JP6065865B2 - 連続鋳造機の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造機の制御装置および制御方法に関するものである。

モールド内に溶鋼を注入して鋳片を連続的に鋳造する連続鋳造機において、モールド内の溶鋼の湯面レベルを一定レベルに制御することは、連続鋳造機の安定操業上のみならず、鋳片の品質管理上、極めて重要である。このため、連続鋳造機では、モールド内に溶鋼を注入するスライディングノズルの開度が溶鋼の湯面レベルに基づいて制御され、これにより、モールドから引き抜かれる溶鋼とモールド内に注入される溶鋼とのマスバランスを釣り合わせるように、モールド内の溶鋼の湯面レベルが制御されている。このような湯面レベルの制御によれば、モールドから引き抜かれる溶鋼の流量やモールド内に注入される溶鋼の流量が何らかの要因によって変動したとしても、モールド内の溶鋼の湯面レベル変動を抑制することができる。

一般に、連続鋳造機では、ガイドロールまたはピンチロール等、モールドから引き抜かれた溶鋼（鋳片）を支持する複数の支持ロールの間において鋳片がその厚さ方向または幅方向に膨らむ現象、すなわちバルジングが発生することがある。バルジングが発生した場合、モールドから引き抜かれる溶鋼の流量が周期的に変化する故に、モールド内の溶鋼の湯面レベルが周期的に変動するようになる。このようなバルジングに起因する湯面レベルの周期的な変動（以下、バルジング性湯面レベル変動という）に対して、上述したスライディングノズルの開度制御に用いられる通常の比例積分制御（ＰＩ制御）または比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を行っても、バルジング性湯面レベル変動を十分に抑制することは困難である。このような背景から、バルジング性湯面レベル変動を外乱として、外乱補償器により、バルジング性湯面レベル変動を補償する技術が提案されている（特許文献１〜４参照）。

例えば、特許文献１には、過去の鋳造速度データをもとに湯面レベル信号のサンプリング時間を補正した後、リサンプリングした湯面レベル信号を周波数解析して、バルジング性湯面レベル変動の周波数（以下、バルジング周波数と適宜いう）を算出し、算出したバルジング周波数に基づいて外乱補償器の設定周波数を決定する技術が記載されている。特許文献２には、バルジングの発生箇所におけるピンチロールの間隔と鋳造速度との比からバルジング周波数を算出し、算出したバルジング周波数に基づいて外乱補償器の設定周波数を決定する技術が記載されている。

また、特許文献３には、鋳造速度から求めた湯面レベルの変動周波数、もしくは周波数解析によって求めた湯面レベルの変動周波数に応じて、外乱補償器の設定周波数を変更する技術が記載されている。この特許文献３に記載の外乱補償器は、湯面レベル信号の位相を進める位相進みフィルタやバンドパスフィルタを用いて構成されている。

一方、特許文献４には、複数の特定周波数における湯面レベルの変動成分を複数の周波数推定部によって出力し、出力された湯面レベルの変動成分のうち、最も振幅が大きい湯面レベルの変動成分の特定周波数をバルジング周波数と判断して、この特定周波数の変動成分を補償する外乱補償器が記載されている。この特許文献４に記載の外乱補償器は、上述したようにバルジング周波数として判断した特定周波数の湯面レベル信号に対して位相進み処理を行い、この位相進み処理後の湯面レベル信号に適切な可調整ゲインを掛け合わせたものを外乱補償値として出力する。このように出力された外乱補償値は、スライディングノズルの開度指令値に加算されて、湯面レベルの制御に用いられる。

特開２００９−１６０６４７号公報 特開２００７−２６０６９３号公報 特開２００６−２６３８１２号公報 特開２０１３−１０３２６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、バルジングの発生箇所が変化しなければ、バルジング周波数を正確に算出することが可能であるが、バルジングの発生箇所が変化する場合、バルジング周波数を正確に算出することが困難になる。特許文献２に記載の従来技術では、バルジングの発生箇所におけるピンチロールの間隔（以下、ロール間隔と適宜いう）と鋳造速度との比からバルジング周波数が算出されているが、算出されたバルジング周波数と実際のバルジング周波数とが一致しないことがある。

一方、特許文献３に記載の従来技術では、外乱としてのバルジング性湯面レベル変動が単一周波数の変動であれば、外乱を補償することが可能であるが、バルジング性湯面レベル変動が複数の周波数の変動であれば、外乱を補償することが困難である。なお、連続鋳造機においては、バルジングが発生しやすい位置の各ピンチロールに、長さが異なるロール間隔の箇所が存在する場合、複数の周波数のバルジング性湯面レベル変動が発生することがある。

また、特許文献３には、湯面レベル信号の位相を進ませるフィルタを設け、湯面レベル信号から抽出したバルジング性湯面レベル変動成分の位相をフィルタによって９０度程度進ませる技術が記載されている。この場合、確かに、モールドでの溶鋼入出量の積分の結果である湯面レベル値に対して、微分処理すなわち９０度の位相進み処理を行えば、外乱であるモールドへの溶鋼入出量の次元になり、外乱を見ながら湯面レベルを直接制御することが可能となる。しかし、この特許文献３に記載の従来技術では、スライディングノズルやセンサ（湯面レベル計）等の無駄時間が外乱補償値に考慮されておらず、この結果、湯面レベルの制御性能が悪化する。

一方、特許文献４には、湯面レベル信号の位相を進ませる技術が記載されているが、位相を進ませる角度については明記されていない。これに加えて、位相を進ませるためのフィルタの周波数をオブザーバとしての周波数推定部によって指定することができない。このため、外乱の周波数に応じた適切な位相遅れ時間を設定できず、この結果、湯面レベルの制御性能が悪化する。

以上のような背景から、連続鋳造機においては、バルジング性湯面レベル変動が単一の周波数の変動である場合は勿論、バルジング性湯面レベル変動が複数の周波数の変動である場合だとしても、バルジング性湯面レベル変動の周波数（バルジング周波数）を適切に捉え、捉えたバルジング周波数の信号に対し、無駄時間を加味しながら、バルジング周波数に応じた適切な位相進み処理を行い、この位相進み処理後の信号に基づいて、モールド内の溶鋼の湯面レベルを精度高く制御可能な技術が、近年、要望されている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、溶鋼等の溶融金属のモールド内における湯面レベルを精度高く制御することが可能な連続鋳造機の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる連続鋳造機の制御装置は、連続鋳造機のモールド内にノズルを介して注入された溶融金属の湯面レベルを測定する湯面レベル測定部と、前記湯面レベルの目標値と前記湯面レベル測定部による前記湯面レベルの測定値との偏差を示す偏差信号に基づいて、前記ノズルの開度制御に用いる開度指令値を算出する開度制御部と、前記モールドから引き抜かれた溶融金属のバルジングに起因する前記湯面レベルの周期的な変動であるバルジング性湯面レベル変動の周波数を前記偏差信号から検知し、前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内における複数の周波数として指定した複数の指定周波数の各指定周波数信号を前記偏差信号から抽出し、前記ノズルの開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算した特定位相分、前記各指定周波数信号の位相を各々進ませて、前記各指定周波数信号の各位相進み信号を生成し、生成した前記各位相進み信号のうち、前記偏差信号から検知した前記バルジング性湯面レベル変動の周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号をもとに、前記バルジング性湯面レベル変動を補償する外乱補償値を算出する外乱補償器と、前記開度制御部による前記開度指令値と前記外乱補償器による前記外乱補償値とを加算して、前記バルジング性湯面レベル変動の補償を加味した前記ノズルの開度制御を行う開度制御信号を生成出力する加算器と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる連続鋳造機の制御装置は、上記の発明において、前記外乱補償器は、前記偏差信号に含まれる複数の周波数のうち、信号強度が所定の閾値以上であり且つ前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内にある周波数を、前記バルジング性湯面レベル変動の周波数として検知する周波数検知部と、前記偏差信号の中から前記各指定周波数信号を前記指定周波数別に通過させる複数の指定周波数通過フィルタと、前記複数の指定周波数通過フィルタによって抽出された前記各指定周波数信号の位相を前記特定位相分、前記指定周波数別に進ませて前記各位相進み信号を生成する複数の位相進みフィルタと、前記複数の位相進みフィルタによって生成出力された前記各位相進み信号の中から、前記周波数検知部によって検知された前記バルジング性湯面レベル変動の周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号を選択し、選択した前記位相進み信号の加算処理を行って前記外乱補償値を算出する出力加算部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる連続鋳造機の制御装置は、上記の発明において、前記複数の指定周波数は、前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の０．１［Ｈｚ］以下刻みに変化する複数の周波数であることを特徴とする。

また、本発明にかかる連続鋳造機の制御方法は、連続鋳造機のモールド内にノズルを介して注入された溶融金属の湯面レベルを測定する湯面レベル測定ステップと、前記湯面レベルの目標値と前記湯面レベル測定ステップによる前記湯面レベルの測定値との偏差を示す偏差信号に基づいて、前記ノズルの開度制御に用いる開度指令値を算出する開度指令値算出ステップと、前記モールドから引き抜かれた溶融金属のバルジングに起因する前記湯面レベルの周期的な変動であるバルジング性湯面レベル変動の周波数を前記偏差信号から検知する周波数検知ステップと、前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内における複数の周波数として指定した複数の指定周波数の各指定周波数信号を前記偏差信号から抽出する信号抽出ステップと、前記ノズルの開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算した特定位相分、前記各指定周波数信号の位相を各々進ませて、前記各指定周波数信号の各位相進み信号を生成する位相進み処理ステップと、前記位相進み処理ステップによって生成した前記各位相進み信号のうち、前記周波数検知ステップによって前記偏差信号から検知した前記バルジング性湯面レベル変動の周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号をもとに、前記バルジング性湯面レベル変動を補償する外乱補償値を算出する外乱補償値算出ステップと、前記開度指令値算出ステップによる前記開度指令値と前記外乱補償値算出ステップによる前記外乱補償値とを加算して、前記バルジング性湯面レ
ベル変動の補償を加味した前記ノズルの開度制御を行う開度制御信号を生成出力する開度制御ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる連続鋳造機の制御方法は、上記の発明において、前記周波数検知ステップは、前記偏差信号に含まれる複数の周波数のうち、信号強度が所定の閾値以上であり且つ前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内にある周波数を、前記バルジング性湯面レベル変動の周波数として検知し、前記信号抽出ステップは、複数の指定周波数通過フィルタによって前記偏差信号の中から前記各指定周波数信号を前記指定周波数別に通過させ、前記位相進み処理ステップは、前記複数の指定周波数通過フィルタによって抽出された前記各指定周波数信号の位相を、複数の位相進みフィルタによって、前記特定位相分、前記指定周波数別に進ませて前記各位相進み信号を生成し、前記外乱補償値算出ステップは、前記複数の位相進みフィルタによって生成出力された前記各位相進み信号の中から、前記周波数検知ステップによって検知された前記バルジング性湯面レベル変動の周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号を選択し、選択した前記位相進み信号の加算処理を行って前記外乱補償値を算出することを特徴とする。

また、本発明にかかる連続鋳造機の制御方法は、上記の発明において、前記複数の指定周波数は、前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の０．１［Ｈｚ］以下刻みに変化する複数の周波数であることを特徴とする。

本発明によれば、溶鋼等の溶融金属のモールド内における湯面レベルを精度高く制御することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる連続鋳造機の制御装置の一構成例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態における外乱補償器の一構成例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態における位相進みフィルタの周波数特性の一例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかる連続鋳造機の制御方法の一例を示すフローチャートである。 図５は、本発明の実施例における湯面レベルの制御シミュレーションの結果を示す図である。 図６は、本発明の実施例に対する比較例における湯面レベルの制御シミュレーションの結果を示す図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる連続鋳造機の制御装置および制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、各図面間において同一構成部分には同一符号を付している。

（連続鋳造機）
まず、本発明の実施の形態にかかる制御装置を適用した連続鋳造機について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる連続鋳造機の制御装置の一構成例を示す図である。図１には、本発明の実施の形態にかかる制御装置１０を適用した連続鋳造機１が図示されている。本実施の形態における連続鋳造機１は、溶鋼９から鋳片を連続的に鋳造する設備であり、図１に示すように、溶鋼９を所定の形状に固めるモールド２と、溶鋼９の貯蔵および供給を適宜行うタンディッシュ３と、タンディッシュ３からモールド２内に溶鋼９を
注入する溶鋼注入ノズル４と、溶鋼注入ノズル４の開度を調整するアクチュエータ７と、モールド２から引き抜いた溶鋼９（鋳片）を支持しつつ出口側へ送出する複数のピンチロール８と、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルを制御する制御装置１０とを備える。

モールド２は、溶融金属の一例である溶鋼９を所定の形状に固める鋳型である。図１には、本発明を説明し易くするために、モールド２の断面の概略構造が図示されている。図１に示すように、モールド２には、入口側（タンディッシュ３側）から出口側（ピンチロール８側）に亘って貫通する矩形状等の貫通孔が形成されている。モールド２は、自身の貫通孔内に適宜注入された液状の溶鋼９を水冷等によって順次冷却し、これにより、この液状の溶鋼９から所定の形状（例えば矩形状等）の鋳片を順次鋳造する。

タンディッシュ３は、図１に示すように、モールド２の上方に配置される。また、タンディッシュ３の底部には、溶鋼注入ノズル４が設けられる。タンディッシュ３は、取鍋（図示せず）から注ぎ込まれた溶鋼９を貯蔵する。このようなタンディッシュ３内に滞留した溶鋼９は、溶鋼注入ノズル４を通じてモールド２内に適宜注入される。

溶鋼注入ノズル４は、タンディッシュ３からモールド２内に溶鋼９を注入するノズルであり、図１に示すように、スライディングノズル５と浸漬ノズル６とを用いて構成される。スライディングノズル５は、固定板と摺動板とを備え、タンディッシュ３の底部に設けられる。このスライディングノズル５の開度は、溶鋼注入ノズル４の開度であり、アクチュエータ７の作用によって摺動板等を動作させることにより、調整される。浸漬ノズル６は、スライディングノズル５を介してタンディッシュ３と連通するように、スライディングノズル５の下部に設けられる。浸漬ノズル６は、図１に示すように、モールド２内の溶鋼９中に浸漬するように配置される。浸漬ノズル６は、タンディッシュ３からスライディングノズル５を経て流入した溶鋼９をモールド２内に注入する。

アクチュエータ７は、溶鋼注入ノズル４の開度を調整するものである。具体的には、アクチュエータ７は、油圧サーボ系等を用いて構成され、図１に示すように、駆動軸等を介してスライディングノズル５と接続される。アクチュエータ７は、スライディングノズル５の摺動板の位置を制御することにより、スライディングノズル５の開度すなわち溶鋼注入ノズル４の開度を調整する。アクチュエータ７は、スライディングノズル５の開度を増減等して調整することにより、タンディッシュ３から溶鋼注入ノズル４を通じてモールド２内に注入される溶鋼９の流量を制御する。

上述したようにタンディッシュ３から溶鋼注入ノズル４を通じてモールド２内に注入された溶鋼９は、その外壁面とモールド２内壁面のモールドパウダーとを接触させつつ、モールド２によって冷却される。これにより、モールド２内の溶鋼９は、モールド２内壁面のモールドパウダーとの接触部分を凝固させて凝固シェルを形成する。このような凝固シェルを形成した溶鋼９は、外壁部分が凝固し且つ内部に液相部分を有する鋳片である。

ピンチロール８は、モールド２の下方に、鋳片の搬送経路に沿って複数配置される。複数のピンチロール８およびガイドロール（図示せず）は、モールド２によって所定の形状に鋳造された溶鋼９すなわち鋳片を支持しつつ、モールド２の貫通孔出口から下方（図１の太線矢印参照）へ鋳片を順次引き抜く。

制御装置１０は、本発明の実施の形態において連続鋳造機１に適用した制御装置であり、連続鋳造機１のモールド２内における溶鋼９の湯面レベルを制御する。具体的には、図１に示すように、本発明の実施の形態にかかる制御装置１０は、湯面レベル計１１と、溶鋼流量制御部１２とを備える。

湯面レベル計１１は、連続鋳造機１のモールド２内に溶鋼注入ノズル４を介して注入された溶鋼９の湯面レベルを測定する湯面レベル測定部として機能する。湯面レベル計１１は、渦流センサ等を用いて構成され、図１に示すように、モールド２の貫通孔内の所定位置に設置される。湯面レベル計１１は、タンディッシュ３から溶鋼注入ノズル４を通じてモールド２内に注入された溶鋼９のモールド２内における高さ位置を湯面レベルとして測定する。湯面レベル計１１は、モールド２内の溶鋼９の湯面レベル（以下、単に「湯面レベル」と適宜略す）を測定する都度、得られた湯面レベルを示す湯面レベル信号を溶鋼流量制御部１２に送信する。

溶鋼流量制御部１２は、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルに基づいて、モールド２内への溶鋼９の注入流量を制御する。詳細には、溶鋼流量制御部１２は、湯面レベル計１１から湯面レベル信号を入力され、この入力された湯面レベル信号によって示される湯面レベルを取得する。また、溶鋼流量制御部１２は、予め設定された湯面レベルの目標値を有する。この目標値は、モールド２内の溶鋼９の目標とする湯面レベルである。溶鋼流量制御部１２は、湯面レベル計１１から取得した湯面レベル（測定値）と予め設定された湯面レベルの目標値との偏差を示す偏差信号Ｓ１を生成する。ついで、溶鋼流量制御部１２は、生成した偏差信号Ｓ１に対してＰＩ制御を行い、これにより、スライディングノズル５の開度を制御するための開度指令値を算出する。この際、溶鋼流量制御部１２は、湯面レベル計１１による湯面レベルの測定値と湯面レベルの目標値とが等しくなるように、スライディングノズル５の開度指令値を算出する。

また、溶鋼流量制御部１２は、生成した偏差信号Ｓ１に基づき、モールド２内の溶鋼９のバルジング性湯面レベル変動を外乱として補償するための外乱補償値を算出する。その後、溶鋼流量制御部１２は、上述したように算出した開度指令値と外乱補償値とを加算処理し、これにより、バルジング性湯面レベル変動の補償を加味した開度指令値を算出する。溶鋼流量制御部１２は、この算出した開度指令値をアクチュエータ７に出力し、この開度指令値に応じた駆動をアクチュエータ７に行わせる。これにより、溶鋼流量制御部１２は、この開度指令値によって指令する開度に、スライディングノズル５の開度を制御する。溶鋼流量制御部１２は、このようにスライディングノズル５の開度を制御することにより、タンディッシュ３から溶鋼注入ノズル４を経てモールド２内に注入される溶鋼９の注入流量を制御する。このような溶鋼９の注入流量の制御を通して、溶鋼流量制御部１２は、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルを制御する。

本実施の形態において、図１に示す湯面レベル計１１、溶鋼流量制御部１２、アクチュエータ７、およびスライディングノズル５は、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルに関するフィードバックループを構成する。このため、モールド２内に流入する溶鋼５の流量（注入流量）またはモールド２から鋳片として引き抜かれる溶鋼９の流量（引き抜き量）が何らかの要因によって変動しても、本実施の形態におけるフィードバックループにより、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルをその目標値に制御することができる。

（溶鋼流量制御部）
つぎに、図１を参照しつつ、上述した溶鋼流量制御部１２の構成を詳細に説明する。図１に示すように、溶鋼流量制御部１２は、減算器１３と、ＰＩ制御部１４と、外乱補償器１５と、加算器１６とを備える。

減算器１３は、湯面レベル計１１によって測定された溶鋼９の湯面レベルと湯面レベルの目標値との偏差を出力する。具体的には、減算器１３は、湯面レベル計１１から湯面レベル信号を受信し、受信した湯面レベルによって示されるモールド２内の溶鋼９の湯面レベルを取得する。ついで、減算器１３は、溶鋼流量制御部１２に予め設定された湯面レベルの目標値と湯面レベル計１１からの湯面レベル（測定値）との偏差を減算処理によって
算出し、算出した偏差を示す偏差信号Ｓ１を生成する。その都度、減算器１３は、生成した偏差信号Ｓ１をＰＩ制御部１４と外乱補償器１５とに送信する。

ＰＩ制御部１４は、湯面レベルの目標値と湯面レベル計による湯面レベルの測定値との偏差を示す偏差信号Ｓ１に基づいて、スライディングノズル５の開度制御に用いる開度指令値を算出する開度制御部として機能する。具体的には、ＰＩ制御部１４は、減算器１３から偏差信号Ｓ１を受信し、受信した偏差信号Ｓ１に対してＰＩ制御を行うことにより、スライディングノズル５の開度指令値を算出する。この際、ＰＩ制御部１４は、偏差信号Ｓ１によって示される偏差が零となるように、すなわち、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルが湯面レベルの目標値と等しくなるように、スライディングノズル５の開度指令値を算出する。ＰＩ制御部１４は、上述したように開度指令値を算出する都度、算出した開度指令値を示す開度制御信号Ｓ２を加算器１６に送信する。

外乱補償器１５は、連続鋳造機１におけるバルジングに起因して発生するモールド２内の溶鋼９のバルジング性湯面レベル変動を外乱として補償するためのものである。具体的には、外乱補償器１５は、減算器１３によって生成出力された偏差信号Ｓ１からバルジング性湯面レベル変動の周波数（バルジング周波数）を検知する。バルジング性湯面レベル変動は、上述したように、モールド２から引き抜かれた溶鋼９（鋳片）のバルジングに起因する湯面レベルの周期的な変動である。

これに並行して、外乱補償器１５は、上述した減算器１３からの偏差信号Ｓ１から、連続鋳造機１におけるバルジング周波数として指定した複数の指定周波数の各指定周波数信号を抽出する。本実施の形態において、これら複数の指定周波数は、連続鋳造機１内に発生するバルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内における複数の周波数として指定され、外乱補償器１５に予め設定される。また、外乱補償器１５は、上述したスライディングノズル５の開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算した特定位相分、これら複数の指定周波数の各指定周波数信号の位相を指定周波数別に各々進ませ、これにより、これら各指定周波数信号の各位相進み信号を生成する。続いて、外乱補償器１５は、このように生成した各位相進み信号のうち、偏差信号Ｓ１から検知したバルジング周波数に等しい指定周波数をもつ１以上の位相進み信号をもとに、バルジング性湯面レベル変動を補償する外乱補償値を算出する。外乱補償器１５は、このように外乱補償値を算出する都度、算出した外乱補償値を示す外乱補償信号Ｓ３を加算器１６に送信する。

なお、スライディングノズル５の開度制御の無駄時間は、上述した湯面レベル計１１、溶鋼流量制御部１２、アクチュエータ７、およびスライディングノズル５によって構成されるフィードバックループ内に生じる無駄時間である。例えば、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルの測定に掛かる湯面レベル計１１の測定時間、アクチュエータ７によってスライディングノズル５の開度を調整する際に掛かるアクチュエータ７およびスライディングノズル５の動作時間等が、上述した無駄時間に含まれる。

加算器１６は、ＰＩ制御部１４によるスライディングノズル５の開度指令値と外乱補償器１５による外乱補償値とを加算してアクチュエータ７に出力するものである。具体的には、加算器１６は、ＰＩ制御部１４から出力された開度制御信号Ｓ２を受信し、且つ、外乱補償器１５から出力された外乱補償信号Ｓ３を受信する。ついで、加算器１６は、この開度制御信号Ｓ２によって示される開度指令値に、この外乱補償信号Ｓ３によって示される外乱補償値を加算する。これにより、加算器１６は、バルジング性湯面レベル変動の補償を加味したスライディングノズル５の開度制御を行う開度制御信号Ｓ４を生成する。すなわち、加算器１６は、ＰＩ制御部１４からの開度制御信号Ｓ２を、外乱補償器１５からの外乱補償信号Ｓ３に示される外乱補償値を加味した開度制御信号Ｓ４に補正する。加算器１６は、開度制御信号Ｓ４を生成する都度、生成した開度制御信号Ｓ４をアクチュエー
タ７に送信する。

上述したアクチュエータ７は、加算器１６からの開度制御信号Ｓ４に基づき、モールド２内のバルジング性湯面レベル変動の補償を加味しつつ、スライディングノズル５の開度を調整する。すなわち、ＰＩ制御部１４は、アクチュエータ７に出力した開度制御信号Ｓ４によって示される開度指令値に基づき、スライディングノズル５の開度を制御する。外乱補償器１５は、アクチュエータ７に出力した開度制御信号Ｓ４によって示される外乱補償値に基づき、モールド２内の溶鋼９のバルジング性湯面レベル変動を補償する。

（外乱補償器）
つぎに、上述した溶鋼流量制御部１２の外乱補償器１５の構成を詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態における外乱補償器の一構成例を示す図である。図２に示すように、本発明の実施の形態における外乱補償器１５は、周波数検知部１５１と、指定周波数信号抽出部１５２と、位相進み処理部１５３と、出力加算部１５４とを備える。

周波数検知部１５１は、湯面レベルの目標値と湯面レベル計１１による湯面レベルの測定値との偏差を示す偏差信号Ｓ１の中から、バルジング性湯面変動の周波数すなわちバルジング周波数を検知する。具体的には、周波数検知部１５１は、図１に示した減算器１３によって出力された偏差信号Ｓ１を受信し、受信した偏差信号Ｓ１に含まれる複数の周波数の中からバルジング周波数を検知する。この際、周波数検知部１５１は、この偏差信号Ｓ１に含まれる複数の周波数のうち、信号強度が所定の閾値以上であり且つバルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内にある周波数を、バルジング周波数として検知する。周波数検知部１５１は、図１に示した連続鋳造機１のモールド２内の溶鋼９にバルジング性湯面レベル変動が発生した場合、すなわち、減算器１３からの偏差信号Ｓ１に１以上のバルジング周波数が含まれる場合、偏差信号Ｓ１からバルジング周波数として検知した１以上の周波数を示す信号を出力加算部１５４に送信する。

指定周波数信号抽出部１５２は、予め設定された複数の指定周波数の各指定周波数信号を偏差信号Ｓ１から抽出するものであり、図２に示すように、偏差信号Ｓ１の中から各指定周波数信号を指定周波数別に通過させる複数（本実施の形態では５つ）の指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅによって構成される。

指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅは、各々、バルジング周波数として予め指定した指定周波数をもつ信号（指定周波数信号）を最も強く通過させるバンドパスフィルタ等を用いて構成される。例えば、指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅの各々は、設定の角周波数ω、ラプラス演算子ｓ、および調整用係数Ａ，Ｂを用いた次式（１）の伝達関数Ｇ₁（ｓ）によって表されるフィルタである。

これらの指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅは、各々、図１に示した減算器１３によって出力された偏差信号Ｓ１を取り込む。指定周波数通過フィルタ１５２ａは、取り込んだ偏差信号Ｓ１のうち、予め設定された指定周波数ｆ１をもつ指定周波数信号Ｓ１１を通過させる。これにより、指定周波数通過フィルタ１５２ａは、この偏差信号Ｓ１から指定周波数信号Ｓ１１を抽出する。これと同様に、指定周波数通過フィルタ１５２ｂは、取り込んだ偏差信号Ｓ１のうち、予め設定された指定周波数ｆ２をもつ指定周波数信号Ｓ１２を通過させ、これにより、この偏差信号Ｓ１から指定周波数信号Ｓ１２を抽出する
。指定周波数通過フィルタ１５２ｃは、取り込んだ偏差信号Ｓ１のうち、予め設定された指定周波数ｆ３をもつ指定周波数信号Ｓ１３を通過させ、これにより、この偏差信号Ｓ１から指定周波数信号Ｓ１３を抽出する。指定周波数通過フィルタ１５２ｄは、取り込んだ偏差信号Ｓ１のうち、予め設定された指定周波数ｆ４をもつ指定周波数信号Ｓ１４を通過させ、これにより、この偏差信号Ｓ１から指定周波数信号Ｓ１４を抽出する。指定周波数通過フィルタ１５２ｅは、取り込んだ偏差信号Ｓ１のうち、予め設定された指定周波数ｆ５をもつ指定周波数信号Ｓ１５を通過させ、これにより、この偏差信号Ｓ１から指定周波数信号Ｓ１５を抽出する。

上述したように偏差信号Ｓ１から指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５を各々抽出する都度、指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅは、抽出した指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５を位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅに各々送信する。これにより、指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅは、位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅの各位相進み処理の周波数を指定周波数ｆ１〜ｆ５に各々指定する。例えば、指定周波数通過フィルタ１５２ａは、位相進みフィルタ１５３ａへの指定周波数信号Ｓ１１の出力により、この位相進みフィルタ１５３ａによる位相進み処理の対象信号の周波数を指定周波数ｆ１に指定する。

本実施の形態において、指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅに各々設定される指定周波数ｆ１〜ｆ５は、連続鋳造機１のモールド２内の溶鋼９に周期的に発生するバルジング性湯面レベル変動の周波数帯域（発生周波数帯域）内から選択的に指定される複数の周波数である。このような指定周波数ｆ１〜ｆ５は、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の０．１［Ｈｚ］以下刻みに変化する複数の周波数であることが望ましい。例えば、連続鋳造機１のバルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域が０．０９［Ｈｚ］〜０．１３［Ｈｚ］である場合、この発生周波数帯域を０．０１［Ｈｚ］刻み（０．１［Ｈｚ］以下刻みの一例）に分ける５つの周波数０．０９［Ｈｚ］、０．１０［Ｈｚ］、０．１１［Ｈｚ］、０．１２［Ｈｚ］、０．１３［Ｈｚ］が、指定周波数ｆ１〜ｆ５として各々指定される。

また、上述したように０．１［Ｈｚ］以下刻みの指定周波数ｆ１〜ｆ５が各々設定された指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅは、自身の指定周波数から−０．１［Ｈｚ］以下または＋０．１［Ｈｚ］以上外れた周波数の信号を５［ｄＢ］以上減衰させるようなパラメータ設定にすることが望ましい。

位相進み処理部１５３は、上述した指定周波数信号抽出部１５２によって偏差信号Ｓ１から指定周波数別に抽出された複数の指定周波数信号の各位相を特定位相分、各々進ませる位相進み処理を行うものである。本実施の形態において、位相進み処理部１５３は、図２に示すように、上述した指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅに各々対応する５つの位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅによって構成される。

位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅは、各々、指定した位相を特定位相分、進ませることが可能なフィルタ、例えば、低次元で演算負荷が小さい微分フィルタを用いて構成される。本実施の形態において、位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅの各々を構成する微分フィルタは、設定の角周波数ω、ラプラス演算子ｓ、角周波数調整係数α、および調整用係数Ｃを用いた次式（２）の伝達関数Ｇ₂（ｓ）によって表される。

これらの位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅは、複数の指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅによって抽出された各指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５の位相を特定位相分、指定周波数別に進ませ、これにより、各指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５の各位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５を生成する。

具体的には、位相進みフィルタ１５３ａは、指定周波数ｆ１が設定された指定周波数通過フィルタ１５２ａと対をなすフィルタであり、指定周波数通過フィルタ１５２ａによって偏差信号Ｓ１から抽出された指定周波数信号Ｓ１１を取り込む。位相進みフィルタ１５３ａは、この取り込んだ指定周波数信号Ｓ１１に対し、上述したスライディングノズル５の開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算した特定位相分、位相を進ませる位相進み処理を行う。すなわち、位相進みフィルタ１５３ａは、指定周波数通過フィルタ１５２ａによって指定された周波数の信号の位相を、上述した特定位相分、進ませる。この位相進み処理により、位相進みフィルタ１５３ａは、上述した特定位相分の位相進みを指定周波数信号Ｓ１１に与えた信号である位相進み信号Ｓ２１を生成する。位相進みフィルタ１５３ａは、このような位相進み処理を実行する都度、生成した位相進み信号Ｓ２１を出力加算部１５４に送信する。

残りの位相進みフィルタ１５３ｂ〜１５３ｅは、上述した位相進みフィルタ１５３ａと同様に、指定周波数通過フィルタ１５２ｂ〜１５２ｅからの指定周波数信号Ｓ１２〜Ｓ１５に対して指定周波数別の位相進み処理を行う。

すなわち、位相進みフィルタ１５３ｂは、指定周波数ｆ２が設定された指定周波数通過フィルタ１５２ｂと対をなすフィルタであり、指定周波数通過フィルタ１５２ｂからの指定周波数信号Ｓ１２の位相を、上述した特定位相分、進ませて位相進み信号Ｓ２２を生成する。位相進みフィルタ１５３ｃは、指定周波数ｆ３が設定された指定周波数通過フィルタ１５２ｃと対をなすフィルタであり、指定周波数通過フィルタ１５２ｃからの指定周波数信号Ｓ１３の位相を、上述した特定位相分、進ませて位相進み信号Ｓ２３を生成する。位相進みフィルタ１５３ｄは、指定周波数ｆ４が設定された指定周波数通過フィルタ１５２ｄと対をなすフィルタであり、指定周波数通過フィルタ１５２ｄからの指定周波数信号Ｓ１４の位相を、上述した特定位相分、進ませて位相進み信号Ｓ２４を生成する。位相進みフィルタ１５３ｅは、指定周波数ｆ５が設定された指定周波数通過フィルタ１５２ｅと対をなすフィルタであり、指定周波数通過フィルタ１５２ｅからの指定周波数信号Ｓ１５の位相を、上述した特定位相分、進ませて位相進み信号Ｓ２５を生成する。位相進みフィルタ１５３ｂ〜１５３ｅは、位相進み処理を実行する都度、生成した位相進み信号Ｓ２２〜Ｓ２５を出力加算部１５４に送信する。

ここで、上述した位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅを表す上式（２）の伝達関数Ｇ₂（ｓ）に含まれる角周波数調整係数αは、位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅによって指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５に各々与える位相進みを示す値である。すなわち、角周波数調整係数αは、上述したスライディングノズル５の開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算した特定位相に相当する。このような角周波数調整係数αは、指定周波数ｆ１〜ｆ５の各々について上記の無駄時間分の位相を加味しつつ適切に設定されて、各位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅの伝達関数Ｇ₂（ｓ）に与えられる。この結果、位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅは、指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５に与える各位相進みを、指定周波数ｆ１〜ｆ５に応じて各々適切に設定することが可能となる。

図３は、本発明の実施の形態における位相進みフィルタの周波数特性の一例を示す図である。例えば、位相進みフィルタ１５３ａは、図３に示すように、指定周波数ｆ１が０．０９［Ｈｚ］である場合に位相進みを１００度（＝９０度＋無駄時間分の位相）とする特性を有する。この場合、位相進みフィルタ１５３ａは、指定周波数信号Ｓ１１の位相を１
００度進ませて位相進み信号Ｓ２１を生成する。

なお、上述した位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅのみでは、フィルタ通過後の位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５のパワーが低下する可能性がある。この対策として、位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅの前段の指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅにおけるパラメータをより狭いバンド幅に設定することが有効である。これにより、上述した位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５のパワーの低下を低減することができる。

一方、出力加算部１５４は、バルジング性湯面レベル変動を補償するための外乱補償値を算出するものである。具体的には、出力加算部１５４は、周波数検知部１５１から出力されたバルジング性湯面レベル変動の周波数すなわちバルジング周波数を取得する。また、出力加算部１５４は、位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅによって生成出力された各位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５を取得する。その後、出力加算部１５４は、取得した各位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５の中から、周波数検知部１５１によって検知されたバルジング周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号を選択し、選択した位相進み信号の加算処理を行って外乱補償値を算出する。出力加算部１５４は、このように外乱補償値を算出する都度、算出した外乱補償値を示す外乱補償信号Ｓ３を、図１に示した加算器１６に送信する。

（連続鋳造機の制御方法）
つぎに、本発明の実施の形態にかかる連続鋳造機１の制御方法について説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかる連続鋳造機の制御方法の一例を示すフローチャートである。本実施の形態にかかる連続鋳造機１の制御方法において、図１に示した制御装置１０は、図４に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０７の各処理ステップを適宜行って、モールド２内の溶鋼９に発生したバルジング性湯面レベル変動を補償しつつ、この溶鋼９の湯面レベルを目標の湯面レベルに制御する。

詳細には、図４に示すように、制御装置１０は、まず、連続鋳造機１におけるモールド２内の溶鋼９の湯面レベルを測定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、湯面レベル計１１は、連続鋳造機１のモールド２内に溶鋼注入ノズル４を介して注入された溶鋼９の湯面レベルを測定し、得られた湯面レベルの測定値を示す湯面レベル信号を出力する。

ついで、制御装置１０は、湯面レベルの偏差信号Ｓ１に基づいて溶鋼注入ノズル４の開度指令値を算出する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、減算器１３は、ステップＳ１０１によって湯面レベル計１１から出力された湯面レベル信号を取得する。つぎに、減算器１３は、予め設定された湯面レベルの目標値から、この湯面レベル信号によって示される湯面レベルの測定値を減算する。これにより、減算器１３は、湯面レベルの目標値とステップＳ１０１による湯面レベルの測定値との偏差を算出する。その後、減算器１３は、この算出した偏差を示す偏差信号Ｓ１を出力する。

また、このステップＳ１０２において、ＰＩ制御部１４は、減算器１３から出力された偏差信号Ｓ１を取得し、取得した偏差信号Ｓ１に基づいて、溶鋼注入ノズル４の開度制御すなわちスライディングノズル５の開度制御に用いる開度指令値を算出する。この際、ＰＩ制御部１４は、減算器１３から取得した偏差信号Ｓ１に対してＰＩ制御を行う。これにより、ＰＩ制御部１４は、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルをその目標値と等しくするように、スライディングノズル５の開度指令値を算出する。その後、ＰＩ制御部１４は、この算出した開度指令値を示す開度制御信号Ｓ２を出力する。

ステップＳ１０２を実行後、制御装置１０は、連続鋳造機１のモールド２から引き抜か
れた溶鋼９のバルジングに起因する湯面レベルの周期的な変動であるバルジング性湯面レベル変動の周波数を、湯面レベルの偏差信号Ｓ１から検知する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、外乱補償器１５の周波数検知部１５１（図２参照）は、減算器１３から出力された偏差信号Ｓ１を取得し、この取得した偏差信号Ｓ１から、バルジング性湯面レベル変動の周波数すなわちバルジング周波数を検知する。

この際、周波数検知部１５１は、偏差信号Ｓ１に対して通常の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の処理を行い、この結果、偏差信号Ｓ１に含まれる複数の周波数を取得する。周波数検知部１５１は、偏差信号Ｓ１に含まれる複数の周波数のうち、信号強度が所定の閾値以上であり且つバルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内にある周波数を、バルジング性湯面レベル変動の周波数（バルジング周波数）として検知する。すなわち、周波数検知部１５１は、ＦＦＴ等によって偏差信号Ｓ１から取得した１種類以上の周波数の信号強度が予め設定された閾値以上であり且つ同１種類以上の周波数がバルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内にある場合、連続鋳造機１にバルジング性湯面レベル変動が発生したと判定して、同１種類以上の周波数をバルジング周波数として検知する。その後、周波数検知部１５１は、バルジング周波数として検知した１種類以上の周波数を出力する。

続いて、制御装置１０は、湯面レベルの偏差信号Ｓ１から複数の指定周波数の各指定周波数信号を抽出する（ステップＳ１０４）。これら複数の指定周波数は、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の互いに異なる複数の周波数として指定されたものである。また、これら複数の指定周波数は、上述したように、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の０．１［Ｈｚ］以下刻みに変化する複数の周波数であることが望ましい。ステップＳ１０４において、制御装置１０は、上記したような複数（本実施の形態では５つ）の指定周波数ｆ１〜ｆ５の各指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５を、図２に示した指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅによって偏差信号Ｓ１の中から指定周波数別に通過させる。これにより、指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅは、偏差信号Ｓ１の中から指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５を各々抽出し、抽出した指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５を指定周波数別に出力する。

つぎに、制御装置１０は、ステップＳ１０４によって抽出した指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５の位相進み処理を指定周波数別に実行する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、制御装置１０は、図２に示した指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅによって抽出された各指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５の位相を、複数（本実施の形態では５つ）の位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅによって、特定位相分、指定周波数別に各々進ませる。これにより、制御装置１０は、これらの指定周波数信号Ｓ１１〜Ｓ１５の各位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５を生成する。なお、この特定位相は、上述したように、スライディングノズル５の開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算したものである。

詳細には、ステップＳ１０５において、位相進みフィルタ１５３ａは、指定周波数通過フィルタ１５２ａから出力された指定周波数信号Ｓ１１の位相を特定位相だけ進ませ、これにより、この指定周波数信号Ｓ１１に対応する位相進み信号Ｓ２１を生成出力する。位相進みフィルタ１５３ｂは、指定周波数通過フィルタ１５２ｂから出力された指定周波数信号Ｓ１２の位相を特定位相だけ進ませ、これにより、この指定周波数信号Ｓ１２に対応する位相進み信号Ｓ２２を生成出力する。位相進みフィルタ１５３ｃは、指定周波数通過フィルタ１５２ｃから出力された指定周波数信号Ｓ１３の位相を特定位相だけ進ませ、これにより、この指定周波数信号Ｓ１３に対応する位相進み信号Ｓ２３を生成出力する。位相進みフィルタ１５３ｄは、指定周波数通過フィルタ１５２ｄから出力された指定周波数信号Ｓ１４の位相を特定位相だけ進ませ、これにより、この指定周波数信号Ｓ１４に対応
する位相進み信号Ｓ２４を生成出力する。位相進みフィルタ１５３ｅは、指定周波数通過フィルタ１５２ｅから出力された指定周波数信号Ｓ１５の位相を特定位相だけ進ませ、これにより、この指定周波数信号Ｓ１５に対応する位相進み信号Ｓ２５を生成出力する。

ステップＳ１０５を実行後、制御装置１０は、ステップＳ１０５による位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５を用いてバルジング性湯面レベル変動の外乱補償値を算出する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において、制御装置１０は、ステップＳ１０５によって生成した各位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５のうち、ステップＳ１０３によって偏差信号Ｓ１から検知したバルジング周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号をもとに、バルジング性湯面レベル変動を補償する外乱補償値を算出する。

詳細には、出力加算部１５４は、ステップＳ１０３において周波数検知部１５１から出力されたバルジング周波数の検知結果を取得し、且つ、ステップＳ１０５において位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅから出力された各位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５を取得する。出力加算部１５４は、位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅによって生成出力された各位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５の中から、周波数検知部１５１によって検知されたバルジング周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号を選択する。この際、出力加算部１５４は、これらの各位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５のうちのバルジング周波数に等しい指定周波数をもつ１種類以上の位相進み信号を選択する。続いて、出力加算部１５４は、このように選択した１種類以上の位相進み信号の加算処理を行い、この加算処理による位相進み信号の加算値に対してゲインを乗じて、バルジング性湯面レベル変動の外乱補償値を算出する。その後、出力加算部１５４は、この算出した外乱補償値を示す外乱補償信号Ｓ３を出力する。

ステップＳ１０６を実行後、制御装置１０は、連続鋳造機１のモールド２内における溶鋼９の湯面レベル変動の外乱補償を加味して、溶鋼注入ノズル４の開度制御、具体的にはスライディングノズル５の開度制御を実行する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７において、図１に示した加算器１６は、ステップＳ１０２による開度指令値とステップＳ１０６による外乱補償値とを加算する。これにより、加算器１６は、バルジング性湯面レベル変動の補償を加味したスライディングノズル５の開度制御を行う開度制御信号Ｓ４を生成する。

その後、加算器１６は、上述したように生成した開度制御信号Ｓ４をアクチュエータ７に出力する。これにより、バルジング性湯面レベル変動の補償を加味したスライディングノズル５の開度制御が行われる。この結果、連続鋳造機１のモールド２内に発生したバルジング性湯面レベル変動が開度制御信号Ｓ４に基づく外乱補償値によって補償される。これとともに、このモールド２内への溶鋼９の注入流量が開度制御信号Ｓ４に基づく開度指令値によって制御され、この制御を通して、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルがその目標値に制御される。

一方、制御装置１０は、ステップＳ１０７を実行後、上述したステップＳ１０１に戻り、このステップＳ１０１以降の処理ステップを適宜繰り返し行う。この際、制御装置１０は、連続鋳造機１が鋳片の鋳造を完了した場合、または、入力装置（図示せず）等によって処理終了の指令が入力された場合、本処理を終了する。

（実施例）
つぎに、本発明の実施例について説明する。本実施例において、図１に示した制御装置１０は、複数のバルジング周波数のバルジング性湯面レベル変動が連続鋳造機１に発生している場合の湯面レベルの制御をシミュレーションした。この際、制御装置１０は、連続鋳造機１のモールド２内に既に発生している溶鋼９の湯面レベル変動を示す１つの正弦波
をバルジング性湯面レベル変動（外乱）として補償しつつ湯面レベルを制御している途中に、この外乱と異なる周波数をもつバルジング性湯面レベル変動を示す別の正弦波が更なる外乱として加わった場合を想定して、湯面レベルの制御をシミュレーションした。なお、本実施例における湯面レベルの制御シミュレーションにおいて、モールド２、スライディングノズル５、および湯面レベル計１１の各特性は、一般的なプロセスモデルを用いて計算されている。

図５は、本発明の実施例における湯面レベルの制御シミュレーションの結果を示す図である。図５において、上段には、連続鋳造機１に外乱として加えたバルジング性湯面レベル変動の波形が図示されている。下段には、連続鋳造機１に加えられたバルジング性湯面レベル変動を補償しつつ湯面レベルを制御したシミュレーションの結果が図示されている。

図５の上段に示すように、連続鋳造機１には、１００秒より前の時点においてバルジング周波数＝０．１２［Ｈｚ］のバルジング性湯面レベル変動（以下、０．１２［Ｈｚ］の外乱という）が加わっている。制御装置１０は、この０．１２［Ｈｚ］の外乱を補償しつつ、モールド２内の湯面レベルを制御した。この結果、図５の下段に示すように、モールド２内の湯面レベルは、安定した状態となった。

つぎに、連続鋳造機１には、２００秒の時点において、バルジング周波数＝０．１０［Ｈｚ］のバルジング性湯面レベル変動（以下、０．１０［Ｈｚ］の外乱という）が新たに追加された。この時点から０．１０［Ｈｚ］の外乱の１．５周期程度が経過した時点に、制御装置１０は、図２に示した周波数検知部１５１により、先の０．１２［Ｈｚ］の外乱のバルジング周波数に加えて、この０．１０［Ｈｚ］の外乱のバルジング周波数を更に検知する。ついで、制御装置１０は、図２に示した位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅから出力された位相進み信号Ｓ２１〜Ｓ２５の中から、０．１２［Ｈｚ］の外乱のバルジング周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号と、０．１０［Ｈｚ］の外乱のバルジング周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号とを選択する。続いて、制御装置１０は、これらの選択した２つの位相進み信号をもとに、出力加算部１５４によって外乱補償値を算出する。

その後、制御装置１０は、０．１２［Ｈｚ］の外乱と０．１０［Ｈｚ］の外乱とを補償する外乱補償値を含む開度制御信号Ｓ４（図１参照）を連続鋳造機１のアクチュエータ７へ出力する。これにより、制御装置１０は、０．１２［Ｈｚ］の外乱および０．１０［Ｈｚ］の外乱を補償しつつ湯面レベルを制御している。この結果、図５の下段に示すように、モールド２内の湯面レベルは、２５０秒程度の時点から安定した状態となった。すなわち、制御装置１０は、互いに異なるバルジング周波数のバルジング性湯面レベル変動が発生した場合であっても、発生した複数のバルジング性湯面レベル変動を補償しながら湯面レベルを安定した状態に制御できることを確認することができた。

一方、本実施例に対する比較例として、単一のバルジング周波数のみについて対処可能な外乱補償器を備えた制御系（例えば、特許文献３参照）を構築し、この構築した制御系によって、複数のバルジング周波数のバルジング性湯面レベル変動が連続鋳造機１に発生している場合の湯面レベルの制御をシミュレーションした。この際、比較例における制御系は、０．１２［Ｈｚ］の外乱を補償対象に絞っている。なお、この比較例におけるバルジング性湯面レベル変動の条件は、本実施例と同じにした。

図６は、本発明の実施例に対する比較例における湯面レベルの制御シミュレーションの結果を示す図である。図６において、上段には、連続鋳造機１に外乱として加えたバルジング性湯面レベル変動の波形が図示されている。下段には、比較例の制御系によって湯面
レベルを制御したシミュレーションの結果が図示されている。

図６に示すように、比較例の制御系は、連続鋳造機１に単一のバルジング周波数のバルジング性湯面レベル変動（具体的には０．１２［Ｈｚ］の外乱）が加えられた状態において、この０．１２［Ｈｚ］の外乱を補償しつつ、モールド２内の湯面レベルを安定した状態に制御した。しかし、２００秒の時点において連続鋳造機１に０．１０［Ｈｚ］の外乱が新たに追加された結果、図６に示すように、この時点以降、湯面レベルの変動は大きくなった。この０．１０［Ｈｚ］の外乱を追加後の湯面レベルの変動は、追加された外乱のバルジング周波数が０．１２［Ｈｚ］より高い側または近接する周波数ではないため、不安定な波形を示す変動にはならないが、湯面レベルの目標値を大きく超えるものであった。この比較例の制御系は、中心周波数が０．１２［Ｈｚ］である狭い周波数帯域での外乱に対処するように構築されているため、図６に示すように、０．１０［Ｈｚ］の外乱を補償できない。すなわち、この比較例では、複数のバルジング周波数のバルジング性湯面レベル変動が連続鋳造機１に発生した場合、発生した複数のバルジング性湯面レベル変動を十分に補償することは困難である。

以上、説明したように、本発明の実施の形態では、連続鋳造機のモールド内にノズルを介して注入された溶鋼の湯面レベルを測定し、湯面レベルの目標値と測定値との偏差を示す偏差信号から、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の指定した複数の指定周波数の各指定周波数信号を抽出し、抽出した各指定周波数信号の位相を、ノズルの開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算した特定位相分、各々進ませて、各指定周波数信号の各位相進み信号を生成し、生成した各位相進み信号のうち、上記の偏差信号から検知したバルジング周波数に等しい指定周波数をもつ１種類以上の位相進み信号をもとに、バルジング性湯面レベル変動の外乱補償値を算出し、この算出した外乱補償値と上記の偏差信号に基づいて算出したノズルの開度指令値とを加算して、バルジング性湯面レベル変動の補償を加味したノズルの開度制御を行う開度制御信号を生成出力している。

このため、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の互いに異なる複数の周波数を位相進みフィルタの周波数に指定して、上述した特定位相分の位相進みを、湯面レベルの偏差信号から抽出した複数の指定周波数信号の各々に与えることができる。これにより、ノズルの開度制御の無駄時間を考慮しつつ、複数のバルジング周波数の各別に外乱補償のゲインをより強める適切な位相進みを設定することができる。さらには、連続鋳造機に発生したバルジング性湯面レベル変動のバルジング周波数を適切に捉え、捉えたバルジング周波数別にバルジング性湯面レベル変動を補償可能な外乱補償値を算出できるとともに、この算出した外乱補償値をノズルの開度制御に適用することができる。以上の結果、連続鋳造機に単一周波数のバルジング性湯面レベル変動が発生した場合は勿論、連続鋳造機に複数の周波数のバルジング性湯面レベル変動が連続的、断続的または同時に発生した場合であっても、連続鋳造機における全てのバルジング性湯面レベル変動を可能な限り抑制しつつ、モールド内の溶鋼の湯面レベルを目標値に精度高く制御することができる。

また、本発明の実施の形態では、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の０．１［Ｈｚ］以下刻みに変化する複数の周波数を複数の指定周波数としている。このため、連続鋳造機に現に発生しているバルジング性湯面レベル変動のバルジング周波数をより適切に捉えることができる。これにより、連続鋳造機における全てのバルジング性湯面レベル変動をより適切に補償でき、この結果、湯面レベルの制御の高精度化を促進することができる。

なお、上述した実施の形態では、ＰＩ制御方法によってモールド２内の溶鋼９の湯面レベルを目標値に制御していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、モールド２内の溶鋼９の湯面レベルは、湯面レベルの目標値と測定値との偏差に基
づいてスライディングノズル５の開度指令値を算出する方法によって制御されればよく、例えばＰＩＤ制御等、ＰＩ制御以外の制御方法によって目標値に制御してもよい。この場合、上述したＰＩ制御部１４を、ＰＩＤ制御等、ＰＩ制御以外の制御方法によって開度指令値を算出する開度制御部に置き換えればよい。

また、上述した実施の形態では、スライディングノズル５の開度指令値を算出した後に、バルジング性湯面レベル変動の外乱補償値を算出していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明では、バルジング性湯面レベル変動の外乱補償値を算出した後に、スライディングノズル５の開度指令値を算出してもよいし、これら外乱補償値の算出と開度指令値の算出とを並行して行ってもよい。

さらに、上述した実施の形態では、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の互いに異なる５つの周波数（指定周波数ｆ１〜ｆ５）を指定し、指定した５つの周波数に対応して、５つの指定周波数通過フィルタ１５２ａ〜１５２ｅと５つの位相進みフィルタ１５３ａ〜１５３ｅとを設けていたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内から指定される指定周波数は、５つに限らず、複数（２つ以上）であればよい。このような指定周波数の値および指定数は、バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域幅と、この発生周波数帯域内から指定される各指定周波数の刻み幅（例えば０．１［Ｈｚ］以下刻みの刻み幅）とによって決定すればよい。また、本発明において、指定周波数通過フィルタおよび位相進みフィルタは、これら複数の指定周波数に対応して、指定周波数の指定数と同じ数、設けられればよい。

また、上述した実施の形態では、湯面レベルを制御される溶融金属の一例として溶鋼９を例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、湯面レベルを制御される溶融金属の素材は、鋼であってもよいし、鋼以外の鉄合金であってもよいし、銅またはアルミニウム等の鉄合金以外の金属であってもよい。

また、上述した実施の形態または実施例による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明が限定されることはなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 連続鋳造機
２ モールド
３ タンディッシュ
４ 溶鋼注入ノズル
５ スライディングノズル
６ 浸漬ノズル
７ アクチュエータ
８ ピンチロール
９ 溶鋼
１０ 制御装置
１１ 湯面レベル計
１２ 溶鋼流量制御部
１３ 減算器
１４ ＰＩ制御部
１５ 外乱補償器
１６ 加算器
１５１ 周波数検知部
１５２ 指定周波数信号抽出部
１５２ａ〜１５２ｅ 指定周波数通過フィルタ
１５３ 位相進み処理部
１５３ａ〜１５３ｅ 位相進みフィルタ
１５４ 出力加算部
Ｓ１ 偏差信号
Ｓ２，Ｓ４ 開度制御信号
Ｓ３ 外乱補償信号
Ｓ１１〜Ｓ１５ 指定周波数信号
Ｓ２１〜Ｓ２５ 位相進み信号

Claims (4)

1. 連続鋳造機のモールド内にノズルを介して注入された溶融金属の湯面レベルを測定する湯面レベル測定部と、
   前記湯面レベルの目標値と前記湯面レベル測定部による前記湯面レベルの測定値との偏差を示す偏差信号に基づいて、前記ノズルの開度制御に用いる開度指令値を算出する開度制御部と、
   前記モールドから引き抜かれた溶融金属のバルジングに起因する前記湯面レベルの周期的な変動であるバルジング性湯面レベル変動を補償する外乱補償値を算出する外乱補償器と、
   前記開度制御部による前記開度指令値と前記外乱補償器による前記外乱補償値とを加算して、前記バルジング性湯面レベル変動の補償を加味した前記ノズルの開度制御を行う開度制御信号を生成出力する加算器と、
   を備え、
   前記外乱補償器は、
   前記偏差信号に含まれる複数の周波数のうち、信号強度が所定の閾値以上であり且つ前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内にある１種類以上の周波数を、前記バルジング性湯面レベル変動の周波数として前記偏差信号から検知する周波数検知部と、
   前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内における複数の周波数として指定した複数の指定周波数の各指定周波数信号を、前記偏差信号の中から前記指定周波数別に通過させて抽出する複数の指定周波数通過フィルタと、
   前記複数の指定周波数通過フィルタによって抽出された前記各指定周波数信号の位相を、前記ノズルの開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算した特定位相分、前記指定周波数別に各々進ませて、前記各指定周波数信号の各位相進み信号を生成する複数の位相進みフィルタと、
   前記複数の位相進みフィルタによって生成出力された前記各位相進み信号の中から、前記周波数検知部によって検知された前記バルジング性湯面レベル変動の周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号を１種類以上選択し、選択した１種類以上の前記位相進み信号をもとに前記外乱補償値を算出し、選択した前記位相進み信号が複数種類である場合、複数種類の前記位相進み信号の加算処理を行って前記外乱補償値を算出する出力加算部と、
   を備えたことを特徴とする連続鋳造機の制御装置。
2. 前記複数の指定周波数は、前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の０．１［Ｈｚ］以下刻みに変化する複数の周波数であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造機の制御装置。
3. 連続鋳造機のモールド内にノズルを介して注入された溶融金属の湯面レベルを測定する湯面レベル測定ステップと、
   前記湯面レベルの目標値と前記湯面レベル測定ステップによる前記湯面レベルの測定値との偏差を示す偏差信号に基づいて、前記ノズルの開度制御に用いる開度指令値を算出する開度指令値算出ステップと、
   前記偏差信号に含まれる複数の周波数のうち、前記モールドから引き抜かれた溶融金属のバルジングに起因する前記湯面レベルの周期的な変動であるバルジング性湯面レベル変動の周波数として、信号強度が所定の閾値以上であり且つ前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内にある１種類以上の周波数を前記偏差信号から検知する周波数検知ステップと、
   前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内における複数の周波数として指定した複数の指定周波数の各指定周波数信号を、複数の指定周波数通過フィルタによって前記偏差信号の中から前記指定周波数別に通過させて抽出する信号抽出ステップと、
   前記複数の指定周波数通過フィルタによって抽出された前記各指定周波数信号の位相を、複数の位相進みフィルタによって、前記ノズルの開度制御の無駄時間に相当する位相と９０度とを加算した特定位相分、前記指定周波数別に各々進ませて、前記各指定周波数信号の各位相進み信号を生成する位相進み処理ステップと、
   前記複数の位相進みフィルタによって生成出力された前記各位相進み信号の中から、前記周波数検知ステップによって前記偏差信号から検知した前記バルジング性湯面レベル変動の周波数に等しい指定周波数をもつ位相進み信号を１種類以上選択し、選択した１種類以上の前記位相進み信号をもとに、前記バルジング性湯面レベル変動を補償する外乱補償値を算出し、選択した前記位相進み信号が複数種類である場合、複数種類の前記位相進み信号の加算処理を行って前記外乱補償値を算出する外乱補償値算出ステップと、
   前記開度指令値算出ステップによる前記開度指令値と前記外乱補償値算出ステップによる前記外乱補償値とを加算して、前記バルジング性湯面レベル変動の補償を加味した前記ノズルの開度制御を行う開度制御信号を生成出力する開度制御ステップと、
   を含むことを特徴とする連続鋳造機の制御方法。
4. 前記複数の指定周波数は、前記バルジング性湯面レベル変動の発生周波数帯域内の０．１［Ｈｚ］以下刻みに変化する複数の周波数であることを特徴とする請求項３に記載の連続鋳造機の制御方法。

Images