大型浮体のダイナミックポジショニングシステムによる高精度位置制御に関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450386
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 中村 昌彦 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (40155859)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梶原 宏之 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (30114862) ; 柏木 正 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (00161026) ; 小寺山 亘 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (80038562)
• Keywords: 浮体式海洋構造物 / 位置制御 / スラスターアシステッドモアリングシステム / ダイナミックポジショニングシステム / 長周期動揺 / LQI制御 / H_∽制御

Research Abstract

浮体式海洋構造物は潮流・風・波等の外乱下において一定位置を保持することが要求される。一般に位置保持の為には、鎖等によりカテナリー係留する方法、浮体にスラスターを取り付けそれらを制御する事によって位置を保持する方法が考えられる。しかしながら前者の方法では共振現象である長周期動揺が生じ、後者の方法では潮流・風等の順定常的な漂流力に対抗して常にスラスターを駆動しておかなければならず、位置保持の為に多大なエネルギーを必要とする。本研究では、係留による位置保持とスラスターによる位置保持を組み合わせたスラスターアシステッドモアリングシステムを考える。このシステムでは、スラスターは長周期動揺を抑止することにのみ使用される。2つのシステムを併用することにより、位置保持性能を上げ、長周期動揺をなくし、消費エネルギーも少なくすることが期待できる。このシステムを実現する為には、(1)波浪中で動揺する浮体を表す精度のよい数学モデルを作ること(2)係留ラインの張力が浮体運動に及ぼす影響を正確に計算できる係留系の数学モデルを作ること(3)スラスターの発生する推力をモデル化し、推力をコントロールできること(4)波周期の運動にスラスターが反応せず、長周期動揺のみに反応する、フィルター機能を持ったコントローラーを構築できることが必要である。(1)、(2)については規則波中及び不規則波中での模型実験を行い、計測された動揺、張力を計算結果と比較することにより、精度の良い数学モデルを作ることができた。(3)については回転角速度にフィードバックをかけることにより推力を精度よくコントロールできることがわかった。(4)についてはH_∞コントロールを採用することにより、望ましいフィルター機能を持ったコントローラーが設計できることがわかった。以上の研究成果を結合使用し位置保持模型実験を行った結果、少ないエネルギーで高精度の位置保持が可能であった。

Research Products

• [Publications] 中村 昌彦: "スラスターの推力制御" 西部造船会会報. 96. 93-109 (1998)
• [Publications] 中村 昌彦: "H_∽ Control of Thruster for AUV" Proceedings of the Eight International Offshore and Polar Engineering Conference. Vol.2. 255-262 (1998)
• [Publications] 百留 忠洋: "H_∽ Control of Slow Drift Oscillation of Moored Floating Platform with Thrusters" Proceedings of the Eight International Offshore and Polar Engineering Conference. Vol.1. 338-345 (1998)
• [Publications] 百留 忠洋: "係留された浮体式海洋構造物のスラスターによる長周期動揺" 日本造船学会第14回海洋工学シンポジウム. 263-270 (1998)