JP5965142B2 - Azimuth control device, floating body, and shaking reduction method - Google Patents

Azimuth control device, floating body, and shaking reduction method Download PDF

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Description

本発明は、船舶及びその他の水上浮揚構造物(以下、これらを「水上浮揚体」という)の動揺が低減されるように、その方位を制御する方位制御装置に関する。また、この方位制御装置を備えた水上浮揚体に関する。さらに、水上浮揚体の動揺を低減する動揺低減方法に関する。   The present invention relates to an azimuth control device for controlling the azimuth of a ship and other floating structures (hereinafter referred to as “floating bodies”) so as to reduce the shaking. Moreover, it is related with the floating body provided with this azimuth | direction control apparatus. Furthermore, the present invention relates to a shaking reduction method for reducing shaking of a floating body.

水上浮揚体は、移動するものであるか所定位置に留まるものであるかに関わらず、水上に浮揚している限り波浪(風浪及びうねり)の影響を受ける。この波浪の影響を低減するものとして、特許文献1では、船体への波浪の衝撃状況を予測し、船体が波浪に衝突するときに受ける力を低減しようとする船舶の自動操舵装置が提案されている。   Regardless of whether the floating body is moving or stays at a predetermined position, the floating body is affected by waves (wind and swell) as long as it floats on the water. In order to reduce the influence of this wave, Patent Document 1 proposes an automatic steering device for a ship that predicts the state of impact of a wave on the hull and reduces the force received when the hull collides with the wave. Yes.

特開昭59−220497号公報JP 59-220497 A

しかしながら、上記の自動操舵装置は、あくまで波浪の衝突による船体の「衝撃」を低減しようとするものであって、船体の「動揺」を直接低減するものではない。船体の波浪から受ける衝撃力が大きいことは、船体の動揺が大きいことと無関係ではないが、両者は必ずしも同じではない。船体が波浪による衝撃をほとんど受けなくとも、船体が大きく動揺する状況は存在し得る。例えば、クレーン船などの作業船では安定した状態で作業を行う必要があるが、船体が受ける衝撃を低減させるだけでは十分ではない。むしろ、この場合には、船体の動揺を低減させることが重要となる。   However, the automatic steering device described above is intended only to reduce the “shock” of the hull due to a wave collision, and does not directly reduce the “sway” of the hull. The large impact force received from the waves of the hull is not unrelated to the large shaking of the hull, but they are not necessarily the same. Even if the hull is hardly affected by waves, there may be situations where the hull is greatly shaken. For example, a work ship such as a crane ship needs to work in a stable state, but it is not sufficient to reduce the impact received by the hull. Rather, in this case, it is important to reduce the hull motion.

本発明はかかる事情を鑑みてなされたもので、波浪による水上浮揚体の動揺を低減することができる方位制御装置を提供することを目的としている。   This invention is made | formed in view of this situation, and it aims at providing the azimuth | direction control apparatus which can reduce the shaking of the floating body by a wave.

本発明のある形態に係る方位制御装置は、波浪により動揺する水上浮揚体の方位を制御する方位制御装置であって、前記波浪を構成する各波の波特性及び進行方位を算出する波浪解析部と、前記各波の波特性及び進行方位に基づいて、動揺が小さくなるような前記水上浮揚体の好適方位を算出する好適方位算出部と、前記好適方位に前記水上浮揚体を向ける転向制御部と、を備える。かかる構成によれば、水上浮揚体本体が好適方位に向くことで、波浪による水上浮揚体本体の動揺を低減することができる。   An azimuth control apparatus according to an embodiment of the present invention is an azimuth control apparatus that controls the azimuth of a floating body that fluctuates due to waves. Wave analysis that calculates the wave characteristics and traveling azimuth of each wave that constitutes the waves Based on the wave characteristics and traveling direction of each wave, a suitable direction calculation unit for calculating a suitable direction of the floating body that reduces fluctuation, and turning the floating body in the preferred direction A control unit. According to such a configuration, the water levitation body main body is directed in a suitable direction, so that the sway of the water levitation body main body due to waves can be reduced.

また、上記の方位制御装置において、ある波特性を有する波をある方向から受けたときの前記水上浮揚体の動揺の大きさを表す波応答関数が記憶されている応答記憶装置をさらに備え、前記波特性は、波の周波数成分とそのエネルギーを表した波スペクトルであり、前記好適方位算出部は、前記各波の波スペクトル及び前記各波の進行方位に基づいて、前記波応答関数から動揺が最も小さくなる前記水上浮揚体の方位を算出し、その方位を前記好適方位としてもよい。かかる構成によれば、波応答関数を用いて好適方位を算出するため、様々な条件下において最も適切な好適方位を算出することができる。   Further, in the above azimuth control device, further comprising a response storage device in which a wave response function representing the magnitude of the sway of the floating body when a wave having a certain wave characteristic is received from a certain direction is stored, The wave characteristic is a wave spectrum representing a frequency component of the wave and its energy, and the preferred azimuth calculating unit is configured to calculate from the wave response function based on the wave spectrum of each wave and the traveling azimuth of each wave. It is also possible to calculate the direction of the floating body with the smallest fluctuation and set the direction as the preferred direction. According to this configuration, since the preferred orientation is calculated using the wave response function, the most appropriate preferred orientation can be calculated under various conditions.

また、上記の方位制御装置において、前記波特性は波の波高であって、前記好適方位算出部は、前記各波のうち最も波高の大きい波の進行方位と、前記水上浮揚体本体の長手方向と、が平行になる前記水上浮揚体本体の方位を算出し、その方位を前記好適方位としても良い。かかる構成によれば、非常に単純な演算で好適方位を算出することができる。   Further, in the above azimuth control device, the wave characteristic is a wave height, and the preferred azimuth calculation unit includes a traveling direction of a wave having the largest wave height among the waves and a longitudinal length of the floating body. It is also possible to calculate the azimuth of the floating body that is parallel to the direction and set the azimuth as the preferred azimuth. According to such a configuration, it is possible to calculate the preferred orientation with a very simple calculation.

また、上記の方位制御装置において、前記波浪解析部は、前記各波の波高及び前記各波の出会周期に基づいて、波スペクトルのモデル関数から、前記各波の波スペクトルを算出してもよい。かかる構成によれば、比較的簡易な演算により、不規則性を含む波全体のスペクトルを算出することができる。   In the azimuth control device, the wave analysis unit may calculate the wave spectrum of each wave from the model function of the wave spectrum based on the wave height of each wave and the encounter period of each wave. Good. According to such a configuration, the spectrum of the entire wave including irregularities can be calculated by a relatively simple calculation.

また、上記の方位制御装置において、前記波浪解析部は、前記各波を観測して得た時間信号をフーリエ変換することで、前記各波の波スペクトルを算出してもよい。   In the azimuth control apparatus, the wave analysis unit may calculate a wave spectrum of each wave by performing a Fourier transform on a time signal obtained by observing each wave.

また、上記の方位制御装置において、風浪及びうねりに関する波浪データを入力する波浪データ入力部をさらに備え、前記各波の波高は前記波浪データから得られた風浪及びうねりの波高によって得られ、前記各波の周波数は前記波浪データから得られた風浪及びうねりの周期に基づいて算出されるように構成してもよい。   The azimuth control device further includes a wave data input unit for inputting wave data relating to wind and swell, and the wave height of each wave is obtained from the wave height of the wave and swell obtained from the wave data, The frequency of the wave may be calculated based on the wave and swell period obtained from the wave data.

また、上記の方位制御装置において、前記水上浮揚体を所定の目標位置に保持する定点保持制御部をさらに備えるように構成してもよい。   In the above azimuth control apparatus, a fixed point holding control unit for holding the floating body at a predetermined target position may be further provided.

さらに、本発明のある形態に係る水上浮揚体は、上記の方位制御装置を備えている。   Furthermore, the floating body according to an embodiment of the present invention includes the above-described azimuth control device.

さらに、本発明のある形態に係る水上浮揚体の動揺低減方法は、波浪の力を受ける水上浮揚体の動揺低減方法であって、前記波浪を構成する各波の波特性及び進行方位を算出し、前記各波の波特性及び進行方位に基づいて、動揺が小さくなるような前記水上浮揚体本体の好適方位を算出し、前記好適方位に前記水上浮揚体を向ける。   Further, the method of reducing the levitation of a floating body according to an embodiment of the present invention is a method of reducing the levitation of a floating body that receives a wave force, and calculates the wave characteristics and traveling direction of each wave constituting the wave. Then, based on the wave characteristics and traveling direction of each wave, the preferred orientation of the floating body is calculated such that the fluctuation is small, and the floating body is directed to the preferred direction.

上述したように、本発明に係る方位制御装置によれば、波浪による水上浮揚体本体の動揺を低減することができる。   As described above, according to the azimuth control device of the present invention, it is possible to reduce the shaking of the floating body main body due to waves.

図1は、本発明の第1実施形態に係る水上浮揚体の概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view of a floating body according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1実施形態に係る水上浮揚体の概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of the floating body according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第1実施形態の制御に関する構成のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a configuration related to the control of the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1実施形態に係る水上浮揚体の制御フロー図である。FIG. 4 is a control flow diagram of the floating body according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第2実施形態の制御に関する構成のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of a configuration related to the control of the second embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第3実施形態の制御に関する構成のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a configuration related to the control of the third embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第4実施形態の制御に関する構成のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a configuration related to the control of the fourth embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第5実施形態の制御に関する構成のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a configuration related to the control of the fifth embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the following description, the same or corresponding components are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description is omitted.

(第1実施形態)
まず、図1乃至図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る水上浮揚体100の構成について説明する。図1は本実施形態に係る水上浮揚体100の概略側面図であり、図2は本実施形態に係る水上浮揚体100の概略平面図であり、図3は本実施形態の制御に関する構成のブロック図である。本実施形態に係る水上浮揚体100は、洋上を航行する(移動する)船舶である。ただし、ここでは、説明を簡単にするために、水上浮揚体100は移動速度及び移動方向が一定であるものとする。図1に示すように、水上浮揚体100は、水上浮揚体本体10と、動力部20と、波浪レーダー30と、ジャイロコンパス40と、方位制御装置50と、を備えている。以下、これらの各構成要素について順に説明する。なお、以下で「方位」というときは、東西南北等の絶対的な方向をいい、相対的なものも含む単なる「方向」と区別する。
(First embodiment)
First, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, the structure of the floating body 100 which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic side view of a floating body 100 according to the present embodiment, FIG. 2 is a schematic plan view of the floating body 100 according to the present embodiment, and FIG. 3 is a block diagram of a configuration relating to control according to the present embodiment. FIG. The floating body 100 according to the present embodiment is a ship that navigates (moves) offshore. However, here, for ease of explanation, it is assumed that the floating body 100 has a constant moving speed and moving direction. As shown in FIG. 1, the floating body 100 includes a floating body main body 10, a power unit 20, a wave radar 30, a gyrocompass 40, and an azimuth control device 50. Hereinafter, each of these components will be described in order. In the following, “azimuth” refers to an absolute direction such as east, west, south, and north, and is distinguished from a mere “direction” including relative ones.

水上浮揚体本体10は、水上に浮揚しており水上浮揚体100のベースとなる部分である。なお、ここでいう「浮揚」には、移動することなく浮揚する場合の他、移動しながら浮揚する場合も含まれる。水上浮揚体本体10は、船舶の船体にあたる部分であり、波浪からの力を受けて動揺する。また、「水上浮揚体(本体)の方位」というときは、船首が存在する場合には船首方位をいい、船首といえるものがない場合には所定の基準点の方位をいうこととする。   The floating body 10 is a portion that floats on the water and serves as a base of the floating body 100. The “levitation” here includes not only the case of floating without moving but also the case of floating while moving. The floating body 10 is a portion corresponding to the hull of a ship, and is shaken by receiving a force from waves. In addition, “the direction of the floating body (main body)” refers to the heading when there is a bow, and the direction of a predetermined reference point when there is no bow.

動力部20は、水上浮揚体本体10を移動させ、また、水上浮揚体本体10の方位を変える(回頭させる)部分である。図2に示すように、動力部20は、4つの推進器21によって構成されている。本実施形態の推進器21はプロペラ22の回転速度を変更することで推力の大きさを調整することができる。プロペラ22は、可変ピッチプロペラ(Controllable Pitch Propeller)であってもよく、固定ピッチプロペラ(Fixed Pitch Propeller)であってもよい。プロペラ22が可変ピッチプロペラである場合、ピッチ(翼角)を変更することによっても推力の大きさを調整することができる。また、推進器21は、それ自体を旋回させることで推力方向を変更することができる。本実施形態の動力部20は、上記のように構成されているため、水上浮揚体本体10の方位を変更せずに、水上浮揚体本体10を任意の方位に移動させることができる。また、動力部20は、水上浮揚体本体10の移動方位を変更せずに、水上浮揚体本体10の方位を任意に変更することができる。つまり、水上浮揚体本体10の移動方位と水上浮揚体本体10の方位は必ずしも一致しない。なお、動力部20を構成する推進器21としては、上述したものに限らず、ウォータジェットポンプを有する推進器や、舵を有する推進器を採用してもよい。   The power unit 20 is a part that moves the floating body 10 and changes (turns) the orientation of the floating body 10. As shown in FIG. 2, the power unit 20 includes four propulsion devices 21. The propulsion device 21 of this embodiment can adjust the magnitude of the thrust by changing the rotation speed of the propeller 22. The propeller 22 may be a variable pitch propeller (Controllable Pitch Propeller) or a fixed pitch propeller (Fixed Pitch Propeller). When the propeller 22 is a variable pitch propeller, the magnitude of the thrust can be adjusted also by changing the pitch (blade angle). Further, the propulsion device 21 can change the thrust direction by turning itself. Since the power unit 20 of the present embodiment is configured as described above, the floating body 10 can be moved in an arbitrary direction without changing the orientation of the floating body 10. Moreover, the power unit 20 can arbitrarily change the orientation of the floating body 10 without changing the moving direction of the floating body 10. That is, the moving direction of the floating body 10 and the direction of the floating body 10 do not necessarily match. The propulsion device 21 that constitutes the power unit 20 is not limited to that described above, and a propulsion device having a water jet pump or a propulsion device having a rudder may be adopted.

波浪レーダー30は、水上浮揚体本体10に設けられており、波浪を構成する各波を検出する装置である。波浪レーダーとしては、例えばMIROS社のWAVEXなどを用いることができる。波浪レーダー30は、水上浮揚体本体10からみた各波の波高、出会周期、及び進行方向(以下、「相対進行方向」という)を検出することができる。ここで、洋上における波浪は、「風浪」と「うねり」によって構成されている。「風浪」とは、その領域で吹いている風によって生じた波をいい、「うねり」とは、風浪が風の吹かない領域にまで伝わった波をいう。いずれの波も単純な正弦波ではなく、多くの周波数成分によって構成されている。また、図3に示すように、波浪レーダー30は、検出した各波の波高、出会周期、及び進行方位に関する信号を、後述の波浪解析部52に送信している。   The wave radar 30 is a device that is provided in the floating body 10 and detects each wave constituting the wave. As the wave radar, for example, WAVEX manufactured by MIROS can be used. The wave radar 30 can detect the wave height, encounter period, and traveling direction (hereinafter referred to as “relative traveling direction”) of each wave viewed from the floating body 10. Here, ocean waves are composed of “wind waves” and “swells”. “Wind waves” refer to waves generated by the wind blowing in the area, and “swells” refer to waves transmitted to areas where wind does not blow. Each wave is not a simple sine wave, but is composed of many frequency components. As shown in FIG. 3, the wave radar 30 transmits a signal relating to the detected wave height, encounter period, and traveling direction of each detected wave to a wave analysis unit 52 described later.

ジャイロコンパス40は、水上浮揚体本体10に搭載されており、水上浮揚体本体10の方位を検出する装置である。図3に示すように、ジャイロコンパス40は、検出した水上浮揚体本体10の方位に関する信号を後述の波浪解析部52及び転向制御部55に送信している。   The gyrocompass 40 is a device that is mounted on the floating body 10 and detects the orientation of the floating body 10. As shown in FIG. 3, the gyrocompass 40 transmits a signal related to the detected orientation of the floating body 10 to a wave analysis unit 52 and a turning control unit 55 described later.

方位制御装置50は、水上浮揚体本体10の動揺が低減されるように、水上浮揚体本体10の方位を制御する装置である。図3に示すように、方位制御装置50は、波記憶部51と、波浪解析部52と、応答記憶部53と、好適方位算出部54と、転向制御部55と、によって主に構成されている。   The azimuth control device 50 is a device that controls the azimuth of the floating body 10 so that the shaking of the floating body 10 is reduced. As shown in FIG. 3, the direction control device 50 is mainly configured by a wave storage unit 51, a wave analysis unit 52, a response storage unit 53, a preferred direction calculation unit 54, and a turning control unit 55. Yes.

波記憶部51は、波スペクトルのモデル関数を記憶する部分である。ここでいう「波スペクトルのモデル関数」とは、ある波特性を有する波がどのような周波数成分を有しており、その周波数成分のエネルギーがどの程度であるかの分布(以下、「波スペクトル」という)を表すモデル関数をいう。波スペクトルのモデル関数の入力としては、例えば、有義波高とゼロクロシック周波数が用いられる。このうち「有義波高」は波の波高から算出することができ、「ゼロクロシック周波数」は波の出会周期から算出することができる。つまり、各波の波高と出会周期がわかれば、波スペクトルのモデル関数によって、各波の波スペクトルを得ることができる。波スペクトルのモデル関数は、海域等によって固有の形状を持っており、代表的なものとしてModified Pierson-Moskowitzスペクトル、JONSWAPスペクトル等がある。   The wave storage unit 51 is a part that stores a model function of a wave spectrum. The “wave spectrum model function” here refers to a distribution of what frequency component a wave having a certain wave characteristic has and how much energy the frequency component has (hereinafter, “wave function”). A model function representing a spectrum. As the input of the model function of the wave spectrum, for example, a significant wave height and a zero cross frequency are used. Of these, the “significant wave height” can be calculated from the wave height, and the “zero cross frequency” can be calculated from the wave encounter period. That is, if the wave height and the encounter period of each wave are known, the wave spectrum of each wave can be obtained by the model function of the wave spectrum. The model function of the wave spectrum has a specific shape depending on the sea area and the like, and typical examples include the Modified Pierson-Moskowitz spectrum and the JONSWAP spectrum.

波浪解析部52は、各波の波スペクトルと、各波の進行方位(絶対座標系における進行方向)を算出する部分である。このうち波スペクトルについては、上述したように、波の波高と、出会周期がわかれば、波スペクトルのモデル関数によって得ることができる。波浪解析部52では、波浪レーダー30で検出した各波の波高及び出会周期と、波記憶部51に記憶された波スペクトルのモデル関数と、に基づいて波スペクトルを算出する。また、各波の進行方位は、波浪レーダー30で検出した各波の相対進行方向と、この相対進行方向が検出されたときの水上浮揚体本体10の方位に基づいて算出することができる。なお、水上浮揚体本体10の方位はジャイロコンパス40で検出することができる。以上のようにして算出された各波の波スペクトル及び進行方位に関する信号は、波浪解析部52から好適方位算出部54に送信される。   The wave analysis unit 52 is a part that calculates the wave spectrum of each wave and the traveling direction (traveling direction in the absolute coordinate system) of each wave. Of these, the wave spectrum can be obtained by a model function of the wave spectrum if the wave height and the encounter period are known, as described above. The wave analysis unit 52 calculates the wave spectrum based on the wave height and encounter period of each wave detected by the wave radar 30 and the model function of the wave spectrum stored in the wave storage unit 51. Further, the traveling direction of each wave can be calculated based on the relative traveling direction of each wave detected by the wave radar 30 and the direction of the floating body 10 when the relative traveling direction is detected. The orientation of the floating body 10 can be detected by the gyrocompass 40. Signals related to the wave spectrum and traveling direction of each wave calculated as described above are transmitted from the wave analysis unit 52 to the preferred direction calculation unit 54.

応答記憶部53は、波応答関数を記憶する部分である。ここでいう「波応答関数」とは、ある相対的な方向から、ある波特性を有する波を受けたとき、水上浮揚体本体10が動揺する程度を表す関数をいう。ここでいう波特性とは、上述した波スペクトルである。つまり、波の波スペクトル、波の進行方位、及び水上浮揚体本体10の方位がわかれば、波応答関数によって水上浮揚体本体10の動揺の程度を算出することができる。なお、具体的な算出結果としては、周波数ごとの動揺値が得られる。波応答関数は、水上浮揚体ごとに固有のものであり、RAO(Response Amplitude Operator)と呼ばれている。また、各水上浮揚体本体10の波応答関数は、水上浮揚体本体10の具体的な形状等から数値計算によって求めることができる。   The response storage unit 53 is a part that stores a wave response function. Here, the “wave response function” refers to a function representing the degree to which the floating body 10 is shaken when receiving a wave having a certain wave characteristic from a certain relative direction. The wave characteristic here is the above-described wave spectrum. That is, if the wave spectrum, wave traveling direction, and direction of the floating body 10 are known, the degree of shaking of the floating body 10 can be calculated from the wave response function. As a specific calculation result, a fluctuation value for each frequency is obtained. The wave response function is unique to each floating body and is called RAO (Response Amplitude Operator). In addition, the wave response function of each floating body 10 can be obtained by numerical calculation from the specific shape and the like of the floating body 10.

好適方位算出部54は、動揺が小さくなるような水上浮揚体本体10の好適方位を算出する部分である。上記のように、各波の波スペクトル、各波の進行方位、水上浮揚体本体10の方位に基づいて、波応答関数により水上浮揚体本体10の動揺の大きさを算出することができる。ここで、本実施形態では水上浮揚体本体10は移動速度及び移動方向が一定であることを前提としているため、各波の波高と出会周期に基づいて算出される各波の波スペクトルは一定である。また、各波の進行方位も一定となる。そこで、計算上、水上浮揚体本体10の方位の値(方位角)だけを変化させて、水上浮揚体本体10の動揺が最も小さくなる方位を探し出す。そして、動揺が最も小さくなる方位を好適方位とする。   The preferred azimuth calculation unit 54 is a part that calculates the preferred azimuth of the floating body 10 so that the fluctuation is small. As described above, based on the wave spectrum of each wave, the traveling direction of each wave, and the orientation of the floating body 10, the magnitude of the shaking of the floating body 10 can be calculated by the wave response function. Here, in this embodiment, since the floating body 10 is based on the premise that the moving speed and moving direction are constant, the wave spectrum of each wave calculated based on the wave height and the encounter period is constant. It is. Also, the traveling direction of each wave is constant. Therefore, by calculation, only the azimuth value (azimuth angle) of the floating body 10 is changed to find the direction in which the shaking of the floating body 10 is minimized. Then, the direction in which the fluctuation is the smallest is taken as the preferred direction.

より具体的にいうと、図2に示すように水上浮揚体本体10の浮揚位置における波浪が2つの波で構成されているとし、それぞれを第1波101及び第2波102とする。そして、波応答関数RAOを用いれば、水上浮揚体本体10の方位角をΨとすると、第1波101による水上浮揚体本体10の動揺はRAO(Ψ)と表すことができ、第2波102による水上浮揚体本体10の動揺はRAO(Ψ)と表すことができる。そうすると、波浪全体による水上浮揚体本体10の動揺J(Ψ)は以下の式で求めることができるから、この波浪全体による水上浮揚体本体10の動揺J(Ψ)の大きさが最も小さくなる水上浮揚体本体10の方位角Ψを算出すればよい。ここで、動揺の大きさをいかに評価するかは、水上浮揚体100の用途によるが、最も高い動揺値を動揺の大きさとしてもよく、全ての周波数における動揺値を足した値(積分値)を動揺の大きさとしてもよく、これ以外のものを動揺の大きさとしてもよい。

Figure 0005965142
More specifically, as shown in FIG. 2, it is assumed that the waves at the floating position of the floating body 10 are composed of two waves, which are a first wave 101 and a second wave 102, respectively. Then, using the wave response function RAO, if the azimuth angle of the floating body 10 is Ψ, the sway of the floating body 10 by the first wave 101 can be expressed as RAO 1 (Ψ), and the second wave The shaking of the floating body 10 due to 102 can be expressed as RAO 2 (Ψ). Then, the sway J (Ψ) of the floating body 10 due to the entire wave can be obtained by the following equation, and therefore the magnitude of the sway J (Ψ) of the floating body 10 due to the entire wave becomes the smallest. What is necessary is just to calculate the azimuth angle Ψ of the levitation body 10. Here, how to evaluate the magnitude of the shaking depends on the use of the floating body 100, but the highest shaking value may be the shaking magnitude, and the value obtained by adding the shaking values at all frequencies (integral value). May be the size of the sway, and other than this may be the size of the sway.
Figure 0005965142

転向制御部55は、動力部20を動作させ、水上浮揚体本体10を好適方位に向ける部分である。具体的には、転向制御部55は、好適方位算出部54から好適方位を取得するとともに、ジャイロコンパス40から水上浮揚体本体10の現在の方位(以下、「現在方位」という)を取得する。そして、好適方位と現在方位との差に基づいて、水上浮揚体本体10を転向(回頭)させる制御信号を生成し、動力部20にその制御信号を送信する。これにより、転向制御部55は、動力部20を制御し、好適方位算出部54で算出した好適方位に水上浮揚体本体10を向けることができる。   The turning control unit 55 is a part that operates the power unit 20 and directs the floating body 10 to a suitable direction. Specifically, the turning control unit 55 obtains the preferred orientation from the preferred orientation calculation unit 54 and obtains the current orientation (hereinafter referred to as “current orientation”) of the floating body 10 from the gyrocompass 40. Then, based on the difference between the preferred orientation and the current orientation, a control signal for turning (turning) the floating body 10 is generated, and the control signal is transmitted to the power unit 20. As a result, the turning control unit 55 can control the power unit 20 and direct the floating body 10 to the preferred direction calculated by the preferred direction calculation unit 54.

次に、図4を参照して、本実施形態に係る水上浮揚体100の動作について説明する。図4は、本実施形態に係る水上浮揚体100の動作のフロー図である。以下で説明する動作は、方位制御装置50の制御によって遂行される。おおよその動作については既に説明しているため、ここではまとめの意味で簡単に説明する。   Next, with reference to FIG. 4, operation | movement of the floating body 100 which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a flowchart of the operation of the floating body 100 according to the present embodiment. The operation described below is performed under the control of the direction control device 50. Since the approximate operation has already been described, a brief description will be given here.

まず、方位制御装置50は、波浪解析部52によって、波浪レーダー30で検出した各波の波高及び出会周期に基づいて、波記憶部51で記憶された波スペクトルのモデル関数により各波の波スペクトルを算出する。また、同じく波浪解析部52によって、波浪レーダー30で検出した各波の相対進行方向と、この相対進行方向を検出したときの水上浮揚体本体10の方位とに基づいて、各波の進行方位を算出する(ステップS1)。なお、水上浮揚体本体10の方位はジャイロコンパス40によって検出することができる。   First, the azimuth control device 50 uses the wave spectrum model function stored in the wave storage unit 51 based on the wave height and the encounter period of each wave detected by the wave radar 30 by the wave analysis unit 52. Calculate the spectrum. Similarly, the wave analysis unit 52 determines the traveling direction of each wave based on the relative traveling direction of each wave detected by the wave radar 30 and the orientation of the floating body 10 when the relative traveling direction is detected. Calculate (step S1). The orientation of the floating body 10 can be detected by the gyrocompass 40.

続いて、好適方位算出部54によって、波浪解析部52で算出した各波の波スペクトル及び進行方位に基づいて、応答記憶部53で記憶された波応答関数により、動揺が最も小さくなる水上浮揚体本体10の方位を算出し、その方位を好適方位とする(ステップS2)。   Subsequently, the floating body with the smallest fluctuation is obtained by the wave response function stored in the response storage unit 53 based on the wave spectrum and traveling direction of each wave calculated by the wave analysis unit 52 by the preferred direction calculation unit 54. The orientation of the main body 10 is calculated, and the orientation is set as a preferred orientation (step S2).

続いて、転向制御部55により、好適方位算出部54で算出した好適方位と、ジャイロコンパス40で検出した水上浮揚体本体10の現在方位とに基づいて、動力部20を作動させ、水上浮揚体本体10を好適方位に転向させる(ステップS3)。   Subsequently, the turning control unit 55 operates the power unit 20 based on the preferred orientation calculated by the preferred orientation calculation unit 54 and the current orientation of the floating body 10 detected by the gyrocompass 40, and the floating body The main body 10 is turned to a suitable orientation (step S3).

以上が本実施形態に係る水上浮揚体100の動作である。このように、本実施形態によれば、水上浮揚体本体10に到来する波浪を解析した結果に基づいて、最も動揺が小さくなる方位に水上浮揚体本体10を向けるため、水上浮揚体本体10(水上浮揚体100)の動揺を効果的に低減することができる。   The above is the operation of the floating body 100 according to the present embodiment. Thus, according to the present embodiment, based on the result of analyzing the waves arriving at the floating body 10, the floating body 10 is directed in the direction in which the fluctuation is minimized, so the floating body 10 ( The shaking of the floating body 100) can be effectively reduced.

(第2実施形態)
次に、図5を参照して、本発明の第2実施形態に係る水上浮揚体200について説明する。図5は、本実施形態に係る水上浮揚体200の制御に関する構成のブロック図である。図5に示すように、本実施形態における水上浮揚体200は、波スペクトルのモデル関数を記憶する波記憶部51(図3参照)を備えていない点で、第1実施形態に係る水上浮揚体100と構成が異なる。つまり、本実施形態では、波スペクトルのモデル関数を用いずに波スペクトルを算出する。その他の点については、第1実施形態に係る水上浮揚体100と基本的に同じである。
(Second Embodiment)
Next, the floating body 200 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a block diagram of a configuration relating to control of the floating body 200 according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the floating body 200 according to the present embodiment does not include the wave storage unit 51 (see FIG. 3) that stores the model function of the wave spectrum, and the floating body according to the first embodiment. 100 and the configuration is different. That is, in this embodiment, the wave spectrum is calculated without using the model function of the wave spectrum. The other points are basically the same as the floating body 100 according to the first embodiment.

具体的には、本実施形態においては、波浪レーダー30によって各波の波高の時間変化(波の時間信号)を検出し、波浪解析部52によってこの波の時間信号をフーリエ変換することで直接波スペクトルを算出する。その他は、第1実施形態の場合と同様に、波浪解析部52によって、波の進行方位を算出し、好適方位算出部54により好適方位を算出して、転向制御部55により水上浮揚体本体10を好適方位に転向する。   Specifically, in the present embodiment, the wave radar 30 detects a time change of the wave height of each wave (wave time signal), and the wave analysis unit 52 performs Fourier transform on the wave time signal to directly generate the wave. Calculate the spectrum. Other than that, in the same manner as in the first embodiment, the wave analysis unit 52 calculates the traveling direction of the waves, the preferable direction calculation unit 54 calculates the preferable direction, and the turning control unit 55 calculates the floating body 10. To the preferred orientation.

(第3実施形態)
次に、図6を参照して、本発明の第3実施形態に係る水上浮揚体300について説明する。図6は、本実施形態に係る水上浮揚体300の制御に関する構成のブロック図である。図6に示すように、本実施形態に係る水上浮揚体300は、波スペクトルのモデル関数を記憶する波記憶部51及び波応答関数を記憶する応答記憶部53(いずれも図3参照)を備えていない点で、第1実施形態に係る水上浮揚体100と構成が異なる。つまり、本実施形態では、波スペクトルのモデル関数や波応答関数を用いずに好適方位を算出する。その他の点については、第1実施形態に係る水上浮揚体100と基本的に同じである。
(Third embodiment)
Next, with reference to FIG. 6, the floating body 300 which concerns on 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 6 is a block diagram of a configuration related to the control of the floating body 300 according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the floating body 300 according to the present embodiment includes a wave storage unit 51 that stores a model function of a wave spectrum and a response storage unit 53 that stores a wave response function (both refer to FIG. 3). The structure differs from the floating body 100 according to the first embodiment. That is, in the present embodiment, the preferred orientation is calculated without using the wave spectrum model function or wave response function. The other points are basically the same as the floating body 100 according to the first embodiment.

まず、本実施形態の波浪解析部52では、第1実施形態の場合と同様に各波の進行方位を算出するが、第1実施形態の場合と異なり各波の波スペクトルは算出しない。ただし、波浪解析部52は、ここでは算出に用いない各波の波高を波浪レーダー30から取得する。そして、波浪解析部52は、算出した各波の進行方位に関する信号を好適方位算出部54に送信するとともに、波浪レーダー30が検出した各波の波高に関する信号をそのまま好適方位算出部54に転送する。 First, the wave analysis unit 52 of this embodiment calculates the traveling direction of each wave as in the first embodiment, but does not calculate the wave spectrum of each wave unlike the case of the first embodiment. However, the wave analysis unit 52 acquires the wave height of each wave not used for calculation from the wave radar 30 here. Then, the wave analysis unit 52 transmits a signal related to the calculated traveling azimuth of each wave to the preferred azimuth calculation unit 54 and transfers a signal related to the wave height of each wave detected by the wave radar 30 to the preferred azimuth calculation unit 54 as it is. .

好適方位算出部54は、波浪解析部52から、水上浮揚体本体10に到来する各波の波高及び進行方位を取得する。本実施形態においては、この各波の波高が、好適方位を算出する上での波特性となる。続いて、波浪解析部52は、各波のうち最も波高の大きい波を選出する。そして、この最も波高の大きい波の進行方位に対向する方位を好適方位とする。例えば、最も波高の大きい波の進行方位が南であるとき、好適方位を北とする。その後は、第1実施形態の場合と同様に、転向制御部55により、動力部20を制御して、水上浮揚体本体10を好適方位に向ける。なお、水上浮揚体300の船首が存在しない場合には、最も波高の大きい波の進行方位と水上浮揚体本体10の長手方向とが平行になるような方位を好適方位とし、水上浮揚体本体10をこの好適方位に転向させる。   The preferred azimuth calculation unit 54 acquires the wave height and traveling azimuth of each wave arriving at the floating body 10 from the wave analysis unit 52. In the present embodiment, the wave height of each wave is a wave characteristic for calculating a preferred direction. Subsequently, the wave analysis unit 52 selects a wave having the largest wave height among the waves. Then, the direction opposite to the traveling direction of the wave having the largest wave height is set as a preferred direction. For example, when the traveling direction of the wave with the highest wave height is south, the preferred direction is north. Thereafter, as in the case of the first embodiment, the power control unit 55 is controlled by the turning control unit 55 so that the floating body 10 is directed in a suitable direction. When the bow of the floating body 300 is not present, the preferred direction is such that the traveling direction of the wave having the highest wave height is parallel to the longitudinal direction of the floating body 10, and the floating body 10 In this preferred orientation.

本実施形態によれば、最も波高の大きい波の進行方位に対向する方位に水上浮揚体本体10を向けるため(最も波高の大きい波の進行方位と水上浮揚体本体10の長手方向が平行になるため)、最も波高の大きい波による水上浮揚体本体10の動揺を抑えることができる。その結果、波浪全体(各波の合成波)による水上浮揚体本体10の動揺も低減することができる。なお、本実施形態では、波応答関数を用いた演算が行われないため、第1実施形態の場合に比べ好適方位の算出が容易であり、また、あらかじめ数値計算等により波応答関数を求めておく必要もない。   According to the present embodiment, the floating body 10 is directed in the direction opposite to the traveling direction of the wave having the largest wave height (the traveling direction of the wave having the largest wave height is parallel to the longitudinal direction of the floating body 10). Therefore, it is possible to suppress the shaking of the floating body 10 due to the wave having the largest wave height. As a result, the shaking of the floating body 10 due to the entire wave (combined wave of each wave) can also be reduced. In this embodiment, calculation using a wave response function is not performed, so that it is easier to calculate a suitable orientation than in the case of the first embodiment, and the wave response function is obtained in advance by numerical calculation or the like. There is no need to keep it.

(第4実施形態)
次に、図7を参照して、本発明の第4実施形態に係る水上浮揚体400について説明する。図7は、本実施形態に係る水上浮揚体400の制御に関する構成のブロック図である。図7に示すように、本実施形態に係る水上浮揚体400は、波浪レーダー30(図3参照)を備えておらず、これに代えて、波浪データ入力部60、位置検出装置70、及び本体移動算出部56を備えている点で第1実施形態に係る水上浮揚体100と構成が異なる。その他の点については、第1実施形態に係る水上浮揚体100と基本的に同じである。以下、波浪データ入力部60、位置検出装置70、本体移動算出部56、及び波浪解析部52を中心に説明する。
(Fourth embodiment)
Next, with reference to FIG. 7, the floating body 400 which concerns on 4th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 7 is a block diagram of a configuration related to the control of the floating body 400 according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, the floating body 400 according to the present embodiment does not include the wave radar 30 (see FIG. 3). Instead, the wave data input unit 60, the position detection device 70, and the main body The configuration differs from the floating body 100 according to the first embodiment in that the movement calculating unit 56 is provided. The other points are basically the same as the floating body 100 according to the first embodiment. Hereinafter, the description will focus on the wave data input unit 60, the position detection device 70, the main body movement calculation unit 56, and the wave analysis unit 52.

波浪データ入力部60は、波浪データを入力する部分である。ここでいう「波浪データ」とは、風浪に関するデータとうねりに関するデータが含まれる。上述したように、海洋における波浪は、実質的に風浪とうねりの合成波とみなすことができるから、比較的高い精度で好適方位を算出することができる。波浪データの具体的な値は、各国の気象庁から発表される海上予報や測定された波浪の、ある海域における波高、波の進行方向、及び波の周期である。本実施形態では、波浪データ入力部60への波浪データの入力は作業者が行う。ただし、波浪データ入力部60は、自動で入力されるように構成されていてもよい。   The wave data input unit 60 is a part for inputting wave data. The “wave data” here includes data on wind and swell. As described above, since a wave in the ocean can be regarded as a combined wave of wind and swell, a preferred direction can be calculated with relatively high accuracy. The specific values of the wave data are the wave height, the wave traveling direction, and the wave cycle of the sea forecast and the wave measured by the Japan Meteorological Agency in each country. In the present embodiment, the operator inputs the wave data to the wave data input unit 60. However, the wave data input unit 60 may be configured to be input automatically.

位置検出装置70は、水上浮揚体本体10に搭載されており、水上浮揚体本体10の位置を検出する装置である。位置検出装置70としては、例えばGPS(Global Positioning System)を用いることができる。図7に示すように、位置検出装置70で検出した水上浮揚体本体10の位置に関する信号は、本体移動算出部56に送信される。   The position detection device 70 is mounted on the floating body 10 and is a device that detects the position of the floating body 10. As the position detection device 70, for example, a GPS (Global Positioning System) can be used. As shown in FIG. 7, a signal related to the position of the floating body 10 detected by the position detection device 70 is transmitted to the body movement calculation unit 56.

本体移動算出部56は、方位制御装置50の構成要素であって、水上浮揚体本体10の移動速度及び移動方向を算出する部分である。本体移動算出部56は、位置検出装置70から水上浮揚体本体10の位置を刻々と取得し、ある時刻における水上浮揚体本体10の位置と所定の時間後における水上浮揚体本体10の位置を対比することで、水上浮揚体本体10の移動速度及び移動方向を算出することができる。図7に示すように、本体移動算出部56で算出した水上浮揚体本体10の移動速度及び移動方向に関する信号は、波浪解析部52に送信される。   The main body movement calculating unit 56 is a component of the azimuth control device 50 and is a part that calculates the moving speed and moving direction of the floating body 10. The main body movement calculation unit 56 acquires the position of the floating body 10 from the position detection device 70 every moment, and compares the position of the floating body 10 at a certain time with the position of the floating body 10 after a predetermined time. By doing so, the moving speed and moving direction of the floating body 10 can be calculated. As shown in FIG. 7, a signal related to the moving speed and moving direction of the floating body 10 calculated by the main body movement calculation unit 56 is transmitted to the wave analysis unit 52.

本実施形態に係る波浪解析部52では、波浪データ入力部60で入力された波浪データを取得し、この波浪データに基づいて水上浮揚体本体10に到来する波を解析する。具体的には、風浪の波スペクトル及び進行方位と、うねりの波スペクトル及び進行方位を算出する。このうち各波(風浪及びうねり)の進行方位は波浪データ入力部60から直接入力されるため、実質的な計算は不要である。つまり、水上浮揚体本体10の方位を考慮する必要がなく、波浪解析部52にはジャイロコンパス40からの信号は入力されない。一方、波スペクトルを算出するには、出会周期が必要であるところ、波浪データから取得できるのは単なる波の周期であり、出会周期を算出するにはさらに水上浮揚体本体10の移動速度と移動方向が必要である。そこで、本実施形態の波浪解析部52では、本体移動算出部56から水上浮揚体本体10の移動速度及び移動方向を取得し、これらと各波の周期に基づいて各波の出会周期を算出し、その上で波スペクトルを算出している。   The wave analysis unit 52 according to the present embodiment acquires the wave data input by the wave data input unit 60, and analyzes the waves that arrive at the floating body 10 based on the wave data. Specifically, the wave spectrum and traveling direction of the waves and the wave spectrum and traveling direction of the swell are calculated. Of these, the traveling direction of each wave (wind and swell) is directly input from the wave data input unit 60, so that no substantial calculation is required. That is, there is no need to consider the orientation of the floating body 10, and no signal from the gyrocompass 40 is input to the wave analysis unit 52. On the other hand, in order to calculate the wave spectrum, an encounter cycle is necessary. However, what can be acquired from the wave data is a simple wave cycle. To calculate the encounter cycle, the moving speed of the floating body 10 is further increased. And moving direction is required. Therefore, the wave analysis unit 52 of the present embodiment acquires the moving speed and moving direction of the floating body 10 from the main body movement calculation unit 56, and calculates the encounter period of each wave based on these and the period of each wave. The wave spectrum is then calculated.

そして、風浪の波スペクトル及び進行方位と、うねりの波スペクトル及び進行方位を算出した後は、第1実施形態と同様に作動する。つまり、好適方位算出部54において、各波(風浪及びうねり)の波スペクトル及び進行方位に基づいて、応答記憶部53で記憶されている波応答関数により、好適方位を算出する。そして、転向制御部55によって、動力部20を制御し、水上浮揚体本体10を好適方位に向ける。以上のように、本実施形態によれば、波浪レーダー30を用いずとも好適方位を算出することができるため、水上浮揚体300を比較的単純に構成することができる。   Then, after calculating the wave spectrum and traveling direction of the waves and the wave spectrum and traveling direction of the swell, the operation is the same as in the first embodiment. In other words, the preferred azimuth calculation unit 54 calculates the preferred azimuth by the wave response function stored in the response storage unit 53 based on the wave spectrum and traveling azimuth of each wave (wind and swell). And the power control part 20 is controlled by the turning control part 55, and the floating body 10 is orient | assigned to a suitable direction. As described above, according to the present embodiment, the preferred azimuth can be calculated without using the wave radar 30, and therefore the floating body 300 can be configured relatively simply.

(第5実施形態)
次に、図8を参照して、本発明の第5実施形態に係る水上浮揚体500について説明する。図8は、本実施形態に係る水上浮揚体500の制御に関する構成のブロック図である。図8に示すように、本実施形態に係る水上浮揚体500は、位置検出装置70(図7参照)と、目標位置(定点位置)を設定する目標位置設定部80と、目標位置に水上浮揚体本体10を定点保持させる定点保持制御部57とを備えている点で、第1実施形態に係る水上浮揚体100と構成が異なる。その他の点については、第1実施形態に係る水上浮揚体100と基本的に同じである。以下、目標位置設定部80及び定点保持制御部57を中心に説明する。
(Fifth embodiment)
Next, with reference to FIG. 8, the floating body 500 which concerns on 5th Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 8 is a block diagram of a configuration relating to control of the floating body 500 according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the floating body 500 according to the present embodiment includes a position detection device 70 (see FIG. 7), a target position setting unit 80 that sets a target position (fixed position), and a floating surface at the target position. The structure differs from the floating body 100 according to the first embodiment in that it includes a fixed point holding control unit 57 that holds the body body 10 at a fixed point. The other points are basically the same as the floating body 100 according to the first embodiment. Hereinafter, the target position setting unit 80 and the fixed point holding control unit 57 will be mainly described.

目標位置設定部80は、定点保持制御において必要な目標位置(定点)を入力する部分である。本実施形態では、目標位置設定部80は、作業者が座標を入力できるように構成されている。そして、目標位置設定部80は、作業者が入力した座標に基づいて目標位置を設定する。   The target position setting unit 80 is a part for inputting a target position (fixed point) necessary for the fixed point holding control. In the present embodiment, the target position setting unit 80 is configured so that an operator can input coordinates. The target position setting unit 80 sets the target position based on the coordinates input by the operator.

定点保持制御部57は、方位制御装置50の構成要素であり、動力部20を制御し、水上浮揚体本体10を所定の目標位置に保持する部分である。定点保持制御部57は、目標位置設定部80から目標位置を取得するとともに、位置検出装置70から水上浮揚体本体10の現在位置を取得する。そして定点保持制御部57は、目標位置と水上浮揚体本体10の現在位置との差に基づいて、動力部20を制御し、水上浮揚体本体10を目標位置(定点)に移動又は保持する定点保持制御を行う。   The fixed point holding control unit 57 is a component of the azimuth control device 50, and is a part that controls the power unit 20 and holds the floating body 10 at a predetermined target position. The fixed point holding control unit 57 acquires the target position from the target position setting unit 80 and acquires the current position of the floating body 10 from the position detection device 70. The fixed point holding control unit 57 controls the power unit 20 based on the difference between the target position and the current position of the floating body 10 to move or hold the floating body 10 to the target position (fixed point). Hold control.

このように、本実施形態の水上浮揚体500では、第1実施形態で説明した水上浮揚体本体10の動揺を低減する制御に加え、定点保持制御が行われる。つまり、本実施形態によれば、水上浮揚体本体10が定点に保持され、かつ、水上浮揚体本体10動揺が低減される。例えは、作業船などのように、水上浮揚体本体10が所定位置からずれないことと、動揺しないことの両方が求められる水上浮揚体においては、両制御を組み合わせることは非常に有効である。   As described above, in the floating body 500 of the present embodiment, fixed point holding control is performed in addition to the control for reducing the shaking of the floating body main body 10 described in the first embodiment. That is, according to this embodiment, the floating body main body 10 is held at a fixed point, and the floating body 10 is prevented from shaking. For example, in the case of a floating body that requires both the floating body 10 not to deviate from a predetermined position and not to shake, such as a work boat, it is very effective to combine both controls.

以上、本発明の第1乃至5実施形態に係る水上浮揚体100、200、300、400、500について説明したが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、以上では、水上浮揚体が船舶である場合について説明したが、水上浮揚体がメガフロートのような停止した船舶以外の水上浮揚構造物であっても本発明に含まれる。   As mentioned above, although the floating body 100, 200, 300, 400, 500 which concerns on 1st thru | or 5th embodiment of this invention was demonstrated, a concrete structure is not restricted to these embodiment, The summary of this invention Any change in design and the like without departing from the scope of the invention is also included in the present invention. For example, although the case where the floating body is a ship has been described above, the floating body other than a suspended ship such as a mega float is also included in the present invention.

なお、以上では、水上浮揚体本体10の移動方向及び移動速度が一定である場合について説明したが、所望の進行方向や進行速度がある場合には、その条件下で各波の波スペクトルを算出し、その上で、好適方位を算出するようにしてもよい。   In addition, although the case where the moving direction and moving speed of the floating body 10 are constant has been described above, the wave spectrum of each wave is calculated under the condition when there is a desired moving direction and moving speed. Then, the preferred orientation may be calculated.

本発明に係る方位制御装置によれば、波浪による水上浮揚体本体の動揺を低減することができるため、水上浮揚体の技術分野において有益である。   According to the azimuth control device according to the present invention, it is possible to reduce the sway of the floating body due to the waves, which is beneficial in the technical field of floating bodies.

10 水上浮揚体本体
20 動力部
30 波浪レーダー
40 ジャイロコンパス
50 方位制御装置
51 波記憶部
52 波浪解析部
53 応答記憶部
54 好適方位算出部
55 転向制御部
56 本体移動算出部
57 定点保持制御部
60 波浪データ入力部
70 位置検出装置
80 目標位置設定部
100、200、300、400、500 水上浮揚体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Water floating body 20 Power part 30 Wave radar 40 Gyrocompass 50 Direction control apparatus 51 Wave storage part 52 Wave analysis part 53 Response storage part 54 Suitable direction calculation part 55 Turning control part 56 Main body movement calculation part 57 Fixed point holding | maintenance control part 60 Wave data input unit 70 Position detection device 80 Target position setting unit 100, 200, 300, 400, 500 Floating body

Claims (9)

波浪により動揺する水上浮揚体の方位を制御する方位制御装置であって、
前記波浪を構成する各波の波特性及び進行方位を算出する波浪解析部と、
前記各波の波特性及び進行方位に基づいて、動揺が最も小さくなるような前記水上浮揚体の好適方位を算出する好適方位算出部と、
前記好適方位に前記水上浮揚体を向ける転向制御部と、
を備えた方位制御装置。
An azimuth control device that controls the azimuth of a floating body that is shaken by waves,
A wave analysis unit for calculating the wave characteristics and traveling direction of each wave constituting the wave;
On the basis of the wave characteristics and heading of each wave, the preferred orientation calculation unit that upset calculates the preferred orientation of the smallest such the water flotation body,
A turning control unit for directing the floating body in the preferred orientation;
An azimuth control device comprising:
ある波特性を有する波をある方向から受けたときの前記水上浮揚体の動揺の大きさを表す波応答関数が記憶されている応答記憶装置をさらに備え、
前記波特性は、波の周波数成分とそのエネルギーを表した波スペクトルであり、
前記好適方位算出部は、前記各波の波スペクトル及び前記各波の進行方位に基づいて、前記波応答関数から動揺が最も小さくなる前記水上浮揚体の方位を算出し、その方位を前記好適方位とする、請求項1に記載の方位制御装置。
A response storage device that stores a wave response function that represents the magnitude of the sway of the floating body when a wave having a certain wave characteristic is received from a certain direction;
The wave characteristic is a wave spectrum representing the frequency component of the wave and its energy,
The preferred azimuth calculation unit calculates the azimuth of the floating body with the smallest fluctuation from the wave response function based on the wave spectrum of each wave and the traveling azimuth of each wave, and the azimuth is calculated as the preferred azimuth. The direction control device according to claim 1.
前記波特性は波の波高であって、
前記好適方位算出部は、前記各波のうち最も波高の大きい波の進行方位と、前記水上浮揚体本体の長手方向と、が平行になる前記水上浮揚体本体の方位を算出し、その方位を前記好適方位とする、請求項1に記載の方位制御装置。
The wave characteristic is the wave height,
The preferred azimuth calculating unit calculates the azimuth of the floating body main body in which the traveling direction of the wave having the highest wave height among the waves and the longitudinal direction of the floating levitation body are parallel, and the azimuth is calculated. The azimuth | direction control apparatus of Claim 1 set as the said suitable azimuth | direction.
前記波浪解析部は、前記各波の波高及び前記各波の出会周期に基づいて、波スペクトルのモデル関数から、前記各波の波スペクトルを算出する、請求項2に記載の方位制御装置。   The azimuth control device according to claim 2, wherein the wave analysis unit calculates a wave spectrum of each wave from a model function of the wave spectrum based on a wave height of each wave and an encounter period of each wave. 前記波浪解析部は、前記各波を観測して得た時間信号をフーリエ変換することで、前記各波の波スペクトルを算出する、請求項2に記載の方位制御装置。   The azimuth control device according to claim 2, wherein the wave analysis unit calculates a wave spectrum of each wave by performing Fourier transform on a time signal obtained by observing each wave. 風浪及びうねりに関する波浪データを入力する波浪データ入力部をさらに備え、
前記各波の波高は前記波浪データから得られた風浪及びうねりの波高によって得られ、
前記各波の周波数は前記波浪データから得られた風浪及びうねりの周期に基づいて算出される、請求項4に記載の方位制御装置。
A wave data input unit for inputting wave data relating to wind and swell;
The wave height of each wave is obtained by the wave height and swell wave height obtained from the wave data,
The direction control device according to claim 4, wherein the frequency of each wave is calculated based on a wind and swell period obtained from the wave data.
前記水上浮揚体を所定の目標位置に保持する定点保持制御部をさらに備えた、請求項1乃至6のうちいずれか一の項に記載の方位制御装置。   The azimuth | direction control apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 6 further provided with the fixed point holding | maintenance control part which hold | maintains the said floating body in a predetermined target position. 請求項1乃至7のうちいずれか一の項に記載の方位制御装置を備えた水上浮揚体。   A floating body comprising the azimuth control device according to any one of claims 1 to 7. 波浪の力を受ける水上浮揚体の動揺低減方法であって、
前記波浪を構成する各波の波特性及び進行方位を算出し、
前記各波の波特性及び進行方位に基づいて、動揺が最も小さくなるような前記水上浮揚体本体の好適方位を算出し、
前記好適方位に前記水上浮揚体を向ける、水上浮揚体の動揺低減方法。
A method for reducing sway of a floating body that receives the power of waves,
Calculate the wave characteristics and traveling direction of each wave constituting the wave,
On the basis of the wave characteristics and heading of each wave, and calculates a preferred orientation of the water buoyant body such upset is minimized,
A method for reducing sway of a floating body, wherein the floating body is directed in the preferred direction.
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