| 研究課題/領域番号 |
19K15223
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分24020:船舶海洋工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所 |
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研究代表者 |
谷口 友基 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (80586678)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 波力発電装置 / 非線形モデル予測制御 / 実時間制御 / 浮体式波力発電装置 / Kaneの運動方程式 / 陸上試験機 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
海洋再生可能エネルギーの1つである波力は、特定の海域に偏在する資源ではなく、波力発電装置（WEC）の安全性が確保され、かつ高出力化されれば、島嶼地域の電源、海洋状況把握に用いる機器の電源等として利用できる。WECの安全性を確保し、発電量も最大化するには、制約条件の下、目的量を最大化する制御法をWECに適用する必要がある。モデル予測制御（MPC）は、この様な問題に適合するが、小規模で早い制御が必要な機械系に適用する場合、サンプリング周期以内に最適制御問題を解けず、実時間制御が困難な場合が多い。本研究では、多自由度を持つ機械系を対象としたMPCによる実時間制御法をWECを制御対象に開発する。
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| 研究成果の概要 |
浮体式ポイントアブソーバー型波力発電装置（FPAWEC）を対象に，C/GMRES法を援用する非線形モデル予測制御（NMPC）を適用し，制御周期50 msでの実時間制御を確認した．
まず，1自由度系ポイントアブソーバー型波力発電装置（PAWEC）を対象に，発電機構単独試験，発電機構を組み込んだ水槽試験を行い，NMPCの基本特性を把握し，他の制御法と運動性能及び発電性能を比較した．FPAWECは可動浮体とスパーが並進ジョイントで結合された多体系である．運動拘束があるため，Kaneの方程式を用いて縦運動方程式を導出し，連成項を一部簡略化することでNMPCを適用可能とした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
日本近海は欧米に比べて波パワーが小さい．また，遠浅の海域も少なく，海洋再生エネルギーを効率よく取得するには，沖合に展開可能な浮体式施設の活用が望ましい．
本研究では，先行研究では1自由度系PAWECへの適用に留まっていたNMPCをFPAWECに適用し，水槽試験にて制御周期50 msでの実時間制御を確認すると伴に，他の制御法を実装した場合と運動性能及び発電性能を比較した．2浮体系となるFPAWECにもNMPCの様な制約条件付最適化手法が適用可能であることを実験的に示した点は学術的意義がある．また，本研究成果は，沖合利用可能で高効率な浮体式波力発電施設の開発に資するため，社会的意義もあると思われる．
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