JP6256149B2 - Continuous casting machine level control device, continuous casting machine level control method, and computer program - Google Patents

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本発明は、連続鋳造機の湯面レベル制御装置、連続鋳造機の湯面レベル制御方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、連続鋳造機における鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを制御するために用いて好適なものである。   The present invention relates to a molten metal level control device for a continuous casting machine, a molten metal level control method for a continuous casting machine, and a computer program, and in particular, used for controlling the molten metal level of a molten metal in a mold in a continuous casting machine. And suitable.

図10は、連続鋳造機の構成の一例を示す図である。
図10において、上端及び下端が開口し、高さ方向において直方体状の空洞を有する鋳型1の上方には、溶湯(溶融金属)2を貯留するタンディッシュ20が配置される。タンディッシュ20の底面には浸漬ノズル3が連設される。浸漬ノズル3は、鋳型1の内部の所定の位置まで延設されている。タンディッシュ20内の溶湯2は、浸漬ノズル3に取り付けられたスライディングノズル30を経て鋳型1内に注湯される。スライディングノズル30の開度に応じて、鋳型1への注湯量が変化する。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of a continuous casting machine.
In FIG. 10, a tundish 20 for storing a molten metal (molten metal) 2 is disposed above a mold 1 having upper and lower ends opened and having a rectangular parallelepiped cavity in the height direction. An immersion nozzle 3 is connected to the bottom surface of the tundish 20. The immersion nozzle 3 is extended to a predetermined position inside the mold 1. The molten metal 2 in the tundish 20 is poured into the mold 1 through a sliding nozzle 30 attached to the immersion nozzle 3. In accordance with the opening degree of the sliding nozzle 30, the amount of pouring water into the mold 1 changes.

鋳型1内に注湯された溶湯2は、鋳型1の水冷された内壁との接触により冷却されて外側から凝固し、凝固シェルにより外側が被覆された鋳片4となって鋳型1の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片4の引き抜きは、鋳型1の下方に所定の間隔毎に並設された複数対のガイドロール5により案内されながら、予め定めた鋳込み速度を保って行われる。この引き抜きの間に、鋳片4は、図示しないスプレー帯から噴射される冷却水により冷却され、最内部にまで凝固が進行した段階にて所定の寸法に切断され、圧延等の後工程において用いられる製品鋳片となる。   The molten metal 2 poured into the mold 1 is cooled by contact with the water-cooled inner wall of the mold 1 and solidifies from the outside, and becomes a slab 4 whose outer side is covered by a solidified shell. It is pulled out continuously. The slab 4 is pulled out while maintaining a predetermined casting speed while being guided by a plurality of pairs of guide rolls 5 arranged in parallel at predetermined intervals below the mold 1. During this drawing, the slab 4 is cooled by cooling water sprayed from a spray band (not shown), cut to a predetermined size when solidification has progressed to the innermost part, and used in subsequent processes such as rolling. Product slab.

このような連続鋳造機においては、鋳型1の上部からの溶湯2の溢出、ブレークアウトの発生等、安定操業を阻害する各種の不都合を未然に防止して生産能率の向上を図るとともに、鋳型1の内部での冷却、凝固状態を安定化させ、製品鋳片の品質向上を図るため、鋳型1の内部に滞留する溶湯2の表面レベル(湯面レベル)を周期的な変動がなく、かつ適正レベルに維持することが重要である。   In such a continuous casting machine, various inconveniences that impede stable operation such as overflow of the molten metal 2 from the upper part of the mold 1 and occurrence of breakout are prevented in advance and the production efficiency is improved. In order to stabilize the cooling and solidification of the inside of the mold and improve the quality of the product slab, the surface level (molten surface level) of the molten metal 2 staying inside the mold 1 has no periodic fluctuations and is appropriate. It is important to maintain the level.

連続鋳造機の操業中、鋳型1の内部の湯面レベルは、溶湯2の表面に臨ませたレベル計6により検出される。レベル計6により検出された湯面レベル(検出レベルy)は、湯面レベル制御装置7に与えられる。また、湯面レベル制御装置7には、目標レベル設定器7aに設定された鋳型1の内部にて維持すべき湯面レベルの目標値(目標レベルr)が与えられる。湯面レベル制御装置7は、目標レベル設定器7aに設定された目標レベルrと、レベル計6により検出された検出レベルyとの偏差である湯面レベル偏差を求め、この湯面レベル偏差を解消するためのスライディングノズル30の開度変更量を求める。そして、求めた開度変更量を得るべく、スライディングノズル30の開閉用アクチュエータ(油圧シリンダ)31に開閉指令uを出力する。アクチュエータ31は、開閉指令uに応じて動作することでスライディングノズル30の開度を変更し、鋳型1への注湯量を調節する。尚、スライディングノズル30の代わりにストッパーを用いてもよい。   During the operation of the continuous casting machine, the level of the molten metal inside the mold 1 is detected by a level meter 6 facing the surface of the molten metal 2. The hot water level (detection level y) detected by the level meter 6 is given to the hot water level control device 7. In addition, the hot water level control device 7 is given a target value (target level r) of the hot water level to be maintained inside the mold 1 set in the target level setter 7a. The hot water surface level control device 7 obtains a hot water surface level deviation which is a deviation between the target level r set in the target level setting device 7a and the detection level y detected by the level meter 6, and calculates the hot water surface level deviation. The amount of change in the opening of the sliding nozzle 30 to be eliminated is obtained. Then, an opening / closing command u is output to the opening / closing actuator (hydraulic cylinder) 31 of the sliding nozzle 30 in order to obtain the obtained opening change amount. The actuator 31 operates according to the opening / closing command u, thereby changing the opening of the sliding nozzle 30 and adjusting the amount of pouring water into the mold 1. A stopper may be used in place of the sliding nozzle 30.

一般的に、開度変更量は、前述した目標レベルrと検出レベルyとの偏差である湯面レベル偏差を入力とするPI演算又はPID演算により求められる。
ところが、連続鋳造機の操業においては、鋳型1から引き抜かれる鋳片4のバルジング等、湯面レベルの変動を引き起こす周期的な外乱が存在する。バルジングとは、図11に示すように、鋳型1の下方に引き抜かれる鋳片4(の凝固シェル)が、引き抜き経路に沿って並設された多数のガイドロール5の間において外側に膨らむように変形する現象である。バルジングに伴う鋳片4(の凝固シェル)の変形(バルジング量の時間的な変化)によって、凝固シェルの内側の溶湯が鋳型1に対して出入りすることに起因して、鋳型1の内部の湯面レベルの周期的な変動(周期性レベル変動)を引き起こすとされている。特に、ガイドロール5が同一のピッチで並設されている場合、各ガイドロール5でのバルジング量が同一の位相にて変化するため、大きな変動幅を有する周期的な湯面レベルの変動が発生する。
このような外乱に起因して鋳型1の内部に発生する周期的な湯面レベルの変動は、前述した一般的なレベル制御(PI制御又はPID制御)だけでは抑制することが難しい。
In general, the amount of change in opening is obtained by PI calculation or PID calculation using as input a molten metal level deviation that is the deviation between the target level r and the detection level y described above.
However, in the operation of the continuous casting machine, there are periodic disturbances that cause fluctuations in the molten metal surface level, such as bulging of the slab 4 drawn from the mold 1. As shown in FIG. 11, the bulging is such that the slab 4 (solidified shell) drawn out below the mold 1 bulges outward between a large number of guide rolls 5 arranged in parallel along the drawing path. It is a phenomenon that deforms. The molten metal inside the solidified shell enters and exits the mold 1 due to deformation of the slab 4 (the solidified shell) due to bulging (temporal change in the amount of bulging), and the hot water inside the mold 1 It is supposed to cause periodic fluctuations in the surface level (periodic level fluctuations). In particular, when the guide rolls 5 are arranged in parallel at the same pitch, the bulging amount in each guide roll 5 changes in the same phase, so that a periodic fluctuation of the molten metal surface level having a large fluctuation width occurs. To do.
It is difficult to suppress the periodic fluctuation of the molten metal surface level generated inside the mold 1 due to such a disturbance only by the general level control (PI control or PID control) described above.

そこで、特許文献1には、図12に示すようなブロック線図で表される湯面レベル制御系が開示されている。湯面レベル制御装置7は、減算器71と、加算器72と、開度演算部73と、補正量演算部74と、加算器75と、を有する。
減算器71は、湯面レベル制御装置7の入力として与えられる目標レベルrから検出レベルyを減算して、目標レベルrと検出レベルyとの偏差である湯面レベル偏差を求め、この湯面レベル偏差に対応する偏差信号eを出力する。
加算器72は、減算器71から出力された偏差信号eと後述する湯面レベル偏差補正量xとを加算し、この加算値に対応する加算信号Eを湯面レベル偏差の補正値として出力する。
開度演算部73は、加算器72から出力された加算信号Eを入力とし、開度変更量u0を演算する。開度演算部73は、前述したPI演算又はPID演算を行うフィードバック制御器である。
補正量演算部74は、加算器72から出力された加算信号Eを入力とし、開度演算部73により求められた開度変更量u0に加える開度補正量vと、減算器71から出力された偏差信号eに加える湯面レベル偏差補正量xとをそれぞれ演算する。
Therefore, Patent Document 1 discloses a hot water surface level control system represented by a block diagram as shown in FIG. The hot water level control device 7 includes a subtractor 71, an adder 72, an opening degree calculation unit 73, a correction amount calculation unit 74, and an adder 75.
The subtractor 71 subtracts the detection level y from the target level r given as an input of the molten metal level control device 7 to obtain a molten metal level deviation which is a deviation between the target level r and the detected level y. A deviation signal e corresponding to the level deviation is output.
The adder 72 adds the deviation signal e output from the subtracter 71 and a hot water surface level deviation correction amount x described later, and outputs an addition signal E corresponding to the added value as a correction value of the hot water surface level deviation. .
The opening calculation unit 73 receives the addition signal E output from the adder 72 and calculates an opening change amount u 0 . The opening calculation unit 73 is a feedback controller that performs the above-described PI calculation or PID calculation.
The correction amount calculation unit 74 receives the addition signal E output from the adder 72 as an input, and outputs the opening correction amount v to be added to the opening change amount u 0 obtained by the opening calculation unit 73 and the subtractor 71. The molten metal level deviation correction amount x to be added to the deviation signal e is calculated.

補正量演算部74は、Qフィルタ74a、Mフィルタ74b、及びNフィルタ74cを備えるフィルタ要素として構成される。加算信号Eは、Qフィルタ74aに与えられる。Qフィルタ74aの出力qは、Mフィルタ74b、Nフィルタ74cに並列に与えられ、Mフィルタ74bは、開度補正量vを、Nフィルタ74cは、湯面レベル偏差補正量xを、それぞれ出力する。補正量演算部74は、後述するように、Qフィルタ74a、Mフィルタ74b、及びNフィルタ74cを図12に示すように配置して、感度関数S(s)に(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を重畳できる点に特徴を有する。
加算器75は、開度演算部73で求められた開度変更量u0と、補正量演算部74で求められた開度補正量vとを加算し、この加算値に対応する開度指令uを出力する。
The correction amount calculation unit 74 is configured as a filter element including a Q filter 74a, an M filter 74b, and an N filter 74c. The addition signal E is given to the Q filter 74a. The output q of the Q filter 74a is given in parallel to the M filter 74b and the N filter 74c, the M filter 74b outputs the opening degree correction amount v, and the N filter 74c outputs the hot water surface level deviation correction amount x. . As will be described later, the correction amount calculation unit 74 arranges a Q filter 74a, an M filter 74b, and an N filter 74c as shown in FIG. 12, and sets (1-N (s) · It is characterized in that the frequency characteristic of Q (s)) can be superimposed.
The adder 75 adds the opening change amount u 0 obtained by the opening calculation unit 73 and the opening correction amount v obtained by the correction amount calculation unit 74, and an opening command corresponding to this addition value. u is output.

開度指令uは、連続鋳造機における湯面レベルの変動プロセスをモデル化したプラントモデル81に与えられる。これにより、鋳型1の内部の湯面レベルが変化する。このようにして変化する湯面レベルに対して加算器82で外乱dが加算されたレベルが、レベル計6で検出される検出レベルyとしてフィードバックされて減算器71に出力される。
尚、実際の制御においては、プラントモデル81及び加算器82は、実プラント(連続鋳造機)に置き換えられる。また、加算器82を、加算器75とプラントモデル81との間に配置してブロック線図を表すことができる。
ここで、特許文献1では、プラントモデル81の伝達関数PM(s)を以下の(1)式で表している。
The opening degree command u is given to a plant model 81 that models a fluctuation level level process in a continuous casting machine. Thereby, the hot-water surface level inside the casting_mold | template 1 changes. The level obtained by adding the disturbance d by the adder 82 to the hot water surface level changing in this way is fed back as the detection level y detected by the level meter 6 and output to the subtractor 71.
In actual control, the plant model 81 and the adder 82 are replaced with an actual plant (continuous casting machine). Further, the adder 82 can be arranged between the adder 75 and the plant model 81 to represent a block diagram.
Here, in Patent Document 1, the transfer function P M (s) of the plant model 81 is expressed by the following equation (1).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(1)式において、sはラプラス演算子である。KK[m2・mm/sec]は、スライディングノズル30の流量係数である。A[m2]は、鋳型1の空洞部分の水平方向の断面積である。TN[sec]は、浸漬ノズル3の内部での湯落ちに要するむだ時間である。
また、(1)式の(2/TN−s)/(2/TN+s)は、むだ時間TNに基づくむだ時間要素の伝達関数の一次のパデ近似である。
また、特許文献1では、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)を、それぞれ、以下の(2)式、(3)式で表している。ここで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)として、以下の(4)式が成り立つプロパーな伝達関数が選ばれる。
In the formula (1), s is a Laplace operator. KK [m 2 · mm / sec] is a flow coefficient of the sliding nozzle 30. A [m 2 ] is a horizontal cross-sectional area of the hollow portion of the mold 1. T N [sec] is a dead time required for dropping of hot water inside the immersion nozzle 3.
In addition, (2 / T N −s) / (2 / T N + s) in the expression (1) is a first-order Padé approximation of the transfer function of the dead time element based on the dead time T N.
In Patent Document 1, the transfer function N (s) of the N filter 74c and the transfer function M (s) of the M filter 74b are expressed by the following equations (2) and (3), respectively. Here, as the transfer function N (s) of the N filter 74c and the transfer function M (s) of the M filter 74b, a proper transfer function that satisfies the following expression (4) is selected.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(1)式〜(3)式に示すように、プラントモデル81の伝達関数PM(s)は、むだ時間TNに基づくむだ時間要素の伝達関数と、むだ時間TN以外の特性による伝達関数との積で表される。また、(1)式、(2)式に示すように、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)は、プラントモデル81の伝達関数PM(s)の持つ、むだ時間TNに基づくむだ時間要素の伝達関数を含む。また、(1)式、(3)式に示すように、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)は、プラントモデル81の伝達関数PM(s)の持つ、むだ時間TNに基づくむだ時間要素以外の特性による伝達関数の逆特性を持つ。(2)式、(3)式において、(1/(1+TM・s))は、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)をプロパーな伝達関数にするための、時定数をTMとする一次遅れ要素である。
また、特許文献1では、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を、以下の(5)式、(6)式で表している。
As shown in the equations (1) to (3), the transfer function P M (s) of the plant model 81 is a transfer function of a dead time element based on the dead time T N and a transfer due to characteristics other than the dead time T N. Expressed as a product with a function. Further, as shown in the equations (1) and (2), the transfer function N (s) of the N filter 74c is a dead time based on the dead time T N of the transfer function P M (s) of the plant model 81. Contains the transfer function of the element. Further, as shown in the equations (1) and (3), the transfer function M (s) of the M filter 74b is a dead time based on the dead time T N of the transfer function P M (s) of the plant model 81. It has the inverse characteristics of the transfer function due to characteristics other than the elements. In the expressions (2) and (3), (1 / (1 + T M · s)) is T M as a time constant for making the transfer function M (s) of the M filter 74b a proper transfer function. First-order lag element.
In Patent Document 1, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is expressed by the following equations (5) and (6).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(6)式において、F(s)は、中心角周波数ω[rad/sec]のノッチフィルタ(帯域遮断フィルタ)の伝達関数である。ノッチフィルタは、中心角周波数ωを中心とした局所的な周波数の信号を遮断するフィルタである。また、(6)式において、KQ[−]は、出力ゲインであり、η[−]は、湯面レベルの変動の減衰係数[−]である。
特許文献1では、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を、以下のようにして導出する。
図13は、一般的な湯面レベル制御系のブロック線図である。
図13において、湯面レベルの外乱dから検出レベルuの伝達関数は、感度関数S(s)に一致する。したがって、感度関数S(s)は、湯面レベルの外乱dが検出レベルyにどのように増幅されて表れるのかを意味する。また、湯面レベルの外乱dから開度指令uへの伝達関数T´(s)は、湯面レベルの外乱dが開度指令uにどのように増幅されて表れるのかを意味する。
In the equation (6), F (s) is a transfer function of a notch filter (band cutoff filter) having a central angular frequency ω [rad / sec]. The notch filter is a filter that cuts off a signal having a local frequency centered on the central angular frequency ω. In Equation (6), K Q [−] is the output gain, and η [−] is the attenuation coefficient [−] of the fluctuation of the molten metal level.
In Patent Document 1, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is derived as follows.
FIG. 13 is a block diagram of a general hot water level control system.
In FIG. 13, the transfer function from the level d disturbance d to the detection level u coincides with the sensitivity function S (s). Therefore, the sensitivity function S (s) means how the level d disturbance d is amplified and appears in the detection level y. Further, the transfer function T ′ (s) from the melt level disturbance d to the opening command u means how the melt level disturbance d appears in the opening command u.

ここで、図13におけるフィードバック制御器70が、図12に示す開度演算部73のみで構成されるとしたときの感度関数S(s)は、当該フィードバック制御器70の伝達関数C(s)をC0(s)と表記すると、以下の(7)式で表される。また、図13におけるフィードバック制御器70が、図12に示す加算器72、開度演算部73、補正量演算部74及び加算器75で構成されるとしたときのフィードバック制御器70の伝達関数C(S)は、以下の(8)式で表される。 Here, the sensitivity function S (s) when the feedback controller 70 in FIG. 13 includes only the opening degree calculation unit 73 shown in FIG. 12 is the transfer function C (s) of the feedback controller 70. Is represented by C 0 (s), it is expressed by the following equation (7). Further, the transfer function C of the feedback controller 70 when the feedback controller 70 in FIG. 13 includes the adder 72, the opening degree calculation unit 73, the correction amount calculation unit 74, and the adder 75 shown in FIG. (S) is expressed by the following equation (8).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(8)式と(4)式とから、図13におけるフィードバック制御器70が、加算器72、開度演算部73、補正量演算部74及び加算器75で構成されるとしたときの感度関数S(s)は、以下の(9)式で表される。   From the equations (8) and (4), the sensitivity function when the feedback controller 70 in FIG. 13 is composed of an adder 72, an opening calculation unit 73, a correction amount calculation unit 74, and an adder 75. S (s) is represented by the following equation (9).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(7)式、(9)式に示すように、図13におけるフィードバック制御器70が、加算器72、開度演算部73、補正量演算部74及び加算器75で構成されるとしたときの感度関数S(s)は、図13におけるフィードバック制御器70が、開度演算部73のみで構成されるとしたときの感度関数S(s)に対して、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性が重畳されたものとなる。特許文献1では、この(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を、中心角周波数をωとするノッチフィルタの特性とする。中心角周波数ωは、外乱dの角周波数、すなわち、抑制すべき湯面レベルの変動周期に対応する角周波数となる。
(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を、ノッチフィルタの特性とするためには、モデルマッチング問題の解析解として、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を求める必要がある。すなわち、以下の(10)式の評価関数Jの値を最小化する準最適解であるQ(s)を求める問題として定式化される。
As shown in the equations (7) and (9), when the feedback controller 70 in FIG. 13 includes an adder 72, an opening calculation unit 73, a correction amount calculation unit 74, and an adder 75. The sensitivity function S (s) is (1−N (s) · Q with respect to the sensitivity function S (s) when the feedback controller 70 in FIG. The frequency characteristic of (s)) is superimposed. In Patent Document 1, the frequency characteristic of (1-N (s) · Q (s)) is a characteristic of a notch filter having a central angular frequency ω. The center angular frequency ω is the angular frequency of the disturbance d, that is, the angular frequency corresponding to the fluctuation period of the molten metal surface level to be suppressed.
In order to make the frequency characteristic of (1-N (s) · Q (s)) the characteristic of the notch filter, it is necessary to obtain the transfer function Q (s) of the Q filter 74a as an analytical solution of the model matching problem. is there. That is, it is formulated as a problem for obtaining Q (s), which is a suboptimal solution that minimizes the value of the evaluation function J in the following equation (10).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

このモデルマッチング問題は、例えば、「アドバンス制御のためのシステム制御理論(前田肇,杉江俊治著、朝倉書店、1990年)」の「7.3.補完極値問題に記述されるネバンリナ・ピック アルゴリズム」に記載された方法により解くことができる。
ここで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)が1つの不安定零点2/TNを持つことに注目すると、以下の(11)式に示す解析解が得られる。
This model matching problem is, for example, the Nevanlina Pick algorithm described in “7.3. Complementary Extreme Value Problem” in “System Control Theory for Advanced Control (Matoshi Maeda, Toshiharu Sugie, Asakura Shoten, 1990)”. It can be solved by the method described in the above.
Here, paying attention to the fact that the transfer function N (s) of the N filter 74c has one unstable zero 2 / TN , an analytical solution shown in the following equation (11) is obtained.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

しかしながら、(11)式において、1/N(s)はプロパーな伝達関数ではないため、(11)式に、時定数をTMとする一次遅れ要素を重畳して、以下の(12)式のように、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)をプロパーな伝達関数とする。 However, in Equation (11), 1 / N (s) is not a proper transfer function. Therefore, the following equation (12) is obtained by superimposing a first-order lag element having a time constant T M on Equation (11). As shown, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is a proper transfer function.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(12)式と(2)式から、(5)式が得られる。   Equation (5) is obtained from Equation (12) and Equation (2).

特許第3591422号公報Japanese Patent No. 3591422

前田肇,杉江俊治著、「アドバンス制御のためのシステム制御理論」、朝倉書店、1990年Maeda Atsushi and Sugie Shunji, “System Control Theory for Advanced Control”, Asakura Shoten, 1990

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、中心角周波数ωが高くなる場合、すなわち、湯面レベルの周期的な変動が短周期で行われる場合、湯面レベルの周期的な変動を効果的に抑制することができなくなる虞がある。
図14は、特許文献1に記載の技術おける感度関数S(s)の振幅(湯面レベル)と周波数との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図15は、特許文献1に記載の技術における伝達関数T´(s)の振幅(開度指令)と周波数との関係を示す図である。図16は、特許文献1に記載の技術における湯面レベルと時間との関係を示す図である。
However, in the technique described in Patent Document 1, when the central angular frequency ω is high, that is, when the periodic fluctuation of the molten metal surface level is performed in a short period, the cyclic fluctuation of the molten metal surface level is effectively reduced. There is a risk that it cannot be suppressed.
FIG. 14 is a diagram showing a result of simulating the relationship between the amplitude (temperature level) of the sensitivity function S (s) and the frequency in the technique described in Patent Document 1. In FIG. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the amplitude (opening command) of the transfer function T ′ (s) and the frequency in the technique described in Patent Document 1. FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the hot water level and time in the technique described in Patent Document 1.

図14、図15、図16は、中心角周波数ωを2×π×(1/3)[rad/sec]とし、出力ゲインKQを1.00[−]とし、湯面レベルの変動の減衰係数ηを0.33[−]としてコンピュータによるシミュレーションを行った結果を示す。また、図14、図15、図16では、開度演算部73のみでフィードバック制御器70を構成した場合の結果(Qなし)も併せて示す。尚、それぞれの結果において共通するパラメータについては同じ値を使用した。 14, 15, and 16, the center angular frequency ω is 2 × π × (1/3) [rad / sec], the output gain K Q is 1.00 [−], and the fluctuation of the melt level is changed. The result of computer simulation with the attenuation coefficient η set to 0.33 [−] is shown. 14, 15, and 16 also show the results (without Q) when the feedback controller 70 is configured only by the opening degree calculation unit 73. In addition, the same value was used about the parameter which is common in each result.

図14に示すように、特許文献1に記載の技術では、補正量演算部74を前述したように構成することで、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])の近傍において、湯面レベルの変動が反って増幅する。また、図15に示すように、特許文献1に記載の技術では、補正量演算部74を前述したように構成することで、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])の近傍において、開度指令が大幅に増大する。その結果、湯面レベルのハンチングが生じることになる。また、図16に示すように、特許文献1に記載の技術では、補正量演算部74を前述したように構成することで、3秒周期の湯面レベルの変動が反って増幅する。   As shown in FIG. 14, in the technique described in Patent Document 1, the correction amount calculation unit 74 is configured as described above, so that the frequency (1/3 [1 [ In the vicinity of Hz]), the fluctuation of the molten metal surface level is warped and amplified. Further, as shown in FIG. 15, in the technique described in Patent Document 1, by configuring the correction amount calculation unit 74 as described above, the frequency corresponding to the fluctuation period of the molten metal level to be suppressed (1 / In the vicinity of 3 [Hz]), the opening degree command greatly increases. As a result, hot water level hunting occurs. Further, as shown in FIG. 16, in the technique described in Patent Document 1, the correction amount calculation unit 74 is configured as described above, so that the fluctuation of the molten metal surface level in a cycle of 3 seconds is warped and amplified.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、鋳型の内部の湯面レベルの周期的な変動を抑制できるようにすることを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above problems, and it aims at enabling it to suppress the periodic fluctuation | variation of the hot_water | molten_metal surface level inside a casting_mold | template.

本発明の連続鋳造機の湯面レベル制御装置の第1の態様例は、鋳型の内部の湯面レベルを検出する検出手段により操業中に検出された検出レベルと、予め定められた目標レベルとの偏差である湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記鋳型への注湯手段に必要とされる開度変更量を求める開度演算部と、前記湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記湯面レベル偏差に加算する湯面レベル偏差補正量と、前記開度変更量に加算する開度補正量とをそれぞれ求める補正量演算部と、前記湯面レベル偏差補正量と、前記湯面レベル偏差とを加算した値を、前記湯面レベル偏差の補正値として導出して前記開度演算部と前記補正量演算部に出力する第1の加算器と、前記開度補正量と、前記開度変更量とを加算した値を、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令として導出して出力する第2の加算器と、を有する連続鋳造機の湯面レベル制御装置であって、前記補正量演算部は、前記湯面レベル偏差の補正値を入力とするQフィルタと、前記Qフィルタの出力を入力とし、前記開度補正量を出力とするMフィルタと、前記Qフィルタの出力を入力とし、前記湯面レベル偏差補正量を出力とするNフィルタと、を有し、前記Mフィルタの伝達関数は、前記注湯手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、前記検出手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、積分要素の伝達関数の逆特性と、プロセスゲインの逆数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、前記Nフィルタの伝達関数は、前記鋳型への湯落ちによるむだ時間要素をパデ近似で表現した伝達関数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、前記Qフィルタの伝達関数は、抑制すべき前記湯面レベルの変動周期に対応する角周波数を中心角周波数とする帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積と、前記Nフィルタの伝達関数と前記Qフィルタの伝達関数との積と、の差分を評価する評価関数であって、当該差分が小さいほど評価が高いことを示すをとる評価関数の値が最も評価が高いことを示す値になるように決定され、前記位相進みフィルタの伝達関数は、前記中心角周波数における位相進み量が最大になることと、前記中心角周波数におけるゲインが1になることと、前記中心角周波数における位相進み量が前記Nフィルタの伝達関数に含まれる前記三次遅れ要素の位相遅れ量と一致することと、を表現する伝達関数であることを特徴とする。
本発明の連続鋳造機の湯面レベル制御装置の第2の態様例は、鋳型の内部の湯面レベルを検出する検出手段により操業中に検出された検出レベルと、予め定められた目標レベルとの偏差である湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記鋳型への注湯手段に必要とされる開度変更量を求める開度演算部と、前記湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記湯面レベル偏差に加算する湯面レベル偏差補正量と、前記開度変更量に加算する開度補正量とをそれぞれ求める補正量演算部と、前記湯面レベル偏差補正量と、前記湯面レベル偏差とを加算した値を、前記湯面レベル偏差の補正値として導出して前記開度演算部と前記補正量演算部に出力する第1の加算器と、前記開度補正量と、前記開度変更量とを加算した値を、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令として導出して出力する第2の加算器と、を有する連続鋳造機の湯面レベル制御装置であって、前記補正量演算部は、前記湯面レベル偏差の補正値を入力とするQフィルタと、前記Qフィルタの出力を入力とし、前記開度補正量を出力とするMフィルタと、前記Qフィルタの出力を入力とし、前記湯面レベル偏差補正量を出力とするNフィルタと、を有し、前記Mフィルタの伝達関数は、前記注湯手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、前記検出手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、積分要素の伝達関数の逆特性と、プロセスゲインの逆数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、前記Nフィルタの伝達関数は、前記鋳型への湯落ちによるむだ時間要素をパデ近似で表現した伝達関数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、前記Qフィルタの伝達関数は、抑制すべき前記湯面レベルの変動周期に対応する角周波数を中心角周波数とする帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積と、前記Nフィルタの伝達関数と前記Qフィルタの伝達関数との積と、の差分に、重み関数を掛けた値を評価する評価関数であって、当該差分に当該重み係数を掛けた値が小さいほど評価が高いことを示すをとる評価関数の値が最も評価が高いことを示す値に決定され、前記位相進みフィルタの伝達関数は、前記中心角周波数における位相進み量が最大になることと、前記中心角周波数におけるゲインが1になることと、前記中心角周波数における位相進み量が前記Nフィルタの伝達関数に含まれる前記三次遅れ要素の位相遅れ量から前記重み関数の位相進み量を差し引いたものと一致することと、を表現する伝達関数であり、前記重み関数は、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが増加する領域を含み、且つ、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが減少する領域を含まない関数であり、前記帯域通過フィルタのゲインが1のときに前記Qフィルタの伝達関数の前記中心角周波数におけるゲインが1となるようにするゲイン補正係数が、前記帯域通過フィルタの伝達関数に適用されていることを特徴とする。
The first aspect example of the molten metal level control device of the continuous casting machine according to the present invention includes a detection level detected during operation by a detecting means for detecting a molten metal level inside the mold, a predetermined target level, As an input, a correction value for the molten metal level deviation, which is a deviation of the above, is input, and an opening calculation unit for obtaining an opening change amount required for the pouring means to the mold, and a correction value for the molten metal level deviation are input. A correction amount calculation unit for obtaining a hot water level deviation correction amount to be added to the hot water level deviation and an opening correction amount to be added to the opening change amount, the hot water level deviation correction amount, A first adder that derives a value obtained by adding the surface level deviation as a correction value of the molten metal level deviation and outputs the correction value to the opening calculation unit and the correction amount calculation unit; and the opening correction amount; A value obtained by adding the amount of change in the opening amount to the pouring means for the mold. A second level adder for deriving and outputting as an opening degree command, and a molten steel level control device for a continuous casting machine, wherein the correction amount calculation unit inputs a correction value for the molten metal level deviation. A Q filter that performs input, an M filter that receives the output of the Q filter and outputs the opening correction amount, and an N filter that receives the output of the Q filter and outputs the molten metal level deviation correction amount The transfer function of the M filter includes the inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the pouring means, the inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the detection means, and the transfer function of the integral element Expressed using a product of inverse characteristics, reciprocal of process gain, and transfer function of a third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function, the transfer function of the N filter The casting Expressed by using the product of the transfer function expressing the time delay element due to the hot water drop by Padé approximation and the transfer function of the third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function The transfer function of the Q filter is a product of a transfer function of a band pass filter having a central angular frequency corresponding to an angular frequency corresponding to a fluctuation period of the molten metal surface level to be suppressed, and a transfer function of a phase advance filter, and the product of the transfer function of the N filter and the transfer function of the Q filter, an evaluation function for evaluating the difference value is most assessment of the evaluation function takes a value that indicates that evaluation as the difference is small is high The phase advance filter transfer function has a maximum phase advance amount at the central angular frequency and a gain of 1 at the central angular frequency. It is a transfer function that expresses that the phase advance amount at the central angular frequency coincides with the phase delay amount of the third-order lag element included in the transfer function of the N filter.
The second aspect of the molten metal level control device of the continuous casting machine according to the present invention includes a detection level detected during operation by a detecting means for detecting a molten metal level inside the mold, a predetermined target level, As an input, a correction value for the molten metal level deviation, which is a deviation of the above, is input, and an opening calculation unit for obtaining an opening change amount required for the pouring means to the mold, and a correction value for the molten metal level deviation are input. A correction amount calculation unit for obtaining a hot water level deviation correction amount to be added to the hot water level deviation and an opening correction amount to be added to the opening change amount, the hot water level deviation correction amount, A first adder that derives a value obtained by adding the surface level deviation as a correction value of the molten metal level deviation and outputs the correction value to the opening calculation unit and the correction amount calculation unit; and the opening correction amount; A value obtained by adding the amount of change in the opening amount to the pouring means for the mold. A second level adder for deriving and outputting as an opening degree command, and a molten steel level control device for a continuous casting machine, wherein the correction amount calculation unit inputs a correction value for the molten metal level deviation. A Q filter that performs input, an M filter that receives the output of the Q filter and outputs the opening correction amount, and an N filter that receives the output of the Q filter and outputs the molten metal level deviation correction amount The transfer function of the M filter includes the inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the pouring means, the inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the detection means, and the transfer function of the integral element Expressed using a product of inverse characteristics, reciprocal of process gain, and transfer function of a third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function, the transfer function of the N filter The casting Expressed by using the product of the transfer function expressing the time delay element due to the hot water drop by Padé approximation and the transfer function of the third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function The transfer function of the Q filter is a product of a transfer function of a band pass filter having a central angular frequency corresponding to an angular frequency corresponding to a fluctuation period of the molten metal surface level to be suppressed, and a transfer function of a phase advance filter, An evaluation function for evaluating a value obtained by multiplying a difference between the product of the transfer function of the N filter and the transfer function of the Q filter by a weight function, and the smaller the value obtained by multiplying the difference by the weight coefficient, the more the evaluation is performed. is determined to a value indicating that the value of the evaluation function is high most evaluation whose values indicate a high, the transfer function of the phase advance filter are that the amount of phase lead in the center angular frequency is maximum, The gain at the central angular frequency becomes 1, and the phase advance amount at the central angular frequency is obtained by subtracting the phase advance amount of the weight function from the phase delay amount of the third-order lag element included in the transfer function of the N filter. The weighting function includes a region where the gain increases from a low frequency region to a high frequency region, and from the low frequency region to the high frequency region. A gain correction coefficient that does not include a region where the gain decreases toward the region, and that causes the gain at the central angular frequency of the transfer function of the Q filter to be 1 when the gain of the bandpass filter is 1 Is applied to the transfer function of the bandpass filter.

本発明の連続鋳造機の湯面レベル制御方法の第1の態様例は、鋳型の内部の湯面レベルを検出する検出手段により操業中に検出された検出レベルと、予め定められた目標レベルとの偏差である湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記鋳型への注湯手段に必要とされる開度変更量を求める開度演算工程と、前記湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記湯面レベル偏差に加算する湯面レベル偏差補正量と、前記開度変更量に加算する開度補正量とをそれぞれ求める補正量演算工程と、前記湯面レベル偏差補正量と、前記湯面レベル偏差とを加算した値を、前記湯面レベル偏差の補正値として導出する第1の加算工程と、前記開度補正量と、前記開度変更量とを加算した値を、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令として導出して出力する第2の加算工程と、を有する連続鋳造機の湯面レベル制御方法であって、前記補正量演算工程は、前記湯面レベル偏差の補正値を入力とするQフィルタと、前記Qフィルタの出力を入力とし、前記開度補正量を出力とするMフィルタと、前記Qフィルタの出力を入力とし、前記湯面レベル偏差補正量を出力とするNフィルタと、を用いた演算を行い、前記Mフィルタの伝達関数は、前記注湯手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、前記検出手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、積分要素の伝達関数の逆特性と、プロセスゲインの逆数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、前記Nフィルタの伝達関数は、前記鋳型への湯落ちによるむだ時間要素をパデ近似で表現した伝達関数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、前記Qフィルタの伝達関数は、抑制すべき前記湯面レベルの変動周期に対応する角周波数を中心角周波数とする帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積と、前記Nフィルタの伝達関数と前記Qフィルタの伝達関数との積と、の差分を評価する評価関数であって、当該差分が小さいほど評価が高いことを示すをとる評価関数の値が最も評価が高いことを示す値になるように決定され、前記位相進みフィルタの伝達関数は、前記中心角周波数における位相進み量が最大になることと、前記中心角周波数におけるゲインが1になることと、前記中心角周波数における位相進み量が前記Nフィルタの伝達関数に含まれる前記三次遅れ要素の位相遅れ量と一致することと、を表現する伝達関数であることを特徴とする。
本発明の連続鋳造機の湯面レベル制御方法の第2の態様例は、鋳型の内部の湯面レベルを検出する検出手段により操業中に検出された検出レベルと、予め定められた目標レベルとの偏差である湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記鋳型への注湯手段に必要とされる開度変更量を求める開度演算工程と、前記湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記湯面レベル偏差に加算する湯面レベル偏差補正量と、前記開度変更量に加算する開度補正量とをそれぞれ求める補正量演算工程と、前記湯面レベル偏差補正量と、前記湯面レベル偏差とを加算した値を、前記湯面レベル偏差の補正値として導出する第1の加算工程と、前記開度補正量と、前記開度変更量とを加算した値を、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令として導出して出力する第2の加算工程と、を有する連続鋳造機の湯面レベル制御方法であって、前記補正量演算工程は、前記湯面レベル偏差の補正値を入力とするQフィルタと、前記Qフィルタの出力を入力とし、前記開度補正量を出力とするMフィルタと、前記Qフィルタの出力を入力とし、前記湯面レベル偏差補正量を出力とするNフィルタと、を用いた演算を行い、前記Mフィルタの伝達関数は、前記注湯手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、前記検出手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、積分要素の伝達関数の逆特性と、プロセスゲインの逆数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、前記Nフィルタの伝達関数は、前記鋳型への湯落ちによるむだ時間要素をパデ近似で表現した伝達関数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、前記Qフィルタの伝達関数は、抑制すべき前記湯面レベルの変動周期に対応する角周波数を中心角周波数とする帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積と、前記Nフィルタの伝達関数と前記Qフィルタの伝達関数との積と、の差分に、重み関数を掛けた値を評価する評価関数であって、当該差分に当該重み係数を掛けた値が小さいほど評価が高いことを示すをとる評価関数の値が最も評価が高いことを示す値に決定され、前記位相進みフィルタの伝達関数は、前記中心角周波数における位相進み量が最大になることと、前記中心角周波数におけるゲインが1になることと、前記中心角周波数における位相進み量が前記Nフィルタの伝達関数に含まれる前記三次遅れ要素の位相遅れ量から前記重み関数の位相進み量を差し引いたものと一致することと、を表現する伝達関数であり、前記重み関数は、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが増加する領域を含み、且つ、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが減少する領域を含まない関数であり、前記帯域通過フィルタのゲインが1のときに前記Qフィルタの伝達関数の前記中心角周波数におけるゲインが1となるようにするゲイン補正係数が、前記帯域通過フィルタの伝達関数に適用されていることを特徴とする。
The first aspect example of the molten metal level control method for a continuous casting machine according to the present invention includes a detection level detected during operation by a detecting means for detecting a molten metal level inside the mold, a predetermined target level, As an input, a correction value for the molten metal level deviation, which is a deviation of the above, is input, and an opening calculation step for obtaining an opening change amount required for the pouring means to the mold, and a correction value for the molten metal level deviation is input. A correction amount calculating step for obtaining a hot water surface level deviation correction amount to be added to the hot water surface level deviation and an opening correction amount to be added to the opening degree change amount, the hot water surface level deviation correction amount, A value obtained by adding a value obtained by adding the surface level deviation as a correction value for the molten metal level deviation, a value obtained by adding the opening correction amount and the opening change amount to the mold. Derived and output as the opening command for the pouring means A level control method for a continuous casting machine, wherein the correction amount calculation step inputs a Q filter that receives the correction value of the level difference and inputs the output of the Q filter. And performing an operation using the M filter that outputs the opening correction amount and the N filter that receives the output of the Q filter and outputs the molten metal level deviation correction amount. The transfer function includes an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the pouring means, an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the detection means, an inverse characteristic of the transfer function of the integral element, and the inverse of the process gain. The transfer function of the M filter is expressed by using a product of the transfer function of the third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter into a proper transfer function, and the transfer function of the N filter is caused by the pouring of the mold into the mold. Mu Expressed using a product of a transfer function expressing a time element in Padé approximation and a transfer function of a third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function, The transfer function is a product of a transfer function of a band pass filter having a central angular frequency corresponding to the fluctuation frequency of the molten metal surface level to be suppressed and a transfer function of the phase advance filter, and a transfer function of the N filter. an evaluation function for evaluating the product of the transfer function of the Q filter, the difference value indicating the value of the evaluation function that takes a value indicating that evaluated as the difference is small is high that most Rated The transfer function of the phase advance filter is such that the phase advance amount at the central angular frequency is maximized, the gain at the central angular frequency is 1, and the center It is a transfer function expressing that a phase advance amount at an angular frequency matches a phase delay amount of the third-order delay element included in the transfer function of the N filter.
The second aspect example of the molten metal level control method of the continuous casting machine according to the present invention includes a detection level detected during operation by a detecting means for detecting a molten metal level inside the mold, a predetermined target level, As an input, a correction value for the molten metal level deviation, which is a deviation of the above, is input, and an opening calculation step for obtaining an opening change amount required for the pouring means to the mold, and a correction value for the molten metal level deviation is input. A correction amount calculating step for obtaining a hot water surface level deviation correction amount to be added to the hot water surface level deviation and an opening correction amount to be added to the opening degree change amount, the hot water surface level deviation correction amount, A value obtained by adding a value obtained by adding the surface level deviation as a correction value for the molten metal level deviation, a value obtained by adding the opening correction amount and the opening change amount to the mold. Derived and output as the opening command for the pouring means A level control method for a continuous casting machine, wherein the correction amount calculation step inputs a Q filter that receives the correction value of the level difference and inputs the output of the Q filter. And performing an operation using the M filter that outputs the opening correction amount and the N filter that receives the output of the Q filter and outputs the molten metal level deviation correction amount. The transfer function includes an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the pouring means, an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the detection means, an inverse characteristic of the transfer function of the integral element, and the inverse of the process gain. The transfer function of the M filter is expressed by using a product of the transfer function of the third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter into a proper transfer function, and the transfer function of the N filter is caused by the pouring of the mold into the mold. Mu Expressed using a product of a transfer function expressing a time element in Padé approximation and a transfer function of a third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function, The transfer function is a product of a transfer function of a band pass filter having a central angular frequency corresponding to the fluctuation frequency of the molten metal surface level to be suppressed and a transfer function of the phase advance filter, and a transfer function of the N filter. An evaluation function for evaluating a value obtained by multiplying a difference between the product of the transfer function of the Q filter and a weight function, and a value indicating that the smaller the value obtained by multiplying the difference by the weight coefficient is, the higher the evaluation is the value of the evaluation function that takes is determined to a value indicating that most Rated, the transfer function of the phase advance filter are that the amount of phase lead in the center angular frequency is maximized, said central angular frequency And the phase advance amount at the central angular frequency coincides with the phase delay amount of the third-order lag element included in the transfer function of the N filter minus the phase advance amount of the weight function. The weighting function includes a region where the gain increases from a low frequency region toward a high frequency region, and from a low frequency region toward a high frequency region. A gain correction coefficient that is a function that does not include a region in which the gain decreases, and that causes the gain at the central angular frequency of the transfer function of the Q filter to be 1 when the gain of the bandpass filter is 1. It is applied to the transfer function of a pass filter.

本発明のコンピュータプログラムは、前記連続鋳造機の湯面レベル制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とする。   The computer program according to the present invention causes a computer to execute each step of the molten steel level control method of the continuous casting machine.

本発明によれば、プラントモデルの伝達関数を高次化してMフィルタ及びNフィルタの伝達関数を構成するとともに、Nフィルタに含まれる三次遅れ要素の位相遅れ量を補償する位相進みフィルタを導入したので、鋳型の内部の湯面レベルの周期的な変動を抑制することができる。   According to the present invention, the transfer function of the plant model is made higher order to form the transfer function of the M filter and the N filter, and the phase advance filter for compensating the phase delay amount of the third order delay element included in the N filter is introduced. Therefore, it is possible to suppress periodic fluctuations in the hot water level inside the mold.

特許文献2の記載を基にした技術における感度関数の振幅(湯面レベル)と周波数との関係をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the relationship between the amplitude (water surface level) of a sensitivity function in the technique based on description of patent document 2, and a frequency. 特許文献2の記載を基にした技術における伝達関数の振幅(開度指令)と周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amplitude (opening instruction | command) and frequency of a transfer function in the technique based on description of patent document 2. FIG. 特許文献2の記載を基にした技術における湯面レベルと時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hot_water | molten_metal surface level and time in the technique based on description of patent document 2. FIG. 第1の実施形態における感度関数の振幅(湯面レベル)と周波数との関係をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the relationship between the amplitude (water surface level) and frequency of a sensitivity function in 1st Embodiment. 第1の実施形態における伝達関数の振幅(開度指令)と周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amplitude (opening instruction | command) and frequency of a transfer function in 1st Embodiment. 第1の実施形態における湯面レベルと時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hot_water | molten_metal surface level and time in 1st Embodiment. 第2の実施形態における感度関数の振幅(湯面レベル)と周波数との関係をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the relationship between the amplitude (hot-water surface level) and frequency of a sensitivity function in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における伝達関数の振幅(開度指令)と周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amplitude (opening instruction | command) and frequency of a transfer function in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における湯面レベルと時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hot water surface level and time in 2nd Embodiment. 連続鋳造機の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a continuous casting machine. バルジングを説明する図である。It is a figure explaining bulging. レベル制御装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of a level control apparatus. 一般的な湯面レベル制御系のブロック線図である。It is a block diagram of a general hot water level control system. 特許文献1に記載の技術おける感度関数の振幅(湯面レベル)と周波数との関係をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the relationship between the amplitude (water surface level) of a sensitivity function in the technique of patent document 1, and a frequency. 特許文献1に記載の技術おける伝達関数の振幅(開度指令)と周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the amplitude (opening instruction | command) and frequency of a transfer function in the technique of patent document 1. FIG. 特許文献1に記載の技術おける湯面レベルと時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hot_water | molten_metal surface level in the technique of patent document 1, and time.

特許文献1に記載の技術における前述した課題に対し、特願2012−266275号に記載の技術が提案されている。
本発明の実施形態を説明する前に、特願2012−266275号の記載を基にした技術について説明する。尚、以下の説明では、特願2012−266275号の記載を基にした技術を必要に応じて特許文献2の記載を基にした技術と称する。
特許文献2の記載を基にした技術と特許文献1に記載の技術とでは、図12に示すQフィルタ74a、Mフィルタ74b、及びNフィルタ74cの伝達関数Q(s)、M(s)、N(s)と、プラントモデル81の伝達関数PM(s)とが異なる。その他の構成は、図10及び図12に示したものと同じであるので、その詳細な説明を省略する。
特許文献2の記載を基にした技術では、プラントモデル81の伝達関数PM(s)を以下の(13)式で表す。
In response to the above-described problem in the technique described in Patent Document 1, a technique described in Japanese Patent Application No. 2012-266275 has been proposed.
Before describing the embodiment of the present invention, a technique based on the description of Japanese Patent Application No. 2012-266275 will be described. In the following description, a technique based on the description in Japanese Patent Application No. 2012-266275 is referred to as a technique based on the description in Patent Document 2 as necessary.
In the technique based on the description in Patent Document 2 and the technique described in Patent Document 1, the transfer functions Q (s), M (s), and Q (s) of the Q filter 74a, the M filter 74b, and the N filter 74c shown in FIG. N (s) and the transfer function P M (s) of the plant model 81 are different. Other configurations are the same as those shown in FIGS. 10 and 12, and thus detailed description thereof is omitted.
In the technique based on the description of Patent Document 2, the transfer function P M (s) of the plant model 81 is expressed by the following equation (13).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(13)式において、TCYL[sec]は、開閉用アクチュエータ(油圧シリンダ)31の時定数である。TS[sec]は、レベル計6の時定数である。
次に、特許文献2の記載を基にした技術では、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)を、それぞれ、以下の(14)式、(15)式で表す。ここで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)として、以下の(16)式が成り立つプロパーな伝達関数が選ばれる。
In the equation (13), T CYL [sec] is a time constant of the opening / closing actuator (hydraulic cylinder) 31. T S [sec] is a time constant of the level meter 6.
Next, in the technology based on the description in Patent Document 2, the transfer function N (s) of the N filter 74c and the transfer function M (s) of the M filter 74b are expressed by the following equations (14) and (15), respectively. Represented by a formula. Here, as the transfer function N (s) of the N filter 74c and the transfer function M (s) of the M filter 74b, a proper transfer function that satisfies the following expression (16) is selected.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(13)式に示すように、特許文献2の記載を基にした技術では、開閉用アクチュエータ(油圧シリンダ)31の特性とレベル計6の特性とを考慮してプラントモデル81の伝達関数PM(s)を構築し、特許文献1に記載の技術に比べ((1)式を参照)、実機に近いプラントモデル81としている。さらに、(13)式に示すように、特許文献2の記載を基にした技術では、むだ時間TNに基づくむだ時間要素の伝達関数に一次のパデ近似を採用していない。 As shown in the equation (13), in the technique based on the description in Patent Document 2, the transfer function P M of the plant model 81 is considered in consideration of the characteristics of the opening / closing actuator (hydraulic cylinder) 31 and the characteristics of the level meter 6. (S) is constructed, and compared with the technique described in Patent Document 1 (see equation (1)), a plant model 81 that is close to an actual machine is obtained. Furthermore, as shown in the equation (13), the technique based on the description in Patent Document 2 does not employ the first-order Padé approximation for the transfer function of the dead time element based on the dead time T N.

前述したように、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)は、プラントモデル81の伝達関数PM(s)の持つ、むだ時間TNに基づくむだ時間要素以外の要素の逆特性を有する。したがって、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)に、開閉用アクチュエータ(油圧シリンダ)31とレベル計6の遅れ要素を考慮しないと、位相遅れが生じることになる。特に、中心角周波数ωが高い場合には、位相遅れが顕著になる。特許文献1に記載の技術では、これらの遅れ要素を考慮していないため、短周期の湯面レベルの変動を抑制しようとすると、前述したように湯面レベルがハンチングする虞がある。これに対し、特許文献2の記載を基にした技術では、これらの遅れ要素を考慮するため、短周期の湯面レベルの変動を抑制する際に、湯面レベルがハンチングすることを抑制することができる。
次に、特許文献2の記載を基にした技術では、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を、以下の(17)式〜(19)式で表す。
As described above, the transfer function M (s) of the M filter 74b has the inverse characteristics of elements other than the dead time element based on the dead time T N that the transfer function P M (s) of the plant model 81 has. Therefore, if the delay function of the opening / closing actuator (hydraulic cylinder) 31 and the level meter 6 is not considered in the transfer function M (s) of the M filter 74b, a phase delay occurs. In particular, when the central angular frequency ω is high, the phase delay becomes significant. In the technique described in Patent Document 1, since these delay elements are not taken into consideration, there is a risk that the hot water surface level hunts as described above when trying to suppress the fluctuation of the hot water surface level in a short cycle. On the other hand, in the technology based on the description of Patent Document 2, in order to take account of these delay elements, it is possible to suppress hunting of the molten metal surface level when suppressing fluctuations in the molten metal surface level in a short cycle. Can do.
Next, in the technology based on the description in Patent Document 2, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is expressed by the following equations (17) to (19).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(19)式において、L(s)は、位相進みフィルタの伝達関数である。KL[−]は、位相進みフィルタのゲインである。γ[−]は、位相進みフィルタの補正係数である(γ<1)。TL[sec]は、位相進みフィルタの時定数である。尚、(18)式は、(6)式と同様に、中心角周波数ωのノッチフィルタの伝達関数F(s)を示すものである。
ここで、特許文献2の記載を基にした技術では、位相進みフィルタは、以下の(A)、(B)、及び(C)が成り立つように設計される。
(A) 中心角周波数ωにおいて位相進み量αを最大とする。
(B) 中心角周波数ωにおける位相進みフィルタのゲインを1とする。
(C) 中心角周波数ωにおける位相進み量αをNフィルタ74cの伝達関数N(s)における位相遅れ量に一致させる。
このようにして位相進みフィルタを設計することで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる遅れ要素(むだ時間TNに基づくむだ時間要素(=exp(−TN・s))と、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)により生じる位相遅れを位相進みフィルタで補償することができ、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を、中心角周波数ωのノッチフィルタの伝達関数F(s)に漸近させることができる。
In the equation (19), L (s) is a transfer function of the phase advance filter. K L [−] is the gain of the phase advance filter. γ [−] is a correction coefficient of the phase advance filter (γ <1). T L [sec] is a time constant of the phase advance filter. The equation (18) represents the transfer function F (s) of the notch filter having the central angular frequency ω, similarly to the equation (6).
Here, in the technique based on the description of Patent Document 2, the phase advance filter is designed so that the following (A), (B), and (C) are established.
(A) The phase advance amount α is maximized at the central angular frequency ω.
(B) The gain of the phase advance filter at the central angular frequency ω is set to 1.
(C) The phase advance amount α at the center angular frequency ω is made to coincide with the phase delay amount in the transfer function N (s) of the N filter 74c.
By designing this manner phase-lead filter, the N transfer function N (s) delay elements included in the (dead time element based on dead time T N of the filter 74c (= exp (-T N · s)) The phase lag filter compensates for the phase lag caused by the third -order lag element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) introduced to make the transfer function M (s) of the M filter 74b a proper transfer function. The frequency characteristic of (1-N (s) · Q (s)) can be made asymptotic to the transfer function F (s) of the notch filter having the central angular frequency ω.

図1は、特許文献2の記載を基にした技術における感度関数S(s)の振幅(湯面レベル)と周波数との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図2は、特許文献2の記載を基にした技術における伝達関数T´(s)の振幅(開度指令)と周波数との関係を示す図である。図3は、特許文献2の記載を基にした技術における湯面レベルと時間との関係を示す図である。
図1、図2、図3は、中心角周波数ωを2×π×(1/3)[rad/sec]とし、出力ゲインKQを1.00[−]とし、湯面レベルの変動の減衰係数ηを0.33[−]としてコンピュータによるシミュレーションを行った結果を示す。また、図1、図2、図3では、開度演算部73のみでフィードバック制御器70を構成した場合の結果(Qなし)と、特許文献1に記載の技術においてプラントモデル81の伝達関数PM(s)を特許文献2の記載を基にした技術と同様に高次化した場合の結果(特許文献1)も併せて示す。尚、それぞれの結果において共通するパラメータについては同じ値を使用した。
FIG. 1 is a diagram showing a result of simulating the relationship between the amplitude (the level of the molten metal surface) of the sensitivity function S (s) and the frequency in the technique based on the description in Patent Document 2. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amplitude (opening degree command) of the transfer function T ′ (s) and the frequency in the technology based on the description in Patent Document 2. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the molten metal level and time in the technology based on the description in Patent Document 2.
1, 2, and 3, the center angular frequency ω is 2 × π × (1/3) [rad / sec], the output gain K Q is 1.00 [−], and the fluctuation of the melt level is changed. The result of computer simulation with the attenuation coefficient η set to 0.33 [−] is shown. 1, 2, and 3, the result (without Q) when the feedback controller 70 is configured only by the opening calculation unit 73, and the transfer function P of the plant model 81 in the technique described in Patent Document 1. The result (Patent Document 1) when M (s) is made higher in the same manner as the technique based on the description of Patent Document 2 is also shown. In addition, the same value was used about the parameter which is common in each result.

図1に示すように、特許文献2の記載を基にした技術のようにして位相進みフィルタでNフィルタ74cの伝達関数N(s)の位相遅れを補償することで、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])の近傍において、湯面レベルの変動を低減させることができる。
また、図3に示すように、特許文献2の記載を基にした技術のようにして位相進みフィルタでNフィルタ74cの伝達関数N(s)の位相遅れを補償することで、3秒周期の湯面レベルの変動を抑制することができる。
一方、図2に示すように、特許文献2の記載を基にした技術のようにして位相進みフィルタでNフィルタ74cの伝達関数N(s)の位相遅れを補償することで、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])よりも高い周波数領域で、開度指令が大幅に増大する。
As shown in FIG. 1, the hot water surface to be suppressed by compensating for the phase lag of the transfer function N (s) of the N filter 74c with a phase advance filter as in the technique based on the description in Patent Document 2. In the vicinity of the frequency (1/3 [Hz]) corresponding to the level fluctuation cycle, fluctuations in the molten metal surface level can be reduced.
Further, as shown in FIG. 3, by compensating for the phase lag of the transfer function N (s) of the N filter 74c with a phase advance filter as in the technique based on the description in Patent Document 2, a cycle of 3 seconds is obtained. Variations in the hot water level can be suppressed.
On the other hand, as shown in FIG. 2, as in the technique based on the description in Patent Document 2, the phase advance filter compensates for the phase lag of the transfer function N (s) of the N filter 74c and tries to suppress it. In the frequency region higher than the frequency (1/3 [Hz]) corresponding to the fluctuation level of the molten metal level, the opening degree command is greatly increased.

以上のように、特許文献2の記載を基にした技術では、プラントモデル81の伝達関数PM(s)の高次化と位相進みフィルタの導入とによって、短周期の湯面レベルの変動を抑制することができる。しかしながら、高周波数領域での制御出力が非常に大きくなるという特徴を有する。このため、実用上は、出力ゲインKQをあまり大きくすることができない場合がある。
鋳型1の内部の湯面レベルを制御する際には、1/3[Hz]よりも高い周波数領域での制御出力を大きくし過ぎると、鋳型1内の溶湯2の流動に起因する波立ち成分を増幅してしまい、湯面レベルの変動が反って大きくなることが経験的に知られている。したがって、高い周波数領域での制御出力が大きくなり過ぎることは望ましくない。
As described above, in the technology based on the description in Patent Document 2, the fluctuation of the molten metal surface level in a short cycle is achieved by increasing the transfer function P M (s) of the plant model 81 and introducing a phase advance filter. Can be suppressed. However, the control output in the high frequency region is very large. Therefore, practical use may not be able to so large an output gain K Q.
When controlling the level of the molten metal inside the mold 1, if the control output in the frequency region higher than 1/3 [Hz] is excessively increased, the ripple component caused by the flow of the molten metal 2 in the mold 1 is reduced. It has been empirically known that the fluctuation of the molten metal surface level increases due to amplification. Therefore, it is not desirable that the control output in the high frequency region becomes too large.

そこで、電磁ブレーキのような鋳型1内の溶湯2の流動の乱れを抑制する電磁力装置を具備することで、湯面レベルの波立ちの影響を抑制することが考えられる。しかしながら、電磁力装置を用いて電磁撹拌を行うと、鋳型1内の溶湯2の流動に撹拌流が付与されるので、この撹拌流による湯面の波立ちの影響を無視できない。そのため、高周波の制御出力を抑制することに留意する必要がある。
また、特許文献2の記載を基にした技術では、これまで説明した連続時間の伝達関数に対して、双一次変換を施し、離散時間の伝達関数に変換する。(14)式に示すように、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)には、近似をしていない純粋なむだ時間TNに基づくむだ時間要素(=exp(−TN・s))が含まれている。このため、制御器の次数が大きくなる。制御器を実装する際には、制御器の次数が大きくなることは望ましくない。
また、特許文献2の記載を基にした技術では、むだ時間TNに基づくむだ時間要素(=exp(−TN・s))と、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)とを位相進みフィルタで補償するため、複数段の位相進みフィルタが必要になる。
Therefore, it is conceivable to suppress the influence of the ripple of the molten metal surface level by providing an electromagnetic force device that suppresses the disturbance of the flow of the molten metal 2 in the mold 1 such as an electromagnetic brake. However, when electromagnetic stirring is performed using an electromagnetic force device, a stirring flow is imparted to the flow of the molten metal 2 in the mold 1, and therefore the influence of the undulation of the molten metal surface due to this stirring flow cannot be ignored. Therefore, it should be noted that high-frequency control output is suppressed.
In the technology based on the description in Patent Document 2, bilinear transformation is performed on the continuous-time transfer function described so far to convert it into a discrete-time transfer function. As shown in the equation (14), the transfer function N (s) of the N filter 74c includes a dead time element (= exp (−T N · s)) based on a pure dead time T N that is not approximated. include. For this reason, the order of the controller increases. When implementing a controller, it is not desirable for the order of the controller to increase.
Further, in the technology based on the description of Patent Document 2, the dead and dead time element based on the time T N (= exp (-T N · s)), the transfer function M (s) the proper transmission of M filter 74b In order to compensate the third -order lag element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) introduced to make a function with the phase advance filter, a plurality of phase advance filters are required.

そこで、本発明者らは、特許文献1に記載の技術の前述した問題点に加え、特許文献2の記載を基にした技術のこれらの問題点を解決すべく、以下に示す本発明の各実施形態に想到した。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態を説明する。本実施形態と特許文献1に記載の技術とでは、図12に示すQフィルタ74a、Mフィルタ74b、Nフィルタ74cの伝達関数Q(s)、M(s)、N(s)と、プラントモデル81の伝達関数PM(s)とが異なる。また、本実施形態と特許文献2の記載を基にした技術とでは、図12に示すQフィルタ74a、Nフィルタ74cの伝達関数Q(s)、N(s)と、プラントモデル81の伝達関数PM(s)とが異なる。その他の構成は、図10及び図12に示したものと同じであるので、その詳細な説明を省略する。
<プラントモデル81の伝達関数PM(s)>
本実施形態では、プラントモデル81の伝達関数PM(s)を以下の(20)式で表す。
Therefore, the present inventors, in addition to the above-described problems of the technique described in Patent Document 1, in order to solve these problems of the technique based on the description of Patent Document 2, The embodiment has been conceived.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described. In this embodiment and the technique described in Patent Document 1, the transfer functions Q (s), M (s), and N (s) of the Q filter 74a, the M filter 74b, and the N filter 74c shown in FIG. 81 is different from the transfer function P M (s). Further, in the present embodiment and the technique based on the description in Patent Document 2, the transfer functions Q (s) and N (s) of the Q filter 74a and the N filter 74c shown in FIG. P M (s) is different. Other configurations are the same as those shown in FIGS. 10 and 12, and thus detailed description thereof is omitted.
<Transfer function P M (s) of plant model 81>
In this embodiment, the transfer function P M (s) of the plant model 81 is expressed by the following equation (20).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(1)式に示したように、(20)式の(2/TN−s)/(2/TN+s)は、むだ時間TNに基づくむだ時間要素の伝達関数の一次のパデ近似である。
(20)式に示すように、本実施形態では、特許文献2の記載を基にした技術のように、開閉用アクチュエータ(油圧シリンダ)31の特性とレベル計6の特性とを考慮してプラントモデル81の伝達関数PM(s)を構築する。一方、むだ時間TNに基づくむだ時間要素については、制御器の次数の低次元化のために、特許文献1に記載の技術のように、一次のパデ近似を用いてプラントモデル81の伝達関数PM(s)を構築する。
As shown in the equation (1), (2 / T N −s) / (2 / T N + s) in the equation (20) is the first order Padé approximation of the transfer function of the dead time element based on the dead time T N. It is.
As shown in the equation (20), in the present embodiment, as in the technique based on the description in Patent Document 2, the characteristics of the opening / closing actuator (hydraulic cylinder) 31 and the characteristics of the level meter 6 are taken into consideration. The transfer function P M (s) of the model 81 is constructed. On the other hand, for the time delay element based on the time delay T N , the transfer function of the plant model 81 using the first-order Padé approximation is used as in the technique described in Patent Document 1 in order to reduce the order of the controller. Build P M (s).

<Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)>
本実施形態では、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)を、それぞれ、以下の(21)式、(22)式で表す。ここで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)として、以下の(23)式が成り立つプロパーな伝達関数が選ばれる。
<Transfer Function N (s) of N Filter 74c, Transfer Function M (s) of M Filter 74b>
In the present embodiment, the transfer function N (s) of the N filter 74c and the transfer function M (s) of the M filter 74b are represented by the following equations (21) and (22), respectively. Here, as the transfer function N (s) of the N filter 74c and the transfer function M (s) of the M filter 74b, a proper transfer function satisfying the following expression (23) is selected.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

前述したように、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)は、プラントモデル81の伝達関数PM(s)の持つ、むだ時間TNに基づくむだ時間要素以外の要素の逆特性を有する。また、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)は、プラントモデル81の伝達関数PM(s)の持つ、むだ時間TNに基づくむだ時間要素を有する。また、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)をプロパーな伝達関数にすると共に、(23)式が成り立つようにするために、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)とMフィルタ74bの伝達関数M(s)には、それぞれ、時定数をTMとする三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)が重畳される。 As described above, the transfer function M (s) of the M filter 74b has the inverse characteristics of elements other than the dead time element based on the dead time T N that the transfer function P M (s) of the plant model 81 has. Further, the transfer function N (s) of the N filter 74c has a time delay element based on the time delay T N of the transfer function P M (s) of the plant model 81. Further, in order to make the transfer function M (s) of the M filter 74b a proper transfer function and to satisfy the expression (23), the transfer function N (s) of the N filter 74c and the transfer function of the M filter 74b. A third-order lag element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) having a time constant T M is superimposed on M (s).

すなわち、(22)式に示すように、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)は、プロセスゲインの伝達関数の逆数(A/KK)と、積分要素の伝達関数の逆特性(s)と、開閉用アクチュエータ(油圧シリンダ)31による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性(1+TCYL・s)と、レベル計6による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性(1+TS・s)と、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)をプロパーな伝達関数にするための三次遅れ要素の伝達関数(=1/(1+TM・s)3)との積で表される。
また、(33)式に示すように、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)は、むだ時間TNに基づくむだ時間要素を一次のパデ近似で表現した伝達関数((2/TN−s)/(2/TN+s))と、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)をプロパーな伝達関数にするための三次遅れ要素の伝達関数(=1/(1+TM・s)3)との積で表される。
That is, as shown in the equation (22), the transfer function M (s) of the M filter 74b is the inverse of the transfer function of the process gain (A / KK), and the inverse characteristic (s) of the transfer function of the integral element, Inverse characteristics (1 + T CYL · s) of the transfer function of the first order lag element by the opening / closing actuator (hydraulic cylinder) 31, reverse characteristics (1 + T S · s) of the transfer function of the first order lag element by the level meter 6, and the M filter 74b The transfer function M (s) is expressed by a product of a transfer function (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) of a third-order lag element for making a proper transfer function.
Further, as shown in the equation (33), the transfer function N (s) of the N filter 74c is a transfer function ((2 / T N −s) expressing a dead time element based on the dead time T N by a first-order Padé approximation. ) / (2 / T N + s)), and a transfer function (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) of a third-order lag element for making the transfer function M (s) of the M filter 74b a proper transfer function, It is represented by the product of

<Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)>
本実施形態では、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を、以下の(24)式〜(26)式で表す。
<Transfer function Q (s) of Q filter 74a>
In the present embodiment, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is expressed by the following equations (24) to (26).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(25)式、(26)式のL(s)は、位相進みフィルタの伝達関数であり、KL[−]は、位相進みフィルタのゲインであり、γ[−]は、位相進みフィルタの補正係数であり(γ<1)、TL[−]は、位相進みフィルタの時定数である。また、(25)式は、伝達関数がL(s)の位相進みフィルタにより位相補償がなされた、中心角周波数ωのノッチフィルタの伝達関数FL(s)を示すものである。 In equations (25) and (26), L (s) is the transfer function of the phase advance filter, K L [−] is the gain of the phase advance filter, and γ [−] is the phase advance filter gain. It is a correction coefficient (γ <1), and T L [−] is a time constant of the phase advance filter. Equation (25) represents a transfer function F L (s) of a notch filter having a center angular frequency ω, which has been phase compensated by a phase advance filter having a transfer function L (s).

本実施形態では、位相進みフィルタは、以下の(a1)、(b1)、及び(c1)が成り立つように設計される。
(a1) 中心角周波数ωにおいて位相進み量αを最大とする。
(b1) 中心角周波数ωにおける位相進みフィルタのゲインを1とする。
(c1) 中心角周波数ωにおける位相進み量αを三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)の位相遅れ量に一致させる。
このように位相進みフィルタを設計することで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる遅れ要素(Mフィルタ74bの伝達関数M(s)をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)により生じる位相遅れを位相進みフィルタで補償することができ、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を、中心角周波数ωのノッチフィルタの伝達関数F(s)に漸近させることができる。
In the present embodiment, the phase advance filter is designed so that the following (a1), (b1), and (c1) are established.
(A1) The phase advance amount α is maximized at the central angular frequency ω.
(B1) The gain of the phase advance filter at the center angular frequency ω is set to 1.
(C1) The phase advance amount α at the central angular frequency ω is matched with the phase delay amount of the third-order lag element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ).
By designing the phase advance filter in this way, the delay element included in the transfer function N (s) of the N filter 74c (introduced to make the transfer function M (s) of the M filter 74b a proper transfer function). The phase lag caused by the third -order lag element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) can be compensated by the phase advance filter, and the frequency characteristic of (1−N (s) · Q (s)) It can be asymptotic to the transfer function F (s) of the notch filter of frequency ω.

<Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の設計方法>
次に、(24)式に示すQフィルタ74aの伝達関数Q(s)の設計方法の一例について説明する。
(7)式〜(9)式に示したように、図13におけるフィードバック制御器70が、加算器72、開度演算部73、補正量演算部74及び加算器75で構成されるとしたときの感度関数S(s)は、図13におけるフィードバック制御器70が、開度演算部73のみで構成されるとしたときの感度関数S(s)に対して、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性が重畳される。
本実施形態では、(N(s)・Q(s))の周波数特性を、以下の(27)式に示す、位相進みフィルタにより位相補償がなされた帯域通過フィルタの伝達関数FBL(s)に漸近させるようにする。ここで、帯域通過フィルタは、中心角周波数ωを中心とした局所的な周波数の信号を通過させるフィルタである。
<Design Method of Transfer Function Q (s) of Q Filter 74a>
Next, an example of a method for designing the transfer function Q (s) of the Q filter 74a shown in Expression (24) will be described.
As shown in the equations (7) to (9), when the feedback controller 70 in FIG. 13 includes an adder 72, an opening calculation unit 73, a correction amount calculation unit 74, and an adder 75. The sensitivity function S (s) of FIG. 13 is (1−N (s) .multidot.s) with respect to the sensitivity function S (s) when the feedback controller 70 in FIG. The frequency characteristic of Q (s)) is superimposed.
In the present embodiment, the frequency function of (N (s) · Q (s)) is expressed by the following equation (27), and the transfer function F BL (s) of the band-pass filter that is phase-compensated by the phase advance filter: Asymptotically. Here, the band pass filter is a filter that passes a signal having a local frequency centered on the central angular frequency ω.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(27)式に示すように、位相進みフィルタにより位相補償がなされた帯域通過フィルタの伝達関数FBL(s)は、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)により生じる位相遅れを補償する位相進みフィルタの伝達関数L(s)と帯域通過フィルタの伝達関数との積で表される。
この結果、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を、中心角周波数ωのノッチフィルタの伝達関数F(s)に漸近させることになる。
したがって、本実施形態のQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を求めるためのモデルマッチング問題は、以下の(28)式の評価関数Jの値を最小化する準最適解であるQ(s)を求める問題として定式化される。
As shown in equation (27), the transfer function F BL (s) of the bandpass filter that has been phase compensated by the phase advance filter is a third-order lag element (= 1) included in the transfer function N (s) of the N filter 74c. / (1 + T M · s) 3 ) is represented by the product of the transfer function L (s) of the phase advance filter that compensates for the phase delay caused by / and the transfer function of the bandpass filter.
As a result, the frequency characteristic of (1-N (s) · Q (s)) is made asymptotic to the transfer function F (s) of the notch filter having the central angular frequency ω.
Therefore, the model matching problem for obtaining the transfer function Q (s) of the Q filter 74a of the present embodiment is a suboptimal solution that minimizes the value of the evaluation function J in the following equation (28). Is formulated as a problem to find

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(28)式に示す評価関数Jは、位相進みフィルタにより位相補償がなされた帯域通過フィルタの伝達関数FBL(s)と、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)とQフィルタ74aの伝達関数Q(s)との積N(s)・Q(s)との差分が小さいほど値が小さくなる(評価が高くなる)評価関数である。
Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を求めるためのモデルマッチング問題は、例えば、「アドバンス制御のためのシステム制御理論(前田肇,杉江俊治著、朝倉書店、1990年)」の「7.3.補完極値問題に記述されるネバンリナ・ピック アルゴリズム」に記載された方法により解くことができる。
ここで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)が1つの不安定零点2/TNを持つことに注目すると、以下の(29)式に示す解析解が得られる。
The evaluation function J shown in the equation (28) includes the transfer function F BL (s) of the bandpass filter that has been phase compensated by the phase advance filter, the transfer function N (s) of the N filter 74c, and the transfer function of the Q filter 74a. The evaluation function is such that the smaller the difference between Q (s) and the product N (s) · Q (s), the smaller the value (the higher the evaluation).
The model matching problem for obtaining the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is, for example, “7.3” in “System Control Theory for Advanced Control (by Maeda Atsushi, Toshiharu Sugie, Asakura Shoten, 1990)”. It can be solved by the method described in “The Nevanrina-Pick Algorithm Described in the Complementary Extreme Value Problem”.
Here, paying attention to the fact that the transfer function N (s) of the N filter 74c has one unstable zero 2 / TN , an analytical solution shown in the following equation (29) is obtained.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

しかしながら、(29)式において、1/N(s)はプロパーな伝達関数ではないため、(29)式に、時定数をTMとする一次遅れ要素を重畳して、以下の(30)式のように、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)をプロパーな伝達関数とする。尚、時定数TMは、外乱dの周波数帯域に対応する時間の5〜10倍の値にすることができる。 However, in Equation (29), 1 / N (s) is not a proper transfer function. Therefore, the following equation (30) is obtained by superimposing a first-order lag element having a time constant T M on Equation (29). As shown, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is a proper transfer function. The time constant T M can be set to a value 5 to 10 times the time corresponding to the frequency band of the disturbance d.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(30)式と(21)式から、(24)式が得られる。
<位相進みフィルタの伝達関数L(s)の設計方法>
まず、中心角周波数ωにおける位相進み量αは、以下の(31)式で表される。
From equation (30) and equation (21), equation (24) is obtained.
<Design Method of Transfer Function L (s) of Phase Advance Filter>
First, the phase advance amount α at the central angular frequency ω is expressed by the following equation (31).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

次に、中心角周波数ωにおける位相進み量αを実現する位相進みフィルタの補正係数γを決定する。
位相進みフィルタL(s)における位相進み量φは、以下の(32)式で表される。したがって、位相進みフィルタL(s)における位相進み量φを最大化する位相進みフィルタの時定数TLは、以下の(33)式で表される。
Next, the correction coefficient γ of the phase advance filter that realizes the phase advance amount α at the center angular frequency ω is determined.
The phase advance amount φ in the phase advance filter L (s) is expressed by the following equation (32). Therefore, the time constant T L of the phase advance filter that maximizes the phase advance amount φ in the phase advance filter L (s) is expressed by the following equation (33).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(32)式及び(33)式より、中心角周波数ωにおける位相進み量αは、以下の(34)式のようになる。   From the equations (32) and (33), the phase advance amount α at the central angular frequency ω is expressed by the following equation (34).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

したがって、中心角周波数ωにおける位相進み量αが与えられると、以下の(35)式に示すように、γ<1の範囲のγを2次方程式の解として得ることができる。   Therefore, when the phase advance amount α at the central angular frequency ω is given, γ in the range of γ <1 can be obtained as a solution of the quadratic equation as shown in the following equation (35).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

次に、位相進み量を最大とする角周波数を中心角周波数ωとする位相進みフィルタの時定数TLを前述した(33)式により決定する。
最後に、中心角周波数ωにおけるゲインを1とする位相進みフィルタのゲインKLを決定する。(26)式より、以下の(36)式が得られるので、中心角周波数ωにおけるゲインを1とする位相進みフィルタのゲインKLは、以下の(37)式で表される。
Next, the time constant T L of the phase advance filter in which the angular frequency that maximizes the phase advance amount is the central angular frequency ω is determined by the above-described equation (33).
Finally, the gain K L of the phase advance filter with a gain of 1 at the central angular frequency ω is determined. Since the following equation (36) is obtained from the equation (26), the gain K L of the phase advance filter with the gain at the central angular frequency ω being 1 is represented by the following equation (37).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

以上のようにして、(26)式に示す位相進みフィルタの伝達関数L(s)の各係数KL、γ、TLが得られ、位相進みフィルタの伝達関数L(s)が設計される。
尚、(26)式は、中心角周波数ωにおける位相進み量αがπ/2以下(α≦π/2)である場合の位相進みフィルタの伝達関数L(s)である。中心角周波数ωにおける位相進み量αがπ/2を超える(α>π/2)場合には、1つの位相進みフィルタでπ/2を超える位相進み量を得ることができない。このため、位相進みフィルタを多段化する必要がある。例えば、中心角周波数ωにおける位相進み量αがπ/2超、π以下(π/2<α≦π)である場合の位相進みフィルタの伝達関数L(s)は、以下の(38)式で表される。この場合、1段の位相進みフィルタの位相進み量を、三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)の位相遅れ量の半分の位相遅れ量に一致させ(すなわち、1段の位相進みフィルタの位相進み量を、中心角周波数ωにおける位相進み量αを(31式)の右辺の1/2倍にし)、このような位相進みフィルタを2つ用いて、2段の位相進みフィルタを構成すればよい。
As described above, the coefficients K L , γ, and T L of the transfer function L (s) of the phase advance filter shown in the equation (26) are obtained, and the transfer function L (s) of the phase advance filter is designed. .
Equation (26) is a transfer function L (s) of the phase advance filter when the phase advance amount α at the central angular frequency ω is π / 2 or less (α ≦ π / 2). When the phase advance amount α at the central angular frequency ω exceeds π / 2 (α> π / 2), a phase advance amount exceeding π / 2 cannot be obtained with one phase advance filter. For this reason, it is necessary to multistage the phase advance filter. For example, when the phase advance amount α at the central angular frequency ω is greater than π / 2 and less than or equal to π (π / 2 <α ≦ π), the transfer function L (s) of the phase advance filter is expressed by the following equation (38): It is represented by In this case, the phase advance amount of the one-stage phase advance filter is made to coincide with the phase delay amount that is half of the phase delay amount of the third-order delay element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) (that is, the one-stage phase advance filter). The phase advance amount of the advance filter is set so that the phase advance amount α at the center angular frequency ω is ½ times the right side of (Equation 31)), and two such phase advance filters are used. May be configured.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

<本実施形態に至るまでの本発明者らの着想>
次に、以上のようにしてQフィルタ74aの伝達関数Q(s)、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、及びプラントモデル81の伝達関数PM(s)を決定するに至るまでに得た本発明者らの着想について説明し、本実施形態の特徴を明らかにする。
[第1の着想]
特許文献1に記載の技術では、(6)式及び(10)式に示すように、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を、中心角周波数ωのノッチフィルタの伝達関数に漸近させるようにして、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を設計する。
このことは、(N(s)・Q(s))の周波数特性を、以下の(39)式に示す帯域通過フィルタの伝達関数FB(s)に漸近させることと一致する。
<Concept of the present inventors up to the present embodiment>
Next, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a, the transfer function N (s) of the N filter 74c, and the transfer function P M (s) of the plant model 81 are determined as described above. The idea of the present inventors will be described to clarify the features of this embodiment.
[First idea]
In the technique described in Patent Document 1, the frequency characteristics of (1-N (s) · Q (s)) are transferred to the notch filter having the central angular frequency ω as shown in the equations (6) and (10). The transfer function Q (s) of the Q filter 74a is designed so as to be asymptotic to the function.
This coincides with making the frequency characteristic of (N (s) · Q (s)) asymptotic to the transfer function F B (s) of the bandpass filter shown in the following equation (39).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

ここで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)とMフィルタ74bの伝達関数M(s)だけを(14)式、(15)式に示すようにして高次化し、特許文献1に記載の手法でQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を求めると、結果として、以下の(40)式((24)式と同じ結果)が得られる。   Here, only the transfer function N (s) of the N filter 74c and the transfer function M (s) of the M filter 74b are increased as shown in the equations (14) and (15). When the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is obtained by the technique, the following expression (40) (the same result as expression (24)) is obtained as a result.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

以上のようにしてプラントモデル81の伝達関数PM(s)を高次化し、その結果を解析することで(図4〜図6を参照)、本発明者らは、特許文献1に記載の技術を用いて短周期の湯面レベルの変動を抑制しようとした場合に生じる、当該周期付近の高周波の湯面レベルの変動を抑制することができることを見出した。
一方、本発明者らは、(N(s)・Q(s))の周波数特性を帯域通過フィルタの伝達関数FB(s)に漸近させるようにモデルマッチング問題を解くと、感度関数S(s)のゲインは、中心角周波数ωで低下せずに中心角周波数ωよりも低い角周波数で低下し、位相遅れが生じてしまうことを見出した。このことから、本発明者らは、(27)式、(28)式に示すように、(N(s)・Q(s))の周波数特性を、位相進みフィルタを重畳させた帯域通過フィルタの伝達関数FBL(s)に漸近させるようにモデルマッチング問題を解くという着想を得た。
As described above, the transfer function P M (s) of the plant model 81 is made higher order and the result is analyzed (see FIGS. 4 to 6). It has been found that the fluctuation of the hot water level in the vicinity of the cycle, which occurs when the technique is used to suppress the fluctuation of the hot water level in a short cycle, can be suppressed.
On the other hand, when the present inventors solve the model matching problem so that the frequency characteristic of (N (s) · Q (s)) is asymptotic to the transfer function F B (s) of the bandpass filter, the sensitivity function S ( It has been found that the gain of s) does not decrease at the central angular frequency ω but decreases at an angular frequency lower than the central angular frequency ω, resulting in a phase delay. From this, the present inventors, as shown in the equations (27) and (28), have a band pass filter in which the frequency characteristics of (N (s) · Q (s)) are superimposed on the phase advance filter. The idea was to solve the model matching problem so as to be asymptotic to the transfer function F BL (s).

[第2の着想]
また、本発明者らは、プラントモデル81の伝達関数PM(s)にむだ時間TNに基づくむだ時間要素がない場合のQフィルタ74aの伝達関数Q(s)についての考察を行った。この場合のプラントモデル81の伝達関数PM(s)は、以下の(41)式で表され、Mフィルタ74b、及びNフィルタ74cの伝達関数M(s)、N(s)は、それぞれ、以下の(42)式、(43)式で表される。
[Second idea]
Further, the present inventors have considered the transfer function Q (s) of the Q filter 74a when the transfer function P M (s) of the plant model 81 has no time delay element based on the time delay T N. The transfer function P M (s) of the plant model 81 in this case is expressed by the following equation (41), and the transfer functions M (s) and N (s) of the M filter 74b and the N filter 74c are respectively It is represented by the following formulas (42) and (43).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

また、この場合のQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を求めるためのモデルマッチング問題は、以下の(44)式の評価関数Jの値を最小化する準最適解であるQ(s)を求める問題として定式化される。   Further, the model matching problem for obtaining the transfer function Q (s) of the Q filter 74a in this case is Q (s), which is a suboptimal solution that minimizes the value of the evaluation function J in the following equation (44). It is formulated as a problem to be sought.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

ここで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)は、不安定零点を持たない伝達関数であるので、(44)式の評価関数Jを0(J=0)とするQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を、以下の(45)式のように直ちに求められる。   Here, since the transfer function N (s) of the N filter 74c is a transfer function having no unstable zeros, the transfer function of the Q filter 74a in which the evaluation function J of the equation (44) is 0 (J = 0). Q (s) is immediately obtained as in the following equation (45).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

しかしながら、(45)式において、1/N(s)はプロパーな伝達関数ではないため、(45)式に、時定数をTMとする三次遅れ要素を重畳して、以下の(46)式のように、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)をプロパーな伝達関数とする。 However, in Equation (45), 1 / N (s) is not a proper transfer function. Therefore, the following equation (46) is obtained by superimposing a third-order lag element having a time constant T M on Equation (45). As shown, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is a proper transfer function.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

このとき、感度関数S(s)のゲインは、中心角周波数ωにおいて低下しない。これは、モデルマッチングに基づく設計で得られるQフィルタ74aの伝達関数Q(s)による制御における位相遅れの原因が、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)にあることを意味する。このことから、本発明者らは、位相進みフィルタで補償すべき位相遅れ量を、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)にすればよいという着想を得た。
一方、前述したように、特許文献2の記載を基にした技術では、位相進みフィルタにより、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる要素の全て(むだ時間TNに基づくむだ時間要素(=exp(−TN・s))と、三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)により生じる位相遅れを補償するので、むだ時間TNに基づくむだ時間要素(=exp(−TN・s)の分だけ、余計に位相補償を行うことになる。
At this time, the gain of the sensitivity function S (s) does not decrease at the central angular frequency ω. This is because the cause of the phase delay in the control by the transfer function Q (s) of the Q filter 74a obtained by the design based on the model matching is the third-order delay element (= 1/1 /) included in the transfer function N (s) of the N filter 74c. (1 + T M · s) 3 ). From this, the present inventors set the third order delay element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) included in the transfer function N (s) of the N filter 74c as the amount of phase delay to be compensated by the phase advance filter. I got the idea that I should do it.
On the other hand, as described above, in the technique based on the description in Patent Document 2, all the elements included in the transfer function N (s) of the N filter 74c (dead time element based on the dead time T N ) are obtained by the phase advance filter. (= exp (-T N · s )) and, since to compensate for the phase lag caused by the tertiary delay element (= 1 / (1 + T M · s) 3), dead time element based on dead time T N (= exp ( -T N · s), extra phase compensation is performed.

<有用性>
図4は、本実施形態における感度関数S(s)の振幅(湯面レベル)と周波数との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図5は、本実施形態における伝達関数T´(s)の振幅(開度指令)と周波数との関係を示す図である。図6は、本実施形態における湯面レベルと時間との関係を示す図である。
ここで、伝達関数T´(s)は、前述したように、湯面レベルの外乱dから開度指令uへの伝達関数であり、以下の(47)式で定義される。
<Usefulness>
FIG. 4 is a diagram showing the result of simulating the relationship between the amplitude (water surface level) of the sensitivity function S (s) and the frequency in the present embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amplitude (opening command) of the transfer function T ′ (s) and the frequency in the present embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the hot water level and time in the present embodiment.
Here, as described above, the transfer function T ′ (s) is a transfer function from the disturbance level d to the opening degree command u, and is defined by the following equation (47).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

図4、図5、図6は、中心角周波数ωを2×π×(1/3)[rad/sec]とし、出力ゲインKQを1.00[−]とし、湯面レベルの変動の減衰係数ηを0.33[−]としてコンピュータによるシミュレーションを行った結果を示す。また、図4、図5、図6では、開度演算部73のみでフィードバック制御器70を構成した場合の結果(Qなし)と、特許文献2の記載を基にした技術を用いた場合の結果(特許文献2)も併せて示す。尚、それぞれの結果において共通するパラメータについては同じ値を使用した。 4, 5, and 6, the center angular frequency ω is 2 × π × (1/3) [rad / sec], the output gain K Q is 1.00 [−], and the fluctuation of the melt level is changed. The result of computer simulation with the attenuation coefficient η set to 0.33 [−] is shown. 4, 5, and 6, the results when the feedback controller 70 is configured only by the opening degree calculation unit 73 (without Q) and the technique based on the description in Patent Document 2 are used. The results (Patent Document 2) are also shown. In addition, the same value was used about the parameter which is common in each result.

図4に示すように、本実施形態では、特許文献2の記載を基にした技術に比べ、感度関数S(s)については、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])、すなわち中心角周波数ωの近傍において、湯面レベルの変動を低減させる能力が若干劣る。また、図6に示すように、本実施形態では、特許文献2の記載を基にした技術に比べ、3秒周期の湯面レベルの変動を低減させる能力が若干劣る。ただし、図4に示すように、本実施形態の方が、特許文献2の記載を基にした技術に比べ、高周波数領域における湯面レベルの変動を低減させることができる。   As shown in FIG. 4, in this embodiment, compared with the technique based on the description of Patent Document 2, the sensitivity function S (s) has a frequency (1) corresponding to the fluctuation period of the molten metal surface level to be suppressed. / 3 [Hz]), that is, in the vicinity of the central angular frequency ω, the ability to reduce the fluctuation of the molten metal surface level is slightly inferior. Moreover, as shown in FIG. 6, in this embodiment, compared with the technique based on description of patent document 2, the capability to reduce the fluctuation | variation of the hot_water | molten_metal surface level of a 3 second period is a little inferior. However, as shown in FIG. 4, the present embodiment can reduce the fluctuation of the molten metal surface level in the high frequency region as compared with the technique based on the description of Patent Document 2.

一方、図5に示すように、伝達関数T´(s)を比較すると、本実施形態では、特許文献2の記載を基にした技術に比べ、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])よりも高い周波数領域で、開度指令が増大することを抑制することができる。
このことは、本実施形態のQフィルタ74aの伝達関数Q(s)の有用性を示すものである。すなわち、本実施形態では、鋳型1内の溶湯2の流動に撹拌流を付与する電磁力装置を用いることにより湯面の波立ちの影響を無視できない場合においても、高周波の制御出力を抑制することができる。このことは、本実施形態のQフィルタ74aの伝達関数Q(s)の適用可能な操業条件、設備条件が広がることを意味する。
また、特許文献2の記載を基にした技術と異なり、むだ時間TNに基づくむだ時間要素の伝達関数の一次のパデ近似を用いることで、制御器の次数(Nフィルタ74cの次数)を削減することができる。さらに、特許文献2の記載を基にした技術と異なり、離散時間の伝達関数に変換せずに連続時間の伝達関数を用いることも、制御器の次数の削減に寄与する。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the transfer function T ′ (s) is compared, in the present embodiment, compared to the technique based on the description in Patent Document 2, it corresponds to the fluctuation level of the molten metal level to be suppressed. An increase in the opening degree command can be suppressed in a frequency region higher than the frequency to be performed (1/3 [Hz]).
This indicates the usefulness of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a of this embodiment. That is, in the present embodiment, the use of an electromagnetic force device that applies a stirring flow to the flow of the molten metal 2 in the mold 1 can suppress the high-frequency control output even when the influence of the ripples on the molten metal surface cannot be ignored. it can. This means that operating conditions and equipment conditions to which the transfer function Q (s) of the Q filter 74a of this embodiment can be applied are expanded.
Further, unlike the technique based on the description in Patent Document 2, the order of the controller (the order of the N filter 74c) is reduced by using the first-order Padé approximation of the transfer function of the time delay element based on the time delay T N. can do. Furthermore, unlike the technique based on the description in Patent Document 2, using a continuous-time transfer function without converting to a discrete-time transfer function also contributes to a reduction in the order of the controller.

以上のように本実施形態では、プロセスゲインKK/Aと、積分要素1/sと、一次のパテ近似としたむだ時間TNに基づくむだ時間要素と、開閉用アクチュエータ(油圧シリンダ)31による一次遅れ要素と、レベル計6による一次遅れ要素との積でプラントモデル81の伝達関数PM(s)を表現する。Mフィルタ74bの伝達関数M(s)とNフィルタ74cの伝達関数N(s)を、プラントモデル81の伝達関数PM(s)の既約分解として構成する。また、位相進みフィルタの伝達関数と中心角周波数ωの帯域通過フィルタの伝達関数との積からなるフィルタの伝達関数FBL(s)と、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)とQフィルタ74aの伝達関数Q(s)との積と、の差分が小さいほど値が小さくなる評価関数Jの値が最小になるときのQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を導出する。ここで、位相進みフィルタは、中心角周波数ωにおける位相進み量が最大となり、中心角周波数ωにおけるゲインが1となり、中心角周波数ωにおける位相進み量がNフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)の位相遅れ量と一致するように設計される。
したがって、鋳型の内部の湯面レベルの周期的な変動を抑制することと、高周波数領域において制御出力を抑制することと、制御器の次数を低減することと、を同時に実現することができる。
尚、本実施形態では、むだ時間TNに基づくむだ時間要素の伝達関数の一次のパデ近似としたが、二次以上のパデ近似を採用してもよい。
As described above, in the present embodiment, the process gain KK / A, the integral element 1 / s, the dead time element based on the dead time T N as a first-order putty approximation, and the primary by the opening / closing actuator (hydraulic cylinder) 31 are used. The transfer function P M (s) of the plant model 81 is expressed by the product of the delay element and the first-order delay element by the level meter 6. The transfer function M (s) of the M filter 74b and the transfer function N (s) of the N filter 74c are configured as an irreducible decomposition of the transfer function P M (s) of the plant model 81. Further, the transfer function F BL (s) of the filter formed by the product of the transfer function of the phase advance filter and the transfer function of the bandpass filter having the center angular frequency ω, the transfer function N (s) of the N filter 74c, and the Q filter 74a. The transfer function Q (s) of the Q filter 74a when the value of the evaluation function J that becomes smaller as the difference between the product and the product of the transfer function Q (s) becomes smaller is derived. Here, the phase advance filter has the maximum phase advance amount at the central angular frequency ω, the gain at the central angular frequency ω becomes 1, and the phase advance amount at the central angular frequency ω becomes the transfer function N (s) of the N filter 74c. It is designed to match the phase delay amount of the included third-order lag element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ).
Therefore, it is possible to simultaneously realize the suppression of the periodic fluctuation of the molten metal surface level inside the mold, the suppression of the control output in the high frequency region, and the reduction of the order of the controller.
In this embodiment, the first-order padé approximation of the transfer function of the dead time element based on the dead time T N is used, but a second-order or higher-order Padé approximation may be adopted.

(第2の実施形態)
次に、本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態では、高周波数領域における制御出力の更なる抑制と、中心角周波数ωにおける湯面レベルの変動の更なる低下を実現するために、以下の(a2)、(b2)、及び(c2)のようにする。
(Second Embodiment)
Next, a first embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the following (a2), (b2), and (c2) are performed in order to further suppress the control output in the high frequency region and further reduce the fluctuation of the molten metal surface level at the central angular frequency ω. ).

(a2) 評価関数Jに重み係数W(s)を導入してモデルマッチング問題を定式化する。これにより、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の高周波数領域におけるゲインを抑制することができる。
(b2) 位相進みフィルタのL(s)の位相進み量を、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)の3次遅れ要素による遅れから重み関数W(s)の位相進み量を差し引いたものとする。これにより、中心角周波数ωにおける感度関数S(s)のゲインを最小化することができる。
(c2) Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の中心角周波数ωにおけるゲインが1.00となるように、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の出力ゲインKQを補正する。これにより、出力ゲインKQを1.00とするときに、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の中心角周波数ωにおけるゲインを1.00とすることができ、制御の安定性を確保しながら、中心角周波数ωにおける感度関数S(s)のゲインを最小化することができる。
(A2) The model matching problem is formulated by introducing a weighting factor W (s) into the evaluation function J. Thereby, the gain in the high frequency region of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a can be suppressed.
(B2) The phase advance amount of L (s) of the phase advance filter is obtained by subtracting the phase advance amount of the weight function W (s) from the delay due to the third-order delay element of the transfer function N (s) of the N filter 74c. To do. Thereby, the gain of the sensitivity function S (s) at the central angular frequency ω can be minimized.
(C2) Q such that the gain at the center angular frequency ω of the transfer function Q of the filter 74a (s) is 1.00, corrects the output gain K Q of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a. As a result, when the output gain K Q is set to 1.00, the gain at the central angular frequency ω of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a can be set to 1.00, and the stability of the control is ensured. However, the gain of the sensitivity function S (s) at the central angular frequency ω can be minimized.

このように本実施形態と第1の実施形態とは、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分についての詳細な説明を省略する。また、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、図10及び図12に付した符号を用いて説明を行う。   Thus, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is mainly different between the present embodiment and the first embodiment. Therefore, in the description of the present embodiment, detailed description of the same parts as those of the first embodiment is omitted. Also in the present embodiment, description will be made using the reference numerals attached to FIGS. 10 and 12 as in the first embodiment.

プラントモデル81の伝達関数PM(s)、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)、Mフィルタ74bの伝達関数M(s)は、第1の実施形態と同じである((20)式、(21)式、(22)式を参照)。
<Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)>
本実施形態では、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を、以下の(48)式〜(51)式で表す。
The transfer function P M (s) of the plant model 81, the transfer function N (s) of the N filter 74c, and the transfer function M (s) of the M filter 74b are the same as in the first embodiment (Equation (20)) (See formula (21), formula (22)).
<Transfer function Q (s) of Q filter 74a>
In the present embodiment, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is expressed by the following equations (48) to (51).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(51)式のL(s)は、位相進みフィルタの伝達関数であり、KL[−]は、位相進みフィルタのゲインであり、γ[−]は、位相進みフィルタの補正係数であり(γ<1)、TL[−]は、位相進みフィルタの時定数である。
本実施形態では、位相進みフィルタは、以下の(a3)、(b3)、及び(c3)が成り立つように設計される。
(a3) 中心角周波数ωにおいて位相進み量αを最大とする。
(b3) 中心角周波数ωにおける位相進みフィルタのゲインを1とする。
(c3) 中心角周波数ωにおける位相進み量αを、三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)から重み関数W(s)の位相進み量を差し引いたものと一致させる。
In equation (51), L (s) is the transfer function of the phase advance filter, K L [−] is the gain of the phase advance filter, and γ [−] is the correction coefficient of the phase advance filter ( γ <1) and T L [−] are time constants of the phase advance filter.
In the present embodiment, the phase advance filter is designed so that the following (a3), (b3), and (c3) are satisfied.
(A3) The phase advance amount α is maximized at the central angular frequency ω.
(B3) The gain of the phase advance filter at the central angular frequency ω is set to 1.
(C3) The phase advance amount α at the central angular frequency ω is made to coincide with the value obtained by subtracting the phase advance amount of the weighting function W (s) from the third -order lag element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ).

このようにして位相進みフィルタを設計することで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる遅れ要素(Mフィルタ74bの伝達関数M(s)をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)から重み関数W(s)の位相進み量を差し引いたものを補償することができ、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を、中心角周波数ωのノッチフィルタの伝達関数F(s)に漸近させることができる。
尚、前記(a3)及び(b3)は、第1の実施形態の位相進みフィルタの設計方針である前記(a1)及び(b1)と同じである。
また、(49)式において、KQV[−]は、出力ゲイン補正係数であり、以下の(52)式〜(54)式で表される。
By designing the phase lead filter in this way, the delay element included in the transfer function N (s) of the N filter 74c (the transfer function M (s) of the M filter 74b is introduced to become a proper transfer function). The third-order lag element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) minus the phase advance amount of the weighting function W (s) can be compensated, and (1−N (s) · Q (s) ) Can be made asymptotic to the transfer function F (s) of the notch filter having the central angular frequency ω.
Note that (a3) and (b3) are the same as (a1) and (b1), which are the design policies of the phase advance filter of the first embodiment.
In the equation (49), K QV [−] is an output gain correction coefficient, and is expressed by the following equations (52) to (54).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

出力ゲイン補正係数KQVは、(49)式のフィルタの伝達関数FL(s)の出力ゲインKQと出力ゲイン補正係数KQVとの積が1.00とした場合に得られるQフィルタ74aの伝達関数Q(s)の中心角周波数ωにおけるゲインの逆数である。出力ゲイン補正係数KQVを導入することにより、出力ゲインKQが1.00のときに、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の中心角周波数ωにおけるゲインは1.00となる。
また、(50)式において、ZWは、重み関数W(s)の零点の大きさであり、PWは、重み関数W(s)の極の大きさである。重み関数W(s)の零点の大きさZWは、0を上回り、且つ、重み関数W(s)の極の大きさを下回る値をとる(0<ZW<PW)。
このように、重み関数W(s)を、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが増加する領域を含み、且つ、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが減少する領域を含まない広義単調増加関数とすることで、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の高周波数領域におけるゲインを低減させることができる。
The output gain correction coefficient K QV is a Q filter 74a obtained when the product of the output gain K Q and the output gain correction coefficient K QV of the filter transfer function F L (s) in equation (49) is 1.00. Is the reciprocal of the gain at the central angular frequency ω of the transfer function Q (s). By introducing the output gain correction coefficient K QV , when the output gain K Q is 1.00, the gain at the center angular frequency ω of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a becomes 1.00.
In Equation (50), Z W is the size of the zero point of the weight function W (s), and P W is the size of the pole of the weight function W (s). The size Z W of the zero point of the weight function W (s) is greater than 0 and takes a value less than the size of the pole of the weight function W (s) (0 <Z W <P W ).
Thus, the weighting function W (s) includes a region where the gain increases from the low frequency region toward the high frequency region, and the gain decreases from the low frequency region toward the high frequency region. By using a broadly monotonically increasing function that does not include a region, the gain in the high frequency region of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a can be reduced.

<Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の設計方法>
次に、(48)式に示すQフィルタ74aの伝達関数Q(s)の設計方法の一例について説明する。
前述したように、図13におけるフィードバック制御器70が、加算器72、開度演算部73、補正量演算部74及び加算器75で構成されるとしたときの感度関数S(s)は、(9)式で表される。
本実施形態では、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性を、以下の(55)式に示す、位相進みフィルタで位相補償がなされたノッチフィルタの伝達関数FL(s)に漸近させるようにする。
<Design Method of Transfer Function Q (s) of Q Filter 74a>
Next, an example of a method for designing the transfer function Q (s) of the Q filter 74a shown in Expression (48) will be described.
As described above, the sensitivity function S (s) when the feedback controller 70 in FIG. 13 includes the adder 72, the opening calculation unit 73, the correction amount calculation unit 74, and the adder 75 is ( 9) It is expressed by the formula.
In the present embodiment, the frequency function of (1-N (s) · Q (s)) is expressed by the following equation (55), and the transfer function F L (s ) Asymptotically.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(55)式は、ノッチフィルタに対して、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)により生じる位相遅れ量から重み関数W(s)により生じる位相進み量を差し引いたものを補償する位相進みフィルタを適用したフィルタの伝達関数FL(s)を示すものである。
本実施形態のQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を求めるためのモデルマッチング問題は、以下の(56)式の評価関数Jの値を最小化する準最適解であるQ(s)を求める問題として定式化される。
Equation (55) is obtained by calculating the weighting function W () from the phase delay amount generated by the third -order delay element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) included in the transfer function N (s) of the N filter 74c. 2 shows a transfer function F L (s) of a filter to which a phase advance filter that compensates for the amount obtained by subtracting the amount of phase advance caused by s) is applied.
The model matching problem for obtaining the transfer function Q (s) of the Q filter 74a of the present embodiment obtains Q (s) that is a suboptimal solution that minimizes the value of the evaluation function J of the following equation (56). Formulated as a problem.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(56)式に示す評価関数は、位相進みフィルタにより位相補償がなされた帯域通過フィルタの伝達関数((54)式の右辺第2項)と、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)とQフィルタ74aの伝達関数Q(s)との積N(s)・Q(s)との差分に、重み係数W(s)を掛けた値が小さいほど値が小さくなる(評価が高くなる)評価関数である。
Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)を求めるためのモデルマッチング問題は、例えば、「アドバンス制御のためのシステム制御理論(前田肇,杉江俊治著、朝倉書店、1990年)」の「7.3.補完極値問題に記述されるネバンリナ・ピック アルゴリズム」に記載された方法により解くことができる。
ここで、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)が1つの不安定零点2/TNを持つことに注目すると、以下の(57)式に示す解析解が得られる。
The evaluation function shown in the equation (56) includes the transfer function of the bandpass filter that has been phase-compensated by the phase advance filter (the second term on the right side of the equation (54)), and the transfer function N (s) and Q of the N filter 74c. Evaluation that the smaller the value obtained by multiplying the difference between the product N (s) and Q (s) by the transfer function Q (s) of the filter 74a and the weighting coefficient W (s), the smaller the value (the higher the evaluation). It is a function.
The model matching problem for obtaining the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is, for example, “7.3” in “System Control Theory for Advanced Control (by Maeda Atsushi, Toshiharu Sugie, Asakura Shoten, 1990)”. It can be solved by the method described in “The Nevanrina-Pick Algorithm Described in the Complementary Extreme Value Problem”.
Here, paying attention to the fact that the transfer function N (s) of the N filter 74c has one unstable zero 2 / TN , an analytical solution shown in the following equation (57) is obtained.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

しかしながら、(57)式において、1/N(s)はプロパーな伝達関数ではないため、(57)式に、時定数をTMとする一次遅れ要素を重畳して、以下の(58)式のように、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)をプロパーな伝達関数とする。 However, since 1 / N (s) is not a proper transfer function in the equation (57), the following equation (58) is obtained by superimposing a first-order lag element having a time constant T M on the equation (57). As shown, the transfer function Q (s) of the Q filter 74a is a proper transfer function.

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(58)式と(21)式から、(48)式が得られる。
<位相進みフィルタの伝達関数L(s)の設計方法>
中心角周波数ωにおける位相進み量αは、以下の(59)式で表される。
Equation (48) is obtained from Equation (58) and Equation (21).
<Design Method of Transfer Function L (s) of Phase Advance Filter>
The phase advance amount α at the central angular frequency ω is expressed by the following equation (59).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

位相進みフィルタの伝達関数L(s)のその他の設計方法は、第1の実施形態で説明したのと同じである。
すなわち、中心角周波数ωにおける位相進み量αを実現する位相進みフィルタの補正係数γを(35)式により決定する。位相進み量を最大とする角周波数を中心角周波数ωとする位相進みフィルタの時定数TLを(33)式により決定する。中心角周波数ωにおけるゲインを1とする位相進みフィルタのゲインKLを(37)式により決定する。
尚、(51)式は、中心角周波数ωにおける位相進み量αがπ/2以下(α≦π/2)である場合の位相進みフィルタの伝達関数L(s)である。中心角周波数ωにおける位相進み量αがπ/2を超える(α>π/2)場合には、第1の実施形態で説明したように、位相進みフィルタを多段化すればよい。
The other design method of the transfer function L (s) of the phase advance filter is the same as that described in the first embodiment.
That is, the correction coefficient γ of the phase advance filter that realizes the phase advance amount α at the center angular frequency ω is determined by the equation (35). The time constant T L of the phase advance filter having the central angular frequency ω as the angular frequency that maximizes the phase advance amount is determined by the equation (33). The gain K L of the phase-lead filter to the gain at the center angular frequency ω 1 is determined by the equation (37).
Equation (51) is a transfer function L (s) of the phase advance filter when the phase advance amount α at the central angular frequency ω is π / 2 or less (α ≦ π / 2). When the phase advance amount α at the central angular frequency ω exceeds π / 2 (α> π / 2), the phase advance filter may be multistaged as described in the first embodiment.

<本実施形態に至るまでの本発明者らの着想>
次に、以上のようにしてQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を決定するに至るまでに得た本発明者らの着想について説明し、本実施形態の特徴を明らかにする。
[第1の着想]
まず、位相進みフィルタの角周波数ωにおける位相進み量αを(31)式として、(48)式に示すQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を設計した。ただし、ここでは、簡単のために、(49)式の代わりに、以下の(60)式を用いた。
<Concept of the present inventors up to the present embodiment>
Next, the inventors' idea obtained up to the determination of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a as described above will be described, and the features of the present embodiment will be clarified.
[First idea]
First, assuming that the phase advance amount α at the angular frequency ω of the phase advance filter is the equation (31), the transfer function Q (s) of the Q filter 74a shown in the equation (48) is designed. However, for the sake of simplicity, the following equation (60) is used instead of equation (49).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

このとき、感度関数S(s)のゲインは、中心角周波数ωよりも高い角周波数で最小値になる。このことは、重み関数W(s)の導入により、位相進みが発生することを意味する。(1−N(s)・Q(s))の周波数特性の中心角周波数ωにおける位相進み量φは、以下の(61)式で表される。   At this time, the gain of the sensitivity function S (s) has a minimum value at an angular frequency higher than the central angular frequency ω. This means that phase lead occurs due to the introduction of the weight function W (s). The phase advance amount φ at the central angular frequency ω of the frequency characteristic of (1-N (s) · Q (s)) is expressed by the following equation (61).

Figure 0006256149
Figure 0006256149

(61)式の位相進み量φは、重み関数W(s)の中心角周波数ωにおける位相進み量に一致する。
このことから、本発明者らは、中心角周波数ωにおける位相進み量αを、(59)式のようにすればよいという着想を得た。
The phase advance amount φ in the equation (61) matches the phase advance amount at the central angular frequency ω of the weighting function W (s).
From this, the inventors obtained the idea that the phase advance amount α at the central angular frequency ω should be expressed by the equation (59).

[第2の着想]
まず、位相進みフィルタの角周波数ωにおける位相進み量αを(59)式として、(48)式に示すQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を設計した。ただし、ここでは、簡単のために、(49)式の代わりに、(60)式を用いた。
このとき、感度関数S(s)のゲインは、中心角周波数ωで最小値になる。一方、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)のゲインは、中心角周波数ωで最大になるが、その値は、1.00未満になる。
Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)は、正帰還にて中心角周波数ωにおける発振を促すフィルタとして機能する。したがって、(1−N(s)・Q(s))の周波数特性は、中心角周波数ωのノッチフィルタに近似される。このことは、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の周波数特性の中心角周波数ωにおけるゲインをできる限り1.00に近づけるのが望ましいことを意味する。
そこで、本発明者らは、出力ゲインKQを1.00とするときに、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の周波数特性の中心角周波数ωにおけるゲインが1.00となるように補正する出力ゲイン補正係数KQVを導入すればよいという着想を得た。
[Second idea]
First, assuming that the phase advance amount α at the angular frequency ω of the phase advance filter is the equation (59), the transfer function Q (s) of the Q filter 74a shown in the equation (48) is designed. However, here, for the sake of simplicity, the equation (60) is used instead of the equation (49).
At this time, the gain of the sensitivity function S (s) has a minimum value at the central angular frequency ω. On the other hand, the gain of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a becomes maximum at the central angular frequency ω, but its value is less than 1.00.
The transfer function Q (s) of the Q filter 74a functions as a filter that promotes oscillation at the center angular frequency ω by positive feedback. Therefore, the frequency characteristic of (1-N (s) · Q (s)) is approximated to a notch filter having a central angular frequency ω. This means that it is desirable to make the gain at the central angular frequency ω of the frequency characteristic of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a as close to 1.00 as possible.
Therefore, the present inventors correct the gain at the central angular frequency ω of the frequency characteristic of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a to be 1.00 when the output gain K Q is set to 1.00. The idea was to introduce an output gain correction coefficient K QV to be used.

<有用性>
図7は、本実施形態における感度関数S(s)の振幅(湯面レベル)と周波数との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図8は、本実施形態における伝達関数T´(s)の振幅(開度指令)と周波数との関係を示す図である。図9は、本実施形態における湯面レベルと時間との関係を示す図である。
ここで、伝達関数T´(s)は、前述したように、湯面レベルの外乱dから開度指令uへの伝達関数であり、(47)式で定義される。
<Usefulness>
FIG. 7 is a diagram illustrating a result of simulating the relationship between the amplitude (water surface level) of the sensitivity function S (s) and the frequency in the present embodiment. FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the amplitude (opening command) of the transfer function T ′ (s) and the frequency in the present embodiment. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the hot water level and time in the present embodiment.
Here, as described above, the transfer function T ′ (s) is a transfer function from the melt level disturbance d to the opening degree command u, and is defined by the equation (47).

図7、図8、図9は、中心角周波数ωを2×π×(1/3)[rad/sec]とし、出力ゲインKQを1.00[−]とし、湯面レベルの変動の減衰係数ηを0.33[−]としてコンピュータによるシミュレーションを行った結果を示す。また、図7、図8、図9では、開度演算部73のみでフィードバック制御器70を構成した場合の結果(Qなし)と、特許文献2の記載を基にした技術を用いた場合の結果(特許文献2)も併せて示す。尚、それぞれの結果において共通するパラメータについては同じ値を使用した。 7, 8, and 9, the center angular frequency ω is 2 × π × (1/3) [rad / sec], the output gain K Q is 1.00 [−], and the fluctuation of the melt level is changed. The result of computer simulation with the attenuation coefficient η set to 0.33 [−] is shown. 7, 8, and 9, the result when the feedback controller 70 is configured only by the opening calculation unit 73 (without Q) and the case where the technique based on the description in Patent Document 2 is used. The results (Patent Document 2) are also shown. In addition, the same value was used about the parameter which is common in each result.

図7に示すように、感度関数S(s)を比較すると、本実施形態では、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])、すなわち中心角周波数ωの近傍において、湯面レベルの変動を低減させる能力を特許文献2の記載を基にした技術と同等にすることができる。また、図9に示すように、本実施形態では、3秒周期の湯面レベルの変動を低減させる能力も特許文献2の記載を基にした技術と同等にすることができる。   As shown in FIG. 7, when the sensitivity function S (s) is compared, in this embodiment, the frequency (1/3 [Hz]) corresponding to the fluctuation period of the molten metal level to be suppressed, that is, the central angular frequency ω. , The ability to reduce the fluctuation of the molten metal surface level can be made equivalent to the technology based on the description in Patent Document 2. Moreover, as shown in FIG. 9, in this embodiment, the capability to reduce the fluctuation | variation of the hot_water | molten_metal surface level of a 3 second period can also be made equivalent to the technique based on description of patent document 2. FIG.

また、図8に示すように、伝達関数T´(s)を比較すると、本実施形態では、特許文献2の記載を基にした技術に比べ、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])よりも高い周波数領域で、開度指令が増大することを抑制することができる。さらに、図6と図8とを比較すると、本実施形態では、第1の実施形態と比べても、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])よりも高い周波数領域で、開度指令が増大することを抑制することができる。
尚、本実施形態では、このように開度指令の増大を抑制した結果、図7に示すように、特許文献2の記載を基にした技術に比べ、抑制しようとする湯面レベルの変動周期に対応する周波数(1/3[Hz])、すなわち中心角周波数ωよりも低周波数側の領域で、湯面レベルの変動を低減させる能力が若干劣る。
Further, as shown in FIG. 8, when the transfer function T ′ (s) is compared, in the present embodiment, compared to the technique based on the description of Patent Document 2, it corresponds to the fluctuation cycle of the molten metal level to be suppressed. An increase in the opening degree command can be suppressed in a frequency region higher than the frequency to be performed (1/3 [Hz]). Further, comparing FIG. 6 with FIG. 8, in this embodiment, compared to the first embodiment, the frequency (1/3 [Hz]) corresponding to the fluctuation period of the molten metal level to be suppressed is compared. In the high frequency range, it is possible to suppress an increase in the opening degree command.
In the present embodiment, as a result of suppressing the increase in the opening degree command as described above, as shown in FIG. 7, as compared with the technique based on the description of Patent Document 2, the fluctuation level of the molten metal level to be suppressed The ability to reduce the fluctuation of the molten metal surface level is slightly inferior in the frequency corresponding to (1/3 [Hz]), that is, in the region on the lower frequency side than the central angular frequency ω.

以上のように本実施形態では、出力ゲインKQが1.00のときにQフィルタ74aの伝達関数Q(s)の中心角周波数ωにおけるゲインが1.00となるように出力ゲインKQを補正する出力ゲイン補正係数KQVを導入した帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積((49)式の右辺第2項)と、Nフィルタ74cの伝達関数N(s)とQフィルタ74aの伝達関数Q(s)との積と、の差分に、重み係数W(s)を掛けた値が小さいほど値が小さくなる評価関数Jの値が最小になるときのQフィルタ74aの伝達関数Q(s)を導出する。ここで、位相進みフィルタは、中心角周波数ωにおける位相進み量が最大となり、中心角周波数ωにおけるゲインが1となり、中心角周波数ωにおける位相進み量がNフィルタ74cの伝達関数N(s)に含まれる三次遅れ要素(=1/(1+TM・s)3)の位相遅れ量から重み関数W(s)の位相進み量を差し引いたものと一致するように設計される。また、重み関数W(s)は、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが増加する領域を含み、且つ、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが減少する領域を含まない関数である。
したがって、鋳型の内部の湯面レベルの周期的な変動と、高周波数領域における制御出力をより一層低減することができる。また、重み関数W(s)により、Qフィルタ74aの伝達関数Q(s)の高周波数領域におけるゲインを低減することができるので、モデル化誤差に起因して生じる湯面レベルのハンチングを回避することができる。
The above in this embodiment, as described, the output gain K Q output gain K Q such that the gain at the center angular frequency ω is 1.00 Q filter 74a transfer function Q (s) at 1.00 The product (the second term on the right side of the equation (49)) of the transfer function of the band pass filter and the transfer function of the phase advance filter in which the output gain correction coefficient K QV to be corrected is introduced, and the transfer function N (s) of the N filter 74c Filter when the value of the evaluation function J, which becomes smaller as the value obtained by multiplying the difference between the product of the Q and the transfer function Q (s) of the Q filter 74a by the weighting factor W (s), becomes the smallest The transfer function Q (s) of 74a is derived. Here, the phase advance filter has the maximum phase advance amount at the central angular frequency ω, the gain at the central angular frequency ω becomes 1, and the phase advance amount at the central angular frequency ω becomes the transfer function N (s) of the N filter 74c. It is designed to coincide with the phase delay amount of the included third-order delay element (= 1 / (1 + T M · s) 3 ) minus the phase advance amount of the weight function W (s). The weighting function W (s) includes a region where the gain increases from the low frequency region toward the high frequency region, and a region where the gain decreases from the low frequency region toward the high frequency region. It is a function that does not include.
Therefore, it is possible to further reduce the periodic fluctuation of the molten metal surface level inside the mold and the control output in the high frequency region. Further, since the gain in the high frequency region of the transfer function Q (s) of the Q filter 74a can be reduced by the weighting function W (s), the hunting of the molten metal surface level caused by the modeling error is avoided. be able to.

尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
The embodiment of the present invention described above can be realized by a computer executing a program. Further, a computer-readable recording medium in which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

1 鋳型
2 溶湯(溶融金属)
3 浸漬ノズル
4 鋳片
5 ガイドロール
6 レベル計
7 湯面レベル制御装置
20 タンディッシュ
30 スライディングノズル
31 開閉用アクチュエータ(油圧シリンダ)
71 減算器
72 加算器
73 開度演算部
74 補正量演算部
74a Qフィルタ
74b Mフィルタ
74c Nフィルタ
75 加算器
81 プラントモデル
82 加算器
1 Mold 2 Molten metal (molten metal)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Submerged nozzle 4 Cast slab 5 Guide roll 6 Level meter 7 Hot water level control device 20 Tundish 30 Sliding nozzle 31 Opening and closing actuator (hydraulic cylinder)
71 Subtractor 72 Adder 73 Opening Calculation Unit 74 Correction Amount Calculation Unit 74a Q Filter 74b M Filter 74c N Filter 75 Adder 81 Plant Model 82 Adder

Claims (5)

鋳型の内部の湯面レベルを検出する検出手段により操業中に検出された検出レベルと、予め定められた目標レベルとの偏差である湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記鋳型への注湯手段に必要とされる開度変更量を求める開度演算部と、
前記湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記湯面レベル偏差に加算する湯面レベル偏差補正量と、前記開度変更量に加算する開度補正量とをそれぞれ求める補正量演算部と、
前記湯面レベル偏差補正量と、前記湯面レベル偏差とを加算した値を、前記湯面レベル偏差の補正値として導出して前記開度演算部と前記補正量演算部に出力する第1の加算器と、
前記開度補正量と、前記開度変更量とを加算した値を、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令として導出して出力する第2の加算器と、を有する連続鋳造機の湯面レベル制御装置であって、
前記補正量演算部は、
前記湯面レベル偏差の補正値を入力とするQフィルタと、
前記Qフィルタの出力を入力とし、前記開度補正量を出力とするMフィルタと、
前記Qフィルタの出力を入力とし、前記湯面レベル偏差補正量を出力とするNフィルタと、
を有し、
前記Mフィルタの伝達関数は、前記注湯手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、前記検出手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、積分要素の伝達関数の逆特性と、プロセスゲインの逆数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、
前記Nフィルタの伝達関数は、前記鋳型への湯落ちによるむだ時間要素をパデ近似で表現した伝達関数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、
前記Qフィルタの伝達関数は、抑制すべき前記湯面レベルの変動周期に対応する角周波数を中心角周波数とする帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積と、前記Nフィルタの伝達関数と前記Qフィルタの伝達関数との積と、の差分を評価する評価関数であって、当該差分が小さいほど評価が高いことを示すをとる評価関数の値が最も評価が高いことを示す値になるように決定され、
前記位相進みフィルタの伝達関数は、前記中心角周波数における位相進み量が最大になることと、前記中心角周波数におけるゲインが1になることと、前記中心角周波数における位相進み量が前記Nフィルタの伝達関数に含まれる前記三次遅れ要素の位相遅れ量と一致することと、を表現する伝達関数であることを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
The correction value of the molten metal level deviation, which is the deviation between the detection level detected during operation by the detection means for detecting the molten metal level inside the mold and the predetermined target level, is input, and the injection to the mold is performed. An opening calculation unit for obtaining an opening change amount required for the hot water means;
A correction amount calculating unit for obtaining a correction value of the molten metal level deviation as input, and calculating a molten metal level deviation correction amount to be added to the molten metal level deviation and an opening correction amount to be added to the opening change amount, respectively.
A value obtained by adding the molten metal level deviation correction amount and the molten metal level deviation is derived as a correction value for the molten metal level deviation and is output to the opening calculation unit and the correction amount calculation unit. An adder;
A hot water for a continuous casting machine having a second adder for deriving and outputting a value obtained by adding the opening correction amount and the opening change amount as an opening command for the pouring means for the mold. A surface level control device,
The correction amount calculation unit includes:
A Q filter having the correction value of the molten metal level deviation as an input;
An M filter having the output of the Q filter as an input and the opening correction amount as an output;
An N filter having the output of the Q filter as an input and the hot water level deviation correction amount as an output;
Have
The transfer function of the M filter includes an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the pouring means, an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the detection means, an inverse characteristic of the transfer function of the integral element, and a process It is expressed using the product of the reciprocal of the gain and the transfer function of the third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function,
The transfer function of the N filter includes a transfer function that expresses a dead time element due to dripping into the mold by Padé approximation, and a third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function. It is expressed using the product of the transfer function and
The transfer function of the Q filter is a product of a transfer function of a band pass filter having a central angular frequency corresponding to an angular frequency corresponding to a fluctuation period of the molten metal surface level to be suppressed, and a transfer function of a phase advance filter, an evaluation function for evaluating the transfer function of the product of the transfer function of the Q filter, a difference, the value of the evaluation function that takes a value indicating that evaluated as the difference is small is high, most Rated Determined to be a value indicating that
The transfer function of the phase advance filter is such that the phase advance amount at the central angular frequency is maximized, the gain at the central angular frequency is 1, and the phase advance amount at the central angular frequency is equal to that of the N filter. A molten metal level control device for a continuous casting machine, characterized in that the transfer function represents that the phase delay amount of the third-order lag element included in the transfer function coincides.
鋳型の内部の湯面レベルを検出する検出手段により操業中に検出された検出レベルと、予め定められた目標レベルとの偏差である湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記鋳型への注湯手段に必要とされる開度変更量を求める開度演算部と、
前記湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記湯面レベル偏差に加算する湯面レベル偏差補正量と、前記開度変更量に加算する開度補正量とをそれぞれ求める補正量演算部と、
前記湯面レベル偏差補正量と、前記湯面レベル偏差とを加算した値を、前記湯面レベル偏差の補正値として導出して前記開度演算部と前記補正量演算部に出力する第1の加算器と、
前記開度補正量と、前記開度変更量とを加算した値を、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令として導出して出力する第2の加算器と、を有する連続鋳造機の湯面レベル制御装置であって、
前記補正量演算部は、
前記湯面レベル偏差の補正値を入力とするQフィルタと、
前記Qフィルタの出力を入力とし、前記開度補正量を出力とするMフィルタと、 前記Qフィルタの出力を入力とし、前記湯面レベル偏差補正量を出力とするNフィルタと、
を有し、
前記Mフィルタの伝達関数は、前記注湯手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、前記検出手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、積分要素の伝達関数の逆特性と、プロセスゲインの逆数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、
前記Nフィルタの伝達関数は、前記鋳型への湯落ちによるむだ時間要素をパデ近似で表現した伝達関数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、
前記Qフィルタの伝達関数は、抑制すべき前記湯面レベルの変動周期に対応する角周波数を中心角周波数とする帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積と、前記Nフィルタの伝達関数と前記Qフィルタの伝達関数との積と、の差分に、重み関数を掛けた値を評価する評価関数であって、当該差分に当該重み係数を掛けた値が小さいほど評価が高いことを示すをとる評価関数の値が最も評価が高いことを示す値になるように決定され、
前記位相進みフィルタの伝達関数は、前記中心角周波数における位相進み量が最大になることと、前記中心角周波数におけるゲインが1になることと、前記中心角周波数における位相進み量が前記Nフィルタの伝達関数に含まれる前記三次遅れ要素の位相遅れ量から前記重み関数の位相進み量を差し引いたものと一致することと、を表現する伝達関数であり、
前記重み関数は、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが増加する領域を含み、且つ、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが減少する領域を含まない関数であり、
前記帯域通過フィルタのゲインが1のときに前記Qフィルタの伝達関数の前記中心角周波数におけるゲインが1となるようにするゲイン補正係数が、前記帯域通過フィルタの伝達関数に適用されていることを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
The correction value of the molten metal level deviation, which is the deviation between the detection level detected during operation by the detection means for detecting the molten metal level inside the mold and the predetermined target level, is input, and the injection to the mold is performed. An opening calculation unit for obtaining an opening change amount required for the hot water means;
A correction amount calculating unit for obtaining a correction value of the molten metal level deviation as input, and calculating a molten metal level deviation correction amount to be added to the molten metal level deviation and an opening correction amount to be added to the opening change amount, respectively.
A value obtained by adding the molten metal level deviation correction amount and the molten metal level deviation is derived as a correction value for the molten metal level deviation and is output to the opening calculation unit and the correction amount calculation unit. An adder;
A hot water for a continuous casting machine having a second adder for deriving and outputting a value obtained by adding the opening correction amount and the opening change amount as an opening command for the pouring means for the mold. A surface level control device,
The correction amount calculation unit includes:
A Q filter having the correction value of the molten metal level deviation as an input;
An M filter having the output of the Q filter as an input and the opening correction amount as an output; an N filter having the output of the Q filter as an input and an output of the molten metal level deviation correction amount;
Have
The transfer function of the M filter includes an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the pouring means, an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the detection means, an inverse characteristic of the transfer function of the integral element, and a process It is expressed using the product of the reciprocal of the gain and the transfer function of the third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function,
The transfer function of the N filter includes a transfer function that expresses a dead time element due to dripping into the mold by Padé approximation, and a third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function. It is expressed using the product of the transfer function and
The transfer function of the Q filter is a product of a transfer function of a band pass filter having a central angular frequency corresponding to an angular frequency corresponding to a fluctuation period of the molten metal surface level to be suppressed, and a transfer function of a phase advance filter, Is an evaluation function for evaluating a value obtained by multiplying a difference between the product of the transfer function of the Q and the transfer function of the Q filter by a weighting function, and the smaller the value obtained by multiplying the difference by the weighting coefficient, the higher the evaluation. is determined as the value of the evaluation function that takes a value that indicates it is a value indicating that most Rated,
The transfer function of the phase advance filter is such that the phase advance amount at the central angular frequency is maximized, the gain at the central angular frequency is 1, and the phase advance amount at the central angular frequency is equal to that of the N filter. A transfer function that represents that the phase delay amount of the third-order lag element included in the transfer function matches the value obtained by subtracting the phase advance amount of the weight function,
The weight function is a function that includes a region where the gain increases from a low frequency region toward a high frequency region, and does not include a region where the gain decreases from a low frequency region toward a high frequency region. ,
A gain correction coefficient is applied to the transfer function of the band pass filter so that the gain at the central angular frequency of the transfer function of the Q filter becomes 1 when the gain of the band pass filter is 1. A hot water level control device for a continuous casting machine.
鋳型の内部の湯面レベルを検出する検出手段により操業中に検出された検出レベルと、予め定められた目標レベルとの偏差である湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記鋳型への注湯手段に必要とされる開度変更量を求める開度演算工程と、
前記湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記湯面レベル偏差に加算する湯面レベル偏差補正量と、前記開度変更量に加算する開度補正量とをそれぞれ求める補正量演算工程と、
前記湯面レベル偏差補正量と、前記湯面レベル偏差とを加算した値を、前記湯面レベル偏差の補正値として導出する第1の加算工程と、
前記開度補正量と、前記開度変更量とを加算した値を、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令として導出して出力する第2の加算工程と、を有する連続鋳造機の湯面レベル制御方法であって、
前記補正量演算工程は、
前記湯面レベル偏差の補正値を入力とするQフィルタと、
前記Qフィルタの出力を入力とし、前記開度補正量を出力とするMフィルタと、
前記Qフィルタの出力を入力とし、前記湯面レベル偏差補正量を出力とするNフィルタと、を用いた演算を行い、
前記Mフィルタの伝達関数は、前記注湯手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、前記検出手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、積分要素の伝達関数の逆特性と、プロセスゲインの逆数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、
前記Nフィルタの伝達関数は、前記鋳型への湯落ちによるむだ時間要素をパデ近似で表現した伝達関数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、
前記Qフィルタの伝達関数は、抑制すべき前記湯面レベルの変動周期に対応する角周波数を中心角周波数とする帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積と、前記Nフィルタの伝達関数と前記Qフィルタの伝達関数との積と、の差分を評価する評価関数であって、当該差分が小さいほど評価が高いことを示すをとる評価関数の値が最も評価が高いことを示す値になるように決定され、
前記位相進みフィルタの伝達関数は、前記中心角周波数における位相進み量が最大になることと、前記中心角周波数におけるゲインが1になることと、前記中心角周波数における位相進み量が前記Nフィルタの伝達関数に含まれる前記三次遅れ要素の位相遅れ量と一致することと、を表現する伝達関数であることを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御方法。
The correction value of the molten metal level deviation, which is the deviation between the detection level detected during operation by the detection means for detecting the molten metal level inside the mold and the predetermined target level, is input, and the injection to the mold is performed. An opening calculation step for obtaining an opening change amount required for the hot water means;
A correction amount calculation step for obtaining a correction value of the hot water surface level deviation as an input, and obtaining a hot water surface level deviation correction amount to be added to the hot water surface level deviation and an opening correction amount to be added to the opening change amount, respectively.
A first addition step of deriving a value obtained by adding the molten metal level deviation correction amount and the molten metal level deviation as a correction value of the molten metal level deviation;
A hot water of a continuous casting machine having a second addition step of deriving and outputting a value obtained by adding the opening correction amount and the opening change amount as an opening command for the pouring means to the mold. A surface level control method,
The correction amount calculation step includes:
A Q filter having the correction value of the molten metal level deviation as an input;
An M filter having the output of the Q filter as an input and the opening correction amount as an output;
An output using the output of the Q filter and an N filter that outputs the molten metal level deviation correction amount is performed,
The transfer function of the M filter includes an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the pouring means, an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the detection means, an inverse characteristic of the transfer function of the integral element, and a process It is expressed using the product of the reciprocal of the gain and the transfer function of the third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function,
The transfer function of the N filter includes a transfer function that expresses a dead time element due to dripping into the mold by Padé approximation, and a third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function. It is expressed using the product of the transfer function and
The transfer function of the Q filter is a product of a transfer function of a band pass filter having a central angular frequency corresponding to an angular frequency corresponding to a fluctuation period of the molten metal level to be suppressed, and a transfer function of a phase advance filter, and the N filter. an evaluation function for evaluating the transfer function of the product of the transfer function of the Q filter, a difference, the value of the evaluation function that takes a value indicating that evaluated as the difference is small is high, most Rated Determined to be a value indicating that
The transfer function of the phase advance filter is such that the phase advance amount at the central angular frequency is maximized, the gain at the central angular frequency is 1, and the phase advance amount at the central angular frequency is equal to that of the N filter. A molten metal level control method for a continuous casting machine, characterized in that the transfer function represents that the phase delay amount of the third-order lag element included in the transfer function coincides.
鋳型の内部の湯面レベルを検出する検出手段により操業中に検出された検出レベルと、予め定められた目標レベルとの偏差である湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記鋳型への注湯手段に必要とされる開度変更量を求める開度演算工程と、
前記湯面レベル偏差の補正値を入力とし、前記湯面レベル偏差に加算する湯面レベル偏差補正量と、前記開度変更量に加算する開度補正量とをそれぞれ求める補正量演算工程と、
前記湯面レベル偏差補正量と、前記湯面レベル偏差とを加算した値を、前記湯面レベル偏差の補正値として導出する第1の加算工程と、
前記開度補正量と、前記開度変更量とを加算した値を、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令として導出して出力する第2の加算工程と、を有する連続鋳造機の湯面レベル制御方法であって、
前記補正量演算工程は、
前記湯面レベル偏差の補正値を入力とするQフィルタと、
前記Qフィルタの出力を入力とし、前記開度補正量を出力とするMフィルタと、
前記Qフィルタの出力を入力とし、前記湯面レベル偏差補正量を出力とするNフィルタと、を用いた演算を行い、
前記Mフィルタの伝達関数は、前記注湯手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、前記検出手段による一次遅れ要素の伝達関数の逆特性と、積分要素の伝達関数の逆特性と、プロセスゲインの逆数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、
前記Nフィルタの伝達関数は、前記鋳型への湯落ちによるむだ時間要素をパデ近似で表現した伝達関数と、前記Mフィルタの伝達関数をプロパーな伝達関数にするために導入された三次遅れ要素の伝達関数と、の積を用いて表現され、
前記Qフィルタの伝達関数は、抑制すべき前記湯面レベルの変動周期に対応する角周波数を中心角周波数とする帯域通過フィルタの伝達関数と位相進みフィルタの伝達関数との積と、前記Nフィルタの伝達関数と前記Qフィルタの伝達関数との積と、の差分に、重み関数を掛けた値を評価する評価関数であって、当該差分に当該重み係数を掛けた値が小さいほど評価が高いことを示すをとる評価関数の値が最も評価が高いことを示す値に決定され、
前記位相進みフィルタの伝達関数は、前記中心角周波数における位相進み量が最大になることと、前記中心角周波数におけるゲインが1になることと、前記中心角周波数における位相進み量が前記Nフィルタの伝達関数に含まれる前記三次遅れ要素の位相遅れ量から前記重み関数の位相進み量を差し引いたものと一致することと、を表現する伝達関数であり、
前記重み関数は、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが増加する領域を含み、且つ、低周波数の領域から高周波数の領域に向けてゲインが減少する領域を含まない関数であり、
前記帯域通過フィルタのゲインが1のときに前記Qフィルタの伝達関数の前記中心角周波数におけるゲインが1となるようにするゲイン補正係数が、前記帯域通過フィルタの伝達関数に適用されていることを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御方法。
The correction value of the molten metal level deviation, which is the deviation between the detection level detected during operation by the detection means for detecting the molten metal level inside the mold and the predetermined target level, is input, and the injection to the mold is performed. An opening calculation step for obtaining an opening change amount required for the hot water means;
A correction amount calculation step for obtaining a correction value of the hot water surface level deviation as an input, and obtaining a hot water surface level deviation correction amount to be added to the hot water surface level deviation and an opening correction amount to be added to the opening change amount, respectively.
A first addition step of deriving a value obtained by adding the molten metal level deviation correction amount and the molten metal level deviation as a correction value of the molten metal level deviation;
A hot water of a continuous casting machine having a second addition step of deriving and outputting a value obtained by adding the opening correction amount and the opening change amount as an opening command for the pouring means to the mold. A surface level control method,
The correction amount calculation step includes:
A Q filter having the correction value of the molten metal level deviation as an input;
An M filter having the output of the Q filter as an input and the opening correction amount as an output;
An output using the output of the Q filter and an N filter that outputs the molten metal level deviation correction amount is performed,
The transfer function of the M filter includes an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the pouring means, an inverse characteristic of the transfer function of the first-order lag element by the detection means, an inverse characteristic of the transfer function of the integral element, and a process It is expressed using the product of the reciprocal of the gain and the transfer function of the third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function,
The transfer function of the N filter includes a transfer function that expresses a dead time element due to dripping into the mold by Padé approximation, and a third-order lag element introduced to make the transfer function of the M filter a proper transfer function. It is expressed using the product of the transfer function and
The transfer function of the Q filter is a product of a transfer function of a band pass filter having a central angular frequency corresponding to an angular frequency corresponding to a fluctuation period of the molten metal level to be suppressed, and a transfer function of a phase advance filter, and the N filter. Is an evaluation function for evaluating a value obtained by multiplying a difference between the product of the transfer function of the Q and the transfer function of the Q filter by a weighting function, and the smaller the value obtained by multiplying the difference by the weighting coefficient, the higher the evaluation. the value of the evaluation function that takes a value indicating that is determined to be a value indicating that most Rated,
The transfer function of the phase advance filter is such that the phase advance amount at the central angular frequency is maximized, the gain at the central angular frequency is 1, and the phase advance amount at the central angular frequency is equal to that of the N filter. A transfer function that represents that the phase delay amount of the third-order lag element included in the transfer function matches the value obtained by subtracting the phase advance amount of the weight function,
The weight function is a function that includes a region where the gain increases from a low frequency region toward a high frequency region, and does not include a region where the gain decreases from a low frequency region toward a high frequency region. ,
A gain correction coefficient is applied to the transfer function of the band pass filter so that the gain at the central angular frequency of the transfer function of the Q filter becomes 1 when the gain of the band pass filter is 1. A method for controlling a molten metal level in a continuous casting machine.
請求項3又は4に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。   A computer program for causing a computer to execute each step of the molten steel level control method for a continuous casting machine according to claim 3 or 4.
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