JP3386932B2

JP3386932B2 - 注湯方法

Info

Publication number: JP3386932B2
Application number: JP18336695A
Authority: JP
Inventors: 二朗佐藤; 寺嶋　　一彦; 健逸吉田; 厚一阪野; 雅史濱口
Original assignee: 藤和機工株式会社
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 2003-03-17
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JPH0910924A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般には鋳造技術に関
するものであり、特に、溶解炉などにて溶解された鉄、
アルミニウムなどの金属溶湯を所定量保持し、注湯位置
へと搬送してモールド枠へと注湯する注湯方法に関し、
更に詳しくは、本発明によれば、特に、保持した溶湯が
搬送時に振動するのを抑制した注湯方法が提供される。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶解炉或は保持炉などから溶湯の
供給を受けた注湯装置が、注湯位置へと移動する際に、
注湯装置の取鍋内に保持された溶湯が振動（液面振動：
スロッシング）し、スロッシングが大きい場合には、溶
湯が取鍋より溢れ出たり、或は、空気やノロの巻き込み
によるコンタミネーション（溶湯汚濁）が生じ、品質の
劣化の原因となることが知られている。

【０００３】昨今、注湯装置の自動化、高速化が進めら
れているが、このような溶湯のスロッシングの問題を完
全に解決した注湯方法及び装置は、未だ実用化されては
いない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、注湯装置にて、
スロッシングを防止するために、注湯装置の移動を行な
う時の加速、減速を段階的に行なうことが提案され、又
実際に採用されてはいるが、溶湯のスロッシングの問題
を完全に解決してはいない。

【０００５】従って、本発明の目的は、注湯装置の移動
時の溶湯のスロッシングの問題を完全に解決し、溶湯が
取鍋より溢れ出たり、或は、空気やノロの巻き込みによ
るコンタミネーション（溶湯汚濁）に起因した製品の品
質劣化を未然に防いだ注湯方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
注湯方法にて達成される。要約すれば、本発明は、金属
溶湯を取鍋に保持し、この取鍋を搬送手段にて注湯位置
へと搬送し、傾動することによってモールド枠へと注湯
する注湯方法であって、前記取鍋を注湯位置へと搬送す
る時、取鍋の搬送開始時の加速領域及び搬送停止時の減
速領域の各領域において、加減速カーブの段階的切換え
制御を行ない、取鍋搬送停止後の取鍋内液面の振動を抑
制する注湯方法において、前記取鍋の搬送手段としてＤ
Ｃサーボモータを使用し、この取鍋の搬送制御は、取鍋
搬送位置ｘ、取鍋搬送速度ｄｘ／ｄｔ、溶湯液面の振れ
角θ、溶湯液面の振れ角速度ｄθ／ｄｔがフィードバッ
クされる１型の最適サーボ制御系により行ない、計測さ
れる取鍋搬送位置ｘと溶湯液面の振れ角θに介在するノ
イズをフィルタリングし、且つ計測できない搬送速度ｄ
ｘ／ｄｔと振れ角速度ｄθ／ｄｔをカルマンフィルタに
より推定させることを特徴とする注湯方法である。本発
明にて、前記取鍋の搬送開始時の加速領域及び搬送停止
時の減速領域における加減速カーブの段階的切換え制御
は、取鍋に保持した溶湯の粘性及び量、取鍋の搬送速
度、並びに要求される制振の程度によって自動的に選択
される。

【０００７】

【０００８】

【０００９】本発明の好ましい実施態様によると、前記
搬送速度ｄｘ／ｄｔ、振れ角速度ｄθ／ｄｔを推定する
カルマンフィルタ推定式は、下記式（５）で示され、

【００１０】

【数５】の推定値であり、Ｋ_klm はカルマンフィルタゲインであ
り、オフラインで予め求め、ｙは、取鍋の搬送位置ｘと
液面変位ｈのオンラインデータであって、

【００１１】

【外２】い下記式（６）に基づいて、サンプリングタイム毎に計
算し、時刻ｋにおける前記ＤＣサーボモータの入力電圧
（ｕ_k ）を制御することにより行なわれる。

【００１２】

【数６】とされ、Ｋ_fiはＫ_f の成分である。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る注湯方法を図面に則して
更に詳しく説明する。

【００１４】図３及び図４には、鋳鉄、鋳鋼、アルミな
どを連続的に鋳造する自動注湯装置として、金属溶湯を
収容した取鍋を傾動して、連続的に送給される各モール
ドへと金属溶湯を所定量づつ自動的に注湯する取鍋傾動
式注湯装置及び鋳造システムを図示する。

【００１５】本発明の注湯方法を実施することのできる
この実施例の鋳造システムによれば、図４に示すよう
に、一端に配置された造型装置１００にて製造されたモ
ールドＭを他端へと搬送するための造型ラインＬ_M と、
連続的に供給されるモールドＭに自動注湯装置１により
溶湯を自動的に注湯するための注湯ラインＬ_P と、前記
造型ラインＬ_M からのモールドＭを注湯ラインＬ_P へと
送り出すために、注湯ラインＬ_P と造型ラインＬ_M との
間に配置された中継ラインＬ_I とを有する。

【００１６】つまり、造型装置１００にて製造されたモ
ールドＭは、造型ラインＬ_M 上を搬送され、送り装置の
シリンダ１０２により中継ラインＬ_I をへて注湯ライン
Ｌ_Pへと搬送される。注湯ラインＬ_P 上に送り出された
モールドＭは、注湯ラインＬ_P の一端に配置された送り
装置のシリンダ１０４にて、自動注湯装置１の方へと注
湯ラインＬ_P の他端側へとタクト送りされる。自動注湯
装置１にて注湯を受け、注湯ラインＬ_P の他端に達した
モールドＭは、送り装置のシリンダ（図示せず）にて冷
却ラインＬ_C に移され、冷却後、次の工程へと送給され
る。

【００１７】自動注湯装置１は、図３に図示するよう
に、本実施例では、扇形取鍋２を有しており、該扇形取
鍋２は、扇形の概略要位置を通る回転中心軸線Ｏの回り
に傾動可能に担持され、駆動手段３にて所望の傾動速度
にて傾動される。従って、取鍋１内に収容された金属溶
湯の露出表面積は取鍋２の傾動に拘らず概略一定とされ
る。

【００１８】自動注湯装置１の出湯口４とモールドＭの
受湯口（湯口）Ｍ₀ との間には、中間桶６が配置され、
この中間桶６が自動注湯装置１と共に移動することによ
り、モールドＭの湯口Ｍ₀ 位置が変動しても、自動注湯
装置１からモールドＭへの注湯が正確に行なわれる。

【００１９】自動注湯装置１は、注湯ラインＬ_P に対し
て平行に敷設されている軌条１１を有し、軌条１１上に
は車輪１２ａを有する架台１２が載つており、又、架台
１２には、軌条１３が注湯ラインＬ_P に対して大略直角
方向に配設される。軌条１３上には車輪１４ａを有する
架台１４が載っており、又架台１４には外枠１６が取り
付けられている。架台１４は、電動機のような駆動手段
（図示せず）によつて軌条１３上を駆動され、又、架台
１２は、電動機のごとき駆動手段（図示せず）によつて
軌条１１上を移動自在に構成される。

【００２０】又、外枠１６には計重装置のロードセル１
８を介して内枠１９が吊下げられ、この内枠１９に扇形
取鍋２が、回転中心軸線Ｏの回りに回転自在に担持され
る。取鍋２は、該取鍋２に固定されたセクタ歯車２０及
び内枠１９に設けられたピニオンギヤ２１を介して、電
動機及びベルト駆動部材を備えた駆動手段３にて傾動さ
れる。更に、取鍋２への溶湯の給湯は、取鍋２を軌条１
３上を後方へと移動させることにより、取鍋２の後方に
位置した給湯取鍋２３から適宜給湯される。

【００２１】上記構成の鋳造システムにて、造型装置１
００にて造型されたモールドＭは、順次造型ラインＬ
_M 、中継ラインＬ_I 及び注湯ラインＬ_P 上へと送り出さ
れ、タクト送りされながら自動注湯装置１が位置する注
湯位置へと送給される。各モールドＭがタクト送りされ
る毎に自動注湯装置１へは、モールドＭの湯口位置信号
と共に、モールドＭへの注湯量、注湯速度、接種剤投入
の要否などの信号が入力され、コンピュータによりその
作動が制御される。自動注湯装置１は、例えばＮｏ．１
６のモールドＭへの注湯を開始し、注湯が終了すると、
一つ上方の、Ｎｏ．１５のモールドＭの位置へと移動す
るか否かが、造型装置１００による造型タイミング（残
り時間）を考えながらコンピュータにより判断される。

【００２２】例えば、自動注湯装置１がコンピュータに
より一つ上方の、Ｎｏ．１５のモールド位置へと移動す
べきと判断した場合には、自動注湯装置１は、１枠逆上
がったＮｏ．１５のモールドＭの位置へと移動し、この
モールドＭへの注湯情報に従って注湯を開始する。以
後、同じ作動を繰り返す。通常、このような鋳造システ
ムでは、同じ注湯位置にて２回注湯作動を行ない、次い
で１枠逆上がる、所謂、２回注湯逆上り方式による注湯
作動がなされる。

【００２３】上記構成の鋳造システムにおいては、自動
注湯装置１は、（１）注湯ラインＬ_P に対して平行に敷
設されている軌条１１に沿って移動するときの加減速
時、（２）架台１４が、注湯ラインＬ_P に対して大略直
角方向に架台１２に配設された軌条１３上を移動すると
きの加減速時、（３）更には、扇形取鍋２が、回転中心
軸線Ｏの回りに駆動手段３にて傾動される旋回時、など
に取鍋内に保持した溶湯の振動、即ち、スロッシングが
発生する。

【００２４】本発明は、サーボモータとコンピュータ処
理による高速演算によって、従来では不可能とされてい
たスロッシングを抑制するものである。特に、本発明
は、上記（１）、（２）におけるスロッシングの問題を
解決する。

【００２５】本発明は、取鍋内の液面変動の状態をオン
ライン、又は、定形動作の場合には、実験的シミュレー
ションによるオフラインでの液面変動を捉え、コンピュ
ータへ入力しリアルタイムで、取鍋内のスロッシングが
制御される。

【００２６】一般に、短時間でスロッシング（振動）を
制振するためには、例えば、図９（Ａ）に示すように、
時刻ｔ₀ で加えた加速度入力ｕ₀ により、振動ｘ₁ が生
じ、図９（Ｂ）に示すように、時刻ｔ₁ で加速度入力ｕ
₁ を加えると、ｘ₂ の振動が起きる。そこで、図１０
（Ａ）に示すように、ｔ₁ 時刻にｘ₁ とｘ₂ が打ち消す
ようにｕ₁ を与えてやると、ｔ₁ 以後、図１０（Ｂ）に
示すように、液面の波は制振される。本発明は、この原
理に基づくものである。

【００２７】次に、本発明の注湯方法を実施例について
更に詳しく説明する。

【００２８】実施例１先ず、注湯装置の取鍋内の液（溶湯）面の動きを簡単な
振り子モデルと搬送モデルとによって簡略化して説明す
る。

【００２９】図１は、図３及び図４に示す構成の注湯装
置１の模式図である。注湯装置１は、車輪１４ａ及び架
台１４からなる搬送手段を備え、取鍋２はロードセル１
８を介して搬送手段に担持されている。搬送手段は、Ｄ
Ｃサーボモータにて駆動されるものとする。

【００３０】本発明では、取鍋２内のスロッシングを単
振子型モデルとして捉え、取鍋内の液面を直線で近似す
る。そして、この液面の取鍋中心から距離Ｌだけ離れた
位置での液面変化をｈとすると、ｈ＝Ｌｔａｎθであ
り、ｈはθのみの関数となるので、θについて、下記式
（７）で表されるモデル式を得ることができる。

【００３１】

【数７】

【００３２】一方、注湯装置、即ち、取鍋を電動ＤＣサ
ーボモータで搬送する搬送モデルを考え、取鍋の搬送位
置をｘ、サーボモータへの入力電圧をｕとすると、下記
式（８）で表される搬送モデル式を得ることができる。

【００３３】

【数８】ここで、Ｔ_m 及びＫ_m はそれぞれ、ＤＣサーボモータの
入力電圧から取鍋速度までの伝達関数における時定数及
びゲインであり、装置特性により異なるものであって、
装置毎に実験により求められる。

【００３４】

【数９】となる。

【００３５】実際に、この式（９）にコンピュータから
の指令入力である制御電圧ｕを与え、取鍋の搬送運動と
取鍋内での液面振動をシミュレートしてみると、液面振
動の計算値と実験値が一致することが分かった。即ち、
本発明で構築した単振子型モデル及び搬送モデルの妥当
性が確認された。従って、本発明では、上記式（９）
を、注湯装置の制御設計を行なう際の基礎式とする。

【００３６】図２に本発明にて使用し得る制御系の一実
施例のブロック線図を示す。本実施例の制御系は、取鍋
搬送位置ｘ、取鍋搬送速度ｄｘ／ｄｔ、振り子（液面）
振れ角θ、振り子（液面）振れ角速度ｄθ／ｄｔがフィ
ードバックされる１型の最適サーボ制御系である。目標
値として取鍋位置を与え、実際の取鍋位置との差の積分
値を用いることにより目標値に追従させる。又、フィー
ドバックループにより液位変動を零にする。即ち、取鍋
位置に関してはサーボ系、液位に関してはレギュラー系
とされる。

【００３７】先ず、この実施例の制御系で、カルマンフ
ィルタが配置されない制御系について説明する。

【００３８】この実施例の制御系によれば、取鍋搬送の
ための最適速度カーブを得るための時刻ｋでの最適入力
電圧（制御入力）は、次の式により与えられる。

【００３９】

【数１０】とされ、Ｋ_fiはＫ_f の成分である。

【００４０】尚、Ｋ_f 、Ｋ_i は、次式を最小化すること
により求められる。

【００４１】

【数１１】である。Ｗ_x は状態量に関する重み行列、Ｗ_u は入力に
関する重み行列である。

【００４２】つまり、上記式（１１）を最小化するｖ_k
を求めることは、上述のようにｖ_kがｕ_k に対応してい
るために、上記式（１１）を最小化するｕ_k を求めるこ
とであり、結局は、式（１１）の最小化は、即ち、式
（１０）におけるＫ_f 、Ｋ_i を求める問題となる。

【００４３】具体的には、最適サーボ系の計算アルゴリ
ズムは、当業者には知られており、下記式（１２−１）
となる。又、式（１２−１）中のＺ、Ｆは、式（１２−
２）、（１２−３）の通りである。

【００４４】

【数１２】である。

【００４５】上記Ｆの中にＳがあるが、このＳは次式
（離散形リカッチ方程式）を満たす正定対称解である。

【００４６】

【数１３】

【００４７】従って、最適サーボ系では、式（１１）の
重み行列Ｗ_x 、Ｗ_u に数値を与えると、それに対応し
て、閉ループが安定となるような制御ゲインＫ_f 、Ｋ_i
が一意的に決まる。これは公知のアルゴリズムである。
即ち、Ｗ_x 、Ｗ_u を与えると、式（１２）、（１３）よ
り、Ｋ_f 、Ｋ_i が決定される。

【００４８】しかしながら、式（１１）は、数学的目的
関数であり、実際には、次に説明する方法によって、上
記式（１０）のＫ_f 、Ｋ_i を求めることとなる。

【００４９】つまり、注湯装置の搬送条件は、ユーザに
より多種多様であり、上述のようにして決定された式
（１１）であっても、必ずしも、所望の搬送条件、即
ち、工学的設計条件を満たすとは限らないので、工学的
設計条件を満たすように、式（１１）のＷ_x 、Ｗ_u を求
める必要がある。

【００５０】そこで、本実施例では、シンプレックス法
を用いたＣａｒｒｏｌの応答曲面法により合理的にＷ
_x 、Ｗ_u を求めた。これによって、設計仕様を満たす制
御ゲインがコンピュータで容易に、且つ自動的に求ま
る。即ち、本実施例によれば、・（ステップ１）先ず、Ｗ_x 、Ｗ_u を適当に与える。・（ステップ２）これにより、式（１０）のＫ_f 、Ｋ_i
が求まる。・（ステップ３）次いで、式（９）及び式（１０）を用
いてシミュレーションし、下記に示す工学的設計条件
（１）〜（４）を満たすかチェックする。・（ステップ４）この設計条件を満たしていない場合に
は、Ｗ_x 、Ｗ_u を変更する。・（ステップ５）前記ステップ２に戻る。

【００５１】このように、本発明に従えば、ステップ４
のＷ_x 、Ｗ_u の変更をステップ３のシミュレーション結
果の目的関数への感度を見て、シンプレックス法を用い
てＷ_x 、Ｗ_u を自動的に変更させ、効率的に設計条件を
満たす式（１０）のＫ_f 、Ｋ_i を求めることができる。
又、このアルゴリズムにより、制振原理を満たす加速度
カーブが自動的に且つ容易に決定することができる。

【００５２】上述のように、本実施例によれば、制御ゲ
インＫ_f 、Ｋ_i をオフラインで求めた後、式（１０）を
コンピュータに内蔵させ、センサ入力を基に、リアルタ
イム（１０ｍｓｅｃ）で制御ができる。

【００５３】図１２にオンライン制御のためのブロック
図を示す。オンライン制御を実施するためには、先に説
明した上記式（１０）で示される制御式をコンピュータ
にメモリーしておけばよい。制御ゲインＫ_f 、Ｋ_i はオ
フラインで求めておく。

【００５４】次に、図２に示すようにカルマンフィルタ
を備えた実施例の制御系について説明する。

【００５５】本実施例では、実際にはオンライン測定が
不可能な状態量、即ち、搬送速度ｄｘ／ｄｔ、振れ角速
度ｄθ／ｄｔは、カルマンフィルタにより推定させた。
カルマンフィルタは、更に、ｘ、θ、ｄｘ／ｄｔ、ｄθ
／ｄｔに介在する測定ノイズの除去のためにも用いるこ
とができる。

【００５６】更に説明すると、上記式（１０）におい
て、状態量Ｘのうち、取鍋搬送（台車）位置ｘ、溶湯液
面の振れ角θは測定可能と考えられるが、搬送速度ｄｘ
／ｄｔ、振れ角速度ｄθ／ｄｔはオンライン測定が難し
い。又、台車位置ｘ、溶湯液面の振れ角θにはセンサノ
イズがのる。

【００５７】従って、上記式（１０）は、ｘ、θ、ｄｘ
／ｄｔ、ｄθ／ｄｔが全て測定できるとした式であるの
で、本実施例ではこの式（１０）をこのまま使用するこ
とはできない。

【００５８】そこで、ｄｘ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔを推定
し、又、ノイズをフィルタリングすることを考える。そ
のための推定器がカルマンフィルタであり、次式（１
４）にて示される。

【００５９】

【数１４】の推定値である。

【００６０】尚、Ｋ_klm はカルマンフィルタゲインであ
り、オフラインで予め求めておく。ｙは、上記式（９）
にて理解されるように、ｙ＝Ｃｘにて表され、取鍋の搬
送位置ｘと液面変位ｈのオンラインデータから求められ
る。又、例えば、取鍋の搬送位置ｘはポテンショメータ
で測定され、液面変位ｈは超音波センサや電気抵抗式レ
ベルセンサで測定される。

【００６１】上記式（１４）のの右辺第１項はモデル
式で、第２項は測定値に基づく修正項である。即ち、カ
ルマンフィルタは、モデル式と実測値の両方を基により
良い推定値を求めることができる。

【００６２】尚、式（９）のモデル式が完全に実現象を
表していれば、式（９）のシミュレーションで求めたＸ
_k を式（１０）に入れれば良く、オープンループ制御で
良い。しかし、現実には、完全なモデル式を得るのは難
しいので、式（１４）ののモデル式による値と、実測
値のフィードバック値との両方を利用し、Ｘ_k を推定
し、下記式（１５）により操作量ｕを求める。これがカ
ルマンフィルタを利用したフィードバック制御の原理で
ある。

【００６３】

【外３】と、式（１０）は下記式（１５）となり、オンラインで
用いることができる。

【００６４】

【数１５】

【００６５】工学的設計条件としては、実ラインで特に
重要と考えられる下記のような４種類の設計条件を与え
ることができる。つまり、（１）最短時間搬送最大液位変動は２０ｍｍ以下（静止液位の１０％）。前記を満足し、搬送時間が最短なもの。（２）最小液位変動搬送１０ｓｅｃ以内に搬送終了。前記を満足し、最大液位変動が最小なもの。（３）最小消費エネルギ搬送１０ｓｅｃ以内に搬送終了。前記を満足し、入力電圧ｕ² の積分値

【００６６】

【数１６】が最小なもの。（４）最小コンタミネーション搬送１０ｓｅｃ以内に搬送終了。前記を満足し、液位変動速度の絶対値の積分値

【００６７】

【数１７】が最小なもの。

【００６８】上記工学的設計条件（１）では、溢流や取
鍋破損などが起こらないように安全性を考慮して最大液
位変動は２０ｍｍ以下（静止液位の１０％）とする制約
条件を設けることができ、又、設計条件（２）以降で
は、工程のサイクルタイムを１０ｓｅｃとして、その時
間以内に搬送を完了させるという制約条件を設けること
ができる。更に、設計条件（４）では、液位の変動が激
しいほど、取鍋壁から液体への溶損、侵食などのコンタ
ミネーションが著しくなると考えている。なお、１０
％、１０ｓｅｃなどの値は、設計仕様によって変更可能
である。

【００６９】ただし、搬送終了時間は、取鍋搬送位置及
び液位の両方が最終目標値、例えば、位置１ｍ、液位
０．１４ｍなど、の±２％以内に選定した時刻と定義す
る。

【００７０】図５には、式（９）を基礎式として用いた
制御式（式（１０））及びカルマンフィルタ推定式（１
４）、並びに、図２及び図１２に示す制御系を用いて制
御した、設計条件（１）に対する制御シミュレーション
結果を示し、設計条件（２）〜（４）に対するシミュレ
ーション結果を図７に示す。

【００７１】図５（Ｃ）を参照し注湯装置（取鍋）の搬
送制御態様を見るに、取鍋の搬送速度に関しては、加速
区間ａ、等速区間ｂ及び減速区間ｃが存在している。本
発明では、注湯装置の搬送開始時の加速領域ａ及び搬送
停止時の減速領域ｃにおいては、図５（Ｃ）の加速度線
図にて示されるように、それぞれ、少なくとも１回の、
本実施例では１回の、加速及び減速制御が行なわれる。

【００７２】つまり、本発明によれば、注湯装置の加速
領域及び減速領域におけるこのような段階的加速、減速
制御を行なうことによって、搬送手段は取鍋を、制御開
始時刻より図示されるような滑らかなＳ字状カーブを有
した搬送速度にて移動せしめる。

【００７３】図５（Ｂ）に示される取鍋の液位を見る
と、加減速区間ａ、ｃで液位変動は大きくなり、大略制
限値（最大液位変動２０ｍｍ）に近くなってはいるが、
等速区間ａ及び３．２秒経過した目標位置到達後（即
ち、取鍋搬送停止後）では、液位変動は実質的に零にな
っている。又、加減速区間ａ、ｃでも、振れは１回と少
なく良好な制御が達成されていることが分かる。

【００７４】図６に同条件での実験結果を示すが、実験
においても制御シミュレーション結果と同様、良好な搬
送が行なわれていることが分かる。

【００７５】尚、上記本実施例の制御方法を注湯方法に
適用するに際しては、液面の振れは溶湯の粘性によって
異なるため、実際上は、事前のシミュレーション、又
は、実際の液面高さをオンラインで測定するか、或は、
取鍋の重量を計るロードセル１８が注湯装置の移動方向
に複数個設置されている場合は、その負荷割合を電気的
に取り出し、その割合に応じて加速、減速を調整してや
れば、フィードバック制御が可能となる。更に、加減速
区間における加速、減速の段階的制御は、溶湯の粘性、
量；取鍋の搬送時間；要求される制振の程度（即ち、工
学的設計条件）によって、最適なものが選択される。つ
まり、溶湯の粘性は、式（５）のＣ、溶湯量はｍ、又、
要求される搬送時間、制振の程度などの設計仕様は、設
計条件（１）〜（４）の変更によって対応できる。例え
ば、具体的に一例を挙げれば、次の通りである。

【００７６】図５は、金属溶湯として鉄を使用し、ｍ＝
１０．８８Ｋｇ、Ｃ＝１．３Ｎｓ／ｍ、Ｌ＝０．２ｍで
あり、設計条件（１）が採用された場合である。

【００７７】次に、図５に示すように、本実施例の注湯
方法にて液面振動が等速時及び停止時に残留振動がない
理由について説明する。

【００７８】上述したように、一般に短時間で搬送する
場合、振動システムでは、図９（Ａ）に示すように、時
刻ｔ₀ で加えた加速度入力ｕ₀ により、振動ｘ₁ が起き
る。ここで、図９（Ｂ）に示すように、時刻ｔ₁ で加速
度入力ｕ₁ を加えると、ｘ₂の振動が起きる。そこで、
図１０（Ａ）に示すように、ｔ₁ 時刻以降のｘ₁ とｘ₂
が打ち消すようにｕ₁ を与えてやると、ｔ₁ 以後、図１
０（Ｂ）に示すように、液面の波は制振される。これが
波を短時間で抑える原理である。

【００７９】しかしながら、急激な加速度入力ｕ₀ 、ｕ
₁ を与えることは装置上無理であり、又、加速度入力ｕ
₀ 、ｕ₁ の入力で、ｔ₁ 以後にある速度ｖにするのも難
しい。従って、現実には、図１１（Ａ）に示すような各
入力ｕ₀ に対して、図１１（Ｂ）に示すような各入力ｕ
₁ を加えて、ｔ₁ 以後の波を打ち消すように逐次加速度
入力ｕ₀ 、ｕ₁ を与えることにより、現実の加速度入力
カーブは図１１（Ｃ）のようになる。この加速度カーブ
は、図５（Ｃ）に示す加速度カーブと相似している。し
かし、この方法では具体的な入力数値を求めるのは難し
いし、又、液面振動の制振程度を考察するのは難しい。

【００８０】本発明によれば、上述した制御態様によ
り、波を抑える原理を満たしながら、且つ計算を自動的
にコンピュータで合理的に行なうことができ、注湯装置
の搬送移動時の加速減速を制御することができる。図５
で、加速、減速領域のそれぞれで、１回の加速度の切換
えが行なわれており、波の制振原理の図１１に対応して
いる。制振原理を満たす制御入力がシンプレックス法を
援用した最適サーボ系によって自動的に得られた理由と
しては、設計仕様で述べたように、搬送終了時間の定義
を位置、液位に関する最終目標値の±２％とし、この搬
送時間を最少にする制御を求めたからである。等速時や
停止時に残留振動が大きいと搬送終了時間が長くなるこ
とより、制振原理を満たすコントローラが選ばれたもの
と考えられる。

【００８１】又、本実施例にて、図２に図示し説明した
上記制御系における制御ゲインＫ_f、Ｋ_i の導出は、パ
ソコンクラスで十分であり、又、リアルタイムでの制御
は、マイコンクラスで十分行なうことができる。

【００８２】図７は、本実施例の制御系による工学的設
計条件（２）、（３）、（４）に対するシミュレーショ
ン結果を示す。このシミュレーション結果を見るに、取
鍋は搬送目標位置までの到達時間が約１０ｓｅｃであ
り、最大液位変動は約２．９ｍｍと小さく、設計条件を
満たしていることが分かる。又、図５に示す実施例と異
なり、この実施例では遅い搬送であるために、取鍋の搬
送制御に関しては、図５の等速区間ｂに相当する区間は
存在せず、緩やかな加速区間ａ及び減速区間ｃが設定さ
れるのみである。又、加速、減速と液位の変動が対応し
ていることが分かる。

【００８３】これは比較的遅い搬送であるため、短時間
の場合の波を抑える原理には当てはまらないが、このよ
うな滑らかな加減速を試行錯誤でなく、自動的にコンピ
ュータで求まるところが有益である。

【００８４】図８に同条件での実験結果を示すが、実験
においても制御シミュレーション結果と同様、良好な搬
送が行なわれていることが分かる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の注湯方法
は、取鍋を注湯位置へと搬送する時、取鍋の搬送開始時
の加速領域及び搬送停止時の減速領域において、それぞ
れ、段階的に加速、減速し、取鍋搬送停止後の取鍋内液
面の振動を抑制する構成とされ、しかも、取鍋の搬送手
段としてＤＣサーボモータを使用し、この取鍋の搬送制
御は、取鍋搬送位置ｘ、取鍋搬送速度ｄｘ／ｄｔ、溶湯
液面の振れ角θ、溶湯液面の振れ角速度ｄθ／ｄｔがフ
ィードバックされる１型の最適サーボ制御系により行な
い、計測される取鍋搬送位置ｘと溶湯液面の振れ角θに
介在するノイズをフィルタリングし、且つ計測できない
搬送速度ｄｘ／ｄｔと振れ角速度ｄθ／ｄｔをカルマン
フィルタにより推定させる構成とされるので、注湯装置
の移動及び注湯装置の傾動（旋回）などを行なう時の溶
湯のスロッシングの問題を完全に解決し、溶湯が取鍋よ
り溢れ出たり、或は、空気やノロの巻き込みによるコン
タミネーション（溶湯汚濁）が生じ、品質劣化の原因と
なることを未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の注湯方法を単振り子モデルにて説明す
るための注湯装置の概略構成図である。

【図２】本発明の注湯方法に採用される制御系の一実施
例のブロック図である。

【図３】本発明の注湯方法を実施するための注湯装置の
構成断面図である。

【図４】本発明の注湯方法を実施するための鋳造システ
ムを説明する平面図である。

【図５】本発明に従った一実施例の搬送制御のシミュレ
ーションの結果を示す図である。

【図６】図５と同様の本発明に従った搬送制御の実験結
果を示す図である。

【図７】本発明に従った他の実施例の搬送制御のシミュ
レーションの結果を示す図である。

【図８】図６と同様の本発明に従った搬送制御の実験結
果を示す図である。

【図９】本発明の制御方法の原理を説明するための図で
ある。

【図１０】本発明の制御方法の原理を説明するための図
である。

【図１１】本発明の制御方法の原理を説明するための図
である。

【図１２】本発明の注湯方法をオンライン制御にて実施
するためのブロック図である。

【符号の説明】

１注湯装置２取鍋１４架台（搬送手段）１４ａ車輪１８計重装置（ロードセル）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者濱口雅史愛知県豊橋市芦原町字芦原44番の１ (56)参考文献特開昭58−181461（ＪＰ，Ａ) 特開平４−265817（ＪＰ，Ａ) 実公昭54−36091（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 41/06 B22D 41/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属溶湯を取鍋に保持し、この取鍋を搬
送手段にて注湯位置へと搬送し、傾動することによって
モールド枠へと注湯する注湯方法であって、前記取鍋を
注湯位置へと搬送する時、取鍋の搬送開始時の加速領域
及び搬送停止時の減速領域の各領域において、加減速カ
ーブの段階的切換え制御を行ない、取鍋搬送停止後の取
鍋内液面の振動を抑制する注湯方法において、前記取鍋の搬送手段としてＤＣサーボモータを使用し、
この取鍋の搬送制御は、取鍋搬送位置ｘ、取鍋搬送速度
ｄｘ／ｄｔ、溶湯液面の振れ角θ、溶湯液面の振れ角速
度ｄθ／ｄｔがフィードバックされる１型の最適サーボ
制御系により行ない、計測される取鍋搬送位置ｘと溶湯
液面の振れ角θに介在するノイズをフィルタリングし、
且つ計測できない搬送速度ｄｘ／ｄｔと振れ角速度ｄθ
／ｄｔをカルマンフィルタにより推定させることを特徴
とする注湯方法。
【請求項２】前記搬送速度ｄｘ／ｄｔ及び振れ角速度
ｄθ／ｄｔを推定するカルマンフィルタ推定式は、下記
式（２）で示され、【数２】の推定値であり、Ｋ_klmはカルマンフィルタゲインであ
り、オフラインで予め求め、ｙは、取鍋の搬送位置ｘと
液面変位ｈのオンラインデータであって、【外１】い下記式（３）に基づいて、サンプリングタイム毎に計
算し、時刻ｋにおける前記ＤＣサーボモータの入力電圧
（ｕ_k）を制御することにより行なうことを特徴とする
請求項１の注湯方法。【数３】とされ、Ｋ_fiはＫ_fの成分である。
【請求項３】前記取鍋の搬送開始時の加速領域及び搬
送停止時の減速領域における加減速カーブの段階的切換
え制御は、取鍋に保持した溶湯の粘性及び量、取鍋の搬
送時間、並びに要求される制振の程度によって自動的に
選択される請求項１又は２の注湯方法。