(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスラスタを備える浮遊式プラットフォームと、少なくとも１つのスラスタを備える船舶との相対位置を制御する二浮体相対位置保持装置であって、
前記プラットフォームと船舶との実相対角および実相対距離を検出する相対角・距離検出手段と、
目標相対角と前記実相対角の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記プラットフォームの各スラスタを制御する第１の制御手段と、
目標相対距離と前記実相対距離の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記船舶のスラスタを制御する第２の制御手段と、
を備え、
前記第１の制御手段が、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って上昇させる第１のゲイン調整手段を備え、
前記第２の制御手段が、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って減少させる第２のゲイン調整手段を備えることを特徴とする二浮体相対位置保持装置。
【請求項２】
前記第１のゲイン調整手段は、基準距離に対する前記実相対距離の大小に基づいて前記制御ゲインを調整するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の二浮体相対位置保持装置。
【請求項３】
前記第１のゲイン調整手段が、ファジー制御によってゲイン調整を行なうように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の二浮体相対位置保持装置。
【請求項４】
複数のスラスタを備える浮遊式プラットフォームと、少なくとも１つのスラスタを備える船舶との相対位置を制御する二浮体相対位置保持装置であって、
前記プラットフォームと船舶との実相対角および実相対距離を検出する相対角・距離検出手段と、
目標相対角と前記実相対角の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記プラットフォームの各スラスタを制御する第１の制御手段と、
目標相対距離と前記実相対距離の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記船舶のスラスタを制御する第２の制御手段と、
を備え、
前記第１の制御手段が、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って上昇させる第１のゲイン調整手段を備え、
前記第２の制御手段は、前記実相対距離が基準距離以下の場合に、制御ゲインを標準ゲインまで上昇させる第２のゲイン調整手段を備えることを特徴とする二浮体相対位置保持装置。
【請求項５】
前記第２のゲイン調整手段が、ファジー制御によってゲイン調整を行なうように構成されていることを特徴とする請求項１または４に記載の二浮体相対位置保持装置。
【請求項６】
前記第１の制御手段が、中心値に前記目標相対角と前記実相対角の偏差を加減算することによって前記浮遊式プラットフォームの各スラスタに対する推力配分を行なう推力配分手段を備えることを特徴とする請求項１または４に記載の二浮体相対位置保持装置。
【請求項７】
前記推力配分手段が、前記中心値を前記相対距離の偏差に基づいて変化させるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の二浮体相対位置保持装置。
【請求項８】
前記推力配分手段が、前記中心値をファジー制御によって変化させるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の二浮体相対位置保持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浮遊式プラットフォームと船舶との相対位置を保持する二浮体相対位置保持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海洋油田開発の対象は大水深域へ、厳しい環境条件下の海域へと拡大しつつある。大水深域での有望な石油生産システムとして浮遊式生産システムがある。この生産システムでは、浮体である浮遊式プラットフォームから同じく浮体であるシャトルタンカーへ原油を積み出す作業等が実施される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
石油生産システム全体の高稼働率を確保するためには、上記洋上積出時の稼働率向上が重要な課題となる。そして、この稼働率の向上のためには、上記浮遊式プラットフォームとシャトルタンカーとの相対運動を極力小さく抑える必要がある。
本発明の課題は、このような状況に鑑み、浮遊式プラットフォームとシャトルタンカー等の船舶との相対運動を抑制して洋上積出作業等の効率向上を図ることができる二浮体相対位置保持装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のスラスタを備える浮遊式プラットフォームと、少なくとも１つのスラスタを備える船舶との相対位置を制御する二浮体相対位置保持装置であって、前記プラットフォームと前記船舶との実相対角および実相対距離を検出する相対角・距離検出手段と、目標相対角と前記実相対角の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記プラットフォームの各スラスタを制御する第１の制御手段と、目標相対距離と前記実相対距離の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記船舶のスラスタを制御する第２の制御手段と、を備えた構成を有する。
前記第１の制御手段は、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って上昇させる第１のゲイン調整手段を備え、前記第２の制御手段は、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って減少させる第２のゲイン調整手段を備える。
前記第１のゲイン調整手段は、基準距離に対する前記実相対距離の大小に基づいて前記制御ゲインを調整するように構成することができる。
前記ゲイン調整手段は、例えばファジー制御によってゲイン調整を行なうように構成される。
また、本発明は、複数のスラスタを備える浮遊式プラットフォームと、少なくとも１つのスラスタを備える船舶との相対位置を制御する二浮体相対位置保持装置であって、前記プラットフォームと船舶との実相対角および実相対距離を検出する相対角・距離検出手段と、目標相対角と前記実相対角の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記プラットフォームの各スラスタを制御する第１の制御手段と、目標相対距離と前記実相対距離の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記船舶のスラスタを制御する第２の制御手段と、を備えた構成を有する。
前記第１の制御手段は、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って上昇させる第１のゲイン調整手段を備え、前記第２の制御手段は、前記実相対距離が基準距離以下の場合に、制御ゲインを標準ゲインまで上昇させる第２のゲイン調整手段を備える。
前記ゲイン調整手段は、例えばファジー制御によってゲイン調整を行なうように構成することができる。
前記第１の制御手段は、中心値に前記目標相対角と前記実相対角の偏差を加減算することによって前記浮遊式プラットフォームの各スラスタに対する推力配分を行なう推力配分手段を備えることができる。
前記推力配分手段は、前記中心値を前記相対距離の偏差に基づいて変化させるように構成することができる。前記推力配分手段は、前記中心値をファジー制御によって変化させるように構成することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、浮遊式石油生産システムの構成要素である浮遊式プラットフォーム１０と、このプラットフォーム１０から積み出される原油を運ぶシャトルタンカー２０とを示している。
【０００６】
一方の浮体であるプラットフォーム１０は、船尾の左舷と右舷にそれぞれスラスタ１１Ｌ、１１Ｒが装備され、かつその所定基準位置が複数本（この例では８本）のワイヤ１２を介して海底に係留されている。また、他方の浮体であるシャトルタンカー２０は、船首にスラスタ２１を備えるとともに、船尾にプロペラ２２および舵２３を備え、これらによって操船を行なう。
【０００７】
上記スラスタ１１Ｌ，１１Ｒおよび２１は、図２に示すように、プロペラ回転用モータ１１１と、首振り用モータ１１２とを備えている。プロペラ回転用モータ１１１の回転力は、首振り用モータ１１２を貫通する回転軸１１３および歯車１１４，１１５を介してプロペラ１１６に伝達され、また、首振り用モータ１１２は、回転軸１１７を介して首部１１８に伝達される。
【０００８】
シャトルタンカー２０は、その船首がプラットフォーム１０の船尾に接近するように手動でバーシング操船される。そして、シャトルタンカー２０の船首がプラットフォーム１０の船尾から所定距離（例えば１００ｍ）手前に位置すると、図３に示す二浮体相対位置保持装置３０が両者の相対位置を保持する制御を開始する。
【０００９】
なお、プラットフォーム１０のスラスタ１１Ｌ，１１Ｒおよびシャトルタンカー２０のスラスタ２１は、それぞれの首振り用モータ１１を作動させることによって任意の方向に向けることが可能であるが、この実施形態では、説明の容易化を図るため、プラットフォーム１０のスラスタ１１Ｌ，１１Ｒを真横に向けて固定した状態で、また、シャトルタンカー２０のスラスタ２１を前方に向けて固定した状態で相対位置の保持制御を実行することにする。
【００１０】
図３において、相対角・距離検出部３００は、プラットフォーム１０およびシャトルタンカー２０にそれぞれ設けられたＧＰＳ、トランスポンダ等の位置検出センサとジャイロ等の方位検出センサの出力に基づいて、プラットフォーム１０とシャトルタンカー２０の実相対角Δψおよび実相対距離Δｘを検出する。
なお、実相対角Δψは、プラットフォーム１０の方位角とシャトルタンカー２０の方位角との差であり、また、実相対距離Δｘは、プラットフォーム１０に設定された座標におけるｘ軸方向、つまり、プラットフォーム１０の船体長手方向についての相対距離である。
【００１１】
上記実相対角度Δψは、減算部３０１、ヨーイングゲイン調整部３０３およびサージングゲイン調整部３０５に入力され、上記実相対距離Δｘは、減算部３０６、ヨーイングゲイン調整部３０３、推力中心値設定部３０４およびサージングゲイン調整部３０５に入力される。
減算部３０１からは、目標相対角Δψr と上記実相対角Δψの偏差が出力される。上記偏差は、ＰＩＤ処理部３０２でＰＩＤ処理された後、加算部３０７を介して駆動部３０８に入力されるとともに、減算部３０９を介して駆動部３１０に入力される。
【００１２】
加算部３０７では、ＰＩＤ処理部３０２の出力が後述の推力中心値に加算され、また減算部３０９では、ＰＩＤ処理部３０２の出力が上記推力中心値から減算される。したがって、駆動部３０８，３１０には、目標相対角Δψr と実相対角Δψの偏差に基づいて配分された推力信号が入力され、その結果、プラットフォーム１０とシャトルタンカー２０の相対角が目標相対角Δψr になるようにプラットフォーム１０の各スラスタ１１Ｌ，１１Ｒのプロペラ回転用モータ１１１（図２参照）が互いに逆の方向に駆動される。
【００１３】
一方、減算部３０６からは、目標相対距離Δｘrと上記実相対距離Δｘの偏差が出力される。そして、この偏差は、ＰＩＤ処理部３１１でＰＩＤ処理された後、減算部３１２を介して駆動部３１３に入力される。
駆動部３１３は、上記距離偏差が無くなるようにシャトルタンカー２０のスラスタ２１のプロペラ回転用モータ１１１（図２参照）を駆動し、その結果、プラットフォーム１０とシャトルタンカー２０の相対距離が上記目標相対距離Δｘr に維持される。なお、上記目標相対距離Δｘr は、プラットフォーム１０の船尾とシャトルタンカー２０の船首との間の目標距離（例えば５０ｍ）に基づいて設定される。
【００１４】
上記ＰＩＤ処理部３０２におけるヨーイングゲインは、ヨーイングゲイン調整部３０３によって調整される。すなわち、ヨーイングゲイン調整部３０３は、以下に示すファジー・ヨーイング制御ゲイン調整ルールに従って上記ＰＩＤ処理部３０２のゲインを調整する。
【００１５】
（ヨーイング制御ゲイン調整ルール）
上記実相対距離Δｘが所定距離（例えば１００ｍ）よりも大きい場合には、ヨーイング制御が不要であるので、ＰＩＤ処理部３０２のゲインを０にする。また、上記実相対距離Δｘが上記所定距離以下の場合には、ヨーイング制御を実行するためにＰＩＤ処理部３０２のゲインを標準ゲインまで上昇させる。
○入力変数：  Δｘ    実相対距離
○出力変数：  Ygain    制御ゲイン係数
○if-then  ルール
▲１▼  If(Δx is far)then(Ygain is zero)
▲２▼  If(Δｘ is near)then(Ygain is normal)
【００１６】
また、ＰＩＤ処理部３１１におけるサージングゲインは、サージングゲイン調整部３０５によって調整される。すなわち、サージングゲイン調整部３０５は、以下に示すファジー・サージングゲイン調整ルールに従って上記ＰＩＤ処理部３１１のゲインを調整する。
【００１７】
（サージング制御ゲイン調整ルール）
上記実相対距離Δｘが所定距離（例えば１００ｍ）よりも大きい場合には、サージング制御が不要であるので、ＰＩＤ処理部３１１のゲインを０にする。また、上記実相対距離Δｘが上記所定距離以下の場合には、サージング制御を実行するためにＰＩＤ処理部３１１のゲインを標準ゲインまで上昇させる。
○入力変数：  Δｘ    実相対距離
○出力変数：  Xgain    制御ゲイン係数
○if-then  ルール
▲１▼  If(Δx is far)then(Xgain is zero)
▲２▼  If(Δｘ is near)then(Xgain is normal)
【００１８】
一方、推力中心値設定部３０４は、上記各スラスタ１１Ｌ，１１Ｒの推力の中心値を以下に示すファジー・ヨーイング制御推力中心値調整ルールに従って設定する。
（ヨーイング制御推力中心値調整ルール）
上記実相対距離Δｘが所定距離（例えば１００ｍ）よりも大きい場合には、ヨーイング制御が不要であるので、推力中心値を０にする。また、上記実相対距離Δｘが上記所定距離以下でかつ所定の接近距離（例えば４０ｍ）以上の場合には、推力中心値を所定の最大値の５０％の値（標準値）まで上昇させ、上記実相対距離Δｘが上記所定の接近距離（例えば４０ｍ）よりも小さい場合には、シャトルタンカー２０とプラットフォーム１０の干渉を回避するため推力中心値を上記最大値まで上昇させる。
○入力変数：  Δｘ    実相対距離
○出力変数：  balance  推力中心値
○if-then  ルール
▲１▼  If(Δx is far )then(balance is zero)
▲２▼  If(Δｘ is near)then(balance is normal)
▲３▼  If(Δｘ is very near)then(balance is big)
【００１９】
ヨーイングゲイン調整部３０３およびサージングゲイン調整部３０５は、実相対角度Δψに基づくゲイン調整も実行する。すなわち、ヨーイングゲイン調整部３０３は、実相対角度Δψが大きい場合に、より速やかなヨーイング制御が実行されるようにＰＩＤ処理部３０２のゲインを上昇させる。また、サージングゲイン調整部３０５は、実相対角度Δψが大きい場合に、より緩やかなサージング制御が実行されるようにＰＩＤ処理部３０５のゲインを減少させる。
なお、上記実相対角度Δψに基づくゲイン調整は、上記ヨーイング制御ゲイン調整ルールやサージング制御ゲイン調整ルールに準じたルールに基づいて実施することができる。
【００２０】
ところで、スラスタ１１Ｌ，１１Ｒの駆動によってプラットフォーム１０をヨーイングさせた場合、該プラットフォーム１０がｘ軸方向にも変位（シャトルタンカー２０に近づく方向の変位）する。図３に示すｘ軸成分検出部３１６は、スラスタ１１Ｌの駆動に伴うｘ軸変位成分を加算部３０７より出力される推力信号に基づいて検出し、また、ｘ軸成分検出部３１７は、スラスタ１１Ｒの駆動に伴うｘ軸変位成分を加算部３０９より出力される推力信号に基づいて検出するものである。
【００２１】
上記ｘ軸成分検出部３１６，３１７で検出されるｘ軸成分は、加算部３１７で加算された後、前記減算部３１２に入力される。これにより、上記ｘ軸成分が大きいほど、スラスタ２１の推力が減少され、その結果、該ｘ軸成分が大きい場合でもプラットフォーム１０とシャトルタンカー２０の干渉を回避することができる。
【００２２】
上記実施形態に係る二浮体相対位置保持装置によれば、プラットフォーム１０とシャトルタンカー２０の相対位置（相対距離および相対角度）を一定に維持することができるので、プラットフォーム１０に対するシャトルタンカー２０の係船作業やプラットフォーム１０からの原油積出し作業等の容易化を図ることができる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、前記加算部３０７、３０９から出力される推力信号に基づいてスラスタ１１Ｌ，１１Ｒの駆動力のみを制御しているが、これらのスラスタ１１Ｌ，１１Ｒの推力差はそれらの首振り角によっても発生させることができるので、上記各角推力信号に基づいてスラスタ１１Ｌ，１１Ｒの駆動力と首振り角の双方を制御することも可能である。
【００２４】
また、上記実施形態では、ワイヤ１２によってプラットフォーム１０を係留しているが、プラットフォーム１０を係留しない状態で上記相対位置を一定に保持することも可能である。
その場合、図４に示すように、プラットフォーム１０の船首側にも１〜２の一対のスラスタ１１を設け、該プラットフォーム１０の位置が所定の目標位置に一致するように、また、プラットフォーム１０とシャトルタンカー２０の相対角が目標相対角に一致するように船尾および船首の各スラスタ１１を制御することになる。もちろん、このような制御は、図３に示した制御装置３０の構成に準じた構成の制御装置によって実現することができる。
【００２５】
更に、上記実施形態では、シャトルタンカー２０をプラットフォーム１の船尾側に位置決めしているが、シャトルタンカー２０をプラットフォーム１の側方に並行させて位置決めすることも可能である。
この場合には、シャトルタンカー２０の船尾側にもスラスタを設け、この船尾側のスラスタ船首側のスラスタ２１の双方を横方向に向けて図３に示す駆動部３１３の出力で同期運転すれば良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、浮遊式プラットフォームとシャトルタンカー等の船舶との相対位置（相対距離および相対角度）を一定に維持することができるので、上記浮遊式プラットフォームに対するシャトルタンカー等の係船作業やプラットフォームからの洋上積出作業（例えば、原油積出し作業等）の容易化および効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラットフォームに対するシャトルタンカーの位置決め態様の一例を示す概念図。
【図２】スラスタの構成の一例を示す縦断面図。
【図３】本発明に係る二浮体相対位置保持装置の実施形態を示すブロック図。
【図４】船首側にもスラスタを設けたプラットフォームを示す概念図。
【符号の説明】
１０  プラットフォーム
１１Ｌ，１１Ｒ，２１  スラスタ
３００  相対角・距離検出部
３０２，３１１  ＰＩＤ処理部
３０３  ヨーイングゲイン調整部
３０４  推力中心値設定部
３０５  サージングゲイン調整部
３０８，３１０，３１３  駆動部
【図１】
0004633919.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004633919.tif 000004
【図４】
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