JPH0740022A - モールドレベル制御装置 - Google Patents

モールドレベル制御装置

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JPH0740022A
JPH0740022A JP18573693A JP18573693A JPH0740022A JP H0740022 A JPH0740022 A JP H0740022A JP 18573693 A JP18573693 A JP 18573693A JP 18573693 A JP18573693 A JP 18573693A JP H0740022 A JPH0740022 A JP H0740022A
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mold
control
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molten metal
disturbance
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Tetsuaki Kurokawa
川 哲 明 黒
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、モールド制御装置に関するもの
で、特に制御対象特性値の変動に対して安定な制御を行
う事を目的とする。 【構成】 操作量算出手段は、その周波数帯域がある程
度既知の外乱によるモールドレベル変動を抑制し、且つ
制御対象の特性に対して安定であるようにH∞制御問題
として定式化されたものを解として決定された伝達特性
を備えた事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は連続鋳造プロセスにおけ
るモールド内の湯面レベルを適切に制御するためのモー
ルドレベル制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄鋼、アルミ合金等の連続鋳造において
は、溶融金属よりなる湯を上下が開放されたモールドの
上方から注入し、モールド側面から冷却してその表面を
固化せしめ、下方からロ−ルで挟んで一定速度で引出し
ながら冷却することによって連続的に鋳造が行なわれ
る。
【0003】この種の連続鋳造においては、従来より、
モールド内の湯面レベルを検出し、そのレベルが一定に
なるように制御しているが、一定の湯面レベルが得られ
ない場合があった。これは、モールドから引き抜かれた
鋳片の未凝固部分の体積変動(バルジング量の変動)に
よりレベル変動を引き起こし、しかもこの種の外乱を同
定モデルに取り込むことが困難であり、従来の制御モデ
ルにはこの外乱が含まれていないため、同定精度が悪化
するためであると考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、むだ時間、流量係数等の制御対象の特性値の変動
に対して安定な制御を維持することが可能であり、か
つ、引き抜き量変動の様な外乱によるレベル変動を所定
の水準までに抑制することの可能なモールドレベル制御
装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は従来技術の課題
を有利に解決するものであって、モールド内の溶融金属
のレベルを検出するモールドレベル検出手段と、該モー
ルドレベルの値からモールド内へ注入される溶融金属の
注入量の操作量を算出する操作量算出手段と、該操作量
算出手段が算出した操作量に応じて注入量を操作する注
入量操作手段を具備するモールドレベル制御装置におい
て、前記操作量算出手段が、その周波数帯域がある程度
既知の外乱によるモールドレベル変動を抑制し、かつ、
制御対象の特性に対して安定である様に、H∞制御問題
として定式化されたものの解として決定された伝達特性
を有することを特徴とする。
【0006】以下、図面に基づいて本発明を説明する。
【0007】
【作用と実施例】図1は本発明が適用される連続鋳造機
のモールド周辺部分の断面図である。図1を参照する
と、タンデイッシュ10に満たされた溶鋼12は、タン
デイッシュ10の底部の穴とストッパー14との間のす
き間から、スライディングノズル16および浸漬ノズル
18を経て、モールド20へ注入される。モールド20
へ注入された溶鋼はモールド側壁から冷却され、21で
表わす様に表層部から凝固しつつ下方へ一定速度で引き
抜かれる。
【0008】モールド20への溶鋼の注入量は、ステッ
ピングモータ22で駆動されるステッピングシリンダ2
4によって、スライディングノズル16の開度を調節す
ることによって調節される。モールド20内の湯面レベ
ルは、レベル計26で連続的に測定される。制御装置2
8は、レベル計26で得られた測定値から後述する演算
によりモールド20内のレベルを一定に保つための操作
量を演算し、該演算の結果をステッピングモータ22へ
出力する。
【0009】30は溶鋼12から析出したアルミナ系の
付着物を表わしており、これがタンデイッシュ10から
モールド20への注入経路に付着することにより、スラ
イディングノズル16の流量係数(開度に対する流量の
比)や浸漬ノズル18内の通過時間を変化させる要因と
なり、制御に悪影響を及ぼす。
【0010】また、モールド20から引き抜かれた鋳片
は、内部に未凝固部分を残しているため、溶鋼静圧によ
りバルジング(膨れ)を起こすので、両側から引き抜き
ロール(図示せず)で支持される。しかしながら、この
引き抜きロールのたわみ等のためにバルジング量が変動
する場合があり、これもまた制御性を悪化させる要因と
なる。
【0011】図2は本発明で使用する制御系のモデルを
表わすブロっク線図である。図2において、ブロック4
0は図1の制御装置28の伝達特性を表わし、その伝達
関数はKである。ブロック42は、ステッピングシリン
ダ24の伝達特性を表わし、その時定数をTmとする一
次遅れ1/(1+Tms)で近似的に伝達特性を表わし
てある。ブロック44は、スライディングノズル16の
伝達特性を表わし、最小値Rlから最大値Ruまで変動
する流量係数Rにより線形近似して表わしてある。ブロ
ック46は、ノズル18およびモールド20の伝達特性
を表わし、ノズル通過時間τが最大値Lまで変動するむ
だ時間要素exp(−τs)とモールド断面積Fの積分
要素との積exp(−τs)/Fsで近似的に表わして
ある。ブロック48は、レベル計26の伝達特性を表わ
し、時定数TLの一次遅れ1/(1+TLs)で近似的に
表わしてある。wは引き抜き量変動を含む外乱を表わ
す。
【0012】ここで、流量係数Rおよびむだ時間τの変
動に対する制御の安定化を、ロバスト安定化問題として
とらえ、これと外乱wによる変動を抑制する感度低減問
題とのトレードオフを実現するH∞理論の混合感度問題
に置き換える。
【0013】この制御問題に対し、H∞制御理論を適用
するための拡大制御対象のブロック線図を図3に示す。
図2における周波数重みW1(s),W2(s),W3(s)は、以
下の様にして決定される。
【0014】(1):W1(s)の決定 公称モデルのむだ時間を0とし、その伝達関数をG(s)
とすると、実際の制御対象G′(s)はL秒以下のむだ時
間変動があるので、次の第(1)式で表わされる。 G′(s)=G(s)・〔1+△(s)〕 ・・・(1) ただし、△(s)は制御対象の摂動を表わし、次の第(2)式
で表わされる。
【0015】
【数1】
【0016】この△(s)については、次の不等式が成り
立つ。
【0017】 |△(jω)|<|2.1Ljω/(1+Ljω)|・・・(3) 従って、むだ時間変動をカバーするためのW1の必要条
件は、次の第(4)式で表わされる。
【0018】 |W1(s)|>2.1Ls/L s+1 ・・・(4) 更に高周波域でのモデル誤差を考慮し、W1を次の第(5)
式のようにする。
【0019】 W1(s)=Kw1(1+Tw1S) ・・・(5) なお、流量係数変動は、公称モデルの流量係数値最大変
動値であるKuとすることによって対応する。
【0020】(2):W2(s)の決定 W2(s)については、引き抜き速度およびロール間隔,ロ
ール周長から予想される外乱の周波数帯域を、外乱抑制
指標としての周波数重み関数W2(s)とする。
【0021】
【数2】
【0022】上記第(6)式中、ω2は引き抜き変動外乱と
して想定される周波数に対応し、P2は周波数のピーク
高さ、h2は外乱帯域の巾に対応するので、外乱の状況
に応じて選定する。
【0023】この様なピークのある重みを用いることに
より、極めて良好に外乱抑制が可能となる。この様な重
みを用いることが、本発明の最も重要な特徴である。
【0024】また、サーボ特性実現のため、前記第(6)
式の様に、W1に積分器を含ませる。これによりコント
ローラーも積分器を含む様になる。
【0025】(3):W3の決定 本制御系では渦流式等のレベルセンサーにより溶鋼レベ
ルを測定し、フィードバックを行っているが、この種の
信号は、モールド振動や湯面の波立ち等の影響によるノ
イズを受けやすい。従ってこの様なノイズ周波数帯域に
て、制御系が敏感に過剰反応しない様に周波数重みW
3(s)を設ける。
【0026】 W3(s)=Kw3S/(S+ω3) ・・・(7) 上記第(7)式中のω3は、センサーノイズの存在する周波
数を表す。この周波数の導入により、自然な形でH∞制
御の可解条件を満足することとなる。
【0027】図3の拡大制御対象のブロック図を、状態
空間方程式で表わしたものが次の第(8)式である。
【0028】 x=Ax+B1w+B2u z=C1x+D11w+D12u y=C2x+D21w+D22u ・・・(8) ただし
【0029】
【数3】
【0030】この標準問題の解は、例えば市販のソフト
ウェアのMATLABを使って得ることができる。
【0031】解としての補償器40の伝達関数Kが得ら
れたら、それをz平面上の伝達関数に双一次変換し、次
の第(9)式に示す様な再帰形の差分方程式の係数a0〜a
n,b0〜bnを得る。
【0032】 u(k)=a0y(k)+a1y(k-1)+・・・+any(k-n) +b1u(k-1)+b2u(k-2)+・・・+bnu(k-n) ・・・(9) なお、図3のモデルにおいてはn=7である。
【0033】図4は補償器40が上記の様にして得られ
た伝達関数Kである場合のw1からZ2’までの伝達関数
S(s)について、W2(s)として通常の積分重み〔W2(s)
=Kd/s〕を選んだ場合と、今回の様にピーク型の重
み(次の第(10)式)を選んだ場合とを対比して示したも
のである。
【0034】
【数4】
【0035】図4を参照すると、明らかにピーク型重み
の方が、外乱の存在する0.1〜10rad/sの周波
数範囲で極端に小さくなっており、外乱抑制特性が高い
ことが理解できる。
【0036】図5は、制御装置28(図1)における演
算処理の一実施例のフローチャートである。本実施例に
おいては、自動制御が開始されるまでは、値のとり込み
のみが行なわれ、自動制御が開始されたら、その直後は
操作量の値が収束しないので、T時間が経過するまでは
従来のPID演算によって計算された操作量が出力さ
れ、T時間経過後はH∞制御に切り換えられる。
【0037】図5において、最初にH∞制御における制
御量演算のためのメモリMVc(k)〜MVc(k-n+1)が0に
クリアされる(ステップa)。次にモールドレベル設定
値SVとその実績データ1が取り込まれ(ステップ
b)、レベル偏差e=SV−1の記憶のためのメモリe
(k−1)〜e(k−n)がそれぞれe(k)〜e(k
−n+1)に記憶されている値で更新され(ステップ
c)、e(k)にはSV−1の値が格納される(ステッ
プd)。なお、ステップb〜dの処理はタイマ割り込み
に同期して一定時間間隔で実行される。
【0038】ステップeにおいて自動制御開始と判断さ
れたら、ステップfにおいてその後T時間経過したと判
断されるまで、ステップb〜ステップdに入力処理に引
き続いて、ステップg〜iのPID演算処理が一定時間
間隔で実行される。PID演算処理においては、まず、
操作量MVの過去の値MV(k-1)がMV(k)に格納されて
いた値によって更新され(ステップg)、次式に従って
MV(k)の値が計算され(ステップh)、出力される
(ステップi)。
【0039】 △MVp(k)←c0e(k)+c1e(k)+c2e(k-2) △MV(k) ←MV(k-1)+△MVp(k) ・・・(11) ステップfにおいて、自動制御開始後T時間経過したと
判断されたら、ステップj〜lのH∞制御が一定時間間
隔で実行される。H∞制御においては、まず、過去の操
作量の値の記憶のためのメモリMVc(k-1)〜MVc(k-n)
の値が、それぞれMVc(k)〜MVc(k-n+1)の値で更新さ
れ(ステップj)、次の第(12)式に従ってMVc(k)の値
が計算され、さらに、第(13)式でMV(k)の値が計算さ
れて(ステップk)、出力される(ステップl)。
【0040】 △MV(k) ←a0e(k)+・・・+ane(k-n) +b1MVc(k-1)+・・・+bnMVc(k-n) MVc(k)←MVc(k-1)+△MV(k) ・・・(12) MV(k) ←MV(k-1)+△MV(k) ・・・(13) なお、重み関数W2(s)の選定により、上記のパラメータ
ーa0,・・・,an,b1,・・・,bnが影響を受ける。
【0041】図6は、計算機シミュレーションにより得
られた制御結果を表している。図6の(a)は、重み関
数W2(s)にピーク型重み(次の第(14)式)を用いた場合
における、周期15秒程度の引き抜き流量変動が存在す
る状況で、レベル目標値をステップ的に変化させた場合
の、レベル変動状況をシミュレーションしたものであ
る。
【0042】
【数5】
【0043】また図6の(b)は、重み関数W2(s)とし
て従来よく使われる積分型重み(W2(s)=Kd/s)を
用いた場合における、同様なシミュレーション条件での
結果を示している。
【0044】(a)と(b)とを対比すると、(b)の
場合は引き抜き流量変動の影響を完全に打ち消すことが
できず±数mmのレベル変動が起きているが、(a)の
ピーク型重みを用いた場合は、ほぼ完全に打ち消してい
ることがわかる。
【0045】
【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、モールド
レベル制御装置において、むだ時間,流量係数等の制御
対象の特性値の変動に対して安定な制御を維持すること
が可能であり、しかも、引き抜き量変動の様な外乱によ
るレベル変動を充分に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用される連続鋳造機のモールド周
辺部分を示す断面図である。
【図2】 本発明で使用する制御系のモデルを表わすブ
ロっク線図である。
【図3】 本発明の制御問題に対し、H∞制御理論を適
用するための拡大制御対象のブロック線図である。
【図4】 2種類の伝達関数の周波数特性を示すグラフ
である。
【図5】 制御装置28における演算処理を示すフロー
チャートである。
【図6】 計算機シミュレーションにより得られた制御
結果を表すタイムチャ−トである。
【符号の説明】
10:タンデイッシュ 12:溶鋼 14:ストッパー 16:スライディング
ノズル 18:浸漬ノズル 20:モールド 21:表層部 22:ステッピングモ
ータ 24:ステッピングシリンダ 26:レベル計 28:制御装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モールド内の溶融金属のレベルを検出す
    るモールドレベル検出手段と、該モールドレベルの値か
    らモールド内へ注入される溶融金属の注入量の操作量を
    算出する操作量算出手段と、該操作量算出手段が算出し
    た操作量に応じて注入量を操作する注入量操作手段を具
    備するモールドレベル制御装置において、前記操作量算
    出手段が、その周波数帯域がある程度既知の外乱による
    モールドレベル変動を抑制し、かつ、制御対象の特性に
    対して安定である様に、H∞制御問題として定式化され
    たものの解として決定された伝達特性を有することを特
    徴とするモールドレベル制御装置。
JP5185736A 1993-07-28 1993-07-28 モールドレベル制御装置 Expired - Lifetime JP2984171B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1177268A (ja) * 1997-06-25 1999-03-23 Nkk Corp 連続鋳造機モールド内湯面レベル制御方法
US6526715B2 (en) 1999-12-24 2003-03-04 Nichiha Co., Ltd. External wall construction

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1177268A (ja) * 1997-06-25 1999-03-23 Nkk Corp 連続鋳造機モールド内湯面レベル制御方法
US6526715B2 (en) 1999-12-24 2003-03-04 Nichiha Co., Ltd. External wall construction

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