JPH05143163A - ステツピングシリンダのロツド位置制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 目標位置への到達後に生じるダンピング振動
を緩和し、位置型の制御指令に従うステッピングシリン
ダのロッド位置制御を、簡素な構成により、脱調の虞な
く可及的に高い応答性にて実現する。 【構成】 ロータ80の周囲に各一対の磁極Ａ，ＡとＢ，
Ｂとを等配した構成をなす２相のパルスモータ８におい
て、ロータ80が図中に矢符にて示す向きに回転し、最終
的な目標位置である磁極Ａ，Ａに近接した時点におい
て、これと逆向きの回転を与えるべく磁極Ｂ，Ｂを短時
間励磁し、ロータ80に、破線の矢符にて示す向きの制動
力を作用させる。これによりロータ80は、十分に減速さ
れた状態で前記目標位置に近づき、ダンピング振動を生
じることなく速やかに整定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、連続鋳造設備
における鋳型内部の湯面レベル制御の実施に際し、該鋳
型への注湯量の調節手段として用いられているステッピ
ングシリンダのロッド位置を高精度に制御する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備の操業に際し、鋳型内部の
湯面レベルを所定の目標レベルに保つべく行われる湯面
レベル制御は、前記鋳型内での溶鋼の冷却，凝固状態を
安定化させ、製品鋳片の品質を向上させると共に、ブレ
ークアウト等、操業の休止を強いる各種の不都合の発生
を未然に防止するために極めて重要なものである。

【０００３】この湯面レベル制御は、鋳型への注湯を行
う注湯ノズルに、スライディングノズル、ストッパ装置
等の注湯量調節手段を付設する一方、鋳型内部の湯面レ
ベルを逐次検出し、これと前記目標レベルとの偏差を解
消すべく前記注湯量調節手段の開度を調節して、鋳型へ
の注湯量を加減する手順にて行われる。

【０００４】注湯量調節手段の開度調節は、従来一般的
に、油圧サーボシリンダとサーボ弁とを備えた油圧サー
ボ系により行われてきたが、近年においては、更なる応
答性の向上により鋳込速度の高速化の要求に応えるべ
く、前記開度調節にステッピングシリンダを用いた湯面
レベル制御が行われるようになっている。ステッピング
シリンダは、注湯量調節手段の開閉力を発生するワーク
シリンダにパルスモータによって駆動される制御スプー
ルを内蔵し、この制御スプールとワークシリンダの出力
ロッドとが、油圧力によりバランスするように動作する
直動形のアクチュエータであり、油圧配管が実質的に不
要となることから応答性の向上が実現されるのである。

【０００５】さて、注湯量調節手段の開度調節にステッ
ピングシリンダを用いた湯面レベル制御は、湯面レベル
の検出値と目標レベルとの偏差を解消すべく前記パルス
モータを回転駆動し、ステッピングシリンダのロッド位
置を制御することにより達成される。ところが、レベル
偏差を解消すべく発せられる制御指令が位置型であるの
に対し、パルスモータの駆動には速度型の指令を必要と
する。そこで従来においては、湯面レベルの検出結果に
基づいて位置型の制御指令を発する上位のコントローラ
（開度制御部）を速度型に更新する方法、又は開度制御
部から発せられる位置型の指令を速度型の指令に変換し
てパルスモータに出力する下位のコントローラ（シリン
ダ制御部）を設ける方法のいずれかが採用される。

【０００６】特に後者の方法は、油圧サーボ系により開
度調節を行っていた既存の連続鋳造設備をステッピング
シリンダによる開度調節に改造するに際しての適用が容
易であり、広く採用されている。なお前記シリンダ制御
部は、ステッピングシリンダの現状のロッド位置と上位
のコントローラから与えられる目標位置との偏差を求
め、これを解消するために必要となるパルスモータの回
転方向及び回転量（パルス数）を演算し、この結果を前
記パルスモータに接続されたパルス発生器に出力する機
能を備えた演算制御部であり、この出力に応じてパルス
発生器が発生する正転方向又は逆転方向の駆動パルス列
によりパルスモータが駆動されてロッド位置の調節、即
ち、注湯量調節手段の開度調節が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが以上の如く行
われるロッド位置制御においては、前記パルスモータが
これに与えられる一回のパルス列の出力に応じた回転を
終了した後、次なるパルス列に応じた回転を開始するに
際し、次のような難点が生じる。

【０００８】即ち、前記パルスモータはパルス列の出力
停止に伴って瞬時に停止しようとするが、実際には、回
転体のホールドトルクの影響により所定の停止位置の前
後において振動（ダンピング）し、このダンピング振動
が整定するまでの間に所定の時間を必要とする。

【０００９】そして、このようなダンピング振動中に次
なるパルス列が与えられ、このパルス列による回転方向
が、その時点でのダンピングの向きと対応する場合、前
記パルスモータの回転位置、及びこれにより決定される
ステッピングシリンダのロッド位置が所望の位置から大
きく外れる現象、所謂脱調が発生し、これ以降のロッド
位置制御における精度確保が困難となるのである。

【００１０】この脱調は、パルス列の発生周期をダンピ
ング振動の整定時間よりも十分に長く設定すること、ま
た、前記パルス列の周波数を自起動周波数以下とし、パ
ルスモータの最大速度を制限して、ダンピングそのもの
を抑制することにより解消されるが、これらはいずれ
も、ステッピングシリンダの特徴である高応答性をも打
ち消す結果となり、望ましい解決方法ではない。

【００１１】そこで従来においては、高トルクの発生が
可能であり、急加速及び急減速に対応できる多相のパル
スモータを用いることにより、脱調の虞を少なくしてい
るのが現状であり、この場合、前述した難点の回避は十
分ではなく、またパルスモータ自体及びこれの駆動回路
の構成が複雑となり、設備コストの高騰を招来し、また
保守及び調整に多大の手間を強いられる問題が生じる。

【００１２】なお以上の難点は、連続鋳造設備における
湯面レベル制御に限らず、位置型の制御指令に従ってパ
ルスモータを駆動し、ステッピングシリンダのロッド位
置制御を行う各種の用途において全く同様に生じる。

【００１３】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、位置型の制御指令に従うステッピングシリンダ
のロッド位置制御を、簡素な構成により、脱調の虞なく
可及的に高い応答性にて実現する制御方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るステッピン
グシリンダのロッド位置制御方法は、パルスモータの回
転に応じて進退動作するステッピングシリンダの現状の
ロッド位置と所定の目標位置との偏差を求め、この偏差
に対応する数のパルスを有する駆動パルス列により前記
パルスモータを回転駆動して前記目標位置を実現するス
テッピングシリンダのロッド位置制御方法において、前
記駆動パルス列の最終パルスは、該駆動パルス列による
本来の回転方向と逆向きの回転を与える逆パルスを含む
ことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明においては、ステッピングシリンダの現
状のロッド位置と目標位置との偏差に対応する数のパル
スを有する駆動パルス列によりパルスモータを駆動し、
ステッピングシリンダを進退動作せしめるに際し、前記
駆動パルス列の最終パルスに含まれる逆パルスが、前記
目標位置への到達直前のタイミングにてパルスモータを
制動する作用をなし、到達後に生じるダンピング振動を
抑制し、目標位置への速やかな整定を実現する。

【００１６】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図１は本発明に係るステッピングシリンダ
のロッド位置制御方法（以下本発明方法という）の連続
鋳造設備の湯面レベル制御における実施状態を示す模式
図である。

【００１７】図中Ｔは、その内部に溶鋼３を貯留するタ
ンディッシュである。タンディッシュＴの下方には、筒
形をなす鋳型Ｍが配してあり、該鋳型Ｍの内部には、タ
ンディッシュＴの底面にその基端を開口させた浸漬ノズ
ル４が延設されている。而して、タンディッシュＴ内の
溶鋼３は、浸漬ノズル４を経て鋳型Ｍに注入され、該鋳
型Ｍの内壁との接触により冷却されて外側を凝固シェル
50にて被覆された鋳片５となり、鋳型Ｍの下方に連続的
に引抜かれる。

【００１８】浸漬ノズル４の中途には、これの長手方向
と略直交する面内でのゲート板60の摺動により該浸漬ノ
ズル４を開閉して、鋳型Ｍへの注湯量を調節するスライ
ディングノズル６が固設してある。スライディングノズ
ル６のゲート板60は、パルスモータ８を一体的に備えた
ステッピングシリンダ７の出力ロッドの先端に連結して
ある。また、鋳型Ｍ内部の湯面レベルは、該鋳型Ｍ内に
滞留する溶鋼３の表面に臨ませたレベル検出器９により
検出されるようになしてある。

【００１９】公知の如くステッピングシリンダ７は、パ
ルスモータ８の回転に応じて位置決めされる制御スプー
ルを内蔵し、該制御スプールと出力ロッドとが油圧力に
よりバランスするように動作する直動形のアクチュエー
タであり、出力ロッドの進退動作に伴うゲート板60の摺
動に応じてスライディングノズル６の開度が変化し、鋳
型Ｍへの注湯量が加減される。

【００２０】以上の如き構成の連続鋳造設備における湯
面レベル制御は、レベル検出器９による鋳型Ｍ内部の湯
面レベルの検出結果に基づいてパルスモータ８を駆動
し、ステッピングシリンダ７のロッド位置を制御するこ
とにより行われる。この制御を行うための制御装置は、
上位の位置型コントローラである開度制御部１と、下位
の速度型コントローラであり、本発明方法に従った動作
をなすシリンダ制御部２とを備えてなる。

【００２１】開度制御部１には、レベル検出器９により
検出された鋳型Ｍ内の現状の湯面レベルと、予め設定さ
れた目標レベルとの偏差（レベル偏差）が与えられてお
り、開度制御部１は、所定の制御周期毎にＰＩＤ演算を
実施し、前記レベル偏差を解消するために必要なスライ
ディングノズル６の開度変化量、即ち、ステッピングシ
リンダ７のロッド位置変化量を求め、この結果を開度指
令Δとしてシリンダ制御部２に出力する動作をなす。

【００２２】シリンダ制御部２は、開度制御部１から与
えられた開度指令Δを用い、これを実現するために必要
なパルスモータ８の回転方向及び回転量をディジタル演
算する機能を備えたディジタルコントローラであり、こ
れの出力は、前記パルスモータ８の駆動パルス列を発生
するパルス発生器20に、パルス発生指令として与えられ
ている。

【００２３】パルス発生器20は、シリンダ制御部２から
与えられるパルス発生指令に従い、この指令中に含まれ
る回転方向に対応する向きの駆動パルス列（正転パルス
列又は逆転パルス列）を連続的に出力する動作をなし、
この駆動パルス列によりパルスモータ８が正転又は逆転
駆動されてステッピングシリンダ７の出力ロッドが進退
動作し、スライディングノズル６の開度調節が行われ
る。パルス発生器20の出力パルスは、パルスカウンタ21
により計数され、シリンダ制御部２にフィードバックさ
れている。

【００２４】図２はシリンダ制御部２の動作内容を示す
フローチャートである。シリンダ制御部２はまず、開度
制御部１の出力である開度指令Δを取込み（ステップ
１）、前述の如く、このΔを実現するために必要なパル
スモータ８の回転方向及び回転量（所要パルス数）を演
算し（ステップ２）、この演算により得られた回転方向
を含むパルス発生指令をパルス発生器20に出力する（ス
テップ３）。

【００２５】その後シリンダ制御部２は、ステップ４及
びステップ５において、先に演算した所要パルス数とパ
ルスカウンタ21からフィードバックされる計数値とを比
較すしつつ前記パルス発生指令を継続する。ステップ４
での比較は、前記所要パルス数から１を減じた値とパル
スカウンタ21の計数値との間にて行われる。この比較に
より両者が一致した場合、即ち、出力すべき最終パルス
の直前のパルスが出力されたことが認識された場合、シ
リンダ制御部２は、次に出力される最終パルスを後述す
る特殊なパルスとなすべく、このパルスの発生をパルス
発生器20に指示する信号を出力する（ステップ６）。

【００２６】一方ステップ５での比較は、前記所要パル
ス数とパルスカウンタ21の計数値との間にて行われる。
この比較により両者が一致した場合、即ち、最終パルス
の出力が終了したことが認識された場合、シリンダ制御
部２は、パルスモータ８の回転位置を現状の位置に保持
するための保持パルスの発生をパルス発生器20に指示す
る信号を出力し（ステップ７）、次いで、湯面レベル制
御を継続するか否かを調べ（ステップ８）、継続する場
合にはステップ１に戻り、次に開度制御部１から与えら
れる開度指令Δに対して同様の動作を繰り返す。

【００２７】以上の如き一連の動作により、パルス発生
器20は、シリンダ制御部２での演算により得られた回転
方向に対応する向きにパルスモータ８を駆動せしめるた
めの駆動パルス列の出力を、前記演算により得られた所
要パルス数よりも一回少ない回数だけ継続し、更に、最
終パルスとして特殊なパルスを出力した後、前記保持パ
ルスを出力する動作をなす。

【００２８】図３は、パルス発生器20の出力パルス及び
これにより駆動されるパルスモータ８のロータの回転位
置の変化を示すタイムチャートである。なおこの図は、
シリンダ制御部２での前述した演算により、パルスモー
タ８にＮパルス分の回転が必要であるとの結果が得られ
た場合を示しており、このときパルス発生器20は、所定
幅の正転パルスを（Ｎ−１）回発し、最終のＮ回目に
は、本発明方法の特徴である最終パルスを発する。図示
の如くこの最終パルスは、前回までの駆動パルスよりも
狭幅の正転パルスと、これに連続する逆転パルスとから
なる。

【００２９】以上の如き出力パルスによりパルスモータ
８は、（Ｎー１）回の正転パルスが発せられている間に
は正転方向に連続的に付勢され、略一定の速度にてその
ロータの回転位置を変化するが、この後前述した形態を
なす最終パルスが与えられたとき、前半部の正転パルス
により正転方向に付勢されたロータが後半部の逆転パル
スにより逆転方向に付勢される。即ち、最終パルスに含
ませてある逆転パルスは、この時点までのロータの回転
を制動する作用をなし、先の正転パルスによるロータの
加速が緩和され、この最終パルスの終了後に前述の如く
発せられる保持パルスにより規定される所定の回転位置
（目標位置）に漸近し、該位置に速やかに整定する。

【００３０】図３中の破線は、最終パルスとして前回ま
での正転パルスを同様に発生した場合のロータの回転位
置の変化を示している。この場合には、連続的な正転パ
ルスにより加速されたロータは、最終パルスの出力が終
了した後においても慣性により回転力を有しているた
め、前記目標位置を一旦超えてオーバシュートし、その
後、前記保持パルスにより励磁される磁極相に引きつけ
られて逆向きに戻り、目標位置の前後に除々に減衰する
ダンピング振動を伴って整定する。

【００３１】つまり本発明方法においては、最終パルス
に含まれる逆転パルスの制動作用により、ロータがその
慣性により保有する回転力が相殺されてダンピング振動
が抑制されるから、パルスモータ８として多相のものを
用いる必要がなく、例えば、２相のパルスモータを用い
た場合であっても目標位置への速やかな整定が実現さ
れ、脱調の虞なく高い応答性でのロッド位置制御が可能
となる。

【００３２】図４は２相のパルスモータ８の模式図であ
り、図示の如くこのパルスモータ８は、ロータ80の周囲
に各一対の磁極Ａ，ＡとＢ，Ｂとを等配した構成となっ
ている。このパルスモータ８において本発明方法を実施
した場合、例えば、最終パルス中の正転パルスにより磁
極Ａ，Ａが励磁され、ロータ80が図中に矢符にて示す向
きに回転し、最終的な目標位置である磁極Ａ，Ａに近接
した時点において、前記正転パルスに続く逆転パルスに
より磁極Ｂ，Ｂが短時間励磁される結果、ロータ80に
は、図中に破線の矢符にて示す如く、前記回転の方向と
逆向きの力が付加される。

【００３３】前記逆転パルスによる付加力は、ロータ80
を逆向きに回転せしめるまでには到らず、ロータ80は、
その速度を減じつつ磁極Ａ，Ａに近づき、前記最終パル
スの次に与えられる前記保持パルスにより再度磁極Ａ，
Ａが励磁されたとき、これらの磁極Ａ，Ａを結ぶ線上
（目標位置）に達して拘束される。このように本発明方
法によれば、拘束前のロータ80が前記逆転パルスの作用
により十分に減速された状態にあることから、目標位置
への速やかな整定が実現される。

【００３４】なお本実施例においては、本来の回転方向
が正転方向である場合について説明したが、本来の回転
方向が逆方向である場合、前記最終パルス中の逆パルス
として、正転パルスを含ませることにより同様の効果が
得られる。また、前記逆パルスは、最終パルスのどの位
置にあってもよいが、本実施例中に示す如く後半部分と
するのが効果的である。

【００３５】また本発明方法の適用範囲は、実施例中に
示す連続鋳造設備における湯面レベル制御に限るもので
はなく、位置型の制御指令に従ってステッピングシリン
ダのロッド位置を制御することが要求されるあらゆる用
途に適用し得ることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明方法において
は、ステッピングシリンダの現状のロッド位置と目標位
置との偏差に対応する数のパルスを有する駆動パルス列
をパルスモータに与え、ステッピングシリンダを進退動
作せしめるに際し、駆動パルス列の最終パルスに含ませ
た逆パルスが、目標位置への到達直前のタイミングにて
パルスモータの回転を制動する作用をなし、到達前の速
度を十分に減速するから、到達後に生じるダンピング振
動が大幅に緩和され、目標位置への速やかな整定が果た
され、位置型の制御指令に従うステッピングシリンダの
ロッド位置制御を、多相のパルスモータを用いることの
ない簡素な構成により、脱調の虞なく可及的に高い応答
性にて実現できる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造設備の湯面レベル制御における本発明
方法の実施状態を示す模式図である。

【図２】本発明方法に従って動作するシリンダ制御部の
動作内容を示すフローチャートである。

【図３】パルスモータの駆動パルス列及びパルスモータ
の回転位置の時間的変化の様子を示すタイムチャートで
ある。

【図４】２相のパルスモータでの本発明方法の実施状態
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 開度制御部 ２ シリンダ制御部 ４ 浸漬ノズル ５ 鋳片 ６ スライディングノズル ７ ステッピングシリンダ ８ パルスモータ ９ レベル検出器 20 パルス発生器 21 パルスカウンタ Ｍ 鋳型 Ｔ タンディッシュ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスモータの回転に応じて進退動作す
   るステッピングシリンダの現状のロッド位置と所定の目
   標位置との偏差を求め、この偏差に対応する数のパルス
   を有する駆動パルス列により前記パルスモータを回転駆
   動して前記目標位置を実現するステッピングシリンダの
   ロッド位置制御方法において、前記駆動パルス列の最終
   パルスは、該駆動パルス列による本来の回転方向と逆向
   きの回転を与える逆パルスを含むことを特徴とするステ
   ッピングシリンダのロッド位置制御方法。