JP2002148073A - 評価対象の計測装置、状態検出装置、計測方法、状態検出方法および記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 評価対象と計測点とが離れていても、計測点
において計測した信号から評価対象の位置における信号
を正確に求めることができるようにする。 【解決手段】 物理量を直接計測できない評価対象１０
から出力され、抵抗２０を介して計測部３０により計測
された状態信号に基づいて、演算部４０内の逆問題解析
部４１で評価対象１０の評価面における状態信号を求め
るための逆問題解析を行うようにして、評価対象１０と
計測部３０とが離れていても、その間にある抵抗２０の
影響を逆問題解析により取り除いて、評価対象１０の評
価面における状態信号を正確に算出することができるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、評価対象の計測装
置、状態検出装置、計測方法、状態検出方法および記録
媒体に関し、特に、評価対象から離れた位置で計測した
信号から評価対象の位置における信号を求める評価対象
の計測装置に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、評価対象物の状態は、その状
態が反映された物理量（温度等）を評価対象物から計測
器を用いて直接計測し、その計測した計測値から評価対
象物の状態を検出していた。また、上記状態が反映され
た物理量を評価対象物から直接計測できない場合には、
評価対象物から離れた計測点で物理量を計測し、その計
測値から評価対象物の状態を推定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、評価対
象物から離れた計測点における物理量の計測値から評価
対象物の状態を推定する場合には、評価対象物と計測点
との間での減衰等により計測する物理量が変化するた
め、計測点における計測値から評価対象物の状態を正確
に推定することはできなかった。さらに、評価対象物と
計測点とが所定の距離だけ離れていることにより、これ
らを含む系が非定常状態である場合には、計測点におい
て計測される物理量は時間遅延を有するため、評価対象
物の状態をリアルタイムで正確に推定することは困難で
あった。

【０００４】本発明は、上述のような問題を解決するた
めに成されたものであり、評価対象と計測点とが離れて
いても、計測点において計測した信号から評価対象の位
置における信号を正確に求めることができるようにする
ことを目的とする。また、本発明は、計測点において計
測した信号から評価対象の状態をリアルタイムで正確に
検出できるようにすることを他の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の評価対象の計測
装置は、評価対象から所定の距離だけ離れた計測点で計
測した信号に基づいて評価対象の位置における信号を求
める評価対象の計測装置であって、上記評価対象から出
力され、評価対象と計測点との間の抵抗により減衰され
た信号を計測点で計測する計測手段と、上記計測手段に
より計測した信号を用いて、逆問題解析により評価対象
の位置における信号を求める演算手段とを備えることを
特徴とする。

【０００６】本発明の評価対象の計測装置の他の特徴と
するところは、上記演算手段により求めた評価対象の位
置における信号に基づいて、評価対象内の現象の解析処
理、診断処理および制御処理のうち少なくとも１つの処
理を行う処理手段を備えることを特徴とする。

【０００７】また、本発明の評価対象の状態検出方法
は、評価対象から所定の距離だけ離れた計測点で計測し
た信号に基づいて評価対象の状態を検出する評価対象の
状態検出装置であって、過去に得られた上記評価対象の
状態に関する先験情報を記憶する情報記憶手段と、上記
評価対象から出力され、評価対象と計測点との間の抵抗
により減衰された信号を計測点で計測する計測手段と、
上記計測手段により計測した信号を用いて、逆問題解析
により評価対象の位置における信号を求める演算手段
と、上記演算手段により求めた評価対象の位置における
信号に所定の処理を施して、状態情報を生成する状態情
報生成手段と、上記状態情報生成手段により生成された
状態情報と、上記情報記憶手段に記憶されている先験情
報とを比較し、上記評価対象の状態を検出する検出手段
とを備えることを特徴とする。

【０００８】本発明の評価対象の状態検出方法の他の特
徴とするところは、上記状態情報生成手段は、上記演算
手段により求めた評価対象の位置における信号から、所
定の次元を有する再構成アトラクタを上記状態情報とし
て生成することを特徴とする。本発明の評価対象の状態
検出装置のその他の特徴とするところは、上記状態情報
生成手段は、上記再構成アトラクタを２次元表示した状
態グラフを状態情報として生成することを特徴とする。

【０００９】本発明の評価対象の状態検出装置のその他
の特徴とするところは、上記状態情報生成手段は、上記
演算手段により求めた評価対象の位置における信号に対
して周波数解析を行い、状態情報を生成することを特徴
とする。本発明の評価対象の状態検出装置のその他の特
徴とするところは、上記検出手段により検出した評価対
象の状態に応じて、評価対象内の現象の解析処理、診断
処理および制御処理のうち少なくとも１つの処理を行う
処理手段を備えることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の評価対象の計測方法は、評
価対象から所定の距離だけ離れた計測点で計測した信号
に基づいて評価対象の位置における信号を求める評価対
象の計測方法であって、上記評価対象から出力され、評
価対象と計測点との間の抵抗により減衰された信号を上
記計測点で計測し、計測した信号を用いて、逆問題解析
により評価対象の位置における信号を求めることを特徴
とする。

【００１１】本発明の評価対象の計測方法の他の特徴と
するところは、上記逆問題解析により求めた評価対象の
位置における信号に基づいて、評価対象内の現象の解析
処理、診断処理および制御処理のうち少なくとも１つの
処理を行うことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の評価対象の状態検出方法
は、評価対象から所定の距離だけ離れた計測点で計測し
た信号に基づいて評価対象の状態を検出する評価対象の
状態検出方法であって、過去に得られた上記評価対象の
状態に関する先験情報を情報記憶手段に記憶し、上記評
価対象から出力され、評価対象と計測点との間の抵抗に
より減衰された信号を上記計測点で計測し、計測した信
号を用いて、逆問題解析により評価対象の位置における
信号を求め、所定の処理を施して生成した状態情報と上
記先験情報とを比較して上記評価対象の状態を検出する
ことを特徴とする。

【００１３】本発明の評価対象の状態検出方法の他の特
徴とするところは、上記評価対象の位置における信号か
ら生成した所定の次元を有する再構成アトラクタを上記
状態情報として生成することを特徴とする本発明の評価
対象の状態検出方法のその他の特徴とするところは、上
記再構成アトラクタを２次元表示した状態グラフを状態
情報として生成することを特徴とする。

【００１４】本発明の評価対象の状態検出方法のその他
の特徴とするところは、上記評価対象の位置における信
号に対して周波数解析を行い、状態情報を生成すること
を特徴とする。本発明の評価対象の状態検出方法のその
他の特徴とするところは、上記状態情報と上記先験情報
との比較により検出した上記評価対象の状態に応じて、
評価対象内の現象の解析処理、診断処理および制御処理
のうち少なくとも１つの処理を行うことを特徴とする。

【００１５】本発明のコンピュータ読み取り可能な記録
媒体は、上記各手段としてコンピュータを機能させるた
めのプログラムを記録したことを特徴とする。また、本
発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体の他の特徴
とするところは、上記状態検出方法の手順をコンピュー
タに実行させるためのプログラムを記録したことを特徴
とする。

【００１６】上記のように構成した本発明によれば、評
価対象から所定の距離の計測点において計測した信号に
含まれる評価対象と計測点との間の抵抗による影響を逆
問題解析により取り除くことができるようになる。

【００１７】また、評価対象から所定の距離の計測点に
おいて計測した信号を用いて、逆問題解析により評価対
象の位置における信号を求め、所定の処理を施して得ら
れた状態情報と過去に得られた先験情報とを比較して上
記評価対象の状態を検出するようにしたときには、評価
対象と計測点との間の抵抗による影響を除いた評価対象
の位置における信号に基づいて、評価対象の状態を検出
できるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１９】（第１の実施形態）図１は、第１の実施形
態による状態検出装置を適用した状態制御装置の構成例
を示すブロック図である。図１において、３０は計測部
であり、評価対象１０から所定の距離を有する計測点に
おいて、評価対象１０から出力され、抵抗２０により減
衰された状態信号を計測する。上記評価対象１０から出
力される状態信号は、評価対象１０の状態を反映した信
号であり、熱、振動、音等がある。すなわち、計測部３
０は、計測点における評価対象１０の状態が反映された
物理量等を計測する。

【００２０】ここで、抵抗２０は評価対象１０から出力
される状態信号を減衰させるものである。例えば、上記
状態信号が熱に関する信号であれば、大きな熱容量を有
するものや熱伝導度の低いもの等の伝熱抵抗となるもの
である。

【００２１】４０は演算部であり、上記計測部３０にお
ける状態信号の計測結果（以下、「計測点における計測
値」と称す。）に基づいて、評価対象１０の外表面また
は外表面上の点（以下、「評価面」と称す。）における
状態信号を逆問題解析により求めたり、求めた評価面に
おける状態信号から再構成アトラクタを作成したりす
る。上記演算部４０は、逆問題解析部４１、アトラクタ
作成部４２、グラフ作成部４３および記憶部４４を含み
構成される。

【００２２】逆問題解析部４１は、計測点における計測
値および抵抗２０の物性値等を用いて逆問題解析を行
い、評価対象１０の評価面における状態信号を求める。
すなわち、逆問題解析部４１は、仮に評価対象１０の評
価面で計測したと仮定した場合に計測される状態信号の
算出を行う。

【００２３】上記逆問題解析では、例えば、評価対象１
０、抵抗２０および計測部３０を含む系を対象にした所
定の方程式（偏微分方程式等）と、評価対象１０の評価
面における状態信号の仮定値とを用いて、計測点におけ
る状態信号を算出する。その算出した状態信号と、計測
部３０により実際に計測された計測点における計測値と
の誤差が所定の値より小さくなるように、評価対象１０
の評価面における状態信号の仮定値を修正し、計測点に
おける状態信号の算出を繰り返す。そして、算出した状
態信号と、実際に計測された計測点における計測値との
誤差が所定の値より小さくなったときの仮定値を評価対
象１０の評価面における状態信号とする。

【００２４】また、例えば、次式に基づいて、評価対象
１０の評価面における状態信号を算出する。

【００２５】

【数１】

【００２６】上記式（１）は非定常方程式であり、例え
ば、熱伝導であれば熱伝導方程式である。上記式（１）
に対して、所定の演算等を施すと式（２）のような積分
境界方程式になる。式（２）において、Ｇは共役方程式
の解、ｕはスカラー値（例えば、熱伝導であれば温度
等）、∂ｕ／∂ｎはスカラー勾配（例えば、熱伝導であ
れば熱流束）である。

【００２７】式（２）において、左辺は評価対象１０の
評価面に関する積分であり、右辺は所定の既知境界面、
例えば計測点を含む面に関する積分である。したがっ
て、計測点における計測値に基づいて、式（２）の右辺
の値が求められ、求めた値から式（２）の左辺の評価面
におけるスカラー勾配∂ｕ／∂ｎが求められる。さら
に、上述のようにして得られた評価面におけるスカラー
勾配∂ｕ／∂ｎを、計測点における計測値を境界条件と
して解くことにより評価面のスカラー値ｕを算出する。
このスカラー値ｕが評価面における状態信号である。

【００２８】アトラクタ作成部４２は、逆問題解析部４
１により算出された時系列の評価面における状態信号に
基づいて、アトラクタと呼ばれる軌道を再構成する。ま
ず、アトラクタ作成部４２は、逆問題解析部４１により
算出された時系列の評価面における状態信号から、対象
とする現象の２倍以上の次元ｍを持つ遅延ベクトルｖ
（ｔ）＝（ｕ（ｔ），ｕ（ｔ＋τ），ｕ（ｔ＋２τ），
…，ｕ（ｔ＋（ｍ−１）τ））を作成する。

【００２９】ここで、上記遅延ベクトルｖ（ｔ）におい
て、ｕ（Ｔ）は時刻Ｔにおける評価面における状態信号
の値である。例えば、上記逆問題解析部４１が上述した
式（１）、（２）を用いて、評価面における状態信号を
算出した場合には、上記ｕ（Ｔ）は評価面のスカラー値
ｕである。なお、上記ｕ（Ｔ）として、評価面における
スカラー勾配∂ｕ／∂ｎを用いても良い。

【００３０】次に、アトラクタ作成部４２は、上記作成
した遅延ベクトルｖ（ｔ）を所定の次元を有する位相空
間に写像する。この写像した遅延ベクトルｖ（ｔ）の時
間推移による軌道を作成することによりアトラクタを再
構成する。なお、以下の説明では、この再構成したアト
ラクタを「再構成アトラクタ」と称す。

【００３１】グラフ作成部４３は、上記アトラクタ作成
部４２により再構成したアトラクタに基づいて、リカレ
ンスプロットを作成する。上記リカレンスプロットは、
現在の状態と過去の状態との類似構造を視覚化するもの
であり、多次元であるアトラクタの挙動を所定の規則に
従って、２次元表示することにより得られる。具体的に
は、グラフ作成部４３は、再構成アトラクタにおいて、
現在時刻の点から所定の距離内にある近傍点を検索す
る。その結果、検索された近傍点の時刻を、横軸を現在
時刻、縦軸を上記近傍点の時刻として２次元表示するこ
とによりリカレンスプロットを作成する。

【００３２】記憶部４４は、上記逆問題解析部４１、ア
トラクタ作成部４２およびグラフ作成部４３での処理に
用いるデータを記憶するものである。記憶部４４には、
計測部３０により計測された状態信号の計測値、逆問題
解析部４１により算出された評価面における状態信号、
アトラクタ作成部４２により作成された再構成アトラク
タ等が記憶される。５０は先験情報記憶部であり、過去
の実験、経験等により得られた評価対象１０の状態とそ
の状態の挙動を示したリカレンスプロットとが記憶され
ている。

【００３３】６０は処理部であり、状態検出部６１を含
み構成され、上記演算部４０から供給されるリカレンス
プロットと、上記先験情報記憶部５０に記憶されている
リカレンスプロットとに基づいて評価対象１０の状態を
検出する。さらに、処理部６０は、検出した評価対象１
０の状態に応じて、評価対象１０の状態を制御する。

【００３４】状態検出部６１は、上記演算部４０から供
給されるリカレンスプロットと、上記先験情報記憶部５
０に記憶されているそれぞれのリカレンスプロットとの
プロット構造（形状）を比較し、評価対象１０の状態を
同定する。その結果に基づいて状態検出部６１は、評価
対象１０の状態を検出する。例えば、上記演算部４０か
ら供給されるリカレンスプロットのプロット構造と、全
く同じプロット構造を有する過去に得たリカレンスプロ
ットがある場合には、評価対象１０の状態は当該リカレ
ンスプロットを過去に得たときと同じ状態である。な
お、上記演算部４０から供給されるリカレンスプロット
のプロット構造と、全く同じプロット構造を有する過去
に得たリカレンスプロットがない場合には、プロット構
造の類似性（相関係数）等により判断しても良い。

【００３５】次に、動作について説明する。なお、動作
の説明では、図２に示す連続鋳造機において生成される
鋳片の状態を検出するために、図１に示した状態制御装
置を用いた場合を一例として説明する。

【００３６】図２は、連続鋳造機の概略構成を示す模式
図である。図２において、２０１は鋳型内鋳片、２０２
は溶融金属、２０３は凝固シェル、２０４は、鋳型２０
５と鋳型内鋳片２０１との間での摩擦を減らすためのパ
ウダー層である。２０６は水冷溝であり、鋳型２０５を
冷却し鋳型内鋳片２０１から抜熱するための冷却水を通
過させるためのものである。但し、鋳型内鋳片２０１
は、溶鋼から周囲の冷却により凝固してゆくものであ
り、液相と固相との両方を含む。

【００３７】２０７は上部熱電対、２０８は上部熱電対
２０７での計測結果である第１の計測情報、２０９は下
部熱電対、２１０は下部熱電対２０９での計測結果であ
る第２の計測情報である。上記第１および第２の計測情
報２０８、２１０は、温度を示す情報である。また、２
１１、２１２は、上部熱電対２０７、下部熱電対２０９
の位置から鋳型内面まで水平に平行移動した点である。

【００３８】この図２に示した連続鋳造機では、上記鋳
型内鋳片２０１が図１に示した評価対象１０に相当し、
上部熱電対２０７および下部熱電対２０９のそれぞれが
計測部３０に相当する。したがって、第１および第２の
計測情報２０８、２１０が、計測点における計測値であ
り、点２１１、２１２が評価対象１０の評価面である。
また、鋳型内鋳片２０１と、上部熱電対２０７および下
部熱電対２０９との間の鋳型部分が抵抗２０に相当す
る。

【００３９】図３は、図１に示した状態制御装置の動作
を示すフローチャートである。図３において、演算部４
０は、計測部３０（上部熱電対２０７、下部熱電対２０
９）から供給される計測値である第１および第２の計測
情報２０８、２１０を取り込む（ステップＳ１）。次
に、ステップＳ２で、ステップＳ１において取り込んだ
第１および第２の計測情報２０８、２１０を逆問題解析
部４１に供給する。逆問題解析部４１は、供給された第
１および第２の計測情報２０８、２１０を用いて、鋳型
内鋳片２０１の稼動面上の点２１１、２１２における温
度、または熱流束を求めるための逆問題解析を行う。

【００４０】ここでは、上述した式（１）、（２）を用
いて逆問題解析を行うとする。すなわち、逆問題解析部
４１は上記上部熱電対２０７および下部熱電対２０９で
計測された温度に基づいて、まず鋳型内鋳片２０１の稼
動面上の点２１１、２１２における熱流束（式（２）の
左辺の∂ｕ／∂ｎ）をそれぞれ求める。そして、それぞ
れ求めた熱流束と上部熱電対２０７および下部熱電対２
０９により計測された温度から鋳型内鋳片２０１の稼動
面上の点２１１、２１２における温度をそれぞれ求め
る。

【００４１】図４は、上部熱電対２０７および下部熱電
対２０９で計測された温度と、上述のようにして求めた
点２１１、２１２における熱流束とを示す図である。図
４（Ａ）は、上部熱電対２０７および下部熱電対２０９
で計測された温度と鋳造経過時間を示したものである。
図４（Ａ）において、４１が上部熱電対２０７で計測さ
れた温度の値を示し、４２が下部熱電対２０９で計測さ
れた温度の値を示す。

【００４２】図４（Ｂ）は、（Ａ）に示す計測された温
度から逆問題解析により算出した鋳型内鋳片２０１の稼
動面上の点２１１、２１２における熱流束と鋳造経過時
間とを示したものである。図４（Ｂ）において、４４は
点２１１における熱流束値であり、上部熱電対２０７で
計測された値に基づいて算出される。また、４５は点２
１２における熱流束値であり、下部熱電対２０９で計測
された値に基づいて算出される。

【００４３】上記図４（Ａ）、（Ｂ）から、計測点にお
いて計測される温度は、鋳型内面から計測点までの伝熱
抵抗による伝熱遅れのために伝熱変化が鈍った（滑らか
な温度変化）状態で検出されるが、上記計測された温度
に基づいて算出された熱流束値は鋭い変化を示してい
る。特に、図４（Ａ）の領域４３では、計測点で計測さ
れた温度変化は小さいが、（Ｂ）で上記領域４３に対応
する領域４６での熱流束値は大きな変化を示している。

【００４４】図５（ａ）、（ｂ）は、図４（Ａ）、
（Ｂ）の時間３３００〜３５５０の部分をそれぞれ拡大
したものであり、図５（ａ）に示す温度と鋳造経過時間
との関係では、伝熱抵抗等により温度変化がなまってい
るため、温度変化を捉え難いが、図５（ｂ）に示す熱流
束と鋳造経過時間との関係では、熱流束の変化は鋭く明
確に変化する。

【００４５】次に、ステップＳ３でアトラクタ作成部４
２は、上記ステップＳ２において算出された鋳型内鋳片
２０１の稼動面上の点２１１、２１２における熱流束値
からアトラクタを再構成する。すなわち、アトラクタ作
成部４２は、逆問題解析部４１により算出された図４
（Ｂ）に示す熱流束値に基づいて、ｍ次元の遅延ベクト
ルｖ（ｔ）を作成する。上記遅延ベクトルを、（ｘ
（ｔ），ｘ（ｔ＋７τ），ｘ（ｔ＋（ｍ−１）τ））を
座標としてプロットすることにより、図６に示すような
上記遅延ベクトルの時間推移を示すアトラクタを再構成
する。ここで、ｍは相関次元解析で求めた次元の２倍以
上の数字である。図６において、軌道が密な領域６１は
安定な状態を示す軌道領域であり、軌道が疎な領域６
２、６３は、例えば鋳片に縦割れが生じているなどの不
安定な状態を示す軌道領域である。

【００４６】ステップＳ４で、グラフ作成部４３は、上
記ステップＳ３において再構成されたアトラクタに基づ
いて、リカレンスプロットを作成する。リカレンスプロ
ットは上述したように、図６に示す再構成アトラクタに
おいて、現在時刻の点から所定の距離内にある近傍点を
検索し、検索された近傍点の時刻を縦軸に、現在時刻を
横軸にとってプロットすることにより作成する。

【００４７】図７は、上述した図６に基づいて、作成さ
れたリカレンスプロットを示す図である。図７に示した
リカレンスプロットでは、図６に示した再構成アトラク
タにおいて安定状態を示す軌道領域６１の点が領域７１
に対応している。また、プロットの構造変化点である領
域７２は、不安定な状態を示す領域である。つまり、リ
カレンスプロットでは、プロットの密度が高いほど評価
対象１０（鋳片）は安定な状態である。

【００４８】そして、ステップＳ５で、ステップＳ４に
おいて作成されたリカレンスプロットと、先験情報記憶
部５０に記憶されているリカレンスプロットとのプロッ
ト形状が、状態検出部６１で比較される。その比較結果
に応じて、状態検出部６１は鋳型内鋳片２０１の状態を
検出する。

【００４９】ステップＳ６で、上記状態検出部６１によ
り検出された状態に応じて処理部６０は、所定の処理、
例えばパウダー層が薄くなることで摩擦が発生し、鋳型
内鋳片２０１に縦割れ等が発生している場合には、パウ
ダー層が厚くなるようにパウダー量を制御したりする。

【００５０】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、評価対象１０である鋳型内鋳片２０１より出力さ
れ、抵抗２０を介して計測部３０である熱電対２０７、
２０９により計測された温度に基づいて、演算部４０内
の逆問題解析部４１で鋳型内鋳片２０１の稼動面上の点
２１１、２１２における温度および熱流束を求めるため
の逆問題解析を行う。

【００５１】これにより、評価対象１０である鋳型内鋳
片２０１と計測部３０である熱電対２０７、２０９とが
離れており、鋳型内鋳片２０１から出力される温度を直
接計測することができなくとも、その間にある抵抗２０
の影響を逆問題解析により取り除くことができ、鋳型内
鋳片２０１の稼動面上の点２１１、２１２において計測
したと仮定した場合の温度および熱流束を正確に算出す
ることができる。

【００５２】また、上記算出された鋳型内鋳片２０１の
稼動面上の点２１１、２１２において計測したと仮定し
た場合の温度および熱流束の振る舞いを示すアトラクタ
を再構成し、さらに再構成した上記アトラクタに基づい
てリカレンスプロットを作成し、過去に得たリカレンス
プロットとの比較を行い、その結果に基づいて、鋳型内
鋳片２０１の状態を検出するようにしたので、鋳型内鋳
片２０１の状態をリアルタイムで正確に検出することが
できる。

【００５３】なお、本実施形態では、演算部４０でリカ
レンスプロットを作成し、先験情報記憶部５０に記憶さ
れているリカレンスプロットと比較するようにしたが、
演算部４０でアトラクタを再構成するまでの処理を行
い、先験情報記憶部５０には過去に得た再構成アトラク
タを記憶するようにして、再構成アトラクタの形状を比
較して評価対象１０である鋳型内鋳片２０１の状態を検
出するようにしても良い。このようにした場合には、少
ない処理で鋳型内鋳片２０１の状態を正確に検出するこ
とができる。

【００５４】また、演算部４０から状態検出部６１にリ
カレンスプロットとともに再構成したアトラクタを供給
し、先験情報記憶部５０には過去に得た再構成アトラク
タとリカレンスプロットとを記憶するようにしても良
い。この場合には、リカレンスプロットおよび再構成ア
トラクタのそれぞれを比較して評価対象１０である鋳型
内鋳片２０１の状態を検出することができ、より正確に
鋳型内鋳片２０１の状態検出を行うことができる。

【００５５】また、本実施形態では、状態決定部６１に
より検出された評価対象１０である鋳型内鋳片２０１の
状態に応じて処理部６０は、鋳型内鋳片２０１の状態を
制御するための処理を行うようにしているが、処理部６
０は再構成アトラクタの現在時刻の近傍点に基づいて、
所定時間経過後の状態を予測し、その予測結果に基づい
て鋳型内鋳片２０１の状態をフィードフォワード制御す
るようにしても良い。

【００５６】（第２の実施形態）上述した第１の実施形
態では、再構成アトラクタによる位相空間領域での解析
処理に基づいて評価対象１０の状態の検出を行っていた
が、第２の実施形態では、周波数領域での解析処理に基
づいて評価対象１０の状態の検出を行うようにしたもの
である。

【００５７】図８は、第２の実施形態による状態検出装
置を適用した状態制御装置の一構成例を示すブロック図
である。なお、この図８において、図１に示したブロッ
クと同一の機能を有するブロックには同一の符号を付
し、重複する説明は省略する。また、図１に示したブロ
ックと同一ではないが対応する機能を有するブロックに
は、同じ符号に’を付している。

【００５８】図８において、４０’は演算部であり、計
測部３０における状態信号の計測結果に基づいて、評価
対象１０の評価面における状態信号を求めたり、求めた
評価面における状態信号から、評価対象１０の状態を検
出するための周波数解析を行ったりする。上記演算部４
０’は、逆問題解析部４１、周波数解析部４５、記憶部
４４を含み構成される。

【００５９】周波数解析部４５は、上記逆問題解析部４
１により算出された時系列の評価面における状態信号を
周波数解析する。具体的には、上記逆問題解析部４１に
より算出された時系列の状態信号（例えば、上記逆問題
解析部４１が上述した式（１）、（２）を用いて逆問題
解析を行う場合には、スカラー値ｕまたはスカラー勾配
∂ｕ／∂ｎ）を、ウェーブレット変換する。なお、第２
の実施形態で用いるウェーブレット変換は、離散ウェー
ブレット変換とする。

【００６０】５０’は先験情報記憶部であり、過去に得
られた信号をウェーブレット変換したものを記憶する。

【００６１】６０’は処理部であり、状態検出部６１’
を含み構成され、上記演算部４０’から供給される多重
解像度マップと、上記先験情報記憶部５０’に記憶され
ている多重解像度マップとに基づいて評価対象１０の状
態を検出する。さらに、処理部６０’は、検出した評価
対象１０の状態に応じて、評価対象１０の状態を制御す
る。

【００６２】状態検出部６１’は、上記演算部４０から
供給される多重解像度マップと、上記先験情報記憶部５
０’に記憶されているそれぞれの多重解像度マップとを
比較し、評価対象１０の状態を同定する。その結果に基
づいて状態検出部６１’は、評価対象１０の状態を検出
する。

【００６３】次に、図９に基づいて、動作について説明
する。なお、第２の実施形態でも、図２に示した連続鋳
造機において生成される鋳片の状態を検出するために図
８に示した状態制御装置を用いた場合を一例として説明
する。図９は、図８に示した状態制御装置の動作を示す
フローチャートである。図９において、まず演算部４
０’は、計測部３０（上部熱電対２０７、下部熱電対２
０９）から供給される計測値である第１および第２の計
測情報２０８、２１０を取り込み（ステップＳ１１）、
取り込んだ第１および第２の計測情報２０８、２１０を
用いて逆問題解析処理を行い、評価面（鋳型内鋳片２０
１の稼動面上の点２１１、２１２）における温度、また
は熱流束を求める（ステップＳ１２）。なお、以下で
は、熱流束を求めた場合について説明するが、温度であ
っても良いことは言うまでもない。

【００６４】次に、ステップＳ１３で、上記ステップＳ
１２において算出された時系列の鋳型内鋳片２０１の稼
動面上の点２１１、２１２における熱流束に対して周波
数解析を行う。この周波数解析は離散ウェーブレット変
換を用いて行い、元の信号（算出された時系列の熱流
束）に含まれる変動成分を周波数ごとに抽出する。

【００６５】図１０は、図４（Ｂ）に示した熱流束値に
ウェーブレット変換を施すことにより得られる熱流束の
変動量を示す図である。図１０（Ａ）は、Ａ周期帯（Ａ
は所定の値）の変動量成分を示したものであり、
（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ２Ａ周期帯、１６Ａ周期帯の
変動量成分を示したものである。図１０において、領域
１００１でＡ周期帯の変動量を示す波形に乱れが見ら
れ、その乱れが（Ｂ）の領域１００２、（Ｃ）の領域１
００３と高周波側から低周波側に順に伝搬していること
がわかる。また、図１０（Ｃ）の領域１００３では、同
期の乱れにより２つの信号のずれが見られる。

【００６６】図９に戻り、ステップＳ１４で、ステップ
Ｓ１３において周波数解析した結果得られる図１０に示
すような多重解像度マップと、先験情報記憶部５０’に
記憶されている多重解像度マップとの比較を行い、その
比較結果に応じて処理部６０’は所定の処理を行う（ス
テップＳ１５）。

【００６７】以上説明したように、第２の実施形態によ
れば、第１の実施形態と同様に、鋳型内鋳片２０１より
出力され、抵抗２０を介して熱電対２０７、２０９によ
り計測された温度に基づいて、演算部４０’内の逆問題
解析部４１で鋳型内鋳片２０１の稼動面上の点２１１、
２１２における温度および熱流束を求めるための逆問題
解析を行う。

【００６８】これにより、評価対象１０である鋳型内鋳
片２０１と計測部３０である熱電対２０７、２０９とが
離れており、鋳型内鋳片２０１から出力される温度を直
接計測することができなくとも、その間にある抵抗２０
の影響を逆問題解析により取り除くことができ、鋳型内
鋳片２０１の稼動面上の点２１１、２１２において計測
したと仮定した場合の温度および熱流束を正確に算出す
ることができる。

【００６９】また、上記算出された鋳型内鋳片２０１の
稼動面上の点２１１、２１２において計測したと仮定し
た場合の温度および熱流束にウェーブレット変換を施
し、その結果得た多重解像度マップと先験情報記憶部５
０’に記憶されている多重解像度マップとを比較し、そ
の結果に基づいて、鋳型内鋳片２０１の状態を検出する
ようにしたので、鋳型内鋳片２０１の状態をリアルタイ
ムで正確に検出することができる。

【００７０】なお、第２の実施形態では、ウェーブレッ
ト変換は離散ウェーブレット変換を用いているが、連続
ウェーブレット変換を用いるようにしても良い。この場
合には、先験情報記憶部５０’には、時間対周波数のマ
ップを記憶するようにすればよい。

【００７１】また、第１および第２の実施形態では、制
御部６０、６０’は、検出された評価対象１０の状態に
応じて、評価対象１０の状態を制御するための処理を行
うようにしているが、検出された評価対象１０の状態に
応じて、評価対象１０内での現象を解析したり、状態を
診断したり、将来の状態を予測したりするようにしても
良い。

【００７２】なお、上述した第１および第２の実施形態
では、連続鋳造機で生成される鋳片の状態を検出するた
めに、本発明を適用した状態制御装置について示した
が、本発明は連続鋳造機で生成される鋳片の状態検出に
限らず、評価対象と計測点とが離れており評価対象から
直接計測することができないものの評価対象の位置にお
ける信号の計測および評価対象の状態の検出の少なくと
も一方に適用することができるものである。

【００７３】（本発明の他の実施形態）なお、以上に説
明した本実施形態の計測装置および状態検出装置は、コ
ンピュータのＣＰＵあるいはＭＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭな
どで構成されるものであり、ＲＡＭやＲＯＭに記憶され
たプログラムが動作することによって実現できる。した
がって、コンピュータが上記機能を果たすように動作さ
せるプログラムを、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記録媒
体に記録し、コンピュータに読み込ませることによって
実現できるものである。上記プログラムを記録する記録
媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フロッピー（登録
商標）ディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気
ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができ
る。

【００７４】また、コンピュータが供給されたプログラ
ムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現さ
れるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおい
て稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）ある
いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実
施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラ
ムの処理の全てあるいは一部がコンピュータの機能拡張
ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形
態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発
明の実施形態に含まれる。

【００７５】また、本発明をネットワーク環境で利用す
るべく、全部あるいは一部のプログラムが他のコンピュ
ータで実行されるようになっていても良い。例えば、画
面入力処理は、遠隔端末コンピュータで行われ、各種判
断、ログ記録等は他のセンターコンピュータ等で行われ
るようにしても良い。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、物
理量を直接計測できない評価対象から出力され、評価対
象と計測点との間の抵抗により減衰された信号を、上記
評価対象から所定の距離だけ離れた計測点において計測
し、上記計測した信号を用いて逆問題解析により評価対
象の位置における信号を求めるようにしたので、評価対
象と計測点とが離れていても、その間の抵抗による影響
を逆問題解析により取り除くことができ、評価対象の位
置における信号を正確に求めることができる。

【００７７】また、本発明の他の特徴によれば、評価対
象から所定の距離だけ離れている計測点において計測し
た信号を用いて、逆問題解析により評価対象の位置にお
ける信号を求め、求めた信号に所定の処理を施して生成
した状態情報と過去に得られた先験情報とを比較して上
記評価対象の状態を検出するようにしたので、評価対象
と計測点との間の抵抗による影響を除いた評価対象の位
置における信号を求めることができ、上記求めた信号に
基づいて評価対象の状態をリアルタイムで正確に検出す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態による状態検出装置を適用した
状態制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図２】連続鋳造機の概略構成を示す模式図である。

【図３】第１の実施形態による状態検出装置を適用した
状態制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図４】熱電対により計測された温度と、鋳型内鋳片の
稼動面における熱流束とを示す図である。

【図５】熱電対により計測した温度と、鋳型内鋳片の稼
動面における熱流束とを示す図である。

【図６】第１の実施形態により得られる再構成アトラク
タを示す図である。

【図７】第１の実施形態により得られるリカレンスプロ
ットを示す図である。

【図８】第２の実施形態による状態検出装置を適用した
状態制御装置の一構成例を示すブロック図である。

【図９】第２の実施形態による状態検出装置を適用した
状態制御装置の動作を示すフローチャートである。

【図１０】ウェーブレット変換による多重解像度マップ
を示す図である。

【符号の説明】

１０ 評価対象 ２０ 抵抗 ３０ 計測部 ４０、４０’ 演算部 ４１ 逆問題解析部 ４２ アトラクタ作成部 ４３ グラフ作成部 ４４ 記憶部 ４５ 周波数解析部 ５０、５０’ 先験情報記憶部 ６０、６０’ 処理部 ６１ 状態検出部

フロントページの続き (72)発明者 林 順一 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 合原 一幸 千葉県習志野市谷津４−８−８−208 (72)発明者 山本 昌宏 東京都豊島区西巣鴨２−15−17 Ｆターム(参考） 4E004 MA05 MC12 MC13 PA07

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 評価対象から所定の距離だけ離れた計測
   点で計測した信号に基づいて評価対象の位置における信
   号を求める評価対象の計測装置であって、 上記評価対象から出力され、評価対象と計測点との間の
   抵抗により減衰された信号を計測点で計測する計測手段
   と、 上記計測手段により計測した信号を用いて、逆問題解析
   により評価対象の位置における信号を求める演算手段と
   を備えることを特徴とする評価対象の計測装置。
2. 【請求項２】 上記演算手段により求めた評価対象の位
   置における信号に基づいて、評価対象内の現象の解析処
   理、診断処理および制御処理のうち少なくとも１つの処
   理を行う処理手段を備えることを特徴とする請求項１に
   記載の評価対象の計測装置。
3. 【請求項３】 評価対象から所定の距離だけ離れた計測
   点で計測した信号に基づいて評価対象の状態を検出する
   評価対象の状態検出装置であって、 過去に得られた上記評価対象の状態に関する先験情報を
   記憶する情報記憶手段と、 上記評価対象から出力され、評価対象と計測点との間の
   抵抗により減衰された信号を計測点で計測する計測手段
   と、 上記計測手段により計測した信号を用いて、逆問題解析
   により評価対象の位置における信号を求める演算手段
   と、 上記演算手段により求めた評価対象の位置における信号
   に所定の処理を施して、状態情報を生成する状態情報生
   成手段と、 上記状態情報生成手段により生成された状態情報と、上
   記情報記憶手段に記憶されている先験情報とを比較し、
   上記評価対象の状態を検出する検出手段とを備えること
   を特徴とする評価対象の状態検出装置。
4. 【請求項４】 上記状態情報生成手段は、上記演算手段
   により求めた評価対象の位置における信号から、所定の
   次元を有する再構成アトラクタを上記状態情報として生
   成することを特徴とする請求項３に記載の評価対象の状
   態検出装置。
5. 【請求項５】 上記状態情報生成手段は、上記再構成ア
   トラクタを２次元表示した状態グラフを状態情報として
   生成することを特徴とする請求項４に記載の評価対象の
   状態検出装置。
6. 【請求項６】 上記状態情報生成手段は、上記演算手段
   により求めた評価対象の位置における信号に対して周波
   数解析を行い、状態情報を生成することを特徴とする請
   求項３に記載の評価対象の状態検出装置。
7. 【請求項７】 上記検出手段により検出した評価対象の
   状態に応じて、評価対象内の現象の解析処理、診断処理
   および制御処理のうち少なくとも１つの処理を行う処理
   手段を備えることを特徴とする請求項３〜６の何れか１
   項に記載の評価対象の状態検出装置。
8. 【請求項８】 評価対象から所定の距離だけ離れた計測
   点で計測した信号に基づいて評価対象の位置における信
   号を求める評価対象の計測方法であって、上記評価対象
   から出力され、評価対象と計測点との間の抵抗により減
   衰された信号を上記計測点で計測し、計測した信号を用
   いて、逆問題解析により評価対象の位置における信号を
   求めることを特徴とする評価対象の計測方法。
9. 【請求項９】 上記逆問題解析により求めた評価対象の
   位置における信号に基づいて、評価対象内の現象の解析
   処理、診断処理および制御処理のうち少なくとも１つの
   処理を行うことを特徴とする請求項８に記載の評価対象
   の計測方法。
10. 【請求項１０】 評価対象から所定の距離だけ離れた計
    測点で計測した信号に基づいて評価対象の状態を検出す
    る評価対象の状態検出方法であって、過去に得られた上
    記評価対象の状態に関する先験情報を情報記憶手段に記
    憶し、上記評価対象から出力され、評価対象と計測点と
    の間の抵抗により減衰された信号を上記計測点で計測
    し、計測した信号を用いて、逆問題解析により評価対象
    の位置における信号を求め、所定の処理を施して生成し
    た状態情報と上記先験情報とを比較して上記評価対象の
    状態を検出することを特徴とする評価対象の状態検出方
    法。
11. 【請求項１１】 上記評価対象の位置における信号から
    生成した所定の次元を有する再構成アトラクタを上記状
    態情報として生成することを特徴とする請求項１０に記
    載の評価対象の状態検出方法。
12. 【請求項１２】 上記再構成アトラクタを２次元表示し
    た状態グラフを状態情報として生成することを特徴とす
    る請求項１１に記載の評価対象の状態検出方法。
13. 【請求項１３】 上記評価対象の位置における信号に対
    して周波数解析を行い、状態情報を生成することを特徴
    とする請求項１０に記載の評価対象の状態検出方法。
14. 【請求項１４】 上記状態情報と上記先験情報との比較
    により検出した上記評価対象の状態に応じて、評価対象
    内の現象の解析処理、診断処理および制御処理のうち少
    なくとも１つの処理を行うことを特徴とする請求項１０
    〜１３の何れか１項に記載の評価対象の状態検出方法。
15. 【請求項１５】 請求項１〜７の何れか１項に記載の各
    手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム
    を記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能
    な記録媒体。
16. 【請求項１６】 請求項８〜１４の何れか１項に記載の
    状態検出方法の処理手順をコンピュータに実行させるた
    めのプログラムを記録したことを特徴とするコンピュー
    タ読み取り可能な記録媒体。