KR102595185B1 - Motion-Controlled Pneumatic Stabilized Platform - Google Patents
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Abstract
본 발명은 요동저감형 공기안정 장치 및 이를 이용한 부유식 플랫폼에 관한 것이다. 이를 위하여, 부유식 플랫폼의 상판 하부에 구성되는 격벽에 의해 구획되는 하방이 개방된 중공의 격실로 구성되는 댐퍼 격실; 댐퍼 격실에 구성되는 양방향 솔레노이드 밸브로서, 댐퍼 격실 내의 공기 압력을 제어하도록 구성되는 압력조절부; 부유식 플랫폼의 상판에 구성되어 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보를 생성하는 진동센서부; 파고계에서 파랑 특성 정보를 수신하고, 부유식 플랫폼의 상부구조물에서 상부구조물 특성 정보를 수신하며, 진동 크기 정보를 수신하는 정보수집부; 및 압력조절부 제어 인공신경망 모듈, 클라이언트 학습 모듈, 파라미터 업로드 모듈 및 메인 신경망 다운로드 모듈을 포함하는 클라이언트;가 제공될 수 있다. The present invention relates to a vibration-reducing air stabilization device and a floating platform using the same. For this purpose, a damper compartment consisting of a hollow compartment open at the bottom partitioned by a partition formed at the lower part of the upper plate of the floating platform; A two-way solenoid valve configured in a damper compartment, comprising: a pressure regulator configured to control air pressure in the damper compartment; A vibration sensor unit configured on the upper plate of the floating platform to generate vibration size information of the floating platform; An information collection unit that receives wave characteristic information from the wave height gauge, receives superstructure characteristic information from the superstructure of the floating platform, and receives vibration magnitude information; and a client including a pressure regulator control artificial neural network module, a client learning module, a parameter upload module, and a main neural network download module; may be provided.
Description
본 발명은 요동저감형 공기안정 장치 및 이를 이용한 부유식 플랫폼에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration-reducing air stabilization device and a floating platform using the same.
초기의 해양석유생산설비는 해수면으로부터의 고도 확보를 위해 파일 위에 설치되었을뿐 육지에서 사용하던 생산설비와 유사한 형태로 구성되었다. 점차 깊은 수심으로 관심영역이 확장됨에 따라 길이가 긴 파일을 제작 및 설치하는데 한계를 느끼게 되었고, 트러스 모양의 하부 구조를 가지는 자켓 구조물, 콘크리트를 사용한 콘크리트 중력식 구조물 등의 고정식 플랫폼이 활용되었다. 그러나 수심이 500m를 넘어서는 영역(깊은 수심의 경우 3km 이상)에서는 고정식 구조물의 제작, 이송, 설치 시 발생되는 문제점들 때문에 부력을 가진 구조물을 파일로 연결한 하이브리드 구조물, 해저면과는 완전히 분리된 형태의 부유식 플랫폼이 활용되었다. 부유식 플랫폼에는 예를 들어, 반잠수식 시추선(semi-submersible drilling rig), 드릴십(drill ship), TLP(Tension leg platform) 등이 있다. 도 1은 부유식 플랫폼의 활용 예시이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 부유식 플랫폼은 콘크리트 폰툰, 부유식 해상풍력 구조물 등으로 활용될 수 있다. Early offshore oil production facilities were installed on piles to secure altitude above sea level and were similar to production facilities used on land. As the area of interest gradually expanded into deeper water, limitations were felt in manufacturing and installing long piles, and fixed platforms such as jacket structures with truss-shaped substructures and concrete gravity structures using concrete were used. However, in areas where the water depth exceeds 500m (more than 3km in the case of deep water), due to problems that arise during the production, transportation, and installation of fixed structures, a hybrid structure in which buoyant structures are connected by piles, completely separated from the seafloor, is used. A floating platform was utilized. Floating platforms include, for example, semi-submersible drilling rigs, drill ships, and tension leg platforms (TLPs). Figure 1 is an example of the use of a floating platform. As shown in Figure 1, the floating platform can be used as a concrete pontoon, floating offshore wind power structure, etc.
부유식 플랫폼의 경우, 해저면에 지지되는 지지구조가 없어진 형태이기 때문에 부유체를 연결하고 고정하기 위한 장치로서 체인과 로프가 사용된다. 선박과는 달리 체인만을 사용하지 않고 와이어 로프, 합성섬유 로프를 체인과 적절히 조합 연결해서 사용하고 있다. 깊은 수심의 경우 3km가 넘기 때문에 부유체에 연결되는 12가닥 정도의 줄이 모두 체인으로만 되어 있다면 엄청난 무게 때문에 부유체가 떠 있기 힘든 상황이 된다. 따라서 마찰이 예상되는 두 부분(줄이 부유체와 맞닿은 시작부분과 해저면과 닿아있는 끝 부분)에만 마찰에 강한 체인을 사용하고 나머지 중간 부분은 와이어 로프를 연결하는 형태가 일반적이다. 보다 깊은 수심에서는 와이어 로프의 무게도 부유체에는 부담이 될 수 있기 때문에 물속에서 무게를 느낄 수 없는 합성섬유 로프를 사용하게 된다. In the case of floating platforms, chains and ropes are used as devices to connect and secure the floating body because there is no support structure on the sea floor. Unlike ships, instead of using only chains, wire ropes and synthetic fiber ropes are used in an appropriate combination with chains. In the case of deep water, the depth is over 3km, so if all the 12 strands of line connected to the floating body are made of chains, it will be difficult for the floating body to float due to the enormous weight. Therefore, it is common to use a friction-resistant chain only in the two parts where friction is expected (the beginning where the rope touches the floating body and the end where it touches the sea floor) and connect the remaining middle part with a wire rope. In deeper water, the weight of the wire rope can be a burden on the floating body, so synthetic fiber ropes that cannot be felt underwater are used.
수심 1~3km 아래에 설치되어 있는 크리스마스트리, 매니폴드, 파이프라인 등과 같은 고가의 해저생산설비와 연결된 부유식 플랫폼의 위치가 유지되지 못한다면 경제적 손실뿐만 아니라 자칫 대형사고로 이어질 위험이 있기 때문에 부유식 플랫폼의 위치유지시스템의 중요도는 매우 높다. 부유식 플랫폼의 위치유지시스템 설계에는 부유식 플랫폼을 움직이게 하는 해양환경이 고려된다. 통상적인 해양환경외력은 파랑, 조류, 바람이 포함되나, 각 해역별로 환경 외력의 구성 비율, 지속 시간 등이 달라 해역에 따라 선호되는 위치유지시스템도 달라진다. 예를 들어 미국 멕시코만의 경우 1년에 1~2개 정도 발생하는 태풍과 더불어 순환해류(loop current)에 의한 영향을 고려해야만 하고, 서아프리카 앞바다의 경우 적도와 가까워 파랑은 아주 잔잔하지만 급작스럽게 시작되어 몇 분 동안 지속되는 돌풍현상인 스콜(squall)현상을 고려해야 한다. 예를 들어, 2015년 멕시코만에서 석유회사인 쉐브론 (Chevron)에 의해 운영될 예정이던 'Big Foot'이라는 생산설비는 해저지형과의 연결을 위해 미리 설치해둔 쇠파이프(tendon)가 순환해류에 의해 손상을 입어 설치가 중단되는 사고가 있었다. If the position of the floating platform connected to expensive subsea production facilities such as Christmas trees, manifolds, pipelines, etc. installed 1 to 3 km below the water depth is not maintained, there is a risk of not only economic loss but also a serious accident. The importance of the platform's position maintenance system is very high. The design of the floating platform's position maintenance system takes into account the marine environment in which the floating platform moves. Typical marine environmental external forces include waves, currents, and wind, but the composition ratio and duration of environmental external forces are different for each sea area, and the preferred positioning system also varies depending on the sea area. For example, in the US Gulf of Mexico, one or two typhoons occur a year, as well as the effects of loop currents. In the case of the West African coast, the waves are very calm due to the proximity to the equator, but start suddenly. The squall phenomenon, which is a gust of wind that lasts for several minutes, must be taken into account. For example, in 2015, a production facility called 'Big Foot', which was scheduled to be operated by the oil company Chevron in the Gulf of Mexico, had an iron pipe (tendon) installed in advance to connect to the submarine terrain damaged by circulating ocean currents. There was an accident where the installation was stopped due to damage.
부유식 플랫폼이 선박 형태(예를 들어, 반잠수식 시추선 semi-submersible drilling rig, 드릴십 drill ship)일 경우, 측면에서 파도를 맞게 되면 좌우로 크게 흔들림이 생겨져 안전성을 저해하게 된다. 이러한 상황을 막기 위해 선박형 구조물의 경우, 위치유지를 위한 체인 또는 로프를 한 곳으로 모아 360도로 자유롭게 회전할 수 있는 슬립 링 형태의 장치인 터렛(turret)을 사용하게 되고, 터렛을 사용하게 되면 선박이 파도와 같은 외력을 항상 정면에서만 맞게 되어 안전성이 저해되는 상황을 피할 수 있게 된다.If the floating platform is in the form of a ship (e.g., a semi-submersible drilling rig or drill ship), if it is hit by waves from the side, it will shake significantly from side to side, impairing safety. To prevent this situation, in the case of ship-type structures, a turret, a slip ring-type device that can freely rotate 360 degrees by gathering chains or ropes to maintain position in one place, is used. It is possible to avoid a situation where safety is impaired because the ship is always hit by external forces such as waves from the front.
부유식 플랫폼에서는 진동 기준이 엄격해지는 추세이며, 진동 측면에서 가장 엄격한 규격인 노르웨이 기준(NORSOK S-002)에서 진동의 경우에는 1~80 Hz 범위에서 주파수 성분 진동치가 category 1(30 Hz 성분 약 0.4mm/s)을 만족시키도록 기준하고 있다.Vibration standards are becoming more stringent for floating platforms, and in the Norwegian standard (NORSOK S-002), which is the most stringent standard in terms of vibration, the frequency component vibration value in the range of 1 to 80 Hz is category 1 (approximately 0.4 at 30 Hz). The standard is to satisfy mm/s).
따라서, 본 발명의 목적은, 요동저감형 공기안정 장치 및 이를 이용한 부유식 플랫폼을 제공하는데에 있다. Therefore, the purpose of the present invention is to provide a vibration-reducing air stabilization device and a floating platform using the same.
이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.Hereinafter, specific means for achieving the purpose of the present invention will be described.
본 발명의 목적은, 부유식 플랫폼의 상판 하부에 구성되는 격벽에 의해 구획되는 하방이 개방된 중공의 격실로 구성되는 댐퍼 격실; 상기 댐퍼 격실에 구성되는 양방향 솔레노이드 밸브로서, 상기 댐퍼 격실 내의 공기 압력을 제어하도록 구성되는 압력조절부; 상기 부유식 플랫폼의 상판에 구성되어 상기 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보를 생성하는 진동센서부; 파고계에서 파랑 특성 정보를 수신하고, 상기 부유식 플랫폼의 상부구조물에서 상부구조물 특성 정보를 수신하며, 상기 진동 크기 정보를 수신하는 정보수집부; 및 압력조절부 제어 인공신경망 모듈, 클라이언트 학습 모듈, 파라미터 업로드 모듈 및 메인 신경망 다운로드 모듈을 포함하는 클라이언트;를 포함하고, 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈은, 입력 데이터를 상기 파랑 특성 정보 및 상기 상부구조물 특성 정보로 하고, 각각의 상기 댐퍼 격실의 상기 압력조절부의 배출/유입에 대한 밸브 개방과 폐쇄 여부를 의미하는 압력조절부 개폐 정보를 출력 데이터로 하며, 상기 부유식 플랫폼의 상기 진동 크기 정보가 손실(loss)에 포함되도록 구성되어 상기 진동 크기 정보의 진동 크기가 저감되는 방향으로 기학습된 인공신경망 모듈이고, 상기 클라이언트 학습 모듈은, 상기 진동 크기 정보를 이용하여 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 파라미터를 업데이트 하는 모듈이며, 상기 파라미터 업로드 모듈은, 상기 클라이언트 학습 모듈에 의해 업데이트 된 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 상기 파라미터를 유무선 네트워크로 연결된 메인 신경망 서버에 업로드 하는 모듈이고, 상기 메인 신경망 다운로드 모듈은, 상기 메인 신경망 서버에서 기학습된 압력조절부 제어 메인 신경망을 다운로드하여 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 일부 네트워크와 치환하는 모듈이며, 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈에 의해 출력되는 상기 압력조절부 개폐 정보를 이용하여 상기 압력조절부의 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄를 제어하고, 상기 메인 신경망 서버는, 상기 파라미터와 다른 부유식 플랫폼 클라이언트에서 업로드 된 다른 파라미터를 통합하여 상기 압력조절부 제어 메인 신경망을 업데이트 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 부유식 플랫폼의 요동저감형 공기안정 장치를 제공하여 달성될 수 있다. The object of the present invention is to provide a damper compartment consisting of a hollow compartment open below and partitioned by a partition formed in the lower part of the upper plate of the floating platform; A two-way solenoid valve configured in the damper compartment, the pressure regulator configured to control air pressure in the damper compartment; A vibration sensor unit configured on the upper plate of the floating platform to generate vibration magnitude information of the floating platform; An information collection unit that receives wave characteristic information from a wave height gauge, receives superstructure characteristic information from a superstructure of the floating platform, and receives the vibration magnitude information; And a client including a pressure regulator control artificial neural network module, a client learning module, a parameter upload module, and a main neural network download module; wherein the pressure regulator control artificial neural network module transmits input data to the blue characteristic information and the upper part. Structural characteristic information is used, pressure regulator opening/closing information indicating whether the valve for discharge/inflow of the pressure regulator of each damper compartment is open or closed is used as output data, and the vibration size information of the floating platform is set as output data. It is an artificial neural network module configured to be included in the loss and pre-trained in a direction to reduce the vibration magnitude of the vibration magnitude information, and the client learning module is an artificial neural network module that controls the pressure regulator using the vibration magnitude information. It is a module that updates the parameters of the parameter upload module, and the parameter upload module is a module that uploads the parameters of the pressure regulator control artificial neural network module updated by the client learning module to the main neural network server connected through a wired or wireless network, and the main neural network The download module is a module that downloads the pressure regulator control main neural network previously learned from the main neural network server and replaces it with a part of the network of the pressure regulator control artificial neural network module, and the output by the pressure regulator control artificial neural network module is The pressure regulator opening/closing information is used to control valve opening or valve closure of the pressure regulator, and the main neural network server controls the pressure regulator main by integrating the parameters and other parameters uploaded from other floating platform clients. This can be achieved by providing a vibration-reducing air stabilization device for a floating platform, characterized in that it is configured to update a neural network.
또한, 상기 댐퍼 격실은 상판 측에 가까울수록 내부 공간의 단면적이 좁아지도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the damper compartment may be configured so that the cross-sectional area of the internal space becomes narrower as it approaches the upper plate.
또한, 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 학습 세션에서의 손실함수는 특정 시간 t의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a)의 역수를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the loss function in the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module includes the reciprocal of the difference (b-a) between the vibration magnitude information (a) at a specific time t and the vibration magnitude information (b) at t+1. It can be characterized.
또한, 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 학습 세션을 수행하는 강화학습 모듈;을 더 포함하고, 상기 강화학습 모듈은, 상기 상부구조물 특성 정보, t-1의 파랑 특성 정보, t-1의 압력조절부 개폐 정보를 환경(Environment)로 하고, 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈을 에이전트(Agent)로 하고, 1번째 파랑 특성 정보에서부터 t-1의 파랑 특성 정보까지의 상기 압력조절부 개폐 정보를 출력하였을 때의 상황을 스테이트(State)로 하며, 이러한 스테이트(State)에서 에이전트(Agent)인 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈이 t의 파랑 특성 정보에 대해 출력하는 상기 압력조절부 개폐 정보를 액션(Action)으로 하고, t의 진동 크기 정보와 t+1의 진동 크기 정보의 차이가 음의 방향으로 클수록 높은 보상(Reward)가 생성되어 에이전트(Agent)인 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 은닉층을 업데이트 하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, it further includes a reinforcement learning module that performs a learning session of the pressure regulator control artificial neural network module, wherein the reinforcement learning module includes the superstructure characteristic information, wave characteristic information at t-1, and pressure at t-1. Set the regulator opening and closing information as the environment, the pressure regulator control artificial neural network module as the agent, and the pressure regulator opening and closing information from the 1st wave characteristic information to the wave characteristic information of t-1. The situation when output is a state, and in this state, the pressure regulator control artificial neural network module, which is an agent, takes action on the pressure regulator opening and closing information output for the wave characteristic information of t. (Action), the larger the difference between the vibration magnitude information of t and the vibration magnitude information of t+1 in the negative direction, the higher the reward is generated, and the hidden layer of the pressure regulator control artificial neural network module, which is an agent. It may be characterized as being configured to update.
본 발명의 다른 목적은, 상부구조물; 제1항에 따른 요동저감형 공기안정 장치; 상기 요동저감형 공기안정 장치가 구성되고, 상기 상부구조물이 설치된 부유식 플랫폼 본체; 및 일측은 상기 부유식 플랫폼 본체의 모서리 부분에 결합되고, 타측은 해저 지반에 고정되는 텐션 레그(Tension Leg); 를 포함하는, 요동저감형 공기안정 장치를 이용한 부유식 플랫폼을 제공하여 달성될 수 있다. Another object of the present invention is to provide a superstructure; A vibration-reducing air stabilization device according to paragraph 1; A floating platform body configured with the vibration-reducing air stabilization device and installed with the superstructure; and a tension leg on one side of which is coupled to an edge of the floating platform body and on the other side fixed to the seafloor. This can be achieved by providing a floating platform using a vibration-reducing air stabilization device, including.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the following effects are achieved.
첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 콘크리트 부유체의 요동을 저감하여 상부 구조물에 전달되는 휨응력 감소로 상부구조물의 안정성 확보하게 되고, 콘크리트 부유체의 요동을 저감하여 상부구조물의 사용성 증가(ex. 풍력 타워, 변전소, 그린수소 플랜트, 호텔 등)되며, 상부구조물이 풍력타워인 경우 요동저감으로 인해 피치 제어 및 요제어가 용이하여 발전량 증대되는 효과가 발생된다. First, according to an embodiment of the present invention, the stability of the superstructure is secured by reducing the bending stress transmitted to the upper structure by reducing the shaking of the concrete floating body, and the usability of the superstructure is increased by reducing the shaking of the concrete floating body (ex. . Wind tower, substation, green hydrogen plant, hotel, etc.), and when the superstructure is a wind tower, pitch control and yaw control are easy due to vibration reduction, which has the effect of increasing power generation.
둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 부유식 플랫폼에 중공구조를 가진 구조물을 통하여 내부의 상향압력을 활용하여 외력으로부터 걸리는 힘이 감쇄되는 효과가 발생된다. Second, according to one embodiment of the present invention, the effect of attenuating the force applied from external force is generated by utilizing the internal upward pressure through the structure having a hollow structure on the floating platform.
셋째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 슬릿식 유수실을 통해 구조물의 요동에 대한 저항을 높힘으로써 상부 구조물에 전달되는 휨응력을 줄어들게 하는 효과가 발생된다. Third, according to one embodiment of the present invention, the effect of reducing the bending stress transmitted to the upper structure is generated by increasing the resistance to shaking of the structure through the slit-type oil chamber.
넷째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 부유식 플랫폼과 압력을 조절하는 댐퍼시스템 그리고 외측에 슬릿 유수실을 통해 상부 구조물에 전달되는 요동이 저감되는 효과가 발생된다. Fourth, according to one embodiment of the present invention, the effect of reducing the fluctuation transmitted to the upper structure through the floating platform, the damper system for controlling pressure, and the slit water flow chamber on the outside is generated.
다섯째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 중공구조를 활용하여 수평/수직요동을 추가적으로 댐퍼시스템에서 감소시켜 상부의 구조물에 전달되는 휨응력을 감소 시킬 수 있는 효과가 발생된다. Fifth, according to one embodiment of the present invention, the horizontal/vertical fluctuations are additionally reduced in the damper system by utilizing the hollow structure, thereby reducing the bending stress transmitted to the upper structure.
여섯째, 본 발명의 일실시예에 따르면, 요동저감효과로 인한 상부 구조물의 안정성 확보가 가능해지고, 부유체의 크기를 최적화하여 기존 부유식 콘크리트 구조물 보다 가격 경쟁력 확보가 가능해지며, 요동저감형 부유체의 개발로 상부 구조물의 사용성 증대(풍력의 경우 발전량 증대, 변전소 및 수소 플랜트 적용성 확대 가능)가 가능해지는 효과가 발생된다. Sixth, according to one embodiment of the present invention, it is possible to secure the stability of the upper structure due to the vibration reduction effect, and by optimizing the size of the floating body, it is possible to secure price competitiveness over existing floating concrete structures, and the vibration reduction type floating body is made possible. The development of has the effect of increasing the usability of the superstructure (in the case of wind power, increasing power generation, and expanding applicability to substations and hydrogen plants).
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You can.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 부유식 플랫폼의 활용 예시,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 공기안정 장치를 도시한 모식도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼 격실(10)을 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼 격실(10)의 변형예를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부(20)를 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 슬릿유수실(30)을 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 부유식 플랫폼 클라이언트(100)를 도시한 모식도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 부유식 플랫폼 클라이언트(100)의 구체적인 구성을 도시한 모식도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)을 도시한 모식도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 관리 서버와 부유식 플랫폼 클라이언트(100)를 도시한 모식도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 관리 서버와 부유식 플랫폼 클라이언트(100)의 작동관계를 도시한 모식도,
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)을 도시한 모식도,
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 RNN 블록을 학습시키는 강화학습 모듈을 도시한 모식도,
도 14는 본 발명의 변형예에 따른 강화학습 모듈을 도시한 모식도,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 강화학습 모듈의 동작예를 도시한 흐름도,
도 16은 TLP(Tension Leg Platform)을 도시한 모식도이다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings. It should not be interpreted as such.
Figure 1 is an example of the use of a floating platform,
Figure 2 is a schematic diagram showing a vibration reduction type air stabilization device according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a schematic diagram showing a damper compartment 10 according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a cross-sectional view showing a modified example of the damper compartment 10 according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram showing the pressure regulator 20 according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is a schematic diagram showing a slit water flow chamber 30 according to an embodiment of the present invention;
Figure 7 is a schematic diagram showing a floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention;
Figure 8 is a schematic diagram showing the specific configuration of the floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention;
Figure 9 is a schematic diagram showing the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a schematic diagram showing a central management server and a floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a schematic diagram showing the operational relationship between the central management server and the floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a schematic diagram showing the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention.
Figure 13 is a schematic diagram showing a reinforcement learning module for learning the RNN block of the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention;
Figure 14 is a schematic diagram showing a reinforcement learning module according to a modified example of the present invention;
Figure 15 is a flowchart showing an operation example of a reinforcement learning module according to an embodiment of the present invention;
Figure 16 is a schematic diagram showing a Tension Leg Platform (TLP).
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, an embodiment by which a person skilled in the art can easily carry out the present invention will be described in detail. However, when explaining in detail the operating principle of a preferred embodiment of the present invention, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 특정 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 특정 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the same reference numerals are used for parts that perform similar functions and actions throughout the drawings. Throughout the specification, when a specific part is said to be connected to another part, this includes not only cases where it is directly connected, but also cases where it is indirectly connected through another element in between. In addition, including a specific component does not mean excluding other components unless specifically stated to the contrary, but rather means that other components may be further included.
이하 발명의 설명에서 부유식 구조물, 부유식 플랫폼, 부유식 해양 플랫폼 등은 혼용될 수 있으며, 발명의 범위를 한정하지 않는다. 또한, 부유식 플랫폼의 상부에 설치되는 상부구조물은 설명의 편의를 위해 풍력 타워, 변전소, 그린수소 플랜트, 호텔로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. 또한, 이하 설명에서는 설명의 편의를 위해 TLP(Tension leg platform) 구조의 부유식 플랫폼을 기준으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않는다. In the description of the invention below, floating structure, floating platform, floating marine platform, etc. may be used interchangeably and do not limit the scope of the invention. In addition, the superstructure installed on top of the floating platform is described as a wind tower, substation, green hydrogen plant, and hotel for convenience of explanation, but the scope of the present invention is not limited thereto. In addition, in the following description, for convenience of explanation, a floating platform with a TLP (tension leg platform) structure is used as the reference, but the scope of the present invention is not limited thereto.
부유식 플랫폼의 요동저감형 공기안정 장치Vibration reduction type air stabilization device for floating platform
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 공기안정 장치를 도시한 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 공기안정 장치(1)는, 댐퍼 격실(10), 압력조절부(20), 슬릿유수실(30), 진동센서부(40), 정보수집부(50), 부유식 플랫폼 클라이언트(100)를 포함한다.Figure 2 is a schematic diagram showing a vibration reduction type air stabilization device according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 2, the vibration reduction type air stabilization device 1 according to an embodiment of the present invention includes a damper compartment 10, a pressure regulator 20, a slit water flow chamber 30, and a vibration sensor unit. (40), information collection unit (50), and floating platform client (100).
댐퍼 격실(10)과 관련하여, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼 격실(10)을 도시한 모식도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 댐퍼 격실(10)은, 부유식 플랫폼의 상판 하부에 구성되는 격벽에 의해 구획되는 하방이 개방된 중공의 격실로서 수면의 수직적인 상승 및 하강에 대해 작용하는 heave를 저항하도록 설계된 구성을 의미한다. 댐퍼 격실(10)의 개방된 하방을 통해 해수가 댐퍼 격실(10)의 일부를 점유하게 되고, 파랑에 의한 해수 상하운동에 의해 댐퍼 격실(10) 내에서 해수에 의해 점유된 부분의 높이가 상하 변동되도록 구성되며, 해수, 격벽 및 상판에 의해 댐퍼 격실(10)의 내부 공간이 밀폐되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼 격실(10)은 부유식 플랫폼의 상판 하부 외측에 구성되는 슬릿유수실(30)의 내측에 복수개가 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼 격실(10)에 의하면 댐퍼 격실(10) 내에서 해수에 의해 점유된 부분의 높이가 높아지는 구간(해수면 상승 구간)에서는 댐퍼 격실(10) 내의 공기 압력이 자연스럽게 상승되면서 해수면 상승 속도가 저감되게 되고, 댐퍼 격실(10) 내에서 해수에 의해 점유된 부분의 높이가 낮아지는 구간(해수면 하강 구간)에서는 댐퍼 격실(10) 내의 공기 압력이 자연스럽게 저감되면서 해수면 하강 속도가 저감되게 되게 되는 댐핑 효과가 발생된다. Regarding the damper compartment 10, Figure 3 is a schematic diagram showing the damper compartment 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the damper compartment 10 is a hollow compartment open at the bottom divided by a partition formed at the bottom of the upper plate of the floating platform, and has a heave that acts on the vertical rise and fall of the water surface. It means a configuration designed to resist. Sea water occupies a part of the damper compartment 10 through the open lower part of the damper compartment 10, and the height of the part occupied by sea water within the damper compartment 10 increases up and down due to the vertical movement of the sea water due to the waves. It is configured to fluctuate, and can be configured to seal the internal space of the damper compartment 10 by seawater, the bulkhead, and the top plate. A plurality of damper compartments 10 according to an embodiment of the present invention may be formed inside the slit oil chamber 30 formed on the outer side of the lower part of the upper plate of the floating platform. According to the damper compartment 10 according to an embodiment of the present invention, the air pressure in the damper compartment 10 naturally increases in a section (sea level rise section) where the height of the portion occupied by seawater within the damper compartment 10 increases. As a result, the rate of sea level rise is reduced, and in the section (sea level fall section) where the height of the part occupied by seawater within the damper compartment 10 is lowered, the air pressure within the damper compartment 10 is naturally reduced and the rate of sea level fall is increased. A damping effect that is reduced occurs.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼 격실(10) 각각에는 압력조절부(20)가 구성되어, 댐퍼 격실(10) 내에서 해수에 의해 점유된 부분의 높이가 높아지는 구간(해수면 상승 구간)에서 댐퍼 격실(10) 내의 공기 압력이 특정 값 이상인 경우 압력조절부(20)에 의해 댐퍼 격실(10) 내의 공기 압력이 제어되어 부유식 플랫폼의 진동이 저감되도록 구성되며, 댐퍼 격실(10) 내에서 해수에 의해 점유된 부분의 높이가 낮아지는 구간(해수면 하강 구간)에서 댐퍼 격실(10) 내의 공기 압력이 특정 값 이하인 경우 압력조절부(20)에 의해 댐퍼 격실(10) 내의 공기 압력이 제어되어 부유식 플랫폼의 진동이 저감되도록 구성되도록 구성될 수 있다.In addition, a pressure regulator 20 is provided in each of the damper compartments 10 according to an embodiment of the present invention, and a section in which the height of the portion occupied by seawater within the damper compartment 10 increases (sea level rise section) When the air pressure in the damper compartment 10 is above a certain value, the air pressure in the damper compartment 10 is controlled by the pressure regulator 20 to reduce vibration of the floating platform, and within the damper compartment 10 When the air pressure in the damper compartment 10 is below a certain value in a section where the height of the part occupied by seawater is lowered (sea level lowering section), the air pressure in the damper compartment 10 is controlled by the pressure regulator 20. It can be configured to reduce vibration of the floating platform.
댐퍼 격실(10)의 변형예와 관련하여, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 댐퍼 격실(10)의 변형예를 도시한 단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예에 따른 댐퍼 격실(10)은 상판 측에 가까울수록 내부 공간의 단면적이 좁아지는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 댐퍼 격실(10)의 내부 공간의 형태가 원뿔형으로 구성되도록 격벽이 구성될 수 있다. 이에 따르면, 파랑에 의한 해수 상하운동에 의해 댐퍼 격실(10) 내에서 해수에 의해 점유된 부분의 높이가 높아지는 경우 댐퍼 격실(10) 내의 공기 압력의 상승 구배(gradient)가 더 급격해지게 되고, 공기 압력에 의한 댐핑 효과가 향상되며, 압력조절부(20)의 개입이 더 빈번해지는 효과가 발생된다.With regard to a modified example of the damper compartment 10, FIG. 4 is a cross-sectional view showing a modified example of the damper compartment 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the damper compartment 10 according to a modified example of the present invention may be configured in such a way that the cross-sectional area of the internal space becomes narrower as it approaches the upper plate. For example, the partition wall may be configured so that the shape of the internal space of the damper compartment 10 is conical. According to this, when the height of the part occupied by seawater in the damper compartment 10 increases due to the vertical movement of seawater due to waves, the upward gradient of air pressure in the damper compartment 10 becomes more steep, The damping effect due to air pressure is improved, and the intervention of the pressure regulator 20 becomes more frequent.
압력조절부(20)와 관련하여, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부(20)를 도시한 모식도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 압력조절부(20)는, 댐퍼 격실(10)의 격벽 또는 상판 하부에 구성되어 댐퍼 격실(10) 내의 공기 압력을 조절하는 모듈을 의미하고, 본 발명의 일실시예에 따르면 Double Pressure Relief Valves 등의 밸브 형태로 구성될 수 있다. 압력조절부(20)는 솔레노이드 밸브로 구성되어 제어부에 의해 양방향 밸브 개방과 폐쇄가 제어되도록 구성될 수 있다. Regarding the pressure control unit 20, Figure 5 is a schematic diagram showing the pressure control unit 20 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the pressure control unit 20 refers to a module configured in the partition wall or lower part of the top plate of the damper compartment 10 to control the air pressure in the damper compartment 10, and is an embodiment of the present invention. According to , it can be configured in the form of valves such as Double Pressure Relief Valves. The pressure control unit 20 may be configured as a solenoid valve so that the opening and closing of the two-way valve is controlled by the control unit.
슬릿유수실(30)과 관련하여, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 슬릿유수실(30)을 도시한 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 슬릿유수실(30)은, 부유식 플랫폼의 상판 외측부에 구성되는 소파 슬릿을 포함하는 유수 격실을 의미한다. 슬릿유수실(30)에 의하면 다방향으로 발생하여 전달되는 입사파에 대한 수평적 안정을 도모할 수 있게 되며, yaw, sway, surge에 대한 저항력이 증대되는 효과가 발생될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 슬릿유수실(30)은 부유식 플랫폼의 외곽 전방향에 설치되어 수평방향으로 발생하는 부유식 플랫폼의 진동을 저감하도록 구성될 수 있다. With regard to the slit oil-flow chamber 30, Figure 6 is a schematic diagram showing the slit oil-flow chamber 30 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the slit oil-water compartment 30 refers to an oil-water compartment containing a sofa slit formed on the outer portion of the upper plate of the floating platform. According to the slit water flow chamber 30, horizontal stability can be achieved for incident waves generated and transmitted in multiple directions, and the effect of increasing resistance to yaw, sway, and surge can be generated. The slit water flow chamber 30 according to an embodiment of the present invention may be installed in all directions outside the floating platform and configured to reduce vibration of the floating platform occurring in the horizontal direction.
진동센서부(40)는, 부유식 플랫폼의 상판에 구성되어 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보(예를 들어, x,y,z 축에 대한 변위 및 회전각도)를 생성하는 변위 센서 및 회전 센서로 구성될 수 있고, 진동 크기 정보가 x,y,z 축에 대한 속도 및 각속도로 구성되는 경우 속도 센서(혹은 가속도 센서) 및 자이로 센서(각속도 센서)로 구성될 수 있다. The vibration sensor unit 40 is a displacement sensor and a rotation sensor configured on the upper plate of the floating platform to generate vibration size information (e.g., displacement and rotation angle about the x, y, and z axes) of the floating platform. It may be configured, and if the vibration magnitude information consists of speed and angular velocity for the x, y, and z axes, it may be comprised of a speed sensor (or acceleration sensor) and a gyro sensor (angular speed sensor).
정보수집부(50)는, 파고계에서 파랑 특성 정보(유의파고(Significant wave height), 첨두주기(Peak wave period), 파향)를 수신하고, 상부구조물에서 상부구조물 특성 정보(터빈 속도, 발전기 발전량, 머드펌프 작동 여부, 권동기 작동 여부 등)를 수신하며, 부유식 플랫폼의 진동센서부(40)에서 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보를 수신하여 제어부에 송신하는 모듈이다. 이때, 파랑 특성 정보는, 예를 들어, '유의파고 0.94m, 첨두주기 7.27s, 파향 N30°E'와 같이 생성될 수 있고, 상부구조물 특성 정보는 '터빈 속도 232rpm, 발전기 발전량 1,304kwh, 머드펌프 작동 여부 dummy value 0, 권동기 작동 여부 dummy value 0'과 같이 생성될 수 있다. 또한, 진동 크기 정보는, 예를 들어, 'x축 속도 0.5m/s, x축 각속도 10.3rad/s, ... '과 같이 생성될 수 있다.The information collection unit 50 receives wave characteristic information (significant wave height, peak wave period, wave direction) from the wave height meter, and receives superstructure characteristic information (turbine speed, generator power generation, It is a module that receives information (whether the mud pump is operating, whether the wind mover is operating, etc.), and receives vibration size information of the floating platform from the vibration sensor unit 40 of the floating platform and transmits it to the control unit. At this time, wave characteristic information can be generated, for example, as 'significant wave height 0.94 m, peak period 7.27 s, wave direction N30°E', and superstructure characteristic information can be generated as 'turbine speed 232 rpm, generator power generation 1,304 kwh, mud It can be created as 'dummy value 0' whether the pump is operating or 'dummy value 0' whether the motor is operating. Additionally, vibration magnitude information may be generated, for example, as 'x-axis speed 0.5 m/s, x-axis angular speed 10.3 rad/s,...'.
부유식 플랫폼 클라이언트(100)와 관련하여, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 부유식 플랫폼 클라이언트(100)를 도시한 모식도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 부유식 플랫폼 클라이언트(100)는, 제어부, 메모리부, 통신부를 포함하는 컴퓨팅 모듈로 구성될 수 있다. 구체적으로 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 부유식 플랫폼 클라이언트(100)의 구체적인 구성을 도시한 모식도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 부유식 플랫폼 클라이언트(100)는 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110), 클라이언트 학습 모듈(120), 파라미터 업로드 모듈(130), 메인 신경망 다운로드 모듈(140)이 메모리부에 저장되고 제어부에 의해 제어되도록 구성될 수 있다. Regarding the floating platform client 100, Figure 7 is a schematic diagram showing the floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the floating platform client 100 may be composed of a computing module including a control unit, a memory unit, and a communication unit. Specifically, Figure 8 is a schematic diagram showing the specific configuration of the floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 8, the floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention includes a pressure regulator control artificial neural network module 110, a client learning module 120, a parameter upload module 130, and a main The neural network download module 140 may be configured to be stored in a memory unit and controlled by a control unit.
압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)과 관련하여, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)을 도시한 모식도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)은, 입력 데이터를 파랑 특성 정보(예를 들어, 유의파고, 첨두주기, 파향) 및 상부구조물 특성 정보(터빈 속도, 발전기 발전량, 머드펌프 작동 여부, 권동기 작동 여부)로 하고, 각 격실 별 압력조절부(20)(솔레노이드 밸브)의 배출/유입에 대한 밸브 개방과 폐쇄 여부(압력조절부 개폐 정보)를 출력 데이터로 하며, 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보가 손실(loss)에 포함되도록 구성되어 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보의 진동 크기가 저감되는 방향으로 기학습된 인공신경망 모듈로 구성될 수 있다. 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션에서의 손실함수는 현재 step(t)의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a)의 역수를 포함하도록 구성되어 진동 크기 정보 차이가 양수이면 loss가 ∞로 출력되고, 진동 크기 정보 차이가 0에 가까우면 loss가 ∞에 가깝게 출력되며, 진동 크기 정보 차이가 -∞에 가까우면 loss가 0에 가깝게 출력되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션에서의 손실함수는 [if (b-a)<0 then -1/(b-a), else ∞]의 형태로 구성되어 back propagation 될 수 있다. 이때, 압력조절부 개폐 정보는, 예를 들어, 1번 격실에 대해 배출 개방 class/confidence score 0.86, 2번 격실에 대해 유입 개방 class/confidence score 0.74...으로 출력될 수 있다. Regarding the pressure regulator control artificial neural network module 110, Figure 9 is a schematic diagram showing the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 9, the pressure regulator control artificial neural network module 110 converts input data into wave characteristic information (e.g., significant wave height, peak period, wave direction) and superstructure characteristic information (turbine speed, generator power generation amount). , whether the mud pump is operating, whether the motor is operating), and whether the valve is open or closed for the discharge/inflow of the pressure regulator 20 (solenoid valve) for each compartment (pressure regulator opening/closing information) is the output data. , It may be composed of an artificial neural network module that is configured to include the vibration magnitude information of the floating platform in the loss and is pre-trained in a direction to reduce the vibration magnitude of the vibration magnitude information of the floating platform. The loss function in the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110 includes the reciprocal of the difference (b-a) between the vibration magnitude information (a) of the current step (t) and the vibration magnitude information (b) of t+1. It is configured so that if the vibration size information difference is positive, the loss is output as ∞. If the vibration size information difference is close to 0, the loss is output close to ∞. If the vibration size information difference is close to -∞, the loss is output close to 0. It can be configured as follows. For example, the loss function in the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110 can be back propagated in the form of [if (b-a)<0 then -1/(b-a), else ∞]. . At this time, the pressure regulator opening/closing information may be output as, for example, an exhaust opening class/confidence score of 0.86 for compartment No. 1, an inlet opening class/confidence score of 0.74 for compartment No. 2, etc.
클라이언트 학습 모듈(120)은, 정보수집부(50)에서 수집된 현재 step(t)의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a)가 특정 수준 이하로 되는 경우, 현재 step(t)의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a)를 손실함수에 포함하여 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)에 포함된 인공신경망의 파라미터를 업데이트 하도록 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션을 수행할 수 있다. 클라이언트 학습 모듈(120)의 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션과 관련하여, 클라이언트 학습 모듈(120)의 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션은 정보수집부(50)에서 수집된 현재 step(t)의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a)가 특정 수준 이하되는 경우 수행되도록 구성될 수 있고, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)에 입력 데이터를 파랑 특성 정보(예를 들어, 유의파고, 첨두주기, 파향) 및 상부구조물 특성 정보(터빈 속도, 발전기 발전량, 머드펌프 작동 여부, 권동기 작동 여부)로 하고, 각 격실 별 압력조절부(20)(솔레노이드 밸브)의 배출/유입에 대한 밸브 개방과 폐쇄 여부(압력조절부 개폐 정보)를 출력 데이터로 하며, 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보가 손실(loss)에 포함되도록 구성되어 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보의 진동 크기가 저감되는 방향으로 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 파라미터가 업데이트 되도록 구성될 수 있다. 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션에서의 손실함수는 현재 step(t)의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a)의 역수를 포함하도록 구성되어 진동 크기 정보 차이가 양수이면 loss가 ∞로 출력되고, 진동 크기 정보 차이가 0에 가까우면 loss가 ∞에 가깝게 출력되며, 진동 크기 정보 차이가 -∞에 가까우면 loss가 0에 가깝게 출력되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션에서의 손실함수는 [if (b-a)<0 then -1/(b-a), if (b-a)>=0 then ∞]의 형태로 구성되어 back propagation 될 수 있다. The client learning module 120 determines that the difference (b-a) between the vibration magnitude information (a) of the current step (t) collected in the information collection unit 50 and the vibration magnitude information (b) of t+1 is below a certain level. In this case, the difference (b-a) between the vibration magnitude information (a) of the current step (t) and the vibration magnitude information (b) of t+1 is included in the loss function and is included in the pressure regulator control artificial neural network module 110. A learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110 can be performed to update the parameters of the artificial neural network. In relation to the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110 of the client learning module 120, the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110 of the client learning module 120 is the information collection unit 50 ) can be configured to be performed when the difference (b-a) between the vibration magnitude information (a) of the current step (t) collected in and the vibration magnitude information (b) of t+1 is below a certain level, and the pressure regulator control artificial The input data to the neural network module 110 is wave characteristic information (e.g., significant wave height, peak period, wave direction) and superstructure characteristic information (turbine speed, generator power generation, whether the mud pump is operating, whether the wind motor is operating), The output data is whether the valve is open or closed (pressure regulator opening/closing information) for the discharge/inflow of the pressure regulator 20 (solenoid valve) for each compartment, and the vibration size information of the floating platform is used as loss. It may be configured to be included so that the parameters of the pressure regulator control artificial neural network module 110 are updated in a direction that reduces the vibration magnitude of the vibration magnitude information of the floating platform. The loss function in the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110 includes the reciprocal of the difference (b-a) between the vibration magnitude information (a) of the current step (t) and the vibration magnitude information (b) of t+1. It is configured so that if the vibration size information difference is positive, the loss is output as ∞. If the vibration size information difference is close to 0, the loss is output close to ∞. If the vibration size information difference is close to -∞, the loss is output close to 0. It can be configured as follows. For example, the loss function in the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110 is in the form of [if (b-a)<0 then -1/(b-a), if (b-a)>=0 then ∞]. It can be configured and back propagated.
파라미터 업로드 모듈(130)과 관련하여, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 관리 서버와 부유식 플랫폼 클라이언트(100)를 도시한 모식도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 파라미터 업로드 모듈(130)은, 클라이언트 학습 모듈(120)에 의한 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션 이후, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 변경된 파라미터를 중앙 관리 서버(200)의 연합 학습 모듈(220)에 업로드하는 모듈이다. 파라미터는, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습 세션 이후 그래디언트(g) 또는 인공신경망의 웨이트(w)를 포함할 수 있다. 파라미터 업로드 모듈(130)의 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)에 대한 파라미터 업로드는 정보수집부(50)에서 수집된 현재 step(t)의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a)가 특정 수준 이하되는 경우에 수행되도록 구성된다. With regard to the parameter upload module 130, Figure 10 is a schematic diagram showing a central management server and a floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the parameter upload module 130 is configured to load the pressure regulator control artificial neural network module 110 after a learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110 by the client learning module 120. This is a module that uploads changed parameters to the federated learning module 220 of the central management server 200. The parameters may include the gradient (g) or the weight (w) of the artificial neural network after the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module 110. Parameter upload to the pressure regulator control artificial neural network module 110 of the parameter upload module 130 includes the vibration size information (a) of the current step (t) collected in the information collection unit 50 and the vibration size of t+1. It is configured to be performed when the difference (b-a) of information (b) is below a certain level.
또한, 파라미터 업로드 모듈(130)은, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 변경된 파라미터에 노이즈(ε)를 적용하여 중앙 관리 서버(200)에 업로드하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 파라미터가 그래디언트(g)인 경우, g+ε로 업로드 되도록 구성될 수 있고, 파라미터가 웨이트(w)인 경우 w+ε로 업로드 되도록 구성될 수 있다. 이때, 노이즈(ε)는 양의 값과 음의 값이 랜덤하게 부여되어 연합 학습 모듈(220)에서의 연합 학습 시 노이즈의 영향이 최소한으로 적용되도록 구성될 수 있다. 이에 따르면, 클라이언트에서 파라미터에 노이즈가 적용되어 중앙 관리 서버에 업로드 되므로, 제3자가 파라미터를 취득하더라도 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 취득이 불가능한 효과가 발생된다.Additionally, the parameter upload module 130 may be configured to apply noise ε to the changed parameters of the pressure regulator control artificial neural network module 110 and upload them to the central management server 200. For example, if the parameter is a gradient (g), it may be configured to be uploaded as g+ε, and if the parameter is a weight (w), it may be configured to be uploaded as w+ε. At this time, the noise ε may be configured to be randomly assigned positive and negative values so that the influence of noise is minimized during joint learning in the joint learning module 220. According to this, since noise is applied to the parameters in the client and uploaded to the central management server, the effect of making it impossible to acquire the pressure regulator control artificial neural network module 110 even if a third party acquires the parameters occurs.
메인 신경망 다운로드 모듈(140)은, 중앙 관리 서버(200)의 연합 학습 모듈(220)에 의해 기학습된 압력조절부 제어 메인 신경망을 다운로드하여 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 적어도 일부 네트워크를 치환(교체, 전이)하는 모듈이다. The main neural network download module 140 downloads the pressure regulator control main neural network previously learned by the joint learning module 220 of the central management server 200 to connect at least a portion of the network of the pressure regulator control artificial neural network module 110. It is a module that replaces (replaces, transfers) .
압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 네트워크 다운로드는, 중앙 관리 서버(200)의 메인 신경망 모듈(210)에서 기학습된 압력조절부 제어 메인 신경망을 다운로드 받고, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 후방 레이어를 제외한 나머지를 다운로드 받은 압력조절부 제어 메인 신경망으로 치환(교체, 전이)하도록 구성된다. 이에 따르면, 각 클라이언트의 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 신경망을 메인 신경망으로 완전히 교체하지 않으므로, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)을 계속적으로 업데이트 하면서도 각 클라이언트에서 출력되는 압력조절부 제어의 개별화 및 현지화를 유지할 수 있게 되어 부유식 플랫폼이 위치한 각 해상 환경에 따라 압력조절부(20)의 최적 제어가 가능해지는 효과가 발생된다. The network download of the pressure regulator control artificial neural network module 110 downloads the pressure regulator control main neural network previously learned from the main neural network module 210 of the central management server 200, and the pressure regulator control artificial neural network module ( It is configured to replace (replace, transfer) the rest, except for the rear layer of 110), with the downloaded pressure regulator control main neural network. According to this, since the neural network of the pressure regulator control artificial neural network module 110 of each client is not completely replaced with the main neural network, the pressure regulator output from each client is continuously updated while the pressure regulator control artificial neural network module 110 is continuously updated. It is possible to maintain individualization and localization of control, which has the effect of enabling optimal control of the pressure regulator 20 according to each marine environment where the floating platform is located.
제어부는, 메모리부에 포함된 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)을 제어하고, 압력조절부 제어 인공신경망 추론 프로그램 코드에 따라 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110) 및 압력조절부(20)를 제어하도록 구성될 수 있다. The control unit controls the pressure regulator control artificial neural network module 110 included in the memory unit, and the pressure regulator control artificial neural network module 110 and the pressure regulator 20 according to the pressure regulator control artificial neural network inference program code. Can be configured to control.
본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 추론 프로그램 코드는 아래와 같은 단계로 컴퓨터인 제어부 상에서 수행되도록 구성될 수 있다. The pressure regulator control artificial neural network inference program code according to an embodiment of the present invention can be configured to be performed on a computer control unit in the following steps.
(1) Wave characteristic information (e.g., significant wave height, peak period, wave direction) and superstructure characteristic information (turbine speed, generator power generation, whether the mud pump is operating, wind turbine speed, etc.) at specific time intervals (e.g., peak period) Operation or not) is input as input data to the pressure regulator control artificial neural network module 110.
(2) The pressure regulator control artificial neural network module 110 outputs the pressure regulator opening/closing information as output data.
(3) Control the opening and closing of the valve of the pressure regulator (20) for each compartment according to the opening and closing information of the pressure regulator.
또한, 제어부는, 압력조절부 제어 인공신경망 학습 프로그램 코드에 따라 압력조절부 제어 인공신경망을 업데이트 하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 학습 프로그램 코드는 아래와 같은 단계로 컴퓨터인 제어부 상에서 수행되도록 구성될 수 있다. Additionally, the control unit may be configured to update the pressure regulator control artificial neural network according to the pressure regulator control artificial neural network learning program code. The pressure regulator control artificial neural network learning program code according to an embodiment of the present invention can be configured to be performed on a computer control unit in the following steps.
(1) At least some of the past data consists of input data (wave characteristics information, superstructure characteristics information), output data (pressure regulator opening/closing information), and vibration size information as learning data.
(2) Calculate the difference between the vibration size information for a specific time t and the vibration size information for t+1 among the learning data.
(3) Update the parameters of the hidden layer of the pressure regulator control artificial neural network module 110 in the direction in which the vibration magnitude of the vibration magnitude information is reduced.
(4) Transmit the parameters of the updated pressure regulator control artificial neural network module 110 to the central management server.
이때, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 파라미터를 업데이트 하는 방법으로는 back propagation algorithm, gradient descent algorithm이 이용될 수 있다. At this time, back propagation algorithm and gradient descent algorithm can be used as a method of updating the parameters of the pressure regulator control artificial neural network module 110.
메모리부는, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110), 압력조절부 제어 인공신경망 학습 프로그램 코드, 압력조절부 제어 인공신경망 추론 프로그램 코드를 저장하는 모듈이다. The memory unit is a module that stores the pressure regulator control artificial neural network module 110, the pressure regulator control artificial neural network learning program code, and the pressure regulator control artificial neural network inference program code.
통신부는, 업데이트 된 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 파라미터를 중앙 관리 서버로 송신하고, 중앙 관리 서버에서 기학습된 메인 신경망을 수신하는 통신 모듈을 의미하며, 중앙 관리 서버와 해저케이블을 통한 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다. The communication unit refers to a communication module that transmits the parameters of the updated pressure regulator control artificial neural network module 110 to the central management server and receives the main neural network previously learned from the central management server, and connects the central management server and the submarine cable. It can be connected wired or wirelessly.
중앙 관리 서버(200)는, 메인 신경망 모듈(210)과 연합 학습 모듈(220)을 포함할 수 있고, 복수의 부유식 플랫폼 클라이언트(100)에서 업로드되는 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 파라미터를 취합하여 메인 신경망 모듈(210)을 업데이트한 뒤, 기학습된 메인 신경망을 부유식 플랫폼 클라이언트(100)에 다시 배포하도록 구성되는 서버이다. The central management server 200 may include a main neural network module 210 and a joint learning module 220, and the pressure regulator control artificial neural network module 110 uploaded from a plurality of floating platform clients 100. It is a server configured to collect parameters, update the main neural network module 210, and then redistribute the pre-trained main neural network to the floating platform client 100.
메인 신경망 모듈(210)은, 압력조절부 제어 메인 신경망을 포함할 수 있으며, 연합 학습 모듈(220)에 의해 특정 그래디언트(g) 또는 특정 웨이트(w)로 파라미터가 업데이트되도록 구성될 수 있다. 압력조절부 제어 메인 신경망은, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)에 대응되는 메인 신경망을 의미한다. The main neural network module 210 may include a pressure regulator control main neural network, and may be configured to update parameters with a specific gradient (g) or a specific weight (w) by the joint learning module 220. The pressure regulator control main neural network refers to the main neural network corresponding to the pressure regulator control artificial neural network module 110.
연합 학습 모듈(220)은, 복수의 부유식 플랫폼 클라이언트(100)에서 업로드되는 압력조절부 제어 메인 신경망의 파라미터를 취합한 뒤, 취합 된 파라미터를 이용하여 메인 신경망 모듈(210)을 업데이트 하도록 구성되는 모듈이다. 이때, 취합된 파라미터를 이용하여 메인 신경망 모듈(210)을 업데이트하는 방법은 아래와 같이 현재 step(t)의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a, 이하 진동 크기 정보 차이)가 파라미터의 가중치로 사용되고, 파라미터와 진동 크기 정보 차이(b-a)의 곱의 합산을 상기 진동 크기 정보 차이의 합으로 나눔으로써 파라미터가 진동 크기 정보 차이를 기준으로 평균되도록 구성될 수 있다. The joint learning module 220 is configured to collect the parameters of the pressure regulator control main neural network uploaded from a plurality of floating platform clients 100 and then update the main neural network module 210 using the collected parameters. It is a module. At this time, the method of updating the main neural network module 210 using the collected parameters is as follows: the difference between the vibration magnitude information (a) of the current step (t) and the vibration magnitude information (b) of t+1 (b-a, hereinafter) The vibration magnitude information difference) is used as a weight of the parameter, and the parameter can be configured to be averaged based on the vibration magnitude information difference by dividing the sum of the product of the parameter and the vibration magnitude information difference (b-a) by the sum of the vibration magnitude information difference. there is.
파라미터가 그래디언트(g)인 경우, 연합 학습 모듈(220)에서는 아래의 수학식과 같이 메인 신경망 모듈(210)의 파라미터를 업데이트 하도록 구성될 수 있다. When the parameter is a gradient (g), the federated learning module 220 may be configured to update the parameters of the main neural network module 210 as shown in the equation below.
위 수학식 1에서, wnew는 메인 신경망 모듈(210)의 업데이트 후 웨이트, wold는 메인 신경망 모듈(210)의 업데이트 이전 웨이트, α는 learning rate, sn은 부유식 플랫폼 클라이언트(100) n에서 업로드 된 진동 크기 정보 차이, gn은 부유식 플랫폼 클라이언트(100) n에서 업로드 된 그래디언트를 의미하도록 구성될 수 있다. In Equation 1 above, w new is the weight after the update of the main neural network module 210, w old is the weight before the update of the main neural network module 210, α is the learning rate, and s n is the floating platform client 100 n. The vibration magnitude information difference uploaded from, g n may be configured to mean the gradient uploaded from the floating platform client 100 n.
파라미터가 웨이트(w)인 경우, 연합 학습 모듈(220)에서는 아래의 수학식과 같이 메인 신경망 모듈(210)의 파라미터를 업데이트 하도록 구성될 수 있다. When the parameter is a weight (w), the federated learning module 220 may be configured to update the parameters of the main neural network module 210 as shown in the equation below.
위 수학식 2에서, wnew는 메인 신경망 모듈(210)의 업데이트 후 웨이트, sn은 부유식 플랫폼 클라이언트(100) n에서 업로드 된 진동 크기 정보 차이, wn은 부유식 플랫폼 클라이언트(100) n에서 업로드 된 웨이트를 의미하도록 구성될 수 있다. In Equation 2 above, w new is the weight after update of the main neural network module 210, s n is the difference in vibration magnitude information uploaded from the floating platform client 100 n, and w n is the floating platform client 100 n. It can be configured to mean the weight uploaded from .
이에 따르면, 메인 신경망 모듈(210)에서의 연합 학습 시 진동 크기 정보 차이가 파라미터의 가중치로 사용됨으로써 미니 배치(mini batch)의 효과가 발생된다. 또한, 메인 신경망 모듈(210)에서의 연합 학습 시 진동 크기 정보 차이가 파라미터의 가중치로 사용됨으로써 네트워크 토폴로지 및 비동기 통신 문제가 저감되는 효과가 발생된다. 또한, 진동 크기 정보 차이가 음의 방향으로 큰 경우가 메인 신경망 모듈의 업데이트에 보다 큰 영향력을 갖게 되는 효과가 발생된다. According to this, the difference in vibration magnitude information is used as a parameter weight during joint learning in the main neural network module 210, thereby generating a mini batch effect. In addition, during joint learning in the main neural network module 210, the difference in vibration magnitude information is used as a parameter weight, which has the effect of reducing network topology and asynchronous communication problems. In addition, when the difference in vibration size information is large in the negative direction, the effect is that it has a greater influence on the update of the main neural network module.
본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 공기안정 장치(1)의 작동관계와 관련하여, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 관리 서버와 부유식 플랫폼 클라이언트(100)의 작동관계를 도시한 모식도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 클라이언트 학습 단계에서는 각 부유식 플랫폼에 구성된 부유식 플랫폼 클라이언트(100)의 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110) 각각이 자체적으로 학습 세션을 수행하여 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 파라미터가 A에서 a,b,c로 변경되고, 파라미터 업로드 단계에서는 부유식 플랫폼 클라이언트(100)에서 변경된 파라미터인 a,b,c를 중앙 관리 서버로 업로드하여 연합 학습을 수행하여 중앙 관리 서버의 메인 신경망 모듈의 파라미터가 A에서 A'로 변경되며, 메인 신경망 다운로드 단계에서는 연합 학습으로 파라미터가 A'로 변경된 중앙 관리 서버에서 각각의 부유식 플랫폼 클라이언트(100)로 메인 신경망 다운로드를 수행하여 신경망 전이를 수행함으로써 각 부유식 플랫폼 클라이언트(100)의 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 파라미터가 a,b,c에서 a',b',c'로 변경되도록 구성될 수 있다. 즉, 기학습된 메인 신경망은 메인 신경망 모듈(210)을 통해 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)을 업데이트하도록 구성될 수 있다. 이에 따르면, 하나의 부유식 플랫폼에서의 학습 데이터가 부족한 경우에도 압력조절부 제어 인공신경망을 학습시킬 수 있게 되는 효과가 발생된다. In relation to the operational relationship of the vibration reduction type air stabilization device 1 according to an embodiment of the present invention, Figure 11 shows the operational relationship between the central management server and the floating platform client 100 according to an embodiment of the present invention. This is a schematic diagram. As shown in Figure 11, in the client learning stage, each of the pressure regulator control artificial neural network modules 110 of the floating platform client 100 configured on each floating platform performs a learning session on its own to artificially control the pressure regulator. The parameters of the neural network module 110 are changed from A to a, b, and c, and in the parameter upload step, the changed parameters a, b, and c in the floating platform client 100 are uploaded to the central management server to perform federated learning. Therefore, the parameters of the main neural network module of the central management server are changed from A to A', and in the main neural network download stage, the main neural network is downloaded from the central management server, whose parameters have been changed to A' through federated learning, to each floating platform client (100). By performing a neural network transition, the parameters of the pressure regulator control artificial neural network module 110 of each floating platform client 100 can be configured to change from a, b, c to a', b', and c'. there is. That is, the pre-trained main neural network may be configured to update the pressure regulator control artificial neural network module 110 through the main neural network module 210. According to this, the effect of being able to learn the pressure regulator control artificial neural network is generated even when the learning data from one floating platform is insufficient.
압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)은, 순차적인 파랑 특성 정보(예를 들어, 유의파고, 첨두주기, 파향) 및 상부구조물 특성 정보(터빈 속도, 발전기 발전량, 머드펌프 작동 여부, 권동기 작동 여부)를 입력 데이터로 하고 각 격실 별 압력조절부(20)(솔레노이드 밸브)의 배출/유입에 대한 밸브 개방과 폐쇄 여부를 순차적으로 포함하는 압력조절부 개폐 정보를 출력 데이터로 하는 순환 인공신경망 모듈을 의미할 수 있다. 이때, 순환 인공신경망 모듈은 RNN(Recurrent Neural Network), LSTM(Long-short term memory), Bi-LSTM 등의 인공신경망 구조로 구성될 수 있다. The pressure regulator control artificial neural network module 110 provides sequential wave characteristic information (e.g., significant wave height, peak period, wave direction) and superstructure characteristic information (turbine speed, generator power generation, whether the mud pump is operating, and the motor is operating. A cyclical artificial neural network module that uses as input data the pressure regulator opening and closing information sequentially including whether the valve is open and closed for the discharge/inflow of the pressure regulator 20 (solenoid valve) for each compartment as output data. It can mean. At this time, the recurrent artificial neural network module may be composed of an artificial neural network structure such as RNN (Recurrent Neural Network), LSTM (Long-short term memory), and Bi-LSTM.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)을 도시한 모식도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)은 복수개의 RNN 블록으로 구성되며, 하나의 RNN 블록은 제1 RNN 셀, 제2 RNN 셀을 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 RNN 셀은 특정 시간 t의 파랑 특성 정보 및 상부구조물 특성 정보, 이전 셀의 hidden layer data, 이전 셀의 출력 데이터를 입력 데이터로 입력 받고 특정 시간 t에 대한 밸브 상태 변경 격실 정보(압력조절부(20)의 배출/유입에 대한 밸브 개방과 폐쇄 여부를 변경할 격실에 대한 정보)를 출력하고, 제2 RNN 셀은 밸브 상태 변경 격실 정보 및 제1 RNN 셀의 hidden state(hidden layer data)를 입력받아 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 출력하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)은 제1 RNN 셀에서 출력된 밸브 상태 변경 격실 정보가 'end'인 경우, 또는 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 학습을 위해 추가로 구성되는 강화학습 모듈에 의해 계산되는 모든 Action에 대한 Reward가 음수인 경우에 추론을 종료할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)에 따르면, 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보의 진동 크기가 저감되는 방향으로 순차적으로 출력하도록 구성되어 이전 step에서 생성된 밸브 상태 변경 격실 정보와 압력조절부 개폐 정보가 다음 step에서 생성될 압력조절부 개폐 정보에 영향을 주게 되므로, 부유식 플랫폼의 점진적인 진동 저감을 달성할 수 있게 되는 효과가 발생된다. Figure 12 is a schematic diagram showing the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 12, the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention is composed of a plurality of RNN blocks, and one RNN block includes a first RNN cell and a second RNN cell. It can be included. As shown in Figure 12, the first RNN cell receives wave characteristic information and superstructure characteristic information at a specific time t, hidden layer data of the previous cell, and output data of the previous cell as input data, and receives the valve for a specific time t. Outputs state change compartment information (information on the compartment to change whether to open or close the valve for discharge/inflow of the pressure regulator 20), and the second RNN cell outputs the valve state change compartment information and the hidden state of the first RNN cell. It can be configured to receive state (hidden layer data) as input and output information on opening and closing the pressure regulator for the valve state change compartment. The pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention is used when the valve state change compartment information output from the first RNN cell is 'end', or the pressure regulator control artificial neural network module 110 Inference can be terminated when the rewards for all actions calculated by the reinforcement learning module additionally configured for learning are negative numbers. According to the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention, the valve state change compartment information and the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment are converted into the vibration magnitude of the vibration magnitude information of the floating platform. It is configured to output sequentially in the direction of reduction, and the valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information generated in the previous step affect the pressure regulator opening/closing information generated in the next step, thereby gradually reducing vibration of the floating platform. The effect of being able to achieve is generated.
압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 강화학습 모듈에 의한 학습 세션과 관련하여, 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 RNN 블록을 학습시키는 강화학습 모듈을 도시한 모식도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 RNN 블록은 강화학습 모듈에 의해 학습될 수 있다. 상기 RNN 블록을 학습하는 강화학습 모듈은, 기생성된 상부구조물 특성 정보, 밸브 상태 변경 격실 정보, t-1의 파랑 특성 정보, t-1의 압력조절부 개폐 정보를 Environment로 하고, 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 각 RNN 블록을 Agent로 하고, 1번째 파랑 특성 정보에서부터 t-1의 파랑 특성 정보까지의 밸브 상태 변경 격실 정보 및 압력조절부 개폐 정보를 출력하였을 때의 상황을 State로 하며, 이러한 State에서 Agent인 RNN 블록이 t의 파랑 특성 정보에 대해 출력하는 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 Action으로 하고, 현재 step(t)의 진동 크기 정보와 t+1의 진동 크기 정보의 차이(예를 들어, Kullback-Leibler divergence)가 음의 방향으로 클수록(즉, 진동 크기 정보가 더 작아질수록) 높은 Reward가 생성되어 Agent인 RNN 블록의 은닉층을 업데이트 하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 강화학습 모듈에 의해 최적화가 완료된 RNN 블록은 은닉층이 고정되도록 구성될 수 있다. In relation to the learning session by the reinforcement learning module of the pressure regulator control artificial neural network module 110, Figure 13 shows a reinforcement learning session for learning the RNN block of the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention. This is a schematic diagram showing the learning module. As shown in FIG. 13, the RNN block of the pressure regulator control artificial neural network module 110 according to an embodiment of the present invention can be learned by a reinforcement learning module. The reinforcement learning module that learns the RNN block uses the generated superstructure characteristic information, valve state change compartment information, wave characteristic information of t-1, and pressure regulator opening and closing information of t-1 as Environment, and controls the pressure. The situation when each RNN block of the sub-control artificial neural network module 110 is used as an agent and the valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information from the 1st wave characteristic information to the wave characteristic information of t-1 are output. State, and in this state, the valve state change compartment information and the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment that the RNN block, which is the agent, outputs for the wave characteristic information of t, are set as Action, and the vibration of the current step (t) is set as Action. As the difference between the size information and the vibration size information at t+1 (e.g., Kullback-Leibler divergence) becomes larger in the negative direction (i.e., the smaller the vibration size information becomes), a higher reward is generated and the RNN block that is the agent is generated. It may be configured to update the hidden layer. The RNN block that has been optimized by the reinforcement learning module according to an embodiment of the present invention may be configured so that the hidden layer is fixed.
압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)을 학습하는 강화학습 모듈에 따르면, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110) 및 강화학습 모듈에 의해 상부구조물 특성 정보에 대응되는 최적의 압력조절부 개폐 정보가 부유식 플랫폼의 진동을 점진적으로 저감시키는 방향으로 생성되는 효과가 발생된다. 또한, 강화학습 모듈이 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)에서 생성될 수 있는 모든 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보에 대한 모든 경우의 수를 고려할 필요 없이 부유식 플랫폼의 진동을 저감시키는 방향으로 순차적으로 최적화되도록 구성되므로 강화학습 모듈이 계산하여야 하는 경우의 수가 저감되어 컴퓨팅 리소스가 저감되는 효과가 발생된다. According to the reinforcement learning module that learns the pressure regulator control artificial neural network module 110, the optimal pressure regulator opening and closing information corresponding to the superstructure characteristic information is generated by the pressure regulator control artificial neural network module 110 and the reinforcement learning module. The effect is created in the direction of gradually reducing the vibration of the floating platform. In addition, the reinforcement learning module floats without the need to consider all the valve state change compartment information and the number of all cases of pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment that can be generated in the pressure regulator control artificial neural network module 110. Since it is configured to be sequentially optimized in the direction of reducing the vibration of the platform, the number of cases that the reinforcement learning module must calculate is reduced, resulting in a reduction in computing resources.
본 발명의 변형예에 따른 강화학습 모듈은 아래의 구성에 의해 보다 효과적인 강화학습에 의해 RNN 블록이 업데이트 되도록 구성될 수 있다. 도 14는 본 발명의 변형예에 따른 강화학습 모듈을 도시한 모식도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예에 따른 강화학습 모듈은 특정 상태(state)에서의 가치를 출력하는 가치 함수를 학습하는 인공신경망인 가치망 및 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보의 각 확률을 출력하는 정책 함수를 학습하는 정책망을 포함할 수 있고, 본 발명의 변형예에 따른 정책망 및 가치망은 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)의 특정 RNN 블록에 연결되도록 구성될 수 있다. 정책망과 가치망은 RNN 블록과 연결되어 특정 시간 t에 대한 밸브 상태 변경 격실 정보 및 압력조절부 개폐 정보를 출력할 수 있다.The reinforcement learning module according to a modified example of the present invention can be configured to update the RNN block through more effective reinforcement learning by the following configuration. Figure 14 is a schematic diagram showing a reinforcement learning module according to a modified example of the present invention. As shown in Figure 14, the reinforcement learning module according to a modified example of the present invention includes a value network, which is an artificial neural network that learns a value function that outputs the value in a specific state, and valve state change compartment information and valve state change. It may include a policy network that learns a policy function that outputs each probability of the pressure regulator opening and closing information for the compartment, and the policy network and value network according to the modified example of the present invention are the pressure regulator control artificial neural network module 110. It can be configured to be connected to a specific RNN block. The policy network and value network are connected to the RNN block and can output valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for a specific time t.
정책망은 강화학습 모듈의 각 상태(state)에서 선정된 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보의 확률(confidence score)을 결정하는 인공신경망이고, 정책 함수를 학습하여 선정된 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보의 확률을 출력하게 된다. 정책망의 Cost function은 정책함수와 가치망의 Cost Function을 곱하여 크로스 엔트로피(Cross Entropy)를 계산한 뒤 Policy gradient를 취한 함수일 수 있고, 예를 들면, 아래 수학식 3과 같이 구성될 수 있다. 정책망은 크로스 엔트로피와 가치망의 cost function인 시간차 에러의 곱을 기초로 back propagation 될 수 있다. The policy network is an artificial neural network that determines the probability (confidence score) of the valve state change compartment information and the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment selected in each state of the reinforcement learning module, and learns the policy function The information on the selected valve state change compartment and the probability of the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment are output. The cost function of the policy network may be a function that calculates cross entropy by multiplying the policy function and the cost function of the value network and then takes the policy gradient. For example, it may be configured as shown in Equation 3 below. The policy network can be back propagated based on the product of the cross entropy and the time difference error, which is the cost function of the value network.
수학식 3에서, π는 정책 함수, θ는 정책망 파라미터, πθ(ai│si)는 현재 에피소드에서 특정 액션(밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보)을 할 가능성, V는 가치 함수, w는 가치망 파라미터, si는 현재 에피소드인 i의 상태 정보, Si+1은 다음 에피소드인 i+1의 상태 정보, ri+1은 다음 에피소드에서 획득하는 것으로 예상되는 보상, Vw(si)는 현재 에피소드에서의 보상 가능성, Vw(si+1)는 다음 에피소드에서의 보상 가능성, γ는 감가율을 의미할 수 있다. 이때, ri+1은 현재 step(t)의 진동 크기 정보와 t+1의 진동 크기 정보의 차이가 음의 방향으로 클수록(즉, 진동 크기 정보가 더 작아질수록) 높은 Reward가 생성되도록 구성될 수 있다. In Equation 3, π is a policy function, θ is a policy network parameter, and π θ (a i │s i ) is a specific action (valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment) in the current episode. probability of doing, V is the value function, w is the value network parameter, s i is the state information of i, the current episode, S i+1 is the state information of i+1, the next episode, and r i+1 is obtained in the next episode. The expected reward, V w (s i ), may mean the possibility of compensation in the current episode, V w (s i+1 ) may mean the possibility of compensation in the next episode, and γ may mean the depreciation rate. At this time, r i+1 is configured so that the larger the difference between the vibration size information of the current step (t) and the vibration size information of t+1 in the negative direction (i.e., the smaller the vibration size information), the higher the reward is generated. It can be.
본 발명의 일실시예에 따른 정책망은 강화학습이 진행되기 이전에 이전 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보와 이에 따른 성과 정보(현재 step(t)의 진동 크기 정보와 t+1의 진동 크기 정보의 차이를 포함)를 기초로 지도학습(Supervised Learning)되어 정책망의 weight가 업데이트 됨으로써 정책의 기초를 학습할 수 있다. 즉, 정책망의 weight는 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보, 성과 정보를 토대로 지도학습되어 설정될 수 있다. 이에 따르면, 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보의 히스토리에 의해 정책망이 매우 빠르게 학습될 수 있는 효과가 발생된다. The policy network according to an embodiment of the present invention includes previous valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment before reinforcement learning is performed, and corresponding performance information (vibration magnitude of the current step(t) The basis of the policy can be learned by updating the weight of the policy network through supervised learning based on the information (including the difference between the information and the vibration size information at t+1). In other words, the weight of the policy network can be set through supervised learning based on valve state change compartment information, pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment, and performance information. According to this, the policy network can be learned very quickly by the history of the valve state change compartment information and the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 정책망의 지도학습 시에 랜덤 벡터를 포함하여 이전 레이어의 연산부 종류 정보 및 파라미터 정보와 이에 따른 성과 정보를 기초로 지도학습이 되도록 구성될 수 있다. 랜덤 벡터는 예를 들면 가우시안 확률 분포(Gaussian distribution)를 이용할 수 있다. 이에 따르면, 정책망이 랜덤한 확률로 도전적인 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 출력할 수 있게 되는 효과가 발생된다. 정책망의 지도학습 시에 이전 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보와 이에 따른 성과 정보를 기초로 지도학습이 되도록 구성하면 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보의 선정이 이전 step의 정책 내에서 최적화되는 결과가 나타나게 된다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 따라 정책망의 지도학습 시에 랜덤 벡터를 포함하게 되면 강화학습이 진행될수록 정책망이 이전 step의 정책보다 더 효과적인 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 학습할 수 있게 되는 효과가 발생된다. In addition, according to an embodiment of the present invention, during supervised learning of the policy network, supervised learning may be performed based on information on the type of operation unit and parameter information of the previous layer, including random vectors, and performance information accordingly. The random vector may use, for example, a Gaussian probability distribution. According to this, the effect is that the policy network can output challenging valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment at random probability. When supervised learning of the policy network is configured to conduct supervised learning based on the previous valve state change compartment information and the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment and the resulting performance information, the valve state change compartment information and valve state change compartment information are configured to be supervised. The result is that the selection of pressure control opening/closing information is optimized within the policy of the previous step. However, according to one embodiment of the present invention, if random vectors are included during supervised learning of the policy network, as reinforcement learning progresses, the policy network becomes more effective than the policy of the previous step. The effect of being able to learn the opening/closing information of the pressure regulator is created.
가치망은 강화학습 모듈이 가질 수 있는 각 상태(State)에서 보상(Reward)을 달성할 가능성을 도출하는 인공신경망이고, 가치 함수를 학습하게 된다. 가치망은 에이전트(agent)인 RNN 블록이 어떤 방향으로 업데이트 될 지에 대한 방향성을 제시해주게 된다. 이를 위해, 가치망의 입력 변수는 강화학습 모듈의 상태에 대한 정보인 상태 정보로 설정되고, 가치망의 출력 변수는 RNN 블록이 보상을 달성할 가능성인 보상 가능성 정보(현재 step(t)의 진동 크기 정보와 t+1의 진동 크기 정보의 차이를 포함하고, 진동 크기 정보가 더 작아질수록 높은 보상)로 설정될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 보상 가능성 정보는 아래 수학식과 같은 Q-function으로 계산될 수 있다. The value network is an artificial neural network that derives the possibility of achieving a reward in each state that a reinforcement learning module can have, and learns the value function. The value network provides direction on which direction the RNN block, which is an agent, will be updated. For this purpose, the input variable of the value network is set to state information, which is information about the state of the reinforcement learning module, and the output variable of the value network is reward probability information (oscillation of the current step(t)), which is the probability that the RNN block will achieve reward. It includes the difference between the magnitude information and the vibration magnitude information at t+1, and can be set to (higher compensation as the vibration magnitude information becomes smaller). Compensation possibility information according to an embodiment of the present invention can be calculated using a Q-function as shown in the equation below.
위 수학식 4에서 Qπ는 특정 정책 π에서 상태 s, 액션 a인 경우 미래에 예상되는 전체 보상 가능성 정보를 의미하고, R은 특정 기간의 보상, gamma는 감가율을 의미할 수 있다. St는 시간 t의 상태, At는 시간 t의 액션, E는 기대값을 의미할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 보상 가능성 정보(Q value)는 정책망의 업데이트 방향 및 크기를 규정하게 된다. In Equation 4 above, Q π refers to the total compensation possibility information expected in the future in the case of state s and action a in a specific policy π, R may refer to compensation in a specific period, and gamma may refer to the depreciation rate. S t may mean the state at time t, A t may mean the action at time t, and E may mean the expected value. Compensation possibility information (Q value) according to an embodiment of the present invention defines the update direction and size of the policy network.
이때, 가치망의 Cost function은 가치 함수에 대한 MSE(Mean Square error) 함수일 수 있고, 예를 들면 아래 수학식 5와 같이 구성될 수 있다. 가치망은 가치망의 cost function인 시간차 에러를 기초로 back propagation 될 수 있다. At this time, the cost function of the value network may be an MSE (Mean Square error) function for the value function, and may be configured as shown in Equation 5 below, for example. The value network can be back propagated based on the time difference error, which is the cost function of the value network.
수학식 5에서, V는 가치 함수, w는 가치망 파라미터, si는 현재 에피소드인 i의 상태 정보, Si+1은 다음 에피소드인 i+1의 상태 정보, ri+1은 다음 에피소드에서 획득하는 것으로 예상되는 보상, Vw(si)는 현재 에피소드에서의 보상 가능성, Vw(si+1)는 다음 에피소드에서의 보상 가능성, γ는 감가율을 의미할 수 있다. 이때, ri+1은 현재 step(t)의 진동 크기 정보와 t+1의 진동 크기 정보의 차이가 음의 방향으로 클수록(즉, 진동 크기 정보가 더 작아질수록) 높은 Reward가 생성되도록 구성될 수 있다. In Equation 5, V is the value function, w is the value network parameter, s i is the state information of i, the current episode, S i+1 is the state information of i+1, the next episode, and r i+1 is the state information of i+1, the next episode. The reward expected to be obtained, V w (s i ), may mean the possibility of reward in the current episode, V w (s i+1 ) may mean the possibility of reward in the next episode, and γ may mean the depreciation rate. At this time, r i+1 is configured so that the larger the difference between the vibration size information of the current step (t) and the vibration size information of t+1 in the negative direction (i.e., the smaller the vibration size information), the higher the reward is generated. It can be.
이에 따라, 가치망은 강화학습 모듈의 상태가 변경될 때 수학식 3의 Cost Function을 Gradient descent 시키는 방향으로 업데이트 할 수 있다. Accordingly, the value network can update the Cost Function in Equation 3 in the direction of gradient descent when the state of the reinforcement learning module changes.
본 발명의 일실시예에 따르면 가치망을 정책망과 별도로 학습시키면서, 가치망의 Q value가 랜덤에서 시작하지 않고 Supervised되게 되므로 빠른 학습이 가능해지는 효과가 발생된다. 이에 따르면 매우 복잡도가 높은 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보의 조합을 선택하는 액션(action)에 있어서 탐구(exploration) 부담을 크게 줄일 수 있게 되는 효과가 발생된다. According to one embodiment of the present invention, by learning the value network separately from the policy network, the Q value of the value network is supervised instead of starting at random, which has the effect of enabling fast learning. This has the effect of greatly reducing the exploration burden in the action of selecting a combination of highly complex valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment.
본 발명의 일실시예에 따른 강화학습 모듈에 따르면, 지도학습을 마친 정책망이 현재 에피소드 i의 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 선정하게 되면 가치망이 선정된 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 진행할 경우의 보상(현재 step(t)의 진동 크기 정보와 t+1의 진동 크기 정보의 차이가 음의 방향으로 클수록(즉, 진동 크기 정보가 더 작아질수록) 높은 Reward)을 예측하도록 학습된다. 학습을 마친 강화학습 모듈의 정책망과 가치망은 RNN 블록을 활용한 시뮬레이션과 조합되어 최종적으로 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 선정하는데 활용된다. According to the reinforcement learning module according to an embodiment of the present invention, when the policy network that has completed supervised learning selects the valve state change compartment information and the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment of the current episode i, the value network selects the information. Compensation when performing valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment (the larger the difference between the vibration magnitude information of the current step (t) and the vibration magnitude information of t+1 is in the negative direction ( In other words, as the vibration size information becomes smaller, it is learned to predict a higher reward. The policy network and value network of the trained reinforcement learning module are combined with simulation using RNN blocks and are finally used to select valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 가치망에 따르면 선정된 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보의 확률을 출력하는 정책망의 업데이트가 매 에피소드마다 진행될 수 있는 효과가 발생된다. 기존의 강화학습에서는 강화학습 모델의 업데이트가 모든 에피소드가 종료된 이후에 진행되는 문제가 있어서, 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 순차적으로 생성하는 RNN 모듈에 적용하는데는 어려움이 있었다. In addition, according to the value network according to an embodiment of the present invention, the policy network that outputs the selected valve state change compartment information and the probability of the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment can be updated every episode. occurs. In existing reinforcement learning, there is a problem that the reinforcement learning model is updated after all episodes have ended, so it is applied to the RNN module that sequentially generates valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment. There was difficulty in doing it.
RNN 블록은 정책망과 가치망에서 계산되는 복수의 에이전트(agent)를 기초로 다양한 상태 및 다양한 액션에 대한 복수회의 시뮬레이션을 진행하여 최적의 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 탐색하는 구성이다. 본 발명의 일실시예에 따른 RNN 블록은, 예를 들어, 몬테카를로 트리 탐색을 활용할 수 있고, 트리의 각 노드는 상태(state)를, 각 연결(edge)은 해당 상태에 대한 특정 액션에 따라 예상되는 가치(value)를 나타내며, 현재 상태를 뿌리 노드로 두고 새로운 액션을 취해 새로운 상태로 전이될 때 마다 잎(leaf) 노드가 확장되는 구조이다. 본 발명의 일실시예에 따른 RNN 블록에서 최적 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보 탐색은 몬테카를로 트리 탐색이 활용되는 경우, Selection, Expansion, Evaluation, Backup의 4 단계로 처리될 수 있다. The RNN block conducts multiple simulations of various states and actions based on multiple agents calculated from the policy network and value network to provide optimal valve state change compartment information and a pressure control unit for the valve state change compartment. It is a configuration that searches for opening and closing information. The RNN block according to an embodiment of the present invention may utilize, for example, Monte Carlo tree search, where each node in the tree represents a state and each connection (edge) is predicted according to a specific action for that state. It represents the value, and is a structure in which the current state is the root node and the leaf node is expanded every time a new action is taken and the node transitions to a new state. In the RNN block according to an embodiment of the present invention, the search for optimal valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment consists of four steps: Selection, Expansion, Evaluation, and Backup when Monte Carlo tree search is used. It can be processed.
RNN 블록의 Selection 단계는, 현재 상태로부터 잎 노드가 나올 때까지 선택 가능한 액션 중 가장 가치가 높은 액션을 선택하며 진행하는 단계이다. 이 때 연결(edge)에 저장해 둔 가치함수의 값과 탐구-이용 균형을 맞추기 위한 방문빈도 값을 이용한다. Selection 단계에서 액션 선택을 위한 수학식은 아래와 같다. The Selection stage of the RNN block is a stage in which the action with the highest value is selected among the selectable actions from the current state until a leaf node appears. At this time, the value of the value function stored at the edge and the visit frequency value to balance exploration and use are used. The equation for action selection in the selection stage is as follows.
위 수학식 6에서 at는 시간t에서의 액션(밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보 선정 수행)이고, Q(st,a)는 트리에 저장된 가치함수의 값이며, u(st,a)는 해당 상태-액션 쌍의 방문횟수에 반비례하는 값으로 탐구(exploration)와 이용의 균형을 맞추기 위해 사용된 것이다. In Equation 6 above, a t is the action at time t (valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information selection for the valve state change compartment), and Q(s t ,a) is the value function stored in the tree. value, u(s t ,a) is a value inversely proportional to the number of visits of the corresponding state-action pair and is used to balance exploration and use.
RNN 블록의 Expansion 단계는, 시뮬레이션이 잎 노드까지 진행되면 지도학습으로 학습된 정책망의 확률에 따라 액션하여 새로운 노드를 잎 노드로 추가하는 단계이다. The expansion stage of the RNN block is a stage where new nodes are added as leaf nodes by acting according to the probability of the policy network learned through supervised learning when the simulation progresses to the leaf nodes.
RNN 블록의 Evaluation 단계는, 새로 추가된 잎 노드로부터 가치망을 사용해 판단한 가치(보상 가능성)와 잎 노드로부터 정책망을 사용해 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보 선정의 에피소드가 끝날 때까지 진행해 얻은 보상을 통해 잎 노드의 가치를 평가하는 단계이다. 아래 수학식은 새로운 잎 노드의 가치를 평가하는 예시이다. The Evaluation stage of the RNN block involves selecting the value (compensation possibility) determined using the value network from the newly added leaf node, valve state change compartment information, and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment using the policy network from the leaf node. This is the stage where the value of the leaf node is evaluated through the rewards obtained by progressing until the end of the episode. The equation below is an example of evaluating the value of a new leaf node.
위 수학식 7에서 V(sL)은 잎 노드의 가치, λ는 mixing 파라미터, vθ(sL)은 가치망을 통해 얻은 가치, zL은 시뮬레이션을 계속하여 얻은 보상을 의미할 수 있다. In Equation 7 above, V(s L ) is the value of the leaf node, λ is the mixing parameter, v θ (s L ) is the value obtained through the value network, and z L is the reward obtained by continuing the simulation.
RNN 블록의 Backup 단계는, 새로 추가된 잎 노드의 가치를 반영하여 시뮬레이션 중 방문한 노드들의 가치를 재평가하고 방문 빈도를 업데이트하는 단계이다. 아래 수학식은 노드 가치 재평가 및 방문 빈도 업데이트의 예시이다. The Backup stage of the RNN block is a stage where the value of nodes visited during the simulation is reevaluated and the visit frequency is updated, reflecting the value of the newly added leaf node. The equation below is an example of node value reassessment and visit frequency update.
위 수학식 8에서 sL i는 i번째 시뮬레이션에서의 잎 노드를, 1(s,a,i)는 i번째 시뮬레이션에서 연결 (s,a)를 방문했는지를 나타내고, 트리 탐색이 완료되면 알고리즘은 뿌리 노드로부터 가장 많이 방문된 연결(s,a)을 선택하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 RNN 블록에 따르면 정책망에 의해 선별되는 복수의 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보에 대해 가치망을 기초로 복수회 시뮬레이션을 선행하여 최적의 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 선택할 수 있게되는 효과가 발생된다. In Equation 8 above, s L i represents the leaf node in the i-th simulation, 1(s,a,i) represents whether connection (s,a) has been visited in the i-th simulation, and when tree search is completed, the algorithm It can be configured to select the most visited connection (s,a) from the root node. According to the RNN block according to an embodiment of the present invention, multiple simulations are performed based on the value network for the plurality of valve state change compartment information and the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartments selected by the policy network. The effect of being able to select the optimal valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment is created.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 에이전트(Agent)가 구성되도록 강화학습 모듈이 구성될 수 있다. 복수의 에이전트가 구성되면 특정 상태, 특정 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보 각각에 대해 강화학습 모듈이 선정하는 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보이 상호 경쟁하여, 가장 최적의 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보를 선정할 수 있게 되는 효과가 발생된다.According to one embodiment of the present invention, the reinforcement learning module may be configured to consist of a plurality of agents. When multiple agents are configured, the reinforcement learning module selects a specific state, a specific valve state change compartment information, and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment. Pressure control for the valve state change compartment information and valve state change compartment. The secondary opening/closing information competes with each other, resulting in the ability to select the most optimal valve state change compartment information and pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 강화학습 모듈의 동작예를 도시한 흐름도이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)에 의해 상태 s(t)가 입력되면 가치망에 의해 정책망의 복수개의 에이전트(agent)들에 의해 다양한 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보들이 RNN 블록에 입력되고, RNN 블록에 의해 출력되는 액션(action)인 선정된 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보의 확률 a(t)에 의해 밸브 상태 변경 격실 정보 및 밸브 상태 변경 격실에 대한 압력조절부 개폐 정보가 선정되는 것으로 에피소드 t가 종료되고 에피소드 t+1이 시작된다. 에피소드 t+1에서는 다시 a(t)에 의한 상태 변화인 s(t+1)이 압력조절부 제어 인공신경망 모듈(110)에 의해 입력되고, a(t)에 따른 보상인 r(t+1)이 곧바로 입력되어 가치망 및 정책망을 업데이트하게 된다.Figure 15 is a flowchart showing an operation example of a reinforcement learning module according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 15, when the state s(t) is input by the pressure regulator control artificial neural network module 110, various valve states are changed by a plurality of agents in the policy network through the value network. And the pressure regulator opening and closing information for the valve state change compartment is input to the RNN block, and the selected valve state change compartment information and pressure regulator opening and closing information for the valve state change compartment are actions output by the RNN block. Episode t ends and episode t+1 begins when the valve state change compartment information and the pressure regulator opening/closing information for the valve state change compartment are selected according to probability a(t). In episode t+1, s(t+1), which is a state change due to a(t), is again input by the pressure regulator control artificial neural network module 110, and r(t+1) is a compensation according to a(t). ) is input immediately to update the value network and policy network.
요동저감형 공기안정 장치를 이용한 부유식 플랫폼Floating platform using vibration-reducing air stabilization device
요동저감형 공기안정 장치(1)를 이용한 부유식 플랫폼과 관련하여, 본 발명의 일실시예에 따른 요동저감형 공기안정 장치(1)를 이용한 부유식 플랫폼은 상기 요동저감형 공기안정 장치(1), 상부구조물, 부유식 플랫폼을 포함할 수 있다. 이때, 부유식 플랫폼은 TLP(Tension Leg Platform) 등의 구조로 구성될 수 있다. Regarding the floating platform using the vibration reduction type air stabilization device (1), the floating platform using the vibration reduction type air stabilization device (1) according to an embodiment of the present invention is the vibration reduction type air stabilization device (1). ), superstructures, and floating platforms. At this time, the floating platform may be composed of a structure such as a Tension Leg Platform (TLP).
TLP(Tension Leg Platform)과 관련하여, 도 16은 TLP(Tension Leg Platform)을 도시한 모식도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, TLP(Tension Leg Platform)는 부유식 플랫폼의 모서리 부분에 Tension Leg가 각각 한 개씩 설치(Tether 와 tendons가 한 세트)되어 수직적인 요동에 저항하는 부유식 플랫폼의 형태이다. 일측은 상기 부유식 플랫폼 본체의 모서리 부분에 결합되고, 타측은 해저 지반에 고정되도록 구성되며, 1,500미터 이하 심해에서도 설치가 가능하며, 탄력은 부족하나 축방향의 강성이 강하여 부유식 플랫폼의 수직적 요동을 제거하도록 구성된다. 본 발명의 일실시예에 따른 부유식 플랫폼은 천해 및 심해에서 활용 가능할 수 있도록 개발되어 TLP 부를 통해 Surge에 의한 요동을 저감하게 되는 효과가 발생된다. 또한, TLP 부와 요동저감형 공기안정 장치(1)의 유기적 결합에 의하여 미세한 요동에 대해서도 저감할 수 있게 되며, 부유식 플랫폼에 작용하는 수평적인 요동을 추가적으로 제거할 수 있게 되는 효과가 발생된다. Regarding the Tension Leg Platform (TLP), Figure 16 is a schematic diagram showing the Tension Leg Platform (TLP). As shown in Figure 16, TLP (Tension Leg Platform) is a form of floating platform that resists vertical fluctuations by installing one tension leg (a set of tethers and tendons) at the corners of the floating platform. . One side is coupled to the edge of the floating platform body, and the other side is configured to be fixed to the seabed, and can be installed even in deep seas of 1,500 meters or less. Although it lacks elasticity, the axial rigidity is strong to prevent vertical fluctuation of the floating platform. It is configured to remove . The floating platform according to one embodiment of the present invention has been developed so that it can be used in shallow and deep seas, and has the effect of reducing fluctuations due to surge through the TLP part. In addition, the organic combination of the TLP unit and the vibration reduction type air stabilization device (1) makes it possible to reduce even subtle fluctuations, and has the effect of additionally eliminating horizontal fluctuations acting on the floating platform.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.As described above, a person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the above-described embodiments should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.
1: 요동저감형 공기안정 장치
10: 댐퍼 격실
20: 압력조절부
30: 슬릿유수실
40: 진동센서부
50: 정보수집부
100: 부유식 플랫폼 클라이언트
110: 압력조절부 제어 인공신경망 모듈
120: 클라이언트 학습 모듈
130: 파라미터 업로드 모듈
140: 메인 신경망 다운로드 모듈
200: 중앙 관리 서버1: Vibration reduction type air stabilization device
10: Damper compartment
20: Pressure control unit
30: Slit flow chamber
40: Vibration sensor unit
50: Information Collection Department
100: Floating platform client
110: Pressure regulator control artificial neural network module
120: Client learning module
130: Parameter upload module
140: Main neural network download module
200: Central management server
Claims (5)
상기 댐퍼 격실에 구성되는 양방향 솔레노이드 밸브로서, 상기 댐퍼 격실 내의 공기 압력을 제어하도록 구성되는 압력조절부;
상기 부유식 플랫폼의 상판에 구성되어 상기 부유식 플랫폼의 진동 크기 정보를 생성하는 진동센서부;
파고계에서 파랑 특성 정보를 수신하고, 상기 부유식 플랫폼의 상부구조물에서 상부구조물 특성 정보를 수신하며, 상기 진동 크기 정보를 수신하는 정보수집부; 및
압력조절부 제어 인공신경망 모듈, 클라이언트 학습 모듈, 파라미터 업로드 모듈 및 메인 신경망 다운로드 모듈을 포함하는 클라이언트;
를 포함하고,
상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈은, 입력 데이터를 상기 파랑 특성 정보 및 상기 상부구조물 특성 정보로 하고, 각각의 상기 댐퍼 격실의 상기 압력조절부의 배출/유입에 대한 밸브 개방과 폐쇄 여부를 의미하는 압력조절부 개폐 정보를 출력 데이터로 하며, 상기 부유식 플랫폼의 상기 진동 크기 정보가 손실(loss)에 포함되도록 구성되어 상기 진동 크기 정보의 진동 크기가 저감되는 방향으로 기학습된 인공신경망 모듈이고,
상기 클라이언트 학습 모듈은, 상기 진동 크기 정보를 이용하여 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 파라미터를 업데이트 하는 모듈이며,
상기 파라미터 업로드 모듈은, 상기 클라이언트 학습 모듈에 의해 업데이트 된 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 상기 파라미터를 유무선 네트워크로 연결된 메인 신경망 서버에 업로드 하는 모듈이고,
상기 메인 신경망 다운로드 모듈은, 상기 메인 신경망 서버에서 기학습된 압력조절부 제어 메인 신경망을 다운로드하여 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 일부 네트워크와 치환하는 모듈이며,
상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈에 의해 출력되는 상기 압력조절부 개폐 정보를 이용하여 상기 압력조절부의 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄를 제어하고,
상기 메인 신경망 서버는, 상기 파라미터와 다른 부유식 플랫폼 클라이언트에서 업로드 된 다른 파라미터를 통합하여 상기 압력조절부 제어 메인 신경망을 업데이트 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
부유식 플랫폼의 요동저감형 공기안정 장치.
A damper compartment consisting of a hollow compartment open at the bottom partitioned by a partition formed at the lower part of the upper plate of the floating platform;
A two-way solenoid valve configured in the damper compartment, the pressure regulator configured to control air pressure in the damper compartment;
A vibration sensor unit configured on the upper plate of the floating platform to generate vibration magnitude information of the floating platform;
An information collection unit that receives wave characteristic information from a wave height gauge, receives superstructure characteristic information from a superstructure of the floating platform, and receives the vibration magnitude information; and
A client including a pressure regulator control artificial neural network module, a client learning module, a parameter upload module, and a main neural network download module;
Including,
The pressure regulator control artificial neural network module uses input data as the wave characteristic information and the superstructure characteristic information, and pressure indicating whether the valve is open or closed for the discharge/inflow of the pressure regulator of each damper compartment. It is an artificial neural network module that uses the control unit opening and closing information as output data, and is configured so that the vibration magnitude information of the floating platform is included in the loss, and is pre-trained in a direction to reduce the vibration magnitude of the vibration magnitude information,
The client learning module is a module that updates the parameters of the pressure regulator control artificial neural network module using the vibration magnitude information,
The parameter upload module is a module that uploads the parameters of the pressure regulator control artificial neural network module updated by the client learning module to the main neural network server connected through a wired or wireless network,
The main neural network download module is a module that downloads the pressure regulator control main neural network previously learned from the main neural network server and replaces it with a part of the network of the pressure regulator control artificial neural network module,
Controlling valve opening or closing of the pressure regulator using the pressure regulator opening/closing information output by the pressure regulator control artificial neural network module,
The main neural network server is configured to update the pressure regulator control main neural network by integrating the parameters and other parameters uploaded from other floating platform clients.
A vibration-reducing air stabilization device for floating platforms.
상기 댐퍼 격실은 상판 측에 가까울수록 내부 공간의 단면적이 좁아지도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
부유식 플랫폼의 요동저감형 공기안정 장치.
According to paragraph 1,
The damper compartment is characterized in that the cross-sectional area of the internal space becomes narrower as it approaches the upper plate side.
A vibration-reducing air stabilization device for floating platforms.
상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 학습 세션에서의 손실함수는 특정 시간 t의 진동 크기 정보(a)와 t+1의 진동 크기 정보(b)의 차이(b-a)의 역수를 포함하는 것을 특징으로 하는,
부유식 플랫폼의 요동저감형 공기안정 장치.
According to paragraph 1,
The loss function in the learning session of the pressure regulator control artificial neural network module is characterized in that it includes the reciprocal of the difference (ba) between vibration magnitude information (a) at a specific time t and vibration magnitude information (b) at t + 1. doing,
A vibration-reducing air stabilization device for floating platforms.
상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 학습 세션을 수행하는 강화학습 모듈;을 더 포함하고,
상기 강화학습 모듈은, 상기 상부구조물 특성 정보, t-1의 파랑 특성 정보, t-1의 압력조절부 개폐 정보를 환경(Environment)로 하고, 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈을 에이전트(Agent)로 하고, 1번째 파랑 특성 정보에서부터 t-1의 파랑 특성 정보까지의 상기 압력조절부 개폐 정보를 출력하였을 때의 상황을 스테이트(State)로 하며, 이러한 스테이트(State)에서 에이전트(Agent)인 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈이 t의 파랑 특성 정보에 대해 출력하는 상기 압력조절부 개폐 정보를 액션(Action)으로 하고, t의 진동 크기 정보와 t+1의 진동 크기 정보의 차이가 음의 방향으로 클수록 높은 보상(Reward)가 생성되어 에이전트(Agent)인 상기 압력조절부 제어 인공신경망 모듈의 은닉층을 업데이트 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
부유식 플랫폼의 요동저감형 공기안정 장치.
According to paragraph 1,
It further includes a reinforcement learning module that performs a learning session of the pressure regulator control artificial neural network module,
The reinforcement learning module uses the superstructure characteristic information, wave characteristic information of t-1, and pressure regulator opening and closing information of t-1 as an environment, and the pressure regulator control artificial neural network module as an agent. The situation when the pressure regulator opening and closing information from the first wave characteristic information to the wave characteristic information of t-1 is output is referred to as a state, and in this state, the agent as an agent The pressure regulator control artificial neural network module outputs the pressure regulator opening/closing information for the wave characteristic information of t as an action, and the difference between the vibration magnitude information of t and the vibration magnitude information of t+1 is in the negative direction. The larger the reward, the higher the reward is generated and configured to update the hidden layer of the pressure regulator control artificial neural network module, which is an agent.
A vibration-reducing air stabilization device for floating platforms.
제1항에 따른 요동저감형 공기안정 장치;
상기 요동저감형 공기안정 장치가 구성되고, 상기 상부구조물이 설치된 부유식 플랫폼 본체; 및
일측은 상기 부유식 플랫폼 본체의 모서리 부분에 결합되고, 타측은 해저 지반에 고정되는 텐션 레그(Tension Leg);
를 포함하는,
요동저감형 공기안정 장치를 이용한 부유식 플랫폼.
superstructure;
A vibration-reducing air stabilization device according to paragraph 1;
A floating platform body configured with the vibration-reducing air stabilization device and installed with the superstructure; and
A tension leg on one side of which is coupled to an edge of the floating platform body and on the other side fixed to the seabed;
Including,
A floating platform using a vibration-reducing air stabilization device.
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