JP6528756B2 - Hot water level control device and hot water level control method - Google Patents

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Description

本発明は、湯面レベル制御装置及び湯面レベル制御方法に関し、特に、鋳型内の溶鋼の湯面レベルを目標値に制御するために、当該鋳型への溶鋼の注湯量を調整する連続鋳造機の鋳型内湯面レベル制御装置及び湯面レベル制御方法に関するものである。   The present invention relates to a level control apparatus and level control method, and more particularly, to a continuous casting machine for adjusting the pouring amount of molten steel to a mold in order to control the level of molten steel in the mold to a target value. The present invention relates to a mold level control apparatus and a level control method of the mold.

連続鋳造機による連続鋳造工程において、連続鋳造機の鋳型内の溶鋼の湯面レベルが変動すると、鋳片の表面疵及び割れが発生したり、操業上の支障を引き起こすブレークアウト等が発生したりする場合がある。そのため、鋳型内の溶鋼の湯面レベルは、できる限り変動しないことが好ましい。この課題に対し、例えば特許文献1には、湯面レベルの目標値からの偏差と該偏差の一次微分値との和に基づく値が0になるような希望特性で湯面レベルの変動を抑制可能な制御器を備える湯面レベル制御装置が開示されている。   In the continuous casting process using a continuous casting machine, if the surface level of the molten steel in the mold of the continuous casting machine fluctuates, surface defects and cracks of the slab occur and breakouts that cause troubles in operation occur. May. Therefore, it is preferable that the surface level of the molten steel in the mold does not fluctuate as much as possible. To solve this problem, for example, Patent Document 1 suppresses the fluctuation of the surface level with a desired characteristic such that the value based on the sum of the deviation of the surface level from the target value and the first derivative of the deviation becomes 0. A level control system is disclosed which comprises a possible controller.

特開平5−277690号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 5-277690

しかしながら、特許文献1に開示された湯面レベル制御装置による制御動作において、湯面レベルの目標値からの偏差と該偏差の一次微分値との和に基づく値が0になるような希望特性そのものは変更されることなく、一定となっている。そのため、例えば制御動作中に、様々な物理的要因により実動作特性が変化した場合には、希望特性での制御が不安定になり、湯面レベルの変動が抑えにくくなる場合が生じる。   However, in the control operation by the surface level control device disclosed in Patent Document 1, the desired characteristic itself that the value based on the sum of the deviation of the surface level from the target value and the first derivative of the deviation is 0 Is constant without being changed. Therefore, for example, when the actual operation characteristic is changed due to various physical factors during the control operation, the control with the desired characteristic becomes unstable, and it may be difficult to suppress the fluctuation of the surface level.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、制御動作中における実動作特性の変化による影響を低減可能な湯面レベル制御装置及び湯面レベル制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to provide a level control device and level control method capable of reducing the influence of a change in actual operating characteristics during control operation.

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置は、
タンディッシュから鋳型に供給される溶鋼量を調整する流量調整部と、
前記鋳型における溶鋼の湯面レベルを検出するレベルセンサと、
前記レベルセンサが検出した前記湯面レベルの実測値と、前記湯面レベルの目標値とに基づいて、前記湯面レベルを制御するための操作量を生成し、該操作量を操作指令として前記流量調整部に指示する制御部と
を備え、
前記制御部は、線形制御系の操作量信号である線形制御入力信号を生成する線形制御部と、スライディングモード制御に基づく非線形の操作量信号である非線形制御入力信号を生成する外乱抑制制御部と、線形制御の制御パラメータを変更する制御パラメータ変更部と、を含むことを特徴する。
In order to solve the above-mentioned subject, a hot water level control device concerning one embodiment of the present invention is:
A flow rate adjustment unit that adjusts the amount of molten steel supplied from the tundish to the mold;
A level sensor for detecting the level of molten steel in the mold;
An operation amount for controlling the surface level is generated based on an actual value of the surface level detected by the level sensor and a target value of the surface level, and the operation amount is used as an operation command. And a control unit for instructing the flow rate adjustment unit;
Wherein the control unit includes a linear control unit which generates a linear control input signal which is an operation amount signal of linear control systems, and the disturbance suppression control unit that generates a non-linear control input signal is a non-linear operation amount signal based on the sliding mode control And a control parameter change unit that changes a control parameter of the linear control.

本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置において、
前記線形制御部は、前記湯面レベルの実測値と前記湯面レベルの目標値との偏差に所定の係数を乗じて得られる信号と、該偏差の変化量に所定の係数を乗じて得られる信号と、に基づいて、前記線形制御入力信号を算出することを特徴とする。
In the level control device according to an embodiment of the present invention,
The linear control unit is obtained by multiplying the deviation between the measured value of the molten metal level and the target value of the molten metal level by a predetermined coefficient, and the variation of the deviation by a predetermined coefficient. And calculating the linear control input signal based on the signal.

本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置において、
前記外乱抑制制御部は
前記湯面レベルの実測値と前記湯面レベルの目標値との偏差と、該偏差の変化量と、の各信号の線形結合で定まる切替関数を定義し、該切替関数に該偏差及び該偏差の変化量を代入して定まる値の符号によって、前記非線形制御入力信号を生成することを特徴とする
In the level control device according to an embodiment of the present invention,
The disturbance suppression control unit defines a switching function which is determined by linear combination of respective signals of a deviation between an actual measurement value of the surface level and a target value of the surface level and a variation of the deviation, and the switching function The non-linear control input signal is generated according to the sign of the value determined by substituting the deviation and the amount of change of the deviation .

本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置において、
前記制御パラメータ変更部は、湯面レベル制御系の制御対象の規範モデルを定め、該規範モデルを用いて湯面レベル推定値を計算し、該湯面レベル推定値と湯面レベル実測値との差により、前記制御対象の特性の変動を評価し、制御パラメータを変更する演算を実施することにより、前記線形制御の制御パラメータを変更することを特徴とする。
In the level control device according to an embodiment of the present invention,
The control parameter change unit determines a reference model of the control target of the hot water level control system, calculates the hot water level estimated value using the reference model, and calculates the hot water level estimated value and the hot water level actual measurement value. The control parameter of the linear control is changed by evaluating the fluctuation of the characteristic of the control target based on the difference and performing an operation of changing the control parameter.

また、本発明の一実施形態は、上述した装置に実質的に想到する方法としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。   It should also be understood that one embodiment of the present invention may be implemented as a method substantially contemplating the above-described apparatus, and that these are also included within the scope of the present invention.

例えば、本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御方法は、
タンディッシュから鋳型に供給される溶鋼量を調整する流量調整部と、前記鋳型における溶鋼の湯面レベルを検出するレベルセンサと、前記流量調整部に操作指令を出力する制御部とを備える湯面レベル制御装置による湯面レベル制御方法であって、
線形制御系の操作量信号である線形制御入力信号を生成するステップと、
スライディングモード制御に基づく非線形の操作量信号である非線形制御入力信号を生成するステップと、
線形制御の制御パラメータを変更するステップと、
前記変更された制御パラメータにより、前記レベルセンサが検出した前記湯面レベルの実測値と、前記湯面レベルの目標値とに基づいて、前記湯面レベルを制御するための操作量を生成し、該操作量を操作指令として出力するステップと、
を含む。
For example, the hot water level control method according to one embodiment of the present invention is
Hot water surface including a flow rate adjustment unit for adjusting the amount of molten steel supplied from the tundish to the mold, a level sensor for detecting the level of molten steel in the mold, and a control unit for outputting an operation command to the flow rate adjustment unit. A level control method using a level control device, comprising:
Generating a linear control input signal which is a manipulated variable signal of the linear control system ;
Generating a non-linear control input signal which is a non-linear manipulated variable signal based on sliding mode control ;
Changing control parameters of linear control;
An operation amount for controlling the surface level is generated based on the measured value of the surface level detected by the level sensor and the target value of the surface level according to the changed control parameter. Outputting the operation amount as an operation command;
including.

本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置及び湯面レベル制御方法によれば、制御動作中における実動作特性の変化による影響を低減可能である。   According to the surface level control device and the surface level control method according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the influence of the change of the actual operating characteristic during the control operation.

本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置により湯面レベルの制御を行う連続鋳造機の概略構成の一例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows an example of schematic structure of the continuous casting machine which controls a surface level by the surface level control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. ダミーバーの構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of a dummy bar. 本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing a schematic structure of a surface level control device concerning one embodiment of the present invention. 図1の連続鋳造機における制御の一例を数学的モデルとして示すブロック線図である。It is a block diagram which shows an example of control in the continuous casting machine of FIG. 1 as a mathematical model. 図4の制御信号演算部における処理の一例を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows an example of the process in the control signal calculating part of FIG. 切替関数σの一例を位相平面上に示す概略図である。It is the schematic which shows an example of switching function (sigma) on a phase plane. 切替線σと出力信号unlとの関係の一例を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic view showing an example of the relationship between a switching line σ and an output signal u nl . 図4の制御信号演算部から出力される制御信号に基づいて制御を行った場合における、湯面レベルの変動を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation | variation of a hot metal level in, when control is performed based on the control signal output from the control signal calculating part of FIG. ダミーバーの落ち込みを模式的に示す図である。It is a figure which shows the fall of a dummy bar typically. 図4の規範モデル演算部、パラメータ演算部及びパラメータ更新部からなる制御パラメータ変更部における処理の一例を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows an example of a process in the control parameter change part which consists of a reference | standard model calculating part, a parameter calculating part, and a parameter update part of FIG. Pゲイン変更結果を示す図である。It is a figure which shows the P gain change result.

以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る湯面レベル制御装置により湯面レベルの制御を行う連続鋳造機の概略構成の一例を示す図である。連続鋳造機10は、タンディッシュ11と、タンディッシュ11の底面から下方に突出するように形成されたノズル12と、タンディッシュ11の下方に配置された鋳型(モールド)13と、鋳型13より下方に配置されたサポートロール14及び冷却水スプレー15と、搬送用ロール(ピンチロール)16と、切断機17とを備える。サポートロール14は、鋳型13の下方から、水平に配置された搬送用ロール16までの、湾曲した鋳片通路を形成する。鋳型13から搬送用ロール16に向かう、鋳片通路に沿った方向を鋳込方向という。   FIG. 1 is a view showing an example of a schematic configuration of a continuous casting machine which controls the level of the molten metal level by the molten metal level control apparatus according to an embodiment of the present invention. The continuous casting machine 10 includes a tundish 11, a nozzle 12 formed to project downward from the bottom of the tundish 11, a mold 13 disposed below the tundish 11, and a lower part of the mold 13. The support roll 14 and the cooling water spray 15 which are disposed in the above, a transport roll (pinch roll) 16 and a cutting machine 17 are provided. The support roll 14 forms a curved slab passage from the lower side of the mold 13 to the horizontally disposed transfer roll 16. The direction along the cast strip passage from the mold 13 toward the transport roll 16 is referred to as the casting direction.

タンディッシュ11は、取鍋からの溶鋼を貯留する中間容器である。タンディッシュ11に貯留された溶鋼は、内径が一定のノズル12を介して鋳型13に供給される。ノズル12の流入口12aには、ノズル流入口12aの開度を調整することにより、タンディッシュ11から鋳型13に流入する溶鋼量を調整する流量調整部18が設けられる。すなわち、流量調整部18は、流入口12aの開度を調整することにより、タンディッシュ11から鋳型13に供給される溶鋼量を調整する。本実施形態において、流量調整部18は、一例として、流入口12aに対して直交する方向(上下方向)に変位することにより流入口12aの開度を調整するステッピングシリンダであるとして、以下説明する。   Tundish 11 is an intermediate container for storing molten steel from a ladle. The molten steel stored in the tundish 11 is supplied to the mold 13 through the nozzle 12 having a constant inner diameter. The inlet 12 a of the nozzle 12 is provided with a flow rate adjusting unit 18 that adjusts the amount of molten steel flowing from the tundish 11 into the mold 13 by adjusting the opening degree of the nozzle inlet 12 a. That is, the flow rate adjusting unit 18 adjusts the amount of molten steel supplied from the tundish 11 to the mold 13 by adjusting the opening degree of the inlet 12 a. In the present embodiment, the flow rate adjustment unit 18 is described below as a stepping cylinder that adjusts the opening degree of the inflow port 12a by displacing in a direction (vertical direction) orthogonal to the inflow port 12a as an example. .

流量調整部18がステッピングシリンダである場合、ステッピングシリンダを流入口12aから遠ざける(図1では上方向に変位させる)と、流入口12aの開度が高くなり、タンディッシュ11から鋳型13に供給される溶鋼量が増加する。一方、ステッピングシリンダを流入口12aに近付ける(図1では下方向に変位させる)と、流入口12aの開度が低くなり、タンディッシュ11から鋳型13に供給される溶鋼量が減少する。   When the flow rate adjusting unit 18 is a stepping cylinder, when the stepping cylinder is moved away from the inflow port 12a (displaced upward in FIG. 1), the opening degree of the inflow port 12a becomes high, and is supplied from the tundish 11 to the mold 13. Amount of molten steel increases. On the other hand, when the stepping cylinder is moved closer to the inflow port 12a (displaced downward in FIG. 1), the opening degree of the inflow port 12a decreases, and the amount of molten steel supplied from the tundish 11 to the mold 13 decreases.

鋳型13に供給された溶鋼は、鋳型13の内壁面において冷却されて、内部が未凝固のスラブを形成する。鋳型13で形成されたスラブは、鋳込方向に沿って鋳型13から引き抜かれる。鋳型13には、例えば渦流式レベルセンサ等のレベルセンサ19が設けられる。レベルセンサ19は、鋳型13における溶鋼の湯面レベルを測定する。   The molten steel supplied to the mold 13 is cooled on the inner wall surface of the mold 13 to form a non-solidified slab inside. The slab formed by the mold 13 is pulled out of the mold 13 along the pouring direction. The mold 13 is provided with a level sensor 19 such as an eddy current level sensor. Level sensor 19 measures the surface level of molten steel in mold 13.

鋳型13から引き抜かれたスラブは、サポートロール14により支持されて、サポートロール14により形成される鋳片通路を、搬送用ロール16に向かって移動する。サポートロール14は、少なくともその一部が駆動ロールにより構成されており、スラブを連続的に引き抜いて、搬送用ロール16に向かって移動させる。   The slab pulled out of the mold 13 is supported by the support roll 14 and moves toward the transfer roll 16 through a slab path formed by the support roll 14. At least a part of the support roll 14 is constituted by a drive roll, and the slab is continuously drawn and moved toward the transport roll 16.

冷却水スプレー15は、鋳片通路を通るスラブに向けて水を噴射することにより、スラブを冷却する。スラブが鋳片通路を移動するに従って、冷却水スプレー15による冷却によって、スラブ内部の未凝固部分が固化する。スラブは、搬送用ロール16に達するまでに完全に凝固する。   The cooling water spray 15 cools the slab by injecting water toward the slab passing through the slab passage. As the slab travels through the slab channel, the cooling by the coolant spray 15 solidifies the unsolidified portion inside the slab. The slab solidifies completely before reaching the transport roll 16.

搬送用ロール16に達したスラブは、搬送用ロール16により搬送されて、例えばトーチカッター等の切断機17により切断される。切断機17で切断されたスラブは、例えば次工程である圧延工程へ搬送される。   The slab that has reached the transport roll 16 is transported by the transport roll 16 and cut by a cutter 17 such as a torch cutter, for example. The slab cut by the cutting machine 17 is conveyed, for example, to the rolling process which is the next process.

なお、連続鋳造工程の開始時には、鋳型13の下端から搬送用ロール16に亘って、鋳片の代わりにダミーバーが挿入される。ダミーバーは、連続鋳造開始時において、鋳型13の下端から鋳片通路を塞いでいる。連続鋳造開始時には、ダミーバーが配置された状態で、タンディッシュ11から鋳型13に溶鋼が供給される。そして、サポートロール14によりダミーバーが切断機17側に引き抜かれることにより、連続鋳造が開始される。   At the start of the continuous casting process, a dummy bar is inserted in place of the slab from the lower end of the mold 13 to the transfer roll 16. The dummy bar closes the billet passage from the lower end of the mold 13 at the start of continuous casting. At the start of continuous casting, molten steel is supplied from the tundish 11 to the mold 13 with the dummy bars arranged. Then, the dummy bars are pulled out to the cutting machine 17 side by the support roll 14 to start continuous casting.

ダミーバーは、例えば図2(a)及び(b)に、それぞれ側面図及び平面図の一例として示すように、複数のリンク部材31を連結ピン32で連ねて構成される。ダミーバー30において、互いに隣接するリンク部材31同士は、連結ピン32を中心に回動可能である。   For example, as shown in FIGS. 2A and 2B as an example of a side view and a plan view, respectively, the dummy bar is configured by connecting a plurality of link members 31 by a connecting pin 32. In the dummy bar 30, the link members 31 adjacent to each other are rotatable around the connection pin 32.

図3は、本実施形態に係る湯面レベル制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。湯面レベル制御装置20は、制御部21と、記憶部22と、流量調整部(ステッピングシリンダ)18と、レベルセンサ19とを備える。湯面レベル制御装置20は、レベルセンサ19が測定した鋳型13における溶鋼の湯面レベルに基づき、ステッピングシリンダ18を操作する。   FIG. 3 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the level control apparatus according to the present embodiment. The molten metal level control device 20 includes a control unit 21, a storage unit 22, a flow rate adjustment unit (stepping cylinder) 18, and a level sensor 19. The level control device 20 operates the stepping cylinder 18 based on the level of molten steel in the mold 13 measured by the level sensor 19.

制御部21は、湯面レベル制御装置20の各機能ブロックをはじめとして、湯面レベル制御装置20の全体を制御及び管理するプロセッサである。制御部21は、制御手順を規定したプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサで構成され、かかるプログラムは、例えば記憶部22又は外部の記憶媒体等に格納される。   The control unit 21 is a processor that controls and manages the entire surface level control device 20 including the functional blocks of the surface level control device 20. The control unit 21 is configured by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that executes a program that defines a control procedure, and the program is stored, for example, in the storage unit 22 or an external storage medium or the like.

制御部21は、鋳型13における溶鋼の湯面レベルに基づいてステッピングシリンダ18を操作するための信号を生成する。より詳細には、湯面レベル制御装置20は、ステッピングシリンダ18を操作するアクチュエータに送信する制御信号(操作指令)を生成する。制御部21が行う制御(処理)の詳細については後述する。   Control unit 21 generates a signal for operating stepping cylinder 18 based on the level of molten steel in mold 13. More specifically, the level control device 20 generates a control signal (operation command) to be sent to an actuator that operates the stepping cylinder 18. The details of the control (process) performed by the control unit 21 will be described later.

記憶部22は、湯面レベル制御装置20が湯面レベル制御において使用するための各種データを記憶する。記憶部22が記憶するデータの一例については、制御部21が行う制御の詳細と合わせて、適宜説明する。   The storage unit 22 stores various data to be used by the molten metal level control device 20 in molten metal level control. An example of data stored in the storage unit 22 will be described as appropriate together with the details of the control performed by the control unit 21.

次に、制御部21が実行する処理の詳細について、図4乃至図8を参照して説明する。以下の説明において、ステッピングシリンダ18の開度をx、湯面レベルをyで示す。   Next, details of the process executed by the control unit 21 will be described with reference to FIGS. 4 to 8. In the following description, the opening degree of the stepping cylinder 18 is indicated by x, and the surface level is indicated by y.

制御部21は、下記説明する処理を繰り返し行う。以下、時刻tにおいて制御部21が実行する処理について説明する。以下の説明で使用する各記号において、時刻tにおける処理を示す場合には、下付き文字でtを付す。例えば、時刻tの処理におけるステッピングシリンダ18の開度及び湯面レベルは、それぞれx及びyのように表される。 The control unit 21 repeatedly performs the process described below. Hereinafter, the process performed by the control unit 21 at time t will be described. In each symbol used in the following description, in order to indicate processing at time t, t is added with a subscript. For example, the opening and melt-surface level of the stepping cylinder 18 in the processing of time t, respectively expressed as x t and y t.

図4は、図1の連続鋳造機10における鋳型内湯面レベル制御系を示すブロック図である。図4は、制御部21における演算で用いられるモデル図を示すものである。図4では、図1の連続鋳造機10における制御系を、一部に数学モデルを用いながらモデル化している。制御部21は、制御信号演算部211と、規範モデル演算部212と、パラメータ演算部213と、パラメータ更新部214とを有し、これらの各機能部において、後述する所定の演算を行う。   FIG. 4 is a block diagram showing a level control system in a mold in the continuous casting machine 10 of FIG. FIG. 4 shows a model diagram used for the calculation in the control unit 21. As shown in FIG. In FIG. 4, the control system in the continuous casting machine 10 of FIG. 1 is modeled using a mathematical model in part. The control unit 21 includes a control signal calculation unit 211, a reference model calculation unit 212, a parameter calculation unit 213, and a parameter update unit 214, and these respective function units perform predetermined calculations described later.

制御信号演算部211は、鋳型13内の湯面レベル目標値rと、レベルセンサ19により測定された鋳型13における実際の湯面レベル(実測値)yとの偏差Eに基づき、偏差Eが0となるようにステッピングシリンダ18の操作量uを定める。湯面レベルの目標値rは、例えば記憶部22にあらかじめ記憶されている。 The control signal calculation unit 211 calculates the deviation E t based on the deviation E t between the target surface level r in the mold 13 and the actual surface level (measured value) y t in the mold 13 measured by the level sensor 19. t defines the operation amount u t of the stepping cylinder 18 so that 0. The target value r of the surface level is stored, for example, in the storage unit 22 in advance.

図4の各機能部以外の部分は、ステッピングシリンダ18の操作によって鋳型13に流れ込む溶鋼と初期凝固後の鋳片の鋳型13からの引き抜きによって定まる鋳型13内の溶鋼湯面レベルの変化を示す数学モデルである。ここで、図中の“s”はラプラス演算子である。   Parts other than the respective functional parts in FIG. 4 are mathematical expressions indicating changes in molten steel level level in the mold 13 determined by pulling out from the mold 13 of molten steel flowing into the mold 13 by operation of the stepping cylinder 18 and the initial solidification. It is a model. Here, "s" in the figure is the Laplace operator.

ステッピングシリンダ18の数学モデル(動特性モデル)は、さまざま考えられるが、ここで示す例では、パルスモータをベースとして動作させるケースを想定した。ここで示す例では、操作量uは、開度全体を表すものではなく、現在の位置からの変化量として与えられている。したがって全体の開度Xは操作量uの積分値としてえられる。操作量uは、操作指令として制御信号演算部211から流量調整部18に出力される。また、ここで示す例では、ステッピングシリンダ18の動特性は一次遅れとしてモデル化した。 Although various mathematical models (dynamic characteristic models) of the stepping cylinder 18 can be considered, in the example shown here, it is assumed that the pulse motor is operated as a base. In the example shown here, the operation amount u t is not intended to represent the entire opening is given as the amount of change from the current position. Entire opening X t thus is e as the integral value of the operation amount u t. The operation amount u t is output from the control signal computing unit 211 as an operation command to the flow rate adjusting unit 18. In the example shown here, the dynamic characteristics of the stepping cylinder 18 are modeled as first-order lag.

ステッピングシリンダ18の開度Xと溶鋼流量g(X)との関係は、関数g(x)として与えられている。関数g(x)は、開度Xに基づく開度面積を算出し、開度面積に基づいてレードル(取鍋)内の溶鋼量を用いて定まる一般的な流量設定の関数であり、当業者間ではよく知られている。 Relationship between the degree of opening X t and the molten steel flow rate g (X t) of the stepping cylinder 18 is given as a function g (x). The function g (x) is a function of a general flow rate setting determined by calculating the opening area based on the opening X t and using the molten steel amount in the ladle based on the opening area. It is well known among traders.

次に、図4に示す制御信号演算部211、規範モデル演算部212、パラメータ演算部213、及びパラメータ更新部214における演算処理について、説明する。   Next, calculation processing in the control signal calculation unit 211, the reference model calculation unit 212, the parameter calculation unit 213, and the parameter update unit 214 illustrated in FIG. 4 will be described.

図5は、制御信号演算部211における処理の一例を示すブロック線図である。図5に示すように、制御信号演算部211は、線形制御部221と、外乱抑制制御部222とを有し、これらの制御部21において所定の演算を実行する。   FIG. 5 is a block diagram showing an example of processing in the control signal operation unit 211. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, the control signal calculation unit 211 includes a linear control unit 221 and a disturbance suppression control unit 222, and these control units 21 execute predetermined calculations.

線形制御部221は、線形制御系を定めるもので、出力フィードバック、状態フィードバック等、任意の制御系を採択し得る。ここでは、一例として、線形制御部221が、湯面レベル偏差(e)とその差分(Δe)に基づくフィードバック制御系として記載した。 The linear control unit 221 defines a linear control system, and can adopt any control system such as output feedback and state feedback. Here, as an example, the linear controller 221, described as a feedback control system based on the molten metal surface level difference (e t) and the difference (Δe t).

ここで、図5では離散時間系の記載とした。実際の制御系では、制御周期をΔtとすると、制御周期Δt毎に操作量uが算出され、ステッピングシリンダ18を操作するアクチュエータに指令値として与えられる。また、図5に示す湯面レベル偏差e及び湯面レベル偏差の差分Δeは、それぞれ下式(1)で記述される。 Here, in FIG. 5, it is described as a discrete time system. The actual control system, when the control period is Delta] t, is calculated by the operation amount u t in each control cycle Delta] t, it is given as a command value to the actuator for operating the stepping cylinder 18. Further, the difference .DELTA.e t of the molten metal surface level deviation e t and molten metal surface level difference shown in FIG. 5 is described by the following formula (1), respectively.

Figure 0006528756
Figure 0006528756

線形制御部221は、湯面レベル偏差eと湯面レベル偏差の差分Δeとに基づいて、操作量信号(線形制御入力信号)uを生成する。操作量信号uは、湯面レベル偏差eに所定の係数(例えばP)を乗じて得られる信号と、湯面レベル偏差の差分Δeに所定の係数(例えばP)を乗じて得られる信号とに基づいて算出される。 Linear control unit 221, based on the difference .DELTA.e t of molten metal surface level difference e t and molten metal surface level difference, generates an operation amount signal (linear control input signal) u l. Stroke signal u l multiplies the signal obtained by multiplying a predetermined coefficient (for example, P 1) to the molten metal surface level difference e t, predetermined coefficient difference .DELTA.e t of molten metal surface level difference (for example, P 2) It is calculated based on the obtained signal.

外乱抑制制御部222はスライディングモード制御に基づく非線形の操作量信号(非線形入力信号)unlを設定する。外乱抑制制御部222は、湯面レベル偏差eと、湯面レベル偏差の差分Δeとの線形結合で定まる切替線を定義し、切替線に、湯面レベル偏差e及び湯面レベル偏差の差分Δeを代入して定まる値の符号に基づいて、操作量信号unlを生成する。外乱抑制制御部222による処理について、次に具体的に説明する。 The disturbance suppression control unit 222 sets a non-linear operation amount signal (non-linear input signal) u nl based on sliding mode control. Disturbance suppression control section 222, defines the molten metal surface level difference e t, the switching line defined by a linear combination of the difference .DELTA.e t of molten metal surface level difference, the switching line, molten metal surface level difference e t and bath level level deviation The operation amount signal u nl is generated based on the sign of the value determined by substituting the difference Δe t of The processing by the disturbance suppression control unit 222 will be specifically described next.

スライディングモード制御は、すべり状態を発生させる位相空間上の超平面に状態を拘束させることで制御目的を達成する制御系である。また、当該超平面は操作量uの切替超平面であり、切替関数となる。本実施形態において、湯面レベル制御の操作量uとして与えるステッピングシリンダ18への制御信号を算出する際に使用される切替関数σは、e及びΔeの線形結合として、次の式(2)により切替線として表される。 Sliding mode control is a control system that achieves a control purpose by constraining a state on a hyperplane on a phase space that generates a sliding state. Furthermore, the hyperplane is switched hyperplane manipulated variable u t, the switching function. In the present embodiment, the switching function σ to be used when calculating the control signal to the stepping cylinder 18 to provide as an operation amount u t of molten metal surface level control, as a linear combination of e t and .DELTA.e t, the following equation ( 2) is represented as a switching line.

Figure 0006528756
Figure 0006528756

図6は、切替関数σの一例を位相平面上に示す概略図である。式(2)において、P及びPは、例えば、線形制御系をPI(proportional integral)制御で実現した場合には、P=Pであり、P=Pにより表される。ここで、Pは比例ゲイン(Pゲイン:proportional gain)であり、Iは積分ゲイン(Iゲイン:integral gain)であり、tは制御周期(Δt)である。 FIG. 6 is a schematic view showing an example of the switching function σ on the phase plane. In equation (2), P 1 and P 2 are, for example, P 1 = P t I t t S when a linear control system is realized by PI (proportional integral) control, and P 2 = P t expressed. Here, P t is a proportional gain (P gain: proportional gain), I t is an integral gain (I gain: integral gain), and t S is a control period (Δt).

本実施形態において、制御信号演算部211は、PゲインPをパラメータ更新部214から取得する。パラメータ更新部214によるPゲインPの算出の詳細については後述する。また、IゲインI及び制御周期tは、例えば予め記憶部22に記憶されている。 In the present embodiment, the control signal calculation unit 211 acquires the P gain P t from the parameter update unit 214. Details of the calculation of the P gain P t by the parameter updating unit 214 will be described later. Further, the I gain I t and the control period t S are stored, for example, in the storage unit 22 in advance.

本実施形態において、制御信号uは、上述のように、線形制御部221により算出される、線形制御系の操作量信号uと、外乱抑制制御部222により算出される、スライディングモード制御に基づく操作量信号(外乱補償信号)unlとの和により表される。ここで、操作量信号uは、次の式(3)により表される。 In the present embodiment, the control signal u t, as described above, is calculated by the linear controller 221, and the operation amount signal u l a linear control system, is calculated by the disturbance suppression control section 222, the sliding mode control It is represented by the sum with the operation amount signal (disturbance compensation signal) u nl based on. Here, the operation amount signal u l is expressed by the following equation (3).

Figure 0006528756
Figure 0006528756

式(4)において、P1及びP2は、上述の通りである。   In Formula (4), P1 and P2 are as above-mentioned.

一方外乱補償信号unlは、スライディングモード制御における非線形操作量であり、切替関数σの値により次の式(4)により与えられる。 On the other hand, the disturbance compensation signal u nl is a non-linear operation amount in sliding mode control, and is given by the following equation (4) according to the value of the switching function σ.

Figure 0006528756
Figure 0006528756

式(4)において、スライディングモード制御における到達条件が満足されていれば、切替線から離れた状態から切替線に到達させることが可能となる。   In Expression (4), when the reaching condition in the sliding mode control is satisfied, it is possible to reach the switching line from a state away from the switching line.

ここで、上述のような切替関数σのもとでの外乱補償信号unlは、σの値の正負が変わることにより、不連続に変化し、アクチュエータの動作への負荷が増す場合もある。そこで、外乱補償信号unlを下式(5)のような飽和関数により定めてもよい。 Here, the disturbance compensation signal u nl under the switching function σ as described above may change discontinuously by changing the positive or negative value of σ, and the load on the operation of the actuator may increase. Therefore, the disturbance compensation signal u nl may be determined by a saturation function such as the following equation (5).

Figure 0006528756
Figure 0006528756

式(5)において、Kは、外乱抑制制御部222のゲイン係数である。Kmaxは、外乱抑制制御部222の入力の最大値であり、例えばあらかじめ記憶部22に記憶されている。また、σ及びσは一種の境界層を定めるもので、適宜に設定される。σ及びσはそれぞれσ>0及びσ<0を満たす。 In equation (5), K is a gain coefficient of the disturbance suppression control unit 222. K max is the maximum value of the input of the disturbance suppression control unit 222, and is stored, for example, in the storage unit 22 in advance. Further, σ 1 and σ 2 define a kind of boundary layer and are set appropriately. σ 1 and σ 2 satisfy σ 1 > 0 and σ 2 <0, respectively.

図7は、切替関数σの値と外乱補償信号unlとの関係を示す概略図である。このように外乱補償信号unlを飽和関数により決定することで、図7に示すように、σの値が変動しても外乱補償信号unlの値は連続的に変化する。そのため、σの値が変動しても、外乱補償信号unlの値が振動するハンチングが発生しにくくなり、滑らかな制御入力生成を実現できる。すなわち、本願発明のように、外乱補償信号unlを式(5)のような飽和関数とすることにより、制御信号演算部211は、平滑化された制御入力を行うことができる。 FIG. 7 is a schematic view showing the relationship between the value of the switching function σ and the disturbance compensation signal u nl . By determining the disturbance compensation signal u nl by the saturation function in this way, as shown in FIG. 7, the value of the disturbance compensation signal u nl changes continuously even if the value of σ fluctuates. Therefore, even if the value of σ fluctuates, hunting in which the value of the disturbance compensation signal u nl vibrates is less likely to occur, and smooth control input generation can be realized. That is, as in the present invention, the control signal operation unit 211 can perform smoothed control input by setting the disturbance compensation signal u nl to a saturation function as expressed by equation (5).

本実施形態において、式(2)の切替関数σに基づいて構成される制御信号uは、次の式(6)のように表される。 In the present embodiment, the control signal u t configured based on the switching function σ of Equation (2) is expressed as the following Equation (6).

Figure 0006528756
Figure 0006528756

制御信号演算部211は、式(6)に基づいて算出した制御信号uを、ステッピングシリンダ18を制御するアクチュエータに対して出力する。アクチュエータは、取得した制御信号uに基づき、ステッピングシリンダ18を制御する。ステッピングシリンダ18の制御より、ノズル流入口12aの開度が調整され、タンディッシュ11から鋳型13に供給される溶鋼量が制御される。 Control signal computing unit 211, a control signal u t calculated based on the equation (6), and outputs to the actuator for controlling the stepping cylinder 18. Actuator, based on the acquired control signal u t, controls the stepping cylinder 18. By controlling the stepping cylinder 18, the opening degree of the nozzle inlet 12a is adjusted, and the amount of molten steel supplied from the tundish 11 to the mold 13 is controlled.

図8は、図4の制御信号演算部211から出力される制御信号uに基づいて制御を行った場合における、湯面レベルの変動を示す図である。図8(a)は、従来知られている一般的なPI制御に基づく湯面レベルの変動を示しており、図8(b)は、制御信号演算部211から出力される制御信号uに基づく制御を行った場合の湯面レベルの変動を示している。すなわち、図8(b)に示す図は、図8(a)に示す図と比較して、外乱抑制のための外乱補償信号unlが反映された湯面レベルの変動を示す。図8(a)及び(b)において、既設実測のグラフは、既設の設備で制御を行った場合における湯面レベルの変動の実測値を示す。また、図8(a)及び(b)において、シミュレーションのグラフは、既設実測において観測された外乱を入力して湯面レベル制御のシミュレーションを行った場合に導出された湯面レベルの変動を示す。 8, in the case of performing control on the basis of a control signal u t output from the control signal calculation unit 211 of FIG. 4 is a diagram showing a variation of the molten metal surface level. 8 (a) is shows a variation of the molten metal surface level based on a standard PI control conventionally known, FIG. 8 (b), the control signal u t output from the control signal calculation unit 211 It shows the fluctuation of the surface level when the control based on the above is performed. That is, the diagram shown in FIG. 8 (b) shows the fluctuation of the surface level on which the disturbance compensation signal u nl for disturbance suppression is reflected, as compared with the diagram shown in FIG. 8 (a). In FIGS. 8 (a) and 8 (b), the graph of the existing measurement shows the measured value of the fluctuation of the surface level when the control is performed by the existing equipment. Further, in FIGS. 8A and 8B, the graph of the simulation shows the fluctuation of the surface level derived when the simulation of the surface level control is performed by inputting the disturbance observed in the existing measurement. .

図8(a)及び(b)から理解できるように、本実施形態に係る湯面レベル制御装置20による湯面レベルの制御を行った場合、従来のPI制御を行った場合と比較して、湯面レベルの目標値40mmに対して変動(振れ幅)が小さくなっている。このように、上記実施形態に係る湯面レベル制御装置20によれば、従来のPI制御を行う制御装置と比較して、湯面レベルの変動を低減できる。   As can be understood from FIGS. 8A and 8B, when the control of the surface level by the surface level controller 20 according to the present embodiment is performed, as compared with the case where the conventional PI control is performed, The fluctuation (swing width) is smaller than the target value of 40 mm at the surface level. Thus, according to the molten metal level control apparatus 20 which concerns on the said embodiment, compared with the control apparatus which performs conventional PI control, the fluctuation | variation of a molten metal level can be reduced.

このように、本実施形態に係る湯面レベル制御装置20は、外乱抑制制御部222を有することにより、外乱補償信号unlに基づいて、制御信号uを生成する。そのため、湯面レベル制御装置20は、外乱補償信号unlにより、外乱の影響を抑えるように制御信号uを生成できる。従って湯面レベル制御装置20によれば、制御動作中における外乱の影響を低減可能である。 Thus, molten metal surface level control device 20 according to this embodiment, by having the disturbance suppression control section 222, based on the disturbance compensation signal u nl, generates a control signal u t. Therefore, molten metal surface level control device 20, the disturbance compensation signal u nl, can generate a control signal u t so as to suppress the influence of disturbance. Therefore, according to the level controller 20, the influence of disturbance during control operation can be reduced.

例えば、湯面レベル制御装置20によれば、連続鋳造工程の初期段階に、図9に示すように、ダミーバー30の連結ピン32で連結された箇所が鋳片通路から外れる、いわゆる落ち込みが発生した場合であっても、落ち込みによる外乱の影響を低減することができる。そのため、湯面レベル制御装置20によれば、外乱による湯面レベルの変動を抑えることができる。   For example, according to the molten metal level control device 20, at the initial stage of the continuous casting process, as shown in FIG. 9, a so-called depression occurs in which the portion connected by the connection pin 32 of the dummy bar 30 is separated from the slab passage. Even in this case, the influence of disturbance due to the drop can be reduced. Therefore, according to the molten metal level control device 20, the fluctuation of the molten metal level due to the disturbance can be suppressed.

次に、制御部21の規範モデル演算部212、パラメータ演算部213及びパラメータ更新部214による処理について説明する。規範モデル演算部212、パラメータ演算部213及びパラメータ更新部214をまとめて、「制御パラメータ変更部」とも称する。制御パラメータ変更部は、実際の湯面レベルの変化量(実測湯面レベル変化量)と、制御部21が算出した湯面レベルの変化の算出値(推定湯面レベル変化量)とに基づいて、制御信号演算部211で使用される制御パラメータを変更するために各演算を行う。制御パラメータ変更部による処理の詳細について、以下、図10を参照して説明する。   Next, processing by the reference model calculation unit 212, the parameter calculation unit 213, and the parameter update unit 214 of the control unit 21 will be described. The reference model calculation unit 212, the parameter calculation unit 213, and the parameter update unit 214 are collectively referred to as a "control parameter change unit". The control parameter changing unit is based on the actual amount of change in the surface level (the measured amount of surface level change) and the calculated value of the change in the surface level calculated by the control unit 21 (estimated amount of surface level change). Each operation is performed to change the control parameter used by the control signal operation unit 211. The details of the process by the control parameter changing unit will be described below with reference to FIG.

パラメータ更新部214は、制御パラメータのうちPI制御を用いる場合の比例係数を更新するものである。パラメータ更新部214は、制御パラメータ変更の一例として示したものであり、規範モデル演算部212により予測された湯面レベルと現実の湯面レベルとの差に基づき、制御対象の変動に応じて、変動に適した制御パラメータを提供する。ここで、図10のブロック図では、各処理が制御周期(t又はΔt)に合わせ離散的に実施されるものとして記載されている。具体的には、規範モデル演算部212、パラメータ演算部213及びパラメータ更新部214は、時刻tの制御信号uに基づく制御による実測湯面レベル変化量及び湯面レベル変化推定値に基づき、時刻t+Δtの制御において使用されるPゲインPt+Δtを算出する。 The parameter updating unit 214 is for updating a proportionality factor in the case of using PI control among control parameters. The parameter updating unit 214 is shown as an example of control parameter change, and based on the difference between the molten metal level predicted by the reference model calculation unit 212 and the actual molten metal level, according to the variation of the control object, Provide control parameters suitable for fluctuations. Here, in the block diagram of FIG. 10, each process is described as being discretely performed according to the control period (t s or Δt). Specifically, the reference model calculation unit 212, the parameter calculating unit 213 and the parameter updating unit 214, based on the measured melt surface level variation and melt-surface level change estimate by the control based on the control signal u t at time t, the time P gain P t + Δt used in control of t + Δt is calculated.

規範モデル演算部212は、湯面レベル制御系の制御対象の規範モデルを定め、この規範モデルを用いて湯面レベルの推定値を計算し、湯面レベルの推定値と、実際の湯面レベルの測定値との偏差により、制御対象の特性の変動を評価する。具体的には、規範モデル演算部212には、制御信号u、ステッピングシリンダ18の開度x、サポートロール14による溶鋼の引抜速度V及び湯面レベルyが入力される。規範モデル演算部212は、入力された湯面レベルyに基づき、湯面レベルの変化量Δyを算出する。湯面レベルの変化量Δyは、入力された湯面レベルyと、例えば記憶部22に記憶された時間Δt前の湯面レベルyt−Δtとの差として算出され、Δy=y−yt−Δtと表される。 The reference model calculation unit 212 determines a reference model of a control target of the hot water level control system, calculates an estimated value of the hot water level using this reference model, and estimates the hot water level and the actual hot water level. By the deviation from the measured value of, the fluctuation of the property of the controlled object is evaluated. Specifically, the control signal u t , the opening degree x t of the stepping cylinder 18, the drawing speed V t of molten steel by the support roll 14 and the surface level y t are input to the reference model calculation unit 212. The reference model calculation unit 212 calculates a change amount Δy t of the surface level based on the input surface level y t . The change amount Δy t of the surface level is calculated as a difference between the input surface level y t and, for example, the surface level y t −Δt before the time Δt stored in the storage unit 22, Δy t = y It is expressed as t − y t − Δt .

規範モデル演算部212は、実際の制御対象の動作をモデル化(ステッピングシリンダ18の動特性とプロセス動特性とをモデル化)した規範モデルを有する。規範モデル演算部212は、規範モデルに基づき、制御信号演算部211から出力される制御信号uによる湯面レベルの変動を算出する。規範モデルにおいては、ステッピングシリンダ18の開度から溶鋼の流量を算出するモデルは線形モデルであり、特定動作点回りの線形係数Nとして固定されている。 The reference model calculation unit 212 has a reference model obtained by modeling the operation of the actual control target (modeling of the dynamic characteristics of the stepping cylinder 18 and the process dynamic characteristics). Reference model calculation unit 212, based on the reference model, and calculates the variation of the molten metal surface level of the control signal u t output from the control signal calculation section 211. In the reference model, the model for calculating the flow rate of molten steel from the opening of the stepping cylinder 18 is a linear model and is fixed as a linear coefficient N around a specific operating point.

規範モデル演算部212は、規範モデルに基づいて、推定湯面レベル変化量の絶対値と、鋳型13における実測湯面レベル変化量の絶対値との差を算出することにより、時刻tの制御で使用された制御特性におけるモデル偏差eM、tを算出する。モデル偏差eM、tは、鋳型13における実測湯面レベル変化量をyとすると、次の式(7)により表される。 The reference model calculation unit 212 controls the time t by calculating the difference between the absolute value of the estimated amount of level change and the absolute value of the actually measured amount of change in the mold 13 based on the reference model. The model deviation e M, t in the used control characteristic is calculated. The model deviation e M, t is expressed by the following equation (7), where y t is the amount of change in the actual surface level of the mold 13.

Figure 0006528756
Figure 0006528756

モデル偏差eM、tは、湯面レベル変化量の推定値と実測値との差を表し、すなわち、制御上想定しているモデルと実際のプロセスとの差を表している。例えば、実測湯面レベルの変化量が、規範モデルの出力する湯面レベルの変化量より平均的に大きいのであれば、規範モデルのプラントゲインが小さいため、実制御ゲインは大きくする必要がある。逆に、実測湯面レベルの変化量が、規範モデルの出力する湯面レベルの変化量より平均的に小さいのであれば、規範モデルのゲインが大きいため、制御ゲインを小さくする必要がある。これは、ステッピングシリンダ18の開口部に非線形特性があり、動作点が変更されると特性が変わることにより必要となる。また、地金付着などにより特性が変わる場合もあり、これに対応するためである。モデル偏差eM、tは、規範モデル演算部212により、パラメータ演算部213に入力される。 The model deviation e M, t represents the difference between the estimated value and the measured value of the level change amount of the molten metal, that is, the difference between the model assumed for control and the actual process. For example, if the amount of change in the measured level is on average larger than the amount of change in the level output from the reference model, the plant gain of the reference model is small, so the actual control gain needs to be increased. On the contrary, if the change amount of the actually measured surface level is smaller than the change amount of the surface level output by the reference model on average, the gain of the reference model is large, and therefore the control gain needs to be reduced. This is necessary because the opening of the stepping cylinder 18 has a non-linear characteristic, and the characteristic changes when the operating point is changed. In addition, the characteristics may change due to the adhesion of metal, etc., to cope with this. The model deviation e M, t is input to the parameter calculator 213 by the reference model calculator 212.

パラメータ演算部213及びパラメータ更新部214は、制御パラメータを変更する演算を実施し、線形制御の制御パラメータを変更する。具体的には、パラメータ演算部213は、取得したモデル偏差eM、tに基づき、時刻t+Δtの処理におけるPゲインPt+Δtを決定するため比例帯としての調整量ΔPB、tを算出する。具体的には、パラメータ演算部213は、まず、時刻Tから時刻Tまでの所定の期間Tの処理におけるモデル偏差eM、tの平均値(モデル平均偏差)esum、tを算出する。T−T=Tであり、Tは、例えば現在の時刻tである。モデル平均偏差esum、tは、次の式(8)のように表される。 The parameter operation unit 213 and the parameter update unit 214 perform an operation to change the control parameter, and change the control parameter of the linear control. Specifically, the parameter calculator 213 calculates the adjustment amount ΔP B, t as a proportional band in order to determine the P gain P t + Δt in the process of time t + Δt on the basis of the acquired model deviation e M, t . Specifically, the parameter calculator 213 first calculates an average value (model average deviation) e sum, t of model deviations e M, t in processing of a predetermined period T from time T 0 to time T 1. . T 1 −T 0 = T, and T 1 is, for example, the current time t. The model mean deviation e sum, t is expressed as the following equation (8).

Figure 0006528756
Figure 0006528756

パラメータ演算部213は、モデル平均偏差esum、tに基づいて、Pゲインの調整量を決定する。本実施形態において、パラメータ演算部213は、次の式(9)に示す階段関数により、ΔPB、tを決定する。 The parameter calculator 213 determines the adjustment amount of P gain based on the model average deviation e sum, t . In the present embodiment, the parameter calculator 213 determines ΔP B, t by the step function shown in the following equation (9).

Figure 0006528756
Figure 0006528756

式(9)において、αe1及びαe2は、αe1<αe2を満たす正の数である。また、βP1及びβP2は、βP1<βP2を満たす正の数である。αe1、αe2、βP1及びβP2は、例えばあらかじめ記憶部22に記憶される。 In Formula (9), α e1 and α e2 are positive numbers that satisfy α e1e2 . Moreover, beta P1 and beta P2 are positive numbers satisfying the β P1P2. α e1 , α e2 , β P1 and β P2 are stored, for example, in the storage unit 22 in advance.

式(9)によれば、パラメータ演算部213は、モデル平均偏差esum、tの値に応じて、ΔPB、tを、−βP2、−βP1、0、βP1、βP2のいずれかに決定する。このように、パラメータ演算部213は、階段関数を使用してΔPB、tを決定することにより、一定の範囲のモデル平均偏差esum、tに対し、同一のΔPB、tを出力する。なお、本実施形態では、ΔPB、tを、階段関数を使用して決定すると説明したが、ΔPB、tは、例えば線形な関数等、他の関数を用いて決定してもよい。また、ΔPB、tは、階段関数等の関数で自動的に決定するのではなく、オペレータによる比例帯の直接の変更量として受け付け、パラメータ更新部214に与えられてもよい。 According to the equation (9), the parameter calculator 213 determines ΔP B, t as any one of −β P2 , −β P1 , 0, β P1 and β P2 according to the values of the model mean deviations e sum and t. Decide on. As described above, the parameter operation unit 213 outputs the same ΔP B, t with respect to the model average deviation e sum, t in a predetermined range by determining ΔP B, t using the step function. In the present embodiment, [Delta] P B, the t, has been described as determined using the step function, [Delta] P B, t, for example a linear function or the like, may be determined using other functions. Further, ΔP B, t may not be automatically determined by a function such as a step function, but may be received as a direct change amount of the proportional band by the operator and given to the parameter updating unit 214.

パラメータ演算部213は、このように複数のモデル偏差eM、tの平均値であるモデル平均偏差esum、tに基づいてΔPB、tを決定するため、例えば一時的な誤検出等による誤ったΔPB、tの決定を回避しやすくなる。 Since the parameter calculator 213 determines ΔP B, t based on the model average deviation e sum, t which is an average value of a plurality of model deviations e M, t as described above, an error due to, for example, a temporary false detection or the like This makes it easy to avoid the determination of ΔP B, t .

パラメータ演算部213がΔPB、tを決定すると、次の式(10)に示すPゲイン更新式を使用して、時刻t+Δtの処理におけるPゲインPt+Δtを算出する。 When the parameter calculation unit 213 determines ΔP B, t , P gain P t + Δt in the process of time t + Δt is calculated using a P gain update equation shown in the following equation (10).

Figure 0006528756
Figure 0006528756

制御部21により算出された時刻t+Δtの処理におけるPゲインPt+Δtは、図4の制御信号演算部211に入力され、時刻t+Δtの処理において使用される。つまり、時刻t+Δtの処理において、PゲインPt+Δtに基づいて、制御特性を決定する。PゲインPt+Δtが、PゲインPと等しい場合には、時刻tの処理と、時刻t+Δtの処理とで、同一の制御特性が使用される。 The P gain P t + Δt in the process of the time t + Δt calculated by the control unit 21 is input to the control signal calculation unit 211 of FIG. 4 and used in the process of the time t + Δt. That is, in the process of time t + Δt, the control characteristic is determined based on P gain Pt + Δt . When the P gain P t + Δt is equal to the P gain P t , the same control characteristic is used in the process of time t and the process of time t + Δt.

制御部21は、このように推定湯面レベル変化量と実測湯面レベル変化量との差に基づいて、制御特性を自動的に決定する。これにより、例えば、連続鋳造工程において、ステッピングシリンダ18の先端が摩耗したり、先端に異物が付着したりした場合に、制御部21は、この変化を制御特性に反映させて制御を行うことができる。制御部21は、パラメータ更新部214により算出されたPゲインPt+Δtに基づいて決定された制御特性を用いてステッピングシリンダ18を操作させることにより、推定湯面レベル変化量と実測湯面レベル変化量との差を小さくし得る。 As described above, the control unit 21 automatically determines the control characteristic based on the difference between the estimated amount of change in molten metal level and the measured amount of change in molten metal level. Thereby, for example, when the tip of the stepping cylinder 18 is worn or foreign matter adheres to the tip in the continuous casting process, the control unit 21 may perform control by reflecting this change in the control characteristic. it can. The control unit 21 operates the stepping cylinder 18 using the control characteristic determined based on the P gain P t + Δt calculated by the parameter updating unit 214, thereby estimating the amount of change in the level and the amount of change in the actually measured level. And the difference between

具体的には、制御部21は、推定湯面レベル変化量と、実測湯面レベル変化量とに基づいてPゲインを算出し、算出したPゲインに基づいて流量調整部18の制御特性を決定する。そして、制御部21は、決定した制御特性に基づいて制御信号uを生成し、生成した制御信号uで流量調整部18を操作させる。そのため、湯面レベル制御装置20によれば、制御動作中における特性の変化による影響を低減可能である。 Specifically, control unit 21 calculates P gain based on the estimated amount of molten metal level change and the actual amount of molten metal level change, and determines the control characteristic of flow rate adjusting unit 18 based on the calculated P gain. Do. Then, the control unit 21 based on the determined control characteristic to generate a control signal u t, thereby operating the flow rate adjusting unit 18 in the generated control signal u t. Therefore, according to the molten metal level control device 20, the influence of the change of the characteristic during the control operation can be reduced.

図11は、実際のPゲイン変更結果を示す図であり、実際の設備を用いて上述の制御を行った結果を示す図である。図11において、横軸はPゲインを示し、縦軸は連続鋳造のチャージ数とストランドとの積により表されるN数を示している。また、図11において、棒グラフは各PゲインにおけるN数を示し、曲線のグラフは棒グラフを曲線で近似したものである。図11より、操業中の制御対象のパラメータ(特性)の変化に応じてPゲインの変更も適切に調整された結果が示されており、実動作特性に対応できていることがわかる。   FIG. 11 is a diagram showing an actual P gain change result, and is a diagram showing a result of performing the above-described control using actual equipment. In FIG. 11, the horizontal axis shows P gain, and the vertical axis shows N number represented by the product of the number of charges of continuous casting and the strand. Further, in FIG. 11, the bar graph indicates the N number at each P gain, and the curve graph is a bar graph approximated by a curve. FIG. 11 shows that the P gain change is also appropriately adjusted according to the change of the control target parameter (characteristic) during operation, and it can be understood that it corresponds to the actual operating characteristic.

以上、本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。   Although the present invention has been described above based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various changes and modifications based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, each means, functions included in each step, etc. can be rearranged so as not to be logically contradictory, and it is possible to combine or divide a plurality of means, steps, etc. into one. .

10 連続鋳造機
11 タンディッシュ
12 ノズル
12a 流入口
13 鋳型
14 サポートロール
15 冷却水スプレー
16 搬送用ロール
17 切断機
18 ステッピングシリンダ(流量調整部)
19 レベルセンサ
20 湯面レベル制御装置
21 制御部
22 記憶部
30 ダミーバー
31 リンク部材
32 連結ピン
211 制御信号演算部
212 規範モデル演算部
213 パラメータ演算部
214 パラメータ更新部
221 線形制御部
222 外乱抑制制御部
10 Continuous Casting Machine 11 Tundish 12 Nozzle 12a Inlet 13 Mold 14 Support Roll 15 Cooling Water Spray 16 Transport Roll 17 Cutting Machine 18 Stepping Cylinder (Flow Control Part)
Reference Signs List 19 level sensor 20 level control device 21 control unit 22 storage unit 30 dummy bar 31 link member 32 connection pin 211 control signal operation unit 212 reference model operation unit 213 parameter operation unit 214 parameter update unit 221 linear control unit 222 disturbance control unit

Claims (5)

タンディッシュから鋳型に供給される溶鋼量を調整する流量調整部と、
前記鋳型における溶鋼の湯面レベルを検出するレベルセンサと、
前記レベルセンサが検出した前記湯面レベルの実測値と、前記湯面レベルの目標値とに基づいて、前記湯面レベルを制御するための操作量を生成し、該操作量を操作指令として前記流量調整部に指示する制御部と
を備え、
前記制御部は、線形制御系の操作量信号である線形制御入力信号を生成する線形制御部と、スライディングモード制御に基づく非線形の操作量信号である非線形制御入力信号を生成する外乱抑制制御部と、前記線形制御部及び前記外乱抑制制御部の制御パラメータを変更する制御パラメータ変更部と、を含むことを特徴する湯面レベル制御装置。
A flow rate adjustment unit that adjusts the amount of molten steel supplied from the tundish to the mold;
A level sensor for detecting the level of molten steel in the mold;
An operation amount for controlling the surface level is generated based on an actual value of the surface level detected by the level sensor and a target value of the surface level, and the operation amount is used as an operation command. And a control unit for instructing the flow rate adjustment unit;
Wherein the control unit includes a linear control unit which generates a linear control input signal which is an operation amount signal of linear control systems, and the disturbance suppression control unit that generates a non-linear control input signal is a non-linear operation amount signal based on the sliding mode control And a control parameter change unit configured to change control parameters of the linear control unit and the disturbance suppression control unit.
前記線形制御部は、前記湯面レベルの実測値と前記湯面レベルの目標値との偏差に所定の係数を乗じて得られる信号と、該偏差の変化量に所定の係数を乗じて得られる信号と、に基づいて、前記線形制御入力信号を算出することを特徴とする請求項1記載の湯面レベル制御装置。   The linear control unit is obtained by multiplying the deviation between the measured value of the molten metal level and the target value of the molten metal level by a predetermined coefficient, and the variation of the deviation by a predetermined coefficient. The level control system according to claim 1, wherein the linear control input signal is calculated based on a signal. 前記外乱抑制制御部は
前記湯面レベルの実測値と前記湯面レベルの目標値との偏差と、該偏差の変化量と、の各信号の線形結合で定まる切替関数を定義し、該切替関数に該偏差及び該偏差の変化量を代入して定まる値の符号によって、前記非線形制御入力信号を生成することを特徴とする
請求項1または請求項2記載の湯面レベル制御装置。
The disturbance suppression control unit defines a switching function which is determined by linear combination of respective signals of a deviation between an actual measurement value of the surface level and a target value of the surface level and a variation of the deviation, and the switching function The level control system according to claim 1 or 2, wherein the nonlinear control input signal is generated by a sign of a value determined by substituting the deviation and a variation of the deviation.
前記制御パラメータ変更部は、湯面レベル制御系の制御対象の規範モデルを定め、該規範モデルを用いて湯面レベル推定値を計算し、該湯面レベル推定値の変動量と湯面レベル実測値の変動量との差により、前記制御対象の特性の変動を評価し、制御パラメータを変更する演算を実施することにより、前記線形制御の制御パラメータを変更することを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれか一項に記載の湯面レベル制御装置。   The control parameter change unit determines a reference model of the control target of the hot water level control system, calculates the hot water level estimation value using the reference model, and measures the fluctuation amount of the hot water level estimation value and the hot water level measurement The control parameter of the linear control is changed by evaluating the fluctuation of the characteristic of the controlled object based on the difference between the value and the fluctuation amount of the value and performing an operation of changing the control parameter. The level control device according to any one of claims 3 to 10. タンディッシュから鋳型に供給される溶鋼量を調整する流量調整部と、前記鋳型における溶鋼の湯面レベルを検出するレベルセンサと、前記流量調整部に操作指令を出力する制御部とを備える湯面レベル制御装置による湯面レベル制御方法であって、
線形制御系の操作量信号である線形制御入力信号を生成するステップと、
スライディングモード制御に基づく非線形の操作量信号である非線形制御入力信号を生成するステップと、
線形制御の制御パラメータを変更するステップと、
前記変更された制御パラメータにより、前記レベルセンサが検出した前記湯面レベルの実測値と、前記湯面レベルの目標値とに基づいて、前記湯面レベルを制御するための操作量を生成し、該操作量を操作指令として出力するステップと、
を含む、湯面レベル制御方法。
Hot water surface including a flow rate adjustment unit for adjusting the amount of molten steel supplied from the tundish to the mold, a level sensor for detecting the level of molten steel in the mold, and a control unit for outputting an operation command to the flow rate adjustment unit. A level control method using a level control device, comprising:
Generating a linear control input signal which is a manipulated variable signal of the linear control system ;
Generating a non-linear control input signal which is a non-linear manipulated variable signal based on sliding mode control ;
Changing control parameters of linear control;
An operation amount for controlling the surface level is generated based on the measured value of the surface level detected by the level sensor and the target value of the surface level according to the changed control parameter. Outputting the operation amount as an operation command;
Surface level control method including.
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