JP6809202B2 - Hot water surface shape estimation method and hot water surface shape estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、連続鋳造機の鋳型内の湯面形状を推定する湯面形状推定方法及び湯面形状推定装置に関する。 The present invention relates to a molten metal surface shape estimation method for estimating the molten metal surface shape in a mold of a continuous casting machine and a molten metal surface shape estimation device.
連続鋳造では、タンディッシュに一旦貯留された溶融金属(例えば、溶鋼)を、浸漬ノズルを介して鋳型内に上方から供給し、そこで外周面が冷却され凝固した鋳片を鋳型の下端から引き抜くことにより、連続的に鋳造が行われる。なお、以下の説明では、開口部が矩形の連続鋳造用の鋳型について、当該開口部の長辺方向を鋳型幅方向又は単に幅方向と呼称し、当該開口部の短辺方向を鋳型厚み方向又は単に厚み方向と呼称し、鉛直方向を鋳造方向と呼称する。 In continuous casting, molten metal (for example, molten steel) once stored in the tundish is supplied into the mold from above via a dipping nozzle, and the outer peripheral surface is cooled and the solidified slab is pulled out from the lower end of the mold. The casting is continuously performed. In the following description, for a mold for continuous casting with a rectangular opening, the long side direction of the opening is referred to as the mold width direction or simply the width direction, and the short side direction of the opening is the mold thickness direction or It is simply called the thickness direction, and the vertical direction is called the casting direction.
ここで、連続鋳造中における鋳型内の溶融金属の表面(湯面)の位置(湯面高さ、又は湯面レベルともいう)の時間変動は、湯面上のフラックス(パウダーが溶融したもの)を溶融金属の内部に巻き込む原因となる。そして、この巻き込まれたフラックスはスラブ圧延後において表面疵となり得る。そこで、操業安定化、品質向上のため、連続鋳造中には、浸漬ノズルを経由して鋳型内に注入される溶融金属の流入量と、鋳片として鋳型から引き抜かれる溶融金属の流出量と、のバランスを取り、湯面高さが一定に保たれるように、湯面高さを湯面レベル計で測定し、その測定値に基づくフィードバック制御により、浸漬ノズルに設けられる溶融金属の流入量の調整装置であるスライディングノズルやストッパーの開度を調整する制御(すなわち、湯面レベル制御)が行われている。 Here, the time variation of the position (also referred to as the height of the molten metal or the level of the molten metal) of the surface (spray surface) of the molten metal in the mold during continuous casting is the flux on the molten metal (the powder is melted). Causes entanglement inside the molten metal. Then, this entrained flux can become a surface defect after slab rolling. Therefore, in order to stabilize the operation and improve the quality, during continuous casting, the inflow amount of molten metal injected into the mold via the immersion nozzle and the outflow amount of molten metal drawn out from the mold as slabs. The height of the molten metal is measured with a molten metal level meter so that the height of the molten metal is kept constant, and the inflow amount of molten metal provided in the immersion nozzle is controlled by feedback control based on the measured value. Control (that is, molten metal level control) for adjusting the opening degree of the sliding nozzle and the stopper, which are the adjusting devices of the above, is performed.
なお、本明細書では、鋳型内における幅方向の特定の点における湯面位置を湯面高さと呼び、湯面高さの鋳型内における幅方向の分布を湯面高さ分布と呼ぶ。また、鋳型内における幅方向の、湯面が水平である場合を基準とした湯面高さ分布を湯面形状と呼び、湯面形状の時間的変動を湯面形状変動と呼ぶ。また、湯面形状変動に、鋳型内の溶融金属の収支差により鋳型内の幅方向全体で均一に発生する湯面の全体上下動を含めた時間的変動(すなわち、鋳型内の幅方向全体における湯面高さの時間的変動)を、湯面変動と呼ぶ。 In the present specification, the position of the molten metal at a specific point in the width direction in the mold is referred to as the height of the molten metal, and the distribution of the height of the molten metal in the width direction is referred to as the height distribution of the molten metal. Further, the height distribution of the molten metal in the width direction based on the case where the molten metal surface is horizontal in the mold is called the molten metal surface shape, and the temporal variation of the molten metal surface shape is called the variation of the molten metal surface shape. In addition, the variation in the shape of the molten metal includes the temporal variation including the entire vertical movement of the molten metal that is uniformly generated in the entire width direction in the mold due to the balance difference of the molten metal in the mold (that is, in the entire width direction in the mold). Temporal fluctuation of the height of the molten metal) is called fluctuation of the molten metal level.
ここで、溶融金属の代わりに水を用いて、鋳型への溶融金属の注入と引き抜きを模した水モデル実験を行うと、浸漬ノズルからの吐出流が鋳型短辺に衝突後上方に反転する流れ等の影響により、鋳型内の水面は常に水平ではなく、波立ちや左右方向への動きが多く見られ、湯面形状変動が大きいことが観察され得る。この湯面形状変動は、上述したフラックスの巻き込み、及びそれに起因する鋳片欠陥の原因となる。つまり、鋳片の品質向上のためには、上記の湯面レベル制御だけでなく、湯面形状変動の挙動、ひいては湯面変動の挙動を制御することが重要である。従って、任意の時刻における湯面形状を知ることができれば、湯面変動の詳細な情報が得られ、フラックス巻き込み等を防止し得る鋳造条件をより細かく最適化することができ、鋳片の品質向上に有益であると考えられる。 Here, when a water model experiment simulating the injection and extraction of molten metal into a mold using water instead of molten metal, the discharge flow from the immersion nozzle collides with the short side of the mold and then reverses upward. Due to the influence of the above, the water surface in the mold is not always horizontal, and many waviness and movement in the left-right direction are observed, and it can be observed that the shape of the molten metal fluctuates greatly. This variation in the shape of the molten metal causes the above-mentioned flux entrainment and the resulting slab defects. That is, in order to improve the quality of the slab, it is important to control not only the above-mentioned molten metal level control but also the behavior of the molten metal surface shape fluctuation, and by extension, the behavior of the molten metal level fluctuation. Therefore, if the shape of the molten metal at an arbitrary time can be known, detailed information on the fluctuation of the molten metal can be obtained, and the casting conditions that can prevent flux entrainment can be optimized more finely, and the quality of the slab can be improved. It is considered to be beneficial to.
ここで、従来、鋳型に複数の湯面レベル計を設置し、これらの測定値に基づいて、鋳型内の溶融金属の湯面の挙動を検出する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、複数の湯面高さ検出部によって複数の領域でそれぞれ検出した湯面高さを用いて、湯面における溶融金属の流動パターンを検出し、これに基づいて鋳片の品質を予測する方法が開示されている。
Here, conventionally, a technique has been proposed in which a plurality of molten metal level meters are installed in a mold and the behavior of the molten metal in the mold is detected based on these measured values. For example, in
また、特許文献2には、湯面高さの制御目標位置を中心として、鉛直方向及び鋳型幅方向に沿って鋳型内壁に複数の温度センサを所定の間隔で設置し、これらの温度センサによる測定値から、鉛直方向の各測温列についてメニスカス相当位置の鋳型銅板温度を求め、その前記銅板温度に相当する鉛直方向の位置をメニスカス位置として特定し、鋳型幅方向の各メニスカス相当位置における鋳型の熱流束に基づいて、鋳型幅方向における測温列全てについての溶融金属の流速を伝熱工学的に求める方法が示されている。
Further, in
また、非特許文献1には、湯面高さの制御目標位置に対応する位置近傍に鉛直方向に1列に並べられた熱電対からなり、これらの熱電対の温度分布から設置位置での湯面高さを計測する湯面レベル計を、鋳型幅方向に複数設置し、これらの湯面レベル計の測定値に基づいて、湯面高さ分布の時間変動を推定する方法が開示されている。
Further,
任意の時刻における湯面形状を推定するためにも、これら特許文献1、2及び非特許文献1に記載の技術のように、複数の湯面レベル計による測定値を用いる方法が有効であると考えられる。
In order to estimate the shape of the molten metal at an arbitrary time, it is effective to use the measured values by a plurality of molten metal level meters as in the techniques described in
ここで、任意の時刻における湯面形状をより精度良く推定するためには、湯面レベル計を鋳型幅方向に並べてできるだけ多く設置すればよいと考えられる。しかし、現実的には、コストの面等から、鋳型に対して設置可能な湯面レベル計の数は制限される。従って、M個(M≧2)の湯面レベル計による測定値を用いて湯面形状を推定する場合を想定すると、当該湯面形状をより精度良く推定するためには、適切な位置に湯面レベル計を設置すること(すなわち、観測点を適切に配置すること)が重要であると考えられる。 Here, in order to estimate the shape of the molten metal at an arbitrary time with higher accuracy, it is considered that the molten metal level meters should be arranged in the mold width direction and installed as many as possible. However, in reality, the number of molten metal level meters that can be installed on the mold is limited due to cost and other factors. Therefore, assuming that the shape of the molten metal is estimated using the values measured by M (M ≧ 2) molten metal level meters, the hot water is located at an appropriate position in order to estimate the shape of the molten metal more accurately. It is considered important to install a surface level meter (that is, to arrange the observation points properly).
この点に関して、特許文献1、2及び非特許文献1に記載の技術は、いずれも、鋳型に設置された複数の湯面レベル計の測定値に基づいて、鋳型内の溶融金属の湯面の挙動を検出する技術であるものの、特許文献1、2及び非特許文献1には、その湯面レベル計の適切な設置位置については明示されていない。具体的には、特許文献1には、鋳型幅方向において湯面高さを検出する複数の領域の不適切な、又は適切な分布については言及されていない。また、特許文献2には、鋳型幅方向においてメニスカス位置を検出するために不適切な、又は適切な温度センサの配置については述べられていない。また、非特許文献1には、湯面レベル計を構成する鉛直方向に並べられた熱電対の列同士の間隔が150〜200mmであることしか記載されておらず、その数値の根拠や、この配置が推定精度に及ぼす影響については記載されていない。
In this regard, the techniques described in
上記事情に鑑みれば、従来、任意の時刻における鋳型内の湯面形状をより精度良く推定するための適切な湯面レベル計の設置位置については、十分に検討されていないと言える。そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、連続鋳造において、湯面レベル計の設置位置を適切に決定することにより、任意の時刻における鋳型内の湯面形状をより精度良く推定することが可能な、新規かつ改良された湯面形状推定方法及び湯面形状推定装置を提供することにある。 In view of the above circumstances, it can be said that conventionally, an appropriate installation position of the molten metal level meter for more accurately estimating the molten metal surface shape in the mold at an arbitrary time has not been sufficiently examined. Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a mold at an arbitrary time by appropriately determining the installation position of the molten metal level meter in continuous casting. It is an object of the present invention to provide a new and improved method for estimating the shape of the molten metal and an apparatus for estimating the shape of the molten metal, which can estimate the inner shape of the molten metal with higher accuracy.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、鋳型幅方向に並べられて配置されるM個(M≧2)の観測点における連続鋳造機の鋳型内の湯面高さの測定値に基づいて、湯面が水平である場合を基準とした前記湯面高さの鋳型幅方向における分布である湯面形状を推定する湯面形状推定方法であって、前記M個の観測点の決定方法を含み、前記決定方法は、前記M個(M≧2)の観測点の候補位置での湯面高さの推定値に基づいて、前記湯面形状を推定するステップと、推定された前記湯面形状の推定誤差を算出するステップと、前記推定誤差が小さくなるように、前記M個の観測点の位置を決定するステップと、を有し、前記決定するステップにおいて決定された前記M個の観測点は、鋳型幅方向をx軸方向とし、鋳型幅方向の中心をx=0とする座標系において、−W/2以上かつW/2以下の範囲にあり、かつ、それぞれのnについて、少なくとも1つの前記観測点が下記数式(101)で表される値xn,k の位置以外にある、湯面形状推定方法が提供される。
In order to solve the above problem, according to a certain viewpoint of the present invention, the height of the molten metal in the mold of the continuous casting machine at M (M ≧ 2) observation points arranged side by side in the mold width direction. based on the measured values, a melt surface shape estimation method molten metal surface is estimated melt surface shape which is the reference and the distribution in the mold width direction of the molten metal surface level where it is horizontal, the M observations includes a method for determining a point, the determination method, based on said molten metal surface level estimates of the candidate position of the observation point of M (M ≧ 2), and estimating the melt surface shape estimation It has a step of calculating the estimation error of the molten metal surface shape and a step of determining the positions of the M observation points so that the estimation error becomes small, and was determined in the determination step. the M observation point, the mold width direction and the x-axis direction, the center of the mold width direction in a coordinate system with x = 0, - located in the W / 2 or more and W / 2 or less of the range, and each for the n, at least one of the observation point values x n which you express by the following equation (101) is in other than the position of k, the molten metal surface shape estimation method is provided.
ここで、
W:鋳型幅
N:前記湯面形状を構成する、前記鋳型の幅方向両端が波の腹となる波長2W/n(nは1からNまでの整数)の正弦波の波長成分の数を示す、2以上の整数
である。
here,
W: Mold width N: Indicates the number of wavelength components of a sine wave having a wavelength of 2 W / n (n is an integer from 1 to N) constituting the molten metal surface shape and having both ends in the width direction of the mold as wave antinodes. It is an integer greater than or equal to 2.
前記湯面高さの推定値は、前記連続鋳造機の鋳型内の湯面高さの変動を表す状態空間モデルを用いて算出されてもよい。また、前記湯面形状の推定誤差を算出するステップでは、前記湯面形状の推定誤差として、推定された前記湯面形状の平均二乗誤差RMSEを算出してもよい。The estimated value of the molten metal level may be calculated by using a state space model representing the fluctuation of the molten metal level in the mold of the continuous casting machine. Further, in the step of calculating the estimation error of the molten metal surface shape, the estimated mean square error RMSE of the molten metal surface shape may be calculated as the estimation error of the molten metal surface shape.
また、当該湯面形状推定方法では、前記観測点における湯面高さの測定での観測ノイズに関する共分散行列について予め定めた水準と、前記湯面形状を構成する各波長成分に対する外乱に関する共分散行列について予め定めた水準と、前記観測点の数Mについて予め定めた水準と、の組み合わせである水準組み合わせの各々について、前記観測点の候補位置x1,…,xM を一様乱数により設定して前記湯面形状を推定し、前記湯面形状の推定誤差として、推定された前記湯面形状の平均二乗誤差RMSEを算出するとともに、前記RMSEと推定対象である湯面形状の時間変動の標準偏差σとの比RMSE/σを算出し、前記RMSE/σが、予め設定されたRMSE/σの採用基準を満たすかどうかを判定し、前記採用基準を満たすRMSE/σに対応する前記観測点の候補位置x1,…,xMをM個の前記観測点の位置として採用する、一連の処理を所定の回数繰り返し行い、前記水準組み合わせの各々について、前記採用基準を満たすRMSE/σに対応する前記観測点の候補位置x1,…,xMについて、いずれかの鋳型短辺から最も近い座標の位置x1に対応する前記観測点の自身に近い側の鋳型短辺である第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比の最大値z1と、前記第1の鋳型短辺と反対側の鋳型短辺である第2の鋳型短辺に最も近い位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比の最大値zMと、を算出し、前記観測点の数Mについての水準の各々について、前記観測ノイズに関する共分散行列についての水準、及び前記外乱に関する共分散行列についての水準を変更した場合における、前記最大値z1の最小値minz1と、前記最大値zMの最小値minzMと、を算出し、前記第1の鋳型短辺からの距離が前記第1の鋳型短辺から前記最小値minz1に対応する鋳型幅方向における位置までの距離以下である位置、及び前記第2の鋳型短辺からの距離が前記第2の鋳型短辺から前記最小値minzMに対応する鋳型幅方向における位置までの距離以下である位置に、それぞれ、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点が位置し、残りのM−2個の前記観測点が、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の間に均等な間隔で位置するように、M個の前記観測点の位置を決定してもよい。
Further, in the molten metal shape estimation method, a predetermined level for the co-dispersion matrix regarding the observed noise in the measurement of the molten metal surface height at the observation point and the co-dispersion regarding the disturbance for each wavelength component constituting the molten metal surface shape are used. For each level combination that is a combination of a predetermined level for the matrix and a predetermined level for the number M of the observation points , the candidate positions x 1 , ..., X M of the observation points are set by a uniform random error. and pre-estimated Kiyumen shape, as the estimation error of the melt-surface shape, to calculate the mean square error RMSE for the estimated the melt-surface shape, the time variation of the melt surface shape which is the RMSE estimated target wherein the calculating the ratio RMSE / sigma of standard deviation sigma of the RMSE / sigma may determine whether it satisfies a preset adopted criteria RMSE / sigma, corresponding to the RMSE / sigma to meet the inclusion criteria A series of processes in which candidate positions x 1 , ..., X M of observation points are adopted as the positions of M of the observation points are repeated a predetermined number of times, and RMSE / σ satisfying the adoption criteria for each of the level combinations. With respect to the candidate positions x 1 , ..., X M of the observation point corresponding to, the mold short side on the side closer to itself of the observation point corresponding to the position x 1 of the coordinates closest to any of the template short sides. At the maximum value z 1 of the ratio of the distance from the mold short side of 1 to the mold width and the position x M closest to the second mold short side which is the mold short side opposite to the first mold short side. It is calculated, and the maximum value z M of the ratio of the distance and the mold width from the corresponding said second mold short side of the observation point, for each of the levels for the number M of the observation point, relating to the observation noise levels for the covariance matrix, and in the case of changing the level of the covariance matrix for the disturbance, and calculates the minimum value minz 1 of the maximum value z 1, the minimum value minz M of the maximum z M, a , The position where the distance from the first mold short side is equal to or less than the distance from the first mold short side to the position in the mold width direction corresponding to the minimum value minz 1 , and from the second mold short side. Corresponds to the observation point and position x M corresponding to position x 1 at positions where the distance is equal to or less than the distance from the short side of the second mold to the position in the mold width direction corresponding to the minimum value minz M , respectively. so that the observation points are located, the remaining M-2 pieces of the observation points are located in a evenly spacing between the observation point corresponding to the observation point and the position x M corresponding to the position x 1 In addition, M of the above observations The position of the point may be determined.
また、当該湯面形状推定方法では、RMSE/σの前記採用基準が0.25である場合に、M≦5の場合には、位置x1に対応する前記観測点の前記第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01以下、かつ位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.12以下となるように、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の位置を決定し、M≧6の場合には、位置x1に対応する前記観測点の前記第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.19以下、かつ位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.4以下となるように、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の位置を決定してもよい。
Further, in the molten metal shape estimation method, when the adoption standard of RMSE / σ is 0.25 and M ≦ 5, the first mold short of the observation point corresponding to the position × 1 is short. The ratio of the distance from the side to the mold width is 0.01 or less, and the ratio of the distance from the second mold short side of the observation point corresponding to the position x M to the mold width is 0.12 or less. as described above, to determine the position of the observation point corresponding to the observation point and the position x M corresponding to the position x 1, the case of M ≧ 6, the first of the observation point corresponding to the position x 1 The ratio of the distance from the short side of the mold to the mold width is 0.19 or less, and the ratio of the distance from the second short side of the mold to the mold width of the observation point corresponding to the position x M is 0.4 or less. The position of the observation point corresponding to the position x 1 and the position of the observation point corresponding to the position x M may be determined so as to be.
また、当該湯面形状推定方法では、RMSE/σの前記採用基準が0.20である場合に、M≦6の場合には、位置x1に対応する前記観測点の前記第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01以下、かつ位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01以下となるように、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の位置を決定し、M≧7の場合には、位置x1に対応する前記観測点の前記第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01+0.03×(M−6)以下、かつ位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01−0.05×(M−6)以下となるように、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の位置を決定してもよい。
Further, in the molten metal shape estimation method, when the adoption standard of RMSE / σ is 0.20 and M ≦ 6, the first mold short of the observation point corresponding to the position × 1 is short. The ratio of the distance from the side to the mold width is 0.01 or less, and the ratio of the distance from the second mold short side of the observation point corresponding to the position x M to the mold width is 0.01 or less. as described above, to determine the position of the observation point corresponding to the observation point and the position x M corresponding to the position x 1, the case of M ≧ 7, the first of the observation point corresponding to the position x 1 The ratio of the distance from the short side of the mold to the width of the mold is 0.01 + 0.03 × (M-6) or less, and the distance of the observation point corresponding to the position × M from the short side of the second mold. The positions of the observation point corresponding to the position x 1 and the observation point corresponding to the position x M are determined so that the ratio to the mold width is 0.01-0.05 × (M-6) or less. May be good.
また、前記湯面形状を推定するステップは、前記湯面形状を、少なくとも前記鋳型の幅方向両端が波の腹となる波長2W/nの正弦波の波長成分とを含む状態空間モデルによって表現するステップと、前記状態空間モデルに対してM個の前記観測点において測定された湯面高さを観測値としてカルマンフィルタを適用することによって、前記湯面形状を逐次推定するステップと、を含み、前記状態空間モデルは、前記波長成分の振幅を、定在波成分と外乱成分とによって表現し、前記カルマンフィルタは、前記外乱成分をシステムノイズとして扱ってもよい。さらに、前記決定するステップにおいて決定された前記M個の観測点には、鋳型両短辺の位置が含まれるようにしてもよい。
Further, the step of estimating the molten metal surface shape is expressed by a state space model including at least the wavelength component of a sinusoidal wave having a wavelength of 2 W / n whose both ends in the width direction of the mold are antinodes of the wave. The step includes a step of sequentially estimating the shape of the molten metal by applying a Kalman filter to the state space model using the heights of the molten metal measured at the M observation points as observation values. The state space model expresses the amplitude of the wavelength component by a standing wave component and a disturbance component, and the Kalman filter may treat the disturbance component as system noise. Further, the M observation points determined in the determination step may include the positions of both short sides of the template.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、鋳型幅方向に並べられて配置されるM個(M≧2)の観測点における連続鋳造機の鋳型内の湯面高さの測定値に基づいて、湯面が水平である場合を基準とした前記湯面高さの鋳型幅方向における分布である湯面形状を推定する湯面形状推定装置であって、前記M個(M≧2)の観測点の候補位置での湯面高さの推定値に基づいて前記湯面形状を推定すると共に、推定された前記湯面形状の推定誤差を算出し、前記推定誤差が小さくなるように、前記M個の観測点の位置を決定するように構成されており、決定された前記M個の観測点は、鋳型幅方向をx軸方向とし、鋳型幅方向の中心をx=0とする座標系において、−W/2以上かつW/2以下の範囲にあり、かつ、それぞれのnについて、少なくとも1つの前記観測点が下記数式(101)で表される値xn,k の位置以外にある、湯面形状推定装置が提供される。
Further, in order to solve the above problem, according to another viewpoint of the present invention, the molten metal surface in the mold of the continuous casting machine at M (M ≧ 2) observation points arranged side by side in the mold width direction. based on the measurements of height, a melt surface shape estimating device molten metal surface is estimated melt surface shape is the distribution in the mold width direction of the molten metal surface height from the case is horizontal, the M The casting surface shape is estimated based on the estimated value of the casting surface height at the candidate positions of the number (M ≧ 2) observation points, and the estimated casting surface shape estimation error is calculated, and the estimation error is calculated. Is configured to determine the positions of the M observation points so that is smaller, and the determined M observation points have the mold width direction as the x-axis direction and the center in the mold width direction as the center. in coordinate system with x = 0, - W / 2 or more and is in W / 2 or less of the range, and, for each n, the value x n at least one of the observation points you express by the following equation (101) is in other than the position of k, the molten metal surface shape estimating device is provided.
ここで、
W:鋳型幅
N:前記湯面形状を構成する、前記鋳型の幅方向両端が波の腹となる波長2W/n(nは1からNまでの整数)の正弦波の波長成分の数を示す、2以上の整数
である。
here,
W: Mold width N: Indicates the number of wavelength components of a sine wave having a wavelength of 2 W / n (n is an integer from 1 to N) constituting the molten metal surface shape and having both ends in the width direction of the mold as wave antinodes. It is an integer greater than or equal to 2.
以上説明したように本発明によれば、連続鋳造において、湯面レベル計の設置位置を適切に決定することにより、任意の時刻における鋳型内の湯面形状をより精度良く推定することが可能になる。 As described above, according to the present invention, in continuous casting, by appropriately determining the installation position of the molten metal level meter, it is possible to more accurately estimate the molten metal surface shape in the mold at an arbitrary time. Become.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.
具体的には、以下では、まず、(1.湯面形状推定システムの構成)において、本発明の一実施形態に係る湯面形状推定システムの構成について説明する。次いで、(2.湯面形状の推定処理)において、当該湯面形状推定システムにおいて行われる、本実施形態に係る湯面形状の推定処理の詳細について説明する。次いで、(3.湯面レベル計の設置位置)において、本実施形態に係る湯面形状の推定処理の内容を考慮した、湯面レベル計の適切な設置位置について説明する。次いで、(4.湯面形状推定装置の機能構成)において、本実施形態に係る湯面形状推定システムにおいて湯面形状の推定処理を実行する湯面形状推定装置の機能構成について説明する。次いで、(5.ハードウェア構成)において、当該湯面形状推定装置の具体的なハードウェア構成の一例について説明する。 Specifically, in the following, first, the configuration of the molten metal shape estimation system according to the embodiment of the present invention will be described in (1. Configuration of the molten metal surface shape estimation system). Next, in (2. Hot water surface shape estimation processing), the details of the hot water surface shape estimation processing according to the present embodiment, which is performed in the hot water surface shape estimation system, will be described. Next, in (3. Installation position of the molten metal level meter), an appropriate installation position of the molten metal level meter will be described in consideration of the content of the molten metal shape estimation process according to the present embodiment. Next, in (4. Functional configuration of the molten metal shape estimation device), the functional configuration of the molten metal surface shape estimation device that executes the molten metal shape estimation process in the molten metal surface shape estimation system according to the present embodiment will be described. Next, in (5. Hardware Configuration), an example of a specific hardware configuration of the molten metal surface shape estimation device will be described.
(1.湯面形状推定システムの構成)
図1を参照して、本実施形態に係る湯面形状推定システムの構成について説明する。図1は、本実施形態に係る湯面形状推定システムの構成例を示す図である。図1を参照すると、本実施形態に係る湯面形状推定システム1は、連続鋳造機の鋳型101に設置される湯面レベル計105と、湯面形状推定装置201と、出力装置203と、記憶装置205と、を備える。なお、図1では、説明のため、鋳型101内に溶融金属を注入する浸漬ノズル103も併せて図示している。図示するように、浸漬ノズル103は、鋳型101に対して、鋳型幅方向の略中央に設置される。
(1. Configuration of molten metal shape estimation system)
The configuration of the molten metal surface shape estimation system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a molten metal surface shape estimation system according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, the molten metal
湯面レベル計105は、例えば渦流式のレベル計であり、鋳型101内の所定の位置における湯面高さを測定する。図示するように、本実施形態では、鋳型101に対して、鋳型幅方向に複数の湯面レベル計105が設置され、各湯面レベル計105は、自身の設置位置における湯面高さを測定する。湯面レベル計105の種類は限定されず、各種の公知のものが用いられてよい。各湯面レベル計105による測定値は、所定の間隔で逐次湯面形状推定装置201に送信される。
The molten
なお、図1では、9つの湯面レベル計105が、鋳型幅方向の中心を挟んで対称的に、略等間隔で設置されている様子が示されているが、湯面レベル計105の設置数及び設置位置はかかる例に限定されない。図1に示す湯面レベル計105の設置数及び設置位置は、あくまで、湯面レベル計105の設置数及び設置位置の一例である。実際には、本実施形態では、湯面レベル計105の設置数は、コスト等に応じて適宜決定されてよく、その設置位置は、下記(3.湯面レベル計の設置位置)で説明する方法に従って決定される。
Although FIG. 1 shows that nine molten
湯面形状推定装置201は、複数の湯面レベル計105の測定値に基づいて、鋳型101内における任意の時刻の湯面形状を推定する。湯面形状推定装置201による湯面形状の推定処理の詳細については後述する。湯面形状推定装置201は、複数の湯面レベル計105による測定値が入力される度に、逐次湯面形状を推定する。つまり、湯面形状推定装置201は、湯面形状の時間変動、すなわち湯面形状変動をリアルタイムに推定することができる。湯面形状推定装置201は、逐次推定した湯面形状についての推定結果(すなわち、湯面形状変動についての推定結果)を、出力装置203及び記憶装置205に送信する。
The molten metal
出力装置203は、例えば、表示装置、プロジェクター及び/又は印刷装置等の視覚的に情報を提示可能な出力装置である。出力装置203は、湯面形状推定装置201による湯面形状の推定結果を、例えばディスプレイへの表示や、スクリーンへの投影、紙媒体への印刷等によってリアルタイムに出力する。
The
ここで、従来知見により、連続鋳造においては、湯面高さの時間変動が特に大きい位置では鋳片欠陥が多く発生することが知られている。従って、上記のように推定された湯面形状が出力装置203によってリアルタイムに出力されることにより、現在発生している湯面形状変動を連続鋳造中に随時把握することができ、当該湯面形状変動に基づいて、鋳造の完了前に鋳片欠陥の鋳片幅方向での存在確率の分布を把握することが可能になる。これにより、鋳片品質管理の迅速化を図ることができる。
Here, from the conventional knowledge, it is known that in continuous casting, many slab defects occur at a position where the time variation of the height of the molten metal is particularly large. Therefore, by outputting the molten metal surface shape estimated as described above in real time by the
記憶装置205は、各種の情報を記憶可能な装置である。記憶装置205としては、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等、情報を記憶可能な各種の公知の装置を用いることができる。記憶装置205は、湯面形状推定装置201による湯面形状の推定結果を記憶する。これにより、出力装置203による推定結果のリアルタイムでの出力を実施しない場合でも、鋳片欠陥の発生後に、その原因を特定するために、記憶装置205に記憶されている過去の操業時の湯面形状の推定結果を参照することができる。
The
(2.湯面形状の推定処理)
上記の湯面形状推定装置201によって実行される湯面形状の推定処理について、詳細に説明する。
(2. Hot water surface shape estimation process)
The molten metal shape estimation process executed by the molten metal surface
(湯面形状変動のモデル化)
まず、湯面形状変動のモデル化について説明する。本実施形態では、鋳型101の高さは幅に比べて十分に大きいとみなし、湯面形状変動のモデル化にあたっては深水波近似を利用することとする。また、鋳型101の幅は厚みに比べて十分に大きいとみなし、湯面形状変動のモデル化にあたっては湯面高さの厚み方向での変動を考慮せず、幅方向での変動のみ考慮することとする。
(Modeling of change in surface shape)
First, modeling of the shape variation of the molten metal will be described. In the present embodiment, the height of the
湯面の鋳型両短辺の境界では溶融金属の水平方向速度=0が常に成り立つため、任意の時刻t及び鋳型101内の幅方向の任意の位置x(鋳型幅方向の中心をx=0とする)における湯面高さy(x,t)を、波長λn=2W/n(鋳型幅W、n=1,2,・・・)の正弦波形状を基底関数fn(x)とする線形モデルで表すことができる。この結果、任意の時刻における湯面形状は、鋳型101の幅方向の両端を腹とする基底関数fn(x)の重ね合わせによって表現することができる。なお、本実施形態では、当該基底関数fn(x)のことを、n次の波長成分とも呼ぶ。
Since the horizontal velocity of the molten metal = 0 always holds at the boundary between both short sides of the mold on the molten metal surface, any time t and any position x in the width direction in the mold 101 (the center in the mold width direction is x = 0). The height of the molten metal y (x, t) in) is defined as the sinusoidal shape of the wavelength λ n = 2 W / n (mold width W, n = 1, 2, ...) As the base function f n (x). Can be represented by a linear model. As a result, the shape of the molten metal at an arbitrary time can be expressed by superimposing the basis functions f n (x) having both ends in the width direction of the
図2は、湯面形状を構成する波長成分について説明するための図である。図2では、鋳型101の幅方向の断面を示すとともに、鋳型101内の湯面形状を構成する波長成分の一例として、1次から3次までの波長成分S1〜S3の波形を示している(説明のため、各波長成分の振幅は均等にしている)。1次波長成分S1の波長λ1は、λ1=2Wであり、2次波長成分S2の波長λ2は、λ2=Wであり、3次波長成分S3の波長λ3は、λ3=2W/3である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the wavelength components constituting the molten metal surface shape. FIG. 2 shows a cross section of the
具体的には、n次の波長成分、すなわち基底関数fn(x)は、下記数式(1)のように表される。 Specifically, the nth-order wavelength component, that is, the basis function f n (x) is expressed by the following mathematical formula (1).
上記のように波長成分を定義すると、N次までの波長成分を考慮した(n=1,2,…,N)湯面高さy(x,t)は、下記数式(2)のような線型方程式によって表現できる。なお、Nの具体的な値は、実際に本実施形態に係る湯面形状推定方法を適用する連続鋳造機に関する操業上の知見から、十分な推定精度が得られるように適宜設定される。 When the wavelength component is defined as described above, the height y (x, t) of the molten metal considering the wavelength component up to the Nth order (n = 1, 2, ..., N) is as shown in the following equation (2). It can be expressed by a linear equation. The specific value of N is appropriately set so that sufficient estimation accuracy can be obtained from the operational knowledge of the continuous casting machine to which the molten metal surface shape estimation method according to the present embodiment is actually applied.
ここで、y0(t)は、鋳型101内の溶融金属の体積収支差による、湯面高さに含まれる全体上下動成分を示す。また、an(t)はfn(x)に対する時間変化する振幅を示す。
Here, y 0 (t) indicates the overall vertical movement component included in the height of the molten metal due to the volume balance of the molten metal in the
なお、本実施形態では、湯面形状、すなわち湯面が水平である場合を基準とした湯面高さ分布を推定することを目的としているため、上記数式(2)においてy0(t)=0であると仮定する。つまり、本実施形態では、上記数式(2)においてy0(t)=0とした場合におけるy(x,t)を、推定対象とする。y0(t)=0とした場合におけるy(x,t)は、任意の時刻及び任意の位置における湯面形状を表すものであり、すなわち湯面形状変動に対応する。 Since the purpose of this embodiment is to estimate the shape of the molten metal, that is, the height distribution of the molten metal based on the case where the molten metal is horizontal, y 0 (t) = in the above mathematical formula (2). It is assumed to be 0. That is, in the present embodiment, y (x, t) when y 0 (t) = 0 in the above mathematical formula (2) is used as an estimation target. When y 0 (t) = 0, y (x, t) represents the shape of the molten metal at an arbitrary time and at an arbitrary position, that is, corresponds to the variation in the shape of the molten metal.
各波長成分の波長は鋳型101の幅Wから求められるため、fn(x)は任意の時刻について算出可能である。従って、n次波長成分の振幅a1(t),a2(t),・・・,aN(t)が求められれば、湯面形状変動y(x,t)を推定することができる。
Since the wavelength of each wavelength component is obtained from the width W of the
ここで、湯面の波動はいわゆる水面波の運動方程式に従うので、溶融金属の運動を粘性のない非圧縮性の完全流体の渦なし流れと考えると、周波数は分散関係式により波長と結び付けられる値に限られる。波長が2W/nである波動の角周波数ωnは、下記数式(3)で表される。 Here, since the wave motion of the molten metal follows the so-called water surface wave motion equation, if the motion of the molten metal is considered as a non-viscous, incompressible perfect fluid vortex-free flow, the frequency is a value associated with the wavelength by the dispersion relation equation. Limited to. Wavelength angular frequency omega n of the wave is 2W / n is expressed by the following equation (3).
従って、上記数式(2)におけるan(t)は、下記数式(4)で表される。 Thus, a n (t) in the equation (2) is represented by the following equation (4).
ここで、Anは波長2W/nに対応する定数であり、φnは時刻t=0における位相を表す定数である。 Here, An is a constant corresponding to a wavelength of 2 W / n, and φ n is a constant representing the phase at time t = 0.
fn(x)に対する時間変化する振幅an(t)が上記数式(4)のように表される場合、任意の位置xにおける湯面高さy(x,t)は、上記数式(2)から、限られた角周波数ωnの正弦波の重ね合わせで表現され得る。湯面高さy(x,t)において、上記数式(4)で表される角周波数ωnの正弦波成分は常に観察できるため、当該正弦波成分は定在波成分と呼ばれる。ところが、実際に連続鋳造機の鋳型101に設置した湯面レベル計105による測定値の時系列データを周波数解析すると、上記数式(3)に示す角周波数以外の成分が含まれている。これは、浸漬ノズルからの吐出流等に起因する外乱による外力が、湯面に対して働いているためであると考えられる。従って、振幅an(t)の時間変化は、外乱による外力項wn(t)を用いて、下記数式(5)のように表すことができる。
If f n amplitude a n to time changes to (x) (t) is expressed as the equation (4), molten metal surface height at an arbitrary position x y (x, t) is the equation (2 ), It can be expressed by superimposing a sine wave with a limited angular frequency ω n . Since the sinusoidal component of the angular frequency ω n represented by the above equation (4) can always be observed at the height of the molten metal y (x, t), the sinusoidal component is called a standing wave component. However, when the time series data of the measured values by the molten
つまり、本実施形態では、an(t)を、定在波成分と外乱成分(wn(t))とによって表現する。この外乱成分wn(t)は、後述するan(t)の状態空間モデルにおけるシステムノイズに対応する。 That is, in this embodiment, a n a (t), expressed by the standing wave component and the disturbance component (w n (t)). The disturbance component w n (t) corresponds to the system noise in the state space model of a n (t) to be described later.
上記数式(5)の解は、wn(t)に含まれる角周波数ωn以外の周波数成分も含んで、時間的に変化する。なお、上記数式(4)における振幅an(t)の時間変化の表現は、上記数式(5)においてwn(t)が常にゼロである場合に相当する。 The solution of the above equation (5) includes frequency components other than the angular frequency ω n included in w n (t) and changes with time. Incidentally, the expression of the time variation of the amplitude a n (t) in the equation (4) corresponds to the case w n (t) is always zero in the above equation (5).
(振幅an(t)の状態空間モデル)
n次波長成分に対する振幅an(t)が上記数式(5)の線形微分方程式で表され、湯面形状変動が上記数式(2)に示すようにfn(x)とan(t)との線形和で表わされるため、湯面レベル計105による測定値を所定の時間間隔でサンプリングし、上記数式(5)に示す微分方程式を差分方程式のモデルに変換することにより、湯面形状変動を離散時間状態空間モデルにより表わすことができる。以下では、間隔Δt(sec)の離散時間をt=0,1,2,…と表す。このとき、振幅an(t)、及び当該振幅an(t)の時間変化(すなわち、an(t)の時間についての1階微分)bn(t)を、下記数式(6)に示す離散時間のモデル式で表すことができる。
(State-space model of the amplitude a n (t))
n order wavelength amplitude a n (t) is the equation for the component (5) expressed in linear differential equations, melt surface shape variation as shown in the equation (2) f n (x) and a n (t) Since it is represented by the linear sum of and, the value measured by the molten
ここで、wn(t)(n=1,…,N)は、上記数式(5)における外力項の離散時間における値である。ここでは、ベクトルw(t)=[w1(t) … wN(t)]Tは、平均0、共分散行列がQである多変量正規分布に従う不規則信号であると仮定する。また、Rn、Gnは、下記数式(7)、(8)で示す係数行列である。
Here, w n (t) (n = 1, ..., N) is a value of the external force term in the above mathematical formula (5) at a discrete time. Here, it is assumed that the vector w (t) = [w 1 (t) ... w N (t)] T is an irregular signal according to a multivariate normal distribution having a mean of 0 and a covariance matrix of Q. Further, R n and G n are coefficient matrices represented by the following mathematical expressions (7) and (8).
変数ベクトルqn(t)を下記数式(9)のように定義すれば、上記数式(6)は、下記数式(10)のように表すことができる。 If the variable vector q n (t) is defined as the following mathematical expression (9), the above mathematical expression (6) can be expressed as the following mathematical expression (10).
上記数式(10)におけるベクトル[q1(t) … qN(t)]Tの各成分を並び替えて、下記数式(11)のようにベクトルX(t)に変換する。このベクトル[q1(t) … qN(t)]TからベクトルX(t)への変換は、正則な行列Tを用いて表すことができる。 Each component of the vector [q 1 (t) ... q N (t)] T in the above formula (10) is rearranged and converted into a vector X (t) as shown in the following formula (11). The transformation of this vector [q 1 (t) ... q N (t)] T to the vector X (t) can be expressed using a regular matrix T.
このとき、X(t)の時間変化を表す状態方程式は、下記数式(12)で表される。 At this time, the equation of state representing the time change of X (t) is expressed by the following mathematical formula (12).
(湯面レベル計による測定値のモデル化)
鋳型101に対して、湯面レベル計105が幅方向にM個(M≧2)並べて設置されるとする。上述した幅方向の中心をx=0とする座標系におけるM個の湯面レベル計105の鋳型幅方向(x軸方向)における設置位置の座標の値(すなわち、観測点の座標の値)をxm(1≦m≦M、x1<x2<…<xM)とし、各座標における湯面高さy(xm,t)が湯面レベル計105によって測定できるものとすると、各座標の値xmにおける湯面高さy(xm,t)のモデルは、上記数式(2)に示す重ね合わせの式に観測ノイズvm(t)が加わった、下記数式(15)で表される。
(Modeling of measured values with a hot water level meter)
It is assumed that M (M ≧ 2) molten metal level gauges 105 are installed side by side with respect to the
ここで、観測ノイズvm(t)は、湯面レベル計105の測定誤差信号である。ここでは、各観測点における測定値に対する観測ノイズvm(t)同士は無相関であるとし、vm(t)を、平均0、分散R0で表されるガウス性雑音信号と仮定する。
Here, the observed noise v m (t) is a measurement error signal of the molten
上記数式(15)をベクトル表現すると、下記数式(16)になる。 When the above mathematical formula (15) is expressed as a vector, the following mathematical formula (16) is obtained.
(カルマンフィルタによる推定処理)
以上求めた数式(12)、(16)が、各波長成分の振幅an(t)の状態空間モデルを表す式である。本実施形態では、湯面形状推定装置201は、上記のようにして生成された状態空間モデルにおいて、M個の湯面レベル計105による湯面高さの測定値(すなわち、y(xm,t))から、X(t)を、定常カルマンフィルタを用いて逐次推定する。
(Estimation processing by Kalman filter)
Above obtained equation (12), it is (16) is an equation representing a state space model of the amplitude a n (t) for each wavelength component. In the present embodiment, the molten metal
定常カルマンフィルタを用いた逐次推定処理では、時系列データの統計的性質が時間的に変化しない場合に、事前に、カルマンフィルタ計算における最適なカルマンゲインKを、下記数式(18)に示す離散時間リカッチ方程式を満たす安定な正定対象行列解Pを用いて、下記数式(19)に従って算出する。 In the sequential estimation process using the stationary Kalman filter, when the statistical properties of the time series data do not change with time, the optimum Kalman gain K in the Kalman filter calculation is determined in advance by the discrete time Ricatch equation shown in the following mathematical formula (18). It is calculated according to the following equation (19) using a stable stationary matrix solution P that satisfies.
このようにして算出したカルマンゲインKと湯面高さの測定値y(xm,t)を用いて状態変数X(t)の推定値Xest(t)を算出するカルマンフィルタは、下記数式(20)で表される。 Kalman filter to calculate the estimated value X est of the thus Kalman gain is calculated by K and molten metal surface height measurement values y (x m, t) by using the state variable X (t) (t) is represented by the following formula ( It is represented by 20).
湯面形状推定装置201は、M個の湯面レベル計105が湯面高さy(xm,t)(すなわち、Y(t))を測定する度に、t=1から、逐次、上記数式(20)を用いて、状態変数X(t)の推定値Xest(t)、すなわちq1(t),…,qN(t)の推定値を算出し、a1(t),…,aN(t)を推定する。更に、算出したこれらの値を上記数式(2)に代入することにより、湯面形状を推定する。なお、定常カルマンフィルタを用いた状態変数X(t)の逐次推定は、公知の方法によって実行され得るため、ここではその具体的な方法については詳細な説明を省略する。
The molten metal
(3.湯面レベル計の設置位置)
上述したように、本実施形態では、湯面形状推定装置201は、M個の湯面レベル計105による湯面高さの測定値に基づいて、湯面形状を推定する。ここで、これらM個の湯面レベル計105の鋳型幅方向における設置位置(観測点の鋳型幅方向における座標の値x1,…,xM)は、湯面形状の推定精度に大きな影響を与える重要な因子である。そこで、本実施形態では、湯面形状の推定に用いられるこれらM個の湯面レベル計105の鋳型幅方向における設置位置を適切に決定する。これにより、湯面形状推定装置201による湯面形状の推定処理を、より精度良く行うことが可能になる。以下、本実施形態における湯面レベル計105の設置位置の決定方法について詳細に説明する。
(3. Installation position of hot water level meter)
As described above, in the present embodiment, the molten metal surface
(3−1.波長成分の節の位置に基づく湯面レベル計の設置位置の決定方法)
鋳型101内における任意の時刻t及び鋳型101内の幅方向の任意の位置xにおける湯面高さy(x,t)は、上記数式(2)で示したように、波長2W/n(n=1,…,N)のN個の波長成分の重ね合わせによって表現できる。ここで、各波長成分においては、鋳型幅方向の所定の位置に、その振幅が常に0となる点、すなわち節が存在し得る。この各波長成分における節の座標の値xn,kは、下記数式(21)で表される。ここで、kは波長2W/nの波長成分における波の節の順番を示す整数である(k=0,…,n−1)。
(3-1. Method of determining the installation position of the molten metal level meter based on the position of the node of the wavelength component)
The height of the molten metal y (x, t) at an arbitrary time t in the
図3は、上記数式(21)から求められる、各波長成分の鋳型幅方向における節の位置を概略的に示す図である。図3では、横軸に鋳型幅方向の座標軸であるx軸を取り、一例として、n=1、2、3、8の場合における、当該x軸上において節に対応する位置を示している。 FIG. 3 is a diagram schematically showing the positions of nodes in the mold width direction of each wavelength component obtained from the above mathematical formula (21). In FIG. 3, the x-axis, which is the coordinate axis in the mold width direction, is taken as the horizontal axis, and as an example, the positions corresponding to the nodes on the x-axis when n = 1, 2, 3, and 8 are shown.
ここで、あるnについての上記数式(21)に示す節の位置xn,kにM個の湯面レベル計105の全てを設置した場合には、当該湯面レベル計105では、湯面高さy(x,t)に含まれる、当該nについての波長2W/nの波長成分の振幅の成分は観測できないこととなる。つまり、あるnについての上記数式(21)に示される位置xn,kにM個の湯面レベル計105の全てを設置した場合には、当該nについての波長2W/nの波長成分の振幅を観測することができないため、湯面形状の推定を精度良く行うことができない。
Here, when all of the M water level gauges 105 are installed at the node positions x n and k shown in the above formula (21) for a certain n, the
そこで、本実施形態では、かかる知見に基づき、湯面形状を推定するためのM個の湯面高さの観測点について、これらM個の観測点の鋳型幅方向における座標の値x1,…,xMが、あるnについての上記数式(21)によって定められる座標の値xn,kの集合に包含されないように、これらM個の観測点の位置(すなわち、湯面レベル計105の設置位置)を決定する。換言すれば、それぞれのnについて、M個の観測点の座標の値x1,…,xMのうちの少なくとも1つの値が上記数式(21)で表される座標の値xn,k以外の値となるように、これらM個の観測点の位置を決定する。かかる位置に湯面レベル計105を設置することにより、湯面形状の推定処理を、精度良く行うことが可能になる。
Therefore, in the present embodiment, based on such knowledge, with respect to the observation points of the height of the hot water surface for estimating the shape of the hot water surface, the coordinate values of these M observation points in the template width direction x 1 , ... , X M are not included in the set of coordinate values x n, k defined by the above equation (21) for a certain n, and the positions of these M observation points (that is, the installation of the molten metal level meter 105). Position) is determined. In other words, for each n, at least one of the coordinate values x 1 , ..., X M of M observation points is other than the coordinate values x n, k represented by the above equation (21). The positions of these M observation points are determined so as to have the value of. By installing the molten
(3−2.推定誤差に基づく湯面レベル計の設置位置の決定方法)
以上説明したように、本実施形態では、波長成分の節の位置に基づいて湯面レベル計105の設置位置が決定されるが、湯面形状の推定精度をより向上させるために、更に他の考え方に基づいて湯面レベル計105の設置位置を決定してもよい。具体的には、本実施形態では、上述した波長成分の節の位置に基づく方法に加えて、湯面形状の推定誤差を算出し、当該推定誤差が十分小さくなるように、湯面レベル計105の設置位置を決定してもよい。これにより、湯面形状の推定精度のより一層の向上が可能になる。
(3-2. Method of determining the installation position of the molten metal level meter based on the estimation error)
As described above, in the present embodiment, the installation position of the molten
以下、この推定誤差に基づく湯面レベル計の設置位置の決定方法による推定方法について、詳細に説明する。湯面形状の推定処理における、状態変数X(t)とその推定値Xest(t)との偏差e(t)は、上記数式(12)と上記数式(20)の両辺でそれぞれ差を取り、更に上記数式(16)を代入することにより、下記数式(22)のように表すことができる。 Hereinafter, the estimation method based on the method of determining the installation position of the molten metal level meter based on this estimation error will be described in detail. The deviation e (t) between the state variable X (t) and its estimated value Xest (t) in the calculation process of the molten metal surface shape is different on both sides of the above formula (12) and the above formula (20), respectively. By further substituting the above mathematical formula (16), it can be expressed as the following mathematical formula (22).
一方、鋳型幅方向における任意の位置x=xanyにおける湯面高さy(xany,t)は、上記数式(15)から、下記数式(23)のように表すことができる。 On the other hand, the height of the molten metal y (x any , t) at an arbitrary position x = x any in the mold width direction can be expressed from the above formula (15) as the following formula (23).
ここで、カルマンフィルタによる推定値Xest(t)と推定対象である状態変数X(t)との偏差e(t)の分散Veは、下記数式(25)に示す離散時間リアプノフ方程式の正定解として表されることが知られている(例えば、「片山徹著、「新版 応用カルマンフィルタ」、朝倉書店、2000年2月」を参照)。 Here, the variance V e of the deviation e (t) of the state variables X (t) is an estimated value X est (t) and the estimated target by the Kalman filter is a positive discrete-time Lyapunov equation shown in following equation (25) Teikai (See, for example, "Toru Katayama," New Edition Applied Kalman Filter, "Asakura Shoten, February 2000").
このVeを用いて、任意の位置x=xanyにおける湯面高さy(xany,t)の推定値の平均二乗誤差RMSE(xany)(RMSE:Root Mean Square Error)は、下記数式(27)で表される。なお、ここで、traceは、正方行列の対角成分の和を取る演算を意味する。 Using this V e, arbitrary position x = x bath level in any height y (x any, t) of the mean square error RMSE (x any) estimates (RMSE: Root Mean Square Error) is represented by the following formula It is represented by (27). Here, trace means an operation of summing the diagonal components of a square matrix.
従って、鋳型幅方向全体での湯面形状の平均二乗誤差RMSEは、L個の評価点x=xany 1,…,xany Lにおける誤差を使って、下記数式(30)のように近似することができる。 Therefore, the mean square error RMSE of the molten metal surface shape in the entire mold width direction is approximated by the following equation (30) using the errors at the L evaluation points x = x any 1 , ..., X any L. be able to.
評価点数Lを十分大きくすれば、RMSEの近似誤差を小さくすることができる。従って、本実施形態では、評価点数Lを十分大きくして上記数式(30)に従ってRMSEを計算し、当該RMSEによって湯面形状の推定誤差を評価する。ここで、定常カルマンフィルタは、与えられた座標の値がxm(m=1,…,M)である観測点についてRMSEを最小にするように定義されるので、上記数式(30)に示すRMSEが小さければ、その観測点の座標の値xmは適切であるといえる。従って、本実施形態では、上記数式(30)から求められるRMSEによって湯面形状の推定誤差を評価し、この推定誤差が小さくなるように、観測点の座標の値xm、すなわち湯面レベル計105の設置位置を決定する。 If the evaluation score L is sufficiently large, the approximation error of RMSE can be reduced. Therefore, in the present embodiment, the evaluation score L is sufficiently increased, the RMSE is calculated according to the above formula (30), and the estimation error of the molten metal surface shape is evaluated by the RMSE. Here, since the stationary Kalman filter is defined so as to minimize the RMSE for the observation point where the value of the given coordinates is x m (m = 1, ..., M), the RMSE shown in the above equation (30) is shown. If is small, it can be said that the coordinate value x m of the observation point is appropriate. Therefore, in the present embodiment, the estimation error of the molten metal surface shape is evaluated by the RMSE obtained from the above mathematical formula (30), and the coordinate value x m of the observation point, that is, the molten metal level meter is used so that this estimation error becomes small. The installation position of 105 is determined.
(3−3.湯面レベル計の設置位置を決定するための具体的な手順)
以上説明した2つの考え方を踏まえた、湯面レベル計105の設置位置を決定するための具体的な手順について説明する。本実施形態では、M個の湯面レベル計105について、各湯面レベル計105の設置位置に対応する鋳型幅方向における座標の値xmがあるnについての上記数式(21)に示す座標の値xn,kの集合に含まれず、かつ、上記数式(30)に示すRMSEが湯面形状の変動量よりも十分に小さくなるような、これらM個の湯面レベル計105の設置位置(M個の観測点の座標の値xm)を、シミュレーションによって探索することとする。
(3-3. Specific procedure for determining the installation position of the hot water level meter)
Based on the two ideas explained above, a specific procedure for determining the installation position of the molten
具体的には、湯面高さの測定値に対する観測ノイズv(t)の共分散行列Rと、前記湯面形状を構成する各波長成分に対する外乱に関する共分散行列Q(状態変数X(t)に対する外乱に関する共分散行列Q)と、湯面高さの観測点数Mについてそれぞれいくつかの水準を設定する。そして、これらの水準の組み合わせの各々について、以下(A)〜(D)に示す一連の処理を、十分に多い回数繰り返し実行する。 Specifically, the covariance matrix R of the observed noise v (t) with respect to the measured value of the molten metal surface height and the covariance matrix Q (state variable X (t)) relating to the disturbance for each wavelength component constituting the molten metal surface shape. Several levels are set for each of the covariance matrix Q) regarding the disturbance to the above and the number of observation points M at the height of the molten metal. Then, for each of the combinations of these levels, the series of processes shown in the following (A) to (D) are repeatedly executed a sufficiently large number of times.
(A)鋳型幅方向におけるM個の観測点の座標の値xmを一様乱数により設定する。ただし、このとき、M個の観測点の座標の値xmは、そのM個の観測点の座標の値xmが、あるnについての上記数式(21)に示す座標xn,kの集合に含まれないように設定する。また、M個の観測点については、鋳型幅方向の中心についての湯面形状変動の対称性を考慮すると、これらの観測点の座標の値xmについて、m=1に対応する観測点(すなわち、x1に対応する観測点)はいずれかの鋳型短辺から最も距離が近い観測点であり、かつ、m=Mに対応する観測点(すなわち、xMに対応する観測点)の、m=1に対応する観測点に近い側の鋳型短辺(以下、便宜的に第1の鋳型短辺と呼ぶ)と反対側の鋳型短辺(以下、便宜的に第2の鋳型短辺と呼ぶ)との距離は、m=1に対応する観測点と第1の鋳型短辺との間の距離以上であると仮定することができる。従って、M個の観測点の座標の値xmを設定する際には、一様乱数によって設定された観測点の座標の値xmが当該仮定を満たしていない場合には、各観測点の座標の値xmを、鋳型幅方向の中心について対称な位置に移す処理を行うこととする。 (A) The coordinate values x m of M observation points in the mold width direction are set by uniform random numbers. However, this time, the coordinate value x m of the M observation point, coordinate values x m of the M observation point, the coordinates x n shown in the equation (21) for a certain n, a set of k Set so that it is not included in. In addition, for M observation points, considering the symmetry of the shape variation of the molten metal with respect to the center in the mold width direction, the observation points corresponding to m = 1 (that is, for the coordinate values x m of these observation points) (that is, , X 1 ) is the observation point closest to any of the short sides of the template, and the m of the observation point corresponding to m = M (that is, the observation point corresponding to x M ). The short side of the mold near the observation point corresponding to = 1 (hereinafter referred to as the first short side of the mold for convenience) and the short side of the mold on the opposite side (hereinafter referred to as the short side of the second mold for convenience). ) Can be assumed to be greater than or equal to the distance between the observation point corresponding to m = 1 and the short side of the first template. Therefore, when setting the coordinates of the value x m of the M observation point, if the coordinate values x m observation points set by the uniform random numbers do not meet the assumptions of each observation point The process of moving the coordinate value x m to a position symmetrical with respect to the center in the mold width direction is performed.
(B)上記(A)で設定した観測点の座標の値xmについて、上記数式(30)に示すRMSEを算出する。また、共分散行列Qの各水準について、外乱により発生する鋳型内の湯面形状変動の、時間と鋳型幅方向位置全範囲における標準偏差σを、平均が0で共分散行列がQである多次元正規分布不規則信号を外乱とする湯面形状変動のシミュレーションによって(後述する実施例における、湯面高さの時間変動の実績データを予め得ることができない場合に対応)、又はQの根拠となる鋳型幅方向における湯面高さの測定値(実績データ)から(後述する実施例における、湯面高さの時間変動の実績データを予め得ることができる場合に対応)算出する。そして、これらの比RMSE/σを算出する。 (B) For the coordinate value x m of the observation point set in the above (A), the RMSE shown in the above formula (30) is calculated. Further, for each level of the covariance matrix Q, the standard deviation σ of the change in the shape of the molten metal in the mold caused by the disturbance over the time and the entire range of the position in the mold width direction is 0 on average and the covariance matrix is Q. By simulating the shape fluctuation of the molten metal using the irregular signal of the dimensional normal distribution as a disturbance (corresponding to the case where the actual data of the time variation of the height of the molten metal cannot be obtained in advance in the examples described later), or as the basis of Q. It is calculated from the measured value (actual data) of the molten metal surface height in the mold width direction (corresponding to the case where the actual data of the time variation of the molten metal surface height can be obtained in advance in the examples described later). Then, these ratios RMSE / σ are calculated.
(C)観測点数Mの各水準について、所望の湯面形状の推定精度が得られるようなRMSE/σについての採用基準の値を定めておき、上記(B)で算出されたRMSE/σがこの採用基準を満たすかどうかを判定する。すなわち、上記(B)で算出されたRMSE/σとこの採用基準の値とを比較する。 (C) For each level of the number of observation points M, the value of the adoption standard for RMSE / σ is set so that the estimation accuracy of the desired molten metal surface shape can be obtained, and the RMSE / σ calculated in (B) above is Determine if this recruitment criterion is met. That is, the RMSE / σ calculated in (B) above is compared with the value of this adoption standard.
(D)上記(C)でRMSE/σが採用基準を満たす場合(すなわち、RMSE/σが採用基準の値以下である場合)には、その観測点の座標の値xmを、所望の推定精度が得られる観測点の座標の値として採用する。 (D) When RMSE / σ satisfies the adoption standard in (C) above (that is, when RMSE / σ is equal to or less than the value of the adoption standard), the coordinate value x m of the observation point is estimated as desired. It is used as the coordinate value of the observation point where accuracy can be obtained.
以上の(A)〜(D)に示す一連の処理を、R、Q、Mの各水準の組み合わせの各々について十分に多い回数繰り返し実行することにより、RMSEが湯面形状の変動量よりも十分に小さくなるような観測点の座標の値xmを、各水準の組み合わせごとに得ることができる。 By repeating the series of processes shown in (A) to (D) above a sufficiently large number of times for each combination of R, Q, and M levels, RMSE is sufficiently larger than the fluctuation amount of the molten metal surface shape. It is possible to obtain the coordinate value x m of the observation point that becomes smaller than the above for each combination of levels.
ここで、本発明者らによる検討の結果、以上の計算の結果得られたRMSE/σが採用基準を満たすような観測点の座標の値x1,…,xMの各々についての鋳型幅方向における分布を調査したところ、観測点数Mの値にかかわらず、RMSE/σの採用基準の値が大きくなるにつれて、x1の存在範囲とxMの存在範囲について、いずれも、鋳型幅方向の中央に向かって広がっていく傾向が確認できた(詳細は、後述する図16−図19、及び図21−図24を参照)。換言すれば、観測点数Mの値にかかわらず、高い推定精度が得られる場合(すなわち、採用基準の値が小さい場合)においては、x1,xMは、それぞれ、第1の鋳型短辺及び第2の鋳型短辺に近い位置に存在する場合が多いことが分かった。また、同じく、本発明者らがRMSE/σが採用基準を満たすような観測点の座標の値x1,…,xMの各々についての鋳型幅方向における分布を調査したところ、観測点数Mの値にかかわらず、x2〜xM−1については、その頻度を示すピーク位置が、鋳型幅方向においてx1とxMの間に略等間隔に現れ得ることが確認できた(詳細は、後述する図8−図15を参照)。換言すれば、観測点数Mの値にかかわらず、高い推定精度が得られる場合においては、x2〜xM−1がx1とxMの間に略等間隔に存在する場合が多いことが分かった。 Here, as a result of the examination by the present inventors, the template width direction for each of the coordinate values x 1 , ..., X M of the observation points such that the RMSE / σ obtained as a result of the above calculation satisfies the adoption criteria. When checking distribution in, regardless of the value of the observation points M, as the value of inclusion criteria of RMSE / sigma increases, the existence range of the present range and x M of x 1, both the center of the mold width direction It was confirmed that the tendency to spread toward (see FIGS. 16-19 and 21-24 described later for details). In other words, when high estimation accuracy is obtained regardless of the value of the number of observation points M (that is, when the value of the adoption standard is small), x 1 , x M are the first template short side and x M , respectively. It was found that it often exists near the short side of the second mold. Similarly, when the present inventors investigated the distribution of the coordinate values x 1 , ..., X M of the observation points such that RMSE / σ satisfied the adoption criteria in the template width direction, the number of observation points M was increased. Regardless of the value, it was confirmed that the peak positions indicating the frequency of x 2 to x M-1 can appear at approximately equal intervals between x 1 and x M in the mold width direction (for details, refer to. 8-15, which will be described later). In other words, x 2 to x M-1 often exist at approximately equal intervals between x 1 and x M when high estimation accuracy can be obtained regardless of the value of the number of observation points M. Do you get it.
従って、本実施形態では、所望の推定精度を得るための適切なM個の観測点の座標の値xmを、以下のように決定することとする。R、Q、Mの各水準の組み合わせの各々について、RMSE/σが採用基準を満たす観測点の座標の値xmを十分な数だけ求めたら、それらについて、いずれかの鋳型短辺に最も近い観測点(すなわち、x1に対応する観測点)の当該鋳型短辺(すなわち、第1の鋳型短辺)からの距離と鋳型幅Wとの比(W/2+x1)/Wの最大値z1と、この鋳型短辺と反対側の第2の鋳型短辺に最も近い観測点(すなわち、xMに対応する観測点)の当該第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅Wとの比(W/2−xM)/Wの最大値zMを算出する(つまり、R、Q、Mの各水準の組み合わせの各々について、z1、zMが求められる)。そして、このように求められたz1、zMの中から、z1の最小値minz1、及びzMの最小値minzMをMの水準ごとに算出する。これにより、ある観測点数Mについて、minz1、minzMが一組求まることとなる。 Therefore, in the present embodiment, the coordinate values x m of the appropriate M observation points for obtaining the desired estimation accuracy are determined as follows. For each combination of R, Q, and M levels, if a sufficient number of coordinate values x m of the observation points where RMSE / σ satisfies the adoption criteria are obtained, they are closest to one of the short sides of the template. Maximum value z of the ratio (W / 2 + x 1 ) / W of the ratio of the distance from the mold short side (that is, the first mold short side) of the observation point (that is, the observation point corresponding to x 1 ) to the mold width W. 1 and, second of the mold short side opposite the nearest observation points in the mold short side (i.e., the observation point corresponding to x M) of the distance and the mold width W from the second mold short side of The maximum value z M of the ratio (W / 2-x M ) / W is calculated (that is, z 1 , z M is obtained for each combination of R, Q, and M levels). Then, calculated from the thus z 1 obtained, z M, the minimum value minz 1 of z 1, and the minimum value minz M of z M for each level of M. As a result, a set of minz 1 and minz M can be obtained for a certain number of observation points M.
そして、このminz1、minzMを設定範囲の境界として、鋳型幅方向において第1の鋳型短辺からの距離が当該第1の鋳型短辺から当該minz1に対応する位置までの距離以下である位置に、1つ目の観測点の座標の値x1を決定する。また、鋳型幅方向において第2の鋳型短辺からの距離が当該第2の鋳型短辺から当該minzMに対応する位置までの距離以下である位置に、2つ目の観測点の座標の値xMを決定する。そして、残りのM−2個の観測点の座標の値x2〜xM−1については、これらx2〜xM−1が鋳型幅方向においてx1とxMの間にほぼ均等な間隔で位置するように、決定する。
Then, with these minz 1 and minz M as the boundary of the setting range, the distance from the short side of the first mold in the mold width direction is equal to or less than the distance from the short side of the first mold to the position corresponding to the minz 1. At the position, the value x 1 of the coordinates of the first observation point is determined. Further, the value of the coordinates of the second observation point is at a position where the distance from the short side of the second mold is equal to or less than the distance from the short side of the second mold to the position corresponding to the minz M in the mold width direction. Determine x M. Then, for
ここで、x2〜xM−1を、x1とxMの間に完全に均等な間隔で設定した場合には、x2〜xM−1が、あるnについての上記数式(21)に示す座標xn,kの集合に含まれてしまう恐れがある。従って、本実施形態では、x2〜xM−1については、これらx2〜xM−1が、あるnについての上記数式(21)に示す座標の値xn,kの集合に含まれないように、かつ、x1とxMの間でできるだけ均等な間隔になるように、決定する。上記では、その意味で「「ほぼ」均等な間隔」と記載した。
Here, when x 2 to x M-1 are set between x 1 and x M at completely even intervals, x 2 to x M-1 is the above formula (21) for a certain n. There is a risk that it will be included in the set of coordinates x n, k shown in. Accordingly, in the present embodiment, for
具体的には、x2〜xM−1は、下記数式(31)に従って決定される。 Specifically, x 2 to x M-1 are determined according to the following mathematical formula (31).
ここで、αmは正の定数であり、その具体的な値は、x2〜xM−1が、あるnについての上記数式(21)に示す座標の値xn,kの集合に含まれないように、かつ、所望の推定精度が得られるように、適宜決定される。ここで、αmを大きくするほど、x2〜xM−1の位置が、x1とxMとの間において均等な間隔である位置から外れていくこととなり、湯面形状の推定精度も低下していってしまう。このことから、本発明者らによる検討の結果、所望の推定精度を得るためには、αmは、αm<0.25の範囲で設定されることが好ましい。
Here, α m is a positive constant, and its specific values include x 2 to x M-1 in the set of coordinate values x n and k shown in the above equation (21) for a certain n. It is appropriately determined so as not to prevent the estimation and to obtain the desired estimation accuracy. Here, the larger the alpha m, the position of the
以下、本実施形態における湯面レベル計105の設置位置の決定方法について詳細に説明した。以上説明したように観測点の座標の値xm、すなわち湯面レベル計105の設置位置を決定し、かかる設置位置での湯面レベル計105による測定値に基づいて湯面形状の推定処理を行うことにより、その推定精度をより良好なものとすることができる。従って、当該湯面形状の推定結果に基づく、フラックスの巻き込み等に起因する鋳片欠陥の予測精度も向上させることができるため、鋳片品質管理をより確実に行うことが可能になる。
Hereinafter, a method for determining the installation position of the molten
なお、本実施形態では、上述したように、鋳型幅方向において第1の鋳型短辺からの距離がminz1に対応する位置までの距離以下である位置に座標の値x1を決定し、鋳型幅方向において第2の鋳型短辺からの距離がminzMに対応する位置までの距離以下である位置に座標の値xMを決定する。この際、x1=−0.5Wとして、x1に対応する湯面レベル計105を第1の鋳型短辺に設置し、xM=0.5Wとして、xMに対応する湯面レベル計105を第2の鋳型短辺に設置してもよい。上記数式(2)に示すように、本実施形態では、湯面形状を、鋳型101の幅方向の両端を腹とする基底関数fn(x)の重ね合わせによって表現する。従って、fn(x)の腹が位置する鋳型101の両短辺は、湯面高さの時間変動が比較的大きい場所といえるため、かかる位置に湯面レベル計105を設置することにより、湯面形状の推定に用いられる湯面高さの測定をより広いレンジで行うことが可能となるため、湯面形状の推定精度を更に向上させる効果が得られる。更に、鋳型101の両短辺に湯面レベル計105を設置した場合には、鋳型101の幅を変更する際に、これらの湯面レベル計105を移動させる必要がなくなるため、作業が簡便になるという効果も得ることができる。
In the present embodiment, as described above, the coordinate value x 1 is determined at a position where the distance from the short side of the first mold is equal to or less than the distance to the position corresponding to minz 1 in the mold width direction, and the mold is formed. The coordinate value x M is determined at a position where the distance from the short side of the second mold in the width direction is equal to or less than the distance to the position corresponding to minz M. In this case, as x 1 = -0.5W, established the melt-
(4.湯面形状推定装置の機能構成)
図4を参照して、図1に示す湯面形状推定装置201の機能構成について説明する。図4は、本実施形態に係る湯面形状推定装置201の機能構成を示すブロック図である。図4を参照すると、本実施形態に係る湯面形状推定装置201は、その機能として、測定値取得部251と、演算部253と、出力部255と、記憶部257と、を有する。以下、各部の機能について説明する。
(4. Functional configuration of the molten metal surface shape estimation device)
The functional configuration of the molten metal surface
測定値取得部251は、複数の湯面レベル計105から測定値を受信する通信装置によって実現される。測定値取得部251は、これら複数の湯面レベル計105のそれぞれから、湯面高さの測定値を取得する。本実施形態では、これら複数の湯面レベル計105は、上記(3.湯面レベル計の設置位置)で説明した方法に従って、その設置位置が決定されている。測定値取得部251は、取得した測定値を、演算部253に提供する。
The measured
演算部253は、CPU(Central Processing Unit)やDSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサによって実現される。演算部253では、当該演算部253を構成するプロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上記(2.湯面形状の推定処理)で説明した演算処理は実行され、複数の湯面レベル計105による湯面高さの測定値に基づいて、湯面形状変動が推定される。当該推定処理の詳細については、既に説明しているため、ここではその説明を省略する。
The
演算部253は、湯面形状変動の推定結果を、出力部255に提供する。また、演算部253は、湯面形状変動の推定処理の過程で得られる各種の情報(例えば、各波長成分の振幅an(t)等)を、出力部255に提供したり、記憶部257に格納したりしてもよい。
The
出力部255は、外部装置に信号を送信する通信装置によって実現される。出力部255は、演算部253による湯面形状変動の推定結果を、図1に示す出力装置203に出力する。出力装置203は、湯面形状変動の推定結果をディスプレイ等に表示する。また、出力部255は、演算部253による湯面形状変動の推定結果を、図1に示す記憶装置205に出力してもよい。
The
記憶部257は、例えば、ROM(Read Only Memory)又はRAM(Random Access Memory)等のメモリ、並びに、HDD等の各種の記憶デバイスによって実現される。記憶部257には、例えば、演算部253に演算処理を実行させるプログラムや、演算部253による湯面形状変動の推定処理に使用される各種のパラメータ、推定処理の途中経過等の、各種のデータが格納される。演算部253は、記憶部257と各種の情報をやり取りしながら、演算処理を実行する。
The
以上、本実施形態に係る湯面形状推定装置201の機能の一例について説明した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアによって構成されていてもよい。また、複数の構成要素の機能を、CPU等のプロセッサが一括して実現してもよい。なお、湯面形状推定装置201を実現するための構成は、実施する時々の技術レベルに応じて適宜変更され得る。
As described above, an example of the function of the molten metal surface
また、上述のような本実施形態に係る湯面形状推定装置201の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することが可能である。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等であり得る。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
Further, it is possible to create a computer program for realizing each function of the molten metal surface
(5.ハードウェア構成)
図5は、本実施形態に係る湯面形状推定装置201のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図5を参照すると、湯面形状推定装置201は、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。湯面形状推定装置201は、更に、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。
(5. Hardware configuration)
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the molten metal surface
CPU901は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置913、又はリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、湯面形状推定装置201内の動作全般又はその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスによって構成されるバス907によって相互に接続されている。CPU901は、図4に示す演算部253を構成し得る。また、ROM903及びRAM905は、図4に示す記憶部257を構成し得る。
The
バス907は、ブリッジを介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バス等の外部バスに接続されている。
The
入力装置909は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバー等、ユーザが操作する操作手段である。また、入力装置909は、例えば、赤外線や電波等を利用したリモートコントローラであってもよいし、湯面形状推定装置201の操作機能を有するタブレット端末等の外部接続機器923であってもよい。さらに、入力装置909は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザによって入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路等から構成されている。湯面形状推定装置201のユーザは、この入力装置909を操作することによって、湯面形状推定装置201に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
The
出力装置911は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、液晶やCRT等を用いたディスプレイ、ランプ等のインジケータ、スピーカ若しくはヘッドホン等の音声出力装置、又はプリンタ装置等がある。出力装置911は、例えば、湯面形状推定装置201が行った各種処理によって得られた結果を出力する。例えば、ディスプレイは、湯面形状推定装置201が行った各種処理によって得られた結果を、テキスト又はイメージとして画面表示する。また、例えば、音声出力装置は、湯面形状推定装置201が行った各種処理によって得られた結果を、アラーム又はダイアログとして音声出力する。なお、図1を参照して説明したように、本実施形態に係る湯面形状推定システム1は、ユーザに対して情報を提示する手段として、出力装置203を備える。出力装置203は、出力装置911と同様の機能を有するものであるため、出力装置203が出力装置911の機能を代替し得る場合には、湯面形状推定装置201には、出力装置911は必ずしも設けられなくてもよい。
The
ストレージ装置913は、湯面形状推定装置201の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置913は、例えば、HDD等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は光磁気記憶デバイス等によって構成される。このストレージ装置913は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、及び外部から取得した各種のデータ等を格納する。ストレージ装置913は、図4に示す記憶部257を構成し得る。
The
ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、湯面形状推定装置201に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録を書き込むことも可能である。
The
接続ポート917は、機器を湯面形状推定装置201に直接接続するためのポートである。接続ポート917の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート、RS−232Cポート等がある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、湯面形状推定装置201は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。
The
通信装置919は、例えば、通信網925に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置919は、例えば、LAN(Local Area Network)用の通信カードを含み得る。また、通信装置919は、各種有線通信用のルータ又はモデム等を含んでもよい。この通信装置919は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置919に接続される通信網925は、有線又は無線によって接続されたネットワーク等によって構成され、例えば、インターネットやLAN等を含み得る。通信装置919は、図4に示す測定値取得部251及び出力部255を構成し得る。
The
以上、本実施形態に係る湯面形状推定装置201の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアによって構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
The above is an example of a hardware configuration capable of realizing the function of the molten metal surface
本発明の一実施例として、上記(3.湯面レベル計の設置位置)で説明した方法を実際に実行し、所望の湯面形状の推定精度が得られるような湯面レベル計の設置位置を決定した結果について説明する。 As an embodiment of the present invention, the installation position of the molten metal level meter is such that the method described in (3. Installation position of the molten metal level meter) is actually executed and the estimation accuracy of the desired molten metal level can be obtained. The result of determining the above will be described.
本実施例では、湯面高さの測定値に対する観測ノイズに関する共分散行列Rを2水準設定し、状態変数に対する外乱に関する共分散行列Qを13水準設定した。 In this embodiment, the covariance matrix R for the observed noise with respect to the measured value of the height of the molten metal is set at two levels, and the covariance matrix Q for the disturbance with respect to the state variable is set at 13 levels.
共分散行列Rについては、観測ノイズは湯面高さの測定位置間で相関がなく、かつその分散の大きさは同じR0とした。このとき、共分散行列Rは、下記数式(32)に示すように、対角成分がR0で、非対角成分が0である正方行列で表される。 For the covariance matrix R, the observed noise was not correlated between the measurement positions of the height of the molten metal, and the magnitude of the dispersion was set to R 0 . At this time, the covariance matrix R is represented by a square matrix having a diagonal component of R 0 and an off-diagonal component of 0, as shown in the following mathematical formula (32).
本実施例では、このR0の値を、測定誤差の大小を表す現実の操業条件を網羅する代表値として設定した。具体的には、共分散行列Rとして、R0=0.02778mm又はR0=0.1089mmの2水準を設定した。ここで、R0=0.02778mmは、湯面高さの測定誤差が±0.5mmの場合を想定し、測定値の標準偏差がこの誤差範囲の1/3である0.167mmになるように(すなわち、測定値の3σが±0.5mmになるように)、この0.167mmの2乗値に対応する値として設定した。同様に、R0=0.1089mmは、湯面高さの測定誤差が±1.0mmの場合を想定し、測定値の標準偏差がこの誤差範囲の1/3である0.33mmになるように(すなわち、測定値の3σが±1.0mmになるように)、この0.33mmの2乗値に対応する値として設定した。
In this embodiment, the value of R 0 is set as a representative value that covers the actual operating conditions indicating the magnitude of the measurement error. Specifically, as the covariance matrix R, and set two levels of
共分散行列Qとしては、湯面高さの時間変動の実績データを予め得ることができない場合と、実機での湯面高さの時間変動の実績データ、又は鋳型内流動の水モデル若しくは低温溶融金属モデル等による湯面高さの時間変動の実験データを事前に得ることができる場合と、のそれぞれに対応するものを設定した。 As the covariance matrix Q, there are cases where the actual data of the time variation of the molten metal surface height cannot be obtained in advance, the actual data of the time variation of the molten metal surface height in the actual machine, the water model of the flow in the mold, or the low temperature melting. The case where the experimental data of the time variation of the height of the molten metal by the metal model etc. can be obtained in advance and the case corresponding to each are set.
湯面高さの時間変動の実績データを予め得ることができない場合に対応する共分散行列Qとしては、外乱項の各成分が無相関であるとして、下記数式(33)に示すように、対角成分がQ0で、非対角成分が0である正方行列を作成した。当該Q0は、湯面形状変動を引き起こす外乱の強さを表す。本実施例では、共分散行列Qとして、Q0=0.0001、Q0=0.01、Q0=1、Q0=100、又はQ0=10000の5水準を設定した。 As the covariance matrix Q corresponding to the case where the actual data of the time variation of the height of the molten metal cannot be obtained in advance, it is assumed that each component of the disturbance term is uncorrelated, as shown in the following mathematical formula (33). A square matrix with an angular component of Q 0 and an off-diagonal component of 0 was created. The Q 0 represents the strength of the disturbance that causes the shape of the molten metal to fluctuate. In this embodiment, five levels of Q 0 = 0.0001, Q 0 = 0.01, Q 0 = 1, Q 0 = 100, or Q 0 = 10000 are set as the covariance matrix Q.
一方、湯面形状変動の実績データ等を事前に取得できる場合に対応する共分散行列Qとしては、外乱項の各成分に相関があるとして、水モデル実験の結果を用いて作成した。具体的には、まず、連続鋳造を模した水モデル実験を行い、その湯面形状変動の実験データを得た。当該水モデル実験は、鋳型幅及び鋳造速度がそれぞれ異なる4つの条件で、2回ずつ行った。つまり、湯面形状変動の実験データとして、8つの実験データを得た。水モデル実験における鋳型幅及び鋳造速度の条件は、下記表1に示す通りである。表1において「○」を付している欄が、水モデル実験を行った鋳型幅及び鋳造速度の条件に対応する。 On the other hand, the covariance matrix Q corresponding to the case where the actual data of the change in the shape of the molten metal can be obtained in advance was created by using the result of the water model experiment, assuming that each component of the disturbance term has a correlation. Specifically, first, a water model experiment simulating continuous casting was carried out, and experimental data of the change in the shape of the molten metal was obtained. The water model experiment was performed twice under four conditions in which the mold width and the casting speed were different from each other. That is, eight experimental data were obtained as the experimental data of the change in the shape of the molten metal. The conditions of the mold width and casting speed in the water model experiment are as shown in Table 1 below. The columns marked with "○" in Table 1 correspond to the conditions of the mold width and casting speed in which the water model experiment was conducted.
この8つの実験データの各々に基いて外乱項を推定することにより、各実験データに基づく共分散行列Qをそれぞれ生成した。具体的な手順は以下の通りである。 By estimating the disturbance term based on each of the eight experimental data, a covariance matrix Q based on each experimental data was generated. The specific procedure is as follows.
まず、外乱の各成分が無相関であるとして非対角成分が0である共分散行列を用いて、湯面形状変動を推定できるカルマンフィルタを設計する。次いで、水モデル実験における湯面高さの時間変動の測定データを用いた、このカルマンフィルタによる湯面形状変動モデルの状態変数の推定値をXest’(t)(t=2,…,T)とする。ただし、Xest’(1)としては任意の初期値を与え、w(1)=0とする。このとき、状態変数の推定値Xest’(t)については、上記数式(12)で表す動作と同様に、下記数式(34)が近似的に成り立っているとみなすことができる。 First, a Kalman filter capable of estimating the shape variation of the molten metal surface is designed by using a covariance matrix in which each component of the disturbance is uncorrelated and the off-diagonal component is 0. Next, using the measurement data of the time variation of the molten metal level in the water model experiment, the estimated value of the state variable of the molten metal surface shape variation model by this Kalman filter is Xest ' (t) (t = 2, ..., T). And. However, an arbitrary initial value is given as Xest' (1), and w (1) = 0. At this time, with respect to the estimated value Xest' (t) of the state variable, it can be considered that the following mathematical formula (34) is approximately established as in the operation expressed by the above mathematical formula (12).
また、時刻t=2,…,Tでの測定データにおける、w(t)の共分散行列の近似値Qd appは、w(t)の平均wmeanを用いて、下記数式(35)のように表される。 The time t = 2, ..., in the measurement data of the T, approximate value Q d app of the covariance matrix of w (t), using the average w mean of w (t), the following formula (35) It is expressed as.
上記数式(34)の右辺第2項をξ(t)で表すこととすると、下記数式(37)に示す関係が成り立つ。 Assuming that the second term on the right side of the above mathematical formula (34) is represented by ξ (t), the relationship shown in the following mathematical formula (37) holds.
また、ξ(t)の平均値の近似値ξmeanは、下記数式(38)と表すことができる。 Further, the approximate value ξ mean of the average value of ξ (t) can be expressed by the following mathematical formula (38).
一方、ξ(t)の共分散行列の近似値Qξ appは、ξmeanを用いて、下記数式(40)のように表される。 On the other hand, the approximate value Q ξ app of the covariance matrix of ξ (t) is expressed by the following mathematical formula (40) using ξ mean .
ξ(t)=Gdw(t)と、上記数式(38)に示すξmeanを、上記数式(40)に代入すれば、下記数式(41)を得ることができる。 By substituting ξ (t) = G d w (t) and ξ mean shown in the above formula (38) into the above formula (40), the following formula (41) can be obtained.
上記数式(35)と上記数式(41)を比べると、下記数式(42)が得られる。 Comparing the above formula (35) with the above formula (41), the following formula (42) is obtained.
ここで、外乱を示すベクトルw(t)はN次元であり、状態変数Xは2N次元である。また、ベクトルw(t)の各次元は湯面形状変動の各波長成分に対応しているため、行列Gdは列フルランクである。よって、Gd TGdは正則であり、逆行列(Gd TGd)−1が存在する。上記数式(42)の両辺に、左から(Gd TGd)−1Gd Tを、右からGd(Gd TGd)−1を乗じると、下記数式(43)となる。 Here, the vector w (t) indicating the disturbance is N-dimensional, and the state variable X is 2N-dimensional. Further, since each dimension of the vector w (t) corresponds to each wavelength component of the change in the shape of the molten metal, the matrix G d is a column full rank. Therefore, G d T G d is regular, and there is an inverse matrix (G d T G d ) -1 . Multiplying both sides of the above formula (42) by (G d T G d ) -1 G d T from the left and G d (G d T G d ) -1 from the right gives the following formula (43).
従って、Qd appを、下記数式(44)のように求めることができる。 Thus, the Q d app, can be calculated as following equation (44).
本実施例では、上記表1に示す条件に対応する8つの実験データの各々に基いて、上記数式(44)を用いてQd appをそれぞれ算出し、これを共分散行列Qとした。 In this example, Q d- app was calculated using the above mathematical formula (44) based on each of the eight experimental data corresponding to the conditions shown in Table 1, and this was used as the covariance matrix Q.
共分散行列Qについて下記表2にまとめる。下記表2に示すように、全部で13水準の共分散行列Qを生成した。 The covariance matrix Q is summarized in Table 2 below. As shown in Table 2 below, a total of 13 levels of covariance matrix Q were generated.
以上説明したように設定した共分散行列Q、Rを用いて、計算機によって、上記(3−3.湯面レベル計の設置位置を決定するための具体的な手順)で説明した方法に従って、所望の推定精度が得られるような鋳型幅方向における観測点の座標の値xmを決定した。当該処理の処理手順を、図6及び図7に示す。図6及び図7は、湯面レベル計の設置位置の決定方法の処理手順の一例を示すフロー図である。なお、図6及び図7に示す各処理は、計算機のプロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより実行され得る。 Using the covariance matrices Q and R set as described above, the desired method is performed by a computer according to the method described in (3-3. Specific procedure for determining the installation position of the molten metal level meter). The value x m of the coordinates of the observation point in the mold width direction was determined so that the estimation accuracy of was obtained. The processing procedure of the processing is shown in FIGS. 6 and 7. 6 and 7 are flow charts showing an example of a processing procedure of a method for determining an installation position of a molten metal level meter. Each of the processes shown in FIGS. 6 and 7 can be executed by operating the processor of the computer according to a predetermined program.
図6及び図7を参照すると、本実施形態に係る湯面レベル計の設置位置の決定方法では、まず、観測ノイズの共分散行列Rが設定される(ステップS101)。上述したように、本実施例では、共分散行列Rを2水準設定しているため、ステップS101では、このうちのいずれかの水準が共分散行列Rとして設定される。 With reference to FIGS. 6 and 7, in the method of determining the installation position of the molten metal level meter according to the present embodiment, first, the covariance matrix R of the observed noise is set (step S101). As described above, since the covariance matrix R is set to two levels in this embodiment, one of the levels is set as the covariance matrix R in step S101.
次に、外乱の共分散行列Qが設定される(ステップS103)。上述したように、本実施例では、共分散行列Qを13水準設定しているため、ステップS103では、このうちのいずれかの水準が共分散行列Qとして設定される。 Next, the covariance matrix Q of the disturbance is set (step S103). As described above, since the covariance matrix Q is set at 13 levels in this embodiment, one of the levels is set as the covariance matrix Q in step S103.
次に、観測点数Mが設定される(ステップS105)。本実施例では、観測点数MをM=5〜8の4水準設定した。従って、ステップS105では、このうちのいずれかの水準が観測点数Mとして設定される。 Next, the number of observation points M is set (step S105). In this example, the number of observation points M was set to four levels of M = 5-8. Therefore, in step S105, one of these levels is set as the number of observation points M.
次に、パラメータiとして、i=1が設定される(ステップS107)。パラメータiは自然数であり、計算回数を表すパラメータである。本実施例では、R、Q、Mの各水準の組み合わせの各々について、10000M回ずつ(すなわち、i=1〜10000M回まで)計算を行うこととした。 Next, i = 1 is set as the parameter i (step S107). The parameter i is a natural number and is a parameter representing the number of calculations. In this embodiment, the calculation is performed 10,000 M times (that is, i = 1 to 10000 M times) for each combination of R, Q, and M levels.
次に、鋳型幅方向におけるM個の観測点の座標の値xmが一様乱数により決定される(ステップS109)。ただし、このとき、上述したように、M個の観測点の座標の値xmは、これらM個の観測点の座標の値xmが、あるnについての上記数式(21)に示す座標の値xn,kの集合に含まれないように決定される。 Next, the coordinate values x m of the M observation points in the mold width direction are determined by a uniform random number (step S109). However, at this time, as described above, the coordinate values x m of the M observation points are the coordinates of the coordinates x m of the coordinates of the M observation points shown in the above equation (21) for a certain n. It is determined not to be included in the set of values x n, k .
次に、上記数式(30)に従ってRMSEが計算される(ステップS111)。 Next, RMSE is calculated according to the above formula (30) (step S111).
次に、ステップS111で計算されたRMSEと共分散行列Qに対応する外乱により発生する湯面形状変動の標準偏差σとの比RMSE/σが、観測点数Mごとに予め設定されている採用基準を満たすかどうかが判定される(ステップS113)。具体的には、RMSE/σが採用基準の値と比較される。当該採用基準の値は、所望の推定精度が得られるような値、すなわちRMSEが湯面形状の変動量よりも十分に小さくなるような値として、適宜設定され得る。 Next, the ratio RMSE / σ between the RMSE calculated in step S111 and the standard deviation σ of the surface shape fluctuation generated by the disturbance corresponding to the covariance matrix Q is set in advance for each observation point M. It is determined whether or not the condition is satisfied (step S113). Specifically, RMSE / σ is compared with the value of the adoption criteria. The value of the adoption standard can be appropriately set as a value that can obtain a desired estimation accuracy, that is, a value that makes RMSE sufficiently smaller than the fluctuation amount of the molten metal surface shape.
ステップS113でRMSE/σが採用基準を満たす場合(すなわち、RMSE/σが採用基準の値以下である場合)には、当該RMSEに対応する観測点の座標によって、所望の推定精度が得られ得ることを意味する。従って、この場合には、当該RMSEに対応する観測点の座標の値を、適切な座標の値として採用する(ステップS115)。具体的には、当該観測点の座標の値を、適切な座標の値として記憶装置等に記憶する。そして、ステップS117に進む。 When RMSE / σ satisfies the adoption criteria in step S113 (that is, when RMSE / σ is equal to or less than the value of the adoption criteria), the desired estimation accuracy can be obtained by the coordinates of the observation point corresponding to the RMSE. Means that. Therefore, in this case, the coordinate value of the observation point corresponding to the RMSE is adopted as an appropriate coordinate value (step S115). Specifically, the coordinate value of the observation point is stored in a storage device or the like as an appropriate coordinate value. Then, the process proceeds to step S117.
一方、ステップS113でRMSE/σが採用基準を満たさない場合(すなわち、RMSE/σが採用基準の値よりも大きい場合)には、当該RMSEに対応するM個の観測点の座標では、所望の推定精度が得られないことを意味する。従って、この場合には、当該RMSEに対応する観測点の座標の値を適切な座標の値として採用せず、ステップS117に進む。 On the other hand, when RMSE / σ does not satisfy the adoption criteria in step S113 (that is, when RMSE / σ is larger than the value of the adoption criteria), the coordinates of the M observation points corresponding to the RMSE are desired. It means that the estimation accuracy cannot be obtained. Therefore, in this case, the coordinate value of the observation point corresponding to the RMSE is not adopted as an appropriate coordinate value, and the process proceeds to step S117.
ステップS117では、パラメータiが上限値である10000Mに達したかどうかが判定される。ステップS117でパラメータiが10000Mに達していない場合には、iを更新し、i=i+1として(ステップS119)、ステップS109に戻る。そして、ステップS109〜ステップS117の処理が再度実行される。一方、ステップS117でパラメータiが10000Mに達した場合には、ステップS121に進む。 In step S117, it is determined whether or not the parameter i has reached the upper limit of 10000M. If the parameter i has not reached 10000M in step S117, i is updated, i = i + 1 (step S119), and the process returns to step S109. Then, the processes of steps S109 to S117 are executed again. On the other hand, when the parameter i reaches 10000M in step S117, the process proceeds to step S121.
ステップS121では、観測点数Mの全ての水準について計算が行われたかどうかが判定される。ステップS121でMの全ての水準について計算が行われていない場合には、Mを更新し(すなわち、Mを、他のまだ計算を行っていない水準に変更し)(ステップS123)、ステップS107に戻る。そして、ステップS107〜ステップS121の処理が再度実行される。一方、ステップS121でMの全ての水準について計算が行われている場合には、ステップS125に進む。 In step S121, it is determined whether or not the calculation has been performed for all the levels of the number of observation points M. If all levels of M have not been calculated in step S121, M is updated (ie, M is changed to another level that has not yet been calculated) (step S123), and step S107 is performed. Return. Then, the processes of steps S107 to S121 are executed again. On the other hand, if the calculation is performed for all the levels of M in step S121, the process proceeds to step S125.
ステップS125では、外乱の共分散行列Qの全ての水準について計算が行われたかどうかが判定される。ステップS125でQの全ての水準について計算が行われていない場合には、Qを更新し(すなわち、Qを、他のまだ計算を行っていない水準に変更し)(ステップS127)、ステップS105に戻る。そして、ステップS105〜ステップS125の処理が再度実行される。一方、ステップS125でQの全ての水準について計算が行われている場合には、ステップS129に進む。 In step S125, it is determined whether the calculations have been performed for all levels of the covariance matrix Q of the disturbance. If all levels of Q have not been calculated in step S125, update Q (ie, change Q to another level that has not yet been calculated) (step S127) and go to step S105. Return. Then, the processes of steps S105 to S125 are executed again. On the other hand, if the calculation is performed for all the levels of Q in step S125, the process proceeds to step S129.
ステップS129では、観測ノイズの共分散行列Rの全ての水準について計算が行われたかどうかが判定される。ステップS129でRの全ての水準について計算が行われていない場合には、Rを更新し(すなわち、Rを、他のまだ計算を行っていない水準に変更し)(ステップS131)、ステップS103に戻る。そして、ステップS103〜ステップS129の処理が再度実行される。一方、ステップS129でRの全ての水準について計算が行われている場合には、ステップS133に進む。 In step S129, it is determined whether the calculations have been performed for all levels of the observed noise covariance matrix R. If all levels of R have not been calculated in step S129, update R (ie, change R to another uncalculated level) (step S131) and go to step S103. Return. Then, the processes of steps S103 to S129 are executed again. On the other hand, if the calculation is performed for all the levels of R in step S129, the process proceeds to step S133.
ステップS133では、以上のステップS101〜ステップS131の処理の結果求められた、所望の推定精度を得ることができる観測点の座標の値(すなわち、ステップS115で採用された観測点の座標の値)に基づいて、観測点数Mごとに、上述したminz1及びminzMが計算される。当該処理の内容は、上記(3−3.湯面レベル計の設置位置を決定するための具体的な手順)で説明しているため、ここではその詳細な説明を省略する。 In step S133, the coordinate value of the observation point obtained as a result of the above steps S101 to S131 and capable of obtaining the desired estimation accuracy (that is, the coordinate value of the observation point adopted in step S115). Based on the above, minz 1 and minz M described above are calculated for each observation point M. Since the content of the process is described in the above (3-3. Specific procedure for determining the installation position of the molten metal level meter), the detailed description thereof will be omitted here.
そして、計算されたminz1、minzMを用いて、観測点数Mごとに、適切な湯面レベル計の設置位置が決定される(ステップS135)。具体的には、観測点数Mごとに、2つの鋳型短辺(第1の鋳型短辺及び第2の鋳型短辺)からの距離がそれぞれminz1、minzMに対応する位置までの距離以下である位置に、x1、xMが決定される。そして、上記数式(31)に従って、このx1とxMの間にほぼ等間隔に位置するように、x2〜xM−1が決定される。当該処理の内容は、上記(3−3.湯面レベル計の設置位置を決定するための具体的な手順)で説明しているため、ここではその詳細な説明を省略する。 Then, using the calculated minz 1 and minz M , an appropriate installation position of the molten metal level meter is determined for each observation point M (step S135). Specifically, for each observation point M, the distances from the two mold short sides (the first mold short side and the second mold short side) are less than or equal to the distances to the positions corresponding to minz 1 and minz M , respectively. At a certain position, x 1 and x M are determined. Then, according to the above mathematical formula (31), x 2 to x M-1 are determined so as to be located at substantially equal intervals between x 1 and x M. Since the content of the process is described in the above (3-3. Specific procedure for determining the installation position of the molten metal level meter), the detailed description thereof will be omitted here.
本実施例では、以上の湯面レベル計の設置位置の決定方法を実行した結果、以下の事実を確認することができた。 In this embodiment, as a result of executing the above method for determining the installation position of the molten metal level meter, the following facts could be confirmed.
まず、本発明者らは、RMSE/σが採用基準を満たす観測点の座標の値x1,…,x8の、鋳型幅方向における分布について検討した。図8−図15は、観測点数M=8のときに、RMSE/σの採用基準の値を0.25とした場合に採用基準を満たす観測点の座標の値x1,…,x8(すなわち、RMSE/σ≦0.25を満たす観測点の座標の値x1,…,x8)についての、x1,…,x8ごとの鋳型幅方向での分布を示すヒストグラムである。図8−図15に示すヒストグラムでは、それぞれ、横軸にx1,…,x8を鋳型幅Wで規格化した値(すなわち、xm/W(m=1,…,8)。なお、−0.5≦xm/W≦0.5である。)を取り、縦軸に採用されたx1,…,x8の頻度を取っている。
First, the present inventors examined the distribution of the coordinate values x 1 , ..., X 8 of the observation points where RMSE / σ satisfies the adoption criteria in the template width direction. 8 to 15 show the coordinate values of the observation points that satisfy the adoption criteria when the value of the adoption criteria of RMSE / σ is 0.25 when the number of observation points M = 8 x 1 , ..., X 8 ( that, RMSE / σ ≦ 0.25 that satisfies the observation point coordinate
図8−図15を参照すると、x1については、x1/W=−0.5に近付くほど採用される頻度が大きくなっていることが分かる。これは、x1が鋳型短辺(第1の鋳型短辺)に近い場合に、湯面形状推定について高い推定精度を得られる可能性が高いことを意味している。同様に、x8(すなわち、xM)については、x8/W=0.5の近傍にピークが位置していることが分かる。これは、x8が、x1が位置する側とは逆側の鋳型短辺(第2の鋳型短辺)に近い場合に、湯面形状推定について高い推定精度を得られる可能性が高いことを意味している。なお、x8について、x8/W=0.5においてその頻度が最も高くなっていないのは、x8/W=0.5において高い推定精度が得られないことを意味しているのではなく、本実施例では、RMSE/σを計算するために一様乱数によって観測点の座標の値xmを設定する際に、x8とx=0.5Wに対応する第2の鋳型短辺との距離が、x1とx=−0.5Wに対応する第1の鋳型短辺との距離よりも長くなるように、これらの観測点の座標の値を設定しているため、元々x8/W=0.5の近くにx8が存在する頻度が低いからである。
Referring to FIGS. 8 through 15, the x 1 it can be seen that the frequency employed closer to
一方、x2〜x7についてのヒストグラムを見てみると、x2/W〜x7/Wのピーク位置は、x1/Wのピーク位置とx8/Wのピーク位置との間に、略等間隔に存在していることが確認できる。従って、上述したように、上記数式(31)に従って、x1とx8の間にほぼ均等な間隔にx2〜x7を決定することにより、湯面形状推定について高い推定精度を得ることができるのである。
On the other hand, looking at the histogram for
なお、図8−図15では、一例として、観測点数M=8のときの結果を示したが、本発明者らによる検討の結果、Mの値が異なる場合であっても同様の結果を示すことが確認されている。 In addition, in FIGS. 8 to 15, the result when the number of observation points M = 8 is shown as an example, but as a result of the examination by the present inventors, the same result is shown even when the value of M is different. It has been confirmed that.
次に、本発明者らは、鋳型幅方向における両端の座標の値であるx1、xMの分布について、より詳細に検討した。本発明者らは、RMSE/σの採用基準の値を変化させながら図6に示す一連の処理を繰り返し実行し、RMSE/σの採用基準の値と、その採用基準において採用されたx1、xMの鋳型幅方向における分布との関係を調べた。図16−図19は、RMSE/σの採用基準の値と、その採用基準において採用された観測点の座標の値x1、xMの鋳型幅方向における分布を示す図である。図16−図19では、横軸にRMSE/σの採用基準の値を取り、縦軸に鋳型幅方向の座標の値x/鋳型幅Wを取り、採用されたx1、xMに対応する点を、丸印でプロットしている。黒丸がx1に対応する点であり、白丸がxMに対応する点である。また、図16−図19では、それぞれ、観測点数M=5〜8における結果を示している。また、プロット点数が多く図が煩雑になることを避けるために、図16−図19では、いずれも、共分散行列Rについてある1つの水準(具体的には、R0=0.02778mm)を設定し、共分散行列Qについてある1つの水準(具体的には、Qの外乱項の各成分が相関を有する場合であって、鋳造速度2.2m/min、鋳型幅1.425mでの水モデル実験における一方の結果に基づいて生成されたQ)を設定した場合における結果のみを示している。 Next, the present inventors examined the distribution of x 1 , x M , which are the coordinate values of both ends in the mold width direction, in more detail. The present inventors repeatedly executed the series of processes shown in FIG. 6 while changing the value of the RMSE / σ adoption standard, and the value of the RMSE / σ adoption standard and x 1 adopted in the adoption standard. We investigated the relationship between the distribution in the mold width direction x M. FIG. 16-19 is a diagram showing the values of the RMSE / σ adoption criteria and the distribution of the coordinate values x 1 and x M of the observation points adopted in the adoption criteria in the template width direction. In FIGS. 16-19, the horizontal axis is the value of the adoption standard of RMSE / σ, and the vertical axis is the coordinate value x / mold width W in the mold width direction, which corresponds to the adopted x 1 and x M. The points are plotted with circles. The black circle is the point corresponding to x 1 , and the white circle is the point corresponding to x M. Further, FIGS. 16 to 19 show the results when the number of observation points M = 5 to 8, respectively. Further, in order to avoid a large number of plot points and complicated figures, in each of FIGS. 16 to 19, one level (specifically, R 0 = 0.02778 mm) for the covariance matrix R is set. Set and set one level for the covariance matrix Q (specifically, when each component of the disturbance term of Q has a correlation, water at a casting speed of 2.2 m / min and a mold width of 1.425 m. Only the result when Q) generated based on one result in the model experiment is set is shown.
図16−図19を参照すると、観測点数Mの値にかかわらず、RMSE/σの採用基準の値が大きくなるにつれて、x1の存在範囲とxMの存在範囲について、いずれも、鋳型幅方向の中央に向かって広がっていく傾向が確認できる。RMSE/σの採用基準の値がより小さい場合に採用されたx1、xMは、すなわち、より高い推定精度を得ることが可能なx1、xMであるから、図16−図19に示す結果からは、いずれのMにおいても、x1、xMを、それぞれ、x=−0.5Wに対応する鋳型短辺及びx=0.5Wに対応する鋳型短辺の近傍に設定することにより、より高い推定精度を得ることができることが分かる。従って、上述したように、minz1、minzMを算出し、これらに基づいてx1、xMの設定範囲を決定することにより、より高い推定精度を得ることが可能なx1、xMの配置を決定することができるのである。 Referring to FIGS. 16 19, regardless of the value of the observation points M, as the value of inclusion criteria of RMSE / sigma increases, the existence range of the present range and x M of x 1, none, mold width direction You can see the tendency to spread toward the center of. Since x 1 , x M adopted when the value of the adoption standard of RMSE / σ is smaller, that is, x 1 , x M capable of obtaining higher estimation accuracy, FIG. 16-FIG. 19 shows. From the results shown, x 1 and x M should be set in the vicinity of the mold short side corresponding to x = -0.5 W and the mold short side corresponding to x = 0.5 W, respectively, in any M. Therefore, it can be seen that higher estimation accuracy can be obtained. Therefore, as described above, by calculating minz 1 and minz M and determining the setting range of x 1 and x M based on these, higher estimation accuracy can be obtained for x 1 and x M. The placement can be determined.
より詳細に、例えば、RMSE/σの採用基準の値が0.25である場合におけるx1、xMの存在範囲について検討してみる。この場合、図16−図19に示すRMSE/σの採用基準の値が0.25であることを示す直線上に位置するx1/Wに対応する点のうち、x/W=−0.5から最も離れている点の、当該x/W=−0.5からの距離が、上述したz1に対応する。同様に、RMSE/σの採用基準の値が0.25であることを示す直線上に位置するxM/Wに対応する点のうち、x/W=0.5から最も離れている点の、当該x/W=0.5からの距離が、上述したzMに対応する。図16−図19に示す結果は、R、Qがそれぞれある水準である場合の結果であるから、同様に、R、Qの各水準の組み合わせの各々について、z1、zMが求められ得る。これらのz1、zMのうち最小のものがminz1、minzMであり、それぞれx1/W、xM/Wの存在範囲の境界に対応することとなる。 More specifically, for example, try to examine for the presence range of x 1, x M when the value of the inclusion criteria of RMSE / sigma is 0.25. In this case, among the points corresponding to x 1 / W located on the straight line indicating that the value of the adoption standard of RMSE / σ shown in FIGS. 16 to 19 is 0.25, x / W = −0. The distance from the x / W = −0.5 at the point farthest from 5 corresponds to z 1 described above. Similarly, among the points corresponding to x M / W located on the straight line indicating that the value of the adoption standard of RMSE / σ is 0.25, the point farthest from x / W = 0.5. , the distance from the x / W = 0.5 corresponds to z M described above. Since the results shown in FIGS. 16 to 19 are the results when R and Q are at certain levels, z 1 and z M can be obtained for each combination of R and Q levels. .. The smallest of these z 1 and z M is minz 1 and minz M , which correspond to the boundaries of the existence range of x 1 / W and x M / W, respectively.
このようにして求めた、RMSE/σの採用基準の値が0.25である場合におけるx1、xMの存在範囲の境界を、図20に示す。図20は、RMSE/σの採用基準の値が0.25である場合における、観測点の座標の値x1、xMの存在範囲の境界を示すグラフ図である。図20では、横軸に観測点数Mを取り、縦軸に鋳型幅方向の座標の値x/鋳型幅Wを取り、上記のようにして求めたminz1、minzMにそれぞれ対応するx1/W、xM/Wの値(すなわち、x1/W、xM/Wの存在範囲の境界に対応する値)をプロットしている。 In this manner was obtained, the x 1, x M existing range bounds of the case where the value of the inclusion criteria of RMSE / sigma is 0.25, shown in Figure 20. FIG. 20 is a graph showing the boundary of the existence range of the coordinate values x 1 and x M of the observation points when the value of the adoption standard of RMSE / σ is 0.25. In FIG. 20, the number of observation points M is taken on the horizontal axis, the coordinate value x / the mold width W in the mold width direction is taken on the vertical axis, and x 1 / corresponding to minz 1 and minz M obtained as described above, respectively. The values of W and x M / W (that is, the values corresponding to the boundary of the existence range of x 1 / W and x M / W) are plotted.
図20に示す結果から、M≦5の場合には、高い推定精度を得ることが可能なx1/W、xM/Wの範囲は、x1/W≦−0.49かつxM/W≧0.38であり、M≧6の場合には、高い推定精度を得ることが可能なx1/W、xM/Wの範囲は、x1/W≦−0.31かつxM/W≧0.10であることが分かった。なお、図20では5≦M≦8の場合のシミュレーション結果のみを示したが、本発明者らによる検討の結果、M≦4の場合にはM=5の場合と同じ条件を満たせばよく、M≧9の場合にはM=8の場合と同じ条件を満たせばよいことが確認されている。 From the results shown in FIG. 20, in the case of M ≦ 5 is higher estimation accuracy can be obtained for x 1 / W, the range of x M / W is, x 1 /W≦-0.49 and x M / a W ≧ 0.38, in the case of M ≧ 6 is higher estimation accuracy can be obtained for x 1 / W, the range of x M / W is, x 1 /W≦-0.31 and x M It was found that / W ≧ 0.10. In addition, although only the simulation result in the case of 5 ≦ M ≦ 8 is shown in FIG. 20, as a result of the examination by the present inventors, in the case of M ≦ 4, the same conditions as in the case of M = 5 may be satisfied. It has been confirmed that when M ≧ 9, the same conditions as when M = 8 should be satisfied.
同様に、例えば、RMSE/σの採用基準の値が0.20である場合におけるx1、xMの存在範囲について検討した結果を、図21−図25に示す。図21−図24は、図16−図19に対応する図であり、RMSE/σの採用基準の値と、その採用基準において採用された観測点の座標の値x1、xMの鋳型幅方向における分布を示す図である。図21−図24では、一例として、図16−図19と同一の計算結果に基づくx1、xMの鋳型幅方向における分布を示している(すなわち、x1、xMの鋳型幅方向における分布を示すプロット自体は図16−図19と同様である)。ただし、図21−図24では、RMSE/σの採用基準の値が0.20である場合に注目するために、RMSE/σの採用基準の値が0.20であることを示す直線を付している。 Similarly, for example, the result of investigation for the presence range of x 1, x M when the value of the inclusion criteria of RMSE / sigma of 0.20, shown in Figure 21 Figure 25. 21-24 are diagrams corresponding to FIGS. 16-19, in which the values of the RMSE / σ adoption criteria and the coordinate values of the observation points adopted in the adoption criteria x 1 , x M mold widths. It is a figure which shows the distribution in a direction. As an example, FIGS. 21 to 24 show the distribution of x 1 and x M in the mold width direction based on the same calculation results as in FIGS. 16 to 19 (that is, x 1 and x M in the mold width direction). The plot itself showing the distribution is similar to FIGS. 16-19). However, in FIGS. 21 to 24, in order to pay attention to the case where the value of the RMSE / σ adoption standard is 0.20, a straight line indicating that the RMSE / σ adoption standard value is 0.20 is added. doing.
また、図25は、図20に対応する図であり、RMSE/σの採用基準の値が0.20である場合における、観測点の座標の値x1、xMの存在範囲の境界を示すグラフ図である。図25では、RMSE/σの採用基準の値が0.20である場合についてminz1、minzMを求め、これらminz1、minzMにそれぞれ対応するx1/W、xM/Wの値(すなわち、x1/W、xM/Wの存在範囲の境界に対応する値)をプロットしている。 Further, FIG. 25 is a diagram corresponding to FIG. 20, and shows the boundary of the existence range of the coordinate values x 1 and x M of the observation point when the value of the adoption standard of RMSE / σ is 0.20. It is a graph diagram. In FIG. 25, minz 1 and minz M are obtained when the value of the adoption standard of RMSE / σ is 0.20, and the values of x 1 / W and x M / W corresponding to these minz 1 and minz M , respectively ( That is, the values corresponding to the boundaries of the existence range of x 1 / W and x M / W) are plotted.
図25に示す結果から、M≦6の場合には、高い推定精度を得ることが可能なx1/W、xM/Wの範囲は、x1/W≦−0.49かつxM/W≧0.49であり、M≧7の場合には、高い推定精度を得ることが可能なx1/W、xM/Wの範囲は、x1/W≦−0.49+0.03(M−6)かつxM/W≧0.49−0.05(M−6)であることが分かった。なお、図25では5≦M≦8の場合のシミュレーション結果のみを示したが、本発明者らによる検討の結果、M≦4の場合にはM=5の場合と同じ条件を満たせばよく、M≧9の場合にはM=8の場合と同じ条件を満たせばよいことが確認されている。 From the results shown in FIG. 25, in the case of M ≦ 6 is higher estimation accuracy can be obtained for x 1 / W, the range of x M / W is, x 1 /W≦-0.49 and x M / a W ≧ 0.49, in the case of M ≧ 7 is higher estimation accuracy can be obtained for x 1 / W, the range of x M / W is, x 1 /W≦-0.49+0.03 ( It was found that M-6) and x M / W ≧ 0.49-0.05 (M-6). Note that FIG. 25 shows only the simulation results when 5 ≦ M ≦ 8, but as a result of examination by the present inventors, when M ≦ 4, the same conditions as when M = 5 may be satisfied. It has been confirmed that when M ≧ 9, the same conditions as when M = 8 should be satisfied.
(6.補足)
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
(6. Supplement)
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、湯面形状をカルマンフィルタを用いた逐次推定処理によって推定していたが、本発明はかかる例に限定されない。本発明では、ある時刻における湯面高さの複数の測定値から、上記数式(2)を満たす振幅an(t)の値を推定することにより、湯面形状を推定する処理において、その湯面高さの複数の観測点の鋳型幅方向における位置を適切に決定することにより、より良い推定精度を得ることを可能とするものであり、かかる推定処理の内容は限定されない。推定処理の内容にかかわらず、上記(3.湯面レベル計の設置位置)で説明した方法に従って鋳型幅方向における複数の観測点の位置を決定することにより、同様の効果を得ることが可能である。例えば、上記数式(2)を満たす振幅an(t)の値は、ある時刻における湯面高さの複数の測定値から、正則化法等を用いて求められてもよい。 For example, in the above embodiment, the shape of the molten metal is estimated by a sequential estimation process using a Kalman filter, but the present invention is not limited to this example. In the present invention, a plurality of measurements of the molten metal surface level at a certain time, by estimating the value of the amplitude a n (t) which satisfies the above equation (2), in the process of estimating the melt surface shape, the hot water By appropriately determining the positions of the plurality of observation points of the surface height in the template width direction, it is possible to obtain better estimation accuracy, and the content of the estimation process is not limited. Regardless of the content of the estimation process, the same effect can be obtained by determining the positions of multiple observation points in the mold width direction according to the method described in (3. Installation position of the molten metal level meter). is there. For example, the value of the amplitude a n (t) which satisfies the above equation (2) from a plurality of measurements of the molten metal surface level at a certain time may be determined by using a regularization method.
1 湯面形状推定システム
101 鋳型
103 浸漬ノズル
105 湯面レベル計
201 湯面形状推定装置
203 出力装置
205 記憶装置
251 測定値取得部
253 演算部
255 出力部
257 記憶部
1 Hot water surface
Claims (10)
前記M個の観測点の決定方法を含み、
前記決定方法は、
前記M個(M≧2)の観測点の候補位置での湯面高さの推定値に基づいて、前記湯面形状を推定するステップと、
推定された前記湯面形状の推定誤差を算出するステップと、
前記推定誤差が小さくなるように、前記M個の観測点の位置を決定するステップと、
を有し、
前記決定するステップにおいて決定された前記M個の観測点は、鋳型幅方向をx軸方向とし、鋳型幅方向の中心をx=0とする座標系において、−W/2以上かつW/2以下の範囲にあり、かつ、それぞれのnについて、少なくとも1つの前記観測点が下記数式(101)で表される値xn,k の位置以外にある、
湯面形状推定方法。
W:鋳型幅
N:前記湯面形状を構成する、前記鋳型の幅方向両端が波の腹となる波長2W/n(nは1からNまでの整数)の正弦波の波長成分の数を示す、2以上の整数
である。 Based on the measured values of the height of the molten metal in the mold of the continuous casting machine at M (M ≧ 2) observation points arranged side by side in the width direction of the mold, the case where the molten metal surface is horizontal was used as a reference. This is a method for estimating the shape of the molten metal, which is the distribution of the height of the molten metal in the mold width direction.
Including the method for determining the M observation points,
The determination method is
A step of the M based on a molten metal surface level estimate of at candidate positions (M ≧ 2) of the observation point, estimates the molten metal surface shape,
The step of calculating the estimated error of the molten metal surface shape and
The step of determining the positions of the M observation points so that the estimation error becomes small, and
Have,
The M observation points determined in the determination step are − W / 2 or more and W / 2 or less in a coordinate system in which the mold width direction is the x-axis direction and the center in the mold width direction is x = 0. in the range of, and, for each n, at least one of the observation point is in other than the position of the value x n, k that you express by the following equation (101),
Hot water surface shape estimation method.
W: Mold width N: Indicates the number of wavelength components of a sine wave having a wavelength of 2 W / n (n is an integer from 1 to N) constituting the molten metal surface shape and having both ends in the width direction of the mold as wave antinodes. It is an integer greater than or equal to 2.
前記観測点の候補位置x1,…,xM を一様乱数により設定して前記湯面形状を推定し、
前記湯面形状の推定誤差として、推定された前記湯面形状の平均二乗誤差RMSEを算出するとともに、前記RMSEと推定対象である湯面形状の時間変動の標準偏差σとの比RMSE/σを算出し、
前記RMSE/σが、予め設定されたRMSE/σの採用基準を満たすかどうかを判定し、
前記採用基準を満たすRMSE/σに対応する前記観測点の候補位置x1,…,xMをM個の前記観測点の位置として採用する、一連の処理を所定の回数繰り返し行い、
前記水準組み合わせの各々について、前記採用基準を満たすRMSE/σに対応する前記観測点の候補位置x1,…,xMについて、いずれかの鋳型短辺から最も近い座標の位置x1に対応する前記観測点の自身に近い側の鋳型短辺である第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比の最大値z1と、前記第1の鋳型短辺と反対側の鋳型短辺である第2の鋳型短辺に最も近い位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比の最大値zMと、を算出し、
前記観測点の数Mについての水準の各々について、前記観測ノイズに関する共分散行列についての水準、及び前記外乱に関する共分散行列についての水準を変更した場合における、前記最大値z1の最小値minz1と、前記最大値zMの最小値minzMと、を算出し、
前記第1の鋳型短辺からの距離が前記第1の鋳型短辺から前記最小値minz1に対応する鋳型幅方向における位置までの距離以下である位置、及び前記第2の鋳型短辺からの距離が前記第2の鋳型短辺から前記最小値minzMに対応する鋳型幅方向における位置までの距離以下である位置に、それぞれ、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点が位置し、残りのM−2個の前記観測点が、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の間に均等な間隔で位置するように、
M個の前記観測点の位置を決定する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の湯面形状推定方法。 A predetermined level for the covariance matrix related to the observed noise in the measurement of the height of the molten metal at the observation point, a predetermined level for the covariance matrix related to the disturbance for each wavelength component constituting the molten metal surface shape, and the observation. For each level combination that is a combination of a predetermined level for the number M of points
Candidate position x 1 of the previous SL observation point, ..., to estimate the Kiyumen shape before set by uniform random numbers x M,
As the estimation error of the surface shape, the estimated mean square error RMSE of the surface shape is calculated, and the ratio RMSE / σ of the RMSE and the standard deviation σ of the time variation of the surface shape to be estimated is calculated. Calculate and
It is determined whether or not the RMSE / σ satisfies the preset RMSE / σ adoption criteria.
A series of processes in which the candidate positions x 1 , ..., X M of the observation points corresponding to the RMSE / σ satisfying the adoption criteria are adopted as the positions of the M observation points are repeated a predetermined number of times.
For each of the level combinations, the candidate positions x 1 , ..., X M of the observation points corresponding to RMSE / σ satisfying the adoption criteria correspond to the positions x 1 of the coordinates closest to any of the short sides of the mold. The maximum value z 1 of the ratio of the distance from the first mold short side, which is the mold short side near itself of the observation point, to the mold width, and the mold short side opposite to the first mold short side. The maximum value z M of the ratio of the distance from the second mold short side of the observation point to the mold width corresponding to the position x M closest to the second mold short side is calculated.
For each of the levels for the number M of the observation points, the minimum value minz 1 of the maximum value z 1 when the level for the covariance matrix for the observation noise and the level for the covariance matrix for the disturbance are changed. And the minimum value minz M of the maximum value z M are calculated.
A position where the distance from the first mold short side is equal to or less than the distance from the first mold short side to the position in the mold width direction corresponding to the minimum value minz 1 , and from the second mold short side. The observation point and the position x M corresponding to the position x 1 correspond to the positions where the distance is equal to or less than the distance from the short side of the second mold to the position in the mold width direction corresponding to the minimum value minz M , respectively. the observation point is located, so the remaining M-2 pieces of the observation points are located in a evenly spacing between the observation point corresponding to the observation point and the position x M corresponding to the position x 1 ,
Determine the positions of the M observation points,
The method for estimating the shape of the molten metal according to any one of claims 1 to 3 .
M≦5の場合には、位置x1に対応する前記観測点の前記第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01以下、かつ位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.12以下となるように、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の位置を決定し、
M≧6の場合には、位置x1に対応する前記観測点の前記第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.19以下、かつ位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.4以下となるように、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の位置を決定する、
請求項4に記載の湯面形状推定方法。 When the adoption standard of RMSE / σ is 0.25,
When M ≦ 5, the ratio of the distance from the short side of the first mold to the mold width of the observation point corresponding to the position x 1 is 0.01 or less, and the observation point corresponding to the position x M. The position of the observation point corresponding to the position x 1 and the position of the observation point corresponding to the position x M are determined so that the ratio of the distance from the short side of the second mold to the mold width is 0.12 or less. And
When M ≧ 6, the ratio of the distance from the short side of the first mold to the mold width of the observation point corresponding to the position x 1 is 0.19 or less, and the observation point corresponding to the position x M. The position of the observation point corresponding to the position x 1 and the position of the observation point corresponding to the position x M are determined so that the ratio of the distance from the short side of the second mold to the mold width is 0.4 or less. To do,
The method for estimating the shape of the molten metal according to claim 4 .
M≦6の場合には、位置x1に対応する前記観測点の前記第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01以下、かつ位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01以下となるように、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の位置を決定し、
M≧7の場合には、位置x1に対応する前記観測点の前記第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01+0.03×(M−6)以下、かつ位置xMに対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比が0.01−0.05×(M−6)以下となるように、位置x1に対応する前記観測点及び位置xMに対応する前記観測点の位置を決定する、
請求項4に記載の湯面形状推定方法。 When the adoption standard of RMSE / σ is 0.20,
When M ≦ 6, the ratio of the distance from the short side of the first mold to the mold width of the observation point corresponding to the position x 1 is 0.01 or less, and the observation point corresponding to the position x M. The position of the observation point corresponding to the position x 1 and the position of the observation point corresponding to the position x M are determined so that the ratio of the distance from the short side of the second mold to the mold width is 0.01 or less. And
When M ≧ 7, the ratio of the distance from the first mold short side of the observation point corresponding to the position x 1 to the mold width is 0.01 + 0.03 x (M-6) or less. Position x 1 so that the ratio of the distance from the second mold short side of the observation point corresponding to the position x M to the mold width is 0.01-0.05 x (M-6) or less. The position of the observation point corresponding to x M is determined.
The method for estimating the shape of the molten metal according to claim 4 .
前記湯面形状を、少なくとも前記鋳型の幅方向両端が波の腹となる波長2W/nの正弦波の波長成分とを含む状態空間モデルによって表現するステップと、
前記状態空間モデルに対してM個の前記観測点において測定された湯面高さを観測値としてカルマンフィルタを適用することによって、前記湯面形状を逐次推定するステップと、
を含み、
前記状態空間モデルは、前記波長成分の振幅を、定在波成分と外乱成分とによって表現し、
前記カルマンフィルタは、前記外乱成分をシステムノイズとして扱う、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の湯面形状推定方法。 The step of estimating the shape of the molten metal is
A step of expressing the molten metal surface shape by a state space model including at least a wavelength component of a sinusoidal wave having a wavelength of 2 W / n whose both ends in the width direction of the mold are wave antinodes.
A step of sequentially estimating the shape of the molten metal by applying a Kalman filter to the state space model using the heights of the molten metal measured at the M observation points as observation values.
Including
In the state space model, the amplitude of the wavelength component is expressed by a standing wave component and a disturbance component.
The Kalman filter treats the disturbance component as system noise.
The method for estimating the shape of the molten metal according to any one of claims 1 to 6 .
請求項1〜7のいずれか1項に記載の湯面形状推定方法。 The M observation points determined in the determination step include the positions of both short sides of the template.
The method for estimating the shape of the molten metal according to any one of claims 1 to 7 .
前記M個(M≧2)の観測点の候補位置での湯面高さの推定値に基づいて前記湯面形状を推定すると共に、推定された前記湯面形状の推定誤差を算出し、前記推定誤差が小さくなるように、前記M個の観測点の位置を決定するように構成されており、
決定された前記M個の観測点は、
鋳型幅方向をx軸方向とし、鋳型幅方向の中心をx=0とする座標系において、−W/2以上かつW/2以下の範囲にあり、かつ、それぞれのnについて、少なくとも1つの前記観測点が下記数式(101)で表される値xn,k の位置以外にある、
湯面形状推定装置。
W:鋳型幅
N:前記湯面形状を構成する、前記鋳型の幅方向両端が波の腹となる波長2W/n(nは1からNまでの整数)の正弦波の波長成分の数を示す、2以上の整数
である。 Based on the measured values of the height of the molten metal in the mold of the continuous casting machine at M (M ≧ 2) observation points arranged side by side in the width direction of the mold, the case where the molten metal surface is horizontal was used as a reference. A molten metal shape estimation device that estimates the molten metal shape, which is the distribution of the height of the molten metal in the mold width direction.
The molten metal shape is estimated based on the estimated value of the molten metal surface height at the candidate positions of the M observation points (M ≧ 2), and the estimated error of the molten metal surface shape is calculated. It is configured to determine the positions of the M observation points so that the estimation error becomes small.
The determined M observation points are
The mold width direction and the x-axis direction, the center of the mold width direction in a coordinate system with x = 0, - W / 2 or more and is in W / 2 or less of the range, and, for each n, at least one of the observation point is other than the position of the value x n, k which are Ru represented by the following equation (101),
Hot water surface shape estimation device.
W: Mold width N: Indicates the number of wavelength components of a sine wave having a wavelength of 2 W / n (n is an integer from 1 to N) constituting the molten metal surface shape and having both ends in the width direction of the mold as wave antinodes. It is an integer greater than or equal to 2.
鋳型幅方向をx軸方向とし、鋳型幅方向の中心をx=0とする座標系において、M個の前記観測点の座標の値が−W/2以上かつW/2以下であり、かつ、それぞれのnについて、少なくとも1つの前記観測点の座標の値が下記数式(105)で表される座標の値xIn a coordinate system in which the mold width direction is the x-axis direction and the center in the mold width direction is x = 0, the coordinate values of the M observation points are −W / 2 or more and W / 2 or less, and For each n, the coordinate value of at least one of the observation points is the coordinate value x represented by the following equation (105). n,kn, k 以外の値であり、Is a value other than
前記観測点における湯面高さの測定での観測ノイズに関する共分散行列について予め定めた水準と、前記湯面形状を構成する各波長成分に対する外乱に関する共分散行列について予め定めた水準と、前記観測点の数Mについて予め定めた水準と、の組み合わせである水準組み合わせの各々について、A predetermined level for the covariance matrix related to the observed noise in the measurement of the height of the molten metal at the observation point, a predetermined level for the covariance matrix related to the disturbance for each wavelength component constituting the molten metal surface shape, and the observation. For each level combination that is a combination of a predetermined level for the number M of points
前記座標系におけるM個の前記観測点の座標の値xCoordinate values x of M observation points in the coordinate system 11 ,…,x, ..., x MM を一様乱数により設定し、Is set by a uniform random number,
設定した座標の値xSet coordinate value x 11 ,…,x, ..., x MM に基づいて推定される前記湯面形状の推定値の平均二乗誤差RMSEを算出するとともに、前記RMSEと推定対象である湯面形状の時間変動の標準偏差σとの比RMSE/σを算出し、The mean square error RMSE of the estimated value of the molten metal surface shape estimated based on the above is calculated, and the ratio RMSE / σ of the RMSE and the standard deviation σ of the time variation of the molten metal surface shape to be estimated is calculated.
算出したRMSE/σが、予め設定されたRMSE/σの採用基準を満たすかどうかを判定し、It is determined whether the calculated RMSE / σ satisfies the preset RMSE / σ adoption criteria.
前記採用基準を満たすRMSE/σに対応する座標の値xCoordinate value x corresponding to RMSE / σ satisfying the above adoption criteria 11 ,…,x, ..., x MM をM個の前記観測点の座標の値として採用する、一連の処理を所定の回数繰り返し行い、Is used as the coordinate values of the M observation points, and a series of processes is repeated a predetermined number of times.
前記水準組み合わせの各々について、前記採用基準を満たすRMSE/σに対応する座標の値xFor each of the level combinations, the coordinate value x corresponding to RMSE / σ that satisfies the adoption criteria. 11 ,…,x, ..., x MM について、いずれかの鋳型短辺から最も近い座標の値xThe value of the coordinates closest to the short side of any mold x 11 に対応する前記観測点の自身に近い側の鋳型短辺である第1の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比の最大値zThe maximum value z of the ratio of the distance from the first mold short side, which is the mold short side on the side close to itself of the observation point corresponding to, and the mold width. 11 と、前記第1の鋳型短辺と反対側の鋳型短辺である第2の鋳型短辺に最も近い座標の値xAnd the value x of the coordinates closest to the second mold short side, which is the mold short side opposite to the first mold short side. MM に対応する前記観測点の前記第2の鋳型短辺からの距離と鋳型幅との比の最大値zThe maximum value z of the ratio of the distance from the second mold short side of the observation point corresponding to the mold width to the mold width. MM と、を算出し、And, calculate
前記観測点の数Mについての水準の各々について、前記観測ノイズに関する共分散行列についての水準、及び前記外乱に関する共分散行列についての水準を変更した場合における、前記最大値zFor each of the levels for the number M of the observation points, the maximum value z when the level for the covariance matrix for the observation noise and the level for the covariance matrix for the disturbance are changed. 11 の最小値minzMinimum value minz 11 と、前記最大値zAnd the maximum value z MM の最小値minzMinimum value minz MM と、を算出し、And, calculate
前記第1の鋳型短辺からの距離が前記第1の鋳型短辺から前記最小値minzThe distance from the short side of the first mold is the minimum value minz from the short side of the first mold. 11 に対応する鋳型幅方向における位置までの距離以下である位置、及び前記第2の鋳型短辺からの距離が前記第2の鋳型短辺から前記最小値minzThe position that is equal to or less than the distance to the position in the mold width direction corresponding to, and the distance from the second mold short side are the minimum value minz from the second mold short side. MM に対応する鋳型幅方向における位置までの距離以下である位置に、それぞれ、座標の値xCoordinate values x at positions that are less than or equal to the distance to the position in the mold width direction corresponding to 11 に対応する前記観測点及び座標の値xThe observation point and coordinate values x corresponding to MM に対応する前記観測点が位置し、残りのM−2個の前記観測点が、座標の値xThe observation points corresponding to are located, and the remaining M-2 observation points are the coordinate values x. 11 に対応する前記観測点及び座標の値xThe observation point and coordinate values x corresponding to MM に対応する前記観測点の間にほぼ均等な間隔で位置するように、So that they are located at approximately even intervals between the observation points corresponding to
M個の前記観測点の座標の値xCoordinate values x of M of the observation points 11 ,…,x, ..., x MM を決定する、To decide,
湯面形状推定方法。Hot water surface shape estimation method.
W:鋳型幅W: Mold width
N:前記湯面形状を構成する、前記鋳型の幅方向両端が波の腹となる波長2W/n(nは1からNまでの整数)の正弦波の波長成分の数を示す、2以上の整数N: Two or more indicating the number of wavelength components of a sine wave having a wavelength of 2 W / n (n is an integer from 1 to N) having both ends in the width direction of the mold forming the surface shape of the molten metal. integer
である。Is.
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