(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋構造物上の支持装置に、第１の能動制御力発生装置と第２の能動制御力発生装置とを接続させて備え、且つ上記支持装置に長尺物を吊下げ支持させ、上記海洋構造物が変位して長尺物との相対変位が生じたときに、その相対変位を検出して該相対変位に比例した制御力を上記第１の能動制御力発生装置により上記支持装置に発生させるようにすると共に、上記相対変位と、該相対変位から求めた相対速度と、及び、上記海洋構造物が変位したときに検出された加速度から求めた上下動速度と、該上下動速度から求めた上下動変位とを、各々ゲインで位相ずれの補正をした後に信号加算器にて加算して、該信号加算器で上記第２の能動制御力発生装置の制御力を決定させるようにし、該第２の能動制御力発生装置による制御力と上記第１の能動制御力発生装置による制御力とを足し合わせて支持反力として上記支持装置に与え、長尺物の吊下げ張力を制御させるようにすることを特徴とする海洋構造物からの長尺物吊下げ張力制御方法。
【請求項２】
支持装置に吊下げ支持させる長尺物を、該支持装置に備えた第１の能動制御力発生装置により繰出し量が調整されるようにしたロープ、チェーンの如き吊索状物で吊下げ支持させるようにし、海洋構造物が変位したときの該海洋構造物と長尺物との相対変位を、上記吊索状物の繰出し量として検出するようにする請求項１記載の海洋構造物からの長尺物吊下げ張力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は海洋構造物から長尺物を吊下げ支持しているとき波浪等で海洋構造物と長尺物との間に上下方向の相対変位が生じたときに長尺物に海洋構造物の動揺が伝わらないように能動的に吊下げ張力を制御させる張力制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、深海底を掘削するための長大な掘削パイプの如き重量の大なる長尺物を海洋構造物から鉛直状態に吊下げる場合は、図３に示す如く、海洋構造物ａ上に設置された支持機構ｂに、長尺物ｃの上端を単に接続して吊下げる方法が採用されている。
【０００３】
しかし、上記従来の吊下げ方式では、波浪等で海洋構造物ａが上下方向に動揺するとき、海洋構造物ａと長尺物ｃとの間に相対的な慣性力が生じ、このとき、吊下げられた長尺物ｃの上端が強制的に上下させられることになり、長尺物ｃの質量が大きいと、大きな慣性力が発生するため、長尺物ｃの上端の接続部ｄに大きな荷重がかかり、長尺物ｃや接続部ｄの破損につながるおそれがある。
【０００４】
そのため、上記支持機構ｂに機械的ばね機構を備え、波浪等で海洋構造物ａが上下方向へ変位するときの該海洋構造物ａの上下変位を、支持機構ｂの機械的ばね機構で吸収させるようにすることが考えられている。
【０００５】
しかしながら、長尺物ｃの構造物が長大になると、従来の機械的ばね機構のみでは機構の共振の可能性があると共に、減衰の調整が困難であるため、吊下げ部にかかる荷重が大きくなる、という問題がある。
【０００６】
かかる問題を解決するために、図４及び図５に示す如く、海洋構造物１上に機械的ばね機構を兼ねる能動制御力発生装置４を備えた支持装置２を設け、該支持装置２に備えた該能動制御力発生装置４により繰出し量が調整されるようにしてあるロープ、チェーンの如き吊索状物１０を長尺物３の上端に結着して長尺物３を吊下げ支持させ、且つ上記支持装置２に、能動制御力発生装置５を接続させ、長尺物３の上下方向の変位量を直接計測することができないことから、海洋構造物１と長尺物３との相対変位を求めることにより長尺物３の実際の変位を求めるようにするために、上記海洋構造物１と長尺物３との相対変位時にこの相対変位に比例する力を、能動制御力発生装置４により支持装置２に発生させるようにすると共に、海洋構造物１の加速度を積分器６で積分して海洋構造物１の上下動速度Ｚs1を求めるようにし、一方、吊索状物１０の繰出し量（海洋構造物１と長尺物３の相対変位量Ｚ−Ｚs ）を繰出し量センサー７で検出し、該相対変位量Ｚ−Ｚs を微分器８で微分して相対速度Ｚ1 −Ｚs1とし、該相対速度Ｚ1 −Ｚs1と上記海洋構造物１の上下動速度ＺS1とを加算して長尺物３の上下動速度Ｚ1 を求めるようにし、該長尺物３の上下動速度Ｚ1 に比例した力を上記能動制御力発生装置５で発生させるようにして、この力と上記能動制御力発生装置４による力とを足し合わせた支持反力として支持装置２に与え、長尺物の吊下げ張力を制御させるようにするものが、本特許出願人により出願されている（特願平４−３５８００８号）。なお、明細書中、「速度」とは特に説明を加えない限り「絶対速度」を意味し、「変位」とは「絶対変位」を意味している。
【０００７】
この方法によれば、海洋構造物１と長尺物３との相対的な上下変位時の張力を低減させることができ、図３による場合の問題点を解消させることができて有効である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記出願されているものは、海洋構造物１の上下動速度Ｚs1と、海洋構造物１と長尺物３の相対速度Ｚ1 −Ｚs1とを加算して長尺物３の上下動速度Ｚ1 を求めて能動制御力発生装置５に能動制御力を発生させるようにするものであるため、上記上下動速度、相対速度の位相に誤差が生じている場合には、長尺物３の上下動速度Ｚ1 を正しく求めることができない。すなわち、海洋構造物１の上下動速度Ｚs1は海洋構造物１の加速度を積分したものであり、又、上記相対速度Ｚ1 −Ｚs1は相対変位量Ｚ−Ｚs を微分したものであるため、これらの信号には位相の誤差が存在する。
【０００９】
制御が正確に行われれば、長尺物３は水中に止っているので、上記海洋構造物１の加速度を積分して速度を求めるときの位相と、相対変位量を微分して相対速度を求めるときの位相は、１８０度ずれることが理想的であり、又、海洋構造物１の上下動速度を積分して上下動変位を求めるときの位相と相対変位の位相も１８０度ずれていることが理想的であるが、積分するときや微分するときの位相遅れや位相進み等には誤差（数度〜数十度）が生じる。
【００１０】
現在までは、上記海洋構造物１の上下動速度Ｚs1と海洋構造物・長尺物の相対速度Ｚ1 −Ｚs1の各位相、海洋構造物１の上下動変位Ｚs と海洋構造物・長尺物の相対変位量Ｚ−Ｚs の各位相が各々理想的な１８０度のずれとは異なるずれを生じているため、これら加算した信号である長尺物３の絶対量（上下動速度Ｚ1 、上下動変位Ｚ）は、タイミングのずれたものとなり、計測精度上問題があった。
【００１１】
図６（イ）は海洋構造物１の上下動速度Ｚs1と海洋構造物・長尺物の相対速度Ｚ1 −Ｚs1の加算前の位相であり、（ロ）は加算して求められた長尺物の上下動速度Ｚ1 を示すものである。又、図７（イ）は海洋構造物の変位量Ｚs と海洋構造物・長尺物の相対変位量Ｚ−Ｚs の加算前の位相であり、（ロ）は加算して求められた長尺物の上下動変位Ｚを示すものである。
【００１２】
このように、長尺物３の絶対量（Ｚ1 、Ｚ）は、海洋構造物１の絶対量（Ｚs1、Ｚs ）と相対量（Ｚ1 −Ｚs1、Ｚ−Ｚs ）の加算によって求めているが、Ｚs1は加速度を積分し、Ｚs はＺs1を積分したものであり、又、Ｚ1 はＺを微分したものであるため、これらの信号には位相ずれの誤差（９０度の位相ずれがあるのが理想的であるが、９０度にならずに誤差が生じる）が存在する。上記Ｚs1とＺ1 、Ｚs とＺは、理想的には互に位相が逆であり振幅も同程度であるため、Ｚ1 、Ｚは非常に小さな値となり、加算前の信号の位相に大きく依存する。したがって、上記Ｚs1、Ｚ1 −Ｚs1、Ｚs 、Ｚ−Ｚs の位相ずれ誤差が僅かであっても長尺物の絶対量（上下動速度Ｚ1 、上下動変位Ｚ）は図６（ロ）、図７（ロ）に示すようになり、タイミングがずれたものとなる。
【００１３】
このような位相ずれの誤差があった場合に、その誤差を修正しないまま加算した後は、位相ずれを修正することが難しい。小さい位相ずれ量でも無視できず、位相のずれ方によっては信号の正・負が逆になるおそれがあり、海洋構造物が上方へ変位するとき、吊索状物１０をタイミングよく繰り出して長尺物が動かないようにしたいにも拘らず、逆に吊索状物１０を引き上げたり、多目に繰り出したりすることになるという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、海洋構造物の上下動速度の位相と海洋構造物・長尺物の相対速度の位相とか、海洋構造物の上下動変位の位相と海洋構造物・長尺物の相対変位の位相とかを加算する前に位相のずれ量の誤差を修正して理想的な位相ずれに近付けるようにし、信頼できるものにしようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、海洋構造物上の支持装置に、第１の能動制御力発生装置と第２の能動制御力発生装置とを接続させて備え、且つ上記支持装置に長尺物を吊下げ支持させ、上記海洋構造物が変位して長尺物との相対変位が生じたときに、その相対変位を検出して該相対変位に比例した制御力を上記第１の能動制御力発生装置により上記支持装置に発生させるようにすると共に、上記相対変位と、該相対変位から求めた相対速度と、及び、上記海洋構造物が変位したときに検出された加速度から求めた上下動速度と、該上下動速度から求めた上下動変位とを、各々ゲインで位相ずれの補正をした後に信号加算器にて加算して、該信号加算器で上記第２の能動制御力発生装置の制御力を決定させるようにし、該第２の能動制御力発生装置による制御力と上記第１の能動制御力発生装置による制御力とを足し合わせて支持反力として上記支持装置に与え、長尺物の吊下げ張力を制御させるようにする方法とする。
【００１６】
海洋構造物の上下動加速度を積分して求めた上下動速度の位相、上下動速度を積分器で積分して求めた上下動変位の位相、海洋構造物の変位と長尺物の変位の相対変位を微分して求めた相対速度の位相を、補正ゲインにより補正するので、理想の位相ずれに近付けるようにすることができ、更に、補正してから加算して能動制御力発生装置の制御力を決めるようにするので、長尺物の絶対量の位相を誤差のないようにできて、長尺物を正しく制御することができることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の方法を実施するブロックダイヤグラムを示すもので、長尺物３の実際の上下動変位量が直接計測できないことから、海洋構造物１と長尺物３の相対変位量を求めることによって長尺物３の実際の変位を求めて制御し、長尺物３が水中で止っているようにするために、海洋構造物１が上下に変位（変位量Ｚs ）したときの長尺物３の変位量をＺとしたときに海洋構造物１の変位に伴う該海洋構造物１と長尺物３との相対変位Ｚ−Ｚs を、吊索状物１０のロープ繰出し量として繰出し量センサー７にて検出するようにし、この相対変位Ｚ−Ｚs に比例した制御力が第１の能動制御力発生装置４にて発生させるようにし、更に、上記相対変位Ｚ−Ｚs を微分器８で微分して相対速度Ｚ1 −Ｚs1とし、又、海洋構造物１の加速度を加速度計で求め、求めた加速度を積分器６で積分して海洋構造物１の上下動速度Ｚs1を求めるようにした構成のほかに、積分器１２を設けて、海洋構造物１の上下動速度Ｚs1を積分して上下動変位Ｚs とするようにし、且つ上記海洋構造物１の上下動速度Ｚs1の位相ずれを修正するゲイン１３と、積分器１２で積分されて得られた海洋構造物１の上下動変位Ｚs の位相ずれを修正するゲイン１４と、微分器８で相対変位Ｚ−Ｚs を微分して得られた相対速度Ｚ1 −Ｚs1の位相ずれを修正するゲイン１５と、上記相対変位Ｚ−Ｚs の位相ずれを修正するゲイン１６とを設け、更に、各ゲイン１３，１４，１５，１６で修正された値を加算する信号加算部１７を設け、該信号加算部１７で海洋構造物１の絶対量（上下動速度Ｚs1、上下動変位Ｚs ）、相対量（相対速度Ｚ1 −Ｚs1、相対変位Ｚ−Ｚs ）のみで第２の能動制御力発生装置５での能動制御力を決定させるようにし、該能動制御力発生装置５による制御力と上記能動制御力発生装置４による制御力とを足し合わせて支持反力として支持装置２に与えるようにする。
【００１９】
本発明の制御方法は、上述したように、海洋構造物１の絶対量（上下動速度Ｚs1、上下動変位Ｚs ）と相対量（相対速度Ｚ1 −Ｚs1、相対変位Ｚ−Ｚs ）で能動制御力発生装置５の制御力を決定するもので、制御力Ｆは、
Ｆ＝Ｋ1 （Ｚ1 −Ｚs1）＋Ｋ2 （Ｚ−Ｚs ）＋Ｋ3 Ｚs1＋Ｋ4 Ｚs 
となる。Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 は比例ゲインである。
【００２０】
上記海洋構造物１の上下動速度Ｚs1、上下動変位Ｚs を積分して求めるときの位相ずれや、相対変位Ｚ−Ｚs を微分して相対速度を求めるときの位相ずれが、理想又はこれに近いものであればこれらを加算した値は精度上問題のないものであるが、上記積分するとき、微分するときの位相進み、位相遅れ等に誤差が生じてしまい、その誤差量はわかり且つ加算前は修正ができるので、上記各比例ゲインを調整して位相ずれの誤差を補正し、理想的な位相ずれに近付けるようにする。この場合の制御式は、
Ｆ＝Ｋ1 ′（Ｚ1 −Ｚs1）＋Ｋ2 ′（Ｚ−Ｚs ）＋Ｋ3 ′Ｚs1＋Ｋ4 ′Ｚs 
である。Ｋ1 ′、Ｋ2 ′、Ｋ3 ′、Ｋ4 ′は補正ゲインである。
【００２１】
このようにゲインを調整して位相ずれを補正すると、信号加算部１７で加算される前に、海洋構造物１の上下動速度Ｚs1、上下動変位Ｚs 、相対速度Ｚ1 −Ｚs1、相対変位Ｚ−Ｚs の各位相が修正され、修正された値が加算されて能動制御力発生装置５の制御力が決定されるので、上記Ｚs1とＺ1 −Ｚs1、Ｚs とＺ−Ｚs は位相ずれ誤差のないものとなり、該能動制御力発生装置５からの力と能動制御力発生装置４による力とを足し合わせた支持反力として支持装置２に与えることにより、長尺物の速度Ｚ1 、変位Ｚはタイミングのずれがなく、海洋構造物１が上下変位しても長尺物３は動かないように張力制御をすることができることになる。一例として、図７に示した海洋構造物の上下動変位Ｚs と相対変位Ｚ−Ｚs から求める長尺物３の上下動変位Ｚの位相について補正前と補正後の実験結果を示すと、図２のとおりであった。補正前の長尺物３の上下動変位Ｚの位相は、図２（イ）に▽印で示す如くプラス側、マイナス側に大きくずれる値を示していた。このときの位相ずれ量はわかるので、補正ゲインＫ2 ′により相対変位Ｚ−Ｚs を、又、補正ゲインＫ4 ′により海洋構造物１の上下動変位Ｚs をそれぞれ補正した結果、支持装置２から長尺物に与えられる上下動変位Ｚの位相は、図２（ロ）に▽印で示すように修正された値となり、位相が理想に近付けられていることが確認された。
【００２２】
なお、本発明は上記実施の形態に示したものに限定されるものではなく、たとえば、支持装置２に備えた能動制御力発生装置４により繰出し量が調整されるロープの如き吊索状物１０で長尺物３を吊下げ支持させる代りに、支持装置２に長尺物を吊下げ支持させてもよく、又、吊索状物１０に代えてアクチュエータ（シリンダ）で長尺物３を吊下げ支持させてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の制御方法によれば、海洋構造物上の支持装置に、第１の能動制御力発生装置と第２の能動制御力発生装置とを接続させて備え、且つ上記支持装置に長尺物を吊下げ支持させ、上記海洋構造物が変位して長尺物との相対変位が生じたときに、その相対変位を検出して該相対変位に比例した制御力を上記第１の能動制御力発生装置により上記支持装置に発生させるようにすると共に、上記相対変位と、該相対変位から求めた相対速度と、及び、上記海洋構造物が変位したときに検出された加速度から求めた上下動速度と、該上下動速度から求めた上下動変位とを、各々ゲインで位相ずれの補正をした後に信号加算器にて加算して、該信号加算器で上記第２の能動制御力発生装置の制御力を決定させるようにし、該第２の能動制御力発生装置による制御力と上記第１の能動制御力発生装置による制御力とを足し合わせて支持反力として上記支持装置に与え、長尺物の吊下げ張力を制御させるようにしてあるので、積分するときの位相ずれや微分するときの位相ずれを、加算する前に補正して、理想的な位相ずれに近付けるようにしてから加算させることから、得られる長尺物の変位、速度をほぼ直線に近い位相に修正した張力制御とすることができ、海洋構造物と長尺物との相対的な上下変位時の張力をより低減させることができる、という優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するブロックダイヤグラムである。
【図２】長尺物の上下動変位の位相を示すもので、（イ）は補正前の実験値を示す図、（ロ）は本発明により補正した後の実験値を示す図である。
【図３】従来の長尺物支持状態を示す概略図である。
【図４】海洋構造物から吊下げた長尺物の吊下げ張力を制御する装置の概要図である。
【図５】最近出願された長尺物吊下げ張力制御方法の実施例を示すブロックダイヤグラムである。
【図６】海洋構造物の上下動速度と相対速度とを加算して長尺物の速度を求めた結果を示すもので、（イ）は加算前の海洋構造物の上下動速度と相対速度の位相を示す図、（ロ）は加算して求めた長尺物の速度の位相を示す図である。
【図７】海洋構造物の上下動変位と相対変位を加算して長尺物の変位を求めた結果を示すもので、（イ）は加算前の海洋構造物の上下動変位と相対変位の位相を示す図、（ロ）は加算して求めた長尺物の変位の位相を示す図である。
【符号の説明】
１  海洋構造物
２  支持装置
３  長尺物
４  第１の能動制御力発生装置
５  第２の能動制御力発生装置
６  積分器
７  繰出し量センサー
８  微分器
１０  吊索状物
１２  積分器
１３，１４，１５，１６  ゲイン
１７  信号加算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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