JP2016203180A - Controller parameter derivation method, controller parameter derivation device, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御器パラメータ導出方法、制御器パラメータ導出装置、およびプログラムに関し、特に、連続鋳造機における鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを制御するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a controller parameter derivation method, a controller parameter derivation device, and a program, and is particularly suitable for use in controlling the level of molten metal in a mold in a continuous casting machine.
鋼等の連続鋳造機においては、金属溶湯は、取鍋からタンディッシュに供給・貯留されたうえで、浸漬ノズルを介してモールド(鋳型)内に連続的に供給される。金属溶湯のモールド内への供給と並行して、モールド内の金属溶湯は、水冷されたモールドで表面から冷却されて凝固殻を形成しながら、複数対のピンチロールによってモールド下部から連続的に引き出される。さらに、モールド下部から引き出された凝固核に対し、冷却スプレーにより水を吹き付けることにより、凝固核の冷却を進めることで、凝固核の内部まで凝固させる。このようにして、スラブ、ブルーム、ビレット等の鋳片が形成される。 In a continuous casting machine such as steel, the molten metal is supplied and stored from a ladle to a tundish and then continuously supplied into a mold (mold) through an immersion nozzle. In parallel with the supply of molten metal into the mold, the molten metal in the mold is continuously drawn from the bottom of the mold by multiple pairs of pinch rolls while being cooled from the surface with a water-cooled mold to form a solidified shell. It is. Further, the solidification nuclei drawn out from the lower part of the mold are sprayed with water by cooling spray to advance the cooling of the solidification nuclei, thereby solidifying the inside of the solidification nuclei. In this way, slabs such as slabs, blooms and billets are formed.
このとき、金属溶湯の温度や組成によっては非定常バルジングや浸漬ノズルの詰り・剥離等の外乱が発生することで、モールド内の湯面レベル(金属溶湯の表面の高さ位置)が変動する。湯面レベルの変動量が大きいと、凝固開始点である湯面における凝固殻の成長が不安定化する。これにより、モールドからの金属溶湯の溢れ出しやブレークアウトが生じ、安定操業を阻害する場合がある。また、湯面レベルの変動量が大きいと、湯面上に散布されている潤滑材であるパウダーが金属溶湯の内部へ巻き込まれ、鋼片の品質低下を起こす場合がある。 At this time, depending on the temperature and composition of the molten metal, disturbance such as unsteady bulging and clogging / peeling of the immersion nozzle occurs, and the molten metal level in the mold (the height position of the molten metal surface) varies. When the amount of fluctuation of the molten metal level is large, the growth of the solidified shell on the molten metal surface, which is the solidification start point, becomes unstable. As a result, the molten metal overflows from the mold and breaks out, which may hinder stable operation. Moreover, if the amount of fluctuation of the molten metal surface level is large, the powder, which is a lubricant dispersed on the molten metal surface, may be caught inside the molten metal, and the quality of the steel slab may be deteriorated.
そのため、連続鋳造機では、モールド内の湯面の上方に配置されたレベル計で湯面レベルを常時検出し、その検出の結果に基づいてタンディッシュからモールド内への金属溶湯の注入量を、スライディングノズル或いはストッパーの開度のフィードバック制御により調整することで、湯面レベルを一定の目標レベルに保持する自動制御を実施する。このような自動制御を、連続鋳造機のモールド湯面レベル制御と呼ぶ。 Therefore, in the continuous casting machine, the molten metal level is always detected by a level meter arranged above the molten metal surface in the mold, and the injection amount of the molten metal from the tundish into the mold is based on the detection result. Automatic control to maintain the molten metal surface level at a constant target level is performed by adjusting the sliding nozzle or stopper opening degree by feedback control. Such automatic control is called mold surface level control of a continuous casting machine.
連続鋳造機のモールド湯面レベル制御においては、一般にPI制御が多く用いられる。しかしながら、PI制御はプロセス(プラント)の特性変化に弱く、制御ゲインを高めることが困難である。このため、連続鋳造機のモールド湯面レベル制御にPI制御を用いると、湯面レベルの変動が発生しやすく、鋼片の品質向上の妨げとなる虞がある。 In mold level control of a continuous casting machine, PI control is generally used in many cases. However, PI control is vulnerable to changes in process (plant) characteristics, and it is difficult to increase the control gain. For this reason, when PI control is used for mold surface level control of a continuous casting machine, fluctuation of the surface level is likely to occur, which may hinder the improvement of the quality of the steel slab.
こうしたプロセスの特性変化に対する湯面レベル制御の脆弱性は、高度制御理論の適用により対策されてきた。かかる対策を施す技術として、特許文献1、特許文献2に開示された技術がある。
特許文献1では、連続鋳造機のモールド湯面レベル制御にSAC(Simple Adaptive Control:単純適応制御)を適用することで、湯面レベルの偏差から計算される適応ゲインに基づいて高速にストッパー開度を調整する。
特許文献2では、フィードバック制御だけでは除去困難な外乱による湯面レベルの変動を高速に除去するため、外乱オブザーバを構成し、外乱オブザーバにより推定外乱を演算し、演算した推定外乱をSAC制御出力に加算する。
The vulnerability of hot water level control to such process characteristic changes has been addressed by applying advanced control theory. As techniques for taking such measures, there are techniques disclosed in
In
In
特許文献1および特許文献2に記載されている単純適応制御(SAC:(Simple Adaptive Control)では、アルゴリズムが簡単であり、任意のゲインの出力フィードバックに対して入出力伝達関数が概強正実、すなわちASPR(Almost Strictly Positive Real)を満たす条件下で制御の安定性が保証される。本発明者らは、特許文献1および特許文献2に記載の制御方法を複数の連続鋳造機に適用した。その結果、本発明者らは、これらの制御方法では、制御パラメータの現場における再調整やプロセスの特性変化に合わせた自動調整が容易であり、且つ、高ゲインでロバストな湯面レベル制御を実現することを確認した。
In the simple adaptive control (SAC: (Simple Adaptive Control)) described in
単純適応制御(SAC)は、プロセスを安定化するゲインの存在を確認さえできれば、制御の安定性が保証されるという大きな特徴を持つ。これは、適応ゲインが大きくなってもプロセスが安定することを表す。しかしながら、本発明者らは、実際には、適応ゲインが過大になると湯面レベルがハンチングし、プロセスが不安定化する場合があることを見出した。特に、スライディングノズルよりも操作変化量に厳しい制限があるストッパー注入系においてその傾向が顕著であることを見出した。 The simple adaptive control (SAC) has a great feature that the stability of the control is guaranteed if the existence of a gain that stabilizes the process can be confirmed. This represents that the process is stable even when the adaptive gain is increased. However, the present inventors have actually found that when the adaptive gain becomes excessive, the hot water level hunts and the process may become unstable. In particular, the present inventors have found that the tendency is remarkable in the stopper injection system in which the operation change amount is more severely limited than the sliding nozzle.
ストッパーの形状は、浸漬ノズルの詰り・溶損により変化する。このため、モールド内への金属溶湯の流入量を調節するストッパーの開度を直接に制御する位置信号ではなく、ストッパーの開度の変更分を表すパルス信号によりストッパーを開閉することが好まれる。また、操作量に対する流量の変化率がスライディングノズルに比べてストッパーの方が大きいため、ストッパーに対しては繊細な操作が要求されることになる。尚、以下の説明では、単位操作量に対する流量の変化率を必要に応じて流量係数と称する。 The shape of the stopper changes depending on the clogging / melting of the immersion nozzle. For this reason, it is preferable to open and close the stopper not by a position signal that directly controls the opening degree of the stopper that adjusts the amount of molten metal flowing into the mold but by a pulse signal that represents the change in the opening degree of the stopper. In addition, since the rate of change of the flow rate with respect to the operation amount is larger in the stopper than in the sliding nozzle, a delicate operation is required for the stopper. In the following description, the rate of change of the flow rate with respect to the unit manipulated variable is referred to as a flow rate coefficient as necessary.
ストッパーに対する繊細な操作を実現するためには、ストッパーの移動速度を小さく設定する必要がある。したがって、ストッパーの操作変化量に厳しい制約が生じることとなる。これは、単純適応制御(SAC)の適応ゲインが過大になって操作変化量が飽和すれば、フィードバック制御が正常に機能せず、単純適応制御(SAC)が不安定化することを意味する。特に、鋳造速度が高速になるほど湯面の波立ち現象が顕在化し、適応ゲインが過大になるため、単純適応制御(SAC)が不安定化しやすい。したがって、ストッパー注入系の連続鋳造機に単純適応制御(SAC)を適用し、連続鋳造機のモールド湯面レベル制御を安定化するには、適応ゲインが過大にならないための対策が必要となる。 In order to realize a delicate operation on the stopper, it is necessary to set the moving speed of the stopper small. Therefore, severe restrictions are imposed on the operation change amount of the stopper. This means that if the adaptive gain of the simple adaptive control (SAC) becomes excessive and the operation change amount is saturated, the feedback control does not function normally and the simple adaptive control (SAC) becomes unstable. In particular, the higher the casting speed, the more the hot water surface becomes more prominent and the adaptive gain becomes excessive, so that the simple adaptive control (SAC) tends to become unstable. Therefore, in order to apply the simple adaptive control (SAC) to the continuous casting machine of the stopper injection system and stabilize the mold surface level control of the continuous casting machine, it is necessary to take measures to prevent the adaptive gain from becoming excessive.
また、従来の単純適応制御(SAC)の制御器の設計は経験的なものであり、試行錯誤的な設計・調整が実施されてきた。したがって、例えば、注入装置をスライディングノズルからストッパーへ変更した場合のプロセス特性の変化に対して、どのように制御器を設計すればよいのか指針が不明確であった。これまでのスライディングノズルにおける設計・調整の経験から類推するにも限界があり、見通しの良い制御器の設計方法が必要となる。 In addition, the design of a conventional controller for simple adaptive control (SAC) is empirical, and trial and error design and adjustment have been performed. Therefore, for example, a guideline on how to design a controller for a change in process characteristics when the injection device is changed from a sliding nozzle to a stopper is unclear. There is a limit to analogy from the experience of designing and adjusting sliding nozzles so far, and a controller design method with good visibility is required.
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、ストッパーを用いた連続鋳造機における湯面レベルの制御を単純適応制御により高精度に実現するための制御器の設計を系統立てて行えるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and systematically designed a controller for realizing high-precision control of the molten metal surface level in a continuous casting machine using a stopper by simple adaptive control. It aims to be able to do it.
本発明の制御器パラメータ設定方法は、連続鋳造機におけるモールド内の金属溶湯の湯面レベルの目標値を入力として前記湯面レベルの検出値が追従すべき湯面レベルを出力する規範モデルと、前記規範モデルの出力と前記湯面レベルの検出値との偏差に対する可変の適応ゲインと、前記連続鋳造機のタンディッシュに貯留されている金属溶湯の前記モールド内への流入量を調節するストッパーの開度に関する指令を入力として前記湯面レベルの検出値を出力するプロセスモデルの出力を補償する並列前進補償器(PFC)と、を有する制御器であり、前記湯面レベルを単純適応制御により制御する制御器のパラメータを導出する制御器パラメータ導出方法であって、前記湯面レベルの制御をPI制御により行う場合の感度関数である第1の感度関数の振幅の周波数特性をPI制御器設計手段により導出するPI制御器設計工程と、前記適応ゲインの仮の上限値を適応ゲイン上限仮決定手段により決定する適応ゲイン上限仮決定工程と、前記PI制御器設計工程により導出された前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と、前記湯面レベルの制御を単純適応制御により行う場合の感度関数である第2の感度関数の振幅の周波数特性と、前記適応ゲイン上限仮決定工程により決定された前記適応ゲインの仮の上限値とを用いて、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータをPFCパラメータ決定手段により決定するPFCパラメータ決定工程と、前記前記PI制御器設計工程により導出された前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と、前記第2の感度関数の振幅の周波数特性と、前記PFCパラメータ決定工程により決定された前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータとを用いて、前記適応ゲインの上限値を適応ゲイン上限決定手段により決定する適応ゲイン上限決定工程と、を有し、前記PFCパラメータ決定工程は、前記適応ゲインが前記適応ゲイン上限仮決定工程で決定された前記適応ゲインの仮の上限値であるものとしたうえで、前記並列前進補償器の伝達関数の少なくとも1つのパラメータを異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲において前記第1の感度関数の振幅との差が所定の条件下で最小となる前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータを特定し、前記適応ゲイン上限決定工程は、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータが前記PFCパラメータ決定工程で導出された前記パラメータであるものとしたうえで、前記適応ゲインの値を異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲の上限と下限とのそれぞれにおける値が、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と一致する前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記適応ゲインを、前記適応ゲインの上限値として特定することを特徴とする。 The controller parameter setting method of the present invention is a reference model for outputting a target level of a molten metal level in a mold in a continuous casting machine as an input and outputting a molten metal level that the detected value of the molten metal level should follow, A variable adaptive gain with respect to the deviation between the output of the reference model and the detected value of the molten metal level, and a stopper for adjusting the inflow amount of the molten metal stored in the tundish of the continuous casting machine into the mold And a parallel forward compensator (PFC) that compensates the output of a process model that outputs a detected value of the molten metal level as an input to the opening degree command, and controls the molten metal level by simple adaptive control. A controller parameter derivation method for deriving a controller parameter, wherein the first function is a sensitivity function when PI level control is performed on the molten metal surface level. A PI controller design step of deriving the frequency characteristic of the amplitude of the degree function by the PI controller design means, an adaptive gain upper limit temporary determination step of determining the temporary upper limit value of the adaptive gain by the adaptive gain upper limit temporary determination means, The frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function derived by the PI controller design process and the frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function, which is a sensitivity function when performing control of the molten metal surface level by simple adaptive control. A PFC parameter determination step of determining a parameter of a transfer function of the parallel forward compensator by a PFC parameter determination means using the temporary upper limit value of the adaptive gain determined by the adaptive gain upper limit temporary determination step; The frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function derived by the PI controller design process, and the frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function; An adaptive gain upper limit determining step of determining an upper limit value of the adaptive gain by an adaptive gain upper limit determining means using the parameters of the transfer function of the parallel forward compensator determined by the PFC parameter determining step, In the PFC parameter determination step, the adaptive gain is assumed to be a temporary upper limit value of the adaptive gain determined in the adaptive gain upper limit temporary determination step, and at least one transfer function of the parallel forward compensator is determined. Based on the result of comparing a plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function derived by different parameters and the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function, the first sensitivity function The difference between the amplitude of the first sensitivity function and the amplitude of the first sensitivity function is minimum under a predetermined condition in a predetermined frequency range lower than a frequency where the amplitude of the first frequency exceeds 0 [dB]. The frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function is searched, the parameter of the transfer function of the parallel forward compensator used for deriving the frequency characteristic of the amplitude of the searched second sensitivity function is specified, The adaptive gain upper limit determining step is derived by assuming that the parameter of the transfer function of the parallel forward compensator is the parameter derived in the PFC parameter determining step and changing the value of the adaptive gain. Based on the result of comparing the plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function with the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function, the amplitude of the first sensitivity function exceeds 0 [dB]. The amplitude of the second sensitivity function in which the values at the upper and lower limits of the predetermined frequency range on the lower frequency side than the frequency coincide with the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function. Searching the frequency characteristic, the adaptive gain used in the derivation of the amplitude of the frequency characteristic of the second sensitivity function that the search, and identifies as the upper limit of the adaptive gain.
本発明の制御器パラメータ設定装置は、連続鋳造機におけるモールド内の金属溶湯の湯面レベルの目標値を入力として前記湯面レベルの検出値が追従すべき湯面レベルを出力する規範モデルと、前記規範モデルの出力と前記湯面レベルの検出値との偏差に対する可変の適応ゲインと、前記連続鋳造機のタンディッシュに貯留されている金属溶湯の前記モールド内への流入量を調節するストッパーの開度に関する指令を入力として前記湯面レベルの検出値を出力するプロセスモデルの出力を補償する並列前進補償器(PFC)と、を有する制御器であり、前記湯面レベルを単純適応制御により制御する制御器のパラメータを導出する制御器パラメータ導出装置であって、前記湯面レベルの制御をPI制御により行う場合の感度関数である第1の感度関数の振幅の周波数特性を導出するPI制御器設計手段と、前記適応ゲインの仮の上限値を決定する適応ゲイン上限仮決定手段と、前記PI制御器設計手段により導出された前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と、前記湯面レベルの制御を単純適応制御により行う場合の感度関数である第2の感度関数の振幅の周波数特性と、前記適応ゲイン上限仮決定手段により決定された前記適応ゲインの仮の上限値とを用いて、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータを決定するPFCパラメータ決定手段と、前記前記PI制御器設計手段により導出された前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と、前記第2の感度関数の振幅の周波数特性と、前記PFCパラメータ決定手段により決定された前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータとを用いて、前記適応ゲインの上限値を決定する適応ゲイン上限決定手段と、を有し、前記PFCパラメータ決定手段は、前記適応ゲインが前記適応ゲイン上限仮決定手段で決定された前記適応ゲインの仮の上限値であるものとしたうえで、前記並列前進補償器の伝達関数の少なくとも1つのパラメータを異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲において前記第1の感度関数の振幅との差が所定の条件下で最小となる前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータを特定し、前記適応ゲイン上限決定手段は、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータが前記PFCパラメータ決定手段で導出された前記パラメータであるものとしたうえで、前記適応ゲインの値を異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲の上限と下限とのそれぞれにおける値が、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と一致する前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記適応ゲインを、前記適応ゲインの上限値として特定することを特徴とする。 The controller parameter setting device of the present invention, the reference model for outputting the target level of the molten metal level in the mold in the continuous casting machine as an input, and outputting the molten metal level that the detected value of the molten metal level should follow, A variable adaptive gain with respect to the deviation between the output of the reference model and the detected value of the molten metal level, and a stopper for adjusting the inflow amount of the molten metal stored in the tundish of the continuous casting machine into the mold And a parallel forward compensator (PFC) that compensates the output of a process model that outputs a detected value of the molten metal level as an input to the opening degree command, and controls the molten metal level by simple adaptive control. A controller parameter deriving device for deriving a parameter of a controller to perform the control, wherein a first function that is a sensitivity function when performing control of the molten metal surface level by PI control is provided. PI controller design means for deriving frequency characteristics of amplitude of the degree function, adaptive gain upper limit tentative determination means for determining a temporary upper limit value of the adaptive gain, and the first controller derived by the PI controller design means The frequency characteristic of the amplitude of the sensitivity function, the frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function, which is a sensitivity function when the level control is performed by simple adaptive control, and the adaptive gain upper limit tentative determination means PFC parameter determining means for determining a transfer function parameter of the parallel forward compensator using the provisional upper limit value of the adaptive gain, and the first sensitivity function derived by the PI controller designing means. A frequency characteristic of the amplitude, a frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function, and a parameter of the transfer function of the parallel forward compensator determined by the PFC parameter determining means And an adaptive gain upper limit determining means for determining an upper limit value of the adaptive gain using the PFC parameter determining means, wherein the PFC parameter determining means determines the adaptive gain determined by the adaptive gain upper limit temporary determining means. A plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function derived by making at least one parameter of the transfer function of the parallel forward compensator different from the provisional upper limit value, On the basis of the result of comparison with the frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function, the first sensitivity in a predetermined frequency range lower than the frequency at which the amplitude of the first sensitivity function exceeds 0 [dB]. The frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function that minimizes the difference from the amplitude of the function under a predetermined condition is searched, and is used for deriving the frequency characteristic of the amplitude of the searched second sensitivity function. The transfer function parameter of the parallel forward compensator is specified, and the adaptive gain upper limit determining means is such that the parameter of the transfer function of the parallel forward compensator is the parameter derived by the PFC parameter determining means In addition, based on a result of comparing a plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function derived by varying the value of the adaptive gain and a frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function. The values at the upper and lower limits of the predetermined frequency range on the lower frequency side than the frequency at which the amplitude of the first sensitivity function exceeds 0 [dB] are the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function. The frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function that matches is searched, and the adaptive gain used for deriving the frequency characteristic of the amplitude of the searched second sensitivity function is set to the appropriate gain. And identifies as the upper limit of the gain.
本発明のプログラムは、前記制御器パラメータ設定方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とする。 A program according to the present invention causes a computer to execute each step of the controller parameter setting method.
本発明によれば、湯面レベルの制御をPI制御・単純適応制御により行う場合の所定の周波数範囲における感度関数の振幅の差が所定の条件下で最小になるように並列前進補償器の伝達関数のパラメータを導出する。そして、並列前進補償器の伝達関数のパラメータが前記導出したパラメータであるものとして、湯面レベルの制御をPI制御・単純適応制御により行う場合の感度関数の振幅の所定の周波数範囲の上限と下限における値が一致するように適応ゲインを導出し、導出した適応ゲインを、適応ゲインの上限値とする。したがって、ストッパーを用いた連続鋳造機における湯面レベルの制御を単純適応制御により高精度に実現するための制御器の設計を系統立てて行うことができる。 According to the present invention, when the molten metal surface level control is performed by PI control / simple adaptive control, the transmission of the parallel forward compensator so that the difference in amplitude of the sensitivity function in a predetermined frequency range is minimized under a predetermined condition. Derive the function parameters. Then, assuming that the parameter of the transfer function of the parallel forward compensator is the derived parameter, the upper and lower limits of the predetermined frequency range of the amplitude of the sensitivity function when the molten metal surface level control is performed by PI control / simple adaptive control The adaptive gain is derived so that the values at are equal, and the derived adaptive gain is set as the upper limit value of the adaptive gain. Therefore, it is possible to systematically design a controller for realizing the control of the molten metal surface level in a continuous casting machine using a stopper with high accuracy by simple adaptive control.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図1は、連続鋳造機の構成の一例を示す図である。
図1において、連続鋳造機は、タンディッシュ11と、浸漬ノズル12と、ストッパー13と、モールド(鋳型)14と、ピンチロール15と、冷却スプレー16とを有する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a continuous casting machine.
In FIG. 1, the continuous casting machine includes a
タンディッシュ11は、不図示の取鍋から供給された金属溶湯(溶鋼)17を一時的に貯留する。
モールド14は、タンディッシュ11と間隔を有して、タンディッシュ11の下方に配置される。モールド14は、例えば筒形状を有する。また、モールド14は水冷される。
浸漬ノズル12は、タンディッシュ11に貯留されている金属溶湯17をモールド14の内部に注入する。浸漬ノズル12は、その基端がタンディッシュ11の底面に位置するとともに、先端側の所定の領域がモールド14の内部に位置するように配置される。また、浸漬ノズル12の内部とタンディッシュ11の内部は連通している。
The
The
The
ストッパー13は、タンディッシュ11から浸漬ノズル12に供給される金属溶湯17の供給量を制御するためのものであり、タンディッシュ11と浸漬ノズル12との接続部分に配置される。ストッパー13は、高さ方向(図1の上下方向)に移動する。ストッパー13が最も低い位置にあるときに、タンディッシュ11と浸漬ノズル12との接続部分は全閉する。ストッパー13が当該位置よりも高い位置に位置するほど、タンディッシュ11と浸漬ノズル12との接続部分の開口面積が増加する。ストッパー13が所定の上限位置まで上昇すると、タンディッシュ11から浸漬ノズル12に供給される金属溶湯17の供給量は最大となる。
The
モールド14から下方に引き出された鋼(の相互に対向する端部)の搬送経路に沿うように、複数対のピンチロール15が配置される。ピンチロール15の外側には、モールド14から下方に引き出された鋼を冷却するための冷却水を当該鋼に対して噴射する複数の冷却スプレー16が配置される。
このように、モールド14の内部の注入された溶鋼は、モールド14で冷却され、その表面から凝固殻18が形成されて凝固する。表面は凝固殻18となっているが内部は凝固していない鋼が、ピンチロール15によって挟まれながらモールド14の下端部から連続的に引き出される。このようにしてモールド14から引き出される過程で、冷却スプレー16から噴射される冷却水によって鋼の冷却を進めることで、内部まで鋼を凝固させる。凝固した鋼は、図示しない連続鋳造機の下流側で所定の大きさに切断され、スラブ、ブルーム、ビレッド等、断面の形状が異なる鋳片が製造される。
A plurality of pairs of pinch rolls 15 are arranged along the conveying path of steel (the ends facing each other) drawn downward from the
As described above, the molten steel injected into the
以上のような連続鋳造機のモールド14の内部に滞留する溶鋼の表面を臨むように、モールド14の上方に、レベル計19が配置される。レベル計19は、モールド14の内部に滞留する金属溶湯17の表面の高さ位置(湯面レベル)を検出する。
湯面レベル制御装置100は、レベル計19で検出された溶鋼の高さ位置を湯面レベルとして入力し、湯面レベルの目標値と実績値との偏差に基づいて、ストッパー13の開度の変更分を表すパルス信号である開閉パルス信号を出力する。本実施形態では、湯面レベル制御装置100は、単純適応制御(SAC)により、湯面レベルをフィードバック制御するSAC制御器として動作する。湯面レベル制御装置100の詳細については後述する。
The
The molten metal
ST制御装置200は、油圧シリンダー300を動作させるためのパルスモータの駆動回路を備える。ST制御装置200は、湯面レベル制御装置100から出力された開閉パルス信号を入力して、当該駆動回路等による処理を行った後の開閉パルス信号を、油圧シリンダー300に出力する。尚、湯面レベル制御装置100は、開閉パルス信号の代わりに、当該開閉パルス信号に含まれる情報を表すアナログ信号をST制御装置200に出力することができる。この場合、ST制御装置200は、湯面レベル制御装置100から出力されたアナログ信号に基づいて開閉パルス信号を生成して油圧シリンダー300に出力する。ST制御装置200は、公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
The
油圧シリンダー300は、パルスモータを備える。パルスモータは、ST制御装置200から送信される開閉パルス信号に基づいて回転し、この回転により、油圧シリンダー300のロッドの位置が変更され、ストッパー13の高さ位置が変更される。油圧シリンダー300は、公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
The
以上の構成を有する連続鋳造機で連続鋳造している際に、モールド14内の湯面レベルは、浸漬ノズル12の詰り・剥離(溶損)等の外乱によって変動する場合がある。湯面レベル制御装置100では、並列前進補償器(PFC:Parallel Feedforward Compensator)を、プロセスモデル(プラントモデル)に並列に付加した拡張プロセスモデルに対して単純適応制御(SAC)を適用し、湯面レベルの検出値が規範モデルの出力に追従するような制御入力をプロセスモデルに与える。このようにすることにより、高ゲイン且つロバストなフィードバック制御演算を実行することができ、湯面レベルの検出値が目標値と一致するようにストッパー13の開度指令値(開閉パルス信号)が計算される。
During continuous casting with the continuous casting machine having the above configuration, the level of the molten metal in the
このようにして計算されたストッパー13の開度指令値に基づいてストッパー13の開度量を調節する。このようにすることで、プロセスの特性が変化しても湯面レベルが最短時間で目標値になるように、タンディッシュ11内の金属溶湯17のモールド14への供給量を制御することができる。したがって、浸漬ノズル12の詰り・剥離(溶損)等の外乱によって生じる湯面レベルの変動にも素早く応答することができる。その結果、変動が少ない安定した湯面レベルが維持される。よって、湯面レベルの変動に起因するブレークアウトが生じにくいうえに、パウダーが金属溶湯の内部に侵入しにくくなるので高品質の鋼片を鋳造することが可能となる。
The opening amount of the
図2は、湯面レベル制御装置100の構成の一例を示すブロック線図である。
図2において、湯面レベル制御装置100は、規範モデル201と、減算器202、203と、乗算器204a、204b、204cと、並列前進補償器205と、加算器206とを有する。
以下、湯面レベル制御装置100に含まれるこれらの構成要素201〜206とプロセスモデル207の一例について説明する。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the hot water surface
In FIG. 2, the molten metal
Hereinafter, an example of these
前述したように、本実施形態では、湯面レベルのフィードバック制御に、単純適応制御(SAC)を適用する。単純適応制御(SAC)は、モデル規範制御(MRACS:Model Reference Control System)や自己チューニング適応制御法(STR:Self-Tuning Adaptive Regulator)等と同じ適応制御の一種である。 As described above, in this embodiment, the simple adaptive control (SAC) is applied to the feedback control at the molten metal level. Simple adaptive control (SAC) is a type of adaptive control similar to model reference control (MRACS), self-tuning adaptive control (STR), and the like.
単純適応制御(SAC)は、「プロセスモデルの伝達関数に出力フィードバックゲインを施した場合に得られる閉ループ伝達関数が強正実(Strictly Positive Real)になる」という条件の下で、構造の簡単な適応制御系が構成できるというものである。かかる条件を、ASPR(Almost Strictly Positive Real)条件という。単純適応制御(SAC)は、モデル規範制御(MRACS)や自己チューニング適応制御法(STR)のように、適用する上での必要条件が厳格ではなく、且つ、アルゴリズムが単純であることから実プロセス設備への適用が容易である。 Simple adaptive control (SAC) is a simple adaptation of the structure under the condition that the closed loop transfer function obtained when the output feedback gain is applied to the transfer function of the process model is Strictly Positive Real. The control system can be configured. Such a condition is referred to as an ASPR (Almost Strictly Positive Real) condition. Simple adaptive control (SAC) is a real process because the requirements for application are not strict and the algorithm is simple like model reference control (MRACS) and self-tuning adaptive control method (STR). Easy to apply to equipment.
しかしながら、実プロセス設備(制御対象のプロセスモデルの伝達関数)の多くはASPR条件を満足しないため、そのままでは単純適応制御(SAC)を適用できない。そこで、プロセスモデルの出力を補償する並列前進補償器を導入し、単純適応制御(SAC)から見た見かけ上のプロセス(拡張系プロセス)がASPR条件を満足するようにすることで、単純適応制御(SAC)の実プロセス設備への適用を可能とする。
単純適応制御(SAC)では、湯面レベルの目標値rを入力として、規範モデル201の出力ymを、以下の(1)式及び(2)式(状態空間表現の一般形)により計算する。
However, since many actual process facilities (transfer functions of the process model to be controlled) do not satisfy the ASPR condition, simple adaptive control (SAC) cannot be applied as it is. Therefore, by introducing a parallel forward compensator that compensates for the output of the process model, and by making the apparent process (extended system process) viewed from the simple adaptive control (SAC) satisfy the ASPR condition, simple adaptive control is achieved. (SAC) can be applied to actual process equipment.
In simple adaptive control (SAC), as an input a target value r of the molten metal surface level, the output y m of the
(1)式においてAmは状態行列であり、Bmは入力行列である。(2)式において、Cmは出力行列であり、Dmは直達行列である。
本実施形態では、前記状態空間表現に対応する伝達関数を以下の(3)式のように定める。
In Equation (1), A m is a state matrix and B m is an input matrix. In Expression (2), C m is an output matrix, and D m is a direct matrix.
In the present embodiment, a transfer function corresponding to the state space expression is defined as the following equation (3).
(3)式において、sはラプラス演算子であり、Gm(s)は規範モデル201の伝達関数であり、Tmは規範モデル201の時定数[sec]である。
In Expression (3), s is a Laplace operator, G m (s) is a transfer function of the
規範モデル201の出力ymから、拡張系プロセスの出力yaを減算した値、すなわち、湯面レベルの偏差Eyを、以下の(4)式により計算する。ここで、湯面レベルの偏差Eyは、湯面レベルの検出値yと、並列前進補償器(PFC)205により算出された並列前進補償量(補償値)yhとを加算した値である。
Ey=ym−ya=ym−(yh+y) ・・・(4)
The output y m of the
E y = y m -y a = y m - (y h + y) ··· (4)
そして、以下の(5)式〜(12)式により、ストッパー13に対する開度指令としてのSAC制御出力u0を計算する。
Then, the SAC control output u 0 as the opening degree command for the
ただし、通常、一回の制御周期において湯面レベルの目標値rを変更することはなく、また、湯面レベルの目標値rを変えたとしても、湯面レベルの検出値yを湯面レベルの目標値rに急激に追従させる必要はない(緩やかに追従させればよい)。そこで、本実施形態では、簡単のため、乗算器204bにおける制御ゲイン(湯面レベルの目標値rに対する適応ゲインKx(t))と、乗算器204cにおける制御ゲイン(規範モデル201の状態量Xmに対する適応ゲインKu(t))を0(ゼロ、Kx(t)=Ku(t)=0)とする。したがって、(5)式〜(12)式は、以下の(13)式〜(18)式のように簡素化される。尚、(t)は、時間の関数であることを表す。すなわち、適応ゲインKx(t)、Ku(t)、Ke(t)は可変である。
However, normally, the target value r of the molten metal level is not changed in one control cycle, and even if the target value r of the molten metal level is changed, the detected value y of the molten metal level is changed to the molten metal level. It is not necessary to rapidly follow the target value r of (which should be followed gently). Therefore, in this embodiment, for the sake of simplicity, the control gain in the
(14)式において、Kemaxは、乗算器204aにおける制御ゲインの上限値である。乗算器204aにおける制御ゲインは、規範モデル201の出力ymと、プロセスモデル207の出力である湯面レベルの検出値y(の帰還値)との偏差に対する適応ゲインKe(t)である。
(15)式において、Kp(t)は、適応ゲインKe(t)の偏差比例項であり、Ki(t)は、適応ゲインKe(t)の偏差積分項である。
(16)式において、γpは、適応ゲインKe(t)における偏差比例係数である。
(17)式において、γiは、適応ゲインKe(t)における偏差積分係数であり、α(t)は、適応ゲインKe(t)における積分修正項である。尚、(17)式の右辺第2項は、発散防止項である。
(18)式において、σは、適応ゲインKe(t)における積分修正係数である。
In the equation (14), K emax is an upper limit value of the control gain in the
In Equation (15), K p (t) is a deviation proportional term of the adaptive gain K e (t), and K i (t) is a deviation integral term of the adaptive gain K e (t).
In the equation (16), γ p is a deviation proportional coefficient in the adaptive gain K e (t).
In equation (17), γ i is a deviation integral coefficient in the adaptive gain K e (t), and α (t) is an integral correction term in the adaptive gain K e (t). Note that the second term on the right side of the equation (17) is a divergence prevention term.
In the equation (18), σ is an integral correction coefficient in the adaptive gain K e (t).
したがって、図2に示した湯面レベル制御装置100のブロック線図は、図3に示すブロック線図のように書き換えることができる。
以上の(13)式〜(18)式で求めたSAC制御出力u0を、並列前進補償器(PFC)205の入力として与え、並列前進補償量yhを、以下の(19)式及び(20)式(状態空間表現の一般形)により計算する。
Therefore, the block diagram of the molten metal
The SAC control output u 0 obtained by the above equations (13) to (18) is given as an input to the parallel forward compensator (PFC) 205, and the parallel forward compensation amount y h is expressed by the following equations (19) and ( 20) Calculate according to the equation (general form of state space representation).
(19)式においてAhは状態行列であり、Bhは入力行列である。(20)式において、Chは出力行列であり、Dhは直達行列である。
本実施形態では、前記状態空間表現に対応する伝達関数を以下の(21)式のように定める。
In equation (19), A h is a state matrix and B h is an input matrix. In equation (20), Ch is an output matrix and Dh is a direct matrix.
In the present embodiment, a transfer function corresponding to the state space expression is defined as the following equation (21).
(21)式において、PFC(s)は、並列前進補償器(PFC)205の伝達関数であり、βは、並列前進補償器(PFC)205のゲイン(分子の最高次数のラプラス演算子に乗算される係数)であり、α1は、並列前進補償器(PFC)205の伝達関数PFC(s)の第1の極であり、α2は、並列前進補償器(PFC)205の伝達関数PFC(s)の第2の極である。ただし、α1>0、α2>0、β>0である。
尚、以下の説明では、並列前進補償器(PFC)205の伝達関数PFC(s)の第1の極α1および第2の極α2を、必要に応じてPFC極α1、α2と称する。また、並列前進補償器(PFC)205のゲインβを必要に応じてPFCゲインβと称する。
In Equation (21), PFC (s) is a transfer function of the parallel forward compensator (PFC) 205, and β is a gain of the parallel forward compensator (PFC) 205 (multiplying the Laplace operator of the highest order of the numerator). Α 1 is the first pole of the transfer function PFC (s) of the parallel forward compensator (PFC) 205, and α 2 is the transfer function PFC of the parallel forward compensator (PFC) 205. This is the second pole of (s). However, α 1 > 0, α 2 > 0, and β> 0.
In the following description, the parallel forward compensator (PFC) 205 first pole alpha 1 and the second pole alpha 2 of the transfer function PFC (s) of, PFC poles alpha 1 optionally, alpha 2 and Called. Further, the gain β of the parallel forward compensator (PFC) 205 is referred to as a PFC gain β as necessary.
湯面レベル制御装置100は、以上に示した(3)式、(4)式、(13)式〜(18)式、および(21)式の算出式に基づいて演算を繰り返し実行することで、ストッパー13に対する開度指令値としてのSAC制御出力u0を求める。
尚、プロセスモデル207と減算器202との間にローパスフィルタを設け、湯面レベルの検出値yを、ローパスフィルタに通したうえで減算器202に出力する構成にしてもよい。
The hot water surface
A low-pass filter may be provided between the
本実施形態では、操作変化量に厳しい制限があるストッパー注入系(ストッパー13によりモールド14内への金属溶湯17の流入量を調整する系)に対しても、ロバストで安定な湯面レベル制御を行うことを目的とする。このため、単純適応制御(SAC)を構成する、並列前進補償器(PFC)205の伝達関数PFC(s)および適応ゲインKeの上限値Kemaxを以下のようにして設定する。
In this embodiment, robust and stable surface level control is possible even for a stopper injection system (a system in which the amount of inflow of the
図4は、制御器パラメータ導出装置400の機能的な構成の一例を示す図である。制御器パラメータ導出装置400は、SAC制御器のパラメータ(並列前進補償器(PFC)205の伝達関数PFC(s)および適応ゲインKeの上限値Kemax)を導出する装置である。制御器パラメータ導出装置400は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDDおよび各種のインターフェースを備える情報処理装置、または、専用のハードウェアを用いることにより実現される。
以下に、制御器パラメータ導出装置400の各部が有する機能の一例を説明する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the controller
Below, an example of the function which each part of the controller parameter derivation | leading-
(プロセスモデル取得部401)
プロセスモデル取得部401は、プロセスモデル207を特定するための情報を取得する。プロセスモデル207の取得形態としては、例えば、ユーザインターフェースの操作、外部装置との通信、または、可搬型記憶媒体からの読み出しが挙げられる。
本実施形態では、プロセスモデル207の伝達関数P(s)を以下の(22)式で表す。
(Process model acquisition unit 401)
The process
In this embodiment, the transfer function P (s) of the
(22)式において、KKは、ストッパー13の流量係数[m2/sec]である。Aは、モールド14の空洞部分の水平方向の断面積[m2]である。TCYLは、開閉用アクチュエータ(油圧シリンダー300)の時定数[sec]である。TSは、レベル計19の時定数[sec]である。TNは、浸漬ノズル12の内部での湯落ちに要するむだ時間[sec]である。
In the equation (22), KK is a flow coefficient [m 2 / sec] of the
(22)式の(2/TN−s)/(2/TN+s)は、むだ時間TNに基づくむだ時間要素の伝達関数の一次のパデ近似である。
したがって、本実施形態では、プロセスモデル207は、図5に示すブロック線図で表される。尚、図5に示すy´は、湯面レベルの生値である。また、実際の制御においては、プロセスモデル207は、実プラント(連続鋳造機)に置き換えられる。
本実施形態では、プロセスモデル取得部401は、(22)式の形と、(22)式における各パラメータの値を取得する。
(2 / T N −s) / (2 / T N + s) in the equation (22) is a first-order Padé approximation of the transfer function of the dead time element based on the dead time T N.
Therefore, in the present embodiment, the
In the present embodiment, the process
(PI制御器設計部402:STEP0)
PI制御器設計部402は、SAC制御器の代わりにPI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)を導出する。
図6は、PI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)を導出するためのブロック線図の一例を示す図である。
PI制御器601の伝達関数CPI(s)は、以下の(23)式で表される。
(PI controller design unit 402: STEP0)
The PI
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a block diagram for deriving the sensitivity function S PI (s) when the PI controller is used.
The transfer function C PI (s) of the
(23)式において、KPは比例ゲインであり、TIは積分時間[sec]である。
PI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)は、以下の(24)式で表される。
In the equation (23), KP is a proportional gain, and TI is an integration time [sec].
The sensitivity function S PI (s) when the PI controller is used is expressed by the following equation (24).
感度関数SPI(s)は、外乱dから湯面レベルの検出値y´に一致する。したがって、感度関数SPI(s)は、外乱dが湯面レベルの検出値y´にどのように増幅されて表れるのかを意味する。 The sensitivity function S PI (s) coincides with the detected value y ′ of the molten metal level from the disturbance d. Therefore, the sensitivity function S PI (s) means how the disturbance d is amplified and appears in the detected value y ′ of the molten metal surface level.
(22)式と(23)式との積であるP(s)・CPI(s)の伝達関数に対して、開ループ設計を行う。経験的に、位相余裕は50[°]程度、ゲイン余裕は10[dB]以上とするような比例ゲインKPおよび積分時間TIを設計する。尚、比例ゲインKPおよび積分時間TIの設計手法は、公知の技術で実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。 An open loop design is performed for the transfer function of P (s) · C PI (s), which is the product of Equation (22) and Equation (23). Empirically, the proportional gain KP and the integration time TI are designed so that the phase margin is about 50 [°] and the gain margin is 10 [dB] or more. Note that the design method of the proportional gain KP and the integration time TI can be realized by a known technique, and therefore detailed description thereof is omitted here.
図7は、PI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)のボード線図(周波数応答線図)の一例を示す図である。尚、図7では、位相の周波数特性の図示を省略する(このことは、その他の図のボード線図においても同じである)。
図7において、感度関数SPI(s)の振幅(ゲイン)が0[dB]を上回る範囲の周波数で、外乱dが増幅されて湯面レベルの検出値y´に表れる。図7に示す例では、0.08[Hz]〜0.7[Hz]程度の周波数範囲で感度関数SPI(s)の振幅が0[dB]を上回る。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a Bode diagram (frequency response diagram) of the sensitivity function S PI (s) when the PI controller is used. In FIG. 7, the illustration of the phase frequency characteristic is omitted (this is the same in the Bode diagrams of the other figures).
In FIG. 7, the disturbance d is amplified at a frequency in the range where the amplitude (gain) of the sensitivity function S PI (s) exceeds 0 [dB] and appears in the detected value y ′ of the molten metal surface level. In the example shown in FIG. 7, the amplitude of the sensitivity function S PI (s) exceeds 0 [dB] in the frequency range of about 0.08 [Hz] to 0.7 [Hz].
(ASPR条件)
図3に示す並列前進補償器205の局所フィードバックは、図8に示すように、プロセスモデル207に対する並列前進加算の形に書き換えることができる。すなわち、図8に示すブロック線図では、プロセスモデル207の出力と並列前進補償器205の出力とを加算器208で加算した値をフィードバックする構成になる。
図3に示すブロック線図と図8に示すブロック線図は等価である。そうすると、以下の(25)式のように、拡張プロセスモデルの伝達関数Pa(s)が定義される。
Pa(s)=P(s)+PFC(s) ・・・(25)
このように、適応ゲインKe(t)を制御器と見立てて、プロセスモデルが並列前進補償器205により拡大されたと解釈することができる。
(ASPR conditions)
The local feedback of the parallel
The block diagram shown in FIG. 3 is equivalent to the block diagram shown in FIG. Then, the transfer function P a (s) of the extended process model is defined as in the following equation (25).
P a (s) = P (s) + PFC (s) (25)
Thus, the adaptive gain K e (t) can be regarded as a controller, and can be interpreted as the process model being expanded by the parallel
(25)式に、(21)式と(22)式を代入すると、拡張プロセスモデルの伝達関数Pa(s)は、以下の(26)式で表される。 When the expressions (21) and (22) are substituted into the expression (25), the transfer function P a (s) of the extended process model is expressed by the following expression (26).
図3および図8から明らかなように、本実施形態では、湯面レベル制御装置100は、1入力1出力系である。したがって、以下の(A)〜(C)の条件を満足することで、拡張プロセスモデルはASPR条件を満足する。
(A)拡張プロセスモデルの伝達関数Pa(s)は最小位相系
(B)拡張プロセスモデルの伝達関数Pa(s)の相対次数は0または1
(C)拡張プロセスモデルの伝達関数Pa(s)のゲインは正
As apparent from FIGS. 3 and 8, in the present embodiment, the hot water
(A) The transfer function P a (s) of the extended process model is a minimum phase system (B) The relative order of the transfer function P a (s) of the extended process model is 0 or 1
(C) The gain of the transfer function P a (s) of the extended process model is positive
条件(B)については、並列前進補償器(PFC)205の伝達関数PFC(s)を、(21)式のようにすることで自動的に満足する。また、条件(C)については、PFCゲインβが0を上回る(β>0)ようにすれば満足する。条件(A)については、PFC極α1、α2が共に0を上回る(α1>0、α2>0)ようにすることが必要条件である。また、PFC極α1、α2とPFCゲインβが条件(A)を満足するためには、拡張プロセスモデルの伝達関数Pa(s)が不安定零点を持たないことが必要である。 The condition (B) is automatically satisfied by making the transfer function PFC (s) of the parallel forward compensator (PFC) 205 as shown in equation (21). In addition, the condition (C) is satisfied if the PFC gain β exceeds 0 (β> 0). Regarding the condition (A), it is a necessary condition that both the PFC poles α 1 and α 2 exceed 0 (α 1 > 0, α 2 > 0). In order for the PFC poles α 1 and α 2 and the PFC gain β to satisfy the condition (A), it is necessary that the transfer function P a (s) of the extended process model does not have an unstable zero.
並列前進補償器(PFC)205の伝達関数PFC(s)の設計を行う際には、以上のASPR条件による制約がある。したがって、従来は、条件(A)を満足するような、PFC極α1、α2とPFCゲインβとの組み合わせを試行錯誤的に設計していた。これに対し、本実施形態では、以下の手順に沿って、条件(A)〜(C)を満足するような、PFC極α1、α2とPFCゲインβとの組み合わせを導出する。 When designing the transfer function PFC (s) of the parallel forward compensator (PFC) 205, there are restrictions due to the above ASPR conditions. Therefore, conventionally, combinations of the PFC poles α 1 and α 2 and the PFC gain β that satisfy the condition (A) are designed by trial and error. In contrast, in the present embodiment, a combination of the PFC poles α 1 and α 2 and the PFC gain β that satisfies the conditions (A) to (C) is derived according to the following procedure.
(第1のPFCパラメータ決定部403:STEP1)
第1のPFCパラメータ決定部403は、(21)式に示したPFCゲインβを導出する。
以下に、PFCゲインβを導出する方法の一例を説明する。
(26)式を以下の(27)式のように表現する。
(First PFC parameter determination unit 403: STEP1)
The first PFC
Hereinafter, an example of a method for deriving the PFC gain β will be described.
Expression (26) is expressed as the following expression (27).
(27)式の分子、分母は互いに既約なs多項式である。(27)式の分子のs多項式Panum(s)を以下の(28)式に示す。 The numerator and denominator of Equation (27) are irreducible s polynomials. The s polynomial P a num (s) of the numerator of the equation (27) is shown in the following equation (28).
(28)式を展開すると、(27)式の分子のs多項式Panum(s)を以下の(29)式のように表すことができ、s多項式の係数Niを求めることができる。 (28) Expanding the equation can be obtained (27) of the s polynomials molecular P a num (s) can be expressed as the following equation (29) the coefficients of s polynomial N i.
前記条件(A)から、(29)式に対して、「Panum(s)=0の根の全て実部が負であること」が要求される。(29)式に対してフルビッツの安定判定法をあてはめれば、「s多項式の係数Niの全てが正であること」が必要条件となる(ただし、必要十分条件ではない)。したがって、N3>0から、PFCゲインβに対する以下の(30)式の制約式を得ることができる。 From the condition (A), it is required for the expression (29) that “all real parts of the root of P a num (s) = 0 are negative”. If the Hurwitz stability determination method is applied to the equation (29), “all the coefficients N i of the s polynomial are positive” becomes a necessary condition (however, it is not a necessary and sufficient condition). Therefore, the following constraint equation (30) for the PFC gain β can be obtained from N 3 > 0.
制御設計としては、センサーであるレベル計19と、油圧シリンダー300の応答性が変化した場合においても安定動作とするのが好ましい。そこで、本実施形態では、レベル計19の時定数TSと油圧シリンダー300の時定数TCYLとを共に0(TS=0、TCYL=0)とする。したがって、(30)式は以下の(31)式のように変形される。(31)式は、PFCゲインβの下限値を最大化することになり、保守的な設計になることに対応する。このように、ASPR条件を理論的に満足するようにPFCゲインβの下限値が定められる。
As a control design, it is preferable to perform stable operation even when the responsiveness of the
そして、本実施形態では、ストッパー13の流量係数KKが、浸漬ノズル12の溶損により大きくなることを考慮して、PFCゲインβに対して余裕代を与える。
以上のことから、第1のPFCパラメータ決定部403は、以下の(32)式により、PFCゲインβを導出する。
In the present embodiment, considering that the flow coefficient KK of the
From the above, the first PFC
(32)式において、KKMAXは、ストッパー13の流量係数の最大値[m2/sec]であり、以下の(33)式を満足するものである。
KKMAX=D1×KK>KK ・・・(33)
In the equation (32), KK MAX is the maximum value [m 2 / sec] of the flow coefficient of the
KK MAX = D1 × KK> KK (33)
(33)式から明らかなように、D1は1を上回る実数(D>1)である。この係数D1、すなわちストッパー13の流量係数の最大値KKMAXは、例えば、操業実績等に基づいて予め設定される。
As is apparent from the equation (33), D1 is a real number exceeding 1 (D> 1). The coefficient D1, that is, the maximum value KK MAX of the flow coefficient of the
(適応ゲイン上限仮決定部404:STEP2)
適応ゲイン上限仮決定部404は、SAC制御器の代わりにP制御器を用いた場合の比例ゲインであって、プロセスモデル207の伝達関数P(s)に対して発振限界(ゲイン余裕=0、位相余裕=0)となる比例ゲインを、適応ゲインKe(t)の仮の上限値Kemax_tempとして導出する。
(Adaptive gain upper limit tentative determination unit 404: STEP2)
The adaptive gain upper limit
実際には、SAC制御器では、並列前進補償器205により拡張プロセスモデルがASPR化されるため、通常のPI制御に比較してゲイン余裕は大きくなる。
しかしながら、適応ゲインKe(t)の上限値を仮決めすることで、試行錯誤的に設計を進めなければならないSAC制御器の設計に道筋をつけることが可能となる。
Actually, in the SAC controller, since the extended process model is converted to ASPR by the
However, by tentatively determining the upper limit value of the adaptive gain K e (t), it becomes possible to make a path to the design of the SAC controller that has to be designed through trial and error.
(第2のPFCパラメータ決定部405:STEP3)
本発明者らは、PFC極α1、α2の探索範囲に対して制約を設ける必要があるか否かを検討した。第2のPFCパラメータ決定部405の機能の一例を説明する前に、その結果を説明する。
前述したように、(29)式に対してフルビッツの安定判定法をあてはめれば、「s多項式の係数Niの全てが正であること」が必要条件となる(ただし、必要十分条件ではない)。したがって、N1>0、N2>0から、PFC極α1、α2に対する以下の制約式を得ることができる。
まず、N1>0から、以下の(34)式の制約式を得ることができる。
(Second PFC parameter determination unit 405: STEP3)
The present inventors examined whether or not it is necessary to provide a restriction on the search range of the PFC poles α 1 and α 2 . Before describing an example of the function of the second PFC
As described above, if the Hurwitz stability determination method is applied to the equation (29), “all the coefficients N i of the s polynomial are positive” becomes a necessary condition (however, it is not a necessary and sufficient condition). ). Therefore, the following constraint equations for the PFC poles α 1 and α 2 can be obtained from N 1 > 0 and N 2 > 0.
First, the following constraint equation (34) can be obtained from N 1 > 0.
(34)式を変形すると、以下の(35)式のようになる。 When the equation (34) is modified, the following equation (35) is obtained.
次に、N2>0から、以下の(36)式の制約式を得ることができる。 Next, the following constraint equation (36) can be obtained from N 2 > 0.
(36)式を変形すると、以下の(37)式のようになり、(38)式を得ることができる。 When the equation (36) is modified, the following equation (37) is obtained, and the equation (38) can be obtained.
(34)式〜(38)式の制約条件から、PFC極α1、α2の上限値が与えられる。しかしながら、かかる上限値は、後述する感度関数の最適化により得られるPFC極α1、α2の最適値に比べて非常に大きい値になる。また、そもそも、ASPR条件は制御の安定性を保障するためのものであって、制御性能の指標とはならない。以上のことから、PFC極α1、α2の探索範囲に対して制約を設ける必要はないと考えられる。 From the constraints of the equations (34) to (38), the upper limit values of the PFC poles α 1 and α 2 are given. However, the upper limit value is very large compared to the optimum values of the PFC poles α 1 and α 2 obtained by optimizing the sensitivity function described later. In the first place, the ASPR condition is for ensuring the stability of control, and is not an index of control performance. From the above, it is considered that there is no need to provide restrictions on the search range of the PFC poles α 1 and α 2 .
そこで、本実施形態では、第2のPFCパラメータ決定部405は、以下のようにしてPFC極α1、α2を導出する。
第2のPFCパラメータ決定部405は、第1のPFCパラメータ決定部403で導出された、PFCゲインβと、適応ゲイン上限仮決定部404で導出された、適応ゲインKe(t)の仮の上限値Kemax_tempとを用いて、SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)を導出する。そして、第2のPFCパラメータ決定部405は、PI制御器設計部402で導出された、PI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)と、SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)との所定の周波数範囲での差が最小になるときのPFC極α1、α2を探索する。
Therefore, in the present embodiment, the second PFC
The second PFC
ここで、前記所定の周波数範囲は、湯面レベルの変動周波数として想定される周波数の少なくとも一部が含まれるように、PI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)の振幅が0[dB]以下になる周波数範囲の中から設定される。かかる周波数範囲として、さらに、ボード線図(振幅の周波数特性)における傾きが所定の範囲内であるという制約を加えることができる。 Here, the amplitude of the sensitivity function S PI (s) when the PI controller is used is 0 so that the predetermined frequency range includes at least part of the frequency assumed as the fluctuation level of the molten metal surface level. [DB] It is set from the frequency range which becomes below. As such a frequency range, a constraint that the slope in the Bode diagram (frequency characteristic of amplitude) is within a predetermined range can be added.
PFC極α1、α2の具体的な探索方法の一例を説明すると、まず、PFC極α1、α2が以下の(39)式の関係を満足するものとする。
α2=D2×α1 ・・・(39)
D2は、0(ゼロ)を上回る実数(D2>0)である。係数D2は、例えば、操業実績等に基づいて予め設定される。
PFC pole alpha 1, will be described an example of a specific method of searching for alpha 2, first, it is assumed that the PFC pole alpha 1, alpha 2 satisfies the following equation (39) relationship.
α 2 = D2 × α 1 (39)
D2 is a real number (D2> 0) exceeding 0 (zero). The coefficient D2 is set in advance based on, for example, operation results.
図9は、SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)を導出するためのブロック線図の一例を示す図である。
適応ゲインKe(t)を、その仮の上限値Kemax_tempで固定することで、SAC制御器を、並列前進補償器205の局所的なフィードバック機構を含めて1つの制御器として扱うことが可能である。このように並列前進補償器205を含めたSAC制御器の伝達関数CSAC(s)は、以下の(40)式で表される。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a block diagram for deriving the sensitivity function S SAC (s) when the SAC controller is used.
By fixing the adaptive gain K e (t) at the temporary upper limit value K emax — temp , the SAC controller is handled as one controller including the local feedback mechanism of the parallel
ただし、前述したように、α1>0、α2>0、β>0である。
また、(並列前進補償器205を含めた)SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)は、以下の(41)式で表される。
However, as described above, α 1 > 0, α 2 > 0, and β> 0.
Further, the sensitivity function S SAC (s) in the case of using the SAC controller (including the parallel forward compensator 205) is expressed by the following equation (41).
第2のPFCパラメータ決定部405は、PFC極α1の初期値を0(ゼロ)とし、PFC極α1の値を0(ゼロ)から徐々に大きくしていき、それぞれのPFC極α1における、SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)を、(39)式〜(41)式等により導出する。
Second PFC
次に、第2のPFCパラメータ決定部405は、前記所定の周波数範囲として0.005[Hz]〜0.04[Hz]の周波数範囲において、SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)とPI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)との差が最小となるときのPFC極α1、α2を導出する。このように、本実施形態では、PI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)は最適設計されているものとして、SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)とPI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)とを比較する。
Next, the second PFC
図10は、PFC極α1、α2を導出する際の処理の一例を概念的に説明する図である。
図10において、振幅は、感度関数の振幅である。また、グラフ1001は、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|の周波数特性を示し、グラフ1002は、感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の周波数特性を示す。
本実施形態では、第2のPFCパラメータ決定部405は、PFC極α1を異ならせた複数の感度関数SSAC(s)の中から、0.005[Hz]〜0.04[Hz]の周波数において、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|に対する、感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の誤差の積分値が最小になる感度関数SSAC(s)を求める。尚、かかる積分値は、図10でハッチングされている領域の面積に対応する。そして、第2のPFCパラメータ決定部405は、当該求めた感度関数SSAC(s)を導出した際に用いたPFC極α1を特定する。
FIG. 10 is a diagram conceptually illustrating an example of processing when deriving the PFC poles α 1 and α 2 .
In FIG. 10, the amplitude is the amplitude of the sensitivity function. Further, the
In the present embodiment, the second PFC
具体的に、例えば、s=jω(j:虚数単位、ω:角周波数[rad/sec])として得られる感度関数の振幅をそれぞれ|SPI(jω)|、|SSAC(jω)|と表記すると、第2のPFCパラメータ決定部405は、以下の(42)式に示す評価関数Jを最小化するPFC極α1を求める。
Specifically, for example, the amplitudes of the sensitivity functions obtained as s = jω (j: imaginary unit, ω: angular frequency [rad / sec]) are expressed as | S PI (jω) | and | S SAC (jω) | In other words, the second PFC
ただし、ω2、ω1は、それぞれ、前述した周波数範囲(0.005[Hz]〜0.04[Hz])の上限、下限に対応する角周波数[rad/sec]であり、以下の(43)式、(44)式で表される。
ω2=2π×0.040 ・・・(43)
ω1=2π×0.005 ・・・(44)
また、前述したように、PFC極α1は0(ゼロ)を上回る値(α1>0)である。
以上のように第2のPFCパラメータ決定部405は、PFC極α1の初期値を0(ゼロ)とした場合の評価関数Jと、PFC極α1を徐々に大きくした場合のそれぞれの評価関数Jを導出し、評価関数Jを最小化するPFC極α1を探索する。
However, ω2 and ω1 are angular frequencies [rad / sec] corresponding to the upper limit and the lower limit of the above-described frequency range (0.005 [Hz] to 0.04 [Hz]), respectively (43) It is represented by the formula (44).
ω2 = 2π × 0.040 (43)
ω1 = 2π × 0.005 (44)
Further, as described above, the PFC pole α 1 is a value exceeding 0 (zero) (α 1 > 0).
As described above, the second PFC
図11は、評価関数Jの値が最小となるときの感度関数SPI(s)、SSAC(s)のボード線図(周波数応答線図)の一例を示す図である。
図11において、グラフ1101は、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|の周波数特性を示し、グラフ1102は、感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の周波数特性を示す。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a Bode diagram (frequency response diagram) of the sensitivity functions S PI (s) and S SAC (s) when the value of the evaluation function J is minimum.
In FIG. 11, a
図12は、PFC極α1、α2が異なる複数の感度関数SSAC(s)のボード線図(周波数応答線図)の一例を、感度関数SPI(s)のボード線図(周波数応答線図)の一例と共に示す図である。
図12において、グラフ1201は、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|の周波数特性を示し、図11に示したグラフ1101と同じである。
グラフ1202〜1204は、感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の周波数特性を示す。グラフ1203は、図11に示したグラフ1102と同じである。グラフ1202、1204は、グラフ1203を得たときと、PFC極α1、α2の値のみを異ならせることにより得られたものである。具体的に、グラフ1202は、PFC極α1、α2が、グラフ1201を得た際のPFC極α1、α2よりも小さいときの感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の周波数特性である。また、グラフ1204は、PFC極α1、α2が、グラフ1201を得た際のPFC極α1、α2の大きさよりも大きいときの感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の周波数特性である。
FIG. 12 shows an example of a Bode diagram (frequency response diagram) of a plurality of sensitivity functions S SAC (s) having different PFC poles α 1 and α 2 , and a Bode diagram (frequency response) of the sensitivity function S PI (s). It is a figure shown with an example of a diagram.
In FIG. 12, a
グラフ1202のように、PFC極α1、α2を小さくしすぎると、低周波領域における振幅が小さくなり、湯面レベルの変動を十分に抑制することができなくなる。一方、グラフ1204のように、PFC極α1、α2を大きくしすぎると、低周波領域における振幅が大きくなり、湯面レベルの変動を十分に抑制できるが、0.1[Hz]以上の周波数で振幅が0[dB]を上回る。したがって、湯面レベルの変動周波数として多くみられる0.03[Hz]〜0.3[Hz]の多くの領域で、感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|を十分に低下させることができない。したがって、外乱dが増幅されて湯面レベルに表れやすくなる。これに対し、グラフ1203のように、PFC極α1、α2を適切に設定することにより、低周波領域における湯面レベルの変動と、外乱が増幅されて湯面レベルに表れることとの双方を抑制することができる。
As shown in the
(適応ゲイン上限決定部406:STEP4)
適応ゲイン上限決定部406は、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを導出する。
以下に、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを導出する方法の具体例を説明する。
(Adaptive gain upper limit determination unit 406: STEP4)
The adaptive gain upper limit determination unit 406 derives an upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t).
A specific example of a method for deriving the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t) will be described below.
まず、適応ゲイン上限決定部406は、第1のPFCパラメータ決定部403で導出されたPFCゲインβと、第2のPFCパラメータ決定部405で導出されたPFC極α1、α2とを用いて、前述した(41)式の計算を行うことにより、(並列前進補償器205を含めた)SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)を導出する。この際、適応ゲイン上限決定部406は、適応ゲイン上限仮決定部404で導出された、適応ゲインKe(t)の仮の上限値Kemax_tempを、(41)式におけるKemax_tempに与える適応ゲインの初期値とする。そして、適応ゲイン上限決定部406は、(41)式におけるKemax_tempに与える適応ゲインを徐々に大きくしていき、それぞれの適応ゲインにおける、SAC制御器を用いた場合の感度関数SSAC(s)を、(39)式〜(41)式等により導出する。
First, the adaptive gain upper limit determination unit 406 uses the PFC gain β derived by the first PFC
そして、適応ゲイン上限決定部406は、所定の周波数範囲において感度関数SPI(s)の振幅以下になる感度関数SSAC(s)の振幅の周波数特性であって、((41)式のKemax_tempに与える)適応ゲインが最小となる感度関数SSAC(s)の振幅の周波数特性を導出し、当該最小となる適応ゲインを、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxとする。すなわち、適応ゲイン上限決定部406は、所定の周波数範囲の上限と下限とのそれぞれにおける値が、感度関数SPI(s)の振幅の周波数特性と一致する感度関数SSAC(s)の振幅の周波数特性を特定し、当該特定した感度関数SSAC(s)の振幅の周波数特性を得た際に用いた適応ゲイン((41)式のKemax_tempに与えた適応ゲイン)を、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxとする。 The adaptive gain upper limit determination unit 406 is a frequency characteristic of the amplitude of the sensitivity function S SAC (s) that is equal to or lower than the amplitude of the sensitivity function S PI (s) in a predetermined frequency range, emax _ give temp) derives the amplitude of the frequency characteristic of the adaptive gain is minimum sensitivity function S SAC (s), the adaptive gain to become such a minimum, the upper limit value K emax adaptive gain K e (t) . That is, the adaptive gain upper limit determination unit 406 determines the amplitude of the sensitivity function S SAC (s) whose values at the upper and lower limits of the predetermined frequency range match the frequency characteristics of the amplitude of the sensitivity function S PI (s). identifying the frequency characteristic, the adaptive gain used when obtaining the amplitude of the frequency characteristic of the specific sensitivity function S SAC (s) ((41 ) adaptive gain given to K emax _ temp of formula), adaptive gain The upper limit value K emax of K e (t) is set.
ここで、前記所定の周波数範囲は、湯面レベルの変動周波数として想定される周波数の少なくとも一部が含まれるように、PI制御器を用いた場合の感度関数SPI(s)の振幅が0[dB]以下になる周波数範囲の中から設定される。かかる周波数範囲として、さらに、ボード線図(振幅の周波数特性)における傾きが所定の範囲内であるという制約を加えることができる。本実施形態では、前記所定の周波数範囲として、0.001[Hz]〜0.04[Hz]を採用する。尚、前記所定の周波数範囲として、第2のPFCパラメータ決定部405でPFC極α1、α2を導出した際に用いた周波数範囲と同じ周波数範囲(前述した例では0.005[Hz]〜0.04[Hz])を採用してもよい。
このようにすることにより、SAC制御器がPI制御器の性能を上回るようにするにあたって、必要以上に適応ゲインKe(t)を上げ過ぎないようにすることができる。
Here, the amplitude of the sensitivity function S PI (s) when the PI controller is used is 0 so that the predetermined frequency range includes at least part of the frequency assumed as the fluctuation level of the molten metal surface level. [DB] It is set from the frequency range which becomes below. As such a frequency range, a constraint that the slope in the Bode diagram (frequency characteristic of amplitude) is within a predetermined range can be added. In the present embodiment, 0.001 [Hz] to 0.04 [Hz] is employed as the predetermined frequency range. As the predetermined frequency range, the same frequency range as that used when the second PFC
By doing so, it is possible to prevent the adaptive gain K e (t) from being raised excessively more than necessary when the SAC controller exceeds the performance of the PI controller.
図13は、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを導出する際の処理の一例を概念的に示す図である。
図13において、振幅は、感度関数の振幅である。また、グラフ1301は、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|の周波数特性を示し、グラフ1302は、感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の周波数特性を示す。
本実施形態では、適応ゲイン上限決定部406は、前記所定の周波数範囲の下限(=0.001[Hz])と上限(=0.04[Hz])のそれぞれにおいて、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|と感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|とが一致するような((41)式のKemax_tempに与える)適応ゲインを、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxとして探索する。
FIG. 13 is a diagram conceptually illustrating an example of processing for deriving the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t).
In FIG. 13, the amplitude is the amplitude of the sensitivity function. A
In the present embodiment, the adaptive gain upper limit determination unit 406 determines the sensitivity function S PI (s) at each of the lower limit (= 0.001 [Hz]) and the upper limit (= 0.04 [Hz]) of the predetermined frequency range. the give (and as match ((41 s) | and sensitivity function S amplitude of SAC (s) | | S SAC (s)) equation K emax _ temp) adaptive gain, | amplitude) S PI The search is performed as the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t).
図14は、((41)式のKemax_tempに与える)適応ゲインが異なる複数の感度関数SSAC(s)のボード線図(周波数応答線図)の第1の例を、感度関数SPI(s)のボード線図(周波数応答線図)の一例と共に示す図である。
図14において、グラフ1401は、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|の周波数特性を示し、図11に示したグラフ1101および図12に示したグラフ1201と同じである。
グラフ1402、1403は、感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の周波数特性を示す。
FIG. 14 shows a first example of a Bode diagram (frequency response diagram) of a plurality of sensitivity functions S SAC (s) with different adaptive gains (given to K emax — temp in equation (41)). It is a figure shown with an example of the Bode diagram (frequency response diagram) of PI (s).
In FIG. 14, a graph 1401 shows the frequency characteristic of the amplitude | S PI (s) | of the sensitivity function S PI (s), and is the same as the
グラフ1402を得た際に使用した、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxは、グラフ1403を得た際に使用した、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxよりも大きい。グラフ1402、1403を得た際のその他の条件は同じである。
The upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t) used when the
0.001[Hz]〜0.04[Hz]程度の周波数範囲において、グラフ1403の値はグラフ1401の値以下になっていない。したがって、グラフ1403を得た際に用いた適用ゲイン((41)式のKemax_tempに与えた適応ゲイン)は、適用ゲインKe(t)の上限値Kemaxとして採用されない。一方、0.005[Hz]〜0.04[Hz]の周波数範囲において、グラフ1402の値はグラフ1401の値以下になっており、且つ、0.005[Hz]、0.04[Hz]の双方においてグラフ1401の値とグラフ1402の値は一致する。したがって、グラフ1401を得た際に用いた適応ゲイン((41)式のKemax_tempに与えた適応ゲイン)は、適用ゲインKe(t)の上限値Kemaxとして採用される。
In the frequency range of about 0.001 [Hz] to 0.04 [Hz], the value of the
図15は、((41)式のKemax_tempに与える)適応ゲインが異なる複数の感度関数SSAC(s)のボード線図(周波数応答線図)の第2の例を、感度関数SPI(s)のボード線図(周波数応答線図)の一例と共に示す図である。
図15において、グラフ1501は、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|の周波数特性を示し、図14に示したグラフ1401と同じである。
グラフ1502、1503は、感度関数SSAC(s)の振幅|SSAC(s)|の周波数特性を示す。グラフ1502は、図14に示したグラフ1402と同じである。グラフ1503は、グラフ1502を得たときと、((41)式のKemax_tempに与える)適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxの値のみを異ならせることにより得られたものである。具体的に、グラフ1503を得た際に用いた適応ゲインは、グラフ1502を得た際に用いた適応ゲインよりも大きい。
FIG. 15 shows a second example of a Bode diagram (frequency response diagram) of a plurality of sensitivity functions S SAC (s) having different adaptive gains (given to K emax — temp in equation (41)). It is a figure shown with an example of the Bode diagram (frequency response diagram) of PI (s).
In FIG. 15, a
図16は、外乱dから開度指令u0、u0´への伝達関数TSAC(s)、TPI(s)のボード線図(周波数応答線図)の一例を示す図である。外乱dから開度指令u0、u0´への伝達関数TSAC(s)、TPI(s)は、外乱dが開度指令u0、u0´にどのように増幅されて表れるのかを意味する。
伝達関数TSAC(s)、TPI(s)は、それぞれ以下の(45)式、(46)式で表される。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a Bode diagram (frequency response diagram) of transfer functions T SAC (s) and T PI (s) from the disturbance d to the opening degree commands u 0 and u 0 ′. From disturbance d opening command u 0, u 0 'transfer function T SAC to (s), T PI (s ) , the disturbance d is opening command u 0, u 0' whether appear is amplified how to Means.
The transfer functions T SAC (s) and T PI (s) are expressed by the following equations (45) and (46), respectively.
図16において、グラフ1601は、図6に示したブロック線図における伝達関数TPI(s)の振幅の周波数特性を示す。
グラフ1602、1603は、図9に示したブロック線図における伝達関数TSAC(s)の振幅の周波数特性を示す。グラフ1602は、グラフ1503を得たときと、((41)式のKemax_tempに与える)適応ゲインの値のみを異ならせている。具体的に、グラフ1602を得た際に用いた適応ゲインは、グラフ1603を得た際に用いた適応ゲインよりも小さい。
In FIG. 16, a graph 1601 shows the frequency characteristic of the amplitude of the transfer function T PI (s) in the block diagram shown in FIG.
図15に示すグラフ1502、1503を比較すると、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを大きくすればするほど、低周波領域での湯面レベルの変動が改善されるように見える。しかしながら、図16に示すグラフ1602、1603に示すように、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを大きくしすぎると、高周波領域でストッパー13の開度の変動が増大し、湯面の波立ちに対してストッパー13が過剰に反応する虞がある。例えば、開閉パルス信号(ストッパー13の開度の変更分を表すパルス信号)の飽和が発生すると、制御を安定化させることができず、発散的な挙動となることが予測される。
Comparing the
以上のことから、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxは大きすぎても小さすぎても好ましくなく、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを適切に設定することにより、低周波領域における湯面レベルの変動と、外乱が増幅されてストッパー13の開度指令に表れることとの双方を抑制することができる。
From the above, it is not preferable that the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t) is too large or too small. By appropriately setting the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t), the low value can be reduced. It is possible to suppress both the fluctuation of the molten metal surface level in the frequency region and the appearance of the disturbance in the opening degree command of the
図17は、湯面レベルと時間との関係の一例を示す図である。図17(a)は、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを設定せずに、図3に示すブロック線図に従って湯面レベルの制御をシミュレーションした結果を示す。図17(b)は、前述したようにして適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを設定して、図3に示すブロック線図に従って湯面レベルの制御をシミュレーションした結果を示す。図17(a)に示す結果を得る際の条件と、図17(b)に示す結果を得る際の条件の違いは、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxの設定の有無のみである。 FIG. 17 is a diagram showing an example of the relationship between the hot water level and time. FIG. 17A shows the result of simulating the control of the molten metal surface level according to the block diagram shown in FIG. 3 without setting the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t). FIG. 17B shows the result of simulating the control of the molten metal surface level according to the block diagram shown in FIG. 3 by setting the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t) as described above. The difference between the condition for obtaining the result shown in FIG. 17A and the condition for obtaining the result shown in FIG. 17B is only whether or not the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t) is set. is there.
図17(a)および図17(b)において、レベル目標値は、湯面レベルの目標値を示し、レベル実績値は、シミュレーションの結果を示す。
図17(a)に示す例では、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを設定していないため、湯面レベルが大きくハンチングし、鋳造の継続が不可能な状態になる。例えば、ストッパー13の移動速度に制約がある場合、単純適応制御(SAC)の持つ高い制御能力を発揮できない場合がある。
一方、図17(b)に示す例では、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを設定し、適応ゲインKe(t)が過大になることを回避するため、湯面レベルのハンチングが抑制され、単純適応制御(SAC)を安定して実行することができる。
In FIG. 17 (a) and FIG. 17 (b), the level target value indicates the target value of the molten metal surface level, and the level actual value indicates the result of simulation.
In the example shown in FIG. 17A, since the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t) is not set, the molten metal surface level is greatly hunted and the casting cannot be continued. For example, when the movement speed of the
On the other hand, in the example shown in FIG. 17 (b), sets the upper limit value K emax adaptive gain K e (t), since the adaptive gain K e (t) is prevented from becoming excessive, the hunting of the molten metal surface level Is suppressed, and simple adaptive control (SAC) can be stably executed.
適応ゲイン上限決定部406は、以上のようにして得られた、適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxと、第1のPFCパラメータ決定部403で導出されたPFCゲインβと、第2のPFCパラメータ決定部405で導出されたPFC極α1、α2とを出力する。出力形態としては、例えば、湯面レベル制御装置100への送信、可搬型記憶媒体への記憶、コンピュータディスプレイへの表示の少なくとも何れか1つが挙げられる。すなわち、適応ゲイン上限決定部406は、SAC制御器として動作する湯面レベル制御装置100のパラメータ(α1、α2、β、Kemax)を、湯面レベル制御装置100に直接設定する構成としてもよいし、間接的に(例えばオペレータによる操作等を介して)設定する構成としてもよい。
The adaptive gain upper limit determination unit 406 obtains the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t) obtained as described above, the PFC gain β derived by the first PFC
(まとめ)
以上のように本実施形態では、理論的にASPR条件を満足することを示す制約要件を満たすようにPFCゲインβを導出する。また、プロセスモデル207の伝達関数P(s)に対して発振限界(ゲイン余裕=0、位相余裕=0)となる比例ゲインを、適応ゲインKe(t)の仮の上限値Kemax_tempとして導出する。そして、適応ゲインKe(t)の仮の上限値Kemax_tempと、PFCゲインβとを前記導出した値で固定した上で、PFC極α1、α2を変更し、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|が0[dB]を上回る領域よりも低周波側の所定の周波数範囲において、感度関数SPI(s)、SSAC(s)の振幅|SPI(s)|、|SSAC(s)|の差が最小になるときのPFC極α1、α2を導出する。次に、PFC極α1、α2およびPFCゲインβを前記導出した値で固定した上で適応ゲインを変更し、感度関数SPI(s)の振幅|SPI(s)|が0[dB]を上回る領域よりも低周波側の所定の周波数範囲の上限と下限において、感度関数SPI(s)、SSAC(s)の振幅|SPI(s)|、|SSAC(s)|が一致するときの適応ゲインを適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxとして導出する。
(Summary)
As described above, in the present embodiment, the PFC gain β is derived so as to satisfy the constraint requirement indicating that the ASPR condition is theoretically satisfied. Further, a proportional gain that becomes an oscillation limit (gain margin = 0, phase margin = 0) with respect to the transfer function P (s) of the
したがって、試行錯誤的に設計することが殆どであったSAC制御器を系統立てて設計することが可能となる。その結果、PI制御器を上回る制御性能を実現するために必要となる、PFC極α1、α2、PFCゲインβ、および適応ゲインKe(t)の上限値Kemaxを試行錯誤することなく求めることができる。このように、ストッパー13を用いた連続鋳造機における湯面レベルの制御を単純適応制御(SAC)により高精度に実現するためのSAC制御器の設計を系統立てて行うことができる。
Therefore, it becomes possible to systematically design the SAC controller that was mostly designed by trial and error. As a result, the PFC poles α 1 and α 2 , the PFC gain β, and the upper limit value K emax of the adaptive gain K e (t), which are necessary for realizing control performance that exceeds the PI controller, are used without trial and error. Can be sought. In this way, it is possible to systematically design a SAC controller for realizing high-precision control of the molten metal surface level in a continuous casting machine using the
(変形例)
<変形例1>
本実施形態では、並列前進補償器205の伝達関数PFC(s)を(21)式で表現する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、並列前進補償器205の伝達関数PFC(s)は、(21)式に限定されない。並列前進補償器205の伝達関数PFC(s)は、例えば、分母の次数が分子の次数よりも1大きく、且つ、分子の次数が1次以上である伝達関数とすることができる。さらに、並列前進補償器205の伝達関数PFC(s)を直達項がない形で表現することもできる。
(Modification)
<
In the present embodiment, the case where the transfer function PFC (s) of the parallel
<変形例2>
本実施形態では、プロセスモデル207の伝達関数P(s)を(22)式で表現する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、プロセスモデル207の伝達関数P(s)は(22)式に限定されない。例えば、プロセスモデル207の伝達関数P(s)を以下の(47)式または(48)式で表現してもよい。
<
In the present embodiment, the case where the transfer function P (s) of the
<変形例3>
本実施形態では、(42)式に示す評価関数Jを最小にするPFC極α1を求める場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、(42)式に示す評価関数Jが最小になるように、SAC制御器の全てのパラメータを導出してもよい。このようにする場合の具体例を説明すると、ASPR条件を満足することを示す制約条件(例えば(29)式のただし書きに示すN0〜N5の全てが0(ゼロ)を上回るという制約条件)を満たす範囲で、(42)式に示す評価関数Jを最小にするPFC極α1、α2およびPFCゲインβを導出してもよい。尚、かかる導出は、例えば、公知の数理計画法における最適化計算の手法を用いることにより実現できる。また、このようにする場合、制御器パラメータ導出装置400は、第1のPFCパラメータ決定部403の機能を持たなくてもよい。また、並列前進補償器205の伝達関数PFC(s)を(21)式で表現しない場合においても、このようにしてSAC制御器の全てのパラメータを導出することができる。さらに、本実施形態で説明したように、湯面レベルを制御するための設備(油圧シリンダー300、レベル計19)の時定数TCYL、TSを0(ゼロ)にして、前記制約条件を定めることができる。
<
In the present embodiment, the case of obtaining the PFC pole α 1 that minimizes the evaluation function J shown in the equation (42) has been described as an example. However, this is not always necessary. For example, all parameters of the SAC controller may be derived so that the evaluation function J shown in the equation (42) is minimized. A specific example in this case will be described. A constraint condition indicating that the ASPR condition is satisfied (for example, a constraint condition that all of N 0 to N 5 shown in the proviso of equation (29) exceed 0 (zero)). The PFC poles α 1 and α 2 and the PFC gain β that minimize the evaluation function J shown in the equation (42) may be derived within a range that satisfies the above. Such derivation can be realized, for example, by using an optimization calculation method in a known mathematical programming method. Further, in this case, the controller
<その他の変形例>
以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
<Other variations>
The embodiment of the present invention described above can be realized by a computer executing a program. Further, a computer-readable recording medium in which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
11:タンディッシュ、12:浸漬ノズル、13:ストッパー、14:モールド、15:ピンチロール、16:冷却スプレー、17:金属溶湯、18:凝固殻、19:レベル計、100:レベル制御装置、200:ST制御装置、300:油圧シリンダー、400:制御器パラメータ導出装置、401:プロセスモデル取得部、402:PI制御器設計部、403:第1のPFCパラメータ決定部、404:適応ゲイン上限仮決定部、405:第2のPFCパラメータ決定部、406:適応ゲイン上限決定部 11: Tundish, 12: Immersion nozzle, 13: Stopper, 14: Mold, 15: Pinch roll, 16: Cooling spray, 17: Molten metal, 18: Solidified shell, 19: Level meter, 100: Level controller, 200 : ST controller, 300: hydraulic cylinder, 400: controller parameter derivation device, 401: process model acquisition unit, 402: PI controller design unit, 403: first PFC parameter determination unit, 404: adaptive gain upper limit provisional determination 405: second PFC parameter determination unit 406: adaptive gain upper limit determination unit
Claims (8)
前記規範モデルの出力と前記湯面レベルの検出値との偏差に対する可変の適応ゲインと、
前記連続鋳造機のタンディッシュに貯留されている金属溶湯の前記モールド内への流入量を調節するストッパーの開度に関する指令を入力として前記湯面レベルの検出値を出力するプロセスモデルの出力を補償する並列前進補償器(PFC)と、
を有する制御器であり、前記湯面レベルを単純適応制御により制御する制御器のパラメータを導出する制御器パラメータ導出方法であって、
前記湯面レベルの制御をPI制御により行う場合の感度関数である第1の感度関数の振幅の周波数特性をPI制御器設計手段により導出するPI制御器設計工程と、
前記適応ゲインの仮の上限値を適応ゲイン上限仮決定手段により決定する適応ゲイン上限仮決定工程と、
前記PI制御器設計工程により導出された前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と、前記湯面レベルの制御を単純適応制御により行う場合の感度関数である第2の感度関数の振幅の周波数特性と、前記適応ゲイン上限仮決定工程により決定された前記適応ゲインの仮の上限値とを用いて、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータをPFCパラメータ決定手段により決定するPFCパラメータ決定工程と、
前記前記PI制御器設計工程により導出された前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と、前記第2の感度関数の振幅の周波数特性と、前記PFCパラメータ決定工程により決定された前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータとを用いて、前記適応ゲインの上限値を適応ゲイン上限決定手段により決定する適応ゲイン上限決定工程と、を有し、
前記PFCパラメータ決定工程は、前記適応ゲインが前記適応ゲイン上限仮決定工程で決定された前記適応ゲインの仮の上限値であるものとしたうえで、前記並列前進補償器の伝達関数の少なくとも1つのパラメータを異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲において前記第1の感度関数の振幅との差が所定の条件下で最小となる前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータを特定し、
前記適応ゲイン上限決定工程は、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータが前記PFCパラメータ決定工程で導出された前記パラメータであるものとしたうえで、前記適応ゲインの値を異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲の上限と下限とのそれぞれにおける値が、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と一致する前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記適応ゲインを、前記適応ゲインの上限値として特定することを特徴とする制御器パラメータ導出方法。 A reference model for outputting a target level value of a molten metal level in a mold in a continuous casting machine and outputting a molten metal level level that the detected value of the molten metal level should follow,
A variable adaptive gain for the deviation between the output of the reference model and the detected value of the molten metal level;
Compensates for the output of the process model that outputs the detected value of the molten metal level with the command about the opening of the stopper that adjusts the flow rate of the molten metal stored in the tundish of the continuous casting machine into the mold. A parallel forward compensator (PFC),
A controller parameter derivation method for deriving a parameter of a controller that controls the molten metal level by simple adaptive control,
A PI controller design step of deriving the frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function, which is a sensitivity function when the molten metal surface level control is performed by PI control, by the PI controller design means;
An adaptive gain upper limit tentative determination step of determining a temporary upper limit value of the adaptive gain by an adaptive gain upper limit temporary determination means;
The frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function derived by the PI controller design process and the frequency of the amplitude of the second sensitivity function, which is a sensitivity function when the level control is performed by simple adaptive control. A PFC parameter determining step of determining a parameter of a transfer function of the parallel forward compensator by a PFC parameter determining means using the characteristics and the temporary upper limit value of the adaptive gain determined in the adaptive gain upper limit temporary determining step; ,
The frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function derived by the PI controller design step, the frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function, and the parallel forward compensation determined by the PFC parameter determination step An adaptive gain upper limit determining step for determining an upper limit value of the adaptive gain by an adaptive gain upper limit determining means using a parameter of a transfer function of the device,
In the PFC parameter determination step, the adaptive gain is assumed to be a temporary upper limit value of the adaptive gain determined in the adaptive gain upper limit temporary determination step, and at least one transfer function of the parallel forward compensator is determined. Based on the result of comparing a plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function derived by different parameters and the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function, the first sensitivity function The amplitude of the second sensitivity function is such that the difference between the amplitude of the first sensitivity function and the amplitude of the first sensitivity function is minimum under a predetermined condition in a predetermined frequency range lower than the frequency where the amplitude of the first sensitivity function exceeds 0 [dB]. Search the frequency characteristics, specify the parameters of the transfer function of the parallel forward compensator used to derive the frequency characteristics of the amplitude of the searched second sensitivity function,
The adaptive gain upper limit determining step is derived by making the parameter of the transfer function of the parallel forward compensator the parameter derived in the PFC parameter determining step and varying the value of the adaptive gain. Based on the result of comparing the plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function with the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function, the amplitude of the first sensitivity function is 0 [dB]. Search for the frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function in which the values at the upper and lower limits of the predetermined frequency range on the lower frequency side than the higher frequency match the frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function. And the adaptive gain used to derive the frequency characteristic of the amplitude of the searched second sensitivity function is specified as an upper limit value of the adaptive gain. Meter derivation method.
前記プロセスモデルの伝達関数と前記並列前進補償器の伝達関数との和がASPR(Almost Strictly Positive Real)条件を満足することを示す制約条件であって、前記プロセスモデルの伝達関数における設備の時定数を0(ゼロ)とした場合の制約条件を満たすように、前記並列前進補償器の伝達関数の分子の最高次数のラプラス演算子に乗算される係数を、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータとして特定する第1のPFCパラメータ決定工程と、
前記適応ゲインが前記適応ゲイン上限仮決定工程で決定された前記適応ゲインの仮の上限値であり、且つ、前記係数が第1のPFCパラメータ決定工程で決定された前記係数であるものとしたうえで、前記並列前進補償器の伝達関数の極を異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲において前記第1の感度関数の振幅との差が所定の条件下で最小となる前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記並列前進補償器の伝達関数の極を、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータとして特定する第2のPFCパラメータ決定工程と、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の制御器パラメータ導出方法。 The PFC parameter determination step includes:
A constraint condition indicating that a sum of the transfer function of the process model and the transfer function of the parallel forward compensator satisfies an ASPR (Almost Strictly Positive Real) condition, and the time constant of the facility in the transfer function of the process model The coefficient multiplied by the Laplace operator of the highest order numerator of the transfer function of the parallel forward compensator is set to a parameter of the transfer function of the parallel forward compensator so as to satisfy the constraint when 0 is set to 0 (zero) A first PFC parameter determination step identified as
The adaptive gain is the temporary upper limit value of the adaptive gain determined in the adaptive gain upper limit temporary determination step, and the coefficient is the coefficient determined in the first PFC parameter determination step. And comparing the plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function derived by making the transfer function poles of the parallel forward compensator different from the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function. Based on the result, the difference between the amplitude of the first sensitivity function and the amplitude of the first sensitivity function is minimum under a predetermined condition in a predetermined frequency range lower than the frequency where the amplitude of the first sensitivity function exceeds 0 [dB]. The frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function is searched, and the pole of the transfer function of the parallel forward compensator used for deriving the frequency characteristic of the amplitude of the searched second sensitivity function is Forward compensator Controller parameter derivation method according to claim 1, the second PFC parameter determining step of identifying as a parameter of the transfer function, characterized in that it further comprises a.
前記第2のPFCパラメータ決定工程は、前記(A)式における極α1、α2を導出し、
前記第1のPFCパラメータ決定工程は、前記(A)式における係数βを、以下の(B)式を満足するように導出することを特徴とする請求項1または2に記載の制御器パラメータ導出方法。
前記(A)式において、sはラプラス演算子であり、前記(B)式において、KKは、前記ストッパーの流量係数[m2/sec]であり、Aは、前記モールドの空洞部分の水平方向の断面積[m2]である。
The second PFC parameter determination step derives the poles α 1 and α 2 in the equation (A),
3. The controller parameter derivation according to claim 1, wherein the first PFC parameter determination step derives a coefficient β in the equation (A) so as to satisfy the following equation (B): 4. Method.
In the formula (A), s is a Laplace operator, in the formula (B), KK is a flow coefficient [m 2 / sec] of the stopper, and A is a horizontal direction of the cavity portion of the mold. Is the cross-sectional area [m 2 ].
前記規範モデルの出力と前記湯面レベルの検出値との偏差に対する可変の適応ゲインと、
前記連続鋳造機のタンディッシュに貯留されている金属溶湯の前記モールド内への流入量を調節するストッパーの開度に関する指令を入力として前記湯面レベルの検出値を出力するプロセスモデルの出力を補償する並列前進補償器(PFC)と、
を有する制御器であり、前記湯面レベルを単純適応制御により制御する制御器のパラメータを導出する制御器パラメータ導出装置であって、
前記湯面レベルの制御をPI制御により行う場合の感度関数である第1の感度関数の振幅の周波数特性を導出するPI制御器設計手段と、
前記適応ゲインの仮の上限値を決定する適応ゲイン上限仮決定手段と、
前記PI制御器設計手段により導出された前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と、前記湯面レベルの制御を単純適応制御により行う場合の感度関数である第2の感度関数の振幅の周波数特性と、前記適応ゲイン上限仮決定手段により決定された前記適応ゲインの仮の上限値とを用いて、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータを決定するPFCパラメータ決定手段と、
前記前記PI制御器設計手段により導出された前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と、前記第2の感度関数の振幅の周波数特性と、前記PFCパラメータ決定手段により決定された前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータとを用いて、前記適応ゲインの上限値を決定する適応ゲイン上限決定手段と、を有し、
前記PFCパラメータ決定手段は、前記適応ゲインが前記適応ゲイン上限仮決定手段で決定された前記適応ゲインの仮の上限値であるものとしたうえで、前記並列前進補償器の伝達関数の少なくとも1つのパラメータを異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲において前記第1の感度関数の振幅との差が所定の条件下で最小となる前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータを特定し、
前記適応ゲイン上限決定手段は、前記並列前進補償器の伝達関数のパラメータが前記PFCパラメータ決定手段で導出された前記パラメータであるものとしたうえで、前記適応ゲインの値を異ならせることにより導出される前記第2の感度関数の振幅の複数の周波数特性と、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性とを比較した結果に基づいて、前記第1の感度関数の振幅が0[dB]を上回る周波数よりも低周波側の所定の周波数範囲の上限と下限とのそれぞれにおける値が、前記第1の感度関数の振幅の周波数特性と一致する前記第2の感度関数の振幅の周波数特性を探索し、当該探索した前記第2の感度関数の振幅の周波数特性の導出に用いられる前記適応ゲインを、前記適応ゲインの上限値として特定することを特徴とする制御器パラメータ導出装置。 A reference model for outputting a target level value of a molten metal level in a mold in a continuous casting machine and outputting a molten metal level level that the detected value of the molten metal level should follow,
A variable adaptive gain for the deviation between the output of the reference model and the detected value of the molten metal level;
Compensates for the output of the process model that outputs the detected value of the molten metal level with the command about the opening of the stopper that adjusts the flow rate of the molten metal stored in the tundish of the continuous casting machine into the mold. A parallel forward compensator (PFC),
A controller parameter deriving device for deriving a parameter of a controller for controlling the molten metal surface level by simple adaptive control,
PI controller design means for deriving the frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function, which is a sensitivity function when the molten metal surface level is controlled by PI control;
Adaptive gain upper limit temporary determination means for determining a temporary upper limit value of the adaptive gain;
The frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function derived by the PI controller design means and the frequency of the amplitude of the second sensitivity function, which is a sensitivity function when performing control of the molten metal surface level by simple adaptive control PFC parameter determining means for determining a parameter of a transfer function of the parallel forward compensator using characteristics and a temporary upper limit value of the adaptive gain determined by the adaptive gain upper limit temporary determining means;
The frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function derived by the PI controller design means, the frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function, and the parallel forward compensation determined by the PFC parameter determination means Adaptive gain upper limit determining means for determining an upper limit value of the adaptive gain using a parameter of a transfer function of the device,
The PFC parameter determining means assumes that the adaptive gain is a temporary upper limit value of the adaptive gain determined by the adaptive gain upper limit temporary determining means, and at least one of the transfer functions of the parallel forward compensator Based on the result of comparing a plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function derived by different parameters and the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function, the first sensitivity function The amplitude of the second sensitivity function is such that the difference between the amplitude of the first sensitivity function and the amplitude of the first sensitivity function is minimum under a predetermined condition in a predetermined frequency range lower than the frequency where the amplitude of the first sensitivity function exceeds 0 [dB]. Search the frequency characteristics, specify the parameters of the transfer function of the parallel forward compensator used to derive the frequency characteristics of the amplitude of the searched second sensitivity function,
The adaptive gain upper limit determining means is derived by assuming that the parameter of the transfer function of the parallel forward compensator is the parameter derived by the PFC parameter determining means, and varying the value of the adaptive gain. Based on the result of comparing the plurality of frequency characteristics of the amplitude of the second sensitivity function with the frequency characteristics of the amplitude of the first sensitivity function, the amplitude of the first sensitivity function is 0 [dB]. Search for the frequency characteristic of the amplitude of the second sensitivity function in which the values at the upper and lower limits of the predetermined frequency range on the lower frequency side than the higher frequency match the frequency characteristic of the amplitude of the first sensitivity function. And the adaptive gain used to derive the frequency characteristic of the amplitude of the searched second sensitivity function is specified as an upper limit value of the adaptive gain. Meter derivation device.
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