(57)【要約】      （修正有）【課題】単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御において、弁の開閉時の動作特性が異なるために、応答遅れやハンチングが生じるのを防止し、この制御方法を連続鋳造機二次冷却水の流量制御に利用する方法を提供する。【解決手段】単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御に際し、動作方向の違いに応じて、違うゲインを用いる。すなわち、ＰＩＤ演算回路１Ｋにおいて流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差をとり、偏差がゼロより大きい場合にはゲイン１を選択し、偏差がゼロないしゼロより小さければゲイン２を選択するようにして応答遅れやハンチングが生じるのを防止する。【選択図】図１
2008260025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御に際し、動作方向の違いに応じて、違うゲインを用いることを特徴とする単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御方法。
【請求項２】
請求項１の単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御方法による流体の流量制御方法。
【請求項３】
請求項１の単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御方法による連続鋳造機二次冷却水の流量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御方法およびそれによる流体の流量制御方法と連続鋳造機二次冷却水の流量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一例として、特許文献１などに説明されている、電空ポジショナを備えた自動制御弁Ｖを例に挙げて説明するが、電空ポジショナを備えた自動制御弁Ｖは、通常、図２に示すごとくダイヤフラム駆動部１ａやリニアポテンショメータ１ｂを備えたダイヤフラム駆動弁１と、圧電素子製のフラッパー２ａを備えた電空変換器２と、ＰＩＤ制御器３などから構成されており、入力操作信号４をＰＩＤ制御器３に入力することにより、制御信号５がフラッパー２ａに加えられ、フラッパー２ａがノズル２ｂを閉じる方向に動かされる。
【０００３】
すなわち、フラッパー２ａが動くと、図３に示すごとくパイロットバルブ６の圧力室６ａの圧力が上昇し、背圧室６ｂの圧力とのバランスが崩れてスプール６ｃが上昇する。これにより、ポート６ｄが開放されて駆動用空気７が空気圧管路８を通してダイヤフラム駆動部１ａに印加され、ステム１ｃが変位する。
【０００４】
ステム１ｃの変位はリニアポテンショメータ１ｂによって電気信号に変換され、変換された変位信号（フィードバック信号）９が制御器３にフィードバックされることにより、制御信号５が変化し、ダイヤフラム駆動弁１のステム１ｃが入力操作信号４に見合った量の変位をするまで訂正動作が行われ、常に入力操作信号４に比例したダイヤフラム駆動弁１のステム変位が得られる。
【０００５】
以上述べたような電空ポジショナを備えた自動制御弁Ｖの制御は、弁そのものは簡単なものを使用しつつ、ステム１ｃの変位を連続的に可変制御できるという利点がある。
【０００６】
すなわち、図４（ａ）に記号で示すような、スプリング付きの単動形空気圧シリンダのように、構造簡単で部品点数が少なく、しかも安価で、故障もしにくい弁を用いても、単なるオンオフの制御ではなく、変位を連続的に可変制御できるという利点がある。
【０００７】
なお、図４（ｂ）は、特許文献２でさらに従来技術として扱っている、一般的な単動形空気圧シリンダの実物の構造の例である。図３とは天地逆になっているが、空気取入口１ｄからの空気の流入により、ピストン１ｆとそれに接続されたステム１ｃ（特許文献２では弁体支持部と呼称）が上昇し、ダイヤフラム駆動部１ａを動かすことで、管路１ｇ、１ｈが導通するだけの開度が確保される。空気取入口１ｄから流入する空気の圧力が失われると、スプリング１ｉの弾性力により、自動的にピストン１ｆとそれに接続されたステム１ｃが下降し、ダイヤフラム駆動部１ａも動く。
【０００８】
そのような利点は、例えば、特許文献３にいう、図５に示すような連続鋳造機Ａにおける二次冷却水の流量制御方法などに利用される理由となっている。連続鋳造機Ａには、鋳片の材質の違いによって、あるいは、鋳片に表面欠陥が生じるのを抑えるのに好適な、二次冷却水の流量がある。特許文献３では、各冷却ゾーン２０〜２９ごとに流量制御弁４２〜５１が設けられている。特許文献４や特許文献５では、さらに、鋳片の幅方向に二次冷却水の系統を分け、それぞれ最適な冷却水の流量に制御することを提案している。特許文献６では、二次冷却水に空気を混合してミスト状としたものを用いることを提案している。
【０００９】
いずれにせよ、ダイヤフラム駆動弁１において、ステム１ｃの変位を連続的に可変制御することで、二次冷却水を供給する管に設置された流量制御弁４２〜５１の開度を連続的に可変制御できる。なお、一次冷却水は鋳型１５を冷却するものであるのに対し、二次冷却水は鋳片ａ，ｂを冷却するものである。
【００１０】
さて、変位を連続的に可変制御するに際しては、制御ゲインが問題となる。先に述べた特許文献１では、Ｇｆ（ｓ）をリニアポテンショメータ１ｂ、Ｇｐ（ｓ）を無駄時間のない場合の制御対象の伝達関数、Ｇｐ（ｓ）・ｅ−ｓＬを無駄時間をもつ制御対象の伝達関数として、伝達関数（ゲイン）を、Ｇｆ（ｓ）・Ｇｐ（ｓ）・（１−ｅ−ｓＬ）とすることを記載している。
【特許文献１】特開平０４−２０３６０１号公報
【特許文献２】特開平０５−０３９８７９号公報
【特許文献３】特開平１０−１２８５１４号公報
【特許文献４】特開平０１−２４１３６２号公報
【特許文献５】特開２００６−３１５０１１号公報
【特許文献６】特開２００６−１７５４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、単動式シリンダを自動制御弁として用いた場合、スプリングが設置されているため、弁が開くときと閉じるときとで、応答速度が異なる。
【００１２】
このため、特許文献１のように、ゲインを共通にしていると、弁が開くときか閉じるとき、いずれか一方の場合に合うようにゲインを調整せざるを得ないところ、開閉のうち小さいゲインの方に合うようにした場合、逆方向の動作の応答が遅くなり、また、大きいゲインの方に合うようにした場合、開閉の出力方向が頻繁に反転する微細制御の指令が出力されたときに制御対象の実際の動作の追随が遅れ、制御対象の実際の動作の方向と制御指令の出力される方向が逆になって系全体が振動してしまう、いわゆるハンチングを生じてしまう場合がある、という問題がある。
【００１３】
本発明は、以上説明したような従来技術の問題、すなわち、単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御において、応答遅れやハンチングが生じるのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
[１]単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御に際し、動作方向の違いに応じて、違うゲインを用いることを特徴とする単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御方法。
[２][１]による流体の流量制御方法。
[３][１]による連続鋳造機二次冷却水の流量制御方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、単動形空気圧シリンダ式調節弁の制御において、応答遅れやハンチングが生じるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１を参照しつつ、本発明の実施の形態の一例について説明する。図１中の１は、先述の図２に示したダイヤフラム駆動弁１と同じである。１ｊは流量計である。以下、制御器３内、あるいは、別に設置したその他の制御装置内の回路として実現してもよいが、本発明の制御方法を実施できる回路について順を追って説明する。
【００１７】
まず、流量計１ｊによって実測された流体Ｆの流量実績値ＰＶがＰＩＤ演算回路１ｋに入力される。ＰＩＤ演算回路１ｋには、別途、流量目標値ＳＶも入力される。ＰＩＤ演算回路１ｋでは、流量目標値ＳＶと流量実績値ＰＶとの偏差をとり、その偏差に応じてダイヤフラム駆動弁１に向け、指令値ＭＶを出力し、ダイヤフラム駆動弁１は、その出力に従って動く。
【００１８】
ここで、本発明では、流量計１ｊによって実測された流体Ｆの流量実績値ＰＶと、流量目標値ＳＶが、別の回路でゲイン決定テーブル１ｍにも入力され、ゲイン決定テーブル１ｍでは、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差をとり、それがゼロより大きい場合はゲイン１をＰＩＤ演算回路１ｋに送り、ゼロ以下の場合はゲイン２を、決定ゲインとして、ＰＩＤ演算回路１ｋに送るようにしている。
【００１９】
ＰＩＤ演算回路１ｋでは、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差がゼロより大きい場合は、目標値よりも実績値の方が小さいことを意味するから、実績値を増やす側、すなわち、流量を増やす側に、制御が行われる。逆に、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差がゼロより小さい場合は、目標値よりも実績値の方が大きいことを意味するから、実績値を減らす側、すなわち、流量を減らす側に、制御が行われる。もっとも、Ｐ（比例制御）、Ｉ（積分制御）、Ｄ（微分制御）のうちの一部だけを使用するようにするなどしても本発明の趣旨を逸脱しないことはいうまでもない。
【００２０】
ゲイン決定テーブル１ｍ内のロジックもこれと似ており、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差がゼロより大きい場合は、ゲイン１を用い、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差がゼロより小さい場合は、ゲイン２を用いる、という具合に、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差がゼロより大きいか小さいかに応じて、違うゲインを用いるようにする。
【００２１】
すなわち、先にも述べた通り、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差がゼロより大きいか小さいかに応じて、流量を増やす側か減らす側に制御が行われることから、結果的に、本発明では、動作方向の違いに応じて、違うゲインを用いることになる。
【００２２】
ダイヤフラム駆動弁１にはスプリング１ｉが設けられているため、ダイヤフラム駆動弁１として、仮にもし、弁開度を大きくするときに空気圧を用い、弁開度を小さくするときにスプリング１ｉの弾性力を用いるタイプのものを用いるとすれば、弁開度を大きくする、すなわち、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差がゼロより大きくて流量を増やす側に制御を行う場合は、スプリング１ｉの弾性力に抗して弁開度を大きくする必要があることから、このときに用いるゲイン１は、スプリング１ｉの弾性力に助けられて弁開度を小さくする場合に用いるゲイン２よりも大きくする（ゲイン１＞ゲイン２）。
【００２３】
逆に、ダイヤフラム駆動弁１として、仮にもし、弁開度を小さくするときに空気圧を用い、弁開度を大きくするときにスプリング１ｉの弾性力を用いるタイプのものを用いるとすれば、弁開度を大きくする、すなわち、流量目標値ＳＶから流量実績値ＰＶを差し引いた偏差がゼロより大きくて流量を増やす側に制御を行う場合は、スプリング１ｉの弾性力に助けられることから、このときに用いるゲイン１は、スプリング１ｉの弾性力に抗して弁開度を小さくする場合に用いるゲイン２よりも小さくする（ゲイン１＜ゲイン２）。
【００２４】
以上の説明は、本発明の実施の形態の一例を説明したものに過ぎず、本発明は、以上説明した実施の形態に限るものではない。例えば、図１に示したものは、先の図２に示したフラッパー２ａや電空変換器２のほか、図３に示したパイロットバルブ６などを省略しているが、これらを備えたものに本発明を適用してもよい。また、実際上は空気圧シリンダしか使わないが、シリンダに使う作動流体Ｆは、水でも空気でも、あるいは、その他の気体や液体など、どのような流体を用いたものであっても、本発明に適用できる。
【実施例】
【００２５】
図５に示した連続鋳造機Ａを用いて、炭素鋼を連続鋳造する場合、本発明はハンチングを防止できるため、本発明を用いない例えば特許文献３のような技術と比べた場合、鋳片に表面欠陥の発生する本数の比率は、６．５％内外→１％に低減できる。
【００２６】
本発明は上記の例のみならず、特許文献４や特許文献５、あるいは、特許文献６のように、鋳片の幅方向に二次冷却水の系統を分けたり、二次冷却水に空気を混合してミスト状としたものを用いる場合でも、同様に適用することができる。
【００２７】
また、以上の説明は連続鋳造機の二次冷却水の制御という特定分野の技術に本発明を適用した場合についてのものであるが、あくまで一例に過ぎず、本発明は、そのような特定分野の技術だけに適用されるべきものではなく、流体の流量制御に広く普く適用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態の一例について説明するための線図
【図２】従来技術について説明するための線図
【図３】従来技術について説明するための線図
【図４】従来技術について説明するための線図
【図５】従来技術について説明するための線図
【符号の説明】
【００２９】
１  ダイヤフラム駆動弁
１ａ  ダイヤフラム駆動部
１ｂ  リニヤーポテンショメータ
１ｃ  ステム
１ｄ  空気取入口
１ｅ  空気排出口
１ｆ  ピストン
１ｇ，１ｈ  管路
１ｉ  スプリング
１ｊ  流量計
２  電空変換器
２ａ  圧電素子製フラッパー
２ｂ  ノズル
３  制御器
４  入力電気操作信号
５  制御信号
６  パイロットバルブ
６ａ  圧力室
６ｂ  背圧室
６ｃ  スプール
６ｄ  ポート
７  駆動用空気
８  空気圧管路
９  変位信号（フィードバック信号）
１０  タンディッシュ
１１  取鍋
１２  浸漬ノズル
１３  浸漬管
１４  鋳造ストランド
１５  鋳型
２０〜２９  二次冷却ゾーン
３０  一次冷却ゾーン
３１〜４１  冷却水供給配管
４２〜５２  流量制御弁
５３  制御装置
５４  計算機
５４ａ  カッター
５５  鋳片
５６  鋳片継ぎ部材
Ａ  連続鋳造機
ａ  先行鋳片
ｂ  後行鋳片
Ｆ  流体
Ｖ  電空ポジショナを備えた自動制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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