JP2021015475A - Parameter design method and feedback control method - Google Patents

Parameter design method and feedback control method Download PDF

Info

Publication number
JP2021015475A
JP2021015475A JP2019130012A JP2019130012A JP2021015475A JP 2021015475 A JP2021015475 A JP 2021015475A JP 2019130012 A JP2019130012 A JP 2019130012A JP 2019130012 A JP2019130012 A JP 2019130012A JP 2021015475 A JP2021015475 A JP 2021015475A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
controller
control
parameters
parameter
pid control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019130012A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7196029B2 (en
Inventor
晃 村上
Akira Murakami
晃 村上
崇彦 杉原
Takahiko Sugihara
崇彦 杉原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2019130012A priority Critical patent/JP7196029B2/en
Priority to PCT/JP2020/023950 priority patent/WO2021010086A1/en
Publication of JP2021015475A publication Critical patent/JP2021015475A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7196029B2 publication Critical patent/JP7196029B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

To make it possible to easily design a feedback control system controller having robust stability and disturbance suppression characteristics.SOLUTION: A parameter design method is a method for designing parameters of a controller 1 that performs feedback control of a control target 2, wherein the controller includes a PID control unit 11 and a filter unit 12 separately installed from the PID control unit. The method is determined based on a transfer function of the control target. The method includes a setting process of setting a constraint condition for a mixed sensitivity problem, including robust stability and disturbance suppression characteristics for each of a plurality of frequencies obtained by discretizing a frequency domain including a frequency to be controlled and a decision process of determining the parameters of the controller, which are composed of the parameters of the PID control unit and the filter unit, respectively, by solving the mixed sensitivity problem under the constraint condition by an optimization method.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、フィードバック制御を行うコントローラのパラメータを設計する方法、および、この方法を用いて設計されたパラメータが設定されたコントローラを用いるフィートバック制御方法に関する。 The present invention relates to a method of designing parameters of a controller that performs feedback control, and a footback control method using a controller in which parameters designed using this method are set.

実用的なフィードバック制御系には、様々な性能が必要である。具体的には、安定性、外乱抑制性、構造のシンプルさ、適応性、ハードウェアでの実現可能性、設計の容易さ、メンテナンスの容易さ等である。制御系としては、PID制御、ロバスト制御、適応制御、モデル予測制御等があるが、それぞれの制御系には長所短所があり、万能ではない。 A practical feedback control system requires various performances. Specifically, stability, disturbance suppression, structural simplicity, adaptability, feasibility in hardware, ease of design, ease of maintenance, etc. The control system includes PID control, robust control, adaptive control, model prediction control, etc., but each control system has advantages and disadvantages and is not universal.

PID制御は、構造がシンプルであり、テーブルルックアップ等により適応機能を持たせることができ、高性能であるがメンテナンスが難しいハードウェア(産業用パソコン等)だけでなく、性能に限界があるがメンテナンスが容易な汎用のDCS(Distributed Control System)、PLC(Programmable Logic Controller)等のハードウェアで容易に実現可能である。また、パラメータが少なく、制御を試行しながら人手により現場調整することも可能である。一方で、構造が簡単なため、性能に限界があることもある。 PID control has a simple structure, can be given adaptive functions by table lookup, etc., and has high performance but difficult to maintain hardware (industrial PCs, etc.), but also has limited performance. It can be easily realized by hardware such as general-purpose DCS (Distributed Control System) and PLC (Programmable Logical Control), which are easy to maintain. In addition, there are few parameters, and it is possible to manually adjust the site while trying control. On the other hand, due to its simple structure, its performance may be limited.

さらに、PID制御の性能を改善するため、位相進み補償、位相遅れ補償、位相進み遅れ補償が付加される場合がある。しかし、これらの調整指針は定量的に、必ずしも明確ではない。また、制御対象がモデル化されていないとき、実際の応答を見ながら調整することとなる。 Further, in order to improve the performance of PID control, phase lead compensation, phase delay compensation, and phase lead / delay compensation may be added. However, these adjustment guidelines are not always clear quantitatively. In addition, when the control target is not modeled, adjustment is performed while observing the actual response.

ロバスト制御の1つであるH∞制御は、周波数領域で指定したロバスト安定性および外乱抑制性を有するコントローラを設計することができる。モデルが不確かさを含めて精確であれば、PID制御系と比べて、試行錯誤の回数を少なくした上で、高性能なコントローラを設計可能である。しかし、構造が複雑となり、次数が高いコントローラとなり、また、コントローラ内での極零相殺を生じる場合もある。そして、高精度な演算が可能なハードウェアを必要とする場合がある。さらに、適応性を持たせることが難しい。加えて、汎用的なコントローラのハードウェアでの実現が難しい。 H∞ control, which is one of the robust controls, can design a controller having robust stability and disturbance suppression specified in the frequency domain. If the model is accurate including uncertainty, it is possible to design a high-performance controller after reducing the number of trials and errors as compared with the PID control system. However, the structure becomes complicated, the controller becomes a high-order controller, and pole-zero cancellation may occur in the controller. In some cases, hardware capable of high-precision calculation is required. Moreover, it is difficult to adapt. In addition, it is difficult to realize with general-purpose controller hardware.

H∞制御として、例えば、非特許文献1は、スラブ連続鋳造機の湯面レベルをH∞制御する技術を開示している。 As H∞ control, for example, Non-Patent Document 1 discloses a technique for H∞ control of the molten metal level of a slab continuous casting machine.

村上晃、他4名、 “連続鋳造機湯面レベルのH∞制御”、[online ]、神戸製鋼所技報/Vol.48 No.2(Sep.1998)、p.54−57、[令和1年6月3日検索]、インターネット〈URL:https://www.kobelco.co.jp/technology-review/pdf/48_2/054-057.pdfAkira Murakami, 4 others, "Continuous casting machine hot water level H∞ control", [online], Kobe Steel Technical Report / Vol. 48 No. 2 (Sep. 1998), p. 54-57, [Search on June 3, 1991], Internet <URL: https://www.kobelco.co.jp/technology-review/pdf/48_2/054-057.pdf

実用的でロバストで適応的な制御系の設計で生じている問題を例示する。H∞制御等のロバスト制御の設計では、以下の通りである。次数が高くなる。リカッチ不等式や線形行列不等式を解く等の専用の特殊なアルゴリズムが必要となる。極零相殺があるため数値的に不安定化しやすく高性能なハードウェアが必要となる(単精度浮動小数点数の演算では不十分で、倍精度浮動小数点数の演算が必要となる等)。適応が難しい。 Illustrate the problems that arise in the design of practical, robust and adaptive control systems. The design of robust control such as H∞ control is as follows. The order is high. Special special algorithms such as solving Ricatch inequalities and linear matrix inequalities are required. Since there is pole-zero cancellation, it tends to be numerically unstable and high-performance hardware is required (single-precision floating-point arithmetic is not sufficient, double-precision floating-point arithmetic is required, etc.). Difficult to adapt.

実際には、高次のコントローラを、専用のソフトウェアで計算して求め、高性能な制御ハードウェアを用いて、制御を行っていた。また、適応については、H∞制御のコントローラを複数用意し、制御中にコントローラを切り換えるという手法を用いていた。 In reality, a high-order controller was calculated using dedicated software, and control was performed using high-performance control hardware. As for adaptation, a method of preparing a plurality of H∞ control controllers and switching the controllers during control was used.

一方、実プロセスで適用されているのは主にPID制御系であるが、次の問題があった。PID制御ではロバスト性を考慮した設計が難しい。また、PID制御のみでは、制御の自由度が少なく、制御能力に限界がある場合があった。また、制御性の限界が分かりにくい。すなわち、パラメータ調整の限界なのか、まだ調整代があるのかが分からなかった。 On the other hand, the PID control system is mainly applied in the actual process, but has the following problems. With PID control, it is difficult to design in consideration of robustness. In addition, with PID control alone, the degree of freedom of control is small, and there are cases where the control capability is limited. Moreover, the limit of controllability is difficult to understand. That is, I did not know whether it was the limit of parameter adjustment or whether there was still an adjustment allowance.

本発明の目的は、ロバスト安定性と外乱抑制特性を有するフィードバック制御系のコントローラを容易に設計できるパラメータ設計方法、および、この設計方法で設計されたパラメータが設定されたコントローラを用いるフィードバック制御方法を提供することである。 An object of the present invention is a parameter design method capable of easily designing a feedback control system controller having robust stability and disturbance suppression characteristics, and a feedback control method using a controller in which parameters designed by this design method are set. Is to provide.

本発明の第1局面に係るパラメータ設計方法は、PID制御部、および、前記PID制御部とは別に設けられたフィルタ部を備え、制御対象をフィードバック制御するコントローラにおいて、前記コントローラのパラメータを設計する方法であって、前記制御対象の伝達関数および前記コントローラの伝達関数を基にして定められ、ロバスト安定性および外乱抑制特性を含む混合感度問題について、制御を行う周波数を含む周波数領域を離散化して得られた複数の周波数毎に、前記混合感度問題の制約条件を設定する設定工程と、前記制約条件での前記混合感度問題を最適化手法によって解くことにより、前記PID制御部および前記フィルタ部のそれぞれのパラメータにより構成される前記コントローラのパラメータを決定する決定工程と、を備える。 The parameter design method according to the first aspect of the present invention includes a PID control unit and a filter unit provided separately from the PID control unit, and designs the parameters of the controller in a controller that feedback-controls the control target. It is a method, which is determined based on the transfer function of the controlled object and the transfer function of the controller, and for the mixed sensitivity problem including robust stability and disturbance suppression characteristics, the frequency domain including the frequency to be controlled is separated. By solving the setting step of setting the constraint condition of the mixing sensitivity problem for each of the obtained plurality of frequencies and the mixing sensitivity problem under the constraint condition by an optimization method, the PID control unit and the filter unit The present invention includes a determination step of determining the parameters of the controller composed of the respective parameters.

PID制御部は、PID制御を実行する部分である。PID制御部が実行する制御は、少なくともP制御を含む制御とする。すなわち、I制御やD制御がない制御(I制御やD制御のゲインが0で、実質的にI制御やD制御がない制御を含む。)でもよい。例えば、P制御、PI制御、PD制御、PID制御のいずれでもよい。また、比例先行型、微分先行型等であってもよい。さらに、PID制御部は不完全微分を備えていてもよいし、ノイズ除去用のフィルタを備えていてもよい。制御を行う周波数は、例えば、デジタル制御では、周波数0からナイキスト周波数までとなる。フィルタ部は、ゲインおよび位相を調整する機能を有する。例えば、2次のフィルタ部(2次の有理式からなるフィルタ部)が挙げられる。混合感度問題を最適化手法によって解くとは、例えば、混合感度問題を構成する重み関数(例えば、式(12))に含まれる所定の変数(変数KW1H)で示される評価関数(例えば、式(16))の最小値を、混合感度問題等の制約条件(例えば、式(18)(19))の下、求めることである。 The PID control unit is a part that executes PID control. The control executed by the PID control unit is a control including at least P control. That is, control without I control or D control (including control in which the gain of I control or D control is 0 and there is substantially no I control or D control) may be used. For example, P control, PI control, PD control, or PID control may be used. Further, it may be a proportional leading type, a differential leading type, or the like. Further, the PID control unit may include an inexact differential or a filter for removing noise. The frequency to be controlled is, for example, from frequency 0 to the Nyquist frequency in digital control. The filter unit has a function of adjusting the gain and the phase. For example, a quadratic filter unit (a filter unit composed of a quadratic rational expression) can be mentioned. Solving the mixed sensitivity problem by an optimization method means, for example, an evaluation function (for example, an equation) represented by a predetermined variable (variable K W1H ) included in a weighting function (for example, equation (12)) constituting the mixed sensitivity problem. The minimum value of (16)) is obtained under constraints such as a mixing sensitivity problem (for example, equations (18) and (19)).

本発明の第1局面に係るパラメータ設計方法は、以下の利点を有する。 The parameter design method according to the first aspect of the present invention has the following advantages.

(1)PID制御部とフィルタ部の実装が可能な装置(例えば、DCS、PLC)にパラメータが実装可能となり、特殊なハードウェアが不要となる。 (1) Parameters can be mounted on a device (for example, DCS, PLC) on which the PID control unit and the filter unit can be mounted, and special hardware is not required.

(2)H∞制御と比べて、次数が少なくなる。また、極零相殺を生じないので、高精度な演算が不要である(例えば、倍精度浮動小数点数の演算が不要で、単精度浮動小数点数で十分である)。 (2) The order is smaller than that of H∞ control. In addition, since it does not cause pole-zero cancellation, high-precision arithmetic is not required (for example, double-precision floating-point arithmetic is not required, and single-precision floating-point numbers are sufficient).

(3)H∞制御では、リカッチ方程式や線形行列不等式のソルバ等の専用ソフトウェアが必要であるが、本発明の第1局面に係るパラメータ設計方法では、専用ソフトウェアが不要であり、汎用的な非線形最適化ソフトを利用できる。 (3) H∞ control requires dedicated software such as a solver for Ricatch equations and linear matrix inequalities, but the parameter design method according to the first aspect of the present invention does not require dedicated software and is general-purpose non-linear. Optimization software can be used.

(4)ロバスト安定性と外乱抑制特性を指定できる。 (4) Robust stability and disturbance suppression characteristics can be specified.

(5)PID制御とフィルタの組み合わせなので、現場調整が可能である。また、従来の古典制御の調整ノウハウ(例:位相進み・遅れ補償のノウハウ。)を利用できる。 (5) Since it is a combination of PID control and a filter, on-site adjustment is possible. In addition, the conventional classical control adjustment know-how (eg, phase lead / delay compensation know-how) can be used.

(6)PID制御では、制御性能が十分でないことがある(例えば、制御対象が振動系)。PID制御部とは別にフィルタ部を、コントローラに追加することにより、コントローラの自由度が増え、高い性能のコントローラが得られる。 (6) In PID control, the control performance may not be sufficient (for example, the control target is a vibration system). By adding a filter unit to the controller separately from the PID control unit, the degree of freedom of the controller is increased and a controller with high performance can be obtained.

以上により、本発明の第1局面に係るパラメータ設計方法によれば、ロバスト安定性と外乱抑制特性を有するフィードバック制御系のコントローラを容易に設計できる。 As described above, according to the parameter design method according to the first aspect of the present invention, it is possible to easily design a feedback control system controller having robust stability and disturbance suppression characteristics.

上記構成において、前記制御対象は、連続鋳造機であり、制御量が湯面レベルである。 In the above configuration, the control target is a continuous casting machine, and the control amount is the molten metal level.

この構成は、制御対象の一例を規定する。制御対象はこれに限らず、例えば、振動系でもよい。 This configuration defines an example of a controlled object. The control target is not limited to this, and may be, for example, a vibration system.

本発明の第2局面に係るフィードバック制御方法は、本発明の第1局面に係るパラメータ設計方法で設計された複数の前記コントローラのそれぞれのパラメータを予め記憶する記憶工程と、前記記憶工程で記憶された、複数の前記コントローラのそれぞれのパラメータの中からパラメータを補間により決定し、前記制御対象を前記フィードバック制御する前記コントローラのパラメータに設定することにより、前記コントローラを変更する変更工程と、を備え、前記変更工程は、前記コントローラの制御特性が連続的に変化するように、前記コントローラが変更される。 The feedback control method according to the second aspect of the present invention is stored in the storage step of storing the respective parameters of the plurality of controllers designed by the parameter design method according to the first aspect of the present invention in advance and the storage step. Further, the present invention includes a change step of changing the controller by determining a parameter from each of the parameters of the plurality of controllers by interpolation and setting the control target to the parameter of the controller for feedback control. In the change step, the controller is changed so that the control characteristics of the controller are continuously changed.

なお、「補間により決定」するとは、パラメータをテーブル値として記憶し、線形補間等の補間により求めることをいう。さらに、応答曲面のようにパラメータを関数近似し、その関数を用いて決定すること等の、同等の処理を含むものとする。すなわち、パラメータを連続的に変更可能なコントローラであり、そのパラメータの連続的な値を決定できればよい。 Note that "determined by interpolation" means that the parameters are stored as table values and obtained by interpolation such as linear interpolation. Further, it includes equivalent processing such as function-approximate of parameters like a response surface and determination using the function. That is, it suffices that the controller can continuously change the parameters and can determine the continuous values of the parameters.

本発明の第2局面に係るフィードバック制御方法は、本発明の第1局面に係るパラメータ設計方法で設計された複数のコントローラのそれぞれのパラメータを基にしている。制御対象の状態や外乱の状態によっては、一つのコントローラだけでは十分に対応できないことがある。そこで、制御対象の状態や外乱の状態を考慮して、制御特性が異なる複数のコントローラを用意し、状況に応じて、コントローラを変更する。具体的には、構造が固定された複数のコントローラのパラメータをテーブルに記憶しておき、テーブルルックアップと補間という簡易な手法によりコントローラを連続的に変更することができる。従って、ロバスト安定かつ適応的なフィードバック制御を、汎用的な制御(PID制御とフィルタ)で実現でき、また、DCS、PLC等の汎用的なハードウェアで実現できる。これらにより、本発明の第2局面に係るフィードバック制御方法は、連続鋳造機の湯面レベル制御に適用できる。また、連続鋳造機以外のモデル化可能な他の設備にも適用が可能である。 The feedback control method according to the second aspect of the present invention is based on the respective parameters of the plurality of controllers designed by the parameter design method according to the first aspect of the present invention. Depending on the state of the controlled object and the state of disturbance, one controller may not be sufficient. Therefore, in consideration of the state of the controlled object and the state of disturbance, a plurality of controllers having different control characteristics are prepared, and the controllers are changed according to the situation. Specifically, the parameters of a plurality of controllers having a fixed structure can be stored in a table, and the controllers can be continuously changed by a simple method of table lookup and interpolation. Therefore, robust stable and adaptive feedback control can be realized by general-purpose control (PID control and filter), and can be realized by general-purpose hardware such as DCS and PLC. As a result, the feedback control method according to the second aspect of the present invention can be applied to the molten metal level control of the continuous casting machine. It can also be applied to other equipment that can be modeled other than continuous casting machines.

コントローラの制御特性が連続的に変化するように、コントローラが変更されるので、制御量や操作量の変動が生じないようにすることができる。 Since the controller is changed so that the control characteristics of the controller change continuously, it is possible to prevent fluctuations in the control amount and the operation amount.

制御対象が連続鋳造機であり、制御量が湯面レベルの場合、鋳造された鋳片の表面傷が減少するので、表面研削の作業が減少する。また、パウダの巻き込みが減少するので、最終製品である鋼板等の品質が向上する。 When the control target is a continuous casting machine and the control amount is at the molten metal level, the surface scratches on the cast slab are reduced, so that the surface grinding work is reduced. In addition, since the entrainment of powder is reduced, the quality of the final product such as a steel plate is improved.

本発明によれば、ロバスト安定性と外乱抑制特性を有するフィードバック制御系のコントローラを容易に設計できるパラメータ設計方法、および、この設計方法で設計されたパラメータが設定されたコントローラを用いるフィードバック制御方法を提供することができる。 According to the present invention, a parameter design method capable of easily designing a feedback control system controller having robust stability and disturbance suppression characteristics, and a feedback control method using a controller in which parameters designed by this design method are set are provided. Can be provided.

実施形態に係るフィードバック制御方法が適用されるフィードバック制御系のブロック図である。It is a block diagram of the feedback control system to which the feedback control method which concerns on embodiment is applied. 連続鋳造機の模式図である。It is a schematic diagram of a continuous casting machine. 図1に示すコントローラのブロック図である。It is a block diagram of the controller shown in FIG. H∞コントローラにおける一般的な混合感度問題を解いて求められたH∞コントローラのボード線図と周波数整形結果を示すグラフである。It is the Bode diagram of the H∞ controller and the graph which shows the frequency shaping result obtained by solving the general mixing sensitivity problem in the H∞ controller. PID制御部および2次のフィルタ部を備えるコントローラにおける一般的な混合感度問題を解いて求められたパラメータが設定されたコントローラのボード線図と周波数整形結果を示すグラフである。It is a Bode diagram and the graph which shows the frequency shaping result of the controller which set the parameter obtained by solving the general mixing sensitivity problem in the controller provided with the PID control part and the secondary filter part. 実施形態に係るコントローラの設計方法のフローチャートである。It is a flowchart of the design method of the controller which concerns on embodiment. PID制御部および1次のフィルタ部を備えるコントローラにおける一般的な混合感度問題を解いて求められたパラメータが設定されたコントローラのボード線図と周波数整形結果を示すグラフである。It is a Bode diagram and the graph which shows the frequency shaping result of the controller which set the parameter obtained by solving the general mixing sensitivity problem in the controller provided with the PID control part and the primary filter part. PID制御部および2次のフィルタ部を備えるコントローラにおける2−Disk混合感度問題を解いて求められたパラメータが設定されたコントローラのボード線図と周波数整形結果を示すグラフである。It is a Bode diagram and the graph which shows the frequency shaping result of the controller which set the parameter obtained by solving the 2-Disc mixing sensitivity problem in the controller provided with the PID control part and the secondary filter part. 求められた各パラメータ(K、T、a、a、b、b)とK/Aとゲインタイプ(H、M、L)との関係を示すテーブル、および、テーブル上でのコントローラの変化の例を示す図である。Each determined parameters (K P, T I, a 1, a 2, b 1, b 2) and shows K f / A and the gain-type (H, M, L) the relationship between the tables, and, on the table It is a figure which shows the example of the change of the controller in. パラメータKの補間方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the interpolation method of a parameter K P. 図9Aに示す各パラメータ(K、T、a、a、b、b)のテーブルの数値をグラフにした図である。It is a diagram obtained by the graph the value of the table of each parameter (K P, T I, a 1, a 2, b 1, b 2) shown in Figure 9A. 適応のシミュレータの概要を示す図である。It is a figure which shows the outline of the adaptation simulator. 例4のコントローラ1について、適応のシミュレーションをした場合の設定条件1〜3と結果1〜2を示すグラフである。3 is a graph showing setting conditions 1 to 3 and results 1 to 2 when adaptation simulation is performed for the controller 1 of Example 4. 例4のコントローラ1について、適応のシミュレーションをした場合の結果3〜8を示すグラフである。It is a graph which shows the result 3-8 when the adaptation simulation was performed about the controller 1 of Example 4. 他の制御系のテスト時における、切り換え時の変動の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the fluctuation at the time of switching at the time of the test of another control system. 求められた各パラメータ(K、T、a、a、b、b)とK/Aとゲインタイプ(H、M、L)との関係を示すテーブル、および、テーブル上でのコントローラの変化のもう1つの例を示す図である。Each determined parameters (K P, T I, a 1, a 2, b 1, b 2) and shows K f / A and the gain-type (H, M, L) the relationship between the tables, and, on the table It is a figure which shows another example of the change of the controller in. 例4のコントローラについて、図11Dに示す条件で適応のシミュレーションをした場合の設定条件1〜3および結果1〜2を示すグラフである。3 is a graph showing setting conditions 1 to 3 and results 1 to 2 when adaptation simulation is performed under the conditions shown in FIG. 11D for the controller of Example 4. 例4のコントローラについて、図11Dに示す条件で適応のシミュレーションをした場合の結果3〜8を示すグラフである。It is a graph which shows the result 3-8 when the adaptation simulation was performed with respect to the controller of Example 4 under the condition shown in FIG. 11D. 例4のコントローラの適応動作のフローチャートである。It is a flowchart of the adaptive operation of the controller of Example 4.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the configurations with the same reference numerals indicate that they are the same configuration, and the description of the configurations already described will be omitted.

図1は、実施形態に係るフィードバック制御方法が適用されるフィードバック制御系100のブロック図である。フィードバック制御系100は、コントローラ1と制御対象2とを備える。制御対象2の制御量(出力)yがネガティブフィードバックされ、目標値rと制御量yの偏差eがコントローラ1に入力される。コントローラ1は、偏差eを基にして操作量uを算出し、出力する。制御対象2には操作量uが入力される。なお、比例先行型や微分先行型等の場合は、偏差eではなく、制御量yを基にして、操作量uの一部が計算されることもある。 FIG. 1 is a block diagram of a feedback control system 100 to which the feedback control method according to the embodiment is applied. The feedback control system 100 includes a controller 1 and a control target 2. The control amount (output) y of the control target 2 is negatively fed back, and the deviation e between the target value r and the control amount y is input to the controller 1. The controller 1 calculates and outputs the operation amount u based on the deviation e. The operation amount u is input to the control target 2. In the case of the proportional leading type, the differential leading type, etc., a part of the manipulated variable u may be calculated based on the controlled variable y instead of the deviation e.

制御対象2は、例えば、連続鋳造機200である。図2は、連続鋳造機200の模式図である。連続鋳造機200は、溶鋼を鋳型23に注ぎ込み、側面が凝固した溶鋼を鋳型23から引き抜いて長尺なスラブを製造する装置である。連続鋳造機200は、タンディッシュ21と、ノズル22と、鋳型23と、複数組のロール24とを備え、この順で上流側から下流側へ配設されている。 The control target 2 is, for example, a continuous casting machine 200. FIG. 2 is a schematic view of the continuous casting machine 200. The continuous casting machine 200 is an apparatus for producing a long slab by pouring molten steel into a mold 23 and pulling out molten steel whose side surfaces have solidified from the mold 23. The continuous casting machine 200 includes a tundish 21, a nozzle 22, a mold 23, and a plurality of sets of rolls 24, and are arranged from the upstream side to the downstream side in this order.

タンディッシュ21は、取鍋(不図示)から溶鋼が流れ込み、溶鋼から所定の介在物を除去する装置である。介在物は、浮上して分離することで除去される。タンディッシュ21の底壁には、貫通口が形成されており、そこに、ノズル22が取り付けれている。 The tundish 21 is a device in which molten steel flows from a ladle (not shown) and removes predetermined inclusions from the molten steel. Enclosures are removed by ascending and separating. A through hole is formed in the bottom wall of the tundish 21, and a nozzle 22 is attached to the through hole.

鋳型23は、ノズル22を介して、タンディッシュ21から溶鋼が流れ込み、溶鋼を冷やして所定の形の鋼を形成する装置である。鋳型23は、水冷されており、鋳型23に接触した溶鋼は、その外側から凝固されて相対的に薄肉の凝固シェルを形成し、所定の形の鋼が形成される。 The mold 23 is a device in which molten steel flows from the tundish 21 through the nozzle 22 and cools the molten steel to form steel having a predetermined shape. The mold 23 is water-cooled, and the molten steel in contact with the mold 23 is solidified from the outside to form a relatively thin solidified shell, and a steel having a predetermined shape is formed.

ロール24は、鋳型23から鋼を所定の速度で引き抜きつつ、鋼を支持する装置である。ロール24は、鋼の両面それぞれに接するように配設された2個1組で、鋳型23の次段に、上流側から下流側へ沿って所定の間隔を空けて複数配設される。複数組のロール24は、鋳造方向(引き抜き方向)が垂直方向から水平方向へ向くように、配設される。 The roll 24 is a device that supports the steel while drawing the steel from the mold 23 at a predetermined speed. The rolls 24 are a set of two arranged so as to be in contact with both sides of the steel, and a plurality of rolls 24 are arranged on the next stage of the mold 23 with a predetermined interval from the upstream side to the downstream side. The plurality of sets of rolls 24 are arranged so that the casting direction (pulling direction) faces from the vertical direction to the horizontal direction.

連続鋳造機200は、スライドバルブ31と、アクチュエータ32と、渦流センサ33と、を備え、鋳型23内の溶鋼の湯面レベルを制御する。渦流センサ33は、鋳型23内の溶鋼の湯面レベル(図中のLevel。なお、制御には鉛直上向きを正とした高さに変換した値を湯面レベルとして用いている。)を計測する。渦流センサ33が計測した湯面レベルは、制御量yとして出力される。制御量yと目標値rの偏差eがコントローラ1に入力される。コントローラ1は、操作量uを算出し、アクチュエータ32に出力する。なお、比例先行型や微分先行型等の場合、制御量yがコントローラ1に入力される場合があることは、既述の通りである。アクチュエータ32は、スライドバルブ31を操作量uだけ操作する。なお、コントローラが速度型の場合、アクチュエータ32は、操作量uの微分や差分を操作することとなる。 The continuous casting machine 200 includes a slide valve 31, an actuator 32, and a vortex sensor 33, and controls the molten steel level in the mold 23. The eddy current sensor 33 measures the molten steel level in the mold 23 (Level in the figure. For control, the value converted to a positive height with the vertical upward direction is used as the molten steel level). .. The molten metal level measured by the vortex sensor 33 is output as a control amount y. The deviation e between the control amount y and the target value r is input to the controller 1. The controller 1 calculates the operation amount u and outputs it to the actuator 32. As described above, in the case of the proportional preceding type, the differential leading type, or the like, the control amount y may be input to the controller 1. The actuator 32 operates the slide valve 31 by the operating amount u. When the controller is a speed type, the actuator 32 operates the derivative or difference of the manipulated variable u.

図3は、図1に示すコントローラ1のブロック図である。コントローラ1は、PID制御部11と、フィルタ部12と、を備える。フィルタ部12は、PID制御部11とは別に設けられている。PID制御部11に偏差eが入力され、PID制御部11の出力がフィルタ部12に入力される。フィルタ部12の出力が操作量uとなる。なお、比例先行型や微分先行型等の場合、制御量yが、PID制御部11に入力される場合があることは、既述の通りである。 FIG. 3 is a block diagram of the controller 1 shown in FIG. The controller 1 includes a PID control unit 11 and a filter unit 12. The filter unit 12 is provided separately from the PID control unit 11. The deviation e is input to the PID control unit 11, and the output of the PID control unit 11 is input to the filter unit 12. The output of the filter unit 12 becomes the operation amount u. As described above, in the case of the proportional preceding type, the differential leading type, or the like, the control amount y may be input to the PID control unit 11.

例えば、PID制御部11が、PID制御を実行する場合の伝達関数KPID(s)の例を示すと以下の通りである。以降の説明では、この構造のPID制御部を用いることとする。なお、式(1)を実行するPID制御部は、本来、「PID制御部」の1形態であり、「式(1)の構造のPID制御を行うPID制御部」と表記すべきである。しかし、長い表記となるため、以降も、「PID制御部」と表記することとする。なお、KPID(s)は、PID制御部11の伝達関数であり、コントローラ1の伝達関数K(s)ではない。コントローラ1の伝達関数K(s)は、後で説明する(式(15))。 For example, an example of the transfer function K PID (s) when the PID control unit 11 executes PID control is as follows. In the following description, the PID control unit having this structure will be used. The PID control unit that executes the equation (1) is originally one form of the "PID control unit", and should be described as "PID control unit that performs PID control of the structure of the equation (1)". However, since it is a long notation, it will be referred to as "PID control unit" hereafter. The K PID (s) is a transfer function of the PID control unit 11, not a transfer function K (s) of the controller 1. The transfer function K (s) of the controller 1 will be described later (Equation (15)).

本例のPID制御部11の基本的なパラメータは、K(比例ゲイン)、T(積分時間)、T(微分時間)である。ηは、不完全微分のための係数であり、0.1とされることが多い。なお、式(1)を変形すると、次のようになる。 The basic parameters of the PID controller 11 of this embodiment, K P (proportional gain), T I (integral time) is T D (derivative time). η is a coefficient for inexact differential and is often set to 0.1. When the equation (1) is modified, it becomes as follows.

定数ゲインを比例ゲイン、積分器のゲインを積分ゲイン、微分器のゲインを微分ゲインとすれば、比例ゲインはKであり、積分ゲインはK/Tであり、微分ゲインはK・Tとなる。 Constant gain proportional gain, the gain of the integrator integral gain, if the gain of the differentiator and the differential gain, proportional gain is K P, the integral gain is K P / T I, the derivative gain K P · the T D.

フィルタ部12は、PID制御部11に付加してコントローラ1を構成する部分である。PID制御では、十分な制御性能が得られない場合に、ゲインや位相を細かく調整する機能を有する。例えば、振動系の制御対象2の場合、PID制御では制御が難しいことがある。このようなとき、フィルタ部12を追加し、例えば、特定の周波数のコントローラゲインを大きくすることで、振動を抑制できるようになることがある。あるいは、別の例としては、特定の周波数のコントローラゲインを小さくすることで、振動により制御が不安定化することを防止できることがある。フィルタ部12のパラメータの値によって、フィルタ部12は、例えば、位相進み補償器になったり、位相遅れ補償器になったりする。 The filter unit 12 is a portion added to the PID control unit 11 to form the controller 1. PID control has a function of finely adjusting the gain and phase when sufficient control performance cannot be obtained. For example, in the case of the control target 2 of the vibration system, it may be difficult to control by PID control. In such a case, vibration may be suppressed by adding the filter unit 12 and increasing the controller gain of a specific frequency, for example. Alternatively, as another example, by reducing the controller gain of a specific frequency, it is possible to prevent the control from becoming unstable due to vibration. Depending on the value of the parameter of the filter unit 12, the filter unit 12 may be, for example, a phase lead compensator or a phase lag compensator.

制御対象2は、実施形態において、伝達関数P(s)で表わされているものとする。むだ時間を含んでいてもよい。 It is assumed that the controlled object 2 is represented by the transfer function P (s) in the embodiment. It may include wasted time.

感度関数S(s)、準相補感度関数R(s)は、次のように定義される。これらの関数は、K(s)およびP(s)を用いて定義されており、混合感度問題で扱われる。 The sensitivity function S (s) and the quasi-complementary sensitivity function R (s) are defined as follows. These functions are defined using K (s) and P (s) and are dealt with in the mixed sensitivity problem.

また、加法的な不確かさをΔ(s)とすると、制御対象2の伝達関数P(s)は、次のように表すことができる。 Further, assuming that the additive uncertainty is Δ (s), the transfer function P (s) of the controlled object 2 can be expressed as follows.

ここで、P(s)は、公称の制御対象2である。 Here, P 0 (s) is the nominal control target 2.

混合感度問題について説明する。重み関数をW1H(s)、W2H(s)とする。なお、添え字のHは、ハイゲインタイプのコントローラ1を設計するための重み関数であることを示す。 The mixing sensitivity problem will be described. Let the weighting functions be W 1H (s) and W 2H (s). The subscript H indicates that it is a weighting function for designing the high gain type controller 1.

H∞制御の混合感度問題は、以下のように示される。ここで、感度関数、準相補感度関数、後で用いる相補感度関数内のP(s)には、P(s)を代入して用いる。以下のいずれの混合感度問題においても同様である。 The mixed sensitivity problem of H∞ control is shown as follows. Here, P 0 (s) is substituted for P (s) in the sensitivity function, the quasi-complementary sensitivity function, and the complementary sensitivity function to be used later. The same applies to any of the following mixing sensitivity problems.

これは、公知のリカッチ不等式や線形行列不等式のソルバ(The MathWorks,Inc.の「Robust Control Toolbox」(登録商標))のhinfsyn関数等を用いて解くことができる。 This can be solved by using a known Ricatch inequality or linear matrix inequality solver (The MathWorks, Inc. "Robust Control Toolbox" (registered trademark)) hinfsyn function or the like.

なお、実施形態では、加法的な不確かさを扱っているが、乗法的な不確かさを扱ってもよい。この場合、混合感度問題では、感度関数S(s)と相補感度関数T(s)を扱うこととなる。重み関数をW1H’(s)、W2H’(s)とする。 In the embodiment, additive uncertainty is dealt with, but multiplicative uncertainty may be dealt with. In this case, in the mixed sensitivity problem, the sensitivity function S (s) and the complementary sensitivity function T (s) are dealt with. Let the weighting functions be W 1H '(s) and W 2H '(s).

ここで、式(6)又は(7)の混合感度問題を、実施形態では「一般的な混合感度問題」と呼び、2−disk問題と区別する。2−disk問題の場合、制約条件は次のいずれかとなる。 Here, the mixed sensitivity problem of the formula (6) or (7) is referred to as a "general mixed sensitivity problem" in the embodiment to distinguish it from the 2-disk problem. For the 2-disk problem, the constraint is one of the following:

実施形態において、「混合感度問題」とは、式(6)〜(9)のいずれかを制約条件に含む問題をいうものとする。混合感度問題は、最適化手法を用いて解かれる。これについて、具体例で示す。制御対象2を、連続鋳造機200とする。 In the embodiment, the "mixing sensitivity problem" refers to a problem in which any of the equations (6) to (9) is included in the constraint condition. The mixed sensitivity problem is solved using an optimization technique. This will be shown in a concrete example. The control target 2 is a continuous casting machine 200.

ここで、P(s)は式(5)の構成要素であり、TSCはステッピングシリンダ時定数であり、LSCはステッピングシリンダむだ時間であり、Kは流量係数であり、Aは鋳型断面積であり、TCDはレベル計時定数であり、LCDはレベル計むだ時間である。図2を参照して、ステッピングシリンダはアクチュエータ32であり、鋳型断面積は鋳型23の断面積であり、レベル計は渦流センサ33である。 Here, P 0 (s) is a component of equation (5), T SC is the stepping cylinder time constant, L SC is the stepping cylinder waste time, K f is the flow coefficient, and A is the mold. It is the cross-sectional area, T CD is the level clock time constant, and L CD is the level clock waste time. With reference to FIG. 2, the stepping cylinder is the actuator 32, the mold cross-sectional area is the cross-sectional area of the mold 23, and the level meter is the vortex sensor 33.

SC=0.2、TCD=0.3、LSC=0.1、LCD=0.12とする。K、Aは、鋳造条件により変化し、その範囲は、0.6<K/A<2.1である。まず、本例では、ハイゲインタイプのコントローラ1の1つ目として、次の場合を考える。 T SC = 0.2, T CD = 0.3, L SC = 0.1, L CD = 0.12. K f and A vary depending on the casting conditions, and the range is 0.6 <K f / A <2.1. First, in this example, the following case is considered as the first high gain type controller 1.

重み関数は、次のように設定する。後述の評価関数で示されるように、重み関数W1H(s)の変数KW1Hが最大化すべき値となる。 The weight function is set as follows. As shown by the evaluation function described later, the variable K W1H of the weight function W 1H (s) is the value to be maximized.

変数KW1Hをなるべく大きくすることで、外乱抑制性を最大化できることになる。 By increasing the variable K W1H as much as possible, the disturbance suppression property can be maximized.

なお、時定数とむだ時間がすべて、±20%変化するものとして、不確かさΔ(s)を計算する。不確かさΔ(s)は、式(5)を構成する。非特許文献1に記載のように、後述の重みW2H(s)、W2M(s)、W2L(s)は、高周波域でΔ(s)を覆うように、設定する。 The uncertainty Δ (s) is calculated assuming that the time constant and the dead time all change by ± 20%. The uncertainty Δ (s) constitutes equation (5). As described in Non-Patent Document 1, the weights W 2H (s), W 2M (s), and W 2L (s) described later are set so as to cover Δ (s) in the high frequency region.

比較例として、H∞コントローラの設計方法を説明する。一般的な混合感度問題を解くことにより、H∞コントローラが求められる。このとき、H∞コントローラの構造は自動的に定まり、指定することはできない。図4は、一般的な混合感度問題を解いて求められたH∞コントローラのボード線図と周波数整形結果を示すグラフである。H∞コントローラは、低周波でゲインが大きく、高周波側の0.1[Hz]近傍でほぼ一定のゲインになっており、基本的にはPI制御であることが分かる。さらに高周波側の1.0[Hz]近傍ではゲインが下がり、フィルタを付加した形になっていると解釈できる。特許第3091061号に開示されているように、一般的な混合感度問題である式(6)を解く方法により、H∞コントローラを求めると次のようになる。 As a comparative example, a design method of the H∞ controller will be described. An H∞ controller is obtained by solving a general mixing sensitivity problem. At this time, the structure of the H∞ controller is automatically determined and cannot be specified. FIG. 4 is a Bode diagram of the H∞ controller obtained by solving a general mixing sensitivity problem and a graph showing the frequency shaping result. It can be seen that the H∞ controller has a large gain at low frequencies and a substantially constant gain near 0.1 [Hz] on the high frequency side, and is basically PI control. Furthermore, the gain decreases near 1.0 [Hz] on the high frequency side, and it can be interpreted that a filter is added. As disclosed in Japanese Patent No. 3091061, the H∞ controller is obtained by the method of solving the equation (6), which is a general mixing sensitivity problem, as follows.

極と零点を比較することにより、次のことがわかる。 By comparing the poles and zeros, we can see the following.

zH11,2とpH12,3が、極零相殺を生じている。 zH1 1 and 2 and pH 1 and 2 and 3 cause pole-zero cancellation.

zH1とpH1が、極零相殺に近い。 zH1 3 and pH1 4 is close to the pole-zero offset.

zH1とpH1が、極零相殺に近い。 zH1 4 and pH1 5 is, close to the pole-zero offset.

zH110,11とpH111,12が、極零相殺を生じている。 zH1 10 , 11 and pH 1 11 , 12 cause pole-zero cancellation.

極零相殺に近いことを極零相殺に含めると、6個の極零相殺があることが分かる(zH11,2とpH12,3、zH110,11とpH111,12はそれぞれ2個の極零相殺である)。この場合、13次のコントローラのうち、少なくとも6次分は除くことができ、7次のコントローラでH∞コントローラを近似することができると考えられる。実際には、残りの7次の中にも影響が小さい極や零点が含まれているため、さらに低次のコントローラで、H∞コントローラを近似できると考えられる。 If we include the fact that it is close to the pole-zero offset in the pole-zero offset, we can see that there are six pole-zero offsets (zH1 1,2 and pH1 2,3 , zH1 10,11 and pH1 11,12 , respectively. Extreme zero offset). In this case, it is considered that at least the 6th order controller can be excluded from the 13th order controller, and the 7th order controller can approximate the H∞ controller. In reality, since the remaining 7th order also contains poles and zeros that have a small effect, it is considered that the H∞ controller can be approximated by a lower order controller.

実施形態では、コントローラ1の構造を、PID制御部11にフィルタ部12を付加した形に固定し、H∞コントローラに近い性能を達成することを考える。ここで、構造が固定とは、可変パラメータの値のみが異なることを言うものとする。例えば、伝達関数1/(2・s+1)と、1/(3・s+1)とは、可変パラメータをTとして、構造が1/(T・s+1)で固定である。一方、伝達関数1/(2・s+1)と、s/(3・s+1)とは、分子が1とsで異なっており、固定ではない。なお、近似の方法として、平衡実現による低次元化の手法もあるが、必ずしも、PID制御部11のように固定の構造のコントローラが得られないため、採用しない。 In the embodiment, it is considered that the structure of the controller 1 is fixed to the PID control unit 11 with the filter unit 12 added to achieve performance close to that of the H∞ controller. Here, it is assumed that the structure is fixed means that only the value of the variable parameter is different. For example, the transfer functions 1 / (2 · s + 1) and 1 / (3 · s + 1) have a fixed structure of 1 / (T · s + 1) with a variable parameter of T. On the other hand, the transfer functions 1 / (2 · s + 1) and s / (3 · s + 1) have different molecules at 1 and s, and are not fixed. As an approximation method, there is also a method of lowering the dimension by realizing equilibrium, but it is not necessarily adopted because a controller having a fixed structure like the PID control unit 11 cannot be obtained.

実施形態のパラメータ設計方法は、PID制御部11およびフィルタ部12を備えるコントローラ1のパラメータの設計方法である。この設計方法として、以下の例1〜例3がある。 The parameter design method of the embodiment is a parameter design method of the controller 1 including the PID control unit 11 and the filter unit 12. As this design method, there are the following Examples 1 to 3.

例1:PID制御部+2次のフィルタ部、混合感度
コントローラ1をPID制御部11+2次のフィルタ部12で近似することを考える。位相進み遅れ補償は、1次の有理式×1次の有理式となっていることが多いが、実施形態では、さらに範囲が広い2次の有理式としている。1次の有理式であっても、位相進み・遅れ補償のパラメータを決めるには、試行錯誤、再調整が必要であるが、実施形態では、2次の有理式であっても、モデルに基づき、試行錯誤、再調整なく、最適化によりパラメータを求める。例1のコントローラ1の伝達関数K(s)を、以下に示す。
Example 1: Consider that the PID control unit + the secondary filter unit and the mixing sensitivity controller 1 are approximated by the PID control unit 11 + the secondary filter unit 12. The phase lead / lag compensation is often a first-order rational expression × a first-order rational expression, but in the embodiment, it is a quadratic rational expression having a wider range. Even if it is a first-order rational expression, trial and error and readjustment are required to determine the parameters for phase lead / delay compensation, but in the embodiment, even if it is a second-order rational expression, it is based on the model. , Find the parameters by optimization without trial and error and readjustment. The transfer function K (s) of the controller 1 of Example 1 is shown below.

伝達関数K(s)は、式1に示すPID制御部1の伝達関数KPID(s)と、2次のフィルタ部12の伝達関数とにより構成される。PID制御部11のパラメータは3個(K、T、T)であり、フィルタ部12のパラメータは4個(a、a、b、b)である。コントローラ1のパラメータとして、これら7個のパラメータを決定する必要がある。コントローラ1は線形式ではない。ロバスト安定性と外乱抑制性とのバランスを取る必要があり、これらのパラメータの決定は難しい。フィルタ部12が1次の場合でも、5個のパラメータ(K、T、T、a、b)を決定する必要がある。かつ、安定性を維持したうえで、外乱抑制帯域をできるだけ大きくして、湯面レベル変動を小さくし、鋳片品質の向上等を図りたいというニーズを満たす必要がある。 The transfer function K (s) is composed of the transfer function K PID (s) of the PID control unit 1 shown in Equation 1 and the transfer function of the second-order filter unit 12. Parameters of PID control unit 11 three (K P, T I, T D) is a parameter of the filter unit 12 is four (a 1, a 2, b 1, b 2). It is necessary to determine these seven parameters as the parameters of the controller 1. Controller 1 is not linear. It is difficult to determine these parameters because it is necessary to balance robust stability and disturbance inhibition. Even if the filter unit 12 of the primary, it is necessary to determine five parameters (K P, T I, T D, a 1, b 1) a. At the same time, it is necessary to meet the needs of maintaining stability, increasing the disturbance suppression band as much as possible, reducing the fluctuation of the molten metal level, and improving the quality of slabs.

周波数をfmin(=0.001)[Hz]から、fmax(=10)[Hz]まで、対数的に等間隔なNω(=200)点の、周波数の変数f(i=1,・・・,Nω)を得る。ここで、デジタル制御を行う場合、制御を行う周波数は、0からナイキスト周波数であるが、本例では、サンプリング周期を0.1[s]とする。したがって、周波数は、0[Hz]からナイキスト周波数の5[Hz]までとなる。下限については、周波数を対数的に等間隔とするので0とすることはできないことから、小さな値0.001[Hz]としている。また、上限については、ナイキスト周波数近傍で大きい値の10[Hz]としている。さらに、fに、2πを乗じ、角周波数の変数ω(i=1,・・・,Nω)を得る。 Frequency from f min (= 0.001) [Hz ], f max (= 10) [Hz] to, the logarithmically spaced N ω (= 200) points, the frequency of the variable f i (i = 1 , ..., N ω ) is obtained. Here, when digital control is performed, the frequency to be controlled is from 0 to the Nyquist frequency, but in this example, the sampling period is 0.1 [s]. Therefore, the frequency ranges from 0 [Hz] to the Nyquist frequency 5 [Hz]. As for the lower limit, since the frequencies are logarithmically evenly spaced, it cannot be set to 0, so a small value of 0.001 [Hz] is set. The upper limit is set to 10 [Hz], which is a large value near the Nyquist frequency. Further, to obtain the f i, multiplied by 2 [pi, variable omega i angular frequency (i = 1, ···, N ω) a.

最小化すべき評価関数は次のように設定した。重み関数のゲインを可能な限り大きくして、外乱抑制の周波数帯域を最大化する評価関数としている。変数KW1Hは、式(12)で説明している。 The evaluation function to be minimized is set as follows. The gain of the weighting function is made as large as possible to maximize the frequency band of disturbance suppression. The variable K W1H is described by the equation (12).

次に、各角周波数での制約条件を求める。上述の混合感度問題のノルム制約は次のようになる。 Next, the constraints at each angular frequency are obtained. The norm constraint of the above-mentioned mixing sensitivity problem is as follows.

ここで、σ()は、最大特異値を示す。 Here, σ () indicates the maximum singular value.

最適化計算時の精度を担保するため、次のように、dBに変換した制約条件を得る。 In order to ensure the accuracy at the time of optimization calculation, the constraint condition converted to dB is obtained as follows.

ここで、PID制御部11のパラメータは、ネガティブフィードバックにするために、それぞれ、K>0、T>0、T≧0が必須となる制約がある。さらに、この最適化問題は非凸で、局所解に陥る場合もあるため、収束しやすくするために、各変数に次のような制約条件を設けた。なお、K>0、T>0、T≧0の必須の制約以外の制約は、局所解に陥いる場合を避けるために便宜的に設けたものであり、必須ではない。例えば、本例の多スタート局所探索法では、最適化時に試す初期値の数を増やせば、便宜的な制約なしで、最適解を得ることができる。 Here, the parameters of the PID controller 11 to a negative feedback, there are respectively, K p> 0, T I > 0, T D ≧ 0 is essential constraints. Furthermore, since this optimization problem is non-convex and may fall into a local solution, the following constraints are set for each variable in order to facilitate convergence. Incidentally, K p> 0, T I > 0, essential non constraint constraint T D ≧ 0, which has provided for convenience to avoid the case where Recessed a local solution, not essential. For example, in the multi-start local search method of this example, the optimum solution can be obtained without any convenient restrictions by increasing the number of initial values to be tried at the time of optimization.

なお、最後の2式は、フィルタ部12の減衰係数に制限を加えるものである。すなわち、最後の2式は零点や極が振動的になりにくく、かつ、虚軸に近づきにくい領域で最適値を探索するために設けている。 The last two equations limit the damping coefficient of the filter unit 12. That is, the last two equations are provided to search for the optimum value in a region where the zeros and poles are less likely to vibrate and are less likely to approach the imaginary axis.

また、本例では、最適化手法については、多スタート局所探索法を用い、初期値については、初期値を複数点で試し、局所解に陥らないような、次の初期値からの最適化結果を採用した。 In addition, in this example, the multi-start local search method is used for the optimization method, and for the initial value, the initial value is tried at multiple points, and the optimization result from the next initial value so as not to fall into a local solution. It was adopted.

最適化問題は、式(16)の評価関数を、式(18)、(19)の制約条件の下、最小値を求める形となる。 The optimization problem is in the form of finding the minimum value of the evaluation function of the equation (16) under the constraints of the equations (18) and (19).

なお、最適化問題を大域的最適化問題として解く場合、混合感度問題の制約とPIDパラメータの制約とを除いた制約条件の設定は、大域的最適化に含めたり、不要であったりする。理由は、実施形態では、多スタート局所探索法の一種を用いており、混合感度問題の制約とPIDパラメータの制約とを除いた制約条件は、局所探索での収束が容易になるように便宜的に設けたものだからである。 When the optimization problem is solved as a global optimization problem, the setting of constraint conditions excluding the constraint of the mixed sensitivity problem and the constraint of the PID parameter may be included in the global optimization or may not be necessary. The reason is that, in the embodiment, a kind of multi-start local search method is used, and the constraints excluding the constraint of the mixed sensitivity problem and the constraint of the PID parameter are convenient so that the convergence in the local search is easy. This is because it is provided in.

局所探索の部分は、公用の非線形最適化手法を用いる(The MathWorks,Inc.の「Optimization Toolbox」(登録商標)のfmincon関数)。次の結果を得た。 For the local search part, a public nonlinear optimization method is used (the fmincon function of "Optimization Toolbox" (registered trademark) of The MathWorks, Inc.). The following results were obtained.

PID制御部11は、微分時間Tが0であり、実質的にPI制御となっていることが分かる。図5は、PID制御部11および2次のフィルタ部12を備えるコントローラ1における一般的な混合感度問題を解いて求められたパラメータが設定されたコントローラ1のボード線図と周波数整形結果を示すグラフである。ここでのパラメータは、式(21)に示すパラメータである。PI制御+2次のフィルタのため、次数は3次であるが、ほぼH∞コントローラと同性能のコントローラ1が得られていることが分かる。 PID control unit 11, the derivative time T D is 0, it is understood that the substantially PI control. FIG. 5 is a Bode diagram and a graph showing the frequency shaping result of the controller 1 in which the parameters obtained by solving the general mixing sensitivity problem in the controller 1 including the PID control unit 11 and the secondary filter unit 12 are set. Is. The parameters here are the parameters shown in the equation (21). Since the filter is PI control + 2nd order, the order is 3rd order, but it can be seen that controller 1 having almost the same performance as the H∞ controller is obtained.

PID制御部11+2次のフィルタ部12の構造に固定されたコントローラ1を、モデルを用いて、調整でなく計算によって求めることができている。 The controller 1 fixed to the structure of the PID control unit 11 + secondary filter unit 12 can be obtained by calculation instead of adjustment by using a model.

実施形態に係るコントローラ1(例1および後で説明する例2、例3のコントローラ1)の設計方法について簡単に説明する。この設計方法には、実施形態に係るパラメータ設計方法が含まれる。図6は、実施形態に係るコントローラ1の設計方法のフローチャートである。この中には、実施形態に係るパラメータの設計方法が含まれる。まず、設計者は、制御対象2の伝達関数P(s)(上述のように、P(s)をP(s)として用いる。)を設定する(S1)。次に、設計者は、PID制御部11およびフィルタ部12の構造を決定する(S2)。次に、設計者は、評価関数を設定する(S3)。次に、設計者は、制約条件を設定する(S4)。最後に、設計者は、コンピュータを用いて大域的最適化問題を解く(S5)。上述したように、処理S5により、コントローラ1のパラメータが決定される。 The design method of the controller 1 according to the embodiment (Example 1 and the controllers 1 of Examples 2 and 3 described later) will be briefly described. This design method includes a parameter design method according to an embodiment. FIG. 6 is a flowchart of the design method of the controller 1 according to the embodiment. This includes a method of designing parameters according to the embodiment. First, the designer sets the transfer function P (s) of the controlled object 2 (P 0 (s) is used as P (s) as described above) (S1). Next, the designer determines the structures of the PID control unit 11 and the filter unit 12 (S2). Next, the designer sets the evaluation function (S3). Next, the designer sets the constraint condition (S4). Finally, the designer uses a computer to solve the global optimization problem (S5). As described above, the parameter of the controller 1 is determined by the process S5.

例2:PID制御部+1次のフィルタ部、混合感度
次に、1次のフィルタ部12の例を示す。ここで、PID制御部11のパラメータは、ネガティブフィードバックにするために、それぞれ、K>0、T>0、T≧0が必須となる制約がある。さらに、この最適化問題は非凸で、局所解に陥る場合もあるため、収束しやすくするために、各変数に次のような制約条件を設けた。ここで、a、bについては、値を0にする制約を設けて、最適化計算を行っている。なお、K>0、T>0、T≧0が必須となる制約以外の制約は、局所解に陥る場合を避けるために便宜的に設けたものであり、必須ではない。例えば、本例の多スタート局所探索法では、最適化時に試す初期値の数を増やせば、便宜的な制約なしで、最適解を得ることができる。
Example 2: PID control unit + 1st-order filter unit, mixing sensitivity Next, an example of the primary filter unit 12 is shown. Here, the parameters of the PID controller 11 to a negative feedback, there are respectively, K P> 0, T I > 0, T D ≧ 0 is essential constraints. Furthermore, since this optimization problem is non-convex and may fall into a local solution, the following constraints are set for each variable in order to facilitate convergence. Here, for a 2 and b 2 , the optimization calculation is performed with a constraint that the value is set to 0. Incidentally, K P> 0, T I > 0, T D ≧ 0 is indispensable except constraint constraints, which has provided for convenience to avoid the case of falling into a local solution, not essential. For example, in the multi-start local search method of this example, the optimum solution can be obtained without any convenient restrictions by increasing the number of initial values to be tried at the time of optimization.

また、初期値については、初期値を複数点で試し、局所解に陥らないような、次の初期値からの最適化結果を採用した。 As for the initial value, the initial value was tried at multiple points, and the optimization result from the next initial value was adopted so as not to fall into a local solution.

この1次フィルタの場合について、式(16)の評価関数を、式(18)、(22)の制約条件の下、最適化して、次の結果を得た。 In the case of this linear filter, the evaluation function of Eq. (16) was optimized under the constraints of Eqs. (18) and (22), and the following results were obtained.

図7は、PID制御部11および1次のフィルタ部12を備えるコントローラ1における一般的な混合感度問題を解いて求められたパラメータが設定されたコントローラ1のボード線図と周波数整形結果を示すグラフである。ここでのパラメータは、式(24)に示すパラメータである。PI制御+1次のフィルタのため、次数は2次である。図7では分かりにくいが(図7を拡大すれば分かる)、図5(PI制御+2次のフィルタを実行するコントローラ1)と比較して、感度関数Sが低周波側にある。これにより、PI制御+2次のフィルタを実行するコントローラ1や、H∞コントローラよりも外乱抑制性能が低いことが分かる。設計の自由度が十分でないためと考えられる。 FIG. 7 is a Bode diagram and a graph showing the frequency shaping result of the controller 1 in which the parameters obtained by solving the general mixing sensitivity problem in the controller 1 including the PID control unit 11 and the primary filter unit 12 are set. Is. The parameters here are the parameters shown in the equation (24). The order is quadratic because of the PI control + 1st order filter. Although it is difficult to understand in FIG. 7 (it can be seen by enlarging FIG. 7), the sensitivity function S is on the low frequency side as compared with FIG. 5 (controller 1 that executes PI control + quadratic filter). From this, it can be seen that the disturbance suppression performance is lower than that of the controller 1 that executes the PI control + secondary filter and the H∞ controller. This is probably because the degree of freedom in design is not sufficient.

例3:PID制御部+2次のフィルタ部、2−disk
次に、2−disk問題の例を示す。この例では、混合感度問題の制約がより緩和されるので、外乱抑制の帯域が広がる。また、1入出力系の場合、特異値を計算する必要がないという利点がある。コントローラ1をPID制御部11+2次のフィルタ部12で近似することを考えるのは上述の場合と同じである。評価関数も、上述の場合と同じである。
Example 3: PID control unit + secondary filter unit, 2-disk
Next, an example of the 2-disk problem is shown. In this example, the constraint of the mixing sensitivity problem is relaxed, so that the disturbance suppression band is widened. Further, in the case of one input / output system, there is an advantage that it is not necessary to calculate a singular value. It is the same as the above-mentioned case that the controller 1 is approximated by the PID control unit 11 + the second-order filter unit 12. The evaluation function is the same as in the above case.

次に、各角周波数での制約条件を求める。上述の混合感度問題と違い、2−disk問題の制約は次のようになる。 Next, the constraints at each angular frequency are obtained. Unlike the above-mentioned mixing sensitivity problem, the restrictions of the 2-disk problem are as follows.

最適化計算時の精度を担保するため、次のように、dBに変換した制約条件を得る。 In order to ensure the accuracy at the time of optimization calculation, the constraint condition converted to dB is obtained as follows.

ここで、PID制御部11のパラメータは、ネガティブフィードバックにするために、それぞれ、K>0、T>0、T≧0が必須となる制約がある。さらに、この最適化問題は非凸で、局所解に陥る場合もあるため、収束しやすくするために、各変数に次のような制約条件を設けた。なお、K>0、T>0、T≧0が必須となる制約以外の制約は、局所解に陥る場合を避けるために便宜的に設けたものであり、必須ではない。最適化時に試す初期値の数を増やせば、便宜的な制約なしで、最適解を得ることができる。 Here, the parameters of the PID controller 11 to a negative feedback, there are respectively, K P> 0, T I > 0, T D ≧ 0 is essential constraints. Furthermore, since this optimization problem is non-convex and may fall into a local solution, the following constraints are set for each variable in order to facilitate convergence. Incidentally, K P> 0, T I > 0, T D ≧ 0 is indispensable except constraint constraints, which has provided for convenience to avoid the case of falling into a local solution, not essential. By increasing the number of initial values to be tried at the time of optimization, the optimum solution can be obtained without any convenience restrictions.

また、初期値については、初期値を複数点で試し、局所解に陥らないような、次の初期値からの最適化結果を採用した。 As for the initial value, the initial value was tried at multiple points, and the optimization result from the next initial value was adopted so as not to fall into a local solution.

最適化問題は、式(16)の評価関数を、式(26)、(27)の制約条件の下、最小値を求める形となる。 The optimization problem is in the form of finding the minimum value of the evaluation function of the equation (16) under the constraints of the equations (26) and (27).

局所探索の部分は、公用の非線形最適化手法を用いて(The MathWorks,Inc.の「Optimization Toolbox」(登録商標)のfmincon関数)、最適化して、次の結果を得た。 The local search part was optimized using a publicly available nonlinear optimization method (the fmincon function of The MathWorks, Inc.'s "Optimization Toolbox"®) to obtain the following results.

微分時間Tが0でない値となっている。図8は、PID制御部11および2次のフィルタ部12を備えるコントローラ1における2−Disk混合感度問題を解いて求められたパラメータが設定されたコントローラ1のボード線図と周波数整形結果を示すグラフである。ここでのパラメータは、式(29)に示すパラメータである。図8では分かりにくいが(図8を拡大すれば分かる)、図5と比較して、感度関数Sが高周波側にあり、外乱抑制性能が高いことが分かる。 The differential time T D is a non-zero value. FIG. 8 is a Bode diagram and a graph showing the frequency shaping result of the controller 1 in which the parameters obtained by solving the 2-Disk mixing sensitivity problem in the controller 1 including the PID control unit 11 and the secondary filter unit 12 are set. Is. The parameters here are the parameters shown in the equation (29). Although it is difficult to understand in FIG. 8 (it can be seen by enlarging FIG. 8), it can be seen that the sensitivity function S is on the high frequency side and the disturbance suppression performance is high as compared with FIG.

但し、0.2[Hz]近傍の操作量uのゲインは大きくなっており、操作量飽和は生じやすくなっていることが分かる。次に説明する「例4:適応」では、この例は用いない。 However, it can be seen that the gain of the manipulated variable u in the vicinity of 0.2 [Hz] is large, and the manipulated variable saturation is likely to occur. This example is not used in "Example 4: Adaptation" described below.

例4:適応
例1のコントローラ1(PID制御部11+2次のフィルタ部12)において、制御対象2(連続鋳造機200)の変化等に対応させることを考える。構造を固定しているので、後述するように、コントローラ1の制御特性を連続的に変化させることが可能となる。
Example 4: Consider that the controller 1 (PID control unit 11 + secondary filter unit 12) of the application example 1 is made to correspond to a change of the control target 2 (continuous casting machine 200). Since the structure is fixed, the control characteristics of the controller 1 can be continuously changed as described later.

制御対象2において、K/Aが、0.6から2.1まで、0.1刻みで設計する。また、例1の説明では、ハイゲインタイプのコントローラ1を設計したが、これよりも、ゲインが低いタイプであるミドルゲインタイプおよびローゲインタイプのコントローラ1も設計する。従って、設計するゲインタイプは3種類ある。よって、設計するコントローラ1は48個となる。これを、下記の表で示す。ハイゲインタイプは「H」で示し、ミドルゲインタイプは「M」で示し、ローゲインタイプは「L」で示す。 In the control target 2, K f / A is designed from 0.6 to 2.1 in increments of 0.1. Further, in the description of Example 1, the high gain type controller 1 is designed, but the middle gain type and low gain type controllers 1 which are lower gain types are also designed. Therefore, there are three types of gain to design. Therefore, the number of controllers 1 to be designed is 48. This is shown in the table below. The high gain type is indicated by "H", the middle gain type is indicated by "M", and the low gain type is indicated by "L".

制御対象2のゲインが2倍以上変化するため、1つのコントローラ1では性能が劣化したり、不安定化したりすることが考えられる。公用のPID制御では、テーブルにPIDのパラメータを書き込んでおき、制御対象2や外乱の変化に応じてPIDのパラメータを変更する場合がある。今回、コントローラ1のパラメータをテーブル化しておき、制御対象2や外乱の変化に応じて、パラメータを連続的に変化させることを考える。パラメータを連続的に変化させることにより、コントローラ1の制御特性を連続的に変化させることとなる。 Since the gain of the controlled object 2 changes more than twice, it is conceivable that the performance of one controller 1 deteriorates or becomes unstable. In the official PID control, the PID parameter may be written in the table and the PID parameter may be changed according to the control target 2 or the change of the disturbance. This time, it is considered that the parameters of the controller 1 are tabulated and the parameters are continuously changed according to the change of the control target 2 and the disturbance. By continuously changing the parameters, the control characteristics of the controller 1 are continuously changed.

/Aが、0.6から2.1まで、0.1刻みで、例1と同様に設計を行う(なお、0.6の場合は例1で設計済み。)。 K f / A is designed from 0.6 to 2.1 in increments of 0.1 in the same manner as in Example 1 (in the case of 0.6, it has already been designed in Example 1).

既に、H1は計算しているので、H2〜H16は、式(10)のK/Aを変更して、例1と同様に計算して、例1のコントローラ1を得ることができる。 Since H1 has already been calculated, H2 to H16 can be calculated in the same manner as in Example 1 by changing K f / A in the equation (10) to obtain the controller 1 of Example 1.

次に、ミドルゲインタイプのM1〜M16については、重み関数と評価関数を次のように設定して、最適化を行う。後述の評価関数で示されるように重み関数W1M(s)の変数TW1Mが最小化すべき値となる。なお、W2M(s)は、W2H(s)と同じである。 Next, for the middle gain types M1 to M16, the weighting function and the evaluation function are set as follows to perform optimization. As shown by the evaluation function described later, the variable T W1M of the weighting function W 1M (s) is the value to be minimized. W 2M (s) is the same as W 2H (s).

ミドルゲインタイプの、最小化すべき評価関数は次のように設定した。TW1Mを可能な限り小さくし、結果として、重み関数W1M(s)のゲインを大きくすることで、外乱抑制の周波数帯域を最大化する評価関数としている。 The evaluation function to be minimized for the middle gain type is set as follows. The evaluation function maximizes the frequency band of disturbance suppression by making T W1M as small as possible and, as a result, increasing the gain of the weighting function W 1M (s).

さらに、ローゲインタイプのL1〜L16については、重み関数と、最小化すべき評価関数とを、次のように設定して、最適化を行う。後述の評価関数で示されるように、重み関数W1L(s)の変数TW1Lが最小化すべき値となる。 Further, for the low gain types L1 to L16, the weighting function and the evaluation function to be minimized are set as follows to perform optimization. As shown by the evaluation function described later, the variable T W1L of the weighting function W 1L (s) is the value to be minimized.

ローゲインタイプの評価関数は次のように設定した。TW1Lを可能な限り小さくし、結果として、重み関数W1L(s)のゲインを大きくすることで、外乱抑制の周波数帯域を最大化する評価関数としている。 The evaluation function of the low gain type was set as follows. As small as possible T W1L, as a result, by increasing the gain of the weighting function W 1L (s), is an evaluation function that maximizes the frequency band of the disturbance suppression.

以上のようにして、上記表に示す48個のコントローラ1のそれぞれのパラメータが求められる。48個のコントローラ1は、構造が共通であるが、パラメータが異なり、制御特性が異なる。本例では、ここでの制御特性は、K/Aの値とゲインタイプ(H、M、L)の組み合わせで定まる。 As described above, the parameters of each of the 48 controllers 1 shown in the above table are obtained. The 48 controllers 1 have the same structure, but have different parameters and different control characteristics. In this example, the control characteristics here are determined by the combination of the K f / A value and the gain type (H, M, L).

図9Aは、求められた各パラメータ(K、T、a、a、b、b)とK/Aとゲインタイプ(H、M、L)との関係を示すテーブルの図である。Tは0なので省略されている。このテーブルは、コントローラ1の記憶部に予め記憶されている。上記表に示す48個のコントローラ1は、構造が共通であり、パラメータを変えることにより、これらのコントローラ1が実現される。具体的に説明する。ゲインタイプがH、かつ、K/Aが0.6で特定されるパラメータ(K、T、a、a、b、b)が、コントローラ1において補間により選択されることにより(コントローラ1に設定)、コントローラ番号H1のコントローラ1が実現される。 Figure 9A, each determined parameter (K P, T I, a 1, a 2, b 1, b 2) and K f / A and the gain-type (H, M, L) of the table showing the relationship between It is a figure. T D is 0, so is omitted. This table is stored in advance in the storage unit of the controller 1. The 48 controllers 1 shown in the above table have a common structure, and these controllers 1 are realized by changing the parameters. This will be described in detail. The gain type H, and the parameters K f / A is identified by 0.6 (K P, T I, a 1, a 2, b 1, b 2) is selected by the interpolation in the controller 1 (Set to controller 1), controller 1 with controller number H1 is realized.

例4のコントローラ1は、その制御特性(K/Aの値とゲインタイプの組み合わせ)を連続的に変化させる。ここで、H16はハイゲインタイプのK/A=2.1の場合であり、M3はミドルゲインタイプのK/A=0.8の場合となる。 The controller 1 of Example 4 continuously changes its control characteristics (combination of K f / A value and gain type). Here, H16 is the case of the high gain type K f / A = 2.1, and M3 is the case of the middle gain type K f / A = 0.8.

連続的にコントローラ1を変化させる場合、図9Aの表から補間により求める必要がある。本例では、The MathWorks,Inc.の「Simulink」(登録商標)の「n−D Lookup Table」ブロックを用い、このブロックの設定として、テーブルの次元数を「2」とし、内挿法として「線形の点と勾配」を用いればよい。 When the controller 1 is continuously changed, it is necessary to obtain it by interpolation from the table of FIG. 9A. In this example, The MathWorks, Inc. If you use the "n-D Lookup Table" block of "Simulink" (registered trademark), set the number of dimensions of the table to "2", and use "linear points and gradients" as the interpolation method. Good.

なお、この「n−D Lookup Table」と同等の手法を、DCSやPLCで実現する際のロジックは次のようになる。今、ゲインタイプ1.4、K/A=0.72とする。ここで、ゲインタイプはHを1、Mを2、Lを3としているものとする。すなわち、ゲインタイプ1.4は、0.4:0.6の比率でHとMの間にあることとなる。K/A=0.72は、0.02:0.08=0.2:0.8の比率でコントローラ*2と*3(*はH、M、Lのいずれかを示す。)の間にあることを示す。このときの、Kの補間方法を図9Bで示す。 The logic for realizing the same method as this "n-D Look Table" with DCS or PLC is as follows. Now, the gain type is 1.4 and K f / A = 0.72. Here, it is assumed that the gain type is 1, H is 1, M is 2, and L is 3. That is, the gain type 1.4 is between H and M at a ratio of 0.4: 0.6. K f / A = 0.72 is the ratio of 0.02: 0.08 = 0.2: 0.8 of the controllers * 2 and * 3 (* indicates any of H, M, and L). Show that it is in between. In this case, showing the interpolation method of K p in FIG 9B.

求めるべきKの値は、
H2(ゲインタイプ=1、K/A=0.7)の0.928、
H3(ゲインタイプ=1、K/A=0.8)の0.845、
M2(ゲインタイプ=2、K/A=0.7)の0.435、
M3(ゲインタイプ=2、K/A=0.8)の0.396、
の間にある。
The value of K p to be obtained is
H2 (gain type = 1, K f / A = 0.7) 0.928,
0.845 of H3 (gain type = 1, K f / A = 0.8),
0.435 of M2 (gain type = 2, K f / A = 0.7),
0.396 of M3 (gain type = 2, K f / A = 0.8),
Is between.

まず、TMP1をH2とM2を0.4:0.6に内分する点にとる。この点でのKの値は、(0.4×0.435+0.6×0.928)=0.731となる。 First, TMP1 is taken at the point where H2 and M2 are internally divided into 0.4: 0.6. The value of K p at this point is (0.4 × 0.435 + 0.6 × 0.928) = 0.731.

次に、TMP2をH3とM3を0.4:0.6に内分する点にとる。この点でのKの値は、(0.4×0.396+0.6×0.845)=0.665となる。 Next, TMP2 is taken at the point where H3 and M3 are internally divided into 0.4: 0.6. The value of K p at this point is (0.4 × 0.396 + 0.6 × 0.845) = 0.665.

次に、RESULTを、TMP1とTMP2を0.2:0.8に内分する点にとる。この点でのKの値は、(0.2×0.665+0.8×0.731)=0.718となる。このRESULTの値が、補間により得られるKの値となる。 Next, RESULT is set at the point where TMP1 and TMP2 are internally divided into 0.2: 0.8. The value of K p at this point is (0.2 × 0.665 + 0.8 × 0.731) = 0.718. The value of this RESULT becomes the value of K p obtained by interpolation.

、a、a、b、bについても、同様に補間により値を得ることができる。 T I, for even a 1, a 2, b 1 , b 2, it is possible to obtain the values by the same interpolation.

ここで、この補間のロジックと、The MathWorks,Inc.の「Simulink」(登録商標)の「n−D Lookup Table」ブロックの補間のロジックとは、厳密には同一でなく誤差が存在する可能性もあるが、K等の値は、後で図10Aに示されるように滑らかな曲面であるので、誤差は小さいものと考えられる。 Here, the logic of this interpolation and The MathWorks, Inc. And "n-D Lookup Table" block interpolation logic of "Simulink" (registered trademark) is strictly there is a possibility that there is an error not identical to, the value of such K p is later Figure Since the curved surface is smooth as shown in 10A, the error is considered to be small.

各パラメータを連続的に変化させることで、コントローラ1の制御特性を連続的に変化させることができる。図10Aは、図9Aに示す各パラメータ(K、T、a、a、b、b)のテーブルの数値をグラフにした図である。各グラフは、3次元で示されており、第1軸がK/Aを示し、第2軸がゲインタイプ(H、M、L)を示し、第3軸がパラメータを示す。 By continuously changing each parameter, the control characteristics of the controller 1 can be continuously changed. Figure 10A is a diagram in which the numerical values in the graph of the table of each parameter (K P, T I, a 1, a 2, b 1, b 2) shown in Figure 9A. Each graph is shown in three dimensions, the first axis shows K f / A, the second axis shows the gain type (H, M, L), and the third axis shows the parameters.

適応的に例4のコントローラ1を動作させることを考える。図9Aの破線矢印に示すように、まず、ゲインタイプはHのままで、制御対象2のK/Aを2.1から0.6まで、連続的に減少させる。次に、ゲインタイプをH→M→Lと連続的に変更する。これは、例えば、鋳造速度を減少させ、その後、例えば、コントローラゲインを下げるためにゲインタイプを変更する場合に該当する。 Consider operating the controller 1 of Example 4 adaptively. As shown by the broken line arrow in FIG. 9A, first, the gain type remains H, and the K f / A of the control target 2 is continuously reduced from 2.1 to 0.6. Next, the gain type is continuously changed from H to M to L. This applies, for example, to reducing the casting speed and then changing the gain type, for example, to reduce the controller gain.

このとき、コントローラ1は、K/Aの値に応じて、H16、H15、H14、・・・、H2、H1と連続的に変化していく。コントローラ1のパラメータであるK、T、T、a、a、b、bは、上述のテーブルから読み込み、補間により計算する。 At this time, the controller 1 continuously changes from H16, H15, H14, ..., H2, and H1 according to the value of K f / A. It is a parameter of the controller 1 K P, T I, T D, a 1, a 2, b 1, b 2 reads from the above table is calculated by interpolation.

続いて、ゲインタイプをH→M→Lは、Hを1.0、Mを2.0、Lを3.0と数値に置き換えて、1.0から3.0まで連続的に変化させている。このとき、K/Aは0.6である。コントローラ1のパラメータであるK、T、T、a、a、b、bは、同様に、上述のテーブルから読み込み、補間により計算する。 Subsequently, when the gain type is changed from H to M to L, H is replaced with 1.0, M is replaced with 2.0, and L is replaced with 3.0, and the gain type is continuously changed from 1.0 to 3.0. There is. At this time, K f / A is 0.6. K P, T I, T D , a 1, a 2, b 1, b 2 are parameters of the controller 1, similarly, read from the above table is calculated by interpolation.

以上説明したコントローラ1の動作を方法の観点から見ると、以下の記憶工程と変更工程を備える。記憶工程は、構造が共通で制御特性が異なる48個(複数)のコントローラのそれぞれのパラメータ(例えば、図9A)を、コントローラの記憶部に予め記憶させる。変更工程は、記憶工程で記憶された、48個のコントローラのそれぞれのパラメータの中からパラメータを補間により決定し、制御対象2をフィードバック制御するコントローラ1のパラメータに設定することにより、コントローラ1を変更する。変更工程では、コントローラ1の制御特性が連続的に変化するように、コントローラ1が変更される。 Looking at the operation of the controller 1 described above from the viewpoint of the method, the following storage process and change process are provided. In the storage process, each parameter (for example, FIG. 9A) of the 48 controllers (for example, FIG. 9A) having the same structure but different control characteristics is stored in advance in the storage unit of the controller. In the change process, the controller 1 is changed by determining the parameter from each of the parameters of the 48 controllers stored in the storage process by interpolation and setting the control target 2 as the parameter of the controller 1 for feedback control. To do. In the changing step, the controller 1 is changed so that the control characteristics of the controller 1 change continuously.

コントローラ1は、連続鋳造機200のフィードバック制御中に、K/Aの値とゲインタイプ(実数)の値に基づき、制御特性を連続的に変化させる。 The controller 1 continuously changes the control characteristics based on the value of K f / A and the value of the gain type (real number) during the feedback control of the continuous casting machine 200.

一例として、K/Aをサンプリング周期ごとに計算し、K/Aに対応したコントローラ番号(実数)を採用することが考えられる。また、ゲインタイプ(実数)については、アクチュエータが飽和しそうなときに、ゲインタイプをローゲイン側に変更することが考えられる。これらは、PID制御+フィルタの制御系の上位系(なお、ソフト的に上位の意味であり、実際の演算はPID制御部+フィルタ部と同じDCSやPLCの内部で行ってよい。)で行われる。すなわち、コントローラ番号とゲインタイプの決定方法は、上位系で行われることとなるが、本実施例では、コントローラ番号は、計算されたK/Aに基づいて変更し、ゲインタイプは、与えることとしている。なお、K/Aの値を計算する方法は、以下の文献に記載された式(6)を用いればよい。 As an example, it is conceivable to calculate K f / A for each sampling cycle and adopt the controller number (real number) corresponding to K f / A. As for the gain type (real number), it is conceivable to change the gain type to the low gain side when the actuator is likely to be saturated. These are performed by the upper system of the PID control + filter control system (note that it means a higher level in terms of software, and the actual calculation may be performed inside the same DCS or PLC as the PID control unit + filter unit). Will be. That is, the method of determining the controller number and the gain type is performed in the upper system, but in this embodiment, the controller number is changed based on the calculated K f / A, and the gain type is given. It is supposed to be. As a method for calculating the value of K f / A, the formula (6) described in the following document may be used.

村上他、“連続鋳造機湯面レベルのH∞制御”、システム制御情報学会誌、Vol.10、No.11、pp.607−615、1997
図10Bに、適応のシミュレータの概要を示す。シミュレーション条件として、まずK/Aの変更を指定する。ここで、K/Aは、上位系で精確に計算できているものとして、図9Aのパラメータテーブルに入力する。ゲインタイプは、上位系で設定されているものとして指定する。また、レベル外乱を印加する。なお、このシミュレータは、線形化された偏差系となっている。本来非線形な制御対象である連続鋳造機の動特性を、動作点回りで線形化するとともに、鋳造速度・TD重量・鋳型幅の変更により生じる湯面レベル変動を、特許第6108923号の方法によりフィードフォワードにより補償されているものとしている。このシミュレータを用いて、シミュレーションを行う。
Murakami et al., "Continuous Casting Machine Hot Water Level H∞ Control", Journal of the System Control Information Society, Vol. 10, No. 11, pp. 607-615, 1997
FIG. 10B shows an outline of the adaptation simulator. First, specify the change of K f / A as the simulation condition. Here, K f / A is input to the parameter table of FIG. 9A, assuming that it can be calculated accurately in the upper system. The gain type is specified as being set in the upper system. Also, a level disturbance is applied. This simulator is a linearized deviation system. The dynamic characteristics of the continuous casting machine, which is originally a non-linear control target, are linearized around the operating point, and the molten metal level fluctuation caused by changes in the casting speed, TD weight, and mold width is fed by the method of Patent No. 6108923. It is assumed that it is compensated by forward. A simulation is performed using this simulator.

図11Aは、例4のコントローラ1について、適応のシミュレーションをした場合の設定条件1〜3と結果1〜2を示すグラフである。図11Bは、例4のコントローラ1について、適応のシミュレーションをした場合の結果3〜8を示すグラフである。図9A及び図10Aにおいて、破線矢印のようにテーブル内の場所を変化していく場合である。PID制御部11だけでなく、フィルタ部12も適応することにより、H∞制御と同等の性能を実現し、さらに、適応機能を有している。コントローラを非特許文献1に記載のように、例えばH16からH15へと、連続的にでなく、ステップ状に切り換えた場合、従来は、切り換え時のレベル変動が大きい場合には、過渡応答により、制御量である湯面レベルyや操作量uが一時的に大きくなる場合があった。 FIG. 11A is a graph showing setting conditions 1 to 3 and results 1 to 2 when adaptation simulation is performed for the controller 1 of Example 4. FIG. 11B is a graph showing the results 3 to 8 when the adaptation simulation is performed for the controller 1 of Example 4. In FIGS. 9A and 10A, the location in the table is changed as shown by the broken line arrow. By adapting not only the PID control unit 11 but also the filter unit 12, the performance equivalent to that of H∞ control is realized, and further, it has an adaptive function. As described in Non-Patent Document 1, when the controller is switched from H16 to H15 in steps rather than continuously, conventionally, when the level fluctuation at the time of switching is large, a transient response is used. In some cases, the control amount of the molten metal level y and the operation amount u temporarily increase.

ここで、参考のために、図11Cに、他制御系でテスト時の例を示す。実施形態とは別の対象に対して、従来技術の非特許文献1の方法を、テスト的に適用した場合の結果である。上から、コントローラ番号(整数)、ゲインタイプ(整数)、制御量である湯面レベル、スライドバルブ開度である。なお、スライドバルブ開度は、アクチュエータの一次遅れとむだ時間分の違いがあるが、低周波領域では、ほぼ操作量と同じ動作となる。 Here, for reference, FIG. 11C shows an example at the time of testing with another control system. This is the result when the method of Non-Patent Document 1 of the prior art is applied as a test to an object different from the embodiment. From the top, the controller number (integer), gain type (integer), molten metal level, which is the control amount, and slide valve opening. The slide valve opening has a difference between the primary delay of the actuator and the dead time, but in the low frequency region, the operation is almost the same as the operation amount.

M4のH∞コントローラが、時刻40[s]でH4のH∞コントローラに切り換えられ、時刻93[s]にM4のH∞コントローラに切り換えられた場合である。93[s]にH4からM4のH∞コントローラに切り換えられた結果、湯面レベルや開度(アクチュエータの動特性の違いを除けば、操作量に相当する。)の変動が大きくなっていることがわかる。なお、図11CのM4、H4コントローラは他制御系のために別に設計したH∞コントローラであり、実施形態に記載のH∞コントローラや非特許文献1のH∞コントローラとは制御特性が異なっているが、定性的には同じ傾向を示すと考えている。すなわち、切り換えを伴う制御の場合、切り換え直後の過渡応答により、制御量や操作量の一時的な変動を生じる場合があった。 This is a case where the H∞ controller of M4 is switched to the H∞ controller of H4 at time 40 [s] and is switched to the H∞ controller of M4 at time 93 [s]. As a result of switching from H4 to M4 H∞ controller at 93 [s], fluctuations in the molten metal level and opening (corresponding to the amount of operation, excluding the difference in the dynamic characteristics of the actuator) are large. I understand. The M4 and H4 controllers in FIG. 11C are H∞ controllers designed separately for other control systems, and have different control characteristics from the H∞ controller described in the embodiment and the H∞ controller of Non-Patent Document 1. However, I think that it shows the same tendency qualitatively. That is, in the case of control involving switching, the transient response immediately after switching may cause a temporary change in the controlled variable or manipulated variable.

一方、図11Aおよび図11Bの本シミュレーション結果例では、制御量yの変動や操作量uの変動は生じていない。これについて、以下、詳しく説明する。 On the other hand, in the simulation result examples of FIGS. 11A and 11B, the control amount y and the operation amount u do not fluctuate. This will be described in detail below.

図11Aおよび図11Bを参照して、このシミュレーションは、設定条件1〜設定条件3の下で実行される。設定条件1を示すグラフは、横軸が時間tを示し、縦軸がK/Aを示す。t=50〜80秒において(30秒間)、K/Aを2.1から0.6まで連続的に減少させる。K/Aの減少は、TD重量(タンディッシュ21内の溶鋼の重量)の減少、鋳造速度Vの減速等に相当する。 With reference to FIGS. 11A and 11B, this simulation is performed under setting conditions 1 to 3. In the graph showing the setting condition 1, the horizontal axis shows the time t and the vertical axis shows K f / A. At t = 50-80 seconds (30 seconds), K f / A is continuously reduced from 2.1 to 0.6. Decrease in K f / A is decreased TD weight (weight of the molten steel in the tundish 21), which corresponds to the deceleration or the like of the casting speed V C.

設定条件2を示すグラフは、横軸が時間tを示し、縦軸がゲインタイプ(H、M、L)を示す。t=100〜130秒において(30秒間)、コントローラ1を、ハイゲインタイプ、ミドルゲインタイプ、ローゲインタイプに連続的に変化させる。 In the graph showing the setting condition 2, the horizontal axis indicates the time t, and the vertical axis indicates the gain type (H, M, L). At t = 100 to 130 seconds (30 seconds), the controller 1 is continuously changed into a high gain type, a middle gain type, and a low gain type.

設定条件3を示すグラフは、横軸が時間tを示し、縦軸が湯面レベルに対する外乱を示す。この外乱は、周期4秒、振幅10mmのサイン波である。外乱としては、評価のために、最も制御しにくい4秒周期として、レベル変動が大きくなるようにしている。理由は、従来の切り換え制御の場合、切り換える瞬間にレベル変動が大きいときに、一時的なレベル変動が生じやすかったからである。 In the graph showing the setting condition 3, the horizontal axis shows the time t and the vertical axis shows the disturbance with respect to the molten metal level. This disturbance is a sine wave with a period of 4 seconds and an amplitude of 10 mm. As for the disturbance, for evaluation, the level fluctuation is set to be large with a 4-second cycle, which is the most difficult to control. The reason is that in the case of the conventional switching control, when the level fluctuation is large at the moment of switching, a temporary level fluctuation is likely to occur.

シミュレーションの結果を結果1および結果2に示す。結果1を示すグラフは、横軸が時間tを示し、縦軸が制御量の湯面レベルを示す。結果3〜8に示すように、パラメータK、T、T、a、a、b、bが連続的に変化することにより、コントローラ1の制御特性が、連続的に変化しているので、コントローラ1の制御特性を段階的に変化させる場合(例えば、コントローラ番号H16のコントローラ1を、H15やM16に切り換える場合)に生じることがある過渡応答による湯面レベルの一時的な変動が生じていない。 The results of the simulation are shown in Result 1 and Result 2. In the graph showing the result 1, the horizontal axis shows the time t, and the vertical axis shows the molten metal level of the controlled amount. Results As shown in 3-8, the parameter K P, T I, T D , by a 1, a 2, b 1 , b 2 are changed continuously, the control characteristics of the controller 1 is continuously varied Therefore, when the control characteristics of the controller 1 are changed stepwise (for example, when the controller 1 of the controller number H16 is switched to H15 or M16), a transient response that may occur is a temporary rise level. There is no fluctuation.

結果2を示すグラフは、横軸が時間tを示し、縦軸が操作量を示す。結果3〜8に示すように、パラメータK、T、T、a、a、b、bが連続的に変化することにより、コントローラ1の制御特性が連続的に変化しているので、コントローラ1の制御特性を段階的に変化させる場合に生じる操作量の一時的な変動が生じていない。操作量変動を小さくできるので、アクチュエータが飽和しにくくなる。 In the graph showing the result 2, the horizontal axis represents the time t and the vertical axis represents the manipulated variable. Results As shown in 3-8, the parameter K P, T I, T D , by a 1, a 2, b 1 , b 2 is continuously changed, the control characteristics continuously change the controller 1 Therefore, there is no temporary change in the amount of operation that occurs when the control characteristics of the controller 1 are changed stepwise. Since the fluctuation of the operation amount can be reduced, the actuator is less likely to be saturated.

図11Dのようにコントローラ1を変化させた場合について、別条件で実行されたもう1つのシミュレーション結果を、図11Eおよび図11Fに示す。1つ目の例と比べて、設定条件1と設定条件2のK/Aとゲインタイプを変化させる時間を、ともに、t=50〜100秒の50秒間と変更した点が異なるのみである。図11Aおよび図11Bと同様に、パラメータK、T、T、a、a、b、bが、連続的に変化し、安定に、急激な湯面レベルや操作量変動がなく、制御できていることが確認できる。 FIG. 11E and FIG. 11F show another simulation result executed under different conditions when the controller 1 is changed as shown in FIG. 11D. Compared to the first example, the only difference is that the K f / A of setting condition 1 and setting condition 2 and the time for changing the gain type are both changed to 50 seconds of t = 50 to 100 seconds. .. Similar to FIGS. 11A and 11B, a parameter K P, T I, T D , is a 1, a 2, b 1 , b 2, continuously changed, stable, rapid melt-surface level and the operation amount varies It can be confirmed that there is no control.

図11Aおよび図11B、並びに、図11Eおよび図11Fに示すシミュレーションだけでは、適応させた場合の安定性は理論的に保証されているわけではないが、フィードバック制御系100の応答に比べて適応の速度が遅い場合等には、安定に適応できることが期待される。実際に、シミュレーション結果においても、安定に制御されており、実用上は問題ないことが確認できる。 The simulations shown in FIGS. 11A and 11B, and FIGS. 11E and 11F alone do not theoretically guarantee the stability of the adaptation, but the adaptation is compared with the response of the feedback control system 100. It is expected that it can be adapted stably when the speed is slow. In fact, even in the simulation results, it can be confirmed that the control is stable and there is no problem in practical use.

コントローラ1の構造が固定されており、かつ、コントローラ1がテーブルからパラメータを読み込むことにより、コントローラ1の制御特性が連続的に変化するので、適応が容易になっている。また、H∞制御の場合と比べて、パラメータが少なく、極零相殺のような数値演算上不安定になりやすい部分がないことも安定に適応できる理由の1つと考えられる。なお、本実施形態には記載していないが、別のシミュレーション結果において、変数の型を倍精度浮動小数点数から単精度浮動小数点数に変更しても、安定に適応動作ができることが確認できている。 Since the structure of the controller 1 is fixed and the controller 1 reads the parameters from the table, the control characteristics of the controller 1 are continuously changed, so that the adaptation is easy. In addition, compared to the case of H∞ control, there are few parameters, and there is no part that tends to be unstable in numerical calculation such as pole-zero cancellation, which is considered to be one of the reasons why stable adaptation can be achieved. Although not described in this embodiment, in another simulation result, it was confirmed that stable adaptive operation can be performed even if the variable type is changed from a double precision floating point number to a single precision floating point number. There is.

さらに、コントローラ1の制御特性を連続的に変化させているため、コントローラを切り換えた場合のように、制御量yや操作量uがコントローラ1の切り換え時に一時的に大きくなる場合があるという問題も発生していない。 Further, since the control characteristics of the controller 1 are continuously changed, there is a problem that the control amount y and the operation amount u may temporarily increase when the controller 1 is switched, as in the case where the controller is switched. It has not occurred.

実施形態の例4に係るコントローラ1の適応動作のフローチャートを簡単に説明する。図12は、これを示すフローチャートである。このフローチャートは、1サンプリング周期を示し、サンプリング周期ごとに繰り返される。操作量uの出力を、速度型とすれば、手動操作等とのバンプレス切り換えが可能である。 A flowchart of the adaptive operation of the controller 1 according to the fourth embodiment will be briefly described. FIG. 12 is a flowchart showing this. This flowchart shows one sampling cycle and is repeated for each sampling cycle. If the output of the operation amount u is a speed type, bump press switching with manual operation or the like is possible.

コントローラ1は、コントローラ1を決定するための情報を読み込む(S11)。情報は、K/Aの値とゲインタイプ(1以上3以下の実数)である。「1」は、ゲインタイプHに対応し、「2」は、ゲインタイプMに対応し、「3」は、ゲインタイプLに対応する。 The controller 1 reads information for determining the controller 1 (S11). The information is the value of K f / A and the gain type (real numbers 1 or more and 3 or less). "1" corresponds to the gain type H, "2" corresponds to the gain type M, and "3" corresponds to the gain type L.

コントローラ1には、処理S12で決定したパラメータが設定され、制御量yと目標値rの偏差eが入力される(S13)。そして、コントローラ1は、偏差eを基にして、操作量uを算出し(S14)、制御対象2に出力する(S15)。なお、既述のように偏差eだけでなく、制御量yを用いる場合もある。 The parameter determined in the process S12 is set in the controller 1, and the deviation e between the control amount y and the target value r is input (S13). Then, the controller 1 calculates the operation amount u based on the deviation e (S14) and outputs it to the control target 2 (S15). In addition to the deviation e as described above, the control amount y may be used.

なお、コントローラ1がデジタル機器で実現される場合、PID制御部11+フィルタ部12は、公知の手法により、離散化される。これには、例えば、差分が用いられたり、双一次変換が用いられたりする。前者は、z−1を遅延演算子、ΔTをサンプリング周期として、差分[s=(1−z−1)/ΔT]を代入して離散化する。後者は、双一次変換[s=2/ΔT・(1−z−1)/(1+z−1)]を代入して離散化する。 When the controller 1 is realized by a digital device, the PID control unit 11 + the filter unit 12 are discretized by a known method. For this, for example, a difference may be used, or a bilinear transform may be used. The former discretizes by substituting the difference [s = (1-z -1 ) / ΔT] with z -1 as the delay operator and ΔT as the sampling period. The latter is discretized by substituting the bilinear transform [s = 2 / ΔT · (1-z -1 ) / (1 + z -1 )].

実施形態では、局所的な非線形最適化手法(逐次2次計画法等)に多スタート局所探索法の一種を用いているが、最適化手法は、遺伝アルゴリズム(GA)、粒子群最適化法(PSO)、焼きなまし法(SA)等の他の大域的最適化手法でもよい。また、フィルタ部12は2次(1次の場合を含む)の例を示しているが、3次以上であってもよい。 In the embodiment, a kind of multi-start local search method is used as a local nonlinear optimization method (sequential secondary design method, etc.), but the optimization method is a genetic algorithm (GA) or a particle swarm optimization method (). Other global optimization methods such as PSO) and Simulated Annealing (SA) may be used. Further, although the filter unit 12 shows an example of secondary (including the case of primary), it may be tertiary or higher.

PID制御部11の伝達関数は、式(1)に限らない。PID制御部11の伝達関数の他の例として、例えば、以下の3つがある。 The transfer function of the PID control unit 11 is not limited to the equation (1). As another example of the transfer function of the PID control unit 11, for example, there are the following three.

これらの伝達関数は、以下の文献から引用している。 These transfer functions are taken from the following literature.

宮崎誠一、他1名、“パソコンで学ぶ自動制御の実用学”、CQ出版株式会社、1991年発行、p.114
以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Seiichi Miyazaki and one other person, "Practical Science of Automatic Control Learned on a Personal Computer", CQ Publishing Co., Ltd., published in 1991, p. 114
As described above, it should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 コントローラ
2 制御対象
11 PID制御部
12 フィルタ部
21 タンディッシュ
22 ノズル
23 鋳型
24 ロール
31 スライドバルブ
32 アクチュエータ
33 渦流センサ
100 フィードバック制御系
200 連続鋳造機
1 Controller 2 Control target 11 PID control unit 12 Filter unit 21 Tundish 22 Nozzle 23 Mold 24 Roll 31 Slide valve 32 Actuator 33 Swirl flow sensor 100 Feedback control system 200 Continuous casting machine

Claims (3)

PID制御部、および、前記PID制御部とは別に設けられたフィルタ部を備え、制御対象をフィードバック制御するコントローラにおいて、前記コントローラのパラメータを設計する方法であって、
前記制御対象の伝達関数および前記コントローラの伝達関数を基にして定められ、ロバスト安定性および外乱抑制特性を含む混合感度問題について、制御を行う周波数を含む周波数領域を離散化して得られた複数の周波数毎に、前記混合感度問題の制約条件を設定する設定工程と、
前記制約条件での前記混合感度問題を最適化手法によって解くことにより、前記PID制御部および前記フィルタ部のそれぞれのパラメータにより構成される前記コントローラのパラメータを決定する決定工程と、を備える、パラメータ設計方法。
It is a method of designing the parameters of the controller in the controller which includes the PID control unit and the filter unit provided separately from the PID control unit and feedback-controls the control target.
A plurality of frequency domains including the frequency to be controlled for the mixed sensitivity problem, which is determined based on the transfer function of the controlled object and the transfer function of the controller and includes robust stability and disturbance suppression characteristics. A setting process for setting the constraint conditions of the mixing sensitivity problem for each frequency, and
Parameter design including a determination step of determining the parameters of the controller composed of the parameters of the PID control unit and the filter unit by solving the mixing sensitivity problem under the constraint conditions by an optimization method. Method.
前記制御対象は、連続鋳造機であり、制御量が湯面レベルである、請求項1に記載のパラメータ設計方法。 The parameter design method according to claim 1, wherein the control target is a continuous casting machine, and the control amount is the molten metal level. 請求項1または2に記載のパラメータ設計方法で設計された複数の前記コントローラのそれぞれのパラメータを予め記憶する記憶工程と、
前記記憶工程で記憶された、複数の前記コントローラのそれぞれのパラメータの中からパラメータを補間により決定し、前記制御対象を前記フィードバック制御する前記コントローラのパラメータに設定することにより、前記コントローラを変更する変更工程と、を備え、
前記変更工程は、前記コントローラの制御特性が連続的に変化するように、前記コントローラが変更される、フィードバック制御方法。
A storage step of preliminarily storing the respective parameters of the plurality of controllers designed by the parameter design method according to claim 1 or 2.
A change for changing the controller by determining a parameter from the respective parameters of the plurality of controllers stored in the storage step by interpolation and setting the control target to the parameter of the controller for feedback control. With the process,
The change step is a feedback control method in which the controller is changed so that the control characteristics of the controller are continuously changed.
JP2019130012A 2019-07-12 2019-07-12 Parameter design method and feedback control method Active JP7196029B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019130012A JP7196029B2 (en) 2019-07-12 2019-07-12 Parameter design method and feedback control method
PCT/JP2020/023950 WO2021010086A1 (en) 2019-07-12 2020-06-18 Parameter design method and feedback control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019130012A JP7196029B2 (en) 2019-07-12 2019-07-12 Parameter design method and feedback control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021015475A true JP2021015475A (en) 2021-02-12
JP7196029B2 JP7196029B2 (en) 2022-12-26

Family

ID=74209764

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019130012A Active JP7196029B2 (en) 2019-07-12 2019-07-12 Parameter design method and feedback control method

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7196029B2 (en)
WO (1) WO2021010086A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09146608A (en) * 1995-11-17 1997-06-06 Nkk Corp Method for controlling level of molten metal surface in continuous casting machine mold
JP2000322106A (en) * 1999-05-13 2000-11-24 Nkk Corp Control of molten metal level in mold of continuous casting machine
JP2001129647A (en) * 1999-08-25 2001-05-15 Sumitomo Metal Ind Ltd Method and apparatus for molten metal surface level control for continuous casting machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09146608A (en) * 1995-11-17 1997-06-06 Nkk Corp Method for controlling level of molten metal surface in continuous casting machine mold
JP2000322106A (en) * 1999-05-13 2000-11-24 Nkk Corp Control of molten metal level in mold of continuous casting machine
JP2001129647A (en) * 1999-08-25 2001-05-15 Sumitomo Metal Ind Ltd Method and apparatus for molten metal surface level control for continuous casting machine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021010086A1 (en) 2021-01-21
JP7196029B2 (en) 2022-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karimi et al. Robust controller design by linear programming with application to a double-axis positioning system
JP5695555B2 (en) Position control device
EP2140955A1 (en) Automatic pouring control method, control system of servo motor of automatic pouring device and medium storing tilting control program for ladle
RU2506141C2 (en) Method of control over continuous casting die melt level
CA2761429C (en) Method for controlling an amount of material delivered during a material transfer
JP2016016414A (en) Method for estimating flow state of molten steel, and flow state estimation device
JP2000202606A (en) Device for controlling molten metal surface in mold in continuous casting equipment
WO2021010086A1 (en) Parameter design method and feedback control method
JP5637007B2 (en) Molten steel surface level control method in mold
Yano et al. Supervisory control of automatic pouring machine
JP2007007722A (en) Molten metal level controlling method and device for continuous casting machine
JP3277864B2 (en) Level control method for mold level in continuous casting machine mold
Furtmueller et al. Suppression of periodic disturbances in continuous casting using an internal model predictor
Hassanzadeh et al. A multivariable adaptive control approach for stabilization of a cart-type double inverted pendulum
Golovin Model-based control for active damping of crane structural vibrations
KR101664171B1 (en) Method for controlling in-mold molten steel surface level
Jabri et al. Suppression of periodic disturbances in the continuous casting process
JP3160805B2 (en) Mold level controller for continuous casting equipment
JP2001259814A (en) Method for controlling molten metal surface level in mold for continuous caster
JP7077797B2 (en) Control methods, equipment and programs for the continuous casting process of multi-layer slabs
Moosavian et al. Backlash detection in CNC machines based on experimental vibration analysis
JP2000322106A (en) Control of molten metal level in mold of continuous casting machine
JP2022077954A (en) Molten metal surface level controller and method
Lukjanov et al. Suppression of the fluctuations in liquid metal level in the continuous-casting machine
Ito et al. Visual nonlinear feedback control of liquid level in mold sprue cup by cascade system with flow rate control for tilting-ladle-type automatic pouring system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211026

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221129

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221214

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7196029

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150