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해상 크레인의 상하동요 보상 시스템의 능동제어
A Heave Compensation System for Offshore Crane 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.20 no.3 = no.78, 2016년, pp.175 - 181  

성형석 (한국해양과학기술원-한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 해양과학기술융합학과) ,  최형식 (한국해양대학교 기계공학과) ,  정성훈 (한국해양대학교 산업기술연구소) ,  이상기 ((주)테크플라워 기술연구소)

초록
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이 논문에서는 해상에서의 환경 하중과 외력을 고려한 해상 크레인의 상하 동요 보상 시스템에 대해 연구한 내용을 소개한다. 이를 위해 강체라 가정된 해상 크레인과 유압 구동식 윈치, 탄성력을 갖는 로프, 그리고 로프 끝단의 중량물로 구성된 동역학 모델을 먼저 살펴본다. 중량물의 상하 동요 움직임을 보상하기 위해, PD 제어를 적용했다. PD 제어 결과 진동폭이 줄어듬을 확인할 수 있다. 또한, 해상에서의 외란을 예측하여 시간 지연 값을 갖는 예측값을 활용한 제어 알고리즘을 적용해, 상하동요 폭이 줄어듬을 확인할 수 있다. 결과적으로, 0.1초의 시간 지연값 만을 갖고 있어도 상하동요 보상시스템에서 충분히 제어 알고리즘으로써 활용할 수 있음을 볼 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper introduces a heave compensation system for offshore crane when it gets unexpected disturbances and external force. The dynamic model consists of crane assumed to be the rigid body, hydraulic driven winch, elastic rope and payload. To keep the payload from moving up and down, PD control al...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 수직 방향 자세 제어 중, 해상 크레인이 유압 구동식 윈치를 이용해 중량물을 바다 속에 내린 경우, 중량물의 위치를 유지하는 제어 방법에 대한 연구를 수행하였다. 관련 연구 현황을 먼저 살펴본 뒤, 상기의 시스템에 대한 동역학 모델을 구성한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
심해용 해양플랜트의 설치 추세는 어떻게 변해가고 있는가? 심해 유전개발을 위한 심해용 해양플랜트의 수요 증가에 따라 설치수심의 심해화, 설치대상물의 대형화 및 중량화 추세로 접어들었다. 또, 설치물에 대한 유지ᐧ보수 및 수중 탐색 등의 해저 작업에 대한 수요 역시 연근해에서 이제는 수심 3000 m 급심해로 그 범위가 확장되었다.
능동형 상하 동요 보상 시스템이란 무엇인가? 바다에서의 중량물 위치 제어 문제에서 핵심은 악조건의 해상에서 선박이 받는 여러 외란들로부터 온다는 연구 결과 발표 이후, 이를 해결하기 위해 수동형 수직 운동 저감 시스템 (PHC;passive heave compensation)과 능동형 수직 운동 저감 시스템 (AHC; active heave compensation)이 제시되었다. 능동형 상하 동요 보상 시스템은 기계적인 되먹임을 이용해 선박의 진동 폭을 조절하는 것이었다[2].
해상 크레인의 자세 제어는 어떤 것을 말하는가? 이에 따라 이러한 작업에서 운용 되는 해상 크레인의 자세 제어가 중요한 문제로 떠오르고 있다. 해양파, 조류, 바람 등의 다양한 환경하중이 존재하는 해상에서 크레인을 운용할 때, 크레인 끝단의 운동, 즉 중량물의 위치 제어가 바로 그 문제에 해당한다. 이러한 자세 제어에는 수평 방향 자세 제어와 수직 방향 자세 제어 두 가지가 있다.
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참고문헌 (12)

  1. J. K. Woodacre, R. J. Bauer, and R. A. Irani, "A review of vertical motion heave compensation system," Ocean Engineering, Vol. 104, No. 1, pp.140-154, Aug. 2015. 

  2. A. Southerland, "Mechanical systems for ocean engineering," Naval Engineers Journal, Vol. 82, No. 5 pp.63-74, Oct. 1970. 

  3. N. R. Barber, United States Patent(1982, September). Control means for motion compensation devices. [Internet]. Available: http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2PTO1&Sect2HITOFF&p1&u/netahtml/PTO/search-bool.html&r1&fG&l50&dPALL&RefSrchyes&QueryPN/4349179. 

  4. R. Hutchins, United States Patent(1978, May). Heave compensation system. [Internet]. Available: http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2PTO1&Sect2HITOFF&p1&u/netahtml/PTO/search-bool.html&r1&fG&l50&dPALL&RefSrchyes&QueryPN/4091356. 

  5. F. El-Hawary, "Compensation for source heave by use of a Kalman filter," IEEE Journal of Oceanic Engineering, Vol. 7, No. 2 pp.89-96, April. 1982. 

  6. A. B. Jones, and T. D. Cherbonnier, United States Patent(1990, October). Active reference system. [Internet]. Available: http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2PTO1&Sect2HITOFF&p1&u/netahtml/PTO/search-bool.html&r1&fG&l50&dPALL&RefSrchyes&QueryPN/4962817. 

  7. L. R. Robichaux, and J. T. Hatleskog, United States Patnet(1993, May). Semi-active heave compensation system for marine vessels. [Internet]. Available : http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2PTO1&Sect2HITOFF&p1&u/netahtml/PTO/search-bool.html&r1&fG&l50&dPALL&RefSrchyes&QueryPN/5209302. 

  8. U. A. Korde, "Active heave compensation on drill-ships in irregular waves," Ocean Engineering, Vol. 25, No. 7, pp. 541-561, 1988. 

  9. K. D. Do, and J. Pan, "Nonlinear control of an active heave compensation system," Ocean Engineering, Vol. 35, No. 5-6, pp. 558-571, April. 2008. 

  10. A. Kyllingstad, United States Patent(2012, September). Method and apparatus for active heave compensation. [Internet]. Available: http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2PTO1&Sect2HITOFF&p1&u/netahtml/PTO/search-bool.html&r1&fG&l50&dPALL&RefSrchyes&QueryPN/8265811. 

  11. S. Kuchler, T. Mahl, J. Neupert, K. Schneider, and O. Sawodny, "Active control for an offshore crane using prediction of the vessels motion," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 16, No. 2, pp. 297-309, Apr. 2011. 

  12. M. Richer, E. Arnold, K. Schneider, J. K. Eberharter and O. Sawodny, "Model predictive trajectory planning with fallback-strategy for an active heave compensation system," in 2014 American Control Conference, Oregon: OR, pp. 1919-1924, Jun. 2014. 

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