JP2018069260A - Molten metal surface level controller and molten metal surface level control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、湯面レベル制御装置及び湯面レベル制御方法に関し、特に、鋳型内の溶鋼の湯面レベルを目標値に制御するために、当該鋳型への溶鋼の注湯量を調整する連続鋳造機の鋳型内湯面レベル制御装置及び湯面レベル制御方法に関するものである。 The present invention relates to a molten metal level control apparatus and a molten metal level control method, and more particularly to a continuous casting machine that adjusts the amount of molten steel poured into the mold in order to control the molten metal level in the mold to a target value. The present invention relates to a hot water surface level control device and a hot water surface level control method.
連続鋳造機による連続鋳造工程において、連続鋳造機の鋳型内の溶鋼の湯面レベルが変動すると、鋳片の表面疵及び割れが発生したり、操業上の支障を引き起こすブレークアウト等が発生したりする場合がある。そのため、鋳型内の溶鋼の湯面レベルは、できる限り変動しないことが好ましい。この課題に対し、例えば特許文献1には、湯面レベルの目標値からの偏差と該偏差の一次微分値との和に基づく値が0になるような希望特性で湯面レベルの変動を抑制可能な制御器を備える湯面レベル制御装置が開示されている。
In the continuous casting process using a continuous casting machine, if the molten steel level in the mold of the continuous casting machine fluctuates, surface flaws and cracks in the slab may occur, breakouts that cause operational problems, etc. may occur. There is a case. Therefore, it is preferable that the molten steel level in the mold does not vary as much as possible. In response to this problem, for example, in
しかしながら、特許文献1に開示された湯面レベル制御装置による制御動作において、湯面レベルの目標値からの偏差と該偏差の一次微分値との和に基づく値が0になるような希望特性そのものは変更されることなく、一定となっている。そのため、例えば制御動作中に、様々な物理的要因により実動作特性が変化した場合には、希望特性での制御が不安定になり、湯面レベルの変動が抑えにくくなる場合が生じる。
However, in the control operation by the molten metal level control device disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、制御動作中における実動作特性の変化による影響を低減可能な湯面レベル制御装置及び湯面レベル制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a hot water surface level control device and a hot water surface level control method capable of reducing the influence of changes in actual operation characteristics during a control operation.
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置は、
タンディッシュから鋳型に供給される溶鋼量を調整する流量調整部と、
前記鋳型における溶鋼の湯面レベルを検出するレベルセンサと、
前記レベルセンサが検出した前記湯面レベルの実測値と、前記湯面レベルの目標値とに基づいて、前記湯面レベルを制御するための操作量を生成し、該操作量を操作指令として前記流量調整部に指示する制御部と
を備え、
前記制御部は、線形制御入力信号を生成する線形制御部と、非線形制御入力信号を生成する外乱抑制制御部と、線形制御の制御パラメータを変更する制御パラメータ変更部と、を含むことを特徴する。
In order to solve the above-mentioned problem, a hot water level control device according to an embodiment of the present invention includes:
A flow rate adjusting unit for adjusting the amount of molten steel supplied from the tundish to the mold,
A level sensor for detecting the level of molten steel in the mold;
Based on the measured value of the hot water surface level detected by the level sensor and the target value of the hot water surface level, an operation amount for controlling the hot water surface level is generated, and the operation amount is used as an operation command. A control unit for instructing the flow rate adjustment unit,
The control unit includes a linear control unit that generates a linear control input signal, a disturbance suppression control unit that generates a nonlinear control input signal, and a control parameter change unit that changes a control parameter of linear control. .
本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置において、
前記線形制御部は、前記湯面レベルの実測値と前記湯面レベルの目標値との偏差に所定の係数を乗じて得られる信号と、該偏差の変化量に所定の係数を乗じて得られる信号と、に基づいて、前記線形制御入力信号を算出することを特徴とする。
In the hot water level control device according to an embodiment of the present invention,
The linear control unit is obtained by multiplying a deviation between the measured value of the molten metal level and the target value of the molten metal level by a predetermined coefficient, and by multiplying the variation of the deviation by a predetermined coefficient. The linear control input signal is calculated based on the signal.
本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置において、
前記外乱抑制制御部は
前記湯面レベルの実測値と前記湯面レベルの目標値との偏差と、該偏差の変化量と、の各信号の線形結合で定まる切替線を定義し、該切替線に該偏差及び該偏差の変化量を代入して定まる値の符号によって、前記非線形制御入力信号を生成することを特徴とする
In the hot water level control device according to an embodiment of the present invention,
The disturbance suppression control unit defines a switching line determined by a linear combination of signals of a deviation between the measured value of the molten metal level and the target value of the molten metal level, and a change amount of the deviation, and the switching line The nonlinear control input signal is generated by a sign of a value determined by substituting the deviation and a variation amount of the deviation into
本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置において、
前記制御パラメータ変更部は、湯面レベル制御系の制御対象の規範モデルを定め、該規範モデルを用いて湯面レベル推定値を計算し、該湯面レベル推定値と湯面レベル実測値との差により、前記制御対象の特性の変動を評価し、制御パラメータを変更する演算を実施することにより、前記線形制御の制御パラメータを変更することを特徴とする。
In the hot water level control device according to an embodiment of the present invention,
The control parameter changing unit determines a reference model of a controlled object of the molten metal level control system, calculates a molten metal surface level estimated value using the reference model, and calculates the molten metal surface level estimated value and the molten metal surface level measured value. The control parameter of the linear control is changed by evaluating a change in the characteristics of the control target based on the difference and performing an operation of changing the control parameter.
また、本発明の一実施形態は、上述した装置に実質的に想到する方法としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。 Further, it should be understood that one embodiment of the present invention can be realized as a method substantially conceived by the above-described apparatus, and these are also included in the scope of the present invention.
例えば、本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御方法は、
タンディッシュから鋳型に供給される溶鋼量を調整する流量調整部と、前記鋳型における溶鋼の湯面レベルを検出するレベルセンサと、前記流量調整部に操作指令を出力する制御部とを備える湯面レベル制御装置による湯面レベル制御方法であって、
線形制御入力信号を生成するステップと、
非線形制御入力信号を生成するステップと、
線形制御の制御パラメータを変更するステップと、
前記変更された制御パラメータにより、前記レベルセンサが検出した前記湯面レベルの実測値と、前記湯面レベルの目標値とに基づいて、前記湯面レベルを制御するための操作量を生成し、該操作量を操作指令として出力するステップと、
を含む。
For example, a hot water surface level control method according to an embodiment of the present invention includes:
A molten metal surface provided with a flow rate adjusting unit for adjusting the amount of molten steel supplied from the tundish to the mold, a level sensor for detecting the molten metal level in the mold, and a control unit for outputting an operation command to the flow rate adjusting unit. A level control method using a level control device,
Generating a linear control input signal;
Generating a non-linear control input signal;
Changing the control parameters of the linear control;
Based on the measured value of the molten metal level detected by the level sensor and the target value of the molten metal level, the operation amount for controlling the molten metal surface level is generated by the changed control parameter, Outputting the operation amount as an operation command;
including.
本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置及び湯面レベル制御方法によれば、制御動作中における実動作特性の変化による影響を低減可能である。 According to the hot water surface level control device and the hot water surface level control method according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the influence due to the change in the actual operation characteristics during the control operation.
以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置により湯面レベルの制御を行う連続鋳造機の概略構成の一例を示す図である。連続鋳造機10は、タンディッシュ11と、タンディッシュ11の底面から下方に突出するように形成されたノズル12と、タンディッシュ11の下方に配置された鋳型(モールド)13と、鋳型13より下方に配置されたサポートロール14及び冷却水スプレー15と、搬送用ロール(ピンチロール)16と、切断機17とを備える。サポートロール14は、鋳型13の下方から、水平に配置された搬送用ロール16までの、湾曲した鋳片通路を形成する。鋳型13から搬送用ロール16に向かう、鋳片通路に沿った方向を鋳込方向という。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a continuous casting machine that controls a molten metal surface level by a molten metal surface level control device according to an embodiment of the present invention. The
タンディッシュ11は、取鍋からの溶鋼を貯留する中間容器である。タンディッシュ11に貯留された溶鋼は、内径が一定のノズル12を介して鋳型13に供給される。ノズル12の流入口12aには、ノズル流入口12aの開度を調整することにより、タンディッシュ11から鋳型13に流入する溶鋼量を調整する流量調整部18が設けられる。すなわち、流量調整部18は、流入口12aの開度を調整することにより、タンディッシュ11から鋳型13に供給される溶鋼量を調整する。本実施形態において、流量調整部18は、一例として、流入口12aに対して直交する方向(上下方向)に変位することにより流入口12aの開度を調整するステッピングシリンダであるとして、以下説明する。
The tundish 11 is an intermediate container that stores molten steel from a ladle. Molten steel stored in the tundish 11 is supplied to the
流量調整部18がステッピングシリンダである場合、ステッピングシリンダを流入口12aから遠ざける(図1では上方向に変位させる)と、流入口12aの開度が高くなり、タンディッシュ11から鋳型13に供給される溶鋼量が増加する。一方、ステッピングシリンダを流入口12aに近付ける(図1では下方向に変位させる)と、流入口12aの開度が低くなり、タンディッシュ11から鋳型13に供給される溶鋼量が減少する。
When the flow
鋳型13に供給された溶鋼は、鋳型13の内壁面において冷却されて、内部が未凝固のスラブを形成する。鋳型13で形成されたスラブは、鋳込方向に沿って鋳型13から引き抜かれる。鋳型13には、例えば渦流式レベルセンサ等のレベルセンサ19が設けられる。レベルセンサ19は、鋳型13における溶鋼の湯面レベルを測定する。
The molten steel supplied to the
鋳型13から引き抜かれたスラブは、サポートロール14により支持されて、サポートロール14により形成される鋳片通路を、搬送用ロール16に向かって移動する。サポートロール14は、少なくともその一部が駆動ロールにより構成されており、スラブを連続的に引き抜いて、搬送用ロール16に向かって移動させる。
The slab pulled out from the
冷却水スプレー15は、鋳片通路を通るスラブに向けて水を噴射することにより、スラブを冷却する。スラブが鋳片通路を移動するに従って、冷却水スプレー15による冷却によって、スラブ内部の未凝固部分が固化する。スラブは、搬送用ロール16に達するまでに完全に凝固する。
The cooling
搬送用ロール16に達したスラブは、搬送用ロール16により搬送されて、例えばトーチカッター等の切断機17により切断される。切断機17で切断されたスラブは、例えば次工程である圧延工程へ搬送される。
The slab that has reached the
なお、連続鋳造工程の開始時には、鋳型13の下端から搬送用ロール16に亘って、鋳片の代わりにダミーバーが挿入される。ダミーバーは、連続鋳造開始時において、鋳型13の下端から鋳片通路を塞いでいる。連続鋳造開始時には、ダミーバーが配置された状態で、タンディッシュ11から鋳型13に溶鋼が供給される。そして、サポートロール14によりダミーバーが切断機17側に引き抜かれることにより、連続鋳造が開始される。
At the start of the continuous casting process, a dummy bar is inserted from the lower end of the
ダミーバーは、例えば図2(a)及び(b)に、それぞれ側面図及び平面図の一例として示すように、複数のリンク部材31を連結ピン32で連ねて構成される。ダミーバー30において、互いに隣接するリンク部材31同士は、連結ピン32を中心に回動可能である。
The dummy bar is configured by connecting a plurality of
図3は、本実施形態に係る湯面レベル制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。湯面レベル制御装置20は、制御部21と、記憶部22と、流量調整部(ステッピングシリンダ)18と、レベルセンサ19とを備える。湯面レベル制御装置20は、レベルセンサ19が測定した鋳型13における溶鋼の湯面レベルに基づき、ステッピングシリンダ18を操作する。
FIG. 3 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the hot water level control device according to the present embodiment. The hot water
制御部21は、湯面レベル制御装置20の各機能ブロックをはじめとして、湯面レベル制御装置20の全体を制御及び管理するプロセッサである。制御部21は、制御手順を規定したプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサで構成され、かかるプログラムは、例えば記憶部22又は外部の記憶媒体等に格納される。
The
制御部21は、鋳型13における溶鋼の湯面レベルに基づいてステッピングシリンダ18を操作するための信号を生成する。より詳細には、湯面レベル制御装置20は、ステッピングシリンダ18を操作するアクチュエータに送信する制御信号(操作指令)を生成する。制御部21が行う制御(処理)の詳細については後述する。
The
記憶部22は、湯面レベル制御装置20が湯面レベル制御において使用するための各種データを記憶する。記憶部22が記憶するデータの一例については、制御部21が行う制御の詳細と合わせて、適宜説明する。
The memory |
次に、制御部21が実行する処理の詳細について、図4乃至図8を参照して説明する。以下の説明において、ステッピングシリンダ18の開度をx、湯面レベルをyで示す。
Next, details of processing executed by the
制御部21は、下記説明する処理を繰り返し行う。以下、時刻tにおいて制御部21が実行する処理について説明する。以下の説明で使用する各記号において、時刻tにおける処理を示す場合には、下付き文字でtを付す。例えば、時刻tの処理におけるステッピングシリンダ18の開度及び湯面レベルは、それぞれxt及びytのように表される。
The
図4は、図1の連続鋳造機10における鋳型内湯面レベル制御系を示すブロック図である。図4は、制御部21における演算で用いられるモデル図を示すものである。図4では、図1の連続鋳造機10における制御系を、一部に数学モデルを用いながらモデル化している。制御部21は、制御信号演算部211と、規範モデル演算部212と、パラメータ演算部213と、パラメータ更新部214とを有し、これらの各機能部において、後述する所定の演算を行う。
FIG. 4 is a block diagram showing a mold surface level control system in the
制御信号演算部211は、鋳型13内の湯面レベル目標値rと、レベルセンサ19により測定された鋳型13における実際の湯面レベル(実測値)ytとの偏差Etに基づき、偏差Etが0となるようにステッピングシリンダ18の操作量utを定める。湯面レベルの目標値rは、例えば記憶部22にあらかじめ記憶されている。
Control
図4の各機能部以外の部分は、ステッピングシリンダ18の操作によって鋳型13に流れ込む溶鋼と初期凝固後の鋳片の鋳型13からの引き抜きによって定まる鋳型13内の溶鋼湯面レベルの変化を示す数学モデルである。ここで、図中の“s”はラプラス演算子である。
The parts other than the functional parts in FIG. 4 are mathematical expressions showing the change in the molten steel surface level in the
ステッピングシリンダ18の数学モデル(動特性モデル)は、さまざま考えられるが、ここで示す例では、パルスモータをベースとして動作させるケースを想定した。ここで示す例では、操作量utは、開度全体を表すものではなく、現在の位置からの変化量として与えられている。したがって全体の開度Xtは操作量utの積分値としてえられる。操作量utは、操作指令として制御信号演算部211から流量調整部18に出力される。また、ここで示す例では、ステッピングシリンダ18の動特性は一次遅れとしてモデル化した。
Various mathematical models (dynamic characteristic models) of the stepping
ステッピングシリンダ18の開度Xtと溶鋼流量g(Xt)との関係は、関数g(x)として与えられている。関数g(x)は、開度Xtに基づく開度面積を算出し、開度面積に基づいてレードル(取鍋)内の溶鋼量を用いて定まる一般的な流量設定の関数であり、当業者間ではよく知られている。
Relationship between the degree of opening X t and the molten steel flow rate g (X t) of the stepping
次に、図4に示す制御信号演算部211、規範モデル演算部212、パラメータ演算部213、及びパラメータ更新部214における演算処理について、説明する。
Next, calculation processing in the control
図5は、制御信号演算部211における処理の一例を示すブロック線図である。図5に示すように、制御信号演算部211は、線形制御部221と、外乱抑制制御部222とを有し、これらの制御部21において所定の演算を実行する。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of processing in the control
線形制御部221は、線形制御系を定めるもので、出力フィードバック、状態フィードバック等、任意の制御系を採択し得る。ここでは、一例として、線形制御部221が、湯面レベル偏差(et)とその差分(Δet)に基づくフィードバック制御系として記載した。
The
ここで、図5では離散時間系の記載とした。実際の制御系では、制御周期をΔtとすると、制御周期Δt毎に操作量utが算出され、ステッピングシリンダ18を操作するアクチュエータに指令値として与えられる。また、図5に示す湯面レベル偏差et及び湯面レベル偏差の差分Δetは、それぞれ下式(1)で記述される。
Here, in FIG. 5, it was described as a discrete time system. In an actual control system, assuming that the control cycle is Δt, an operation amount u t is calculated every control cycle Δt, and is given as a command value to an actuator that operates the stepping
線形制御部221は、湯面レベル偏差etと湯面レベル偏差の差分Δetとに基づいて、操作量信号(線形制御入力信号)ulを生成する。操作量信号ulは、湯面レベル偏差etに所定の係数(例えばP1)を乗じて得られる信号と、湯面レベル偏差の差分Δetに所定の係数(例えばP2)を乗じて得られる信号とに基づいて算出される。
外乱抑制制御部222はスライディングモード制御に基づく非線形の操作量信号(非線形入力信号)unlを設定する。外乱抑制制御部222は、湯面レベル偏差etと、湯面レベル偏差の差分Δetとの線形結合で定まる切替線を定義し、切替線に、湯面レベル偏差et及び湯面レベル偏差の差分Δetを代入して定まる値の符号に基づいて、操作量信号unlを生成する。外乱抑制制御部222による処理について、次に具体的に説明する。
The disturbance
スライディングモード制御は、すべり状態を発生させる位相空間上の超平面に状態を拘束させることで制御目的を達成する制御系である。また、当該超平面は操作量utの切替超平面であり、切替関数となる。本実施形態において、湯面レベル制御の操作量utとして与えるステッピングシリンダ18への制御信号を算出する際に使用される切替関数σは、et及びΔetの線形結合として、次の式(2)により切替線として表される。
Sliding mode control is a control system that achieves a control purpose by constraining a state to a hyperplane on a phase space that generates a slip state. The hyperplane is a switching hyperplane with an operation amount u t and serves as a switching function. In the present embodiment, the switching function σ to be used when calculating the control signal to the stepping
図6は、切替関数σの一例を位相平面上に示す概略図である。式(2)において、P1及びP2は、例えば、線形制御系をPI(proportional integral)制御で実現した場合には、P1=PtIttSであり、P2=Ptにより表される。ここで、Ptは比例ゲイン(Pゲイン:proportional gain)であり、Itは積分ゲイン(Iゲイン:integral gain)であり、tSは制御周期(Δt)である。 FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of the switching function σ on the phase plane. In the formula (2), P 1 and P 2, for example, in the case where a linear control system is realized by PI (proportional integral) control is P 1 = P t I t t S, the P 2 = P t expressed. Here, P t is a proportional gain: a (P gain proportional gain), I t is an integral gain: a (I gain integral gain), t S is the control cycle (Delta] t).
本実施形態において、制御信号演算部211は、PゲインPtをパラメータ更新部214から取得する。パラメータ更新部214によるPゲインPtの算出の詳細については後述する。また、IゲインIt及び制御周期tSは、例えば予め記憶部22に記憶されている。
In the present embodiment, the control
本実施形態において、制御信号utは、上述のように、線形制御部221により算出される、線形制御系の操作量信号ulと、外乱抑制制御部222により算出される、スライディングモード制御に基づく操作量信号(外乱補償信号)unlとの和により表される。ここで、操作量信号ulは、次の式(3)により表される。
In the present embodiment, the control signal u t, as described above, is calculated by the
式(4)において、P1及びP2は、上述の通りである。 In Formula (4), P1 and P2 are as described above.
一方外乱補償信号unlは、スライディングモード制御における非線形操作量であり、切替関数σの値により次の式(4)により与えられる。 On the other hand, the disturbance compensation signal u nl is a nonlinear operation amount in the sliding mode control, and is given by the following equation (4) according to the value of the switching function σ.
式(4)において、スライディングモード制御における到達条件が満足されていれば、切替線から離れた状態から切替線に到達させることが可能となる。 In Expression (4), if the reaching condition in the sliding mode control is satisfied, the switching line can be reached from a state away from the switching line.
ここで、上述のような切替関数σのもとでの外乱補償信号unlは、σの値の正負が変わることにより、不連続に変化し、アクチュエータの動作への負荷が増す場合もある。そこで、外乱補償信号unlを下式(5)のような飽和関数により定めてもよい。 Here, the disturbance compensation signal u nl under the switching function σ as described above may change discontinuously due to the change in the value of σ, thereby increasing the load on the operation of the actuator. Therefore, the disturbance compensation signal u nl may be determined by a saturation function as shown in the following equation (5).
式(5)において、Kは、外乱抑制制御部222のゲイン係数である。Kmaxは、外乱抑制制御部222の入力の最大値であり、例えばあらかじめ記憶部22に記憶されている。また、σ1及びσ2は一種の境界層を定めるもので、適宜に設定される。σ1及びσ2はそれぞれσ1>0及びσ2<0を満たす。
In Expression (5), K is a gain coefficient of the disturbance
図7は、切替関数σの値と外乱補償信号unlとの関係を示す概略図である。このように外乱補償信号unlを飽和関数により決定することで、図7に示すように、σの値が変動しても外乱補償信号unlの値は連続的に変化する。そのため、σの値が変動しても、外乱補償信号unlの値が振動するハンチングが発生しにくくなり、滑らかな制御入力生成を実現できる。すなわち、本願発明のように、外乱補償信号unlを式(5)のような飽和関数とすることにより、制御信号演算部211は、平滑化された制御入力を行うことができる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the value of the switching function σ and the disturbance compensation signal unl . By determining the disturbance compensation signal u nl by the saturation function in this way, the value of the disturbance compensation signal u nl changes continuously even when the value of σ varies as shown in FIG. Therefore, even if the value of σ fluctuates, hunting in which the value of the disturbance compensation signal unl oscillates hardly occurs, and smooth control input generation can be realized. That is, as in the present invention, the disturbance compensation signal u nl is set to a saturation function as shown in Expression (5), so that the control
本実施形態において、式(2)の切替関数σに基づいて構成される制御信号utは、次の式(6)のように表される。 In the present embodiment, the control signal u t configured based on the switching function σ of Expression (2) is expressed as the following Expression (6).
制御信号演算部211は、式(6)に基づいて算出した制御信号utを、ステッピングシリンダ18を制御するアクチュエータに対して出力する。アクチュエータは、取得した制御信号utに基づき、ステッピングシリンダ18を制御する。ステッピングシリンダ18の制御より、ノズル流入口12aの開度が調整され、タンディッシュ11から鋳型13に供給される溶鋼量が制御される。
The control
図8は、図4の制御信号演算部211から出力される制御信号utに基づいて制御を行った場合における、湯面レベルの変動を示す図である。図8(a)は、従来知られている一般的なPI制御に基づく湯面レベルの変動を示しており、図8(b)は、制御信号演算部211から出力される制御信号utに基づく制御を行った場合の湯面レベルの変動を示している。すなわち、図8(b)に示す図は、図8(a)に示す図と比較して、外乱抑制のための外乱補償信号unlが反映された湯面レベルの変動を示す。図8(a)及び(b)において、既設実測のグラフは、既設の設備で制御を行った場合における湯面レベルの変動の実測値を示す。また、図8(a)及び(b)において、シミュレーションのグラフは、既設実測において観測された外乱を入力して湯面レベル制御のシミュレーションを行った場合に導出された湯面レベルの変動を示す。
8, in the case of performing control on the basis of a control signal u t output from the control
図8(a)及び(b)から理解できるように、本実施形態に係る湯面レベル制御装置20による湯面レベルの制御を行った場合、従来のPI制御を行った場合と比較して、湯面レベルの目標値40mmに対して変動(振れ幅)が小さくなっている。このように、上記実施形態に係る湯面レベル制御装置20によれば、従来のPI制御を行う制御装置と比較して、湯面レベルの変動を低減できる。
As can be understood from FIGS. 8A and 8B, when the hot water level control is performed by the hot water
このように、本実施形態に係る湯面レベル制御装置20は、外乱抑制制御部222を有することにより、外乱補償信号unlに基づいて、制御信号utを生成する。そのため、湯面レベル制御装置20は、外乱補償信号unlにより、外乱の影響を抑えるように制御信号utを生成できる。従って湯面レベル制御装置20によれば、制御動作中における外乱の影響を低減可能である。
Thus, molten metal surface
例えば、湯面レベル制御装置20によれば、連続鋳造工程の初期段階に、図9に示すように、ダミーバー30の連結ピン32で連結された箇所が鋳片通路から外れる、いわゆる落ち込みが発生した場合であっても、落ち込みによる外乱の影響を低減することができる。そのため、湯面レベル制御装置20によれば、外乱による湯面レベルの変動を抑えることができる。
For example, according to the molten metal
次に、制御部21の規範モデル演算部212、パラメータ演算部213及びパラメータ更新部214による処理について説明する。規範モデル演算部212、パラメータ演算部213及びパラメータ更新部214をまとめて、「制御パラメータ変更部」とも称する。制御パラメータ変更部は、実際の湯面レベルの変化量(実測湯面レベル変化量)と、制御部21が算出した湯面レベルの変化の算出値(推定湯面レベル変化量)とに基づいて、制御信号演算部211で使用される制御パラメータを変更するために各演算を行う。制御パラメータ変更部による処理の詳細について、以下、図10を参照して説明する。
Next, processing by the reference
パラメータ更新部214は、制御パラメータのうちPI制御を用いる場合の比例係数を更新するものである。パラメータ更新部214は、制御パラメータ変更の一例として示したものであり、規範モデル演算部212により予測された湯面レベルと現実の湯面レベルとの差に基づき、制御対象の変動に応じて、変動に適した制御パラメータを提供する。ここで、図10のブロック図では、各処理が制御周期(ts又はΔt)に合わせ離散的に実施されるものとして記載されている。具体的には、規範モデル演算部212、パラメータ演算部213及びパラメータ更新部214は、時刻tの制御信号utに基づく制御による実測湯面レベル変化量及び湯面レベル変化推定値に基づき、時刻t+Δtの制御において使用されるPゲインPt+Δtを算出する。
The
規範モデル演算部212は、湯面レベル制御系の制御対象の規範モデルを定め、この規範モデルを用いて湯面レベルの推定値を計算し、湯面レベルの推定値と、実際の湯面レベルの測定値との偏差により、制御対象の特性の変動を評価する。具体的には、規範モデル演算部212には、制御信号ut、ステッピングシリンダ18の開度xt、サポートロール14による溶鋼の引抜速度Vt及び湯面レベルytが入力される。規範モデル演算部212は、入力された湯面レベルytに基づき、湯面レベルの変化量Δytを算出する。湯面レベルの変化量Δytは、入力された湯面レベルytと、例えば記憶部22に記憶された時間Δt前の湯面レベルyt−Δtとの差として算出され、Δyt=yt−yt−Δtと表される。
The norm
規範モデル演算部212は、実際の制御対象の動作をモデル化(ステッピングシリンダ18の動特性とプロセス動特性とをモデル化)した規範モデルを有する。規範モデル演算部212は、規範モデルに基づき、制御信号演算部211から出力される制御信号utによる湯面レベルの変動を算出する。規範モデルにおいては、ステッピングシリンダ18の開度から溶鋼の流量を算出するモデルは線形モデルであり、特定動作点回りの線形係数Nとして固定されている。
The normative
規範モデル演算部212は、規範モデルに基づいて、推定湯面レベル変化量の絶対値と、鋳型13における実測湯面レベル変化量の絶対値との差を算出することにより、時刻tの制御で使用された制御特性におけるモデル偏差eM、tを算出する。モデル偏差eM、tは、鋳型13における実測湯面レベル変化量をytとすると、次の式(7)により表される。
Based on the reference model, the reference
モデル偏差eM、tは、湯面レベル変化量の推定値と実測値との差を表し、すなわち、制御上想定しているモデルと実際のプロセスとの差を表している。例えば、実測湯面レベルの変化量が、規範モデルの出力する湯面レベルの変化量より平均的に大きいのであれば、規範モデルのプラントゲインが小さいため、実制御ゲインは大きくする必要がある。逆に、実測湯面レベルの変化量が、規範モデルの出力する湯面レベルの変化量より平均的に小さいのであれば、規範モデルのゲインが大きいため、制御ゲインを小さくする必要がある。これは、ステッピングシリンダ18の開口部に非線形特性があり、動作点が変更されると特性が変わることにより必要となる。また、地金付着などにより特性が変わる場合もあり、これに対応するためである。モデル偏差eM、tは、規範モデル演算部212により、パラメータ演算部213に入力される。
The model deviation e M, t represents the difference between the estimated value of the molten metal level change amount and the actual measurement value, that is, the difference between the model assumed for control and the actual process. For example, if the amount of change in the measured hot water surface level is on average larger than the amount of change in the hot water surface level output from the reference model, the actual control gain needs to be increased because the plant gain of the reference model is small. Conversely, if the amount of change in the measured hot water level is smaller on average than the amount of change in the hot water level output from the reference model, the gain of the reference model is large, and therefore the control gain needs to be reduced. This is necessary because the opening of the stepping
パラメータ演算部213及びパラメータ更新部214は、制御パラメータを変更する演算を実施し、線形制御の制御パラメータを変更する。具体的には、パラメータ演算部213は、取得したモデル偏差eM、tに基づき、時刻t+Δtの処理におけるPゲインPt+Δtを決定するため比例帯としての調整量ΔPB、tを算出する。具体的には、パラメータ演算部213は、まず、時刻T0から時刻T1までの所定の期間Tの処理におけるモデル偏差eM、tの平均値(モデル平均偏差)esum、tを算出する。T1−T0=Tであり、T1は、例えば現在の時刻tである。モデル平均偏差esum、tは、次の式(8)のように表される。
The
パラメータ演算部213は、モデル平均偏差esum、tに基づいて、Pゲインの調整量を決定する。本実施形態において、パラメータ演算部213は、次の式(9)に示す階段関数により、ΔPB、tを決定する。
The
式(9)において、αe1及びαe2は、αe1<αe2を満たす正の数である。また、βP1及びβP2は、βP1<βP2を満たす正の数である。αe1、αe2、βP1及びβP2は、例えばあらかじめ記憶部22に記憶される。
In Formula (9), α e1 and α e2 are positive numbers that satisfy α e1 <α e2 . Β P1 and β P2 are positive numbers that satisfy β P1 <β P2 . α e1 , α e2 , β P1 and β P2 are, for example, stored in the
式(9)によれば、パラメータ演算部213は、モデル平均偏差esum、tの値に応じて、ΔPB、tを、−βP2、−βP1、0、βP1、βP2のいずれかに決定する。このように、パラメータ演算部213は、階段関数を使用してΔPB、tを決定することにより、一定の範囲のモデル平均偏差esum、tに対し、同一のΔPB、tを出力する。なお、本実施形態では、ΔPB、tを、階段関数を使用して決定すると説明したが、ΔPB、tは、例えば線形な関数等、他の関数を用いて決定してもよい。また、ΔPB、tは、階段関数等の関数で自動的に決定するのではなく、オペレータによる比例帯の直接の変更量として受け付け、パラメータ更新部214に与えられてもよい。
According to Expression (9), the
パラメータ演算部213は、このように複数のモデル偏差eM、tの平均値であるモデル平均偏差esum、tに基づいてΔPB、tを決定するため、例えば一時的な誤検出等による誤ったΔPB、tの決定を回避しやすくなる。
Since the
パラメータ演算部213がΔPB、tを決定すると、次の式(10)に示すPゲイン更新式を使用して、時刻t+Δtの処理におけるPゲインPt+Δtを算出する。
When
制御部21により算出された時刻t+Δtの処理におけるPゲインPt+Δtは、図4の制御信号演算部211に入力され、時刻t+Δtの処理において使用される。つまり、時刻t+Δtの処理において、PゲインPt+Δtに基づいて、制御特性を決定する。PゲインPt+Δtが、PゲインPtと等しい場合には、時刻tの処理と、時刻t+Δtの処理とで、同一の制御特性が使用される。
The P gain P t + Δt in the process at time t + Δt calculated by the
制御部21は、このように推定湯面レベル変化量と実測湯面レベル変化量との差に基づいて、制御特性を自動的に決定する。これにより、例えば、連続鋳造工程において、ステッピングシリンダ18の先端が摩耗したり、先端に異物が付着したりした場合に、制御部21は、この変化を制御特性に反映させて制御を行うことができる。制御部21は、パラメータ更新部214により算出されたPゲインPt+Δtに基づいて決定された制御特性を用いてステッピングシリンダ18を操作させることにより、推定湯面レベル変化量と実測湯面レベル変化量との差を小さくし得る。
In this way, the
具体的には、制御部21は、推定湯面レベル変化量と、実測湯面レベル変化量とに基づいてPゲインを算出し、算出したPゲインに基づいて流量調整部18の制御特性を決定する。そして、制御部21は、決定した制御特性に基づいて制御信号utを生成し、生成した制御信号utで流量調整部18を操作させる。そのため、湯面レベル制御装置20によれば、制御動作中における特性の変化による影響を低減可能である。
Specifically, the
図11は、実際のPゲイン変更結果を示す図であり、実際の設備を用いて上述の制御を行った結果を示す図である。図11において、横軸はPゲインを示し、縦軸は連続鋳造のチャージ数とストランドとの積により表されるN数を示している。また、図11において、棒グラフは各PゲインにおけるN数を示し、曲線のグラフは棒グラフを曲線で近似したものである。図11より、操業中の制御対象のパラメータ(特性)の変化に応じてPゲインの変更も適切に調整された結果が示されており、実動作特性に対応できていることがわかる。 FIG. 11 is a diagram illustrating an actual P gain change result, and is a diagram illustrating a result of performing the above-described control using actual equipment. In FIG. 11, the horizontal axis represents P gain, and the vertical axis represents the N number represented by the product of the number of continuous casting charges and the strand. In FIG. 11, the bar graph indicates the N number at each P gain, and the curve graph is obtained by approximating the bar graph with a curve. FIG. 11 shows the result of appropriately adjusting the change of the P gain in accordance with the change of the parameter (characteristic) to be controlled during operation, and it can be seen that it can cope with the actual operation characteristic.
以上、本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, the functions included in each means, each step, etc. can be rearranged so that there is no logical contradiction, and a plurality of means, steps, etc. can be combined or divided into one. .
10 連続鋳造機
11 タンディッシュ
12 ノズル
12a 流入口
13 鋳型
14 サポートロール
15 冷却水スプレー
16 搬送用ロール
17 切断機
18 ステッピングシリンダ(流量調整部)
19 レベルセンサ
20 湯面レベル制御装置
21 制御部
22 記憶部
30 ダミーバー
31 リンク部材
32 連結ピン
211 制御信号演算部
212 規範モデル演算部
213 パラメータ演算部
214 パラメータ更新部
221 線形制御部
222 外乱抑制制御部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記鋳型における溶鋼の湯面レベルを検出するレベルセンサと、
前記レベルセンサが検出した前記湯面レベルの実測値と、前記湯面レベルの目標値とに基づいて、前記湯面レベルを制御するための操作量を生成し、該操作量を操作指令として前記流量調整部に指示する制御部と
を備え、
前記制御部は、線形制御入力信号を生成する線形制御部と、非線形制御入力信号を生成する外乱抑制制御部と、前記線形制御部及び前記外乱抑制制御部の制御パラメータを変更する制御パラメータ変更部と、を含むことを特徴する湯面レベル制御装置。 A flow rate adjusting unit for adjusting the amount of molten steel supplied from the tundish to the mold,
A level sensor for detecting the level of molten steel in the mold;
Based on the measured value of the hot water surface level detected by the level sensor and the target value of the hot water surface level, an operation amount for controlling the hot water surface level is generated, and the operation amount is used as an operation command. A control unit for instructing the flow rate adjustment unit,
The control unit includes a linear control unit that generates a linear control input signal, a disturbance suppression control unit that generates a nonlinear control input signal, and a control parameter change unit that changes control parameters of the linear control unit and the disturbance suppression control unit. And a hot water level control device.
前記湯面レベルの実測値と前記湯面レベルの目標値との偏差と、該偏差の変化量と、の各信号の線形結合で定まる切替線を定義し、該切替線に該偏差及び該偏差の変化量を代入して定まる値の符号によって、前記非線形制御入力信号を生成することを特徴とする
請求項1または請求項2記載の湯面レベル制御装置。 The disturbance suppression control unit defines a switching line determined by a linear combination of signals of a deviation between the measured value of the molten metal level and the target value of the molten metal level, and a change amount of the deviation, and the switching line The molten metal level control apparatus according to claim 1 or 2, wherein the non-linear control input signal is generated by a sign of a value determined by substituting the deviation and a change amount of the deviation into.
線形制御入力信号を生成するステップと、
非線形制御入力信号を生成するステップと、
線形制御の制御パラメータを変更するステップと、
前記変更された制御パラメータにより、前記レベルセンサが検出した前記湯面レベルの実測値と、前記湯面レベルの目標値とに基づいて、前記湯面レベルを制御するための操作量を生成し、該操作量を操作指令として出力するステップと、
を含む、湯面レベル制御方法。 A molten metal surface provided with a flow rate adjusting unit that adjusts the amount of molten steel supplied from the tundish to the mold, a level sensor that detects a molten metal level of the molten steel in the mold, and a control unit that outputs an operation command to the flow rate adjusting unit. A level control method using a level control device,
Generating a linear control input signal;
Generating a non-linear control input signal;
Changing the control parameters of the linear control;
Based on the measured value of the molten metal level detected by the level sensor and the target value of the molten metal level, the operation amount for controlling the molten metal surface level is generated by the changed control parameter, Outputting the operation amount as an operation command;
A hot water level control method.
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