JP2003022134A - System and simulator for controlling position of floating body - Google Patents

System and simulator for controlling position of floating body

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JP2003022134A
JP2003022134A JP2001207133A JP2001207133A JP2003022134A JP 2003022134 A JP2003022134 A JP 2003022134A JP 2001207133 A JP2001207133 A JP 2001207133A JP 2001207133 A JP2001207133 A JP 2001207133A JP 2003022134 A JP2003022134 A JP 2003022134A
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floating body
control
motion
output
neural network
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Ikuo Yamamoto
郁夫 山本
Katsuya Taigo
克哉 太呉
Masami Matsuura
正巳 松浦
Hidekazu Kobayashi
英一 小林
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To establish efficient position control technology for relative motion floating bodies having huge mass to be dynamically influenced with each other. SOLUTION: A system for controlling positions of floating bodies having a first floating body 1 and a second floating body 3 linked with the first floating body 1 to be displaced. The first floating body 1 is provided with a control circuit 6 to control a motion of the first floating body 1. The control circuit 6 is provided with a first control circuit 7 to output a first output signal 9 based on input of a first input signal θ1-θ2 as physical quantity regarding position control of the first floating body 1 and a second control circuit 8 to output a second output signal 11 based on input of second input signals R, ΔR as relative physical quantity of the first floating body 1 to the second floating body 3. The motion of the first floating body 1 is controlled based on the first output signal 9 and the second output signal 11. The second control circuit 8 is a neutral network to output the second output signal 11 to compensate the first output signal 9.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、浮体位置制御シス
テムに関し、特に、力学的に影響し合うニ浮体間の位置
制御を行なう浮体位置制御システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a floating body position control system, and more particularly, to a floating body position control system for performing positional control between two floating bodies that mechanically influence each other.

【0002】[0002]

【従来の技術】海洋は、石油、ガス、メタンハイドレー
トなどのエネルギー資源の開発場所として、多くの可能
性を持っている。また、温暖化ガスの排出場所の一つと
して、海底奥深い場所へ埋める案も検討されており、海
洋(海底)の利用は益々進んでいくと予測される。それ
に伴い、海洋での開発は、従来の大陸棚だけでなく、大
陸棚傾斜面などの水深の深い海域や、自然環境条件のよ
り厳しい海域へ展開して行くことが予想される。このよ
うな状況の中で、浮遊式生産プラットフォーム(FPS
O)を用いる浮遊式生産システムは、小規模海洋油田な
どの海洋資源開発に適したシステムとして注目されてお
り、実績を積んで来ている。
2. Description of the Related Art The ocean has many possibilities as a development site for energy resources such as oil, gas and methane hydrate. Also, as one of the greenhouse gas emission sites, a plan to bury it in a deep seabed is being considered, and it is expected that the use of the ocean (seabed) will continue to increase. Along with this, it is expected that development in the ocean will expand not only to conventional continental shelves but also to deeper waters such as slopes of continental shelves and waters with more severe natural environmental conditions. In this situation, the floating production platform (FPS
The floating production system using O) has been attracting attention as a system suitable for the development of marine resources such as small-scale offshore oil fields, and has a proven track record.

【0003】しかし、小規模海洋油田などの海洋資源開
発が中水深、大水深へと進むに連れて、従来からFPS
Oの位置保持方法として用いられている係留方式のみで
は、技術的、経済的な面から困難になっている。そこ
で、浮遊式生産システムとして、複数のスラスタをアク
チュエータとして用いたDPS(Dynamic Po
sitioning System)による位置保持制
御(海象及び気象によりFPSOが所定の位置から流さ
れた場合、スラスタの制御により元の位置へ戻し位置保
持するシステム)が不可欠になる。そして、この場合、
自然環境の変化に応じてアクチュエータである各スラス
タを適切に制御し、浮遊式生産プラットフォームを的確
に位置保持する必要がある。
However, as the development of marine resources such as small-scale offshore oil fields progresses to medium and deep water depths, the FPS has traditionally been used.
Only the mooring method used as the O position holding method is difficult from the technical and economical point of view. Therefore, as a floating production system, a DPS (Dynamic Po) using a plurality of thrusters as actuators is used.
Positioning control by a positioning system (a system for returning the position to the original position by controlling the thruster when the FPSO is flown from a predetermined position due to sea conditions and weather) is indispensable. And in this case,
It is necessary to properly control each thruster, which is an actuator, in accordance with changes in the natural environment, and hold the floating production platform in an appropriate position.

【0004】更に、生産システム全体としての稼動率を
向上させるためにはFPSOからシャトルタンカーへの
洋上積出し時の稼動率向上も重要な課題の1つである。
洋上積出時の稼動率向上のためにはFPSOとシャトル
タンカーとの相対運動を小さく抑えて積出時の限界波高
を引き上げる必要がある。限界波高を引き上げる為に最
も問題となるのがFPSOとシャトルタンカーのニ浮体
間のホーサ張力である。
Further, in order to improve the operating rate of the entire production system, improving the operating rate at the time of offshore loading from the FPSO to the shuttle tanker is also an important issue.
In order to improve the operating rate at the time of offshore shipping, it is necessary to suppress the relative movement between the FPSO and the shuttle tanker to raise the limit wave height at the time of shipping. The greatest problem in raising the limit wave height is the hawser tension between the FPSO and the two floating bodies of the shuttle tanker.

【0005】すなわち、二浮体間の位置制御の適正化が
求められている。洋上生産システムは、洋上に係留され
位置が概ね一定的に制御されるFPSOを備えている。
そのFPSOから、シャトルタンカーに洋上積み出しが
行なわれる。FPSOとシャトルタンカーとの間の相対
位置制御が望まれる。従来は、FPSOとシャトルタン
カーは、潮流に身を任せて相対距離と相対回転角を自動
調整し、又は、タグボート、FPSOとシャトルタンカ
ーのスラスタを用いて、名人芸的に人為的にその制御を
行なっていた。
That is, it is required to optimize the position control between the two floating bodies. The offshore production system comprises an FPSO moored offshore and whose position is controlled approximately constant.
Offshore loading is performed from the FPSO to the shuttle tanker. Relative position control between the FPSO and the shuttle tanker is desired. Conventionally, the FPSO and the shuttle tanker automatically adjust the relative distance and the relative rotation angle by entrusting themselves to the tidal current, or by using the thruster of the tugboat, the FPSO and the shuttle tanker, artificially and artificially control the control. I was doing.

【0006】FPSOとシャトルタンカーのそのような
位置制御は、その自動化が望まれる。シャトルタンカー
3は、図1に示されるように、FPSO1にホーサ4で
繋がれているが、潮流、波などの自然環境の中で、自然
放流状態に放置されている。シャトルタンカー3とFP
SO1の基準点間の距離は、ホーサ4の垂れと伸縮によ
り許容される範囲内で一定の距離に維持される。シャト
ルタンカー3が外力の方向の変化により回転的にFPS
O1に対して相対的に運動・変位する場合に、FPSO
1とシャトルタンカー3の間の相対距離が許容範囲内で
一定になるようにフィードバック制御が行なわれること
が望まれる。
Such position control of FPSOs and shuttle tankers is desired to be automated. As shown in FIG. 1, the shuttle tanker 3 is connected to the FPSO 1 by a hawser 4, but is left in a natural discharge state in a natural environment such as tidal currents and waves. Shuttle tanker 3 and FP
The distance between the SO1 reference points is maintained at a constant distance within the range allowed by the sagging and expansion / contraction of the hawser 4. Shuttle tanker 3 rotates FPS due to change in direction of external force
FPSO when moving / displacement relative to O1
It is desired that the feedback control be performed so that the relative distance between 1 and the shuttle tanker 3 becomes constant within the allowable range.

【0007】そのような制御として、PID制御が適正
である。そのようなPID制御として、既述の基準点間
距離が一定になるようにFPSO1の回転変位を制御す
る距離一定制御が考えられる。FPSOの可動項目は、
回頭角に限定されるので、距離一定制御は、物体固定座
標系の相対位置のY軸(横軸、船尾船首方向に直交する
軸)方向成分を回頭角の偏差相当に変換される。距離一
定制御は、張力を平均的に減少させるが、回頭角を安定
化させる部分が存在しないので、振れが大きくなって張
力が過大になることが観測された。
As such control, PID control is appropriate. As such PID control, a constant distance control that controls the rotational displacement of the FPSO 1 so that the distance between the reference points is constant can be considered. The movable items of FPSO are
Since it is limited to the turning angle, in the constant distance control, the Y-axis (horizontal axis, axis orthogonal to the stern bow direction) direction component of the relative position of the object fixed coordinate system is converted into a deviation of the turning angle. It was observed that the constant distance control reduces the tension on average, but since there is no part that stabilizes the turning angle, the deflection becomes large and the tension becomes excessive.

【0008】また、PID制御は、巨大な質量を持つF
PSOの外乱応答が迅速で無く、相対距離変位が直ちに
ホーサ4の張力に影響を与える非線型現象に満足に対応
することは、状況によっては困難である。例えば、波高
が高い等の海象・気象の外力(外乱)が大きい場合であ
る。そのような場合、ニ浮体の相対回転は直ちにホーサ
両端間の距離変動を招くこと、目標制御量と出力制御量
との対応が遅延すること、その遅延の間に多様なニ浮体
相対間の物理量が無制御的に変動すること、制御が多体
問題であること等が複合的に重なる非線型要因によっ
て、巨大質量を持つ相対運動浮体を満足に行なう制御は
PID制御だけで実現することは困難である。
In addition, the PID control is based on F with a huge mass.
In some situations, it is difficult to satisfactorily address the non-linear phenomenon in which the disturbance response of the PSO is not rapid and the relative distance displacement immediately affects the tension of the hawser 4. For example, this is the case when the external force (disturbance) of the sea condition / weather such as high wave height is large. In such a case, the relative rotation of the two floating bodies immediately causes a distance variation between both ends of the hawser, the correspondence between the target control amount and the output control amount is delayed, and the physical quantity between the various two floating body relatives is delayed during the delay. It is difficult to realize PID control alone to satisfactorily perform a relative motion floating body having a huge mass due to non-linear factors that are compounded such that the control fluctuates uncontrollably and the control is a multibody problem. Is.

【0009】力学的に影響し合う巨大質量を持つ相対運
動浮体の有効な運動制御の技術の確立が求められる。特
に、回転運動が相対距離変動を招く二運動浮体の間の運
動の有効な制御が望まれる。特に、回転運動を相対距離
とその変動に基づいて補正する補正技術の確立が求めら
れ、外乱に対する適法性に優れていることが望ましい。
It is required to establish a technique for effective motion control of a relative motion floating body having a huge mass that mechanically influences each other. In particular, effective control of the movement between two moving floating bodies whose rotary movement causes relative distance fluctuations is desired. In particular, it is required to establish a correction technique for correcting the rotational movement based on the relative distance and its variation, and it is desirable that the legality against disturbance is excellent.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、洋上のFPSOとシャトルタンカーのような、力学
的に影響し合う巨大質量を有する二浮体間の相対位置を
有効に制御することが可能な浮体位置制御システムを提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to effectively control the relative position between two floating bodies having huge masses that mechanically influence each other, such as an offshore FPSO and a shuttle tanker. It is to provide a possible floating body position control system.

【0011】また、本発明の別の目的は、洋上のFPS
Oとシャトルタンカーのような、力学的に影響し合う巨
大質量を有する二浮体間の相対距離を外力存在化におい
ても有効に制御することが可能な浮体位置制御システム
を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an offshore FPS.
An object of the present invention is to provide a floating body position control system capable of effectively controlling the relative distance between two floating bodies having enormous masses that mechanically influence each other, such as O and a shuttle tanker, even in the presence of an external force.

【0012】更に、本発明の他の目的は、洋上のFPS
Oとシャトルタンカーのような、特に回転運動が相対距
離の変動を招く二浮体間の相対距離を有効に制御するこ
とが可能な浮体位置制御システムを提供することであ
る。
Still another object of the present invention is to provide offshore FPS.
An object of the present invention is to provide a floating body position control system such as an O and a shuttle tanker, which is capable of effectively controlling the relative distance between two floating bodies in which rotational movement causes fluctuations in the relative distance.

【0013】更に、本発明の他の目的は、洋上のFPS
Oとシャトルタンカーとを繋ぐホーサにかかる張力を低
く抑える制御を有効に行なうことが可能な浮体位置制御
システムを提供することである。
Still another object of the present invention is to provide an offshore FPS.
It is an object of the present invention to provide a floating body position control system capable of effectively controlling the tension applied to the hawser connecting the O and the shuttle tanker to a low level.

【0014】更に、本発明の他の目的は、洋上のFPS
Oとシャトルタンカーとが行なう石油の洋上積出時の限
界波高を引き上げることが可能な制御を行なう浮体位置
制御システムを提供することである。
Still another object of the present invention is to provide offshore FPS.
It is an object of the present invention to provide a floating body position control system that performs control capable of raising the limit wave height during the offshore shipping of oil performed by O and a shuttle tanker.

【0015】また、本発明の別の目的は、洋上のFPS
Oとシャトルタンカーのような、力学的に影響し合う巨
大質量を有する二浮体間の位置制御に関するシミュレー
ションが可能な浮体位置制御シミュレータ及び浮体位置
制御シミュレーション方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an offshore FPS.
An object of the present invention is to provide a floating body position control simulator and a floating body position control simulation method capable of simulating the positional control between two floating bodies having huge masses that mechanically influence each other, such as O and a shuttle tanker.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特
許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
[Means for Solving the Problems] Means for solving the problems will be described below by using the numbers and symbols used in the embodiments of the present invention. These numbers and signs are added to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the [Embodiment of the Invention]. However, those numbers and signs should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in [Claims].

【0017】上記課題を解決するために、本発明の浮体
位置制御システムは、第1浮体(1)と、前記第1浮体
(1)に変位可能に連結されている第2浮体(3)とを
具備する。そして、前記第1浮体(1)は、前記第1浮
体(1)の方向(θ1)と前記第1浮体に作用する外力
の方向(θ2)とに基づいて、前記第1浮体(1)を前
記外力の方向(θ2)へ向かわせるように、前記第1浮
体(1)の運動を制御するPID制御回路(7)を備え
る。
In order to solve the above problems, the floating body position control system of the present invention comprises a first floating body (1) and a second floating body (3) displaceably connected to the first floating body (1). It is equipped with. Then, the first floating body (1) is controlled based on the direction (θ1) of the first floating body (1) and the direction (θ2) of the external force acting on the first floating body. A PID control circuit (7) for controlling the movement of the first floating body (1) is provided so as to direct the external force in the direction (θ2).

【0018】また、本発明の浮体位置制御システムは、
前記PID制御回路(7)のゲインのうち、比例ゲイン
は、前記第1浮体を前記外力の方向へ向かう傾向を示す
ように調整され、積分ゲインは、概ね零に調整され、微
分ゲインは、前記第1浮体が振れ回りを起こさないよう
に調整される。
Further, the floating body position control system of the present invention is
Among the gains of the PID control circuit (7), the proportional gain is adjusted so as to show a tendency to move the first floating body in the direction of the external force, the integral gain is adjusted to substantially zero, and the differential gain is The first floating body is adjusted so as not to whirl.

【0019】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
第1浮体(1)と、前記第1浮体(1)に変位可能に連
結されている第2浮体(3)とを具備する。そして、前
記第1浮体(1)は、前記第1浮体(1)の運動を制御
する制御回路(6)を備え、前記制御回路(6)は、前
記第1浮体(1)の位置制御に関わる物理量である第1
入力信号(θ2−θ1)の入力に基づいて、第1出力信
号(9)を出力する第1制御回路(7)と、前記第2浮
体(3)に対する前記第1浮体(1)の相対的物理量で
ある第2入力信号(R、ΔR)の入力に基づいて、第2
出力信号(11)を出力する第2制御回路(8)とを備
える。前記第1浮体(1)の運動は、前記第1出力信号
(9)と前記第2出力信号(11)とに基づいて制御さ
れ、前記第2制御回路(8)は、前記第1出力信号
(9)を補正するための前記第2出力信号(11)を出
力するニューラルネットワークである。
Further, the floating body position control system of the present invention is
It comprises a first floating body (1) and a second floating body (3) displaceably connected to the first floating body (1). The first floating body (1) includes a control circuit (6) for controlling the movement of the first floating body (1), and the control circuit (6) controls the position of the first floating body (1). The first physical quantity involved
A first control circuit (7) that outputs a first output signal (9) based on the input of the input signal (θ2-θ1), and the relative position of the first floating body (1) with respect to the second floating body (3). Based on the input of the second input signal (R, ΔR) that is a physical quantity, the second
A second control circuit (8) for outputting an output signal (11). The movement of the first floating body (1) is controlled based on the first output signal (9) and the second output signal (11), and the second control circuit (8) controls the first output signal (9). The neural network outputs the second output signal (11) for correcting (9).

【0020】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
前記第1信号(9)は前記第1浮体(1)に作用する外
力の前記第1浮体に対する方向(θ1)であり、前記第
2信号(11)は、前記第1浮体(1)と前記第2浮体
(3)の間の相対的距離(Y len)に基づく量と前記
相対的距離の変位(ΔYlen)に基づく量とである。
Further, the floating body position control system of the present invention is
The first signal (9) acts on the first floating body (1)
The direction (θ1) of the force with respect to the first floating body,
Two signals (11) are the first floating body (1) and the second floating body.
Relative distance between (3) (Y len) Based on the amount and
Displacement of relative distance (ΔYlen) And the quantity based on.

【0021】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
第1浮体(1’)と、前記第1浮体(1’)に変位可能
に連結されている第2浮体(3)とを具備する。そし
て、前記第1浮体(1’)は、前記第1浮体(1’)の
位置制御に関わる物理量である第1入力信号に基づいて
前記第1浮体(1’)の運動の制御を行なう第1制御回
路(8’)を備え、前記第1制御回路(8’)は、ニュ
ーラルネットワークである(図3(a))。
Further, the floating body position control system of the present invention is
It comprises a first floating body (1 ') and a second floating body (3) displaceably connected to the first floating body (1'). The first floating body (1 ′) controls the movement of the first floating body (1 ′) based on a first input signal which is a physical quantity related to the position control of the first floating body (1 ′). 1 control circuit (8 '), the said 1st control circuit (8') is a neural network (FIG.3 (a)).

【0022】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
第1浮体(1’)と、前記第1浮体(1’)に変位可能
に連結されている第2浮体(3)とを具備する。そし
て、前記第1浮体(1’)は、前記第1浮体(1’)の
運動を制御する制御回路を備え、前記制御回路は、前記
第1浮体(1’)の位置制御に関わる物理量である第1
入力信号の入力に基づいて第1出力信号を出力する第1
制御回路(1’)と、前記第1出力信号と前記第1浮体
(1’)の運動出力とである第2入力信号の入力に基づ
いて第2出力信号を出力する第2制御回路(8’)とを
備える。前記第1浮体(1’)の運動は、前記第1出力
信号に基づいて制御され、前記第2制御回路(8’)
は、前記第1制御回路の出力信号を補正するための前記
第2出力信号を出力するニューラルネットワークである
(図3(b))。
Further, the floating body position control system of the present invention is
It comprises a first floating body (1 ') and a second floating body (3) displaceably connected to the first floating body (1'). The first floating body (1 ') includes a control circuit for controlling the movement of the first floating body (1'), and the control circuit is a physical quantity related to the position control of the first floating body (1 '). There is a first
A first output signal that outputs a first output signal based on an input of the input signal
A control circuit (1 ′) and a second control circuit (8) that outputs a second output signal based on the input of a second input signal that is the first output signal and the motion output of the first floating body (1 ′). ') And. The movement of the first floating body (1 ') is controlled based on the first output signal, and the second control circuit (8').
Is a neural network that outputs the second output signal for correcting the output signal of the first control circuit (FIG. 3B).

【0023】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
前記第1信号は前記第1浮体(1、1’)に作用する外
力の方向である。
Further, the floating body position control system of the present invention is
The first signal is a direction of an external force acting on the first floating body (1, 1 ').

【0024】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
前記第1浮体(1、1’)の運動出力は教師データとし
て前記ニューラルネットワーク(8、8’)に戻され、
前記ニューラルネットワーク(8、8’)は、前記教師
データに基づいて常態的に学習を行なう。
Further, the floating body position control system of the present invention is
The motion output of the first floating body (1, 1 ') is returned to the neural network (8, 8') as teacher data,
The neural network (8, 8 ') normally performs learning based on the teacher data.

【0025】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
前記ニューラルネットワーク(8、8’)は、事前に学
習を済ませてから前記第1浮体(1、1’)の制御を行
なう。
Furthermore, the floating body position control system of the present invention is
The neural network (8, 8 ') controls the first floating body (1, 1') after learning is performed in advance.

【0026】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
前記第1制御回路(7,7’)は、PID制御回路であ
る。
Further, the floating body position control system of the present invention is
The first control circuit (7, 7 ') is a PID control circuit.

【0027】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
前記第2浮体(3)は前記第1浮体(1,1’)にホー
サ(4)を介して連結されている。
Furthermore, the floating body position control system of the present invention is
The second floating body (3) is connected to the first floating body (1, 1 ') via a hawser (4).

【0028】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
前記ニューラルネットワーク(8、8’)は多層(23
−1〜3)を備える。そして、前記多層(23−1〜
3)のうちの1つの層の第i番目のニューロン出力がQ
で表され、前記1つの層の次の層の第j番目のニュー
ロンに入力するニューロン入力がQで表され、前記第
i番目のニューロンと前記第j番目のニューロンとの間
の荷重係数がωijで表され、前記ニューラルネットワ
ーク(8、8’)は次式:Q=f(Σωij
で表される。
Further, the floating body position control system of the present invention is
The neural network (8, 8 ') is a multi-layer (23
-1 to 3). Then, the multilayer (23-1 to 23-1
3) the i-th neuron output of one layer is Q
The neuron input represented by i and input to the j-th neuron in the layer next to the one layer is represented by Q j , and the weighting factor between the i-th neuron and the j-th neuron Is represented by ω ij , and the neural network (8, 8 ′) has the following formula: Q j = f (Σ i ω ij Q i ).
It is represented by.

【0029】更に、本発明の浮体位置制御システムは、
前記式は、Q=tanh(Σω ij)で表され
る。
Further, the floating body position control system of the present invention is
The formula is Qj= Tanh (Σiω ijQi)
It

【0030】上記課題を解決するために、本発明の浮体
位置制御シミュレータは、第1浮体のアクチュエータを
動作させる動作信号が入力されるアクチュエータ模擬入
力回路(16内)と、前記第1浮体の運動の第1運動値
と前記第1浮体に変位自在に連結されている第2浮体の
運動の第2運動値とから形成される運動値を出力する浮
体模擬出力回路(16内)と、前記動作信号が入力され
前記運動値を出力し前記アクチュエータ模擬入力回路と
前記浮体模擬出力回路との間に介設されるニューラルネ
ットワーク(17内)とを含む。
In order to solve the above problems, the floating body position control simulator of the present invention comprises an actuator simulation input circuit (inside 16) to which an operation signal for operating the actuator of the first floating body is input, and the movement of the first floating body. A floating body simulation output circuit (inside 16) for outputting a motion value formed from the first motion value of the first floating body and the second motion value of the movement of the second floating body displaceably connected to the first floating body; A neural network (inside 17) is provided between the actuator simulation input circuit and the floating body simulation output circuit that receives a signal and outputs the motion value.

【0031】また、本発明の浮体位置制御シミュレータ
は、前記ニューラルネットワーク(8,8’)は多層
(23−1〜3)を備える。そして、前記多層(23−
1〜3)のうちの1つの層の第i番目のニューロン出力
がQで表され、前記1つの層の次の層の第j番目のニ
ューロンに入力するニューロン入力がQで表され、前
記第i番目のニューロンと前記第j番目のニューロンと
の間の荷重係数がωijで表され、前記ニューラルネッ
トワーク(8、8’)は次式:Q=tanh(Σω
ij)で表される。
Further, in the floating body position control simulator of the present invention, the neural network (8, 8 ') includes multiple layers (23-1 to 3). Then, the multilayer (23-
The output of the i-th neuron of one of the layers 1 to 3) is represented by Q i , and the input of the neuron input to the j-th neuron of the next layer of the one layer is represented by Q j , The weighting factor between the i-th neuron and the j-th neuron is represented by ω ij , and the neural network (8, 8 ′) has the following formula: Q j = tanh (Σ i ω
ij Q i ).

【0032】上記課題を解決する為に、本発明の浮体位
置制御シミュレーション方法は、第1浮体の運動方程式
である第1運動方程式を生成するステップと、前記第1
浮体に及ぼされる力の合計である第1外力を計算するス
テップと、前記第1運動方程式と前記第1外力とから、
前記第1運動方程式を解くステップと、前記第1浮体に
変位自在に連結されている第2浮体の運動方程式である
第2運動方程式を生成するステップと、前記第2浮体に
及ぼされる力の合計である第2外力を計算するステップ
と、前記第2運動方程式と前記第2外力とから、前記第
2運動方程式を解くステップと、前記第1浮体と前記第
2浮体とを連結する連結ホーサの張力を計算するステッ
プとを具備する。
In order to solve the above-mentioned problems, the floating body position control simulation method of the present invention comprises a step of generating a first motion equation which is a motion equation of the first floating body, and the first motion equation.
Calculating a first external force, which is the sum of the forces exerted on the floating body, from the first equation of motion and the first external force,
A step of solving the first equation of motion; a step of generating a second equation of motion that is a equation of motion of a second floating body that is displaceably connected to the first floating body; and a sum of forces exerted on the second floating body. Of the second external force, the step of solving the second equation of motion from the second equation of motion and the second external force, and the connecting hawser connecting the first floating body and the second floating body. Calculating the tension.

【0033】上記課題を解決する為に、本発明のプログ
ラムは、上述の浮体位置制御シミュレーション方法を実
行するためのプログラムである。
In order to solve the above problems, the program of the present invention is a program for executing the above-mentioned floating body position control simulation method.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、本発明である浮体位置制御
システムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説
明する。本実施例において、二浮体として、洋上のFP
SOとシャトルタンカーとを例に挙げて説明する。しか
し、他の力学的影響し合う巨大質量を有する二浮体にお
いても、本発明である浮体位置制御システムの適用は可
能である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a floating body position control system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the offshore FP is used as the two floating bodies.
The SO and the shuttle tanker will be described as an example. However, the floating body position control system according to the present invention can be applied to other two floating bodies having huge masses that influence each other mechanically.

【0035】図1は、本発明である浮体位置制御システ
ムを適用する二浮体を構成するFPSO1とシャトルタ
ンカー3とその周辺機器である。FPSO1、係留索
2、シャトルタンカー3、ホーサ4、フローティングホ
ース5を有する。
FIG. 1 shows an FPSO 1 and a shuttle tanker 3 and their peripheral equipment constituting a two-floating body to which the floating body position control system of the present invention is applied. It has FPSO 1, mooring line 2, shuttle tanker 3, hawser 4, and floating hose 5.

【0036】本発明の一実施の形態においては、図1の
ような構成を有する二浮体について、外力の存在下でそ
の位置制御を有効に行なうことが可能な浮体位置制御シ
ステム、及びその浮体位置制御をシミュレートすること
が可能な浮体位置制御シミュレータを提供する。
In one embodiment of the present invention, a floating body position control system capable of effectively controlling the position of the two floating bodies having the structure as shown in FIG. 1 in the presence of an external force, and the floating body position thereof. Provided is a floating body position control simulator capable of simulating control.

【0037】第1浮体としてのFPSO1は、海洋油田
の上部海域において複数本の係留索2により係留され海
洋上に概固定されているが、2次元面上で僅かに変位す
ることができ、更に、その2次元面上で回転可能であ
る。FPSO1は、概ね、重心Gを通る鉛直線Lのまわ
りに自転する。重心Gは、狭く制限され閉じた領域の中
で振れ動くことができる。海洋油田の開発拠点である。
油田での掘削作業、原油取り出し作業、原油貯蔵作業及
びそれらに関連する作業を行なう。そして、シャトルタ
ンカー3へ、油田から取出し内部に貯蔵している原油を
送出する。
The FPSO 1 as the first floating body is moored by a plurality of mooring lines 2 in the upper sea area of the ocean oil field and is almost fixed on the ocean, but it can be slightly displaced on the two-dimensional plane. , Can be rotated on its two-dimensional plane. The FPSO1 generally rotates about a vertical line L passing through the center of gravity G. The center of gravity G can swing in a narrowly restricted and closed area. It is a development base for offshore oil fields.
Performs drilling work in oil fields, crude oil removal work, crude oil storage work and related work. Then, the crude oil taken out from the oil field and stored inside is sent to the shuttle tanker 3.

【0038】また、推進及び位置保持用のアクチュエー
タであるスラスタを下部の水面下に備える。そして、後
述の制御アルゴリズムに基づき、スラスタを制御するこ
とにより、シャトルタンカー3が連結した状況におい
て、適正な位置保持を行なう。また、運転状態や位置
(シャトルタンカーを含む)、海象及び気象に関する計
測機器(図示せず)を有する。
A thruster, which is an actuator for propulsion and position holding, is provided below the water surface. Then, by controlling the thruster based on a control algorithm to be described later, proper position holding is performed in the situation where the shuttle tanker 3 is connected. It also has measuring devices (not shown) for operating conditions and positions (including shuttle tankers), sea conditions, and weather.

【0039】係留索2は、FPSO1を概ね特定の範囲
に係留停泊させる為の係留用のケーブル又は索類であ
る。係留索2は、ウインドラス、ウインチ、係柱、係船
孔そのほか係船用付属品により取付、操作、制御され
る。
The mooring cable 2 is a cable or cable for mooring for anchoring the FPSO 1 in a substantially specific range. The mooring line 2 is attached, operated and controlled by a windlass, a winch, a mooring post, a mooring hole and other accessories for mooring.

【0040】第2浮体としてのシャトルタンカー3は、
連結用ホーサ4により繋がれて潮流の後流側に自然状態
で放置・放流されている。連結用ホーサ4の長さに概ね
拘束されて、FPSO1の連結基準点(例えば、FPS
O1の船尾)とシャトルタンカー3の連結基準点(例え
ば、シャトルタンカー3の船尾)の間の距離は概ね一定
に自然に保持されるが、連結用ホーサ4の張力変動に依
存する伸縮の程度の範囲で相対間距離は変動している。
フローティングホース5を用いてFPSO1に貯蔵され
ている原油・天然ガスのような液体を積み出す。積み出
された原油は、他の大型タンカーや陸上のタンク(コン
ビナート)へ移送される。FPSO1に接続した場合に
は、自身による運転制御を行なわない。
The shuttle tanker 3 as the second floating body,
It is connected by the connecting hawser 4 and left and discharged in the natural state on the downstream side of the tidal current. Almost constrained by the length of the connecting hawser 4, the connecting reference point of the FPSO 1 (for example, FPS
The distance between the stern of O1) and the connection reference point of the shuttle tanker 3 (for example, the stern of the shuttle tanker 3) is naturally maintained at a substantially constant value, but the extent of expansion and contraction depending on the tension fluctuation of the connection hawser 4 is not sufficient. The relative distance varies within the range.
Liquids such as crude oil and natural gas stored in the FPSO 1 are loaded using the floating hose 5. Unloaded crude oil is transferred to other large tankers and tanks (combinates) on land. When connected to FPSO1, it does not perform operation control by itself.

【0041】ホーサとしての連結用ホーサ4は、FPS
O1とシャトルタンカー3とを繋ぐケーブル又は索類で
ある。FPSO1とホーサ4との接続部100−1、及
び、シャトルタンカー3と連結用ホーサ4との接続部1
00−2は、油圧装置(後述)になっている。そして、
油圧を制御することにより、ホーサ4にかかる張力の調
整を行なう他、急激な変動を受け止め、連結用ホーサ4
がダメージを受けにくいようしている。
The connecting hawser 4 as the hawser is an FPS.
A cable or cord that connects the O1 and the shuttle tanker 3. Connection part 100-1 between FPSO 1 and hawser 4, and connection part 1 between shuttle tanker 3 and connecting hawser 4.
00-2 is a hydraulic device (described later). And
By controlling the hydraulic pressure, in addition to adjusting the tension applied to the hawser 4, the hawser 4 for coupling is protected from sudden fluctuations.
Does not easily get damaged.

【0042】図25を参照して、接続部100−1(接
続部100−2も同様)について説明する。FPSO1
とシャトルタンカー3とを繋ぐ連結用ホーサ4は、FP
SO1及びシャトルタンカー3に油圧装置102で接続
している。油圧装置102は、連係用ホーサ4にかかる
張力を測定する測定部(図示せず)を有し、その信号を
油圧制御部101に伝達する。油圧制御部101は、急
激な張力の上昇が起きた場合には、衝撃を吸収するよう
に油圧を調整するための信号を油圧装置102へ出力す
る。また、同様にして、張力を一定(あるいは一定範
囲)に保ちながら連結用ホーサを引っ張り、又は、緩め
ることが可能である。
With reference to FIG. 25, the connecting section 100-1 (similarly to the connecting section 100-2) will be described. FPSO1
The connecting hawser 4 connecting the shuttle tanker 3 and the shuttle tanker 3 is FP
A hydraulic device 102 is connected to the SO1 and the shuttle tanker 3. The hydraulic device 102 has a measuring unit (not shown) that measures the tension applied to the linkage hawser 4, and transmits the signal to the hydraulic control unit 101. When a sudden increase in tension occurs, the hydraulic control unit 101 outputs a signal for adjusting the hydraulic pressure to absorb the impact to the hydraulic device 102. Further, similarly, it is possible to pull or loosen the connecting hawser while keeping the tension constant (or a constant range).

【0043】フローティングホース5は、一方をFPS
O1に、他方をシャトルタンカー3に繋げられた原油を
輸送する為のホースである。ホーサ4に比べて充分長く
取り、張力などの余計な力がかからないようにしてい
る。材質の比重が1以下であり、原油の比重も1以下で
あるので、海面に浮いている。
One of the floating hoses 5 is FPS.
A hose for transporting crude oil connected to O1 and the other to the shuttle tanker 3. It is made longer than the Hawser 4 so that unnecessary force such as tension is not applied. Since the specific gravity of the material is 1 or less and the specific gravity of crude oil is 1 or less, it floats on the sea surface.

【0044】まず、本発明である浮体位置制御システム
及び浮体位置制御シミュレータにおける相対位置制御に
用いる数式モデルについて説明する。ニ浮体相対位置制
御では、この数式モデルに基づいて、二浮体の位置を計
算する。そして、その結果に基づいて各種の制御を行な
う。
First, a mathematical model used for relative position control in the floating body position control system and the floating body position control simulator according to the present invention will be described. (D) In floating body relative position control, the positions of the two floating bodies are calculated based on this mathematical model. Then, various controls are performed based on the result.

【0045】図2に、FPSO1及びシャトルタンカー
3の運動方程式を立てる際の前提となる座標系を示す。
横軸がy軸、縦軸がx軸である。図中の記号は、以
下の通りである。 δ:FPSOスラスタ首振り角度、 nS−F:FPSOスラスタプロペラ回転数、 ψ:FPSO方位角、 r:FPSO方位角速度、 φ:FPSO横揺れ角、 θ:FPSO縦揺れ角、 X0−M:FPSOX方向係留位置、 Y0−M:FPSOY方向係留位置、 F:FPSOタレットX方向係留力、 F:FPSOタレットY方向係留力、 TS−F:FPSOスラスタ推力、 TH−F=TH−S:FPSO−S/Tホーサ張力、 ψH−F:FPSO側ホーサ張力相対角度、 H:波高、 δ:S/T舵角、 nP−S:S/Tプロペラ回転数、 nS−B:S/Tバウスラスタ回転数、 ψ:S/T方位角、 r:S/T方位角速度、 φ:S/T横揺れ角、 θ:S/T縦揺れ角、 F:S/T舵直圧力、 F:S/T舵平行力、 T:S/Tプロペラ推力、 TS−B:S/Tバウスラスタ推力、 ψTUG:S/Tタグ張力方向 ψH−S:S/T側ホーサ張力相対角度 (S/T:シャトルタンカー)
FIG. 2 shows a coordinate system which is a prerequisite for establishing the equations of motion of the FPSO 1 and the shuttle tanker 3.
The horizontal axis is the y 0 axis and the vertical axis is the x 0 axis. The symbols in the figure are as follows. [delta] F: FPSO Thruster swing angle, n S-F: FPSO thruster propeller speed, [psi F: FPSO azimuth, r F: FPSO azimuth angular velocity, phi F: FPSO roll angle, theta F: FPSO pitch angles, X 0-M : FPS OX direction mooring position, Y 0-M : FPS YO direction mooring position, F X : FPSO turret X direction mooring force, F Y : FPSO turret Y direction mooring force, T S-F : FPSO thruster thrust, T H-F = T H-S : FPSO-S / T Hosa tension, ψ H-F: FPSO side Hosa tension relative angle, H W: wave height, δ S: S / T steering angle, n P-S: S / T propeller rotation speed, n S-B : S / T Bowus raster rotation speed, ψ S : S / T azimuth angle, r S : S / T azimuth angular velocity, φ S : S / T roll angle, θ S : S / T pitch angle, F N : S / T rudder direct pressure, F T : S / T rudder parallel force, T P : S / T propeller thrust, T S-B : S / T bow thruster thrust, ψ TUG : S / T tag tension direction ψ H-S : S / T side hawser tension relative angle (S / T: shuttle tanker)

【0046】基本運動方程式 まず、運動の基本となる運動方程式を求める。FPSO
1及びシャトルタンカー3のそれぞれの浮体(プラット
フォーム)について、図2に示す座標系における運動方
程式は、浮体の前後方向(Surge:サージ)、横方
向(Sway:スウェイ)及び船首揺れ(回頭)方向
(Yaw:ヨー)について、以下のように表現される。
Basic Equation of Motion First, an equation of motion, which is the basis of the movement, is obtained. FPSO
For each floating body (platform) of the shuttle tanker 1 and the shuttle tanker 3, the equations of motion in the coordinate system shown in FIG. 2 are as follows: the floating body's front-back direction (Surge: surge), lateral direction (Sway: sway), and bow sway (turning) direction ( Yaw: yaw) is expressed as follows.

【数1】 各符号の意味は、次の通りである。 m:浮体の質量、 m:x軸方向の付加質量、 m:y軸方向の付加質量、 Izz:浮体重心まわりの慣性モーメント Jzz:浮体重心まわりの付加慣性モーメント u:物体固定座標系における浮体運動のx軸方向成分 v:物体固定座標系における浮体運動のy軸方向成分 r:回頭角速度 X、Y、N:浮体が受ける流体力(前後力、横
力、モーメント) X、Y、N:プロペラが発生する流体力(前後
力、横力、モーメント) X、Y、N:スラスタにより発生する流体力(前
後力、横力、モーメント) X、Y、N:舵により発生する流体力(前後力、
横力、モーメント) X、Y、N:風による外力(前後力、横力、モー
メント) X、Y、N:波による外力(前後力、横力、モー
メント) XHS、YHS、NHS:連結用ホーサによる張力(前
後力、横力、モーメント) X、Y、N:係留による係留力(前後力、横力、
モーメント) (ただし、前後力、横力及びモーメントは、サージ、ス
ウェイ及びヨーの各方向に対応する) 以下に、数1の(1)〜(3)の右辺に示される各外力
について、説明する。
[Equation 1] The meaning of each code is as follows. m: floating mass, m x: additional mass in the x-axis direction, m y: additional mass in the y-axis direction, I zz: floating about the center of gravity of the moment of inertia J zz: additional moment of inertia about the floating body centroid u: object fixed coordinate floating motion of the x-axis direction component v in the system: y-axis direction component of the floating body motion in the object fixed coordinate system r: rate of turn X H, Y H, N H : fluid force floating body is subjected (the longitudinal force, lateral force, moment) X P, Y P, N P : fluid force propeller occurs (longitudinal force, lateral force, moment) X T, Y T, N T: fluid force generated by the thruster (longitudinal force, lateral force, moment) X R , Y R, N R: fluid force generated by the steering (longitudinal force,
Lateral force, moment) X A, Y A, N A: the external force due to wind (longitudinal force, lateral force, moment) X W, Y W, N W: external force from the wave (longitudinal force, lateral force, moment) X HS, Y HS, N HS: tension by connecting Hosa (longitudinal force, lateral force, moment) X M, Y M, N M: mooring force by the mooring (longitudinal force, lateral force,
Moment) (However, longitudinal force, lateral force, and moment correspond to surge, sway, and yaw directions.) Each external force shown on the right side of (1) to (3) in Equation 1 will be described below. .

【0047】浮体(プラットフォーム)が受ける流体
力:X、Y、N FPSO1、シャトルタンカー3に共通に作用する流体
力(主に潮流による流体力)は、u、v、rの関数とし
て、次のように表現される。すなわち、前進速度がある
場合、船の操縦性の表現式に従えば、数1の(1)〜
(3)のX、Y 、Nは、次のように表せる。
Fluid received by the floating body (platform)
Power: XH, YH, NH Fluid that acts on both FPSO1 and shuttle tanker 3 in common
The force (mainly the fluid force due to the tidal current) is a function of u, v, and r
Is expressed as follows. That is, there is a forward speed
In this case, according to the expression of maneuverability of the ship, (1)-
X in (3)H, Y H, NHCan be expressed as

【数2】 [Equation 2]

【数3】 [Equation 3]

【数4】 各符号の意味は、次の通りである。 ρ:水の密度 L:プラットフォームの代表長さ CXC、CYC、CNC:潮流力係数 u、v:対水速度 U:対水速度(U =u +v ) d:喫水 β:横流れ角 μ:潮流方向 X’vv、X’rr、X’vr、X’uu:前後方向の
流体力係数 Y’、Y’、Y’vv、Y’rr、Y’r:左右
方向の流体力係数 N’、N’、N’vv、N’rr、N’vr:回頭
運動の流体力係数
[Equation 4] The meaning of each code is as follows. [rho: density of water L: Platform representative length C XC, C YC, C NC : tide force coefficient u C, v C: to water velocity U C: to water velocity (U C 2 = u C 2 + v C 2 ) D: draft β: lateral flow angle μ C : tidal current direction X ′ vv , X ′ rr , X ′ vr , X ′ uu : longitudinal fluid force coefficients Y ′ v , Y ′ r , Y ′ vv , Y ′ rr , Y 'v r: left-right direction of the fluid force coefficient N' v, N 'r, N' vv, N 'rr, N' vr: fluid force coefficient of stem turning motion

【0048】ここで対水速度と潮流速度Vとの間には
次の関係が成り立つ。
Here, the following relationship holds between the water velocity and the tidal current velocity V C.

【数5】 [Equation 5]

【0049】主推進装置のプロペラが発生する流体
力:X、Y、N (a)FPSO1 FPSO1には、主推進器が装備されていないので、プ
ロペラ力を次のようにゼロとした。すなわち、数1の
(1)〜(3)のX、Y、Nは、次のように表せ
る。
Fluid generated by propeller of main propulsion device
Power: XP, YP, NP (A) FPSO1 Since the FPSO1 is not equipped with a main propulsion device,
The lopera force was set to zero as follows. That is, the number 1
X in (1) to (3)P, YP, NPCan be expressed as
It

【数6】 (b)シャトルタンカー3 シャトルタンカー3には、通常の推進器が装備されてい
るとして、次のようにモデル化する。すなわち、数1の
(1)〜(3)のX、Y、Nは、次のように表せ
る。
[Equation 6] (B) Shuttle tanker 3 It is assumed that the shuttle tanker 3 is equipped with a normal propulsion device and is modeled as follows. That is, X P, Y P, N P number 1 (1) to (3), expressed as follows.

【数7】 各符号の意味は、次の通りである。 T:プロペラ推力 t:スラスト減少率[Equation 7] The meaning of each code is as follows. T P : Propeller thrust t: Thrust reduction rate

【0050】スラスタが発生する流体力:X
、N (a)FPSO1 FPSO1には、首振り型のスラスタが装備されてお
り、次のようにモデル化する。すなわち、数1の(1)
〜(3)のX、Y、Nは、次のように表せる。
Hydrodynamic force generated by thruster: XT,
YT, NT (A) FPSO1 The FPSO1 is equipped with a swing-type thruster.
And model it as follows. That is, the number 1 (1)
~ (3) XT, YT, NTCan be expressed as

【数8】 各符号の意味は、次の通りである。 TS−F:FPSOの首振りスラスタ推力 δ:FPSOの首振りスラスタ首振り角 xS−F:FPSOの首振りスラスタ取付位置x座標 (b)シャトルタンカー3 シャトルタンカー3には、トンネル型のスラスタが整備
されることを想定し、次のようにモデル化する。すなわ
ち、数1の(1)〜(3)のX、Y、Nは、次の
ように表せる。
[Equation 8] The meaning of each code is as follows. T S-F: FPSO swing thruster thrust [delta] F of: FPSO the swing thruster swing angle x S-F: The swing thruster mounting position x-coordinate (b) shuttle tanker 3 shuttle tanker 3 FPSO, tunnel It is modeled as follows, assuming that the thruster of will be maintained. That is, X T , Y T , and N T in (1) to (3) of Formula 1 can be expressed as follows.

【数9】 各符号の意味は、次の通りである。 TS−B:シャトルタンカーのバウスラスタ推力 xS−B:シャトルタンカーのバウスラスタ取付位置x
座標
[Equation 9] The meaning of each code is as follows. T S-B: the bow thruster of the shuttle tanker thrust x S-B: a shuttle tanker bow thruster mounting position x
Coordinate

【0051】舵の発生する流体力:X、Y、N (a)FPSO1 FPSO1には、舵が装備されていないので、舵力は次
のようにゼロとして扱う。すなわち、数1の(1)〜
(3)のX、Y、Nは、次のように表せる。
Fluid force generated by rudder: XR, YR, NR (A) FPSO1 Since the FPSO1 is not equipped with a rudder,
Treat as zero. That is, (1)-
X in (3)R, YR, NRCan be expressed as

【数10】 (b)シャトルタンカー3 シャトルタンカー3に整備されている舵による流体力を
次のように表現する。すなわち、数1の(1)〜(3)
のX、Y、Nは、次のように表せる。
[Equation 10] (B) Shuttle tanker 3 The fluid force by the rudder provided in the shuttle tanker 3 is expressed as follows. That is, (1) to (3) of Equation 1
X R , Y R , and N R of can be expressed as follows.

【数11】 各符号の意味は、以下の通りである。 F:舵直圧力 δ:舵角 x舵位置のx座標[Equation 11] The meaning of each code is as follows. F N : Rudder direct pressure δ S : Rudder angle x R Rudder position x coordinate

【0052】外力(海象、気象など)モデル。 洋上の浮体(プラットフォーム)へ影響を与える外乱
(外力)は、風、波、潮流の3つであるが、潮流に対し
ては船体に作用する流体力(浮体(プラットフォー
ム)が受ける流体力:X、Y、N参照)に含めて
おり、風、波について次に述べる。 (a)風モデル(風による外力):X、Y、N 風による外力を定常的な値で評価できる場合には、次の
様に表現する。すなわち、数1の(1)〜(3)の
、Y、Nは、次のように表せる。
External force (sea condition, weather, etc.) model. Disturbances affecting offshore floating platforms
The (external force) is the wind, the wave, and the tidal current.
Fluid force (floating body (platform)
Fluid force on theH, YH, NHReference)
Next, we will discuss wind, waves, and waves. (A) Wind model (external force by wind): XA, YA, NA If the external force due to wind can be evaluated with a steady value,
Express like this. That is, in (1) to (3)
XA, YA, NACan be expressed as

【数12】 [Equation 12]

【数13】 各符号の意味は、次の通りである。 ρ:空気の密度 AAT:水線上正面投影面積 AAL:水線上側面投影面積 U:風速 V:相対風速 u、v:相対風速のx軸方向成分、y軸方向成分 u、v:プラットフォーム速度のx軸方向成分、y軸方
向成分 β:風向 Ψ:プラットフォームの回頭角 CXA、CYA、CNA:風圧力係数(前後方向、横方
向、回頭方向) 空間的に均一で、時間的にのみ変動する変動風に起因す
る外力についても考慮できる。不規則変動風は、指定さ
れた風スペクトラムを表現するため、次式のように要素
の規則変動風の重ね合わせで表す。すなわち、数13に
おいて、(32)及び(33)に数14を代入する。
[Equation 13] The meaning of each code is as follows. [rho A: Density of air A AT: Water line front projection area A AL: Water line side projected area U A: Wind V A: Relative wind velocity u A, v A: x-axis direction component of the relative wind velocity, y-axis direction component u , V: x-axis direction component of platform speed, y-axis direction component β A : wind direction Ψ: turning angle C XA , C YA , C NA of platform: wind pressure coefficient (front-back direction, lateral direction, turning direction) spatially External force due to a fluctuating wind that is uniform and fluctuates only over time can also be considered. The irregular fluctuating wind expresses a designated wind spectrum, and is therefore expressed by superposing the regular fluctuating winds of the elements as shown in the following equation. That is, in Expression 13, Expression 14 is substituted into (32) and (33).

【数14】 [Equation 14]

【0053】(b)波モデル(波による外力):X
、N 波モデルは、長周期変動漂流力と波強制力の和で表現さ
れる。すなわち、数1の(1)〜(3)のX=XWD
+XWE、Y=YWD+YWE、N=N +N
WEである。そして、XWD、YWD、NWD及びX
WE、YWE、N は、次のように表せる。 (b−1)長周期変動漂流力モデル。 Pinkster−Newmanの方法によれば、変動
漂流力は不規則波を構成する成分波を用いて次のように
表現される。
(B) Wave model (external force by wave): XW,
YW, NW The wave model is expressed by the sum of long-period fluctuation drift force and wave forcing force.
Be done. That is, X of (1) to (3) of the equation 1W= XWD
+ XWE, YW= YWD+ YWE, NW= NW D+ N
WEIs. And XWD, YWD, NWDAnd X
WE, YWE, NW ECan be expressed as (B-1) Long-period fluctuation drift force model. According to the method of Pinkster-Newman, the fluctuation
The drift force is calculated as follows using the component waves that make up the irregular wave.
Expressed.

【数15】 [Equation 15]

【数16】 [Equation 16]

【数17】 各符号の意味は、以下の通りである。 (X、Y):空間固定座標系における船体重心位置 a:要素波の振幅 N:要素波の数 g:重力加速度 κ:要素波の波数 ω:要素波の円周波数 ε:要素波のランダム初期位相 β:波方向 CXWD、CYWD、CNWD:規則波中の波漂流力係
数(前後方向、横方向、回頭方向) (b−2)波強制力モデル 波強制力の数式モデルは、以下のような式で表現され
る。
[Equation 17] The meaning of each code is as follows. (X, Y): Center position of ship weight in fixed space coordinate system a i : Amplitude of element wave N: Number of element waves g: Gravitational acceleration κ i : Wave number of element waves ω i : Circular frequency of element waves ε i : Element Random initial phase of wave β W : Wave direction C XWD , CYWD , C NWD : Wave drift force coefficient in regular wave (front-back direction, lateral direction, turning direction) (b-2) Wave force force model Wave force force The mathematical model is expressed by the following formula.

【数18】 各符号の意味は、以下に示す通りである。 fXWE(ω)、fYWE(ω)、f
NWE(ω):単位長振幅規則波による波強制力振幅
(前後方向、横方向、回頭方向) εXWE(ω)、εYWE(ω)、ε
NWE(ω):波強制力の波に対する位相(前後方
向、横方向、回頭方向)
[Equation 18] The meaning of each symbol is as shown below. f XWEn ), f YWEn ), f
NWEn ): Wave force compulsive force amplitude by a unit length amplitude regular wave (front-back direction, lateral direction, turning direction) ε XWEn ), ε YWEn ), ε
NWEn ): Phase of wave forcing force with respect to wave (front-back direction, lateral direction, turning direction)

【0054】ホーサ力(連結用ホーサによる張力):
HS、YHS、NHS 連結用ホーサによる力は、FPSO及びシャトルタンカ
ーのいずれの場合も、次のように表現する。すなわち、
数1の(1)〜(3)のXHS、YHS、N は、次
のように表せる。
Hawser force (tension by connecting hawser):
XHS, YHS, NHS The force of the connecting hawser is FPSO and the shuttle tanker.
In either case, it is expressed as follows. That is,
X of (1) to (3) of number 1HS, YHS, NH SIs next
Can be expressed as

【数19】 各符号の意味は、以下の通りである。 THS:ホーサ張力 xHS:船体固定座標系でのホーサ取り付け位置x座標 ΨHS:船体固定座標系でのホーサ方向[Formula 19] The meaning of each code is as follows. T HS : Hawser tension x HS : Hawser mounting position x coordinate in fixed hull coordinate system Ψ HS : Hauser direction in fixed hull coordinate system

【0055】係留による係留力:X、Y、N 係留による係留力は、係留されているFPSOについ
て、次のように表現する。すなわち、数1の(1)〜
(3)のX、Y、Nは、次のように表せる。
Mooring force by mooring: XM, YM, NM The mooring capacity of mooring is limited to the moored FPSO.
And express it as follows. That is, (1)-
X in (3)M, YM, NMCan be expressed as

【数20】 各符号の意味は、以下の通りである。 XM0、YM0、NM0:係留点での前後力、左右力及
び回頭モーメント x:係留点船体固定系でのx座標 また、XM0、YM0、NM0は、FPSOの係留点の
空間固定座標系xM0、yM0の関数として、次のよう
に表される。
[Equation 20] The meaning of each code is as follows. X M0 , Y M0 , N M0 : longitudinal force, lateral force and turning moment at the mooring point x M : mooring point x-coordinate in the hull fixed system, and X M0 , Y M0 , N M0 are the mooring points of the FPSO. It is expressed as a function of the space fixed coordinate system x M0 , y M0 as follows.

【数21】 [Equation 21]

【0056】数式モデルにおいては、FPSO1及びシ
ャトルタンカー3に関して、それぞれ数1の(1)〜
(3)の運動方程式に、数2〜数21にある外力等を代
入して運動方程式が完成する。完成した運動方程式は、
二浮体の相対的な位置制御に用いられる。
In the mathematical model, the FPSO 1 and the shuttle tanker 3 are each represented by (1)-(1)
The equation of motion is completed by substituting the external force and the like in Equations 2 to 21 into the equation of motion of (3). The completed equation of motion is
Used to control the relative position of the two floating bodies.

【0057】次に、このような数式モデルに基づいて行
なわれる浮体位置制御システム及び浮体位置制御シミュ
レータにおけるニ浮体相対位置制御の制御方法について
説明する。
Next, a floating body position control system and a floating body relative position control control method in the floating body position control simulator based on such a mathematical model will be described.

【0058】用いる制御方法は、PID制御(回転角方
位保持制御:後述)、PID制御(回転角方位保持制
御:後述)+ニューラルネットワーク制御(制御時に常
時学習を行なう制御:後述)、PID制御+ニューラル
ネットワーク制御(制御前に予め学習を行ない、その結
果である学習ファイルを用いて制御:後述)の三方法で
ある。
The control method used is PID control (rotational angle azimuth holding control: described later), PID control (rotational angle azimuth holding control: described later) + neural network control (control that constantly learns during control: described later), PID control + There are three methods of neural network control (learning is performed in advance before control, and control is performed using a learning file as a result thereof: described later).

【0059】まず、PID制御法について説明する。図
2に、二浮体相対位置制御において想定される浮体配置
を示す。FPSO1は、係留されており、制御可能な状
態量は、回頭角のみである。そのような場合、PID制
御としては、二浮体(FPSO1とシャトルタンカー
3)間の基準点間距離が一定になるようにFPSO1の
回転変位を制御する距離一定制御と、微分ゲイン主体の
調整(相対角速度を減少させる調整)によりFPSO1
を外力方向に回転させる回転角方位保持制御とが考えら
れる。しかし、距離一定制御では、ホーサにかかる張力
(ホーサ張力)が過大になることがあり好ましく無い。
よって、本発明においては、FPSO1は、モーメント
制御(外力方向への回頭角方位保持制御)のPID制御
を行なうものとする。回頭角を操作して、二浮体間のホ
ーサ張力を減少させることが制御目的である。なお、シ
ャトルタンカー3については、不特定のシャトルタンカ
ーに対応するために、制御系を持たないものとする。
First, the PID control method will be described. FIG. 2 shows a floating body arrangement assumed in the two-floating body relative position control. The FPSO1 is moored, and the only controllable state quantity is the turning angle. In such a case, PID control includes constant distance control that controls the rotational displacement of the FPSO1 so that the distance between the reference points between the two floating bodies (FPSO1 and shuttle tanker 3) is constant, and differential gain-based adjustment (relative Adjustment to reduce the angular velocity) FPSO1
It is conceivable that the rotation angle azimuth holding control is performed by rotating the shaft in the external force direction. However, the constant distance control is not preferable because the tension applied to the hawser (hauser tension) may become excessive.
Therefore, in the present invention, the FPSO 1 performs PID control of moment control (turning angle azimuth holding control in the external force direction). The control purpose is to control the turning angle to reduce the hawser tension between the two floating bodies. Note that the shuttle tanker 3 does not have a control system in order to handle an unspecified shuttle tanker.

【0060】本実施例におけるFPSO1のPID制御
は、外力の方向とFPSO1自身の方向とから、FPS
O1の首振りスラスタの発生するモーメントNを制御
して、FPSO1の回頭角を外力の方向へ向けさせる運
動制御(外力方向への回頭角方位保持制御)である。す
なわち、PID制御を行なう制御装置への外力の方向と
FPSO1自身の方向の入力に基づいて、最適なFPS
O1の首振りスラスタのモーメントNを出力する制御
である。
In the PID control of the FPSO1 in this embodiment, the FPS is determined from the direction of the external force and the direction of the FPSO1 itself.
This is a motion control for controlling the moment N T generated by the swinging thruster of O1 to direct the turning angle of FPSO1 in the direction of the external force (control for maintaining the turning angle in the direction of the external force). That is, based on the input of the external force direction and the direction of the FPSO 1 itself to the control device that performs the PID control, the optimum FPS is obtained.
This is a control for outputting the moment N T of the swing thruster of O1.

【0061】そして、数8の式において、PID制御装
置から出力されたNと、X +Y =TS−F
(但し、X:FPSOの首振りスラスタの発生する
X方向の流体力、Y:FPSOの首振りスラスタの発
生するY方向の流体力、T −F:FPSOの首振りス
ラスタ推力)の関係と、スラスタ推力TS−Fの最小制
御とから、TS−F、δ(FPSOの首振りスラスタ
首振り角)が決定される。そして、それらFPSO1の
首振りスラスタのTS−F、δを制御することによ
り、モーメント制御を行なうことができる。スラスタ推
力TS−Fの最小制御は、スラスタ首振り角δの最小
制御でも良い。
Then, in the equation (8), N T output from the PID control device and X T 2 + Y T 2 = T S-F 2
(However, X T: FPSO X direction of the fluid force generating the oscillating thruster to the, Y T: FPSO Y direction of the fluid force generating the oscillating thruster to the, T S -F: FPSO swing thruster thrust) of From the relationship and the minimum control of the thruster thrust T S-F , T S-F and δ F (the swing thruster swing angle of FPSO) are determined. Then, moment control can be performed by controlling T S-F and δ F of the swing thrusters of the FPSO1. The minimum control of the thruster thrust T S-F may be the minimum control of the thruster swing angle δ F.

【0062】また、数8の式において、PID制御装置
から出力されたNと、X +Y =TS−F
関係と、数1における運動方程式(1)〜(3)を解い
て、TS−F、δを決定することも可能である。運動
方程式を解く際に必要なデータは、FPSO1の有する
海象・気象、FPSO1及びシャトルタンカーの運転状
況を把握する各種測定装置及びセンサーにより入手可能
である。
In the equation (8), the PID control device
Output from NTAnd XT Two+ Y T Two= TSF Twoof
Solve the relationship and the equations of motion (1) to (3) in Equation 1.
TSF, ΔFIt is also possible to determine motion
The data needed to solve the equation are in FPSO1
Sea conditions, weather, FPSO1 and shuttle tanker driving
Available with various measuring devices and sensors to grasp the situation
Is.

【0063】モーメント制御(外力方向への回頭角方位
保持制御)は、船位を安定させシャトルタンカー3に対
する位相のずれを減少させることにより安定化を実現す
るので、長時間にわたって安定した制御を実現すること
が出来る。しかし、この様なPID制御は、巨大な質量
を持つFPSO1の外乱応答が迅速で無く、相対距離変
位が直ちにホーサ4の張力に影響を与える非線型現象に
満足に対応することは必ずしも容易では無い。そして、
それに伴い、洋上でのニ浮体連成の運動制御において作
業限界の波の高さである作業限界波高を上げることは難
しい。このため、本発明においては、大きな外乱による
挙動に対しPIDを補償するために、学習機能を有する
ニューラルネットワーク(以下「NN」とも記す)によ
るコントローラを導入し、制御に応用することとする。
The moment control (turning angle azimuth keeping control in the direction of the external force) realizes stabilization by stabilizing the ship position and reducing the phase shift with respect to the shuttle tanker 3, so that stable control is realized for a long time. You can However, such PID control is not always easy to cope with the non-linear phenomenon in which the disturbance response of the FPSO 1 having a huge mass is not quick and the relative distance displacement immediately affects the tension of the hawser 4. . And
Accordingly, it is difficult to raise the work limit wave height, which is the work limit wave height, in the motion control of the two-floating body coupling on the sea. Therefore, in the present invention, in order to compensate the PID for the behavior caused by a large disturbance, a controller using a neural network having a learning function (hereinafter also referred to as “NN”) is introduced and applied to control.

【0064】PID制御だけでは必ずしも容易では無い
巨大浮体の大きな外乱下における非線型現象の制御を、
ニューラルネットワーク(NN)の導入により、有効に
実施することが可能となる。
Control of a non-linear phenomenon under a large disturbance of a huge floating body, which is not always easy only by PID control,
The introduction of a neural network (NN) enables effective implementation.

【0065】ここで、NNを用いて制御を行なう制御方
法について、図3を参照して説明する。図3において、
Controller7’は、第1制御回路としてのP
ID制御部のような制御装置である。NN8’は、第2
制御回路かつニューラルネットワークとしてのニューラ
ルネットワーク制御ユニットである。Plant1’
は、FPSOや洋上プラットフォームなど浮体である。
Here, a control method for performing control using the NN will be described with reference to FIG. In FIG.
The Controller 7'is a P as the first control circuit.
It is a control device such as an ID control unit. NN8 'is the second
A neural network control unit as a control circuit and a neural network. Plant1 '
Is a floating body such as an FPSO or an offshore platform.

【0066】図3(a)は、直接型制御と呼ばれる制御
方法の制御ブロック図である。NNを直接Contro
ller(コントローラ)として用いる最も単純な方法
である。このタイプでは、NNがPlant(プラン
ト)の逆モデルとなるように学習することとなる。この
場合には、通常Controllerで行なわれるPI
D制御は、行なわない。
FIG. 3A is a control block diagram of a control method called direct type control. Direct NN to Contro
This is the simplest method to use as an ller (controller). In this type, NN is learned so as to be an inverse model of Plant (plant). In this case, PI normally performed by the controller
D control is not performed.

【0067】被制御量Aの目標値A0の入力に対して、
NNは目標値A0に対応する制御量Bの適正値B0を求
める。そして、B0をPlantへ出力する。Plan
tは制御量BをB0に変更し、被制御量Aの制御結果A
1を出力する。NNは、被制御量Aの目標値A0と制御
結果A1との比較結果(A0-A1)を教師データとし
て、A0とA1が等しくなるように学習を行なう。そし
て、学習と同時に、制御を続ける。本実施例に適用する
場合、Plantは、FPSO1であり、被制御量Aは
外力の方向とFPSO1自身の方向との差であり、制御
量BはFPSO1の首振りスラスタの発生するモーメン
トである。
With respect to the input of the target value A0 of the controlled variable A,
NN determines an appropriate value B0 of the control amount B corresponding to the target value A0. Then, B0 is output to Plant. Plan
t changes the control amount B to B0, and the control result A of the controlled amount A
1 is output. The NN uses the comparison result (A0-A1) of the target value A0 of the controlled variable A and the control result A1 as teacher data to perform learning so that A0 and A1 are equal. Then, at the same time as learning, control is continued. When applied to this embodiment, Plant is FPSO1, controlled amount A is the difference between the direction of the external force and the direction of FPSO1 itself, and controlled amount B is the moment generated by the swing thruster of FPSO1.

【0068】図3(b)は、間接型制御と呼ばれる制御
方法の典型的な制御ブロック図である。NNを同定器等
として用い、その結果からNNがController
をチューニングする方法である。この方法では、従来の
制御の知見を利用することが出来るが、間接的にしか学
習効果を利用しない。
FIG. 3B is a typical control block diagram of a control method called indirect control. The NN is used as an identifier, etc., and the result shows that the NN is the Controller
Is a way to tune. With this method, the knowledge of conventional control can be used, but the learning effect is only indirectly used.

【0069】被制御量Aの目標値A0の入力に対して、
Controllerは目標値A0に対応する制御量B
の適正値B0を求める。そして、B0をPlantへ出
力する。Plantは制御量BをB0に変更し、被制御
量Aの制御結果A1を出力する。NNは、制御量B0
(と制御結果A1)の入力に基づいて、NNが従来の制
御の知見に基づき予測する被制御量の適正値A2を出力
し、制御結果A1とA2とを比較する。そして、その比
較結果(A2−A1)を教師データとして、A2とA1
とが等しくなるように学習を行なう。それと同時に、A
2をControllerへ出力する。Control
lerは、目標値A0とA2との比較に基づき、B0を
補正する。本実施例に適用する場合、Plantは、F
PSO1であり、被制御量Aは外力の方向とFPSO1
自身の方向との差であり、制御量BはFPSO1の首振
りスラスタの発生するモーメントである。
With respect to the input of the target value A0 of the controlled variable A,
Controller is a control amount B corresponding to the target value A0
The appropriate value B0 of is calculated. Then, B0 is output to Plant. The Plant changes the control amount B to B0 and outputs the control result A1 of the controlled amount A. NN is the controlled variable B0
Based on the input of (and control result A1), the NN outputs an appropriate value A2 of the controlled variable predicted based on the knowledge of the conventional control, and compares the control results A1 and A2. Then, using the comparison result (A2-A1) as teacher data, A2 and A1
Learn so that and become equal. At the same time, A
2 is output to the controller. Control
The ler corrects B0 based on the comparison between the target values A0 and A2. When applied to this embodiment, the Plant is F
PSO1 and the controlled variable A depends on the direction of the external force and the FPSO1.
The control amount B is a difference from the own direction, and is a moment generated by the swing thruster of the FPSO1.

【0070】図3(c)は、補償型制御と呼ばれる制御
方法の典型的な制御ブロック図である。NNを対象Pl
antの補償器として用いる方法であり、二浮体間の複
雑なダイナミクスを補償することにより、所望の制御性
能を得ようとするものである。
FIG. 3C is a typical control block diagram of a control method called compensation type control. Pl for NN
This is a method used as an ant compensator, and is intended to obtain desired control performance by compensating for complicated dynamics between two floating bodies.

【0071】被制御量Aの目標値A0は、フィードバッ
クされた被制御量A1と比較される。そして、その比較
結果(A0−A1)が、Controllerに入力さ
れる。Controllerは、比較結果(A0−A
1)に対応する制御量Bの適正変化量dBを求める。そ
して、dBをPlantへ出力する。dBへは、NNか
らの補正値ΔBが加算され、(dB+ΔB)として、P
lantへ入力される。Plantは制御量Bを(dB
+ΔB)だけ変化させ、被制御量Aの制御結果A2を出
力する。NNは、制御結果の変化量ΔA1の入力に基づ
いて、制御量Bの補正値ΔBを出力する。それと共に、
Controllerから出力されるdBを教師データ
として、ΔA1が0になるように学習を行なう。本実施
例に適用する場合、Plantは、FPSO1であり、
被制御量Aは外力の方向であり、制御量BはFPSO1
の首振りスラスタの発生するモーメントである。
The target value A0 of the controlled variable A is compared with the fed back controlled amount A1. Then, the comparison result (A0-A1) is input to the controller. Controller is the comparison result (A0-A
The appropriate change amount dB of the control amount B corresponding to 1) is obtained. Then, the dB is output to the Plant. The correction value ΔB from the NN is added to dB, and (dB + ΔB) is set to P
Input to lant. Plant sets the control amount B to (dB
+ ΔB), and the control result A2 of the controlled variable A is output. The NN outputs the correction value ΔB of the control amount B based on the input of the change amount ΔA1 of the control result. Along with that
Learning is performed so that ΔA1 becomes 0 by using dB output from the controller as teacher data. When applied to this embodiment, the Plant is FPSO1 and
The controlled variable A is in the direction of the external force, and the controlled variable B is FPSO1.
This is the moment generated by the swing thruster.

【0072】本実施例における、NN制御を補償型とし
て用いた場合、FPSO1の制御ブロック図を、図4に
示す。FPSO1を制御する制御装置(図示せず)は、
図4のFPSO1の制御コンピュータ6を具備してい
る。そして、制御コンピュータ6は、PID制御ユニッ
ト7と、ニューラルネットワーク制御ユニット8とを具
備している。また、図4中のFPSO1は、FPSO1
が制御コンピュータ6により出力されたデータに基づい
て制御され、制御結果を出力することを示す。本実施例
においては、制御回路としての制御コンピュータ6によ
り出力されたデータに基づいて首振りスラスタが制御さ
れ、その結果、FPSO1の回頭角が制御された結果を
出力する。
FIG. 4 shows a control block diagram of the FPSO1 when the NN control is used as the compensation type in the present embodiment. The control device (not shown) that controls the FPSO1 is
The control computer 6 of the FPSO 1 of FIG. 4 is provided. The control computer 6 includes a PID control unit 7 and a neural network control unit 8. In addition, FPSO1 in FIG.
Is controlled based on the data output by the control computer 6, and outputs the control result. In this embodiment, the swing thruster is controlled based on the data output by the control computer 6 as a control circuit, and as a result, the result that the turning angle of the FPSO 1 is controlled is output.

【0073】図4と図3(c)との対応関係は、PID
制御ユニット7=Controller(=第1制御回
路)、ニューラルネットワーク制御ユニット8=NN
(=第2制御回路、ニューラルネットワーク)、FPS
O1=Plant(=第1浮体) である。そして、P
ID制御のみを行なう場合には、ニューラルネットワ−
ク制御ユニット8は動作せず、従って、副FPSO制御
モーメント11は出力されない。なお、シャトルタンカ
ーは第2浮体である。
The correspondence between FIG. 4 and FIG. 3C is PID.
Control unit 7 = Controller (= first control circuit), neural network control unit 8 = NN
(= Second control circuit, neural network), FPS
O1 = Plant (= first floating body). And P
When only ID control is performed, the neural network
The control unit 8 does not operate, so that the sub FPSO control moment 11 is not output. The shuttle tanker is the second floating body.

【0074】PID制御ユニット7には、目標値と実測
値との相違に基づいて、PID制御法により計算された
制御量を出力するPID制御装置である。例えば、図4
においては、外力の方向である目標外力方向(例示:潮
流(外力)とFPSO1に固定されている座標系の基線
との間の角度あるいは方位、潮流(外力)とX軸との間
の角度あるいは方位、など)θ1と、現実のFPSO1
方向(フィードバック信号)θ2との比較結果(θ1−
θ2)が、PID制御ユニット7に入力される。そし
て、予め設定されたPIDゲインと比較結果(θ1−θ
2)とに基づいて、制御量である主FPSO制御モーメ
ント9が計算され、出力される。外力は、潮汐力、潮流
力、風力、波力のような複合的な自然環境力である。
The PID control unit 7 is a PID control device that outputs the control amount calculated by the PID control method based on the difference between the target value and the actually measured value. For example, in FIG.
, The target external force direction that is the direction of the external force (eg, the angle or direction between the tidal current (external force) and the base line of the coordinate system fixed to FPSO1, the angle between the tidal current (external force) and the X axis, or Azimuth, etc.) θ1 and actual FPSO1
Direction (feedback signal) θ2 Comparison result (θ1-
θ2) is input to the PID control unit 7. Then, the preset PID gain and the comparison result (θ1-θ
Based on 2) and, the main FPSO control moment 9 which is the controlled variable is calculated and output. External forces are complex natural environmental forces such as tidal, tidal, wind and wave forces.

【0075】ニューラルネットワーク制御ユニット8に
は、FPSO1とシャトルタンカー3の基準点間距離
(例示:連結用ホーサ4の両端点D−E間距離、FPS
O1の船首と船尾とで決定される長軸線とシャトルタン
カー3の船首との距離Ylen)Rと時々刻々の基準点
間距離変位量ΔRとが入力される。本実施例中では、R
=FPSO1の船首と船尾とで決定される長軸線とシャ
トルタンカー3の船首との距離Ylen及びΔR=ΔY
len である。ニューラルネットワーク制御ユニット
8は、RとΔRの入力に基づいて、学習機能により得た
補正回頭角Δθ(R,ΔR)を算出する。補正回頭角Δ
θ(R,ΔR)は、FPSO1とシャトルタンカー3の
相対距離と相対距離偏差に基づいたFPSO1とシャト
ルタンカー3の間の回頭角換算偏差である。ニューラル
ネットワーク制御ユニット8は、補正回頭角Δθ(R,
ΔR)に基づいて(を変換して)、副FPSO制御モー
メント11を出力する。また、ニューラルネットワーク
制御ユニット8は、FPSO1とシャトルタンカー3の
相対距離(本実施例ではYlen)及び相対距離偏差
(本実施例ではΔYlen)の回頭角換算値(回頭角換
算偏差)が最小になるように学習を行なう。
The neural network control unit 8 includes a distance between the reference points of the FPSO 1 and the shuttle tanker 3 (eg, the distance between the end points DE of the connecting hawser 4 and the FPS).
The distance Ylen) R between the long axis determined by the bow and stern of O1 and the bow of the shuttle tanker 3 and the distance ΔR between the reference points are input every moment. In this embodiment, R
= The distance Y len between the long axis determined by the bow and stern of FPSO1 and the bow of shuttle tanker 3 and ΔR = ΔY
It is len . The neural network control unit 8 calculates the corrected turning angle Δθ (R, ΔR) obtained by the learning function based on the inputs of R and ΔR. Corrected turning angle Δ
θ (R, ΔR) is a turning angle conversion deviation between the FPSO 1 and the shuttle tanker 3 based on the relative distance and the relative distance deviation between the FPSO 1 and the shuttle tanker 3. The neural network control unit 8 uses the corrected turning angle Δθ (R,
The secondary FPSO control moment 11 is output based on (converting) ΔR). Further, the neural network control unit 8 has the minimum turning angle conversion value (turning angle conversion deviation) of the relative distance (Y len in this embodiment) and relative distance deviation (ΔY len in this embodiment) between the FPSO 1 and the shuttle tanker 3. Learn to be.

【0076】PID制御ユニット7が出力する主FPS
O制御モーメント9とニューラルネットワーク制御ユニ
ット8が出力する副FPSO制御モーメント11とは、
加算的にFPSO1のスラスタ群(図示せず)に目標制
御モーメント12として入力される。FPSO1(図4
中のFPSO1は、FPSO1が制御コンピュータ6に
より出力された目標制御モーメント12に基づいて制御
され、制御結果を出力することを示す)は、現実に検出
されるFPSO1の相対角度(検出回頭角)θ2を出力
する。θ2は、PID制御ユニット7に主フィードバッ
ク信号13として戻されるとともに、ニューラルネット
ワーク制御ユニット8にも副フィードバック信号14と
して戻される。ニューラルネットワーク制御ユニット8
に戻されるフィードバック信号は、ニューラルネットワ
ーク制御では、教師データと呼ばれる。船舶高等技術者
(船長、パイロット)の操縦に基づく出力は、教師デー
タ14’としてニューラルネットワーク制御ユニット8
にフィードバックされる。
Main FPS output by PID control unit 7
The O control moment 9 and the sub-FPSO control moment 11 output by the neural network control unit 8 are
The target control moment 12 is additively input to the thruster group (not shown) of the FPSO 1. FPSO1 (Fig. 4
FPSO1 in the figure indicates that FPSO1 is controlled based on the target control moment 12 output by the control computer 6 and outputs the control result) is the relative angle (detection turning angle) θ2 of FPSO1 actually detected. Is output. θ2 is returned to the PID control unit 7 as the main feedback signal 13 and also to the neural network control unit 8 as the sub feedback signal 14. Neural network control unit 8
The feedback signal returned to is referred to as teacher data in neural network control. The output based on the operation of the ship higher engineer (captain, pilot) is the neural network control unit 8 as the teacher data 14 '.
Be fed back to.

【0077】ここで、ニューラルネットワーク制御にお
ける学習方法について説明する。図5は、図4における
FPSO1の制御コンピュータ6にあるニューラルネッ
トワーク制御ユニット8を示している。FPSO1の物
理的データは、入力データ21として、外力(FPSO
アクチュエータ、シャトルタンカーアクチュエータ、ホ
ーサ張力、自然環境力、スラスタ力の反作用力としての
外力のような船体に作用する外力を含む全外力、な
ど)、あるいは、変位(物体固定座標系(FPSO座標
系)でのシャトルタンカーとの横方向相対距離
len、相対距離(Yle )の変化量ΔYlen
など)と、入力データ21に基づいて運動する船体(ア
クチュエータ(スラスタ)を含む)の出力データ(サー
ジ、スウエイ、ヨーの回転運動と直線運動)22と、ニ
ューラルネット層23とから形成されている。外力は、
一般的には、相対的運動二浮体であるFPSO1とシャ
トルタンカー3のそれぞれに作用する外力であるが、今
の場合、シャトルタンカー3はホーサ張力を受けている
だけで自然環境状態に置かれている。
Here, a learning method in the neural network control will be described. FIG. 5 shows the neural network control unit 8 in the control computer 6 of the FPSO 1 in FIG. The physical data of FPSO1 is used as the input data 21 for the external force (FPSO1).
Actuator, shuttle tanker actuator, hawser tension, natural environment force, total external force including external force acting on ship such as external force as reaction force of thruster force, or displacement (object fixed coordinate system (FPSO coordinate system)) lateral relative distance between the shuttle tanker at Y len, variation [Delta] Y len of the relative distance (Y le n),
Etc.), output data (rotational motion and linear motion of surge, suway, yaw) 22 of a hull (including actuator (thruster)) that moves based on input data 21, and a neural net layer 23. . External force is
Generally, it is an external force that acts on each of the two buoyancy bodies, the FPSO1 and the shuttle tanker 3, but in this case, the shuttle tanker 3 is placed in a natural environment state only by being subjected to Hauser tension. There is.

【0078】本実施例においては、入力データ21は、
変位(物体固定座標系(FPSO座標系)でのシャトル
タンカーとの横方向相対距離Ylen、相対距離(Y
len)の変化量ΔYlenである。また、出力データ
22は、FPSO1のスラスタ(アクチュエータ)の推
力であり、図4における副FPSO制御モーメント11
である。
In this embodiment, the input data 21 is
Displacement (lateral relative distance Y len to the shuttle tanker in the object fixed coordinate system (FPSO coordinate system), relative distance (Y
len ) change amount ΔY len . Further, the output data 22 is the thrust of the thruster (actuator) of the FPSO 1, and is the sub-FPSO control moment 11 in FIG.
Is.

【0079】ニューラルネット層23は、制御変数が多
い場合に、複数層が採択される。その複数層は、単一又
は複数の入力層23−1と、単一又は複数の中間層23
−2と、単一又は複数の出力層23−3とから形成され
ている。本実施例では、入力層23−1には、物体固定
座標系(FPSO座標系)でのシャトルタンカーとの横
方向相対距離Ylen、相対距離(Ylen)の変化量
ΔYlenの第1出力24−1〜2がそれぞれに個別に
第1ネット結節点(ノード)に入力される。第1出力2
4−1〜2のそれぞれは、係数をかけられて第1ネット
結節点から第2出力25−1−1〜3及び第2出力25
−2−1〜3として出力される。第2出力25−1〜2
のそれぞれは、中間層23−2の3個の第2ネット結節
点に入力する。第2出力25−1〜2のそれぞれは、第
2ネット結節点でそれぞれに係数をかけられて、第2ネ
ット結節点から第3出力26−1〜3として出力され
る。第3出力26−1〜3のそれぞれは、出力層23−
3の1個の第3ネット結節点に入力する。第3出力26
−1〜3のそれぞれは、第3ネット結節点でそれぞれに
係数をかけられて、第3ネット結節点から第4出力27
−1として出力される。
A plurality of neural net layers 23 are adopted when there are many control variables. The plurality of layers are a single or a plurality of input layers 23-1 and a single or a plurality of intermediate layers 23.
-2 and a single or a plurality of output layers 23-3. In this embodiment, the input layer 23-1 has the first output of the lateral relative distance Y len and the change amount ΔY len of the relative distance (Y len ) with the shuttle tanker in the object fixed coordinate system (FPSO coordinate system). 24-1 and 24-2 are individually input to the first net node (node). First output 2
Each of 4-1 and 4-2 is multiplied by a coefficient, and is output from the first net node to the second output 25-1-1 to 25-1-2 and the second output 25.
-2-1 to 3 are output. Second output 25-1 to 2
To each of the three second net nodes of the intermediate layer 23-2. Each of the second outputs 25-1 and 25-2 is multiplied by a coefficient at the second net node, and output from the second net node as the third outputs 26-1 to 26-3. Each of the third outputs 26-1 to 26-3 has an output layer 23-.
Input to one third net node 3 of 3. Third output 26
Each of -1 to 3 is multiplied by a coefficient at the third net node, and the fourth output 27 is output from the third net node.
It is output as -1.

【0080】ニューロン(結節点)の入出力関係は、次
式で表される。
The input / output relationship of neurons (nodes) is expressed by the following equation.

【数22】 ただし、f(x)=tanh(x) 各符号の意味は、以下の通りである。 Q:ある階層の第i番目のニューロンの出力 ωij:その第i番目のニューロンから次の層の第j番
目のニューロンへの係数(荷重値) u:次の層の第j番目のニューロンへの入力(の総
和)
[Equation 22] However, f (x) = tanh (x) has the following meanings. Q i : output of the i-th neuron in a certain hierarchy ω ij : coefficient from the i-th neuron to the j-th neuron in the next layer (weight value) u j : j-th neuron in the next layer Input to neuron (sum of)

【0081】荷重の学習は、誤差逆伝播法による学習方
法を用いる。ある教師データが与えられたとき、そのデ
ータに基づき評価関数Eを最小にするように荷重値ω
ijを変更するとすると、出力層における変更量Δω
ijは、
For learning the weight, a learning method based on the error back propagation method is used. When given teacher data, the weight value ω is set so as to minimize the evaluation function E based on the data.
If ij is changed, the change amount Δω in the output layer
ij is

【数23】 となる。ここで、Eを相対位置とすると、[Equation 23] Becomes If E is the relative position,

【数24】 という比例関係がほぼ成り立つため、以下の式で表すこ
とが可能になる。
[Equation 24] Since the proportional relation of is substantially established, it can be expressed by the following formula.

【数25】 各符号の意味は、以下の通りである。 η:学習係数[Equation 25] The meaning of each code is as follows. η: learning coefficient

【0082】図5において、出力層23−3の第4出力
27−1が、教師データ28に一致するように(あるい
は、評価関数E(例えば出力と教師データ28との二乗
誤差)が最小となるように)荷重値ωijがネットワー
ク内で計算されて決定される。ニューロン数(変数の
数)が十分に多く、出力層23−3に教師データが入力
される回数が十分に多くなれば、入力データ21に対応
する出力データ22が正しい値に漸近的に収束する。こ
のような学習を終えたFPSO1は、目標制御モーメン
ト12である制御信号に従って、目標値に漸近する副フ
ィードバック信号14を獲得することができる。
In FIG. 5, the fourth output 27-1 of the output layer 23-3 matches the teacher data 28 (or the evaluation function E (for example, the squared error between the output and the teacher data 28) is the minimum). A weight value ω ij is calculated and determined in the network. If the number of neurons (the number of variables) is sufficiently large and the number of times teacher data is input to the output layer 23-3 is sufficiently large, the output data 22 corresponding to the input data 21 will asymptotically converge to a correct value. . The FPSO 1 that has completed such learning can acquire the sub feedback signal 14 that gradually approaches the target value according to the control signal that is the target control moment 12.

【0083】ニューラルネットワーク制御ユニット8
は、このようなネットワーク構造を有している。本実施
例においては、ニューラルネットワーク制御ユニット8
にフィードバックされる副フィードバック信号14は、
PID制御ユニット7が出力する主FPSO制御モーメ
ント9を自らが出力する副FPSO制御モーメント11
によって補正した後のFPSO1の出力値である。そし
て、副フィードバック信号14は、教師データとして参
照されている。
Neural network control unit 8
Has such a network structure. In this embodiment, the neural network control unit 8
The sub-feedback signal 14 fed back to
Secondary FPSO control moment 11 that itself outputs primary FPSO control moment 9 that PID control unit 7 outputs
It is the output value of FPSO1 corrected by. Then, the sub feedback signal 14 is referred to as teacher data.

【0084】次に、本発明の浮体位置制御システムの動
作について説明する。図1に示すFPSO1とシャトル
タンカー3とが連結用ホーサ4により形成する二浮体の
系において、系に海象・気象の外力(潮汐力、潮流力、
風力、波力のような複合的な自然環境力)が及ぼされて
いる。FPSO1は、自身が有するそれらの外力を測定
する装置(図示せず、後述)から、外力の方向である目
標外力方向(例示:潮流(外力)とFPSO1に固定さ
れている座標系の基線との間の角度あるいは、潮流(外
力)とX軸との間の角度あるいは方位、など)θ1と、
現実のFPSO1方向(フィードバック信号、回頭角)
θ2とを取得する。
Next, the operation of the floating body position control system of the present invention will be described. In the two-floating body system formed by the connecting hawser 4 of the FPSO 1 and the shuttle tanker 3 shown in FIG. 1, the system has an external force of sea and weather (tidal force, tidal force,
Complex natural environmental forces such as wind power and wave power are exerted. The FPSO1 measures a desired external force direction (ex. Tidal current (external force)) and a baseline of a coordinate system fixed to the FPSO1 from a device (not shown, which will be described later) for measuring those external forces that the FPSO1 has. Angle or azimuth between the tidal current (external force) and the X-axis, etc.) θ1,
Actual FPSO 1 direction (feedback signal, turning angle)
θ2 and are acquired.

【0085】続いて、図4において、目標外力方向θ1
と現実のFPSO1方向θ2との比較結果(θ1−θ
2)が、PID制御ユニット7に入力される。そして、
PID制御ユニット7において、予め設定されたPID
ゲインと比較結果(θ1−θ2)とに基づいて、制御量
である主FPSO制御モーメント9が計算され、出力さ
れる。
Subsequently, in FIG. 4, the target external force direction θ1
Of the actual FPSO1 direction θ2 (θ1-θ
2) is input to the PID control unit 7. And
PID preset in the PID control unit 7
Based on the gain and the comparison result (θ1−θ2), the main FPSO control moment 9 that is the control amount is calculated and output.

【0086】制御が、PID制御のみの場合、その主F
PSO制御モーメント9が、目標制御モーメント12で
あるFPSO首振りスラスタモーメントNとして、ア
クチュエータ(首振りスタスタ)の運動を制御する制御
部(図4の図1のFPSO1に含まれる)にそのまま出
力される。そして、既述の数8の式において、PID制
御装置から出力されたNと、X +Y =T
S−F の関係と、スラスタ推力TS−Fの最小制御
とから、TS−F、δが決定される。そして、それら
FPSO1の首振りスラスタのTS−F、δを制御す
ることにより、首振りスラスタのモーメント制御を行な
うことができる。スラスタ推力TS−Fの最小制御は、
スラスタ首振り角δの最小制御でも良い。
When the control is only PID control, the main F
The PSO control moment 9 is output as it is to the control unit (included in FPSO1 in FIG. 4 of FIG. 4) that controls the movement of the actuator (pivot starter) as the FPSO swing thruster moment N T that is the target control moment 12. It Then, in the above-described formula of the equation (8), N T output from the PID control device and X T 2 + Y T 2 = T
T S-F and δ F are determined from the relationship of S-F 2 and the minimum control of the thruster thrust T S-F . Then, by controlling T S−F and δ F of the swing thrusters of the FPSO 1, the moment control of the swing thrusters can be performed. The minimum control of thruster thrust T S-F is
The minimum control of the thruster swing angle δ F may be used.

【0087】また、数8の式において、PID制御装置
から出力されたNと、X +Y =TS−F
関係と、数1における運動方程式(1)〜(3)を解い
て、TS−F、δを決定することも可能である。
In the equation (8), the PID control device
Output from NTAnd XT Two+ Y T Two= TSF Twoof
Solve the relationship and the equations of motion (1) to (3) in Equation 1.
TSF, ΔFIt is also possible to determine

【0088】首振りスラスタの制御後、目標外力方向θ
1(自然力なので時々刻々変化する可能性あり) と制御により変化した現実のFPSO1方向θ2(回頭
角)が、FPSO1により再び計測される。そして、継
続的にPID制御が行なわれる。
After controlling the swing thruster, the target external force direction θ
The actual FPSO1 direction θ2 (turning angle), which is changed by control as 1 (because it is a natural force, may change from moment to moment), is measured again by the FPSO1. Then, PID control is continuously performed.

【0089】制御が、PID制御+ニューラルネットワ
ーク制御の場合、以下のようになる。PID制御ユニッ
ト7において、予め設定されたPIDゲインと比較結果
(θ1−θ2)とに基づいて、制御量である主FPSO
制御モーメント9が計算され、出力されるのは、PID
制御のみの場合と同様である。一方、ニューラルネット
ワーク制御ユニット8には、基準点間距離R=FPSO
1の船首と船尾とで決定される長軸線とシャトルタンカ
ー3の船首との距離Y len及び時々刻々の基準点間距
離変位量ΔR=ΔYlenとが入力される。ニューラル
ネットワーク制御ユニット8は、RとΔRの入力に基づ
いて、学習機能により得た補正回頭角Δθ(R,ΔR)
を算出する。補正回頭角Δθ(R,ΔR)は、FPSO
1とシャトルタンカー3の相対距離である基準点間距離
Rと相対距離偏差である基準点間距離変位量ΔRに基づ
いたFPSO1とシャトルタンカー3の間の回頭角換算
偏差である。ニューラルネットワーク制御ユニット8
は、補正回頭角Δθ(R,ΔR)を変換して、副FPS
O制御モーメント11を出力する。
The control is PID control + neural network
In case of peak control, it becomes as follows. PID control unit
In P7, preset PID gain and comparison result
Based on (θ1-θ2), the main FPSO that is the control amount
The control moment 9 is calculated and output is the PID
This is similar to the case of only control. On the other hand, neural network
The work control unit 8 has a reference point distance R = FPSO.
Long axis and shuttle tanker determined by the bow and stern of 1
-Distance Y to the bow of 3 lenAnd the momentary distance between reference points
Displacement amount ΔR = ΔYlenAnd are entered. neural
The network control unit 8 is based on the inputs of R and ΔR.
And the corrected turning angle Δθ (R, ΔR) obtained by the learning function
To calculate. The corrected turning angle Δθ (R, ΔR) is FPSO
Reference point distance, which is the relative distance between 1 and shuttle tanker 3
Based on R and relative distance deviation ΔR which is relative distance deviation
Turning angle conversion between FPSO1 and shuttle tanker 3
Deviation. Neural network control unit 8
Converts the corrected turning angle Δθ (R, ΔR) into the sub FPS
The O control moment 11 is output.

【0090】なお、ニューラルネットワーク制御ユニッ
ト8は、FPSO1とシャトルタンカー3の相対距離
(本実施例ではYlen)及びと相対距離偏差(本実施
例ではΔYlen)の回頭角換算値(回頭角換算偏差)
が最小になるように、制御中も継続的に学習を行なう。
ただし、事前に適切な学習パターンに基づいて学習を行
ない、その学習結果である学習ファイルをニューラルネ
ットワーク制御に用いることも可能である。学習ファイ
ルには、ωij(第i番目のニューロンから次の層の第
j番目のニューロンへの係数(荷重値))のデータが含
まれる。
The neural network control unit 8 converts the turning distance of the relative distance between the FPSO 1 and the shuttle tanker 3 (Y len in this embodiment) and the relative distance deviation (ΔY len in this embodiment) (turning angle conversion). deviation)
Is continuously learned during the control so that is minimized.
However, it is also possible to perform learning based on an appropriate learning pattern in advance and use the learning file that is the learning result for neural network control. The learning file includes data of ω ij (coefficient (weight value) from the i-th neuron to the j-th neuron in the next layer).

【0091】PID制御ユニット7が出力する主FPS
O制御モーメント9とニューラルネットワーク制御ユニ
ット8が出力する副FPSO制御モーメント11とは、
加算的にFPSO1のスラスタ群(図示せず)に目標制
御モーメント12として入力される。θ2は、PID制
御ユニット7に主フィードバック信号13として戻され
るとともに、ニューラルネットワーク制御ユニット8に
も副フィードバック信号14として戻される。これ以降
のプロセスは、PID制御と同様であるので、その説明
を省略する。
Main FPS output by PID control unit 7
The O control moment 9 and the sub-FPSO control moment 11 output by the neural network control unit 8 are
The target control moment 12 is additively input to the thruster group (not shown) of the FPSO 1. θ2 is returned to the PID control unit 7 as the main feedback signal 13 and also to the neural network control unit 8 as the sub feedback signal 14. Since the subsequent process is the same as the PID control, the description thereof will be omitted.

【0092】次に、上述のようなPID制御あるいはP
ID制御とニューラルネットワーク制御を合わせた制御
による制御方法を、実施するためのシミュレーションに
ついて説明する。このシミュレーションでは、記述のP
ID制御ユニット7とニューラルネットワーク制御ユニ
ット8を有する制御コンピュータ6と同様の働きを模擬
するシミュレーション装置により、FPSO1及びシャ
トルタンカー3の二浮体の位置制御をシミュレーション
する。
Next, the PID control as described above or P
A simulation for carrying out a control method based on a combination of ID control and neural network control will be described. In this simulation, the description P
The position control of the two floating bodies of the FPSO 1 and the shuttle tanker 3 is simulated by a simulation device that simulates the same operation as the control computer 6 having the ID control unit 7 and the neural network control unit 8.

【0093】図4に示される制御コンピュータ6の制御
系は、PIDゲインと、学習係数と、加算係数の点で調
整される。図7を参照して、本実施例におけるPID制
御及びNN制御の制御パラメータ調整手順を示す。な
お、このパラメータ調整手順は、シミュレーションの場
合だけでなく、実際の制御においても使用することが可
能である。 (1)PID制御でゲイン調整:ゲイン調整をPID制
御で行なう。これをPID制御+NN制御共通の基本制
御ゲインとする。ただし、比例(P)ゲイン(K
は、FPSOを外力の方向へ向かう傾向を示すように調
整される。「外力の方向へ向かう傾向を示すように」と
は、被制御量における目標値α0と実測値α1との差異
(α1−α0)から、比例制御のみによる制御量K
(α1−α0)の、その後の変化の方向(例えば、増
加又は減少、プラス又はマイナスなど)を示す程度の大
きさに調整する、という意味である。従って、他の制御
による制御量に比べて小さくするが、無視できる大きさ
では小さ過ぎる。本実施例では、例えば0.1である
(但し、0≦K≦1.0 である)。積分(I)ゲイ
ン(K)は、零近傍に調整される。FPSOは制御に
対する応答が非常に遅く、積分制御を大きくすると振れ
回りを起こし易いため、出来るだけ小さくする。比例ゲ
インより小さくすることを考えると、概ね零近傍とな
る。例えば、0.01以下である。微分(D)ゲイン
(KD)は、FPSOが振れ回りを起こさないように調
整される。FPSOは制御に対する応答が非常に遅い
が、微分制御を大きくすると、振れ回りを起こし難くな
るため、大きくする。本実施例では、例えば1.0であ
る(但し、0≦K≦1.0 である)。 (2)ニューラルネットワーク学習係数の調整:ニュー
ラルネットワークの学習の具体的な方法として、荷重の
変化量∂E/∂ωijに比例させるもので、この比例定
数を学習係数と呼ぶ。この係数が大きいほど1回の変化
量が大きくなるため学習速度が速くなる。しかし、大き
すぎると出力が振動的になったり、飽和したりする。従
って、そのようなことが起こらない範囲で値を設定する
必要がある。また、次に示す様に慣性項(右辺第二項)
を加えると振動防止に有効である。
The control system of the control computer 6 shown in FIG. 4 is adjusted in terms of PID gain, learning coefficient, and addition coefficient. Referring to FIG. 7, a control parameter adjustment procedure of PID control and NN control in this embodiment will be shown. Note that this parameter adjustment procedure can be used not only in simulation but also in actual control. (1) Gain adjustment by PID control: Gain adjustment is performed by PID control. This is a basic control gain common to PID control and NN control. However, proportional (P) gain (K P )
Are adjusted so that the FPSO tends to be directed toward the external force. "To show the tendency toward the direction of the external force" means that the control amount K based only on the proportional control is obtained from the difference (α1-α0) between the target value α0 and the measured value α1 in the controlled amount.
This means that the magnitude of P (α1-α0) is adjusted so as to indicate the direction of the subsequent change (for example, increase or decrease, plus or minus). Therefore, although it is made smaller than the control amount by other control, it is too small if it is negligible. In the present embodiment, for example, 0.1 (provided 0 ≦ K P ≦ 1.0). The integral (I) gain (K I ) is adjusted near zero. The response of the FPSO to the control is very slow, and whirling tends to occur when the integral control is increased, so the FPSO is made as small as possible. Considering that the gain is smaller than the proportional gain, the value is almost zero. For example, it is 0.01 or less. The derivative (D) gain (KD) is adjusted so that the FPSO does not swirl. The FPSO has a very slow response to control, but if the differential control is increased, whirling is less likely to occur, so the FPSO is increased. In this embodiment, for example, 1.0 (where 0 ≦ K P ≦ 1.0). (2) Adjustment of learning coefficient of neural network: As a concrete method of learning of the neural network, it is proportional to the change amount ∂E / ∂ω ij of the load, and this proportional constant is called a learning coefficient. The larger this coefficient is, the larger the amount of change per time is, and thus the learning speed becomes faster. However, if it is too large, the output becomes oscillating or saturated. Therefore, it is necessary to set the value within the range where such a thing does not occur. Also, as shown below, the inertia term (the second term on the right side)
Is effective in preventing vibration.

【数26】 各符号の意味は、以下の通りである。 η:学習係数 α:慣性項係数 η、αは、ほぼ同じ値を設定し、ニューラルネットの出
力が振動、飽和しない値を設定した。 (3)ニューラルネットワーク加算係数の調整:ニュー
ラルネットワーク8の出力は、−1〜+1であるが、こ
れをモーメント制御量として用いるため換算する必要が
ある。PID制御ユニット7がPID制御によって出力
する主FPSO制御モーメント9を基準値として、シミ
ュレーションにより制御結果が良くなるように換算係数
を調整した。例えば、副FPSO制御モーメント11の
主FPSO制御モーメント9に対する比率を調整するこ
ととし、その比率がkで表されれば、副FPSO制御モ
ーメント=k(主FPSO制御モーメント) となる。
kは、実験的に求める。
[Equation 26] The meaning of each code is as follows. η: learning coefficient α: inertia term coefficients η and α are set to almost the same value, and a value at which the output of the neural network does not vibrate or saturate is set. (3) Neural network addition coefficient adjustment: The output of the neural network 8 is -1 to +1 and needs to be converted because it is used as the moment control amount. Using the main FPSO control moment 9 output by the PID control unit 7 by PID control as a reference value, the conversion coefficient was adjusted by simulation so that the control result was improved. For example, if the ratio of the sub FPSO control moment 11 to the main FPSO control moment 9 is adjusted and the ratio is represented by k, the sub FPSO control moment = k (main FPSO control moment).
k is experimentally obtained.

【0094】次に、図24を参照して、シミュレーショ
ンを行なうシミュレータ19について説明する。シミュ
レータ19は、入力部15、制御演算部16、制御コン
ピュータ部17及び出力部18よりなる。入力部15
は、シミュレーションに関わるデータを入力する入力装
置である。制御演算部16は、入力部15から入力され
たデータと、自身の記憶部(図示せず)に有する制御ア
ルゴリズムに基づいて、シミュレーションに関わる演算
を行なう演算装置である。本実施例では、浮体の運動に
関わる演算を行なう。内部に、制御コンピュータ部17
からの目標制御モーメント12の信号に基づいて、FP
SO1のアクチュエータ(首振りスラスタ)の動作を模
擬するアクチュエータ模擬入力回路(図示せず)と、F
PSO1の運動の運動値とシャトルタンカーの運動の運
動値とから形成される運動値を出力する浮体模擬出力回
路(図示せず)とを具備する。演算結果は、制御コンピ
ュータ部17又は出力部19ヘ出力する。制御コンピュ
ータ部17は、図4における制御コンピュータ6と同様
の働きをする演算部である。制御演算部16から目標外
力方向θ1と現実のFPSO1方向θ2とのデータ入力
に基づいて、PID制御及びNN制御による演算結果を
制御演算部16(のアクチュエータ模擬入力回路(図示
せず))へ出力する。出力部18は、最終的なシミュレ
ーション結果を出力するための出力装置である。
Next, with reference to FIG. 24, the simulator 19 for performing the simulation will be described. The simulator 19 includes an input unit 15, a control calculation unit 16, a control computer unit 17, and an output unit 18. Input unit 15
Is an input device for inputting data related to the simulation. The control calculation unit 16 is a calculation device that performs a calculation related to the simulation based on the data input from the input unit 15 and a control algorithm stored in its own storage unit (not shown). In the present embodiment, calculations related to the motion of the floating body are performed. Inside the control computer unit 17
Based on the signal of the target control moment 12 from
An actuator simulation input circuit (not shown) for simulating the operation of the SO1 actuator (pivot thruster);
A floating body simulation output circuit (not shown) that outputs a motion value formed from the motion value of the PSO1 motion and the motion value of the shuttle tanker motion is provided. The calculation result is output to the control computer unit 17 or the output unit 19. The control computer unit 17 is an arithmetic unit that operates similarly to the control computer 6 in FIG. Based on the data input of the target external force direction θ1 and the actual FPSO1 direction θ2 from the control calculation unit 16, the calculation results by the PID control and the NN control are output to the control calculation unit 16 (actuator simulation input circuit (not shown)). To do. The output unit 18 is an output device for outputting a final simulation result.

【0095】次に、本発明の浮体制御システムにおける
浮体制御シミュレータの動作(計算手順)について、図
6、図24を参照して説明する。本実施例では、制御演
算部16、制御コンピュータ部17において、DPS
(Dynamic Positioning Syst
em)動解析プログラムであるDP−MAP(Dyna
mic Positioning System−Mo
tion Analysis Program)を拡張
した二浮体間相対位置制御プログラムを用いて、シミュ
レーションを行なう。
Next, the operation (calculation procedure) of the floating body control simulator in the floating body control system of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 24. In this embodiment, in the control calculation unit 16 and the control computer unit 17, the DPS
(Dynamic Positioning System
em) DP-MAP (Dyna) which is a dynamic analysis program.
mic Positioning System-Mo
simulation is performed using a relative position control program between two floating bodies, which is an extension of the Motion Analysis Program).

【0096】ここで、DOP−MAPについて説明す
る。これは、風、波、潮流等の複合変動力に基づく浮体
の運動方程式を立て、それを解くことにより、浮体の挙
動を求めるというアルゴリズムを用いた、動解析プログ
ラムである。以下の入力データを入力し、それに対応し
て得られる以下の出力データを検討する。 A1)入力データ a1.浮体要目データ、 b1.環境条件データ、 c1.環境外力係数データ、 d1.係留要目データ e1.スラスタデータ、 f1.制御ゲインデータ g1.シミュレーションデータ B1)出力データ h1.タイムヒストリ−、 i1.運動航跡 入力データに関して、浮体要目データは、浮体の構造に
より定まる値であり、この場合には対象となるFPSO
1のデータを用いる。環境条件及び環境外力係数データ
は、対象となるFPSO1が、現在あるいは将来受ける
海象及び気象の外力に関するデータである。係留要目デ
ータは、FPSO1が係留を行なっている場合に入力す
る係留点座標に関するデータである。スラスタデータ
は、スラスタの取付位置及び最大スラスタ容量であり、
この場合には、FPSO1のスラスタのデータを用い
る。制御ゲインデータは、FPSO1の動きをPID制
御する際に、PID制御に関わる制御演算式中に用いる
データである。シミュレーションデータは、その他シミ
ュレーションに必要なデータである。出力データに関し
て、タイムヒストリーは、FPSO1に対する海象及び
気象による外力、その外力下で位置保持制御を行なった
場合のFPSO1の運動(前後、左右、船首揺れ)、位
置保持制御でのスラスタ首振り角、位置保持制御でのス
ラスト力、の4項目の経時変化を表すデータである。ま
た、運動航跡は、シミュレーション期間中のFPSO1
の運動による航跡を示すデータである。
Here, the DOP-MAP will be described. This is a dynamic analysis program that uses an algorithm that determines the behavior of a floating body by establishing a motion equation of the floating body based on complex fluctuation forces such as wind, waves, and tidal currents, and solving it. Input the following input data, and consider the following output data obtained correspondingly. A1) Input data a1. Floating body summary data, b1. Environmental condition data, c1. External force coefficient data, d1. Mooring point data e1. Thruster data, f1. Control gain data g1. Simulation data B1) Output data h1. Time history, i1. Regarding the motion track input data, the floating body objective data is a value determined by the structure of the floating body. In this case, the target FPSO
The data of 1 is used. The environmental conditions and the external environmental force coefficient data are data relating to the external force of the sea condition and the weather that the target FPSO 1 receives now or in the future. The mooring point data is data relating to mooring point coordinates input when the FPSO 1 is moored. Thruster data is the thruster mounting position and maximum thruster capacity,
In this case, the FPSO1 thruster data is used. The control gain data is data used in a control arithmetic expression relating to PID control when PID control is performed on the movement of the FPSO 1. The simulation data is data required for other simulations. Regarding the output data, the time history is the external force of the FPSO1 due to the sea condition and the weather, the movement of the FPSO1 when the position holding control is performed under the external force (forward and backward, left and right, bow swing), the thruster swing angle in the position holding control, It is data representing changes in four items of thrust force in position holding control over time. In addition, the movement track is FPSO1 during the simulation period.
It is data showing a wake due to the movement of.

【0097】本発明における拡張されたDP−MAPを
ベースとした二浮体間相対位置制御プログラムでは、
上記DP−MAPが一浮体であるのに対して、二浮体を
取り扱う、二浮体を連結するホーサモデルを追加して
いる、ニューラルネットワークによる制御・学習ルー
チンを追加している、の3点が大きく異なる。に関し
ては、運動方程式において、二浮体分の運動方程式を立
て計算を行なう。に関しては、二浮体間を連結するホ
ーサの張力を運動方程式に導入している。に関して
は、スラスタによる位置制御をPID制御に加えてニュ
ーラルネットワークによる制御を行なっている。
In the program for relative position control between two floating bodies based on the expanded DP-MAP in the present invention,
The above DP-MAP is a single floating body, but there are three major differences: handling two floating bodies, adding a Hauser model connecting the two floating bodies, and adding a control / learning routine by a neural network. . For, regarding the equation of motion, the equation of motion for two floating bodies is set up and calculated. With regard to, the tension of Hauser connecting the two floating bodies is introduced into the equation of motion. With regard to (1), the position control by the thruster is added to the PID control, and the control by the neural network is performed.

【0098】それに伴い、シミュレーションにおける主
な初期入力データは、以下の様になる。 A2) a2.浮体要目データ(排水量、慣性モーメント、質
量、代表長さ、代表風圧面積、喫水、浮体速度、ホーサ
取り付け位置、ホーサ方向) b2.環境条件データ(波:波方向・方向変化、平均波
周期、有義波高、規則波・不規則スペクトラム、 風:風方向変化、風速、風スペクトラム、 潮流:潮流方向・方向変化、潮流角度、潮流速度) c2.環境外力係数データ(波漂流力係数、風圧力係
数、潮流力係数)d2.係留要目データ(係留点座標) e2.スラスタデータ(スラスタ取付点座標、最大スラ
スタ容量) f2.制御ゲインデータ(PIDゲイン、計算時間間
隔、制御時間間隔) g2.シミュレーションデータ
Accordingly, the main initial input data in the simulation are as follows. A2) a2. Floating body essential data (drainage, moment of inertia, mass, representative length, representative wind pressure area, draft, floating speed, hawser mounting position, hawser direction) b2. Environmental condition data (wave: wave direction / direction change, average wave period, significant wave height, regular wave / irregular spectrum, wind: wind direction change, wind speed, wind spectrum, tidal current: tidal current direction / direction change, tidal angle, tidal current Speed) c2. Environmental external force coefficient data (wave drift force coefficient, wind pressure coefficient, tidal current coefficient) d2. Mooring point data (mooring point coordinates) e2. Thruster data (thruster attachment point coordinates, maximum thruster capacity) f2. Control gain data (PID gain, calculation time interval, control time interval) g2. Simulation data

【0099】シミュレーションにおける出力データは、
以下の様になる。 B2)出力データ: h2.タイムヒストリ−(外力、浮体の運動(位置を含
む):Surge、Sway、Yaw、首振りスラスタ
首振角、首振りスラスタ推力(回転数を含む)ホーサ張
力) i2.運動航跡
The output data in the simulation is
It becomes as follows. B2) Output data: h2. Time history- (external force, motion of floating body (including position): Surge, Sway, Yaw, swing thruster swing angle, swing thruster thrust (including rotation speed) Hauser tension) i2. Movement track

【0100】では、本発明の浮体位置制御シミュレータ
(拡張されたDOP−MAP)の動作について、具体的
なプロセスを図24、及び図6を用いて説明する。 ステップ1(図6、S101)インプットデータ読み込
み:図24における入力部15を介して、シミュレーシ
ョンに必要なデータ(以下、初期入力データ)を入力す
る。初期入力データは、前述の各データ(a2〜g2)
を入力する。外部の記憶装置から入力部15により自動
的に読み込ませることも可能である。 ステップ2(S102)プログラム初期化:プログラム
を初期化する。ここでは、制御コンピュータ部17にお
けるニューラルネットワーク制御ユニット(図4におけ
るニューラルネットワーク制御ユニット8)の初期化を
行なう。
Now, a specific process of the operation of the floating body position control simulator (extended DOP-MAP) of the present invention will be described with reference to FIGS. 24 and 6. Step 1 (FIG. 6, S101) Input data read: Input data required for simulation (hereinafter, initial input data) via the input unit 15 in FIG. The initial input data is the above-mentioned data (a2-g2)
Enter. It is also possible to have the input unit 15 automatically read from an external storage device. Step 2 (S102) Program initialization: The program is initialized. Here, the neural network control unit (neural network control unit 8 in FIG. 4) in the control computer unit 17 is initialized.

【0101】ステップ3(S103)二浮体に作用する
流体力演算:制御演算部16において、初期入力データ
を参照して、二浮体に共通に作用する流体力について計
算する。すなわち、FPSO1及びシャトルタンカー1
が共通に受ける流体力である。数2〜数5の各式で表さ
れる潮流に関わる力である。
Step 3 (S103) Computation of Fluid Force Acting on Two Floating Bodies: The control computing section 16 refers to the initial input data and computes the fluid force commonly acting on the two floating bodies. That is, FPSO1 and shuttle tanker 1
Is the fluid force commonly received by. It is a force related to the tidal current represented by each of the equations 2 to 5.

【0102】ステップ4(S104)FPSO運動方程
式演算:制御演算部16において、初期入力データを参
照して、二浮体のうち、FPSO1に関する運動方程式
を立てる。すなわちスラスタ、風、波、係留索による力
に基づく、FPSO1の前後、左右、回転運動に関する
運動方程式である。数1の各式で表される。 ステップ5(S105)FPSOに作用する流体力、係
留力演算:制御演算部16において、初期入力データを
参照して、FPSO1に作用する上記スラスタ、風、波
による流体力、及び係留索による係留力を上記運動方程
式に代入し、演算を行なう。スラスタによる流体力は数
8、風による流体力は数12〜数14、波による流体力
は数15〜数18により、それぞれ表される。そして、
演算の結果であるFPSO1の運動に関するデータの
内、以下のデータを制御コンピュータ部17へ出力す
る。PID制御だけの場合、目標外力方向(潮流とFP
SO1に固定されている座標系の基線との間の角度ある
いは方位)θ1とFPSO1に対する現実の外力方向
(フィードバック信号)θ2が出力される。PID制御
+ニュールラルネットワーク制御の場合、θ1及びθ2
に加えて、FPSO1とシャトルタンカー3の基準点間
距離(FPSO1の船首と船尾とで決定される長軸線と
シャトルタンカー3の船首との距離Ylen)Rと時々
刻々の基準点間距離変位量ΔR(ΔR=ΔYlen)が
出力される。 ステップ6(S106)スラスタ制御力演算(ニューロ
制御量演算):制御コンピュータ部17内部のPID制
御ユニット(図示せず)により、予め設定されたPID
ゲインと比較結果(θ1−θ2)とに基づいて、制御量
である主FPSO制御モーメント9が計算される。ま
た、制御コンピュータ部17内部のニューラルネットワ
ーク制御ユニット(図示せず)により、基準点間距離R
(Ylen)と時々刻々の基準点間距離変位量ΔR(Δ
R=ΔYlen)とに基づき、副FPSO制御モーメン
ト11を出力する。そして、主FPSO制御モーメント
9に副FPSO制御モーメント11を加えた目標制御モ
ーメント12は、制御演算部16ヘ出力される。この
時、ニューラルネットワーク制御ユニットは、FPSO
1とシャトルタンカー3の相対距離(本実施例ではY
len)及びと相対距離偏差(本実施例ではΔ
len)の回頭角換算値(回頭角換算偏差)が最小に
なるように学習を行なう。 ステップ7(S107)収束判断:制御演算部16は、
内部に有するクチュエータ模擬入力回路(図示せず)
に、目標制御モーメント12を入力し、FPSO1の位
置制御が成功したかを判断する。すなわち、上記FPS
O制御モーメントがゼロ又は予め設定された値以下であ
るかどうかを判断する。Yesならば、位置制御成功、
すなわち計算終了(=収束)と判断する。そして、次の
ステップ(S108)に進む。Noならば、位置制御成
功せず、すなわち計算途中(=収束せず)と判断する。
そして、その段階でのFPSO制御モーメントに基づい
て、再び、上記ステップ104〜ステップ106までの
プロセスを行なう。それをステップ106の計算が収束
するまで繰り返す。すなわち、FPSO1の位置制御が
終了する(FPSO1が目標外力方向に向く)まで、そ
の操作を繰り返す。
Step 4 (S104) FPSO equation of motion calculation: The control computing unit 16 refers to the initial input data and establishes the equation of motion for FPSO1 of the two floating bodies. That is, it is a motion equation related to the front-rear, left-right, and rotational motions of the FPSO 1 based on the forces by the thruster, wind, waves, and mooring lines. It is represented by each equation of the formula 1. Step 5 (S105) Fluid force acting on FPSO, mooring force calculation: In the control arithmetic unit 16, referring to initial input data, the thruster acting on FPSO1, wind, wave fluid force, and mooring line mooring force Is substituted into the above equation of motion and calculation is performed. The fluid force by the thruster is represented by the equation 8, the fluid force by the wind is represented by the equations 12 to 14, and the fluid force by the waves is represented by the equations 15 to 18. And
The following data is output to the control computer unit 17 out of the data on the movement of FPSO1 which is the result of the calculation. In the case of only PID control, the target external force direction (tidal current and FP
The angle or azimuth θ1 between the base line of the coordinate system fixed to SO1 and the actual external force direction (feedback signal) θ2 with respect to FPSO1 are output. In case of PID control + neural network control, θ1 and θ2
In addition, the distance between the reference points of the FPSO1 and the shuttle tanker 3 (the distance Y len between the long axis determined by the bow and stern of the FPSO1 and the bow of the shuttle tanker 3) R, and the distance between the reference points at each moment ΔR (ΔR = ΔY len ) is output. Step 6 (S106) Thruster control force calculation (neuro control amount calculation): PID preset by a PID control unit (not shown) inside the control computer unit 17
Based on the gain and the comparison result (θ1-θ2), the main FPSO control moment 9 that is the control amount is calculated. Further, the reference network distance R is controlled by a neural network control unit (not shown) inside the control computer unit 17.
(Y len ), and the reference point distance displacement ΔR (Δ
Based on R = ΔY len ), the sub FPSO control moment 11 is output. Then, the target control moment 12 obtained by adding the sub FPSO control moment 11 to the main FPSO control moment 9 is output to the control calculation unit 16. At this time, the neural network control unit uses the FPSO
1 and shuttle tanker 3 relative distance (Y in this embodiment)
len ) and relative distance deviation (Δ in this embodiment)
Learning is performed so that the turning angle conversion value (turning angle conversion deviation) of Y len ) is minimized. Step 7 (S107) Convergence judgment: The control calculation unit 16
Simulation input circuit (not shown) inside
Then, the target control moment 12 is input to determine whether the position control of the FPSO 1 has succeeded. That is, the FPS
It is determined whether the O control moment is zero or less than a preset value. If yes, position control is successful,
That is, it is determined that the calculation has ended (= convergence). Then, the process proceeds to the next step (S108). If No, it is determined that the position control has not succeeded, that is, the calculation is in progress (= not converged).
Then, based on the FPSO control moment at that stage, the process from step 104 to step 106 is performed again. This is repeated until the calculation in step 106 converges. That is, the operation is repeated until the position control of the FPSO1 ends (the FPSO1 faces the target external force direction).

【0103】ステップ8(S108)二浮体に作用する
ホーサ張力演算:FPSO1の位置制御が終了した後、
制御演算部16において、ホーサ張力がFPSO1及び
シャトルタンカー3に及ぼすホーサ力を、数19に基づ
いて計算する。
Step 8 (S108) Hauser tension calculation acting on the two floating bodies: After the position control of FPSO1 is completed,
The control calculator 16 calculates the hawser force exerted by the hawser tension on the FPSO 1 and the shuttle tanker 3 based on the equation (19).

【0104】ステップ9(S109)シャトルタンカー
運動方程式演算:制御演算部16において、初期入力デ
ータ及びホーサ力を参照して、二浮体のうち、シャトル
タンカー3に関する運動方程式を立てる。すなわちプロ
ペラ、スラスタ、舵、風、波による力に基づく、シャト
ルタンカー3の前後、左右、回転運動に関する運動方程
式である。数1の各式で表される。 ステップ10(S110)シャトルタンカーに作用する
流体力演算:制御演算部16において、初期入力データ
を参照して、シャトルタンカー3に作用する上記プロペ
ラ、スラスタ、舵、風、波による流体力を上記運動方程
式に代入し、演算を行なう。プロペラによる流体力は数
7、スラスタによる流体力は数9、舵による流体力は数
11、風による流体力は数12〜数14、波による流体
力は数15〜数18により、それぞれ表される。 ステップ11(S111)収束判断:制御演算部16
は、シャトルタンカーの位置計算が成功したかを判断す
る。Yesならば、すなわち計算終了(=収束)してい
る場合には、次のステップ(S112)に進む。Noな
らば、すなわち計算途中(=収束せず)の場合には、再
び、上記ステップ109〜ステップ110までのプロセ
スを行なう。それをステップ1110の計算が収束する
まで繰り返す。
Step 9 (S109) Shuttle tanker motion equation calculation: The control calculation unit 16 refers to the initial input data and the Hauser force to establish a motion equation for the shuttle tanker 3 of the two floating bodies. That is, it is a motion equation relating to the front-rear, left-right, and rotational movements of the shuttle tanker 3 based on the forces of propeller, thruster, rudder, wind, and waves. It is represented by each equation of the formula 1. Step 10 (S110) Calculation of fluid force acting on shuttle tanker: In the control computing unit 16, referring to the initial input data, the fluid force due to the propeller, thruster, rudder, wind, and wave acting on the shuttle tanker 3 is moved to the above motion. Substitute into the equation and perform the operation. The fluid force by the propeller is represented by the equation 7, the fluid force by the thruster is represented by the equation 9, the fluid force by the rudder is represented by the equation 11, the fluid force by the wind is represented by equations 12 to 14, and the fluid force by the wave is represented by equations 15 to 18. It Step 11 (S111) Convergence judgment: control calculation unit 16
Determines whether the shuttle tanker position calculation was successful. If Yes, that is, if the calculation is completed (= converged), the process proceeds to the next step (S112). If No, that is, if the calculation is still in progress (= not converged), the processes from step 109 to step 110 are performed again. This is repeated until the calculation in step 1110 converges.

【0105】ステップ12(S112)収束判断:シミ
ュレーション結果が収束したかを判断する。収束してい
ない場合には、S103にもどり、シミュレーションを
繰り返す。 ステップ13(S113)収束判断:シミュレーション
に設定した時間が終了したかを判断する。時間が終了し
ていない場合には、S103にもどり、シミュレーショ
ンを繰り返す。 END:ステップ13の終了により、シミュレーション
が終了する。
Step 12 (S112) Convergence judgment: It is judged whether the simulation result has converged. If it has not converged, the process returns to S103 and the simulation is repeated. Step 13 (S113) Convergence judgment: It is judged whether the time set in the simulation has ended. If the time has not ended, the process returns to S103 and the simulation is repeated. END: With the end of step 13, the simulation ends.

【0106】なお、積分は、ルンゲクッタ法のような数
値積分法の計算手法を用いて行なう。
The integration is performed using a numerical integration method such as the Runge-Kutta method.

【0107】次に、浮体位置制御シミュレーションのシ
ミュレーション試験の結果について、図面を用いて説明
する。ここで、FPSO1は、120KDWATタンカ
ーの改造型を想定した。また、シャトルタンカー3は、
68KDEWTのタンカーを想定した。
Next, the result of the simulation test of the floating body position control simulation will be described with reference to the drawings. Here, the FPSO1 is assumed to be a modified model of a 120KDWAT tanker. In addition, shuttle tanker 3
We assumed a tanker of 68 KDEWT.

【0108】シミュレーションで設定した外力条件は、
以下の通りである。 波: H1/3=4.5m T=6.5sec. JONSWAP Spectrum β=0deg. 風: なし 潮流:U=2.0m/s β=15,−15deg.
The external force condition set in the simulation is
It is as follows. Wave: H 1/3 = 4.5 m T P = 6.5 sec. JONSWAP Spectrum β = 0 deg. Wind: None Tidal current: U C = 2.0 m / s β C = 15, −15 deg.

【0109】シミュレーションは、以下の制御条件で行
なった。 制御無し:スラスタを使用しないフリーの状態であ
り、何の制御も行なわない。 PID制御:PID制御をもちいて、スラスタを制御
する。 ニューロ(常時学習):PID制御とニューラルネッ
トワークによる制御とを合わせ、スラスタの制御を行な
う方法。ニューラルネットワークの学習は、制御を行な
いながら、同時に常に行なう。 ニューロ(学習ファイル使用):事前に、ニューラル
ネットワークによる学習を、ジグザグパターン(図8参
照)にて行ない、学習ファイルを作成する。そして、P
ID制御とニューラルネットワークによる制御とを合わ
せ、スラスタの制御を行なう方法。制御には、事前学習
ファイルを用い、制御中は学習を行なわない。
The simulation was performed under the following control conditions. No control: This is a free state where the thruster is not used and no control is performed. PID control: PID control is used to control the thruster. Neuro (always learning): A method of controlling thrusters by combining PID control and control by a neural network. Learning of the neural network is always performed simultaneously while controlling. Neuro (using learning file): Learning by a neural network is performed in advance in a zigzag pattern (see FIG. 8) to create a learning file. And P
A method of controlling thrusters by combining ID control and control by a neural network. A pre-learning file is used for control, and learning is not performed during control.

【0110】図9〜図12を参照して、シミュレーショ
ンの結果を説明する。各図には、上記の〜の制御条
件下でのホーサ張力及び二浮体間距離のタイムヒストリ
ーを示している。各図とも、横軸はシミュレーション時
間(秒)、縦軸は上側のグラフはホーサ張力(to
n)、下側のグラフは二浮体間距離(m)である。
The results of the simulation will be described with reference to FIGS. Each figure shows the time history of the hawser tension and the distance between the two floating bodies under the control conditions 1 to 3 above. In each figure, the horizontal axis is the simulation time (seconds), the vertical axis is the upper graph, and Hauser tension (to
n), the lower graph is the distance between two floating bodies (m).

【0111】図9の制御無しの場合では、本シミュレー
ションのような強い外乱下では、ホーサ張力150to
n以上となる回数及び時間が多い。また、二浮体間距離
が−20m以下となる回数及び時間が多い。
In the case without the control shown in FIG. 9, the hawser tension of 150 to
The number of times is n or more and the time is large. In addition, the number of times and the time when the distance between the two floating bodies becomes -20 m or less is large.

【0112】図10のPID制御の場合は、制御無しの
場合に比較して、ホーサ張力150ton以上となる回
数及び時間、及び、二浮体間距離が−20m以下となる
回数及び時間のいずれも、制御無しの場合に比較して、
減少している。すなわち、PID制御により、ホーサ張
力及び二浮体間距離の減少及びその安定の効果があるこ
とが明らかとなった。
In the case of the PID control of FIG. 10, as compared with the case without control, both the number of times and the time when the hawser tension is 150 tons or more and the number and the time when the distance between the two floating bodies is -20 m or less, Compared to the case without control,
is decreasing. That is, it was revealed that the PID control has the effect of reducing the hawser tension and the distance between the two floating bodies and stabilizing the same.

【0113】図11のPID制御に常時学習を行なうニ
ューラルネットワーク制御を付加した場合では、PID
制御の場合に比較して、ホーサ張力150ton以上と
なる事が無くなり、ホーサ張力の最高値が約130to
nにまで低下している。更に、常時学習の効果は、学習
が進む1500秒以上では、ホーサ張力が100ton
以下に制御可能となっている。更に時間を延長すれば、
50ton以下とすることも可能と考えられる。また、
二浮体間距離が−20m以下となる回数及び時間が減少
し、かつその変動も概ね−5m〜−25mの範囲で安定
している。すなわち、PID制御の場合に比較して、常
時学習を行なうニューラルネットワーク制御を付加する
ことによるホーサ張力及び二浮体間距離の減少及びその
安定の効果を確認できた。
When the neural network control for always learning is added to the PID control of FIG.
Compared to the case of control, the hawser tension will not exceed 150 tons, and the maximum hawser tension will be about 130 tons.
It has dropped to n. Furthermore, the effect of constant learning is that the hawser tension is 100 tons when the learning progresses for 1500 seconds or more.
It can be controlled below. If you extend the time further,
It is considered possible to set it to 50 tons or less. Also,
The number of times and the time when the distance between the two floating bodies becomes -20 m or less are reduced, and the variation is stable in the range of approximately -5 m to -25 m. That is, as compared with the case of the PID control, it was confirmed that the effect of reducing the hawser tension and the distance between the two floating bodies by adding the neural network control for always learning and the stabilization thereof was added.

【0114】図12のPID制御に事前学習を行なった
ニューラルネットワーク制御を付加した場合では、PI
D制御の場合に比較して、ホーサ張力150ton以上
となる事が無くなり、ホーサ張力の最高値が約130t
onにまで低下し、全体としても100ton以下が多
くなっている。更に、二浮体間距離が、初期以外は常に
−10m〜−20mの範囲で非常に安定している。すな
わち、PID制御の場合に比較して、事前学習を行なう
ニューラルネットワーク制御を付加することによるホー
サ張力及び二浮体間距離の減少及びその安定の効果を確
認できた。
When the pre-learned neural network control is added to the PID control shown in FIG.
Compared to the case of D control, the hawser tension never exceeds 150 tons, and the maximum hawser tension is about 130 t.
It has decreased to on and 100 ton or less has increased as a whole. Furthermore, the distance between the two floating bodies is always very stable in the range of -10 m to -20 m except the initial stage. That is, as compared with the case of the PID control, the effect of reducing the hawser tension and the distance between the two floating bodies by adding neural network control for performing the pre-learning and its stability can be confirmed.

【0115】上記結果より、PID制御を導入すること
により、ホーサ張力及び二浮体間距離を良好に制御する
こが可能となる。また、PID制御にニューラルネット
ワーク制御を付加することにより、ホーサ張力及び二浮
体間距離を、より良好に制御するこが可能となる。特
に、ニューラルネットワーク制御の常時学習により、ホ
ーサ張力を非常に小さく制御することが可能となる。ま
た、特に、ニューラルネットワーク制御の事前学習によ
り、二浮体間距離を一定の範囲に安定的に保つ制御をす
ることが可能となる。
From the above results, it is possible to favorably control the hawser tension and the distance between the two floating bodies by introducing the PID control. Further, by adding neural network control to the PID control, it becomes possible to better control the hawser tension and the distance between the two floating bodies. In particular, constant learning of neural network control makes it possible to control the hawser tension to a very small value. In addition, in particular, it is possible to perform the control for keeping the distance between the two floating bodies stably within a certain range by preliminarily learning the neural network control.

【0116】ニューラルネットワーク制御において、広
範な汎化を行なうためには、前述の及びの制御方法
を合わせた方法もまた、有効な制御方法である。すなわ
ち、PID制御にニューラルネットワーク制御を付加し
た制御システムであって、ニューラルネットワークに対
する事前の学習を行なうと共に、制御中においても学習
を継続的に行なうようにする方法である。
In the neural network control, in order to perform a wide range of generalization, a method combining the above-mentioned control methods and is also an effective control method. In other words, it is a control system in which neural network control is added to PID control, and a method of performing learning in advance on the neural network and continuously performing learning even during control.

【0117】次に、二浮体のシミュレーションとして、
FPSO1とシャトルタンカー3の特性解析が行う水槽
試験が行われた。FPSO1は、PID制御とニューラ
ルネットワーク制御の両者を行なうことが可能である。
二浮体問題の特性解析のために、FPSO1とシャトル
タンカー3の特性データが水槽試験により採取される。
その特性データの同定が、FPSO1に固有のニューラ
ルネットワークにより行われる。ニューラルネットワー
クは、水槽試験の動特性がニューラルネットワークの出
力22と一致するように学習して行く。
Next, as a simulation of two floating bodies,
An aquarium test was conducted to analyze the characteristics of the FPSO 1 and the shuttle tanker 3. The FPSO1 can perform both PID control and neural network control.
The characteristic data of the FPSO 1 and the shuttle tanker 3 are collected by the water tank test for the characteristic analysis of the two-floating body problem.
The identification of the characteristic data is performed by a neural network unique to FPSO1. The neural network learns so that the dynamic characteristics of the aquarium test match the output 22 of the neural network.

【0118】図14は、その水槽試験の試験装置を示し
ている。全体として、現物の1/50スケールの大きさ
で試験は行なわれた。水槽試験の試験装置は、計測台車
31と曳航治具44とFPSO対応模型32とホーサ対
応模擬ばね34と船位計測装置45とからなる。計測台
車31は、FPSO制御用PC41とシャトル制御用P
C42とデータ解析用PC43とを具備している。FP
SO対応模型32は、回頭角制御用首振りスラスタ38
を具備している。シャトル対応模型33は、タグ曳引力
対応模擬送風機35と舵36とプロペラ37とバウスラ
スタ39を具備している。
FIG. 14 shows a test device for the water tank test. Overall, the tests were carried out on a 1/50 scale size of the real thing. The test device for the water tank test includes a measurement carriage 31, a towing jig 44, an FPSO compatible model 32, a hawser compatible simulated spring 34, and a ship position measuring device 45. The measurement carriage 31 includes a PC 41 for FPSO control and a P for shuttle control.
It is equipped with C42 and PC43 for data analysis. FP
The SO-compatible model 32 is a swinging thruster 38 for turning angle control.
It is equipped with. The shuttle-compatible model 33 includes a tag-pulling force-compatible simulated blower 35, a rudder 36, a propeller 37, and a bow thruster 39.

【0119】計測台車31は、試験用二浮体であるFP
SO対応模型32とシャトル対応模型33とを制御、曳
航しながら、各種データを取り込む機器である。FPS
O制御用PC41は、FPSO対応模型32の動作を制
御するとともに、FPSO対応模型32に関するデータ
を取り込むパーソナルコンピュータ(PC)である。F
PSO対応模型方位角、FPSO対応模型方位角速度、
FPSO対応模型側ホーサ張力、FPSO対応模型スラ
スタ首振り角、シャトル対応模型との相対位置のような
制御に関わる情報を取り扱う。シャトル制御用PC42
は、シャトル対応模型33の動作を制御するとともに、
シャトル対応模型33に関するデータを取り込むPCで
ある。シャトル対応模型O方位角、シャトル対応模型方
位角速度、シャトル対応模型側ホーサ張力、FPSOス
ラスタ首振り角、FPSO対応模型との相対位置のよう
な制御に関わる情報を取り扱う。データ解析用PC43
は、FPSO制御用PC41とシャトル制御用PC42
とが取り込んだ二浮体に関わるデータに基づいて、二浮
体の運動の解析を行うPCである。
The measurement carriage 31 is an FP that is a two-body floating structure for testing.
It is a device that captures various data while controlling and towing the SO compatible model 32 and the shuttle compatible model 33. FPS
The O-controlling PC 41 is a personal computer (PC) that controls the operation of the FPSO-compatible model 32 and takes in data regarding the FPSO-compatible model 32. F
PSO model azimuth, FPSO model azimuth velocity,
Handles information related to control such as the FPSO compatible model side hawser tension, FPSO compatible model thruster swing angle, and relative position with the shuttle compatible model. PC42 for shuttle control
Controls the operation of the shuttle compatible model 33,
This is a PC that captures data regarding the shuttle-compatible model 33. Handles control-related information such as shuttle compatible model O azimuth, shuttle compatible model azimuth angular velocity, shuttle compatible model side hawser tension, FPSO thruster swing angle, and relative position with the FPSO compatible model. PC43 for data analysis
PC41 for FPSO control and PC42 for shuttle control
This is a PC that analyzes the motion of the two-float body based on the data relating to the two-float body captured by and.

【0120】曳航治具44は、一端側を計測台車31
に、他端側をFPSO対応模型32に接続されている。
そして、計測台車31は、FPSO対応模型32を、曳
航治具43を介して一定方向に曳航する。FPSO対応
模型32は、FPSO(約250m)を模擬した模型船
(約5m)である。自身の回頭角を制御するために、そ
の船尾に回頭角制御用首振りスラスタ38を有してい
る。シャトル対応模型33は、シャトルタンカー(約2
50m)を模擬した模型船(約5m)である。航行及び
位置制御に使用される、バウスラスタ39(船側方向)
を船首に、プロペラ37及びその舵36を船尾に有して
いる。また、シャトル対応模型33の船尾側にタグ曳引
力対応模擬送風機35が搭載されている。ホーサ対応模
擬ばね34は、FPSO対応模型32の船尾とシャトル
対応模型33の船首とを連結するホーサを模擬したばね
である。FPSO対応模型32の船尾とシャトル対応模
型33の船首が既述の相対距離の両端点として設定され
ている。両模型は、ホーサ対応模擬ばね34に連結され
て水槽の水面(海水面)に浮かせられ、計測台車31に
より牽引され、水槽に海流(潮流)は生成されていな
い。船位計測装置45は、FPSO対応模型32の位置
とシャトル対応模型33の位置を正確に測定することが
可能な、位置計測装置である。
One end of the towing jig 44 is the measurement carriage 31.
The other end is connected to the FPSO compatible model 32.
The measurement carriage 31 then tows the FPSO-compatible model 32 in a fixed direction via the towing jig 43. The FPSO compatible model 32 is a model ship (about 5 m) simulating FPSO (about 250 m). In order to control its own turning angle, it has a turning angle control swinging thruster 38 at its stern. The shuttle-compatible model 33 is a shuttle tanker (about 2
It is a model ship (about 5 m) simulating 50 m). Bow thruster 39 (next to ship side) used for navigation and position control
On the bow, and a propeller 37 and its rudder 36 on the stern. Further, a tag-pulling force-compatible simulated blower 35 is mounted on the stern side of the shuttle-compatible model 33. The hawser-compatible simulated spring 34 is a spring simulating a hawser that connects the stern of the FPSO-compatible model 32 and the bow of the shuttle-compatible model 33. The stern of the FPSO compatible model 32 and the bow of the shuttle compatible model 33 are set as both end points of the relative distance described above. Both models are connected to the Hausa corresponding simulated spring 34, floated on the water surface (sea water surface) of the water tank, and are towed by the measurement cart 31, and no ocean current (tidal current) is generated in the water tank. The ship position measuring device 45 is a position measuring device capable of accurately measuring the positions of the FPSO compatible model 32 and the shuttle compatible model 33.

【0121】水槽試験を通して、FPSO対応模型32
とシャトル対応模型33は、外力に対する運動としての
出力が教師データに一致するように学習させられてい
る。
Through the water tank test, the FPSO compatible model 32
The shuttle-compatible model 33 is trained so that the output as a motion with respect to an external force matches the teacher data.

【0122】図15及び図16は、図4に示される制御
の水槽試験の試験条件一覧を示す表である。制御モード
は、4通りに設定されている。その4通りは、制御無し
(制御を行なわない:図15)と、PID制御(PID
制御行なう:図15)と、PID制御+ニューラルネッ
トワーク制御(常時学習)(PID制御とニューラルネ
ットワーク制御(常時学習)を同時に行なう:図16)
と、PID制御+ニューラルネットワーク制御(学習フ
ァイル)(PID制御とニューラルネットワーク制御
(事前学習)を同時に行なう:図16)とである。それ
ぞれの制御モードについて、試験条件が示されている。
制御対象は、FPSO方位角である。試験条件は、波
高、潮流速度、潮流方向、タグ曳引力であり、更に、F
PSOに関しては、スラスタ首振り角、スラスタ最大推
力であり、シャトル33に関しては、バウスラスタ最大
推力、プロペラ推力である。今の場合、シャトル33は
自由状態に放流されている(バウスラスタ最大推力=プ
ロペラ推力=0)。図15及び図16の表の最左欄は、
試験番号を示している。
FIG. 15 and FIG. 16 are tables showing a list of test conditions for the control water tank test shown in FIG. There are four control modes. The four types are PID control (PID control).
Control is performed: FIG. 15) and PID control + neural network control (always learning) (PID control and neural network control (always learning) are performed simultaneously: FIG. 16).
And PID control + neural network control (learning file) (PID control and neural network control (preliminary learning) are performed simultaneously: FIG. 16). The test conditions are shown for each control mode.
The controlled object is the FPSO azimuth. The test conditions are wave height, tidal current velocity, tidal current direction, tag pulling force, and F
PSO is thruster swing angle and thruster maximum thrust, and shuttle 33 is bow thruster maximum thrust and propeller thrust. In this case, the shuttle 33 is discharged in a free state (maximum thrust of bow thruster = propeller thrust = 0). The leftmost columns of the tables in FIGS. 15 and 16 are
The test number is shown.

【0123】なお、ニューラルネットワーク制御の場合
には、学習要素入力として、FPSO船尾−シャトルタ
ンカー船首Y方向相対位置及びその変化量(Ylen
ΔY len)を用いる。
In the case of neural network control
FPSO stern-shuttle
The relative position of the bow in the Y direction and its variation (Ylen,
ΔY len) Is used.

【0124】図13に水槽試験における座標系を示す。
図13は、FPSO対応模型32とシャトル対応模型3
3の物理的・幾何学的データ(FPSO対応模型32と
シャトル対応模型33のそれ自体のデータとしての出力
データ)の計測対象量の定義を示している。図13は、
FPSO対応模型32とシャトル対応模型33のそれぞ
れについて、計測対象量を示している。各符号の意味は
以下の通りである。各計測対象量の説明の後の括弧内の
記載は、その計測対象量を計測するために好適である計
測機器を示している。それらは、FPSO対応模型32
とシャトル対応模型33又は船位計測装置45に搭載
(図示せず)され、計測を行ない、FPSO制御用PC
41とシャトル制御用PC42へデータを出力する。 δ:FPSOスラスタ首振り角度(ポテンショメー
タ)、 nS−F:FPSOスラスタプロペラ回転数(回転
計)、 ψ:FPSO方位角(ジャイロ)、 r:FPSO方位角速度(ジャイロ)、 φ:FPSO横揺れ角(傾斜計)、 θ:FPSO縦揺れ角(傾斜計)、 X0−T:FPSOX方向係留位置(ポテンショメー
タ)、 Y0−T:FPSOY方向係留位置(ポテンショメー
タ)、 X0−F:FPSO船尾ターゲットX方向位置(光学式
トラッカー)、 Y0−F:FPSO船尾ターゲットY方向位置(光学式
トラッカー)、 F:FPSOタレットX方向係留力(ブロックゲー
ジ)、 F:FPSOタレットY方向係留力(ブロックゲー
ジ)、 TS−F:FPSOスラスタ推力(ブロックゲージ)、 T:FPSO−S/Tホーサ張力(張力計)、 ψH−F:FPSO側ホーサ張力相対角度(ポテンショ
メータ)、 H:波高(波高計)、 δ:S/T舵角(ポテンショメータ)、 nP−S:S/Tプロペラ回転数(回転計)、 nS−B:S/Tバウスラスタ回転数(回転計)、 ψ:S/T方位角(ジャイロ)、 r:S/T方位角速度(ジャイロ)、 φ:S/T横揺れ角(傾斜計)、 θ:S/T縦揺れ角(傾斜計)、 X0−S:S/T船尾ターゲットX方向位置(光学式ト
ラッカー)、 Y0−S:S/T船尾ターゲットY方向位置(光学式ト
ラッカー)、 F:S/T舵直圧力(ブロックゲージ)、 F:S/T舵平行力(ブロックゲージ)、 T:S/Tプロペラ推力(ロードセル)、 TS−B:S/Tバウスラスタ推力(ブロックゲー
ジ)、 ψTUG:S/Tタグ張力方向(ポテンショメータ) ψH−S:S/T側ホーサ張力相対角度(ポテンショメ
ータ) (S/T:シャトルタンカー)
FIG. 13 shows the coordinate system in the water tank test.
FIG. 13 shows the FPSO compatible model 32 and the shuttle compatible model 3.
3 shows the definition of the measurement target amount of the physical / geometrical data of 3 (output data as the data of the FPSO-compatible model 32 and the shuttle-compatible model 33 itself). Figure 13
The quantities to be measured are shown for each of the FPSO compatible model 32 and the shuttle compatible model 33. The meaning of each code is as follows. The description in parentheses after the description of each measurement target amount indicates a measuring device suitable for measuring the measurement target amount. They are FPSO compatible models 32
And a shuttle-compatible model 33 or a ship position measuring device 45 (not shown) to measure and measure the FPSO control PC.
Data is output to 41 and the shuttle control PC 42. δ F : FPSO thruster swing angle (potentiometer), n S-F : FPSO thruster propeller rotation speed (tachometer), ψ F : FPSO azimuth angle (gyro), r F : FPSO azimuth angular velocity (gyro), φ F : FPSO roll angle (tilt meter), θ F : FPSO pitch angle (tilt meter), X 0-T : FPS OX direction mooring position (potentiometer), Y 0-T : FPS YO direction mooring position (potentiometer), X 0- F : FPSO stern target X direction position (optical tracker), Y 0-F : FPSO stern target Y direction position (optical tracker), F X : FPSO turret X direction mooring force (block gauge), F Y : FPSO turret Y direction mooring force (block gauge), T S-F: FPSO thruster thrust (block gauge), T : FPSO-S / T Hosa tension (tensiometer), ψ H-F: FPSO side Hosa tension relative angle (potentiometer), H W: height (height gauge), δ S: S / T steering angle (potentiometer), n P-S: S / T propeller speed (tachometer), n S-B: S / T bow thruster rotational speed (tachometer), ψ S: S / T azimuth (gyro), r S: S / T orientation Angular velocity (gyro), φ S : S / T roll angle (tilt meter), θ S : S / T pitch angle (tilt meter), X 0-S : S / T stern target X direction position (optical tracker) ), Y 0-S : S / T stern target position in Y direction (optical tracker), F N : S / T rudder direct pressure (block gauge), FT : S / T rudder parallel force (block gauge), T P: S / T propeller thrust (load cell), T S-B: S / T bow thruster thrust (block gauge), ψ TUG : S / T tag tension direction (potentiometer) ψ H-S : S / T side hawser tension relative angle (potentiometer) (S / T: shuttle tanker)

【0125】試験では、外力として波及び潮流を考慮し
た。波は、水槽短辺側の造波機により生成される。ま
た、潮流は、計測台車31を設定流速で作動させ二浮体
を動かすことにより、潮流流速及び方向を模擬した。す
なわち、潮流は計測台車31の相対的直線運動に代えら
れている。
In the test, waves and tidal current were considered as external forces. The waves are generated by the wave generator on the short side of the water tank. For the tidal current, the tidal current velocity and direction were simulated by operating the measurement carriage 31 at the set velocity and moving the two floating bodies. That is, the tidal current is replaced by the relative linear movement of the measurement carriage 31.

【0126】制御方法については、シャトルタンカー側
は制御無しで試験を実施したので、シャトルタンカーの
アクチュエータ(プロペラ37とバウスラスタ39)は
作動させていない。FPSO側は、計測台車31上のパ
ソコンにより、各センサーからの出力をフィードバック
してデータ処理を行ない、首振りスラスタ38のスラス
タ首振り角及びスラスタ回転数を制御した。また、タグ
曳引力を模擬した送風機で、常時空間固定座標X軸方向
に一定曳引力を与えるようシャトルタンカー方位角をフ
ィードバックし、タグ曳引力方向制御を実施した。
With respect to the control method, the shuttle tanker side conducted the test without control, so the actuators (propeller 37 and bow thruster 39) of the shuttle tanker were not operated. On the FPSO side, the personal computer on the measurement carriage 31 feeds back the output from each sensor to perform data processing to control the thruster swing angle and the thruster rotation speed of the swing thruster 38. In addition, with a blower simulating the tag pulling force, the shuttle tanker azimuth angle was fed back so that a constant pulling force was always applied in the space fixed coordinate X-axis direction, and the tag pulling force direction control was performed.

【0127】試験で設定した外力条件は、以下の通りで
ある。 波: 有義波高H1/3=4.5m、3.5mに相当す
る波高 ピーク周期T=6.5sec. スペクトル=JONSWAP Spectrum 方向分布関数=cosβ 波方向φ=0deg. 風: なし 潮流(模擬): 流速U=2kn、3knに相当する
速度 潮流方向φ=25、15、5、−15deg. (「高さ(速度)に相当する」とは、実際のFPSOや
シャトルタンカーでは、その高さ(速度)になる、こと
を意味する。) 方位目標は、PID制御:φset=0deg.、ニュ
ーラルネットワーク:φset=0deg.である。
The external force conditions set in the test are as follows. Wave: Significant wave height H 1/3 = 4.5 m, wave height peak period T P = 6.5 sec. Corresponding to 3.5 m. Spectrum = JONSWAP Spectrum direction distribution function = cos 4 β wave direction φ W = 0 deg. Wind: None Tidal current (simulation): Velocity U C = 2kn, velocity corresponding to 3kn Tidal current direction φ C = 25, 15, 5, -15 deg. (“Corresponding to height (speed)” means that the height (speed) is obtained in an actual FPSO or shuttle tanker.) The azimuth target is PID control: φset = 0 deg. , Neural network: φset = 0 deg. Is.

【0128】図17〜図20は、4個の試験番号につい
て、FPSO対応模型32とシャトル対応模型33の相
対的運動を数値的に示している。横軸は、シミュレーシ
ョンのタイムヒストリー(秒)である。縦軸は、10個
並んだ図の上から順に、以下の通りである。なお、縦軸
の説明の後の括弧内の記載は、これらと図13における
記号との対応を示している。 DELTA−F(deg):FPSOスラスタ首振り角
度(δ)、 NS−F(rpm):FPSOスラスタプロペラ回転数
(nS−F)、 PSI−F(deg):FPSO方位角(ψ)、 TS−F(ton):FPSOスラスタ推力
(TS−F) HWTEN:FPSO−S/Tホーサ張力(T)、 X0−F:FPSO船尾ターゲットX方向位置(X
0−F)、 Y0−F:FPSO船尾ターゲットY方向位置(Y
0−F)、 PSI−S(deg):S/T方位角(ψ)、 X0−S:S/T船尾ターゲットX方向位置
(X0−S)、 Y0−S:S/T船尾ターゲットY方向位置
(Y0−S)、 (S/T:シャトルタンカー)
17 to 20 numerically show the relative movements of the FPSO corresponding model 32 and the shuttle corresponding model 33 for the four test numbers. The horizontal axis is the time history (seconds) of the simulation. The vertical axis is as follows in order from the top of the figure in which 10 pieces are arranged. The description in parentheses after the description of the vertical axis indicates the correspondence between these and the symbols in FIG. 13. DELTA-F (deg): FPSO thruster swing angle (δ F ), NS-F (rpm): FPSO thruster propeller rotation speed (n S-F ), PSI-F (deg): FPSO azimuth angle (ψ F ). , TS-F (ton): FPSO thrusters thrust (T S-F) HWTEN: FPSO-S / T Hosa tension (T H), X0-F : FPSO stern target X-direction position (X
0-F ), Y0-F: FPSO stern target position in Y direction (Y
0-F ), PSI-S (deg): S / T azimuth (ψ S ), X0-S: S / T stern target X direction position (X 0-S ), Y0-S: S / T stern target Y direction position (Y 0-S ), (S / T: shuttle tanker)

【0129】図17は試験番号8に対応し、図18は試
験番号13に対応し、図19は試験番号22に対応し、
図20は試験番号30に対応している。図15及び図1
6に示すように、試験番号8、試験番号13、試験番号
22及び試験番号30とは、試験条件の点で同じであ
る。しかし、それらは、試験モードの点で異なり、試験
番号8は制御無しであり、試験番号13はPID制御で
あり、試験番号22はPID制御+ニューラルネットワ
ーク制御(常時学習)であり、試験番号30はPID制
御+ニューラルネットワーク制御(学習ファイル)であ
る。
FIG. 17 corresponds to test number 8, FIG. 18 corresponds to test number 13, FIG. 19 corresponds to test number 22,
FIG. 20 corresponds to test number 30. 15 and 1
As shown in 6, test number 8, test number 13, test number 22, and test number 30 are the same in terms of test conditions. However, they are different in the test mode, the test number 8 is no control, the test number 13 is PID control, the test number 22 is PID control + neural network control (always learning), and the test number 30. Is PID control + neural network control (learning file).

【0130】図17の制御無しモードでは、FPSOの
首振りスラスタは無作動であるが、図18のPID制御
モードでは、FPSOの首振りスラスタは激しく動作し
ている。過渡的応答が落ち着き実験として有効なデータ
を示すと考えられるタイムヒストリーの後半部分におい
て、FPSOの横方向変位Y0−Fは、PID制御モー
ドでは変動が減少し、無制御モードに比較して安定して
いる事がわかる。ただし、このタイムヒストリーの範囲
では、ホーサ張力(HWTEN)には、大きな差が無
い。これは、外乱が大きい(波高4.5m相当)ためで
ある。すなわち、PID制御は、有効であるが、外乱が
大きい(波高4.5m相当)場合には、効果が少なくな
る。
In the non-control mode of FIG. 17, the swing thruster of the FPSO is inoperative, but in the PID control mode of FIG. 18, the swing thruster of the FPSO is violently operating. In the second half of the time history, where the transient response is considered to be calm and to show valid data for the experiment, the lateral displacement Y0-F of the FPSO has reduced fluctuations in the PID control mode and is stable compared to the non-control mode. I understand that. However, within this time history range, there is no significant difference in hawser tension (HWTEN). This is because the disturbance is large (equivalent to a wave height of 4.5 m). That is, although the PID control is effective, when the disturbance is large (equivalent to a wave height of 4.5 m), the effect is small.

【0131】図19のPID制御+ニューラルネットワ
ーク制御(常時学習)モードでは、図17及び図18と
同一の外乱下で、過渡的応答が落ち着き実験として有効
なデータを示すと考えられるタイムヒストリーの後半部
分において、FPSOの横方向変位Y0−Fの変動が減
少し、無制御モードに比較して安定している事がわか
る。加えて、制御無しモードやPID制御モードに比較
して、ホーサ張力(HWTEN)の平均値及びピーク値
のいずれも低減されている。すなわち、ニューラルネッ
トワーク制御(常時学習)を付加した有効性が示されて
いる。
In the PID control + neural network control (always learning) mode of FIG. 19, the second half of the time history, which is considered to show effective data as an experiment, with a stable transient response under the same disturbance as in FIGS. 17 and 18. It can be seen that in the portion, the fluctuation of the lateral displacement Y0-F of the FPSO is reduced and is stable as compared with the non-control mode. In addition, both the average value and the peak value of the hawser tension (HWTEN) are reduced as compared with the no control mode and the PID control mode. That is, the effectiveness of adding neural network control (always learning) is shown.

【0132】図20のPID制御+ニューラルネットワ
ーク制御(学習ファイル)モードでは、図17及び図1
8と同一の外乱下で、過渡的応答が落ち着き実験として
有効なデータを示すと考えられるタイムヒストリーの後
半部分において、FPSOの横方向変位Y0−Fの変動
が減少し、無制御モードに比較して安定している事がわ
かる。加えて、制御無しモードやPID制御モードに比
較して、ホーサ張力(HWTEN)の平均値及びピーク
値のいずれも低減されている。すなわち、ニューラルネ
ットワーク制御(学習ファイル)を付加した有効性が示
されている。ただし、PID制御+ニューラルネットワ
ーク制御(常時学習)モードに比較して、その制御性能
はやや劣る。
In the PID control + neural network control (learning file) mode of FIG. 20, FIG. 17 and FIG.
In the latter half of the time history, where the transient response settles down under the same disturbance as 8 and shows valid data as an experiment, the fluctuation of the lateral displacement Y0-F of the FPSO decreases, and it is compared with the uncontrolled mode. You can see that it is stable. In addition, both the average value and the peak value of the hawser tension (HWTEN) are reduced as compared with the no control mode and the PID control mode. That is, the effectiveness of adding the neural network control (learning file) is shown. However, the control performance is slightly inferior to the PID control + neural network control (always learning) mode.

【0133】図21〜図23は、制御方法によるホーサ
張力の変化を、波高との関係で示している。ホーサ張力
は、タイムヒストリー中の平均値及び最高値を載せてい
る。横軸は各制御方法を示し、縦軸はホーサ張力(HW
TEN)である。
21 to 23 show changes in hawser tension depending on the control method in relation to the wave height. The hawser tension is the average and highest value in the time history. The horizontal axis indicates each control method, and the vertical axis indicates Hauser tension (HW
TEN).

【0134】図21(a)は、波高3.5m相当におけ
る各制御方法でのホーサ張力であり、図21(b)は、
波高4.5m相当における各制御方法でのホーサ張力で
ある。
FIG. 21 (a) shows the Hauser tension in each control method at a wave height of 3.5 m, and FIG. 21 (b) shows
It is the Hauser tension by each control method at a wave height of 4.5 m.

【0135】図21(a)において、波高3.5m相当
の場合には、PID制御モードでも、最高値が抑制さ
れ、ホーサ張力の変動を低く抑えることが可能である。
すなわち、制御無しモードの場合に比較して、ホーサ張
力の抑制に有効である。また、それにニューラルネット
ワーク制御を加えると、最高値はPID制御程度である
が、平均値が下がっている。ホーサ張力の変動を、更に
低く抑えることが可能である。すなわち、PID制御モ
ードの場合に比較して、ホーサ張力の抑制に有効であ
る。
In FIG. 21 (a), when the wave height is equivalent to 3.5 m, the maximum value is suppressed even in the PID control mode, and it is possible to suppress fluctuations in the hawser tension.
That is, it is more effective in suppressing the hawser tension than in the control-free mode. Further, when the neural network control is added thereto, the maximum value is about the PID control, but the average value is lowered. It is possible to further suppress fluctuations in hawser tension. That is, it is more effective in suppressing the hawser tension than in the PID control mode.

【0136】図21(b)においては、波高3.5m相
当の場合には、PID制御モードでは、制御無しモード
とほとんど変わらない。すなわち、外乱が大きい場合に
は、PID制御だけでは、ホーサ張力の抑制に有効では
無い。しかし、それにニューラルネットワーク制御を加
えると、最高値及び平均値が低下する。ホーサ張力の変
動を、更に低く抑えることが可能である。すなわち、P
ID制御モードの場合に比較して、ホーサ張力の抑制に
有効である。
In FIG. 21B, when the wave height is equivalent to 3.5 m, the PID control mode is almost the same as the non-control mode. That is, when the disturbance is large, the PID control alone is not effective in suppressing the hawser tension. However, adding neural network control to it lowers the maximum and average values. It is possible to further suppress fluctuations in hawser tension. That is, P
This is more effective in suppressing the hawser tension than in the ID control mode.

【0137】図22(a)は、波高4.5m相当かつ潮
流方向25deg.における各制御方法でのホーサ張力
である。図22(b)は、図22(a)との比較データ
であり、図21(b)と同じである。波高4.5m相当
かつ潮流方向15deg.における各制御方法でのホー
サ張力である。
FIG. 22A shows a wave height of 4.5 m and a tide direction of 25 deg. It is the Hauser tension in each control method in. 22B shows comparison data with FIG. 22A and is the same as FIG. 21B. Wave height equivalent to 4.5 m and tidal current direction 15 deg. It is the Hauser tension in each control method in.

【0138】図22(a)において、制御無しに比較す
ると、PID制御モード、PID制御+ニューラルネッ
トワーク制御ともに、ホーサ張力の変動を低く抑え、最
大値及び平均値を低減できる。すなわち、制御無しモー
ドの場合に比較して、ホーサ張力の抑制に有効である。
しかし、PID制御モードとPID制御+ニューラルネ
ットワーク制御との間に顕著な差は無い。これは、試験
設備の制約から、ニューラルネットワークに充分な学習
をさせることが出来ないためと考えられる。
In FIG. 22 (a), when compared without control, fluctuations in hawser tension can be kept low and maximum and average values can be reduced in both PID control mode and PID control + neural network control. That is, it is more effective in suppressing the hawser tension than in the control-free mode.
However, there is no significant difference between the PID control mode and the PID control + neural network control. It is considered that this is because the neural network cannot sufficiently learn due to the constraints of the test equipment.

【0139】図23(a)は、波高4.5m相当かつタ
グ曳引力15tonにおける各制御方法でのホーサ張力
である。図23(b)は、図23(a)との比較データ
であり、図21(b)と同じである。波高4.5m相当
かつタグ曳引力30tonにおける各制御方法でのホー
サ張力である。
FIG. 23 (a) shows hawser tension in each control method when the wave height is 4.5 m and the tag pulling force is 15 tons. FIG. 23B shows comparison data with FIG. 23A and is the same as FIG. 21B. It is the Hauser tension in each control method when the wave height is equivalent to 4.5 m and the tag pulling force is 30 tons.

【0140】図23(a)において、制御無しに比較す
ると、PID制御+ニューラルネットワーク制御(学習
ファイル)、PID制御+ニューラルネットワーク制御
(常時学習)、PID制御モードの順に良好なホーサ張
力の制御を行なうことが可能である。すなわち、制御無
しモードの場合に比較して、ホーサ張力の抑制に有効で
ある。
In FIG. 23 (a), comparing without control, good Hauser tension control is performed in the order of PID control + neural network control (learning file), PID control + neural network control (always learning), and PID control mode. It is possible to do. That is, it is more effective in suppressing the hawser tension than in the control-free mode.

【0141】FPSOとホーサで連結されたシャトルタ
ンカーから構成される二浮体の運動にPID制御及びニ
ューラルネットワーク制御を活用し、次のような有効性
が確認された。すなわち、無制御の場合に比較し、PI
D制御は二浮体の制御に有効であり、FPSOの揺動を
抑え、ホーサ張力を低減できる。PID制御にニューラ
ルネットワーク制御を加えると、更に二浮体の制御に有
効であり、更にFPSOの揺動を抑え、ホーサ張力を低
減できる。
The following effectiveness was confirmed by utilizing PID control and neural network control for the movement of the two-floating body composed of the shuttle tanker connected by FPSO and hawser. That is, compared to the case of no control, PI
The D control is effective for controlling the two floating bodies, and can suppress the swing of the FPSO and reduce the hawser tension. When neural network control is added to the PID control, it is more effective for controlling the two floating bodies, and further, the swing of the FPSO can be suppressed and the hawser tension can be reduced.

【0142】船舶の基本運動は、サージ、スウェイ、ヨ
ーの3つの運動に分解される。3つの運動についてそれ
ぞれに非線形運動方程式が成立する。外力としてそれぞ
れに3次元外力が与えられる。3つの非線形運動方程式
から、サージ、スウェイ、ヨーの3つの運動について加
速度が求められる。3次元座標軸u,v,rについて加
速度ua、va、raは、次式で一般的に表される。 ua=f(v,r,u、Xj) va=g(v,r,u、Yj) ra=h(v,r,u、Nj) ここで、Xj,Yj,Njは、サージ、スウェイ、ヨー
に関する複数外力である。加速度ua、va、raが教
師データとして与えられれば、非線形関数f,g,hが
ニューラルネットワークで求められる。
The basic motion of the ship is divided into three motions of surge, sway and yaw. A nonlinear equation of motion holds for each of the three movements. A three-dimensional external force is given to each as an external force. From the three nonlinear equations of motion, the acceleration can be calculated for the three surge, sway, and yaw motions. The accelerations ua, va, ra with respect to the three-dimensional coordinate axes u, v, r are generally represented by the following equations. ua = f (v, r, u, Xj) va = g (v, r, u, Yj) ra = h (v, r, u, Nj) where Xj, Yj, Nj are surge, sway, These are multiple external forces related to yaw. If the accelerations ua, va, ra are given as teacher data, the non-linear functions f, g, h can be obtained by the neural network.

【0143】[0143]

【発明の効果】本発明による相対的浮体運動システム、
二浮体間運動制御回路及びシミュレータは、力学的に影
響し合う二浮体間の運動制御のフィードバック制御量が
ニューラルネットワークの制御量により有効に補正さ
れ、従来非常に困難であった非線形運動の制御を有効に
且つ容易にすることができる。
The relative floating body motion system according to the present invention,
In the motion control circuit and simulator between two floating bodies, the feedback control amount of the motion control between the two floating bodies that mechanically affects each other is effectively corrected by the control amount of the neural network, and it is possible to control the nonlinear motion which was very difficult in the past. It can be effective and easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による相対的浮体運動システムの実施の
形態の適用例を示す斜軸投影図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an application example of an embodiment of a relative floating body movement system according to the present invention.

【図2】本発明による相対的浮体運動システムに関わる
数学モデルの座標系を表す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a coordinate system of a mathematical model related to the relative floating body motion system according to the present invention.

【図3】(a)本発明による二浮体間運動制御回路の実
施の形態に関わる回路ブロック図の一例を示す図であ
る。 (b)本発明による二浮体間運動制御回路の実施の形態
の回路ブロック図の一例を示す図である。 (c)本発明による二浮体間運動制御回路の実施の形態
の回路ブロック図の一例を示す図である。
FIG. 3A is a diagram showing an example of a circuit block diagram relating to an embodiment of a motion control circuit between two floating bodies according to the present invention. (B) It is a figure which shows an example of the circuit block diagram of embodiment of the movement control circuit between two floating bodies by this invention. (C) It is a figure which shows an example of the circuit block diagram of embodiment of the motion control circuit between two floating bodies by this invention.

【図4】本発明による相対的浮体運動システムの実施の
形態を示す回路ブロック図である。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing an embodiment of a relative floating body movement system according to the present invention.

【図5】本発明による二浮体間運動制御回路の実施の形
態のニューラルネットワークの構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a neural network of an embodiment of a motion control circuit between two floating bodies according to the present invention.

【図6】本発明による浮体位置制御プログラムのフロー
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a flow of a floating body position control program according to the present invention.

【図7】本発明による浮体位置制御プログラムの制御パ
ラメータの調整手順を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a procedure for adjusting control parameters of a floating body position control program according to the present invention.

【図8】本発明による浮体位置制御プログラムのニュー
ラルネットワークの事前学習パターンを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a pre-learning pattern of the neural network of the floating body position control program according to the present invention.

【図9】(a)本発明による浮体位置制御プログラムの
シミュレーション結果(制御無しの場合)の内、ホーサ
張力を示す図である。 (b)本発明による浮体位置制御プログラムのシミュレ
ーション結果(制御無しの場合)の内、二浮体間距離を
示す図である。
FIG. 9 (a) is a diagram showing hawser tension in a simulation result (in the case of no control) of the floating body position control program according to the present invention. (B) It is a figure which shows the distance between two floating bodies among the simulation results (in the case of no control) of the floating body position control program by this invention.

【図10】(a)本発明による浮体位置制御プログラム
のシミュレーション結果(PID制御の場合)の内、ホ
ーサ張力を示す図である。 (b)本発明による浮体位置制御プログラムのシミュレ
ーション結果(PID制御の場合)の内、二浮体間距離
を示す図である。
FIG. 10 (a) is a diagram showing hawser tension in the simulation result (in the case of PID control) of the floating body position control program according to the present invention. (B) It is a figure which shows the distance between two floating bodies among the simulation results (in the case of PID control) of the floating body position control program by this invention.

【図11】(a)本発明による浮体位置制御プログラム
のシミュレーション結果(PID制御+ニューラルネッ
トワーク制御(常時学習)の場合)の内、ホーサ張力を
示す図である。 (b)本発明による浮体位置制御プログラムのシミュレ
ーション結果(PID制御+ニューラルネットワーク制
御(常時学習)の場合)の内、二浮体間距離を示す図で
ある。
FIG. 11 (a) is a diagram showing hawser tension in a simulation result (in the case of PID control + neural network control (always learning)) of the floating body position control program according to the present invention. (B) It is a figure which shows the distance between two floating bodies among the simulation results (in the case of PID control + neural network control (constant learning)) of the floating body position control program by this invention.

【図12】(a)本発明による浮体位置制御プログラム
のシミュレーション結果(PID制御+ニューラルネッ
トワーク制御(学習ファイル)の場合)の内、ホーサ張
力を示す図である。 (b)本発明による浮体位置制御プログラムのシミュレ
ーション結果(PID制御+ニューラルネットワーク制
御(学習ファイル)の場合)の内、二浮体間距離を示す
図である。
FIG. 12 (a) is a diagram showing hawser tension in the simulation result (in the case of PID control + neural network control (learning file)) of the floating body position control program according to the present invention. (B) It is a figure which shows the distance between two floating bodies among the simulation results (in the case of PID control + neural network control (learning file)) of the floating body position control program by this invention.

【図13】本発明による浮体位置制御システムの実施の
形態に関わる水槽試験における試験計測量を示す平面図
である。
FIG. 13 is a plan view showing a test measurement amount in a water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention.

【図14】本発明による浮体位置制御システムの実施の
形態に関わる水槽試験における構成を示す平面図付き正
面面である。
FIG. 14 is a front view with a plan view showing the configuration in the water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention.

【図15】本発明による浮体位置制御システムの実施の
形態に関わる水槽試験の試験条件を示す表である。
FIG. 15 is a table showing the test conditions of the water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention.

【図16】本発明による浮体位置制御システムの実施の
形態に関わる水槽試験の試験条件を示す表である。
FIG. 16 is a table showing test conditions of a water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention.

【図17】本発明による浮体位置制御システムの実施の
形態に関わる水槽試験の試験結果を示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing test results of a water tank test relating to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention.

【図18】本発明による浮体位置制御システムの実施の
形態に関わる水槽試験の他の試験結果を示すグラフであ
る。
FIG. 18 is a graph showing another test result of the water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention.

【図19】本発明による浮体位置制御システムの実施の
形態に関わる水槽試験の更に他の試験結果を示すグラフ
である。
FIG. 19 is a graph showing still another test result of the water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention.

【図20】本発明による浮体位置制御システムの実施の
形態に関わる水槽試験の別の試験結果を示すグラフであ
る。
FIG. 20 is a graph showing another test result of the water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention.

【図21】(a)本発明による浮体位置制御システムの
実施の形態に関わる水槽試験の解析結果を示すグラフで
ある。 (b)本発明による浮体位置制御システムの実施の形態
に関わる水槽試験の解析結果の比較データを示すグラフ
である。
FIG. 21 (a) is a graph showing the analysis result of the water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention. (B) It is a graph which shows the comparative data of the analysis result of the water tank test regarding embodiment of the floating body position control system by this invention.

【図22】(a)本発明による浮体位置制御システムの
実施の形態に関わる水槽試験の他の解析結果を示すグラ
フである。 (b)本発明による浮体位置制御システムの実施の形態
に関わる水槽試験の他の解析結果の比較データを示すグ
ラフである。
FIG. 22 (a) is a graph showing another analysis result of the water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention. (B) It is a graph which shows the comparative data of the other analysis result of the water tank test regarding embodiment of the floating body position control system by this invention.

【図23】(a)本発明による浮体位置制御システムの
実施の形態に関わる水槽試験の更に他の解析結果を示す
グラフである。 (b)本発明による浮体位置制御システムの実施の形態
に関わる水槽試験の更に他の解析結果の比較データを示
すグラフである。
FIG. 23 (a) is a graph showing still another analysis result of the water tank test according to the embodiment of the floating body position control system according to the present invention. (B) It is a graph which shows the comparative data of the further another analysis result of the water tank test regarding embodiment of the floating body position control system by this invention.

【図24】本発明である浮体位置制御シミュレータの実
施の形態の構成を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a floating body position control simulator according to the present invention.

【図25】本発明の浮体位置制御システムの実施の形態
における油圧装置の構成を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of a hydraulic device in the embodiment of the floating body position control system of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 FPSO 1’ 浮体 2 係留索 3 シャトルタンカー 4 ホーサ 6 制御コンピュータ 7 PID制御ユニット 7’ コントローラ 8 ニューラルネットワーク制御ユニット 8’ ニューラルネットワーク制御ユニット 9 主FPSO制御モーメント 11 副FPSO制御モーメント 12 目標制御モーメント 13 主フィードバック信号 14(14’) 副フィードバック信号 15 入力部 16 制御演算部 17 制御コンピュータ部 18 出力部 19 シミュレータ部 21 入力データ 22 出力データ 23 ニューラルネット層 23−1 入力層 23−1 中間層 23−1 出力層 24 第1出力 25 第2出力 26 第3出力 27 第4出力 31 計測台車 32 FPSO対応模型 33 シャトル対応模型 34 ホーサ対応模擬ばね 35 タグ曳引力対応模擬送風機 36 舵 37 プロペラ 38 回頭角制御用首振りスラスタ 39 プロペラ 41 FPSO制御用PC 42 シャトル制御用PC 43 データ解析用PC 44 曳航治具 45 船位計測装置 100 接続部 100−1 接続部 100−2 接続部 101 油圧制御部 102 油圧装置 1 FPSO 1'floating body 2 mooring lines 3 shuttle tankers 4 Hausa 6 control computer 7 PID control unit 7'controller 8 Neural network control unit 8'Neural network control unit 9 Main FPSO control moment 11 Sub FPSO control moment 12 Target control moment 13 Main feedback signal 14 (14 ') Sub feedback signal 15 Input section 16 Control calculation unit 17 Control computer section 18 Output section 19 Simulator section 21 Input data 22 Output data 23 Neural Net Layer 23-1 Input layer 23-1 Middle layer 23-1 Output layer 24 1st output 25 Second output 26 3rd output 27 Fourth output 31 Measuring cart 32 FPSO compatible model 33 Shuttle compatible model 34 Hausa compatible simulated spring 35 Tag Towing force compatible simulated blower 36 rudder 37 Propeller 38 Swing thruster for turning angle control 39 Propeller 41 FPSO control PC 42 Shuttle control PC 43 Data analysis PC 44 Towing jig 45 Ship Position Measuring Device 100 connections 100-1 Connection 100-2 connection 101 Hydraulic control unit 102 hydraulic system

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G05B 13/02 G05B 13/02 L G06F 19/00 110 G06F 19/00 110 (72)発明者 松浦 正巳 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 小林 英一 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Fターム(参考) 5H004 GA15 GB14 HA07 HA10 HA16 HB07 HB08 JA22 JB08 JB18 JB30 KA65 KA71 KB02 KB04 KB06 KD36 KD45 KD47 LA15 5H303 AA11 BB02 BB09 BB14 BB20 EE03 JJ05 KK02 KK03 KK04 KK11 KK21 MM05 QQ08 QQ09Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) G05B 13/02 G05B 13/02 L G06F 19/00 110 G06F 19/00 110 (72) Inventor Masami Matsuura Nagasaki City, Nagasaki Prefecture 5-717-1, Fukahori-machi Sanryo Heavy Industries Co., Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Eiichi Kobayashi 5-717-1, Fukahori-machi Nagasaki City, Nagasaki Sanryo Heavy Industry Co., Ltd. F-term (reference) 5H004 GA15 GB14 HA07 HA10 HA16 HB07 HB08 JA22 JB08 JB18 JB30 KA65 KA71 KB02 KB04 KB06 KD36 KD45 KD47 LA15 5H303 AA11 BB02 BB09 BB14 BB20 EE03 JJ05 KK02 KK03 KK04 KK11 KK21 MM05 QQ08 Q09 Q09

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1浮体と、 前記第1浮体に変位可能に連結されている第2浮体と、 を具備し、 前記第1浮体は、前記第1浮体の方向と前記第1浮体に
作用する外力の方向とに基づいて、前記第1浮体を前記
外力の方向へ向かわせるように、前記第1浮体の運動を
制御するPID制御回路を備える、 浮体位置制御システム。
1. A first floating body, and a second floating body displaceably connected to the first floating body, wherein the first floating body acts on the first floating body in a direction of the first floating body. A floating body position control system, comprising: a PID control circuit that controls the movement of the first floating body so as to direct the first floating body to the direction of the external force based on the direction of the external force.
【請求項2】前記PID制御回路のゲインのうち、 比例ゲインは、前記第1浮体を前記外力の方向へ向かう
傾向を示すように調整され、 積分ゲインは、零近傍に調整され、 微分ゲインは、前記第1浮体が振れ回りを起こさないよ
うに調整される、 請求項1に記載の浮体位置制御システム。
2. The gain of the PID control circuit, the proportional gain is adjusted so as to show a tendency to move the first floating body in the direction of the external force, the integral gain is adjusted to near zero, and the differential gain is The floating body position control system according to claim 1, wherein the first floating body is adjusted so as not to cause whirling.
【請求項3】第1浮体と、 前記第1浮体に変位可能に連結されている第2浮体と、 を具備し、 前記第1浮体は、前記第1浮体の運動を制御する制御回
路を備え、 前記制御回路は、前記第1浮体の位置制御に関わる物理
量である第1入力信号の入力に基づいて、第1出力信号
を出力する第1制御回路と、 前記第2浮体に対する前記第1浮体の相対的物理量であ
る第2入力信号の入力に基づいて、第2出力信号を出力
する第2制御回路と、 を備え、 前記第1浮体の運動は、前記第1出力信号と前記第2出
力信号とに基づいて制御され、 前記第2制御回路は、前記第1出力信号を補正するため
の前記第2出力信号を出力するニューラルネットワーク
である、 浮体位置制御システム。
3. A first floating body, and a second floating body displaceably connected to the first floating body, wherein the first floating body comprises a control circuit for controlling the movement of the first floating body. A first control circuit that outputs a first output signal based on an input of a first input signal that is a physical quantity related to position control of the first floating body; and the first floating body with respect to the second floating body. A second control circuit that outputs a second output signal based on an input of a second input signal that is a relative physical quantity of the first floating body, and the movement of the first floating body includes the first output signal and the second output. A floating body position control system, wherein the second control circuit is a neural network that outputs the second output signal for correcting the first output signal.
【請求項4】前記第1信号は前記第1浮体に作用する外
力の前記第1浮体に対する方向であり、 前記第2信号は、前記第1浮体と前記第2浮体の間の相
対的距離に基づく量と前記相対的距離の変位に基づく量
とである、 請求項3に記載の浮体位置制御システム。
4. The first signal is a direction of an external force acting on the first floating body with respect to the first floating body, and the second signal is a relative distance between the first floating body and the second floating body. The floating body position control system according to claim 3, wherein the floating body position control system is an amount based on the displacement and the amount based on the displacement of the relative distance.
【請求項5】第1浮体と、 前記第1浮体に変位可能に連結されている第2浮体と、 を具備し、 前記第1浮体は、前記第1浮体の位置制御に関わる物理
量である第1入力信号に基づいて前記第1浮体の運動の
制御を行なう第1制御回路を備え、 前記第1制御回路は、ニューラルネットワークである、 浮体位置制御システム。
5. A first floating body, and a second floating body displaceably connected to the first floating body, wherein the first floating body is a physical quantity relating to position control of the first floating body. A floating body position control system, comprising: a first control circuit that controls the movement of the first floating body based on one input signal, wherein the first control circuit is a neural network.
【請求項6】第1浮体と、 前記第1浮体に変位可能に連結されている第2浮体と、 を具備し、 前記第1浮体は、前記第1浮体の運動を制御する制御回
路を備え、 前記制御回路は、前記第1浮体の位置制御に関わる物理
量である第1入力信号の入力に基づいて第1出力信号を
出力する第1制御回路と、 前記第1出力信号と前記第1浮体の運動出力とである第
2入力信号の入力に基づいて第2出力信号を出力する第
2制御回路と、 を備え、 前記第1浮体の運動は、前記第1出力信号に基づいて制
御され、 前記第2制御回路は、前記第1制御回路の出力信号を補
正するための前記第2出力信号を出力するニューラルネ
ットワークである、 浮体位置制御システム。
6. A first floating body, and a second floating body displaceably connected to the first floating body, wherein the first floating body comprises a control circuit for controlling the movement of the first floating body. A first control circuit that outputs a first output signal based on an input of a first input signal that is a physical quantity related to position control of the first floating body; and the first output signal and the first floating body. A second control circuit that outputs a second output signal based on an input of a second input signal that is a motion output of the motion of the first floating body is controlled based on the first output signal, The floating body position control system, wherein the second control circuit is a neural network that outputs the second output signal for correcting the output signal of the first control circuit.
【請求項7】前記第1信号は前記第1浮体に作用する外
力の方向である、 請求項5又は6に記載の浮体位置制御システム。
7. The floating body position control system according to claim 5, wherein the first signal is a direction of an external force acting on the first floating body.
【請求項8】前記第1浮体の運動出力は教師データとし
て前記ニューラルネットワークに戻され、 前記ニューラルネットワークは、前記教師データに基づ
いて常態的に学習を行なう、 請求項3乃至7に記載の浮体位置制御システム。
8. The floating body according to claim 3, wherein the motion output of the first floating body is returned to the neural network as teacher data, and the neural network normally performs learning based on the teacher data. Position control system.
【請求項9】前記ニューラルネットワークは、事前に学
習を済ませてから前記第1浮体の制御を行なう、 請求項3乃至8に記載の浮体位置制御システム。
9. The floating body position control system according to claim 3, wherein the neural network controls the first floating body after performing learning in advance.
【請求項10】前記第1制御回路は、PID制御回路で
ある、 請求項3乃至9のいずれか一項に記載の浮体位置制御シ
ステム。
10. The floating body position control system according to claim 3, wherein the first control circuit is a PID control circuit.
【請求項11】前記第2浮体は前記第1浮体にホーサを
介して連結されている、 請求項3乃至10のいずれか一項に記載の浮体位置制御
システム。
11. The floating body position control system according to claim 3, wherein the second floating body is connected to the first floating body via a hawser.
【請求項12】前記ニューラルネットワークは多層を備
え、 前記多層のうちの1つの層の第i番目のニューロン出力
がQで表され、前記1つの層の次の層の第j番目のニ
ューロンに入力するニューロン入力がQで表され、前
記第i番目のニューロンと前記第j番目のニューロンと
の間の荷重係数がωijで表され、前記ニューラルネッ
トワークは次式: Q=f(Σωij) で表される請求項3の相対的浮体運動システム。
12. The neural network comprises multiple layers, wherein the i-th neuron output of one layer of the multiple layers is represented by Q i , and is output to the j-th neuron of the next layer of the one layer. An input neuron is represented by Q j , a weighting factor between the i-th neuron and the j-th neuron is represented by ω ij , and the neural network has the following equation: Q j = f (Σ The relative floating body motion system of claim 3 represented by i ω ij Q i ).
【請求項13】前記式は、 Q=tanh(Σωij) で表される請求項12の相対的浮体運動システム。13. The relative floating body motion system according to claim 12, wherein the expression is represented by Q j = tanh (Σ i ω ij Q i ). 【請求項14】第1浮体のアクチュエータを動作させる
動作信号が入力されるアクチュエータ模擬入力回路と、 前記第1浮体の運動の第1運動値と前記第1浮体に変位
自在に連結されている第2浮体の運動の第2運動値とか
ら形成される運動値を出力する浮体模擬出力回路と、 前記動作信号が入力され前記運動値を出力し前記アクチ
ュエータ模擬入力回路と前記浮体模擬出力回路との間に
介設されるニューラルネットワーク、 とを含む浮体位置制御御シミュレータ。
14. An actuator simulation input circuit to which an operation signal for operating an actuator of a first floating body is input, a first motion value of a motion of the first floating body, and a first displacement value movably connected to the first floating body. 2 a floating body simulation output circuit that outputs a motion value formed from a second motion value of the motion of the floating body; and an actuator simulation input circuit and the floating body simulation output circuit that receive the motion signal and output the motion value. A floating body position control simulator including a neural network interposed therebetween.
【請求項15】前記ニューラルネットワークは多層を備
え、 前記多層のうちの1つの層の第i番目のニューロン出力
がQで表され、前記1つの層の次の層の第j番目のニ
ューロンに入力するニューロン入力がQで表され、前
記第i番目のニューロンと前記第j番目のニューロンと
の間の荷重係数がωijで表され、前記ニューラルネッ
トワークは次式: Q=tanh(Σωij) で表される、 請求項14の浮体位置制御シミュレータ。
15. The neural network comprises multiple layers, wherein the i-th neuron output of one layer of the multilayer is represented by Q i , and is output to the j-th neuron of the next layer of the one layer. An input neuron input is represented by Q j , a weighting factor between the i-th neuron and the j-th neuron is represented by ω ij , and the neural network has the following equation: Q j = tanh (Σ 15. The floating body position control simulator according to claim 14, represented by i ω ij Q i ).
【請求項16】第1浮体の運動方程式である第1運動方
程式を生成するステップと、 前記第1浮体に及ぼされる力の合計である第1外力を計
算するステップと、 前記第1運動方程式と前記第1外力とから、前記第1運
動方程式を解くステップと、 前記第1浮体に変位自在に連結されている第2浮体の運
動方程式である第2運動方程式を生成するステップと、 前記第2浮体に及ぼされる力の合計である第2外力を計
算するステップと、 前記第2運動方程式と前記第2外力とから、前記第2運
動方程式を解くステップと、 前記第1浮体と前記第2浮体とを連結する連結ホーサの
張力を計算するステップと、 を具備する浮体位置制御シミュレーション方法。
16. A step of generating a first equation of motion which is a equation of motion of a first floating body, a step of calculating a first external force which is a total of forces exerted on the first floating body, and the first equation of motion. Solving the first equation of motion from the first external force; generating a second equation of motion that is the equation of motion of a second floating body that is displaceably connected to the first floating body; Calculating a second external force, which is the total force exerted on the floating body, solving the second equation of motion from the second equation of motion and the second external force, the first floating body and the second floating body And a step of calculating the tension of the connected hawser that connects the and.
【請求項17】請求項16に記載の浮体位置制御シミュ
レーション方法を実行するためのプログラム。
17. A program for executing the floating body position control simulation method according to claim 16.
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