JPH06117173A - 深海吊下管の位置制御装置 - Google Patents
深海吊下管の位置制御装置Info
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- JPH06117173A JPH06117173A JP4270602A JP27060292A JPH06117173A JP H06117173 A JPH06117173 A JP H06117173A JP 4270602 A JP4270602 A JP 4270602A JP 27060292 A JP27060292 A JP 27060292A JP H06117173 A JPH06117173 A JP H06117173A
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- JP
- Japan
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- pipe
- floating body
- target
- tip
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 深海においても吊下管の先端位置を自動的に
制御でき、目標位置に確実に保持できるようにする。 【構成】 目標設定器１１に目標の位置、方位、深度を
設定する。洋上浮体より吊下管１を所定の速度で海中に
降下させる。この吊下管先端の状態をセンサー部４によ
り検出し、その検出信号を比較器１２に入力する。比較
器１２は、検出値と目標設定値との間の偏差値を求め、
ファジィ制御ロジック部１３に入力する。ファジィ制御
ロジック部１３は、ファジィルール及びメンバーシップ
関数を用い、上記偏差値を基に吊下管先端を目標点に到
達させるために必要トータル力及び必要モーメント力を
演算し、その演算結果を推力配分部１４に出力する。推
力配分部１４は、ファジィ制御ロジック部１３の演算結
果を配分してスラスタ５を駆動し、吊下管１の先端が目
標方向に一致するように修正する。
制御でき、目標位置に確実に保持できるようにする。 【構成】 目標設定器１１に目標の位置、方位、深度を
設定する。洋上浮体より吊下管１を所定の速度で海中に
降下させる。この吊下管先端の状態をセンサー部４によ
り検出し、その検出信号を比較器１２に入力する。比較
器１２は、検出値と目標設定値との間の偏差値を求め、
ファジィ制御ロジック部１３に入力する。ファジィ制御
ロジック部１３は、ファジィルール及びメンバーシップ
関数を用い、上記偏差値を基に吊下管先端を目標点に到
達させるために必要トータル力及び必要モーメント力を
演算し、その演算結果を推力配分部１４に出力する。推
力配分部１４は、ファジィ制御ロジック部１３の演算結
果を配分してスラスタ５を駆動し、吊下管１の先端が目
標方向に一致するように修正する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、海底油田開発用ライザ
ー管等の深海吊下管の先端位置を制御して所定の位置に
保持する深海吊下管の位置制御装置に関する。
ー管等の深海吊下管の先端位置を制御して所定の位置に
保持する深海吊下管の位置制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば海底油田の開発、あるいは海底の
環境を調査するために洋上から管を用いて揚水する場合
等、洋上浮体から長い管を海中の所定位置に吊下げる場
合がある。このように海底油田開発用ライザー管等を海
中に吊下げ、所定の位置に誘導するような場合、従来で
は潜水夫による人力作業により行なわれている。
環境を調査するために洋上から管を用いて揚水する場合
等、洋上浮体から長い管を海中の所定位置に吊下げる場
合がある。このように海底油田開発用ライザー管等を海
中に吊下げ、所定の位置に誘導するような場合、従来で
は潜水夫による人力作業により行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、吊下管の降下
深度が大きくなると、従来の人力による方法では、作業
が困難となる。また、有人潜水艇のマニュプレータ（作
業マニュプレータ）により作業する方法もあるが、非常
にコストが高く、現実的には利用が難しい。
深度が大きくなると、従来の人力による方法では、作業
が困難となる。また、有人潜水艇のマニュプレータ（作
業マニュプレータ）により作業する方法もあるが、非常
にコストが高く、現実的には利用が難しい。
【０００４】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、深海においても吊下管の先端位置を自動的に制御で
き、目標位置に確実に保持し得る深海吊下管の位置制御
装置を提供することを目的とする。
で、深海においても吊下管の先端位置を自動的に制御で
き、目標位置に確実に保持し得る深海吊下管の位置制御
装置を提供することを目的とする。
【０００５】
（第１の発明）
【０００６】本発明に係る深海吊下管の位置制御装置
は、洋上浮体から吊下げられる吊下管と、この吊下管の
先端に取付けられる位置検出用センサー及び位置制御用
アクチュエータと、上記吊下管の先端位置の目標位置を
設定する目標設定器と、この目標設定器により設定され
た設定値と上記センサー検出信号との偏差を求める比較
手段と、この手段により求めた偏差を基に目標位置に到
達させるための必要トータル力及び必要モーメント力を
求めるファジィ制御ロジック部と、このファジィ制御ロ
ジック部により求めた必要トータル力及び必要モーメン
ト力に従って上記アクチュエータを駆動する手段とを具
備したことを特徴とする。 （第２の発明）
は、洋上浮体から吊下げられる吊下管と、この吊下管の
先端に取付けられる位置検出用センサー及び位置制御用
アクチュエータと、上記吊下管の先端位置の目標位置を
設定する目標設定器と、この目標設定器により設定され
た設定値と上記センサー検出信号との偏差を求める比較
手段と、この手段により求めた偏差を基に目標位置に到
達させるための必要トータル力及び必要モーメント力を
求めるファジィ制御ロジック部と、このファジィ制御ロ
ジック部により求めた必要トータル力及び必要モーメン
ト力に従って上記アクチュエータを駆動する手段とを具
備したことを特徴とする。 （第２の発明）
【０００７】本発明に係る深海吊下管の位置制御装置
は、洋上浮体の下側に取付けられる位置制御用の第１の
アクチュエータと、上記洋上浮体から吊下げられる吊下
管と、この吊下管の先端に取付けられる位置制御用の第
２のアクチュエータと、汎地球測位システム（ＧＰＳ）
によって上記洋上浮体の絶対的位置を検出する第１の位
置検出手段と、音響測位法により上記吊下管の先端位置
を洋上浮体の相対位置として検出する第２の位置検出手
段と、上記第１及び第２の位置検出手段による位置検出
信号に基づいて上記第１及び第２のアクチュエータを駆
動し、上記吊下管の先端位置を目標位置に保持する手段
とを具備したことを特徴とする。
は、洋上浮体の下側に取付けられる位置制御用の第１の
アクチュエータと、上記洋上浮体から吊下げられる吊下
管と、この吊下管の先端に取付けられる位置制御用の第
２のアクチュエータと、汎地球測位システム（ＧＰＳ）
によって上記洋上浮体の絶対的位置を検出する第１の位
置検出手段と、音響測位法により上記吊下管の先端位置
を洋上浮体の相対位置として検出する第２の位置検出手
段と、上記第１及び第２の位置検出手段による位置検出
信号に基づいて上記第１及び第２のアクチュエータを駆
動し、上記吊下管の先端位置を目標位置に保持する手段
とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
（第１の発明）
【０００９】目標とする海上位置において、まず、目標
設定器に対し、水平方向の位置Ｘ，Ｙ、方位ψ、深度Ｚ
を設定する。そして、吊下管を所定の速度で海中に降下
させる。このとき吊下管は、潮流等の影響で垂直には降
下せず、垂直軸より偏位して降下するが、この吊下管先
端の状態をセンサーにより検出し、その検出信号を比較
手段に入力する。これにより比較手段は、検出値と目標
設定値との間の偏差値ＥX ，ＥY ，Ｅψ，ＥZ を求め、
ファジィ制御ロジック部に入力する。
設定器に対し、水平方向の位置Ｘ，Ｙ、方位ψ、深度Ｚ
を設定する。そして、吊下管を所定の速度で海中に降下
させる。このとき吊下管は、潮流等の影響で垂直には降
下せず、垂直軸より偏位して降下するが、この吊下管先
端の状態をセンサーにより検出し、その検出信号を比較
手段に入力する。これにより比較手段は、検出値と目標
設定値との間の偏差値ＥX ，ＥY ，Ｅψ，ＥZ を求め、
ファジィ制御ロジック部に入力する。
【００１０】ファジィ制御ロジック部は、ファジィルー
ル及びメンバーシップ関数を用い、比較手段から入力さ
れる偏差値ＥX ，ＥY ，Ｅψ，ＥZ を基に吊下管先端を
目標点に到達させるために必要トータル力ＦX ，ＦY 及
び必要モーメント力ＮZ を演算し、その演算結果を推力
配分部に出力する。推力配分部は、ファジィ制御ロジッ
ク部の演算結果を配分してアクチュエータを駆動し、吊
下管の先端が目標方向に一致するように修正する。そし
て、吊下管の先端の深度が目標設定深度に達するまで、
吊下管の位置修正が行なわれる。 （第２の発明）
ル及びメンバーシップ関数を用い、比較手段から入力さ
れる偏差値ＥX ，ＥY ，Ｅψ，ＥZ を基に吊下管先端を
目標点に到達させるために必要トータル力ＦX ，ＦY 及
び必要モーメント力ＮZ を演算し、その演算結果を推力
配分部に出力する。推力配分部は、ファジィ制御ロジッ
ク部の演算結果を配分してアクチュエータを駆動し、吊
下管の先端が目標方向に一致するように修正する。そし
て、吊下管の先端の深度が目標設定深度に達するまで、
吊下管の位置修正が行なわれる。 （第２の発明）
【００１１】洋上浮体より吊下管を海中へ降下させる
と、ＧＰＳを利用して、即ち、ＧＰＳ衛星からの送信電
波を受信し、洋上浮体の地球に対する絶対位置を検出す
る。次に、音響測位法により上記吊下管の先端位置を洋
上浮体の相対位置として検出する。例えば、吊下管の先
端に設けたビーコンからの音響信号を洋上浮体側に設け
た受波器アレイにより受信し、吊下管先端の洋上浮体に
対する相対位置を検出する。
と、ＧＰＳを利用して、即ち、ＧＰＳ衛星からの送信電
波を受信し、洋上浮体の地球に対する絶対位置を検出す
る。次に、音響測位法により上記吊下管の先端位置を洋
上浮体の相対位置として検出する。例えば、吊下管の先
端に設けたビーコンからの音響信号を洋上浮体側に設け
た受波器アレイにより受信し、吊下管先端の洋上浮体に
対する相対位置を検出する。
【００１２】そして、上記洋上浮体の絶対位置と、吊下
管の相対位置から管先端の絶対位置を検出する。次い
で、上記管先端の絶対位置と目標位置との偏差を評価す
る。ここで、管下端部が目標位置から離れる方向へ移動
していれば、元の位置に戻すように第１のアクチュエー
タを駆動し、また、第２のアクチュエータによって洋上
浮体の位置を正しく保持すると共に、第２のアクチュエ
ータの負荷が減る方向へ洋上浮体の位置を修正する。以
下、同様の動作を繰り返し、管先端部を目標位置に保持
する。
管の相対位置から管先端の絶対位置を検出する。次い
で、上記管先端の絶対位置と目標位置との偏差を評価す
る。ここで、管下端部が目標位置から離れる方向へ移動
していれば、元の位置に戻すように第１のアクチュエー
タを駆動し、また、第２のアクチュエータによって洋上
浮体の位置を正しく保持すると共に、第２のアクチュエ
ータの負荷が減る方向へ洋上浮体の位置を修正する。以
下、同様の動作を繰り返し、管先端部を目標位置に保持
する。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。 （第１実施例）
する。 （第１実施例）
【００１４】図１に示すように洋上浮体（プラットホー
ム）より海中に吊下げられるライザー管等の吊下管１に
は、その先端にそれぞれライザー管誘導装置２が取り付
けられる。このライザー管誘導装置２は、保持機構３に
センサー部４、アクチュエータ例えば複数個のスラスタ
５が設けられる。上記センサー部４は、水密箱内に例え
ばソナーまたはＴＶカメラを用いて水平方向の位置を検
出する位置検出計、方位角センサー、深度計、潮流計、
加速度計等を備えている。そして、上記センサー部４及
びスラスタ５は、洋上浮体上に設けられている制御演算
装置に吊下管１内を通るケーブル６を介して接続され
る。次に上記センサー部４及び制御演算装置を含むトー
タルシステムについて図２により説明する。
ム）より海中に吊下げられるライザー管等の吊下管１に
は、その先端にそれぞれライザー管誘導装置２が取り付
けられる。このライザー管誘導装置２は、保持機構３に
センサー部４、アクチュエータ例えば複数個のスラスタ
５が設けられる。上記センサー部４は、水密箱内に例え
ばソナーまたはＴＶカメラを用いて水平方向の位置を検
出する位置検出計、方位角センサー、深度計、潮流計、
加速度計等を備えている。そして、上記センサー部４及
びスラスタ５は、洋上浮体上に設けられている制御演算
装置に吊下管１内を通るケーブル６を介して接続され
る。次に上記センサー部４及び制御演算装置を含むトー
タルシステムについて図２により説明する。
【００１５】図２において、１１は目標設定器で、目標
とする位置、方位角、深度が予め設定されるもので、そ
の設定値ＸSET （水平位置），ＹSET （水平位置），ψ
SET（方位角）、ＺSET （深度）は比較器１２に出力さ
れる。また、この比較器１２には、センサー部４で検出
した吊下管下端の水平位置（Ｘ，Ｙ方向）、方位角（Ｚ
軸まわり）、及び深度（Ｚ）が入力される。比較器１２
は、設定値信号出力器１１からの設定値ＸSET ，
ＹSET ，ψSET ，ＺSET とセンサー部４の検出信号との
偏差を求め、その偏差量をファジィ制御ロジック部１３
に入力する。そして、このファジィ制御ロジック部１３
により目標点に誘導するための必要力、必要モーメント
を作り、スラスタが複数個の場合は、推力配分部１４に
より各スラスタ５への推力を分配する。このクラスター
５は、推力配分部１４の出力によって駆動され、吊下管
１の先端位置を調整する。この吊下管１の移動に伴って
センサー部４により吊下管下端の水平位置（Ｘ，Ｙ方
向）、方位角（Ｚ軸まわり）、及び深度（Ｚ）が検出さ
れ、比較器１２に入力される。図３は上記センサー部
４、目標設定器１１、比較器１２、ファジィ制御ロジッ
ク部１３の詳細を示すブロック図である。
とする位置、方位角、深度が予め設定されるもので、そ
の設定値ＸSET （水平位置），ＹSET （水平位置），ψ
SET（方位角）、ＺSET （深度）は比較器１２に出力さ
れる。また、この比較器１２には、センサー部４で検出
した吊下管下端の水平位置（Ｘ，Ｙ方向）、方位角（Ｚ
軸まわり）、及び深度（Ｚ）が入力される。比較器１２
は、設定値信号出力器１１からの設定値ＸSET ，
ＹSET ，ψSET ，ＺSET とセンサー部４の検出信号との
偏差を求め、その偏差量をファジィ制御ロジック部１３
に入力する。そして、このファジィ制御ロジック部１３
により目標点に誘導するための必要力、必要モーメント
を作り、スラスタが複数個の場合は、推力配分部１４に
より各スラスタ５への推力を分配する。このクラスター
５は、推力配分部１４の出力によって駆動され、吊下管
１の先端位置を調整する。この吊下管１の移動に伴って
センサー部４により吊下管下端の水平位置（Ｘ，Ｙ方
向）、方位角（Ｚ軸まわり）、及び深度（Ｚ）が検出さ
れ、比較器１２に入力される。図３は上記センサー部
４、目標設定器１１、比較器１２、ファジィ制御ロジッ
ク部１３の詳細を示すブロック図である。
【００１６】センサー部４には、位置検出センサー４
ａ、方位センサー４ｂ、深度計４ｃが設けられており、
各検出信号がそれぞれ比較器１２ａ，１２ｂ，１２ｃに
入力される。また、目標設定器１１は、位置設定部１１
ａ、方位角設定部１１ｂ、深度設定部１１ｃからなり、
位置設定部１１ａの設定値ＸSET ，ＹSET が比較器１２
ａに入力され、方位角設定部１１ｂの設定値ψSET が比
較器１２ｂに入力され、深度設定部１１ｃの設定値Ｚ
SET が比較器１２ｃに入力される。そして、各比較器１
２ａ〜１２ｃにより求めた偏差量がファジィ制御ロジッ
ク部１３に送られる。
ａ、方位センサー４ｂ、深度計４ｃが設けられており、
各検出信号がそれぞれ比較器１２ａ，１２ｂ，１２ｃに
入力される。また、目標設定器１１は、位置設定部１１
ａ、方位角設定部１１ｂ、深度設定部１１ｃからなり、
位置設定部１１ａの設定値ＸSET ，ＹSET が比較器１２
ａに入力され、方位角設定部１１ｂの設定値ψSET が比
較器１２ｂに入力され、深度設定部１１ｃの設定値Ｚ
SET が比較器１２ｃに入力される。そして、各比較器１
２ａ〜１２ｃにより求めた偏差量がファジィ制御ロジッ
ク部１３に送られる。
【００１７】このファジィ制御ロジック部１３は、位置
データ処理部１３ａ、方位データ処理部１３ｂ、深度デ
ータ処理部１３ｃからなり、各処理部１３ａ〜１３ｃ
は、入力評価部２１、あいまい量算出部２２、ファジイ
ルール記憶部２３、出力評価部２４、平均化計算部２５
により構成されている。この場合、上記平均化計算部２
５に代えて重心計算（荷重平均）部を用いても良い。次
に上記実施例の動作を説明する。
データ処理部１３ａ、方位データ処理部１３ｂ、深度デ
ータ処理部１３ｃからなり、各処理部１３ａ〜１３ｃ
は、入力評価部２１、あいまい量算出部２２、ファジイ
ルール記憶部２３、出力評価部２４、平均化計算部２５
により構成されている。この場合、上記平均化計算部２
５に代えて重心計算（荷重平均）部を用いても良い。次
に上記実施例の動作を説明する。
【００１８】洋上浮体を目標とする海上位置に位置させ
た後、まず、目標設定器１１の位置設定部１１ａ、方位
角設定部１１ｂ、深度設定部１１ｃに対し、水平方向の
位置Ｘ，Ｙ、方位ψ、深度Ｚを設定する。そして、吊下
管１の先端に吊下管誘導装置２を取付けて海中に吊下
げ、所定の速度で下ろしていく。このとき吊下管１は、
図４に示すように潮流等の影響で垂直には降下せず、垂
直軸より偏位して降下する。この吊下管１先端の状態を
センサー部４により検出し、その検出信号を比較器１２
に入力する。
た後、まず、目標設定器１１の位置設定部１１ａ、方位
角設定部１１ｂ、深度設定部１１ｃに対し、水平方向の
位置Ｘ，Ｙ、方位ψ、深度Ｚを設定する。そして、吊下
管１の先端に吊下管誘導装置２を取付けて海中に吊下
げ、所定の速度で下ろしていく。このとき吊下管１は、
図４に示すように潮流等の影響で垂直には降下せず、垂
直軸より偏位して降下する。この吊下管１先端の状態を
センサー部４により検出し、その検出信号を比較器１２
に入力する。
【００１９】即ち、図３に示すように位置検出センサー
４ａにより水平方向の位置Ｘ，Ｙを検出して比較器１２
ａに入力し、方位センサー４ｂにより方位角ψを検出し
て比較器１２ｂに入力し、深度計４ｃにより吊下管１先
端の深度を検出して比較器１２ｃに入力する。これによ
り比較器１２ａ〜１２ｃは、検出値と目標設定値との間
の偏差値を求める。即ち、比較器１２ａでは、水平方向
の偏差値ＥX ，ＥY を ＥX ＝Ｘ−ＸSET ＥY ＝Ｙ−ＹSET により求め、比較器１２ｂでは、方位角方向の偏差値Ｅ
ψを Ｅψ＝ψ−ψSET により求め、比較器１２ｃでは深度の偏差値ＥZ を ＥZ ＝Ｚ−ＺSET により求める。図４では、ＸSET ，ＹSET ，ψSET ＝０
としている。
４ａにより水平方向の位置Ｘ，Ｙを検出して比較器１２
ａに入力し、方位センサー４ｂにより方位角ψを検出し
て比較器１２ｂに入力し、深度計４ｃにより吊下管１先
端の深度を検出して比較器１２ｃに入力する。これによ
り比較器１２ａ〜１２ｃは、検出値と目標設定値との間
の偏差値を求める。即ち、比較器１２ａでは、水平方向
の偏差値ＥX ，ＥY を ＥX ＝Ｘ−ＸSET ＥY ＝Ｙ−ＹSET により求め、比較器１２ｂでは、方位角方向の偏差値Ｅ
ψを Ｅψ＝ψ−ψSET により求め、比較器１２ｃでは深度の偏差値ＥZ を ＥZ ＝Ｚ−ＺSET により求める。図４では、ＸSET ，ＹSET ，ψSET ＝０
としている。
【００２０】そして、上記比較器１２ａ〜１２ｃで求め
た偏差値をファジィ制御ロジック部１３に入力する。こ
のファジィ制御ロジック部１３は、上記比較器１２から
入力される偏差値ＥX ，ＥY ，Ｅψ，ＥZ を基に吊下管
１先端を目標点に到達させるために必要トータル力ＦX
，ＦY 及び必要モーメント力ＮZ を演算する。ファジ
ィ制御ロジック部１３では、ファジィルール及びメンバ
ーシップ関数の記述に以下に示す観測量および操作量の
状態表現を用いている。 （１）ファジィルール (a) 水平方向Ｘ，Ｙ、方位角ψに関しては ＰＢ（Positive Big） ：目標設定値より正方向に非
常に大きく変動 ＰＭ（Positive Medium ）：目標設定値より正方向に大
きく変動 ＰＳ（Positive Small） ：目標設定値より正方向に少
し変動 ＺＯ（Zero） ：ほぼ目標設定値である ＮＳ（Negative Small） ：目標設定値より負方向に少
し変動 ＮＭ（Negative Medium ）：目標設定値より負方向に大
きく変動 ＮＢ（Negative Big） ：目標設定値より負方向に非
常に大きく変動 を示し、 (b) 必要トータル力ＦX ，ＦY 、必要モーメント力ＮZ
に関しては ＰＢ ：正方向に非常に大きな力（モーメントＮz ） ＰＭ ：正方向に大きな力（モーメントＮz ） ＰＳ ：正方向に少しの力（モーメントＮz ） ＺＯ ：力（モーメント）は、ほぼ零である ＮＳ ：負向に少しの力（モーメントＮz ） ＮＭ ：負方向に大きな力（モーメントＮz ） ＮＢ ：負方向に非常に大きな力（モーメントＮz ） を示している。本システムの場合、設定値との変動
（Ｅ）およびその時間微分（ＤＥ）を制御に使用する
と、例えば Ｘ方向制御ルール数 ７＊７＝４９ Ｙ方向制御ルール数 ７＊７＝４９ Ｚ軸まわり制御ルール数 ７＊７＝４９ Ｚ方向制御ルール数 ８４ であり、合計２３１ルールが必要になる。また、ＰＢ，
ＰＳ，ＺＯ，ＮＳ，ＮＢにより制御すると、 Ｘ方向制御ルール数 ５＊５＝２５ Ｙ方向制御ルール数 ５＊５＝２５ Ｚ軸まわり制御ルール数 ５＊５＝２５ Ｚ方向制御ルール数 ６０ であり、合計１３５ルールが必要になる。 （２）メンバーシップ関数 図５において （イ）：中→ 三角形メンバーシップ関数 （ロ）：端→ 台形メンバーシップ関数 であり、折点で分布を与える。制御ルールの一例を図６
ないし図１３に示す。図６はＸ方向の制御ルール例であ
る。図７はＸ方向のメンバーシップ関数例である。図８
はＹ方向の制御ルール例である。図９はＹ方向のメンバ
ーシップ関数例である。図１０はψ（方位角）方向の制
御ルール例である。図１１はψ方向のメンバーシップ関
数例である。図１２はＺ（深度）方向の制御ルール例で
ある。図１３はＺ方向のメンバーシップ関数例である。
た偏差値をファジィ制御ロジック部１３に入力する。こ
のファジィ制御ロジック部１３は、上記比較器１２から
入力される偏差値ＥX ，ＥY ，Ｅψ，ＥZ を基に吊下管
１先端を目標点に到達させるために必要トータル力ＦX
，ＦY 及び必要モーメント力ＮZ を演算する。ファジ
ィ制御ロジック部１３では、ファジィルール及びメンバ
ーシップ関数の記述に以下に示す観測量および操作量の
状態表現を用いている。 （１）ファジィルール (a) 水平方向Ｘ，Ｙ、方位角ψに関しては ＰＢ（Positive Big） ：目標設定値より正方向に非
常に大きく変動 ＰＭ（Positive Medium ）：目標設定値より正方向に大
きく変動 ＰＳ（Positive Small） ：目標設定値より正方向に少
し変動 ＺＯ（Zero） ：ほぼ目標設定値である ＮＳ（Negative Small） ：目標設定値より負方向に少
し変動 ＮＭ（Negative Medium ）：目標設定値より負方向に大
きく変動 ＮＢ（Negative Big） ：目標設定値より負方向に非
常に大きく変動 を示し、 (b) 必要トータル力ＦX ，ＦY 、必要モーメント力ＮZ
に関しては ＰＢ ：正方向に非常に大きな力（モーメントＮz ） ＰＭ ：正方向に大きな力（モーメントＮz ） ＰＳ ：正方向に少しの力（モーメントＮz ） ＺＯ ：力（モーメント）は、ほぼ零である ＮＳ ：負向に少しの力（モーメントＮz ） ＮＭ ：負方向に大きな力（モーメントＮz ） ＮＢ ：負方向に非常に大きな力（モーメントＮz ） を示している。本システムの場合、設定値との変動
（Ｅ）およびその時間微分（ＤＥ）を制御に使用する
と、例えば Ｘ方向制御ルール数 ７＊７＝４９ Ｙ方向制御ルール数 ７＊７＝４９ Ｚ軸まわり制御ルール数 ７＊７＝４９ Ｚ方向制御ルール数 ８４ であり、合計２３１ルールが必要になる。また、ＰＢ，
ＰＳ，ＺＯ，ＮＳ，ＮＢにより制御すると、 Ｘ方向制御ルール数 ５＊５＝２５ Ｙ方向制御ルール数 ５＊５＝２５ Ｚ軸まわり制御ルール数 ５＊５＝２５ Ｚ方向制御ルール数 ６０ であり、合計１３５ルールが必要になる。 （２）メンバーシップ関数 図５において （イ）：中→ 三角形メンバーシップ関数 （ロ）：端→ 台形メンバーシップ関数 であり、折点で分布を与える。制御ルールの一例を図６
ないし図１３に示す。図６はＸ方向の制御ルール例であ
る。図７はＸ方向のメンバーシップ関数例である。図８
はＹ方向の制御ルール例である。図９はＹ方向のメンバ
ーシップ関数例である。図１０はψ（方位角）方向の制
御ルール例である。図１１はψ方向のメンバーシップ関
数例である。図１２はＺ（深度）方向の制御ルール例で
ある。図１３はＺ方向のメンバーシップ関数例である。
【００２１】ファジィ制御ロジック部１３は、上記ファ
ジィルール及びメンバーシップ関数を用い、比較器１２
から入力される偏差値ＥX ，ＥY ，Ｅψ，ＥZ を基に吊
下管１先端を目標点に到達させるために必要トータル力
ＦX ，ＦY 及び必要モーメント力ＮZ を演算し、その演
算結果を推力配分部１４に出力する。推力配分部１４
は、ファジィ制御ロジック部１３の演算結果、即ち、ス
ラスタ力、スラスタ回転角等を例えば非線形計画法等に
より配分して各スラスタ５を駆動し、吊下管１の先端が
目標方向に一致するように修正する。
ジィルール及びメンバーシップ関数を用い、比較器１２
から入力される偏差値ＥX ，ＥY ，Ｅψ，ＥZ を基に吊
下管１先端を目標点に到達させるために必要トータル力
ＦX ，ＦY 及び必要モーメント力ＮZ を演算し、その演
算結果を推力配分部１４に出力する。推力配分部１４
は、ファジィ制御ロジック部１３の演算結果、即ち、ス
ラスタ力、スラスタ回転角等を例えば非線形計画法等に
より配分して各スラスタ５を駆動し、吊下管１の先端が
目標方向に一致するように修正する。
【００２２】上記のようにして吊下管１の先端が目標設
定深度に達するまで、上記の吊下管誘導制御が行なわれ
る。また、目標深度においても、吊下管１の位置が正し
く保持される。
定深度に達するまで、上記の吊下管誘導制御が行なわれ
る。また、目標深度においても、吊下管１の位置が正し
く保持される。
【００２３】上記のようにファジィ制御ロジック部１３
を設けることにより、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）、深度方
向（Ｚ方向）及び方位角方向（Ｚ軸まわり）の変動をで
きるだけ少なく、かつ、従来、人間が調整していた力の
加減の感覚にできるだけ近い形で吊下管１を誘導制御す
ることが可能となる。特に吊下管は、深度が大きくなる
と、潮流及び自重の影響により挙動予想が難しくなる
が、管の挙動予想が困難な場合（モデルの同程が困難な
場合）でも、ファジィ制御ロジック部１３の制御により
目標点に誘導することができる。また、深度によって吊
下管１の水平方向への力の発生が異なってくる場合で
も、深度方向（Ｚ方向）のメンバーシップ関数を設ける
ことにより、対応が可能となる。従って、従来の人手の
作業を軽減でき、且つ深海へも降下可能なので、産業上
非常に有用である。 （第２実施例）
を設けることにより、水平方向（Ｘ，Ｙ方向）、深度方
向（Ｚ方向）及び方位角方向（Ｚ軸まわり）の変動をで
きるだけ少なく、かつ、従来、人間が調整していた力の
加減の感覚にできるだけ近い形で吊下管１を誘導制御す
ることが可能となる。特に吊下管は、深度が大きくなる
と、潮流及び自重の影響により挙動予想が難しくなる
が、管の挙動予想が困難な場合（モデルの同程が困難な
場合）でも、ファジィ制御ロジック部１３の制御により
目標点に誘導することができる。また、深度によって吊
下管１の水平方向への力の発生が異なってくる場合で
も、深度方向（Ｚ方向）のメンバーシップ関数を設ける
ことにより、対応が可能となる。従って、従来の人手の
作業を軽減でき、且つ深海へも降下可能なので、産業上
非常に有用である。 （第２実施例）
【００２４】次に本発明の第２実施例について、図１４
ないし図１６を参照して説明する。図１４は、本発明の
第２実施例に係る深海吊下管の位置制御装置を示す構成
図、図１５は図１４における洋上浮体部分の詳細図、図
１６は吊下管先端部分の詳細図である。
ないし図１６を参照して説明する。図１４は、本発明の
第２実施例に係る深海吊下管の位置制御装置を示す構成
図、図１５は図１４における洋上浮体部分の詳細図、図
１６は吊下管先端部分の詳細図である。
【００２５】図１４及び図１５において、３１は洋上浮
体（プラットホーム）で、上部中央に柱状構造物３２を
備え、この柱状構造物３２部分に投入管例えば吊下管３
３を海中３０に吊下げる機構を有している。また、上記
柱状構造物３２の上部にＧＰＳ（Global Positioning S
ystem ：汎地球測位システム）受波装置３４を備え、Ｇ
ＰＳ衛星３５からの送信電波を受信して洋上浮体３１の
位置を測定する。上記洋上浮体３１の下側面には、周辺
部に複数の浮体スラスタ３６が設けられ、この浮体スラ
スタ３６の駆動により、洋上浮体３１を任意の方向に移
動できるようになっている。
体（プラットホーム）で、上部中央に柱状構造物３２を
備え、この柱状構造物３２部分に投入管例えば吊下管３
３を海中３０に吊下げる機構を有している。また、上記
柱状構造物３２の上部にＧＰＳ（Global Positioning S
ystem ：汎地球測位システム）受波装置３４を備え、Ｇ
ＰＳ衛星３５からの送信電波を受信して洋上浮体３１の
位置を測定する。上記洋上浮体３１の下側面には、周辺
部に複数の浮体スラスタ３６が設けられ、この浮体スラ
スタ３６の駆動により、洋上浮体３１を任意の方向に移
動できるようになっている。
【００２６】吊下管３３には、長さ方向に沿って温度計
３７及び圧力計３８が所定の間隔で複数取り付けられて
いる。また、吊下管３３の先端には、図１６に示すよう
にビーコン３９が取り付けられると共に、複数個の位置
制御用スラスタ４１が装着される。上記温度計３７、圧
力計３８、ビーコン３９、位置制御用スラスタ４１は、
吊下管３３に沿って設けられた挿入されたケーブル４２
を介して洋上浮体３１上の位置制御装置４３に接続され
る。
３７及び圧力計３８が所定の間隔で複数取り付けられて
いる。また、吊下管３３の先端には、図１６に示すよう
にビーコン３９が取り付けられると共に、複数個の位置
制御用スラスタ４１が装着される。上記温度計３７、圧
力計３８、ビーコン３９、位置制御用スラスタ４１は、
吊下管３３に沿って設けられた挿入されたケーブル４２
を介して洋上浮体３１上の位置制御装置４３に接続され
る。
【００２７】また、洋上浮体３１の下側面には、その周
辺に沿って上記ビーコン３９からの音響信号４４を受信
する複数個の受波器アレイ４５が設けられている。上記
ビーコン３９及び受波器アレイ４５により音響測位装置
を構成しており、洋上浮体３１に対する吊下管３３先端
位置を測定する。
辺に沿って上記ビーコン３９からの音響信号４４を受信
する複数個の受波器アレイ４５が設けられている。上記
ビーコン３９及び受波器アレイ４５により音響測位装置
を構成しており、洋上浮体３１に対する吊下管３３先端
位置を測定する。
【００２８】次に上記実施例の動作を図１７に示すフロ
ーチャートを参照して説明する。洋上浮体３１が目標と
する海上位置において、吊下げ機構により吊下管３３を
海中３０へ吊下げ、管先端が目標位置に保持されるよう
に位置制御装置４３により制御する。即ち、位置制御装
置４３は、ＧＰＳ衛星３５からの送信電波をＧＰＳ受波
装置３４により受信し、洋上浮体３１の位置を検出する
（ステップＡ1 ）。次いで、位置制御装置４３は、ビー
コン３９からの音響信号４４を受波器アレイ４５により
受信し、その受信信号から吊下管３３先端の洋上浮体３
１に対する相対位置を検出する（ステップＡ2 ）。この
際、吊下管３３に沿って所定間隔で設けられた温度計３
７及び圧力計３８により水深方向の温度分布並びに圧力
分布を計測し、音響測位装置による測位結果を補正する
（ステップＡ3 ）。
ーチャートを参照して説明する。洋上浮体３１が目標と
する海上位置において、吊下げ機構により吊下管３３を
海中３０へ吊下げ、管先端が目標位置に保持されるよう
に位置制御装置４３により制御する。即ち、位置制御装
置４３は、ＧＰＳ衛星３５からの送信電波をＧＰＳ受波
装置３４により受信し、洋上浮体３１の位置を検出する
（ステップＡ1 ）。次いで、位置制御装置４３は、ビー
コン３９からの音響信号４４を受波器アレイ４５により
受信し、その受信信号から吊下管３３先端の洋上浮体３
１に対する相対位置を検出する（ステップＡ2 ）。この
際、吊下管３３に沿って所定間隔で設けられた温度計３
７及び圧力計３８により水深方向の温度分布並びに圧力
分布を計測し、音響測位装置による測位結果を補正する
（ステップＡ3 ）。
【００２９】更に、ＧＰＳ衛星３５から送信電波をＧＰ
Ｓ受波装置３４により受信して洋上浮体３１の位置を測
定し、その位置情報と上記吊下管３３の先端の相対位置
情報から管先端の絶対位置を検出する（ステップＡ4
）。次いで、上記管先端の絶対位置と目標位置との偏
差を評価する（ステップＡ5 ）。ここで、管下端部が目
標位置から離れる方向へ移動していれば、元の位置に戻
すように位置制御用スラスタ４１を駆動し（ステップＡ
6 ）、また、浮体スラスタ３６によって洋上浮体３１の
位置を正しく保持すると共に、位置制御用スラスタ４１
の負荷が減る方向へ洋上浮体３１の位置を修正する。そ
の後、ステップＡ1 に戻って同様の処理を繰り返し、管
先端部を目標位置に保持し、管先端部の地球に対する定
点保持が行なわれるようにする。上記のように目標の定
点位置に保持し、洋上から吊下管３３を介して流体を送
り込む、あるいは揚水する等の処理を行なう。
Ｓ受波装置３４により受信して洋上浮体３１の位置を測
定し、その位置情報と上記吊下管３３の先端の相対位置
情報から管先端の絶対位置を検出する（ステップＡ4
）。次いで、上記管先端の絶対位置と目標位置との偏
差を評価する（ステップＡ5 ）。ここで、管下端部が目
標位置から離れる方向へ移動していれば、元の位置に戻
すように位置制御用スラスタ４１を駆動し（ステップＡ
6 ）、また、浮体スラスタ３６によって洋上浮体３１の
位置を正しく保持すると共に、位置制御用スラスタ４１
の負荷が減る方向へ洋上浮体３１の位置を修正する。そ
の後、ステップＡ1 に戻って同様の処理を繰り返し、管
先端部を目標位置に保持し、管先端部の地球に対する定
点保持が行なわれるようにする。上記のように目標の定
点位置に保持し、洋上から吊下管３３を介して流体を送
り込む、あるいは揚水する等の処理を行なう。
【００３０】上記実施例によれば、静止衛星によるＧＰ
Ｓを利用して洋上浮体３１の絶対位置を検出すると共
に、ビーコン３９及び受波器アレイ４５からなる音響測
位装置により、洋上浮体３１に対する管先端の位置を検
出するようにしているので、陸地から離れた大洋域にお
いて、管先端の絶対位置を検出することができ、これに
より位置制御用スラスタ４１を駆動制御し、管先端位置
を目標位置に正しく降下させてその位置を確実に保持す
ることができる。また、洋上浮体３１が風や海流、波等
によって移動するような場合でも、浮体スラスタ３６の
駆動制御により洋上浮体３１の位置を正確に保持できる
と共に、位置制御用スラスタ４１の長時間に亘る同一方
向への推力発生を緩和することができる。
Ｓを利用して洋上浮体３１の絶対位置を検出すると共
に、ビーコン３９及び受波器アレイ４５からなる音響測
位装置により、洋上浮体３１に対する管先端の位置を検
出するようにしているので、陸地から離れた大洋域にお
いて、管先端の絶対位置を検出することができ、これに
より位置制御用スラスタ４１を駆動制御し、管先端位置
を目標位置に正しく降下させてその位置を確実に保持す
ることができる。また、洋上浮体３１が風や海流、波等
によって移動するような場合でも、浮体スラスタ３６の
駆動制御により洋上浮体３１の位置を正確に保持できる
と共に、位置制御用スラスタ４１の長時間に亘る同一方
向への推力発生を緩和することができる。
【００３１】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、陸
地から離れた大洋域の深海においても吊下管の先端位置
を自動的に制御でき、目標位置に管を正しく降下させて
その位置を確実に保持することができる。
地から離れた大洋域の深海においても吊下管の先端位置
を自動的に制御でき、目標位置に管を正しく降下させて
その位置を確実に保持することができる。
【図１】本発明の第１実施例に係る深海吊下管の位置制
御装置の外観構成図。
御装置の外観構成図。
【図２】同実施例における制御システムを示すブロック
図。
図。
【図３】図２における主要部の詳細を示すブロック図。
【図４】同実施例の動作を説明するための吊下管先端に
おける目標設定値と制御偏差との関係を示す図。
おける目標設定値と制御偏差との関係を示す図。
【図５】メンバーシップ関数の説明図。
【図６】Ｘ方向制御ルール例を示す図。
【図７】Ｘ方向メンバーシップ関数例を示す図。
【図８】Ｙ方向制御ルール例を示す図。
【図９】Ｙ方向メンバーシップ関数例を示す図。
【図１０】ψ方向制御ルール例を示す図。
【図１１】ψ方向メンバーシップ関数例を示す図。
【図１２】Ｚ方向制御ルール例を示す図。
【図１３】Ｚ方向メンバーシップ関数例を示す図。
【図１４】本発明の第２実施例を示す構成図。
【図１５】図１４における洋上浮体部分の詳細を示す
図。
図。
【図１６】図１４における吊下管先端部分の詳細を示す
図。
図。
【図１７】本発明の第２実施例の動作を示すフローチャ
ート。
ート。
１…吊下管、２…吊下管誘導装置、３…保持機構、４…
センサー部、４ａ…位置検出センサー、４ｂ…方位セン
サー、４ｃ…深度計、５…スラスタ、６…ケーブル、１
１…目標設定器、１１ａ…位置設定部、１１ｂ…方位角
設定部、１１ｃ…深度設定部、１２，１２ａ〜１２ｃ…
比較器、１３…ファジィ制御ロジック部、１３ａ…位置
データ処理部、１３ｂ…方位データ処理部、１３ｃ…深
度データ処理部、１４…推力配分部、２１…入力評価
部、２２…あいまい量算出部、２３…ファジイルール記
憶部、２４…出力評価部、２５…平均化計算部、３０…
海中、３１…洋上浮体、３２…柱状構造物、３３…吊下
管、３４…ＧＰＳ受波装置、３５…ＧＰＳ衛星、３６…
浮体スラスタ、３７…温度計、３８…圧力計、３９…ビ
ーコン、４１…位置制御用スラスタ、４２…ケーブル、
４３…位置制御装置、４４…音響信号、４５…受波器ア
レイ。
センサー部、４ａ…位置検出センサー、４ｂ…方位セン
サー、４ｃ…深度計、５…スラスタ、６…ケーブル、１
１…目標設定器、１１ａ…位置設定部、１１ｂ…方位角
設定部、１１ｃ…深度設定部、１２，１２ａ〜１２ｃ…
比較器、１３…ファジィ制御ロジック部、１３ａ…位置
データ処理部、１３ｂ…方位データ処理部、１３ｃ…深
度データ処理部、１４…推力配分部、２１…入力評価
部、２２…あいまい量算出部、２３…ファジイルール記
憶部、２４…出力評価部、２５…平均化計算部、３０…
海中、３１…洋上浮体、３２…柱状構造物、３３…吊下
管、３４…ＧＰＳ受波装置、３５…ＧＰＳ衛星、３６…
浮体スラスタ、３７…温度計、３８…圧力計、３９…ビ
ーコン、４１…位置制御用スラスタ、４２…ケーブル、
４３…位置制御装置、４４…音響信号、４５…受波器ア
レイ。
Claims (2)
- 【請求項１】 洋上浮体から吊下げられる吊下管と、こ
の吊下管の先端に取付けられる位置検出用センサー及び
位置制御用アクチュエータと、上記吊下管の先端位置の
目標位置を設定する目標設定器と、この目標設定器によ
り設定された設定値と上記センサー検出信号との偏差を
求める比較手段と、この手段により求めた偏差を基に目
標位置に到達させるための必要トータル力及び必要モー
メント力を求めるファジィ制御ロジック部と、このファ
ジィ制御ロジック部により求めた必要トータル力及び必
要モーメント力に従って上記アクチュエータを駆動する
手段とを具備したことを特徴とする深海吊下管の位置制
御装置。 - 【請求項２】 洋上浮体の下側に取付けられる位置制御
用の第１のアクチュエータと、上記洋上浮体から吊下げ
られる吊下管と、この吊下管の先端に取付けられる位置
制御用の第２のアクチュエータと、汎地球測位システム
（ＧＰＳ）によって上記洋上浮体の絶対的位置を検出す
る第１の位置検出手段と、音響測位法により上記吊下管
の先端位置を洋上浮体の相対位置として検出する第２の
位置検出手段と、上記第１及び第２の位置検出手段によ
る位置検出信号に基づいて上記第１及び第２のアクチュ
エータを駆動し、上記吊下管の先端位置を目標位置に保
持する手段とを具備したことを特徴とする深海吊下管の
位置制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27060292A JP3276176B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 深海吊下管の位置制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27060292A JP3276176B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 深海吊下管の位置制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06117173A true JPH06117173A (ja) | 1994-04-26 |
| JP3276176B2 JP3276176B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=17488387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27060292A Expired - Fee Related JP3276176B2 (ja) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | 深海吊下管の位置制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3276176B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2517309A (en) * | 2013-08-13 | 2015-02-18 | Propocean As | Riser stabilisation |
| CN110703601A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-17 | 天津大学 | 一种基于模糊控制和卡尔曼滤波的浮标深度控制算法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56501410A (ja) * | 1979-10-17 | 1981-10-01 | ||
| JPS6336174A (ja) * | 1986-07-30 | 1988-02-16 | Nec Corp | 水中位置計測用ブイ |
| JPH03199597A (ja) * | 1989-12-28 | 1991-08-30 | Komatsu Ltd | 小口径管用地中掘進機の操作方法 |
| JPH04119406A (ja) * | 1990-09-11 | 1992-04-20 | Japan Radio Co Ltd | 危険海域調査ロボット装置及び該装置を利用した危険海域調査システム |
-
1992
- 1992-10-08 JP JP27060292A patent/JP3276176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56501410A (ja) * | 1979-10-17 | 1981-10-01 | ||
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| JPH04119406A (ja) * | 1990-09-11 | 1992-04-20 | Japan Radio Co Ltd | 危険海域調査ロボット装置及び該装置を利用した危険海域調査システム |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2517309A (en) * | 2013-08-13 | 2015-02-18 | Propocean As | Riser stabilisation |
| WO2015022357A3 (en) * | 2013-08-13 | 2015-05-28 | Propocean As | Riser stabilisation |
| GB2517309B (en) * | 2013-08-13 | 2017-05-10 | Propocean As | Riser stabilisation |
| CN110703601A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-17 | 天津大学 | 一种基于模糊控制和卡尔曼滤波的浮标深度控制算法 |
| CN110703601B (zh) * | 2019-09-23 | 2022-05-10 | 天津大学 | 一种基于模糊控制和卡尔曼滤波的浮标深度控制算法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3276176B2 (ja) | 2002-04-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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