of the disturbance estimation type adaptive controller are added to operate the actuator, and the opening level of the sliding nozzle installed in the tundish is controlled by the drive output of the actuator to control the level of the molten metal. And estimating the frequency of the level fluctuation disturbance from the difference between the set level and the measured level, and inputting the frequency estimate to the disturbance estimation type adaptive controller. A method for controlling the level of the molten metal in the casting machine mold.
める周波数推定アルゴリズムを用いることにより湯面変
動外乱の周波数推定を行うことを特徴とする請求項１記
載の連続鋳造機モールド内湯面レベル制御方法。2. The mold level in a continuous casting machine mold according to claim 1, wherein the frequency estimation of the mold level fluctuation disturbance is performed by using a frequency estimation algorithm obtained by a method based on a gradient minimization method of an evaluation function. Control method.
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|---|---|---|---|
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