JP7415171B2 - 連続鋳造機の湯面レベル制御装置、方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造機の湯面レベル制御装置、方法、およびプログラムに関し、特に、連続鋳造機の操業中に鋳型の内部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。

連続鋳造機の操業は、以下のように行われる。まず、上下に開口した鋳型に、溶融金属（溶湯）を注入（注湯）する。鋳型に接触することにより冷却された溶湯が凝固することにより鋳型の内壁面側に凝固シェルが生成される。凝固シェルで覆われた、内部が未凝固の鋳片をガイドロールで挟んで案内し、鋳型の下側開口部から連続的に引き抜きつつ更に冷却して、内部まで完全凝固させる。

このような連続鋳造機においては、鋳型上部からの溶湯の溢出、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共に、鋳型内での冷却、凝固状態を安定化させ、製品鋳片の品質向上を図るため、鋳型の内部に滞留する溶湯の表面レベル（湯面レベル）を適正レベルに維持することが重要であり、従来から、鋳型の内部の湯面レベルを予め定めた目標レベルに保つための湯面レベル制御が行われている。

この湯面レベル制御は、渦流レベル計等の適宜のレベル計により、操業中の鋳型の内部の湯面レベルを検出し、この検出レベルと予め定めた目標レベルとを比較して、両者の偏差に基づく演算により鋳型への注湯のための注湯手段（スライディングゲート、ストッパ装置等）の開度変更量を求め、求められた開度変更量に対応する開度指令を注湯手段のアクチュエータ（例えば、油圧シリンダ）に与え、鋳型への注湯量を加減することにより行われている。尚、開度変更量は、偏差を入力とするＰＩ演算またはＰＩＤ演算により求められ、制御対象を含めた制御系の安定化を図るようにしている。

ところが、連続鋳造機の操業においては、鋳型から引き抜かれる鋳片のバルジングによる、湯面レベルの変動を引き起こす周期的な外乱が存在しており、このような外乱に起因して鋳型の内部に発生する周期的なレベル変動は、前述の如く行われる一般的な湯面レベル制御により抑制することは難しい。

ここで、バルジングとは、鋳型の下方に引き抜かれる鋳片外側の凝固シェルが、引き抜き経路に沿って並設された多数のガイドロールによる挾持部間において外側に膨らむように変形する現象である。このとき鋳型の内部の湯面レベルの変動は、凝固シェルの内側の溶湯が、バルジングに伴う変形により鋳型に対して出入りすることにより発生し、バルジング量の時間的な変化が周期性レベル変動を引き起こすとされている。特に、ガイドロールが同一ピッチにて並設されている場合、各ガイドロールでのバルジング量が同一位相にて変化するため、大なる変動幅を有する周期的なレベル変動が発生する。

そこで、周期的なレベル変動を抑制するための技術として、特許文献１、２に記載の技術がある。
特許文献１には、注湯手段の開度変更量を、鋳型の内部の湯面の検出レベルと目標レベルとの偏差を入力とするＰＩ演算により求める一方、当該偏差を、特定の周波数に対応する位相進み補償器に与え、当該位相進み補償器の出力信号を開度変更量に加算することが開示されている。

特許文献２には、鋳型の内部の湯面の検出レベルと目標レベルとの偏差に偏差補正量を加算して得られた補正値を入力とし、湯面レベルの変動周波数における制御系の感度関数のゲインを０（ゼロ）にし、且つ、当該変動周波数の近傍における感度関数のゲインを０（ゼロ）に近い任意の値にするよう定めた伝達関数を用いて、偏差補正量および開度補正量を演算することが開示されている。

特開平１０－３１４９１１号公報 特開２００７－７７２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、位相進み補償器が、特定の周波数以外のレベル変動に対し注湯手段の開度操作量を増すように働き、他の周波数でのレベル変動を引き起こす虞がある。

また、特許文献２に記載の技術では、湯面レベル変動応答特性モデルが不安定零点を持つ場合には、これらの不安定零点における値が１になるように定める補間条件式の制約のもと、伝達関数に関する評価関数を最小化する最適化問題を解くことにより、伝達関数の係数の値を実際に計算する必要がある。当該最適化問題のアルゴリズムは湯面レベル応答特性モデルが有理伝達関数で表されることを前提としている。このため、湯面レベル応答特性モデルがむだ時間要素を含むモデルの場合にはむだ時間要素についてパデ近似等の手法により伝達関数を有理伝達関数に近似して解析解を得ることができる。しかしながら、むだ時間遅れ特性を十分な精度で近似するためには、近似する有理伝達関数を高次にする必要がある。この場合、前記不安定零点の個数が増加する。従って、湯面レベルの変動周波数が変化するたびに前記のアルゴリズムの計算を少なくともむだ時間遅れ特性を近似する有理伝達関数の不安定零点の個数分だけ繰り返す必要がある。

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、連続鋳造機の鋳型の内部における湯面レベルの周期的な変動を抑制する制御系を、伝達関数を決定するための最適化問題の解析解を求解することなく実現することができるようにすることを目的とする。

本発明の連続鋳造機の湯面レベル制御装置は、連続鋳造機の操業中に検出された鋳型の内部の湯面レベルと予め定められた目標レベルとの偏差であるレベル偏差に基づいて、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令を演算して、前記湯面レベルを前記目標レベルに保つための制御を実行する連続鋳造機の湯面レベル制御装置であって、前記レベル偏差に対する補正量であるレベル偏差補正量と、前記注湯手段の開度変更量に対する補正量である開度補正量とを演算する補正量演算手段を有し、前記補正量演算手段は、前記レベル偏差が前記レベル偏差補正量で補正された後の補正後レベル偏差の目標周波数成分と、前記レベル偏差補正量との偏差である目標周波数成分偏差を演算する第１の偏差演算手段と、前記第１の偏差演算手段により演算された目標周波数成分偏差に基づき、前記制御を実行する制御系全体を安定にする伝達関数である負帰還安定化用伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量および前記開度補正量の少なくとも一方に対する中間補正量を演算する中間補正量演算手段と、前記中間補正量演算手段により導出された中間補正量に基づき、前記連続鋳造機における湯面レベルの応答特性モデルを構成する安定な伝達関数である安定伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量および前記開度補正量の少なくとも一方を演算する補正量決定手段と、を有し、前記補正量決定手段により前記レベル偏差補正量が演算された場合には、当該レベル偏差補正量は前記中間補正量演算手段にネガティブフィードバックされ、前記補正量決定手段により前記レベル偏差補正量が演算されない場合には、前記中間補正量演算手段により演算された前記中間補正量が前記中間補正量演算手段にネガティブフィードバックされる、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は、連続鋳造機の操業中に検出された鋳型の内部の湯面レベルと予め定められた目標レベルとの偏差であるレベル偏差に基づいて、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令を演算して、前記湯面レベルを前記目標レベルに保つための制御を実行する連続鋳造機の湯面レベル制御方法であって、前記レベル偏差に対する補正量であるレベル偏差補正量と、前記注湯手段の開度変更量に対する補正量である開度補正量とを演算する補正量演算工程を有し、前記補正量演算工程は、前記レベル偏差が前記レベル偏差補正量で補正された後の補正後レベル偏差の目標周波数成分と、前記レベル偏差補正量との偏差である目標周波数成分偏差を演算する第１の偏差演算工程と、前記第１の偏差演算工程により演算された目標周波数成分偏差に基づき、前記制御を実行する制御系全体を安定にする伝達関数である負帰還安定化用伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量および前記開度補正量の少なくとも一方に対する中間補正量を演算する中間補正量演算工程と、前記中間補正量演算工程により導出された中間補正量に基づき、前記連続鋳造機における湯面レベルの応答特性モデルを構成する安定な伝達関数である安定伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量および前記開度補正量の少なくとも一方を演算する補正量決定工程と、を有し、前記補正量決定工程により前記レベル偏差補正量が演算された場合には、当該レベル偏差補正量は前記中間補正量演算工程にネガティブフィードバックされ、前記補正量決定工程により前記レベル偏差補正量が演算されない場合には、前記中間補正量演算工程により演算された前記中間補正量が前記中間補正量演算工程にネガティブフィードバックされる、ことを特徴とする。

本発明のプログラムは、前記連続鋳造機の湯面レベル制御装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのものである。

本発明によれば、連続鋳造機の鋳型の内部における湯面レベルの周期的な変動を抑制する制御系を、伝達関数を決定するための最適化問題の解析解を求解することなく実現することができる。

連続鋳造機の概略構成の一例と連続鋳造機の湯面レベル制御装置の概略構成の一例を示す図である。 レベル制御装置の構成の一例を示すブロック線図である。 レベル制御系の第１の例を示すブロック線図である。 補正量演算部が働かない場合のレベル制御系の一例を示すブロック線図である。 レベル制御系の第２の例を示すブロック線図である。 補正量演算部を働かせない場合の湯面レベルの変動の一例を示す図である。 補正量演算部を働かせた場合の湯面レベルの変動の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
尚、各図では、説明および表記の都合上、説明に必要な部分のみを必要に応じて簡略化して示す。また、長さ、位置、大きさ、間隔等、比較対象が同じであることは、厳密に同じである場合の他、発明の主旨を逸脱しない範囲で異なるもの（例えば、設計時に定められる公差の範囲内で異なるもの）も含むものとする。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態を説明する。
＜連続鋳造機の構成＞
図１は、連続鋳造機の概略構成の一例と連続鋳造機の湯面レベル制御装置の概略構成の一例を示す図である。以下の説明では、連続鋳造機の湯面レベル制御装置を、必要に応じて湯面レベル制御装置と略称する。

図１において、鋳型１は、上下に開口を有する筒形の形状を有する。例えば、鋳型１は、一対の長片部と一対の短片部とを有する。相互に対向するように一対の長片部が配置され、一対の長片部の間で相互に対向するように一対の短片部が配置される。このように配置された一対の長片部と一対の短片部とにより囲まれる直方体形状の領域に溶湯２が注入される。

鋳型１の上方には、溶湯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、注湯ノズル３が連設される。注湯ノズル３は鋳型１の内部にまで延長している。タンディッシュ２０内の溶湯２は、注湯ノズル３の基部に注湯手段として構成されたスライディングゲート３０（本実施形態ではスライディングゲートを例にとり説明するが、ストッパ装置等により注湯手段を実現してもよい）を経て鋳型１内に注湯される。溶湯２は、鋳型１の内壁面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。尚、このとき鋳型１は水冷されている。

このような鋳片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、予め定められた引き抜き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。

以上のようにして行われる連続鋳造機の操業中に、鋳型１内部の溶湯２の表面レベル（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により検出される溶湯２の湯面レベルである検出レベルｙは、レベル制御装置７に与えられる。また、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内にて維持すべき溶湯２の湯面レベルの目標値（目標レベルｒ）が与えられている。レベル制御装置７は、レベル計６による検出レベルｙと目標レベル設定器７ａに設定された目標レベルｒとの偏差を導出し、当該偏差を解消すべく、スライディングゲート３０の開度変更量を導出する。レベル制御装置７は、当該開度変更量だけ開度が変更されるように、スライディングゲート３０を開閉するアクチュエータ（例えば、油圧シリンダ）３１に開度指令ｕを出力する。アクチュエータは、開度指令ｕに応じてスライディングゲート３０の開度を変更する。スライディングゲート３０の開度の変更により、鋳型１への注湯２の注入量が調節される。鋳型１内部の溶湯２の湯面レベルは、注湯ノズル３からの注入量と鋳片４の引き抜き等による鋳型１からの溶湯流出量の偏差に比例する速度で、上下に移動する。以上のようにして湯面レベル制御が実行される。

＜レベル制御装置７の構成＞
図２は、レベル制御装置７の構成の一例を示すブロック線図である。本実施形態のレベル制御装置７は、開度演算部７１と、補正量演算部７２と、減算器７４と、加算器７５、７６とを有する。
減算器７４は、レベル制御装置７に対する入力として与えられる目標レベルｒと検出レベルｙとの偏差であるレベル偏差を演算し、当該レベル偏差を示すレベル偏差信号ｅを出力する。
加算器７５は、レベル偏差信号ｅと後述する偏差補正量ｘとを加算した値を補正後レベル偏差として演算し、補正後レベル偏差を示す補正後レベル偏差信号Ｅを出力する。本実施形態では、例えば、加算器７５を用いることにより第２の偏差演算手段が実現される。

開度演算部７１は、補正後レベル偏差信号Ｅを入力とし、開度変更量ｕ₀を演算する。本実施形態では、例えば、開度演算部７１を用いることにより開度演算手段が実現される。
補正量演算部７２は、補正後レベル偏差信号Ｅを入力とし、開度演算部７１により演算された開度変更量ｕ₀に加える開度補正量ｖと、レベル偏差信号ｅに加える偏差補正量ｘとを演算する。本実施形態では、例えば、補正量演算部７２を用いることにより補正量演算手段が実現される。

加算器７８は、補正量演算部７２の出力信号（開度補正量ｖ）と開度演算部７１の出力信号（開度変更量ｕ₀）とを加算して開度指令ｕとして出力する。本実施形態では、例えば、加算器７８を用いることにより、開度指令演算手段が実現される。

補正量演算部７２は、第１のフィルタ７２ａと、第２のフィルタ７２ｂと、第３のフィルタ７２ｃと、第４のフィルタ７２ｄと、減算器７２ｅ、７２ｆとを有する。図２に示すように補正量演算部７２は、第１のフィルタ７２ａと、第２のフィルタ７２ｂと、第３のフィルタ７２ｃと、第４のフィルタ７２ｄとを備えるフィルタ要素を含む。

補正後レベル偏差信号Ｅは、第１のフィルタ７２ａに与えられる。第１のフィルタ７２ａは、補正後レベル偏差信号Ｅから制御系の目標周波数成分の信号を減衰させる。第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_N（ｓ）はそれ自体が安定となるように定められる。本実施形態では、制御系の目標周波数成分は、バルジングによる湯面レベルの周期的変動の周波数成分として想定される周波数成分である。以下の説明では、制御系の目標周波数成分を必要に応じて目標周波数成分と略称する。

減算器７２ｅは、補正後レベル偏差信号Ｅから第１のフィルタ７２ａの出力信号を減算し、その値を示す信号ｆを出力する。第１のフィルタ７２ａおよび減算器７２ｅを用いることにより、補正後レベル偏差信号Ｅの目標周波数成分の信号が抽出される。
本実施形態では、例えば、第１のフィルタ７２ａおよび減算器７２ｅを用いることにより、抽出手段が実現される。また、例えば、第１のフィルタ７２ａを用いることにより、減衰手段が実現され、減算器７２ｅを用いることにより、減算手段が実現される。

減算器７２ｆは、信号ｆから、後述するようにしてフィードバックされる偏差補正量ｘを減算し、その値を示す信号を出力する。信号ｆは、補正後レベル偏差信号Ｅの目標周波数成分を示す信号である。従って、減算器７２ｆから出力される信号は、補正後レベル偏差信号Ｅの目標周波数成分と、偏差補正量ｘとの偏差を示す信号である。本実施形態では、例えば、減算器７２ｆを用いることにより、第１の偏差演算手段が実現される。また、例えば、補正後レベル偏差信号Ｅの目標周波数成分と、偏差補正量ｘとの偏差により、目標周波数成分偏差が実現される。

減算器７２ｆから出力された信号は、第２のフィルタ７２ｂに与えられる。第２のフィルタ７２ｂは、減算器７２ｆから出力された信号に基づいて、レベル偏差補正量ｘおよび開度補正量ｖに対する中間補正量を演算し、当該中間補正量を示す中間補正信号ｑを出力する。第２のフィルタ７２ｂの伝達関数は、開度演算部７１と、補正量演算部７２と、減算器７４と、加算器７５、７６とからなるレベル制御装置７と、レベル制御装置７で算出するスライディングゲート３０の開度指令ｕに基づく湯面レベルの検出レベルｙをレベル制御装置７にネガティブフィードバックした制御系全体を安定化するように定められる。本実施形態では、例えば、第２のフィルタ７２ｂを用いることにより、中間補正量演算手段が実現される。

第３のフィルタ７２ｃは、第２のフィルタ７２ｂから出力された中間補正信号ｑに基づいて、偏差補正量ｘを演算して加算器７５および減算器７２ｆに出力する。第４のフィルタ７２ｄは、第２のフィルタ７２ｂから出力された中間補正信号ｑに基づいて、開度補正量ｖを演算して加算器７６に出力する。第３のフィルタ７２ｃおよび第４のフィルタ７２ｄの伝達関数は、それぞれ、連続鋳造機における湯面レベル変動応答特性モデルの伝達関数Ｐ（ｓ）に基づく安定な伝達関数である。本実施形態では、例えば、第３のフィルタ７２ｃおよび第４のフィルタ７２ｄを用いることにより補正量決定手段が実現される。また、例えば、第３のフィルタ７２ｃを用いることにより、レベル偏差補正量決定手段が実現され、第４のフィルタ７２ｄを用いることにより、開度偏差補正量決定手段が実現される。

尚、各図において、各フィルタのブロック線図中の記号は、各フィルタの伝達関数を示す。当該記号には、各伝達関数が、連続時間領域でのフィルタの伝達特性をラプラス変換の変数ｓを用いた伝達関数であることを意味する（ｓ）が添えられている。

図２に示すように、第２のフィルタ７２ｂと第３のフィルタ７２ｃと減算器７２ｆはフィードバックループＦＢＲ１を構成する。第２のフィルタ７２ｂから出力される中間補正信号ｑは、第４のフィルタ７２ｄを介して、開度演算部７１の出力側へのフィードフォワードパスを構成する。第１のフィルタ７２ａと第２のフィルタ７２ｂと第３のフィルタ７２ｃと減算器７２ｅと減算器７２ｆと加算器７５とからなるフィードバックループの出力ｘは、開度演算部７１への入力側へのフィードバックループＦＢＲ２を構成する。

開度演算部７１の伝達関数をＣ₀（ｓ）、第１のフィルタ７２ａの伝達関数をＦ_N（ｓ）、第２のフィルタ７２ｂの伝達関数をＲ（ｓ）、第３のフィルタ７２ｃの伝達関数をＮ_a（ｓ）、第４のフィルタ７２ｄの伝達関数をＭ_a（ｓ）とすると、レベル偏差信号ｅを入力とし、開度指令ｕを出力とする伝達関数Ｃ（ｓ）は、以下の式（１）で表される。

図３は、以上のレベル制御装置７を用いたレベル制御系の一例を示すブロック線図である。図３では、目標レベルをｒ、検出レベルをｙとし、制御対象となる連続鋳造機における湯面レベル変動応答特性モデルの伝達関数をＰ（ｓ）とし、また、操業中に湯面レベルの変動を引き起こす外乱（をノズル開度に換算したもの）をｄとしてブロック線図を表す。

ここで、補正量演算部７２が働かないと仮定した場合、図３に示すブロック線図は、図４に示すブロック線図に簡略化される。この場合、レベル偏差信号ｅを入力として開度演算部７１において演算された開度変更量が開度指令ｕ₀として出力され、加算器７３によって外乱ｄが加算されて湯面レベル変動応答特性モデルに与えられて湯面レベルが変化する。このように変化する湯面レベルは、レベル計６（図１）による検出レベルｙとしてフィードバックされ、検出レベルｙと目標レベルｒとの偏差を示すレベル偏差信号ｅが開度演算部７１に与えられて開度変更量が演算されることとなる。

従って、ＰＩ演算器、ＰＩＤ演算器等、それ自体で制御系全体を安定化する演算器により開度演算部７１を構成すれば、補正量演算部７２が働かない状態での制御系の基本特性を安定に定めることができる。

＜第３、第４のフィルタ７２ｃ、７２ｄの伝達関数Ｎ_a（ｓ）、Ｍ_a（ｓ）の設定＞
補正量演算部７２に含まれる第３のフィルタ７２ｃ及び第４のフィルタ７２ｄは、これらの伝達関数Ｎ_a（ｓ）、Ｍ_a（ｓ）自体がそれぞれ安定であるように、湯面レベル変動応答特性モデルの伝達関数Ｐ（ｓ）に対して、以下の式（２）のように構成される。

Ｐ（ｓ）＝Ｎ_a（ｓ）／Ｍ_a（ｓ） ・・・（２）
本実施形態では、前述した第２のフィルタ７２ｂと第３のフィルタ７２ｃと減算器７２ｆとにより構成されるネガティブフィードバックループＦＢＲ１により、湯面レベル変動応答特性モデルが不安定零点を持つ場合でも、最適化問題の解析解を計算する必要がない。従って、伝達関数Ｎ_a（ｓ）はむだ時間要素および不安定零点をもっていてもよい。ただし、伝達関数Ｎ_a（ｓ）はむだ時間要素および不安定零点をもっていなくてもよい。本実施形態では、例えば、第３、第４のフィルタ７２ｃ、７２ｄの伝達関数Ｎ_a（ｓ）、Ｍ_a（ｓ）は、上記式（２）で表される湯面レベル変動応答特性モデルを構成する安定な伝達関数である安定伝達関数により実現される。また、例えば、第３、第４のフィルタ７２ｃ、７２ｄの伝達関数Ｎ_a（ｓ）、Ｍ_a（ｓ）は、それぞれが異なる安定な第１の安定伝達関数、第２の安定伝達関数により実現される。

＜第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（ｓ）の設定＞
次に、図３に示すブロック線図において、検出レベルｙと目標レベルｒとの偏差を示すレベル偏差信号ｅを入力として求められた開度指令ｕに従う制御動作により、外乱ｄの作用下にて鋳型１の内部にて変化する湯面レベルｙを出力とする一巡ループ伝達関数について説明する。
図３において湯面レベル変動応答モデルへの入力信号ｗと外乱ｄとの関係は伝達関数を用いて表すと、以下の式（３）のようになる。
（１＋Ｐ（ｓ）Ｃ（ｓ））ｗ＝ｄ ・・・（３）

（３）式の左辺において、湯面レベル変動応答モデルへの入力信号ｗに乗算される伝達関数１＋Ｐ（ｓ）Ｃ（ｓ）は、式（１）および式（２）を用いて以下の（４）式のように表される。

ここで、開度演算部７１は、補正量演算部７２が働かない場合でも図４に示す制御系を安定にすることを仮定する。この仮定は実際の鋳造において湯面レベル変動が発散しないために必要である。図４において湯面レベル変動応答モデルへの入力信号ｗと外乱ｄとの関係は伝達関数を用いて表すと、以下の式（５）のようになる。
（１＋Ｐ（ｓ）Ｃ₀（ｓ））ｗ＝ｄ ・・・（５）

従って、補正量演算部７２が働かない場合でも図４に示す制御系を安定とするために、湯面レベル変動応答特性の伝達関数Ｐ（ｓ）と開度演算部７１の伝達関数Ｃ₀（ｓ）は、式（５）の左辺の伝達関数１＋Ｐ（ｓ）Ｃ₀（ｓ）が不安定零点をもたない、即ち値が０（ゼロ）になる点の実部が負にならなければならない。このように、図４に示す制御系を安定にすることは、式（５）の左辺の伝達関数１＋Ｐ（ｓ）Ｃ₀（ｓ）が不安定零点をもたないようにすることを指す。

特許文献２に記載の技術では、補正量演算部７２が働く場合に図３に示す制御系を安定とするためには、湯面レベル変動応答特性の不安定零点に関する補間条件を満たさなければならない。これに対し本実施形態では、式（４）において、以下の（Ａ）～（Ｃ）の条件を全て満足すればよい。

（Ａ） 式（４）の右辺第１項（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））/（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）Ｆ_N（ｓ））について、分子の伝達関数１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）の零点が安定であること。
（Ｂ） 式（４）の右辺第１項の分子（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））の不安定極と、分母（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）Ｆ_N（ｓ））の不安定極が打ち消しあうこと。
（Ｃ） 式（４）の右辺第２項（１＋Ｐ（ｓ）Ｃ₀（ｓ））の零点が安定であること。

第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_N（ｓ）と第３のフィルタ７２ｃの伝達関数Ｎ_a（ｓ）は安定である。従って、式（４）の右辺第１項の分子（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））の不安定極と、分母（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）Ｆ_N（ｓ））の不安定極は、第３のフィルタ７２ｃの伝達関数Ｒ（ｓ）に含まれるものだけである。そうすると、式（４）の右辺第１項の分子（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））の不安定極と、分母（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）Ｆ_N（ｓ））の不安定極とは必ず打ち消しあう。図２の信号ｆから偏差補正量ｘまでの応答の伝達関数の極は式（４）の右辺第１項の分子（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））の零点に一致するので、（Ａ）の条件を満たせば、図２の信号ｆから偏差補正量ｘまでの応答の伝達関数が安定である。よって、（Ａ）～（Ｃ）の条件のうち（Ａ）の条件を満足すれば、補正量演算部７２が働く場合において図３に示す制御系全体を安定とすることができる。このようにして制御系全体を安定にする第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（ｓ）を設計することは、図２の信号ｆから偏差補正量ｘまでの応答の伝達関数が安定になるように事前に伝達関数Ｒ（ｓ）を設計することにより実現することができる。本実施形態では、第２のフィルタ７２ｂの伝達係数Ｒ（ｓ）を負帰還安定化用伝達関数とすること、すなわち、上述のネガティブフィードバックＦＢＲ１を構成することにより実現される。

＜第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_N（ｓ）の設定＞
次に、制御系の感度関数について説明する。
図３に示す制御系の感度関数Ｓ（ｓ）は、目標レベルｒを０（ゼロ）とした場合の、外乱ｄを入力とし、検出レベルｙを出力とする伝達関数として定義されるものであり、以下の式（６）で表される。
Ｓ（ｓ）＝１／（１＋Ｐ（ｓ）Ｃ（ｓ）） ・・・（６）

また、補正量演算部７２が働かないと仮定して得られた図４に示す制御系の感度関数Ｓ₀（ｓ）は、以下の式（７）で表される。
Ｓ₀（ｓ）＝（１＋Ｐ（ｓ）Ｃ₀（ｓ）） ・・・（７）
図３に示すブロック線図において、レベル偏差信号ｅを入力として求められた開度指令ｕに従う制御動作により、外乱ｄの作用下において鋳型１の内部にて変化する検出レベルｙを出力とする閉ループにおける感度関数Ｓ（ｓ）は、式（６）に式（４）と式（７）とを代入すると、以下の式（８）で表される。

外乱ｄから検出レベルｙまでの応答の伝達関数は、図３に示す制御系ではＰ（ｓ）Ｓ（ｓ）であり、図４に示す制御系では、Ｐ（ｓ）Ｃ₀（ｓ）である。従って、感度関数Ｓ（ｓ）のゲインを低下させることにより、検出レベルｙに現れる外乱ｄの影響を抑制することができる。従って、感度関数Ｓ（ｓ）のゲインが低下するように第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_N（ｓ）を設定すればよい。

そこで、本実施形態では、第１のフィルタ７２ａを、例えば、周波数成分減衰手段とする。具体的に第１のフィルタ７２ａは、目標周波数成分（バルジングによる湯面レベルの周期的変動の周波数成分として想定される周波数成分）およびその近傍の周波数成分を選択的に減衰させるノッチフィルタとする。ノッチフィルタは、遮断周波数ｆ_c、当該遮断周波数ｆ_cにおけるゲイン、および当該遮断周波数を中心とする減衰帯域幅が変更可能である。

式（８）において、１／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））と、Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））との和は１であるので、Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））が１に近づくと、１／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））は０に近づく。従って、第１のフィルタ７２ａがノッチフィルタであれば、当該遮断周波数ｆ_cにおいて、式（８）の右辺の感度関数Ｓ₀（ｓ）に対する係数項（１／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）Ｆ_N（ｓ）／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）））は１未満になる。従って、ノッチフィルタである第１のフィルタ７２ａの遮断周波数ｆ_cおよびその近傍で伝達関数Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））におけるゲインが１に近い特性をもつようにすれば、図３に示す制御系の感度関数Ｓ（ｓ）のゲインは、補正量演算部７２が働かないと仮定して得られた図４に示す制御系の感度関数Ｓ₀（ｓ）のゲインに比べ、当該遮断周波数ｆ_cにおいて低下する（即ち、｜Ｓ（２πｊｆ_c）｜＜｜Ｓ₀（２πｊｆ_c）｜になる，ただしｊは虚数単位）。

よって、第１のフィルタ７２ａを以上のようなノッチフィルタとすれば、湯面レベル変動応答特性モデルが不安定零点を持つ場合でも、最適化問題の解析解を計算する必要がなくなるだけでなく、ノッチフィルタである第１のフィルタ７２ａの遮断周波数において制御系の感度関数Ｓ（ｓ）のゲインを低下させることができる。

＜まとめ＞
以上のように本実施形態では、レベル補正量ｘおよび開度補正量ｖを演算する補正量演算部７２は、レベル補正量ｘをネガティブフィードバックして、補正後レベル偏差信号Ｅの目標周波数成分を示す信号ｆとの偏差を演算し、当該偏差に基づいて、湯面レベル制御系全体を安定にする伝達関数Ｒ（ｓ）を用いて中間補正信号ｑを生成する。補正量演算部７２は、連続鋳造機における湯面レベル変動応答特性モデルの伝達関数Ｐ（ｓ）に基づく安定な伝達関数Ｎ_a（ｓ）、Ｍ_a（ｓ）を用いて中間補正信号ｑに基づいてレベル補正量ｘ、開度補正量ｖを演算する。従って、連続鋳造機の鋳型の内部における湯面レベルの周期的な変動の周波数の如何に関わらず、図３に例示する制御系全体の安定を損なうことなく、当該湯面レベルの周期的な変動を抑制することを、伝達関数を決定するための最適化問題の解析解を求解することなく実現することができる。

また、本実施形態では、補正量演算部７２は、ノッチフィルタである第１のフィルタ７２ｂと減算器７２ｅとを用いて補正後レベル偏差信号Ｅの目標周波数成分を示す信号ｆを生成する。従って、第１のフィルタ７２ｂの遮断周波数ｆ_cにおいて制御系の感度関数Ｓ（ｓ）のゲインを低下させることができる。また、ノッチフィルタの遮断周波数ｆ_c、当該遮断周波数ｆ_cにおけるゲイン、および当該遮断周波数ｆ_cを中心とする減衰帯域幅を可変とすることにより、鋳造開始時、鋳造中、および鋳造終了直前にわたる鋳造速度の変化、鋳造速度の変更等により生じる、湯面レベルの周期的な変動の周波数の変化および揺らぎに適切に対応して、常に湯面レベルの変動を抑制することができる。

また、本実施形態では、補正量演算部７２は、第１のフィルタ７２ａと、第２のフィルタ７２ｂと、第３のフィルタ７２ｃと、第４のフィルタ７２ｄとを備えるフィルタ要素を含む。従って、連続鋳造機の鋳型の内部における湯面レベルの周期的な変動を抑制する制御系を、簡易な構成で実現することができる。

＜変形例＞
本実施形態では、連続鋳造機における湯面レベル変動応答特性モデルおよび湯面レベル制御装置７の各フィルタの応答特性を、ラプラス変換に基づく連続時間の伝達関数で表現する場合を例示した。しかしながら、連続鋳造機における湯面レベル変動応答特性モデルおよび湯面レベル制御装置７の各フィルタの応答特性を、ｚ変換に基づく離散時間の伝達関数で表現してもよい。

本実施形態では、第１のフィルタ７２ａおよび減算器７２ｅを用いることにより信号ｆを生成する場合を例示した。しかしながら、必ずしもこのようにして信号ｆを生成する必要はない。例えば、第１のフィルタ７２ａおよび減算器７２ｅに代えて、遮断周波数ｆ_cおよびその近傍の周波数成分の信号を選択して通過させるバンドパスフィルタを用いてもよい。

本実施形態では、第３のフィルタ７２ｃおよび第４のフィルタ７２ｄを用いる場合を例示した。しかしながら、第３のフィルタ７２ｃおよび第４のフィルタ７２ｄのうち少なくとも一方を用いていればよい。例えば、第３のフィルタ７２ｃを用いずに、中間補正信号ｑをそのままレベル補正量ｘとしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。第１の実施形態で説明したように、第２のフィルタ７２ｂは、信号ｆからレベル補正量ｘまでの応答の伝達関数を安定にする伝達関数Ｒ（ｓ）を有する。本実施形態では、第２のフィルタ７２ｂが、信号ｆからレベル補正量ｘまでの応答の伝達関数が安定となることに加え、目標周波数成分の振幅を増大する機能を有する場合について説明する。このように本実施形態と第１の実施形態とは第２のフィルタ７２ｂの構成が主として異なる。従って、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は、図１～図４に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。

第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（ｓ）が、ある値ｓ₀のラプラス演算子ｓ（ｓ＝ｓ₀）に対してゲインが無限大である連続時間の伝達関数である場合（Ｒ（ｓ₀）＝∞である場合）、第３のフィルタ７２ｃの伝達関数Ｎａ（ｓ）がｓ＝ｓ₀においてＮａ（ｓ₀）＝０でなければ、以下の式（９）、式（１０）が成り立つ。
１／（１＋Ｎ_a（ｓ₀）Ｒ（ｓ₀））＝０ ・・・（９）
Ｎ_a（ｓ₀）Ｒ（ｓ₀）／（１＋Ｎ_a（ｓ₀）Ｒ（ｓ₀））＝１ ・・・（１０）
従って、第１のフィルタ７２ａを構成するノッチフィルタの遮断周波数ｆ_cに対し、前記のラプラス演算子の値ｓ₀＝±２πｊｆ_cにおいて第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（±２πｊｆ_c）が無限大であり，第３のフィルタ７２ｃの伝達関数Ｎａ（ｓ）がＮａ(±２πｊｆ_c)でゼロでなければ、式（８）の右辺の感度関数Ｓ₀（ｓ）に対する係数項は、以下の式（１１）に示すように、第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_N（ｓ）と等しくなる。

このことは、第１のフィルタ７２ａを構成するノッチフィルタの遮断周波数ｆ_c（バルジングによる湯面レベルの周期的変動の周波数）を目標周波数とし、第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_Nの周波数特性が目標周波数（＝遮断周波数ｆ_c）においてゲインが０（ゼロ）であるノッチフィルタ特性をもてば、制御系の感度関数Ｓ（ｓ）の周波数特性は、第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_Nの遮断周波数ｆ_cにおいてゲインが０（ゼロ）となり、検出レベルｙにおいて、外乱ｄに含まれる周波数ｆ_cの成分が完全に遮断され、第１のフィルタ７２ａにおいて、外乱ｄに含まれる周波数ｆ_cに対する伝達特性が０（ゼロ）になることを意味する。尚、第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_Nの周波数特性は、目標周波数（＝遮断周波数ｆ_c）においてゲインが厳密に０（ゼロ）にならなくても、０（ゼロ）に近い値になればよい。

第１のフィルタ７２ａを構成するノッチフィルタの遮断周波数ｆ_cについて、第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（ｓ）が無限大となるようにすることは、第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（ｓ）について、ｓ＝±２πｊｆ_c（ｊは虚数単位）が極になるように、第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（ｓ）を設定することで実現することができる。

そこで本実施形態では、以下のようにして第２のフィルタ７２ｂを構成する。図５は、レベル制御装置７を用いたレベル制御系の一例を示すブロック線図である。図５は、図３に対し第２のフィルタ７２ｂの構成が異なるだけである。

図５において、第２のフィルタ７２ｂは、振幅増幅用フィルタ７２ｂ１と、安定化用フィルタ７２ｂ２と、を有する。振幅増幅用フィルタ７２ｂ１と安定化用フィルタ７２ｂ２は縦続接続される。
安定化用フィルタ７２ｂ２の伝達関数Ｒ'（ｓ）は、第１の実施形態で説明した伝達関数Ｒ（ｓ）と同様にして定められ、信号ｆからレベル補正量ｘまでの応答の伝達関数が安定になるように定められた伝達関数である。

振幅増幅用フィルタ７２ｂ１は、安定化用フィルタ７２ｂ２の前段（即ち、減算器７２ｆと安定化用フィルタ７２ｂ２との間）に配置される。振幅増幅用フィルタ７２ｂ１の伝達関数Ｇ_N（ｓ）は、ノッチフィルタである第１のフィルタ７２ａの遮断周波数ｆ_cでゲインが無限大になる周波数特性を有する。本実施形態では、例えば、振幅増幅用フィルタ７２ｂ１を用いることにより振幅増幅手段が実現される。
本実施形態では第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（ｓ）は、以下の式（１２）のようになる。
Ｒ（ｓ）＝Ｒ'（ｓ）Ｇ_N（ｓ） ・・・（１２）

前述したように、振幅増幅用フィルタ７２ｂ１の伝達関数Ｇ_N（ｓ）の極が虚軸上の極ｓ＝±２πｊｆ_cを持つようにすればよい。式（８）の右辺の感度関数Ｓ₀（ｓ）に対する係数項の第１項（１／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）））は、ｓ＝±２πｊｆ_cにおいて分母のゲインが無限大になるため０（ゼロ）である。また、第２項（Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）Ｆ_N（ｓ）／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）））は、ｓ＝±２πｊｆ_cにおいて分子と分母とが共に無限大となるため１である。つまり、ｓ＝±２πｊｆ_cにおいて式（９）および式（１０）が成り立つため、式（１１）の関係が得られる。

以上のように本実施形態では、補正量演算部７２は、目標周波数（第１のフィルタ７２ｂの遮断周波数ｆ_c）においてゲインが無限大になる伝達関数Ｇ_N（ｓ）を用いて中間補正信号を生成する。従って、第１の実施形態で説明した効果に加えて、検出レベルｙにおいて外乱ｄに含まれる目標周波数成分を効果的に抑制することができるという効果が得られる。

本実施形態のように目標周波数（第１のフィルタ７２ｂの遮断周波数ｆ_c）においてゲインが無限大になる伝達関数Ｇ_N（ｓ）を用いれば、式（８）の右辺の感度関数Ｓ₀（ｓ）に対する係数項が、第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_N（ｓ）と等しくなるので好ましい。しかしながら、伝達関数Ｇ_N（ｓ）を用いない場合に比べて外乱ｄに含まれる目標周波数成分が抑制されるように、目標周波数（第１のフィルタ７２ｂの遮断周波数ｆ_c）の振幅を増幅させることができれば、伝達関数Ｇ_N（ｓ）は、必ずしも、目標周波数（第１のフィルタ７２ｂの遮断周波数ｆ_c）においてゲインが無限大にならなくてもよい。
尚、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を説明する。第１、第２の実施形態では、第２のフィルタ７２ｂは、信号ｆからレベル補正量ｘまでの応答の伝達関数を安定にする伝達関数Ｒ（ｓ）（Ｒ'（ｓ））を有する。これに対し、本実施形態では、信号ｆからレベル補正量ｘまでの応答の伝達関数が安定となり、且つ、直流成分（０Ｈｚ）に近い低周波数領域におけるゲインが高い周波数特性を有するように伝達関数Ｒ（ｓ）（Ｒ'（ｓ））を定める。このように本実施形態と第１、第２の実施形態とは、第２のフィルタ７２ｂの伝達関数Ｒ（ｓ）（Ｒ'（ｓ））が主として異なる。従って、本実施形態の説明において第１、第２の実施形態と同一の部分については、図１～図５に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。

鋳型１内の湯面レベルは、予め定められた一定の目標値（目標レベルｒ）の付近でのみ変動することが望ましい。このため、湯面レベル制御系の感度関数の周波数特性のゲインは、周波数０Ｈｚにおいては０（ゼロ）であり、低周波数領域においては０（ゼロ）に近いことが望ましく、補正量演算部７２が働かないとした場合とした制御系でもこの目的が達せられるように、開度演算部７１として、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御等が広く用いられている。従って、式（８）の右辺の感度関数Ｓ₀に対する係数項（１／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ））＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）Ｆ_N（ｓ）／（１＋Ｎ_a（ｓ）Ｒ（ｓ）））の周波数特性のゲインは、周波数０Ｈｚにおいては１であり、低周波数領域においても１に近いことが望ましい。

そこで、第１の実施形態で説明した伝達関数Ｒ（ｓ）並びに第２の実施形態で説明した伝達関数Ｒ'（ｓ）に、直流成分に近い低周波数領域におけるゲインを高めた特性を持たせる。
低周波数領域は、直流成分に近い低周波数領域におけるゲインを高めた特性を伝達関数Ｒ（ｓ）（Ｒ'（ｓ））に持たせずにレベル制御装置７による制御を行うことにより生じる湯面レベルの変動周波数の想定値または実測値に基づいて定められる。また、ゲインをどの程度高めるかは、ゲインを高めることにより、このような湯面レベルの変動をどの程度減衰させるのかに応じて定められる。例えば、第１の実施形態で説明した伝達関数Ｒ（ｓ）並びに第２の実施形態で説明した伝達関数Ｒ'（ｓ）を、ＰＩ演算器のように積分特性を持ち、且つ低周波数領域で十分ゲインが高い特性を持つように設計することができる。積分特性は、理想的な積分特性（周波数０Ｈｚにおいてゲインが無限大になる特性）でなく、積分特性と略同じ特性を有していればよい。例えば、周波数０Ｈｚにおいてゲインが有限の値を示してもよい。また、一部の周波数帯域では積分特性と異なる特性を有していてもよい。例えば、ゲインが一定である周波数帯域を有していても、周波数の低下に伴いゲインが低下する周波数帯域を有していてもよい。

以上のように本実施形態では、信号ｆからレベル補正量ｘまでの応答の伝達関数が安定となることに加え、低周波数領域における信号の振幅が増幅するように伝達関数Ｒ（ｓ）（Ｒ'（ｓ））を定める。従って、第１、第２の実施形態で説明した効果に加え、バルジングによる変動だけでなく、レベル制御装置７による制御が実行されたときの湯面レベルの目標レベルｒ付近における振動を抑制することができるという効果を有する。
尚、本実施形態においても第１、第２の実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。

（実施例）
次に、実施例を説明する。本実施例では、第３の実施形態で説明したレベル制御装置７を対象とし、以下の条件で数値シミュレーションを行った。

本実施例では、スライディングゲート３０の開度の操作指令（開度指令ｕ）が出力されてから、開度指令ｕが湯面レベルの制御実績に反映されるまでの応答が、むだ時間が０．１ｓ、時定数が０．５ｓの１次遅れ応答となるように、湯面レベル変動応答特性モデルをモデル化した。

また、バルジングによる周期的な外乱の時間波形を正弦波とし、当該正弦波の周波数を０．１Ｈｚとした。また、当該振幅は、最大値を１として無次元化した。
第１のフィルタ７２ａをノッチフィルタとし、第１のフィルタ７２ａの伝達関数Ｆ_N（ｓ）を以下の式（１３）とした。また、第２のフィルタ７２ｂに含まれる振幅増幅用フィルタ７２ｂ１の伝達関数Ｇ_N（ｓ）を以下の式（１４）とした。第１のフィルタ７２ａの遮断周波数ｆ_cを０．１Ｈｚ（角周波数ω_cを０．２πｒａｄ／ｓ）とした。

図６は、補正量演算部７２を働かせない場合の湯面レベルの変動の一例を示す図である。図６（ａ）は、外乱の信号を示し、図６（ｂ）は、湯面レベルの変動の数値シミュレーションの結果を示す。図７は、前述した条件で補正量演算部７２を働かせた場合の湯面レベルの変動の一例を示す図である。図７（ａ）は、外乱の信号を示し、図７（ｂ）は、湯面レベルの変動の数値シミュレーションの結果を示す。

図６（ｂ）に示すように補正量演算部７２を働かせない場合、湯面レベルの変動の振幅は±６ｍｍ程度に達する。これに対し、図７（ｂ）に示すように補正量演算部７２を働かせると、湯面レベルの変動の振幅は０ｍｍにすることができる。
なお、上記実施例は、第３の実施形態で説明したレベル制御装置７を対象としているが、第１の実施形態、第２の実施形態で説明したレベル制御装置７を対象としても同様の結果が得られる。ただし、第３の実施形態で説明したレベル制御装置７を対象とした場合の方が、湯面レベルの変動の振幅が小さくなるまでの収束性がより向上する。

（その他の実施形態）
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、本発明の実施形態は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）により実現されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの専用のハードウェアにより実現されてもよい。
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。

１：鋳型、２：溶湯、３：注湯ノズル、４：鋳片、５：ガイドロール、６：レベル計、７：レベル制御装置、７１：開度演算部、７２：補正量演算部、７２ａ：第１のフィルタ、７２ｂ：第２のフィルタ、７２ｃ：第３のフィルタ、７２ｄ：第４のフィルタ、７２ｅ：減算器、７２ｆ：減算器、７３：加算器、７４：減算器、７５：加算器、７６：加算器、２０：タンディッシュ、３０：スライディングゲート、３１：アクチュエータ

Claims (12)

1. 連続鋳造機の操業中に検出された鋳型の内部の湯面レベルと予め定められた目標レベルとの偏差であるレベル偏差に基づいて、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令を演算して、前記湯面レベルを前記目標レベルに保つための制御を実行する連続鋳造機の湯面レベル制御装置であって、
   前記レベル偏差に対する補正量であるレベル偏差補正量と、前記注湯手段の開度変更量に対する補正量である開度補正量とを演算する補正量演算手段を有し、
   前記補正量演算手段は、
   前記レベル偏差が前記レベル偏差補正量で補正された後の補正後レベル偏差の目標周波数成分と、前記レベル偏差補正量との偏差である目標周波数成分偏差を演算する第１の偏差演算手段と、
   前記第１の偏差演算手段により演算された目標周波数成分偏差に基づき、前記制御を実行する制御系全体を安定にする伝達関数である負帰還安定化用伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量および前記開度補正量の少なくとも一方に対する中間補正量を演算する中間補正量演算手段と、
   前記中間補正量演算手段により導出された中間補正量に基づき、前記連続鋳造機における湯面レベルの応答特性モデルを構成する安定な伝達関数である安定伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量および前記開度補正量の少なくとも一方を演算する補正量決定手段と、
   を有し、
   前記補正量決定手段により前記レベル偏差補正量が演算された場合には、当該レベル偏差補正量は前記中間補正量演算手段にネガティブフィードバックされ、前記補正量決定手段により前記レベル偏差補正量が演算されない場合には、前記中間補正量演算手段により演算された前記中間補正量が前記中間補正量演算手段にネガティブフィードバックされる、
   ことを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
2. 前記中間補正量演算手段は、前記目標周波数成分偏差に基づき、前記目標周波数成分偏差から前記レベル偏差補正量までの応答の伝達関数を安定にする前記負帰還安定化用伝達関数を用いて、前記中間補正量を演算することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
3. 前記中間補正量演算手段は、
   前記目標周波数成分偏差の前記目標周波数成分の振幅を増幅する振幅増幅手段を更に有し、
   前記振幅増幅手段により前記目標周波数成分の振幅が増幅された目標周波数成分偏差に基づき、前記負帰還安定化用伝達関数を用いて、前記中間補正量を演算することを特徴とする請求項１又は２に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
4. 前記振幅増幅手段は、前記目標周波数成分偏差の前記目標周波数成分の振幅を無限大にすることを特徴とする請求項３に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
5. 前記負帰還安定化用伝達関数は、低周波数領域の信号の振幅を増大させる特性を有することを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
6. 前記低周波数領域の信号の振幅を増大させる特性は、積分特性または積分特性と略同じ特性を含むことを特徴とする請求項５に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
7. 前記補正量演算手段は、
   前記補正後レベル偏差の周波数成分のうち前記目標周波数成分を含む周波数成分を抽出する抽出手段を更に有することを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
8. 前記抽出手段は、
   前記補正後レベル偏差から、前記目標周波数成分を含む周波数成分を減衰させる減衰手段と、
   前記補正後レベル偏差から、前記減衰手段により周波数成分が減衰された前記補正後レベル偏差を減算する減算手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項７に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
9. 前記補正量決定手段は、
   前記中間補正量演算手段により演算された中間補正量に基づいて、前記安定伝達関数である第１の安定伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量を演算するレベル偏差補正量決定手段と、
   前記中間補正量演算手段により演算された中間補正量に基づいて、前記安定伝達関数である第２の安定伝達関数を用いて、前記開度補正量を演算する開度偏差補正量決定手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１～８の何れか１項に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
10. 前記レベル偏差と、前記レベル偏差補正量とに基づいて、前記補正後レベル偏差を演算する第２の偏差演算手段と、
    前記第２の偏差演算手段により演算された補正後レベル偏差に基づいて、前記開度変更量を演算する開度演算手段と、
    前記開度演算手段により演算された開度変更量と、前記補正量演算手段により導出された開度補正量とに基づいて、前記開度指令を演算する開度指令演算手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項１～９の何れか１項に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。
11. 連続鋳造機の操業中に検出された鋳型の内部の湯面レベルと予め定められた目標レベルとの偏差であるレベル偏差に基づいて、前記鋳型への注湯手段に対する開度指令を演算して、前記湯面レベルを前記目標レベルに保つための制御を実行する連続鋳造機の湯面レベル制御方法であって、
    前記レベル偏差に対する補正量であるレベル偏差補正量と、前記注湯手段の開度変更量に対する補正量である開度補正量とを演算する補正量演算工程を有し、
    前記補正量演算工程は、
    前記レベル偏差が前記レベル偏差補正量で補正された後の補正後レベル偏差の目標周波数成分と、前記レベル偏差補正量との偏差である目標周波数成分偏差を演算する第１の偏差演算工程と、
    前記第１の偏差演算工程により演算された目標周波数成分偏差に基づき、前記制御を実行する制御系全体を安定にする伝達関数である負帰還安定化用伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量および前記開度補正量の少なくとも一方に対する中間補正量を演算する中間補正量演算工程と、
    前記中間補正量演算工程により導出された中間補正量に基づき、前記連続鋳造機における湯面レベルの応答特性モデルを構成する安定な伝達関数である安定伝達関数を用いて、前記レベル偏差補正量および前記開度補正量の少なくとも一方を演算する補正量決定工程と、
    を有し、
    前記補正量決定工程により前記レベル偏差補正量が演算された場合には、当該レベル偏差補正量は前記中間補正量演算工程にネガティブフィードバックされ、前記補正量決定工程により前記レベル偏差補正量が演算されない場合には、前記中間補正量演算工程により演算された前記中間補正量が前記中間補正量演算工程にネガティブフィードバックされる、
    ことを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御方法。
12. 請求項１～１０の何れか１項に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。