JP2001219899A

JP2001219899A - 推力発生器の制御方法および制御装置

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Publication number: JP2001219899A
Application number: JP2000029854A
Authority: JP
Inventors: Unso Rin; 雲聰林; Toshiro Saeki; 敏朗佐伯; Hiroyuki Enchiyou; 浩之円丁
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2001-08-14
Anticipated expiration: 2020-02-08
Also published as: JP4570192B2

Abstract

(57)【要約】【課題】推力発生器の定格推力の制限下で、かつ角度禁
止処理の影響下で消費エネルギを最小にし得る推力配分
を行う推力発生器の制御方法を提供する。【解決手段】与えられた全推力Ｘ，Ｙおよび全モーメン
トＮの値に基づき、各スラスタにて出力すべき推力を評
価関数の値が最小となるように最適配分処理を行い（ス
テップ２）、得られた最適推力に基づく各スラスタ推力
発生器の方位角が禁止角度範囲内にある場合には、禁止
角度範囲外に設定する角度禁止処理を行った後さらに最
適配分を行い（ステップ４）、この結果、最適推力が定
格推力を越えているスラスタが存在する場合には、コス
トパラメータを増加させて再度最適推力を求め、コスト
パラメータの変更が許容値を超えた場合には、評価関数
が減少するように、上記Ｘ，ＹおよびＮの値を変更する
推力制限処理（ステップ６）を、最適出力が定格推力を
越えているスラスタが存在しなくなるまで繰り返し行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲーブル施設船、
掃海艇、オイルリグ等の船舶・海洋構造物における推力
発生器の制御方法およびその制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ケーブル施設船、掃海艇、オイ
ルリグ等の船舶・海洋構造物（以下、単に、船舶とい
う）では、作業上の要請から、潮流、風、波等の外乱に
対して海面上で一定の位置、方位または航路を保持する
必要がある。

【０００３】これらの船位保持制御、航路保持制御等に
おいては、船体の運動を制御する動的位置制御システム
［ＤＰＳ（ＤｙｎａｍｉｃＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）］により船底に取り付けられた複数のプ
ロペラ、舵、スラスタ等の推力発生器（以下、単に、ス
ラスタという）に対し、推力が制御されている。

【０００４】上記動的位置制御システムにおいては、位
置、方位、航路保持に必要な船舶全体の推力およびモー
メントの指令値を受けて、船舶の消費燃料、スラスタの
配置等による制約の下で、如何に各スラスタに対し推力
を配分するかが重要な技術的事項である。

【０００５】まず、船舶運航上の経済的理由から、当
然、その燃料消費は可能な限り少ないことが望ましいこ
とから、上記動的位置制御システムにおいては、制御に
必要な船舶全体の推力およびモーメントを発生させ、か
つ船舶の消費エネルギを最小にするような効率的な各ス
ラスタへの推力配分を決定する必要がある。

【０００６】従来の方法としては、船舶の消費エネルギ
を評価関数として設定し、これを最小化する解を求める
ことにより各スラスタへの推力配分を決定する方法が存
在し、例えば特許第２７４９８３３号公報に開示された
ものがある。この公報に開示されている制御推力配分装
置は、スラスタの推力成分を評価関数を用いて求める際
に、ラグランジェ未定乗数法を用いるものである。

【０００７】また、あるスラスタの下流に他のスラスタ
が存在する場合に、この他のスラスタから出る推力が大
きく低下することから、さらに水中の計測用音響機器は
一般的に船底の前部あるいは船腹に設置するために、ス
ラスタの水流が音響機器の計測に悪影響を及ぼすことか
ら、上記動的位置制御システムにおいては、何らかの回
避策が必要とされる。

【０００８】この回避策としては、スラスタ同士の干渉
を考慮して設定された禁止角度範囲外へ各スラスタの角
度を変更する方法は、従来から行われており、例えば特
公平６−３３０８０号公報に開示されたものがある。

【０００９】この特公平６−３３０８０号公報に開示さ
れた首振り式スラスタ付き船舶においては、船体移動方
向設定系からの移動方向信号に基づいて各スラスタの後
流中にスラスタの存在する首振り角範囲を設定禁止区域
として設定しうる禁止区域設定系を具備したものであ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御推力配分装置においては、以下の問題があった。ま
ず、各スラスタへの推力配分を決定する場合に、個々の
スラスタの定格推力による制限により、船舶全体の推
力、モーメントの指令値に対応した推力配分が不可能な
場合の取り扱いが問題であった。この取り扱いにおいて
は、如何にして、船舶に与える影響を小さくした処理を
行うかが技術的課題であった。

【００１１】また、推力配分処理に加えて上述したよう
な角度禁止処理を行う場合には、角度禁止処理による各
スラスタの推力変化が与える推力配分処理結果への影響
が問題であった。

【００１２】例えば、船舶の消費エネルギを最小化する
推力配分処理後に、上述したような角度禁止処理を行っ
た結果は、消費エネルギを最小化する推力配分とはなら
ない。つまり、単に禁止角度範囲内のスラスタを個々に
禁止角度範囲外に変更するような角度禁止処理を、推力
配分処理後に行うのでは、禁止角度範囲内の全てのスラ
スタについて処理をした結果は、相当に当初の推力配分
結果から変更されるおそれがある。

【００１３】しかしながら、全てのスラスタの禁止角度
範囲を拘束条件として評価関数を最小化する推力配分を
厳密に行うことは、スラスタ数が多くなると計算量が膨
大となるため、非現実的な処理である。したがって、如
何にして、消費エネルギを最小化する推力配分結果から
の変化を少なくして現実的な角度禁止処理を行うかが技
術的課題であった。

【００１４】そこで、本発明は、各スラスタすなわち推
力発生器の定格推力による制限に対応した推力配分を可
能とし、船舶の制御に与える影響が極めて少ない推力制
限手段を有する推力発生器の制御方法およびその制御装
置を提供するものであり、さらに船舶の消費エネルギを
最小化する推力配分処理結果に対する変動が少ない現実
的な角度禁止処理を行う推力発生器の制御方法およびそ
の制御装置を提供するものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の推力発生器の制御方法は、複数個の
推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定する
とともに、これらの測定値に基づき航走体を、所定位置
若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要
な全推力と全モーメントを演算し、これら求められた全
推力および全モーメントの値に基づき、各推力発生器に
て出力すべき推力を推力配分演算により求めるようにし
た推力発生器の制御方法であって、上記推力配分演算
は、下記式に示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生
器の推力ｕを求め、Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力
配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列
である）上記求められた推力において、定格推力を越えている推
力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応す
る重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求め、
かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推
力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定
格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記
与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数
Ｊの最小値が減少するように変更する方法である。

【００１６】また、本発明の第１の推力発生器の制御装
置は、複数個の推力発生器を有する航走体の位置および
方位を測定する測定部と、航走体の位置および方位を設
定する設定部と、上記測定部および設定部で得られた測
定値および設定値を入力して、航走体を所定位置若しく
は所定方位または所定航路に保持するために必要な全推
力と全モーメントを演算して出力する制御指定演算器
と、この制御指定演算器で求められた全推力と全モーメ
ントを入力して各推力発生器における推力配分を行いそ
の配分値をそれぞれの駆動部に出力する推力配分演算器
とを具備するとともに、上記推力配分演算器は、下記式
にて示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器の推力
ｕを求める推力演算部と、Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力
配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列
である）上記求められた推力において、定格推力を超えている推
力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応す
る重み行列のパラメータを増加させて再度出力を求め、
かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推
力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定
格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記
与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数
Ｊの最小値が減少するように変更する推力制限処理部と
から構成したものである。

【００１７】上記第１の制御方法および制御装置の構成
によると、評価関数を用いて推力の配分を行った結果、
定格推力を超えている推力発生器が存在している場合に
は、推力制限処理において、定格推力を超えている推力
発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再
度推力の配分を行うことにより、当該推力発生器の推力
超過分を余裕のある推力発生器へ再配分可能とし、船舶
の制御に影響を与えない処理を行うことができる。さら
に、この推力制限処理を所定の回数行っても依然として
定格推力を超えている推力発生器が存在している場合に
は、定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるま
で、全推力および全モーメントの値を変更して配分を行
うのであるが、この変更の際に、評価関数の最小値を減
少させる変更を行うことにより、船舶の消費エネルギを
減少させる推力制限処理を行うことができる。

【００１８】また、本発明の第２の推力発生器の制御方
法は、複数個の推力発生器を有する航走体の位置および
方位を測定するとともに、これらの測定値に基づき航走
体を、所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持
するために必要な全推力と全モーメントを演算し、これ
ら求められた全推力および全モーメントの値に基づき、
各推力発生器にて出力すべき推力を推力配分演算により
求めるようにした推力発生器の制御方法において、上記
推力配分演算は、下記式に示す評価関数Ｊを最小化させ
る各推力発生器での推力ｕを求め、Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力
配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列
である）次に、上記求められた推力に基づく各推力発生器の方位
角が禁止角度範囲内にある場合には、該当する推力発生
器を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を行い、次
に上記角度禁止処理により得られた推力が定格推力を越
えている推力発生器が存在する場合には、当該推力発生
器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推
力を求め、さらに上記パラメータの変更を許容値まで行
っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合
には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくな
るまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値
を、評価関数Ｊの最小値が減少するように変更する方法
である。

【００１９】また、本発明の第２の推力発生器の制御装
置は、複数個の推力発生器を有する航走体の位置および
方位を測定する測定部と、航走体の位置および方位を設
定する設定部と、上記測定部および設定部で得られた測
定値および設定値を入力して、航走体を所定位置若しく
は所定方位または所定航路に保持するために必要な全推
力と全モーメントを演算して出力する制御指定演算器
と、この制御指定演算器で求められた全推力と全モーメ
ントを入力して各推力発生器における推力配分を行いそ
の配分値をそれぞれの駆動部に出力する推力配分演算器
とを具備するとともに、上記推力配分演算器は、下記式
にて示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器の推力
ｕを求める推力演算部と、Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力
配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列
である）上記求められた推力を入力して、この推力に基づく推力
発生器の方位角が、予め求められている推力発生器の禁
止角度範囲内にある場合には、禁止角度範囲外に変更す
るための角度禁止処理部と、この角度禁止処理が行われ
た推力を入力して、この推力が、それぞれ推力発生器の
定格推力を越えている場合には、当該推力発生器に対応
する重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求
め、かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定
格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、こ
の定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、
上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価
関数Ｊの最小値が減少するように変更する推力制限処理
部とから構成したものである。

【００２０】上記第２の制御方法および制御装置の構成
によると、上記第１の制御方法および制御装置による推
力の配分後に、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位
角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を付加する
ことにより、推力発生器の推力の禁止角度範囲を考慮し
た推力配分を行う必要がある場合にも、船舶の消費エネ
ルギが少なく、かつ推力発生器の定格推力による制限に
対応した推力配分を行うことができる。

【００２１】また、本発明の第３の推力発生器の制御方
法は、上記第２の制御方法の角度禁止処理において、該
当する推力発生器の方位角を禁止角度範囲外の値に設定
するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器については
その方位角を固定した状態で、評価関数の最小値を該当
する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価関
数の最小値が最大となる場合の推力配分を選択する処理
を、全ての推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り
返す処理である。

【００２２】また、本発明の第３の推力発生器の制御装
置は、上記第２の制御装置の角度禁止処理部において、
該当する推力発生器の方位角を禁止角度範囲外の値に設
定するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器について
はその方位角を固定した状態で、評価関数の最小値を該
当する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価
関数の最小値が最大となる場合の推力配分を選択する処
理を、全ての推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰
り返すように構成したものである。

【００２３】上記第３の制御方法および制御装置の構成
によると、上記第２の制御方法および制御装置における
推力の配分後に、禁止角度範囲内にある推力発生器の方
位角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を付加す
る際に、この禁止角度範囲外の値に設定するとともに、
禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固
定した状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器
ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値が最
大となる場合の推力配分を選択する処理を、全ての推力
発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り返す処理として
いるため、推力発生器の推力の禁止角度範囲を考慮した
推力配分を行う必要がある場合にも、効率的な手順に
て、船舶の消費エネルギが少なく、かつ推力発生器の定
格推力による制限に対応した推力配分を行うことができ
る。

【００２４】また、本発明の第４の推力発生器の制御方
法は、上記第３の制御方法の角度禁止処理において、禁
止角度範囲内にある推力発生器について、禁止角度範囲
内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定す
る際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近い
境界値に設定する方法である。

【００２５】また、本発明の第４の推力発生器の制御装
置は、上記第３の制御装置の角度禁止処理部において、
禁止角度範囲内にある推力発生器について、禁止角度範
囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定
する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近
い境界値に設定するようにしたものである。

【００２６】上記第４の制御方法および制御装置の構成
によると、推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定
する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近
い境界値に設定するようにしたので、禁止角度範囲外へ
の変更に際して、変更による消費エネルギの増加を最小
にすることができる。

【００２７】また、本発明の第５の推力発生器の制御方
法は、第１〜第４の制御方法の推力制限処理において、
航走体の全横方向推力についての評価関数の最小値の微
分値が正の場合には、全横方向推力と全縦方向推力と全
モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力
についての評価関数の最小値の微分値が負の場合には、
全横方向推力の絶対値を増加させるとともに、全縦方向
推力と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横
方向推力についての評価関数の最小値の微分値がゼロの
場合で、かつ全縦方向推力がゼロ以外の場合には、全縦
方向推力と全モーメントとの絶対値を減少させ、全縦方
向推力がゼロの場合には、全モーメントの絶対値を減少
させる方法である。

【００２８】また、本発明の第５の推力発生器の制御装
置は、第１〜第４の制御装置の推力制限処理部におい
て、航走体の全横方向推力についての評価関数の最小値
の微分値が正の場合には、全横方向推力と全縦方向推力
と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横方向
推力についての評価関数最小値の微分値が負の場合に
は、全横方向推力の絶対値を増加させるとともに、全縦
方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の
全横方向推力についての評価関数の最小値の微分値がゼ
ロの場合で、かつ全縦方向推力がゼロ以外の場合には、
全縦方向推力と全モーメントとの絶対値を減少させ、全
縦方向推力がゼロの場合には、全モーメントの絶対値を
減少させるようにしたものである。

【００２９】上記第５の制御方法および制御装置の構成
によると、推力制限処理を行う際に、制御手順に優先度
を考慮するようにしたので、船舶の運動制御の犠牲を極
力抑えた推力制限処理を行うことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る推力発生器の制御装置および制御方法を、図１〜図６
に基づき説明する。

【００３１】本実施の形態においては、推力発生器とし
て、船舶（航走体の一例）の底部に取り付けられて推力
を発生させるスラスタの場合について説明する。まず、
航走体である船舶を、図１のモデル図に基づき説明す
る。

【００３２】図１に示すように、船舶１の重心Ｇを原点
として、縦方向中心線（以下、縦軸という）をｘ軸、横
方向中心線（以下、横軸という）をｙ軸とすると、船体
底部に設けられる複数個（例えば、ｎ個）のスラスタ２
の位置は、それぞれ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、
・・・・（ｘｎ，ｙｎ）にて表され、また各スラスタ２
にて出力される推力（推力成分）を、（Ｌ１，Ｔ１）、
（Ｌ２，Ｔ２）、・・・・（Ｌｎ，Ｔｎ）と表す。な
お、各スラスタ２は、任意の角度範囲で旋回自在に設け
られており、必要に応じてその旋回が禁止される範囲
（禁止角度範囲）が決められるとともに、あるものにつ
いては、旋回しないように固定されている（勿論、全て
のスラスタが旋回し得るものであってもよい）。

【００３３】そして、この船舶１には、船舶の位置、方
位、航路などを保持するために、上記各スラスタ２の推
力を最適に調節するための制御装置が具備されている。
図２に示すように、この制御装置３は、船舶１の所定位
置に配置されて現在位置および前進方向である方位を測
定する複数個の測定器１１を有する測定部１２１と、船
舶１側に設けられて船舶１が保持すべき位置、方位、航
路などを設定する設定部１３と、これらの測定部１２か
らの測定値および設定部１３からの設定値を入力すると
ともに、船舶１を、所定位置、所定方位、または所定航
路を維持（保持）するのに必要とされる全推力（Ｘ，
Ｙ）および全モーメントＮを演算（例えば、ＰＩＤ演算
により行われる）する制御指定演算器１４と、この制御
指定演算器１４で演算された全推力（Ｘ，Ｙ）および全
モーメントＮを入力して各スラスタ２が出力すべき推力
を演算する推力配分演算器１５とが具備されている。基
本的には、各スラスタ２の推力（Ｌ１，Ｔ１）、（Ｌ
２，Ｔ２）、・・・・（Ｌｎ，Ｔｎ）の合計が、全推力
（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮに等しくなる。なお、
上記推力配分演算器１５で求められた推力が、スラスタ
駆動部４に出力されて、船舶１における所定の制御が行
われる。

【００３４】ここで、上記推力配分演算器１５の概略構
成について説明する。この推力配分演算器１５は、上記
制御指定演算器１４からの全推力Ｘ，Ｙおよび全モーメ
ントＮを入力して、船舶の消費エネルギが最小となるよ
うに、各スラスタ２が出力すべき最適な推力を演算する
推力演算部２１と、この推力演算部２１で求められた推
力を入力して、この推力に基づくスラスタ２の方位角
が、予め求められているスラスタ２の禁止角度範囲内に
あるか否かをチェックするとともに、禁止角度範囲内に
ある場合には、禁止角度範囲外に変更するための角度禁
止処理部２２と、この角度禁止処理が行われた推力を入
力して、この推力が、各スラスタ２の制限推力すなわち
定格推力以下であるか否かをチェックするとともに定格
推力を越える場合には、全推力Ｘ，Ｙおよび／または全
モーメントＮの値を変更する推力制限処理部２３が具備
されている。

【００３５】次に、上記制御装置３に基づく制御方法、
特に、推力配分演算器１５にて行われる各スラスタ２へ
の推力配分処理方法について説明する。なお、ここで
は、上述した推力演算部２１、角度禁止処理部２２およ
び推力制限処理部２３での機能についても併せて説明す
る。

【００３６】まず、この処理の全体の流れを、図３のフ
ローチャートに基づき説明する。この処理では、船舶１
の制御に必要な全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮ
を求めるステップ１（制御指定演算器にて、Ｘ，Ｙ，Ｎ
が決定される）と、これらの値から各スラスタ２が出力
すべき推力を評価関数を使用して、消費エネルギが最小
となるように、最適配分を行うステップ２（推力演算部
２１にて行われる）と、このステップ２で求められた最
適な推力であっても、あるスラスタ２について、その方
位角［例えば、ｘ方向とｙ方向の推力成分（Ｌ，Ｔ）の
比により求められる］が禁止角度範囲内に入っている場
合があるため、その有無をチェックするステップ３（角
度禁止有無のチェック）と、このステップ３により、そ
の方位角が禁止角度範囲内に入っている場合には、スラ
スタ２を禁止角度範囲外に変更処理を行うステップ４
（角度禁止処理）（ステップ３およびステップ４は、角
度禁止処理部２２にて行われる）と、上記ステップ３ま
たはステップ４を通過して、全てのスラスタ２が禁止角
度範囲外になった場合に、各スラスタ２に配分された推
力がそれぞれの定格推力内に入っているか否かをチェッ
クするステップ５（推力制限チェック）と、このステッ
プ５において、定格推力を越えているスラスタ２が存在
している場合に、その推力が定格推力内となるために必
要な処理を行うステップ６（推力制限処理）（ステップ
５およびステップ６は、推力制限処理部２３にて行われ
る）とから構成されている。

【００３７】以下、上記各ステップを詳細に説明する。
まず、ステップ１では、制御指定演算器１４において、
測定部１２から入力された位置、方位などの測定値およ
び設定部１３から入力された設定位置、設定方位、設定
航路などにより、船舶１の制御に必要な全推力（Ｘ，
Ｙ）および全モーメントＮの値が決定される。

【００３８】次に、ステップ２では、推力配分演算器１
５において、上記制御指定演算器１４で求められた船舶
１に対する全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮが入
力されて、消費エネルギが最小となる各スラスタ２の最
適な推力が求められる。すなわち、推力の最適配分処理
が行われる。

【００３９】以下、この推力の最適配分処理について説
明する。全推力および全モーメントと、求めるべき各ス
ラスタ２における推力との間には、下記（１）式に示す
関係がある。

【００４０】Γ＝Ｔｕ・・・（１）ここで、Γは全推力および全モーメントの成分からなる
配列ベクトル、Ｔはスラスタ２の位置行列、ｕは全スラ
スタ２の推力成分（具体的には、ｘおよびｙ方向での推
力成分である）を要素とする推力配列ベクトルである。

【００４１】したがって、与えられたΓからｕを求める
ことにより、全スラスタ２の推力が得られることになる
が、一般に、ｕの次元はΓの次元より大きいため、解は
一意には求まらない。

【００４２】上記各ベクトル（Γ，Ｔ，ｕ）を、成分で
表すと、下記（２）〜（４）式のようになる。

【００４３】

【数１】そこで、各スラスタ２の消費エネルギを表す評価関数Ｊ
を導入し、これを最小化する条件を与えることによりｕ
を決定することができる。

【００４４】この評価関数Ｊは、下記（５）式にて表さ
れる。Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ・・・（５）なお、（５）式中、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは［ｐ
行×ｐ列］の重み行列であり、ｐはｕの次元である（ｎ
個のスラスタが全て自由に回転し得るものである場合、
ｐ＝２ｎ；ｎ個の内、ｑ個のスラスタが角度が固定され
たものである場合、ｐ＝２ｎ−ｑとなる）。推力配分の
際、各スラスタ２に、同じ重みを掛けるとすれば、Ｗは
対角成分（コストパラメータ）がすべて１となる配列
で、下記（６）式にて表される。

【００４５】

【数２】上記評価関数Ｊを最小にする解は下記（７）式に示すよ
うに、（Moor-Penrosepseudo inverse）Ｔ⁺を用いて与
えられる。

【００４６】ｕ＝Ｔ⁺Γ・・・（７）ここで、Ｔ⁺は下記（８）式で与えられる。Ｔ⁺＝Ｗ^-1Ｔ^t（ＴＷＴ^t）^-1・・・（８）上記（７）および（８）式により、消費エネルギを最小
にし得るスラスタ２の最適な推力、すなわち与えられた
全推力および全モーメントに対する最適配分を求めるこ
とができる。

【００４７】次に、スラスタにおける角度禁止処理につ
いて説明する。この角度禁止処理は、あるスラスタの下
流側に他のスラスタが存在する場合、下流側のスラスタ
から出る推力が大きく低下すること、およびスラスタの
水流が音響機器の計測に悪影響を及ぼすのを回避するた
めになされるものである。

【００４８】以下、ステップ４における角度禁止処理に
ついて、図４のフローチャートに基づき説明する。この
角度禁止処理の概略の流れを説明すると、まずステップ
１１では、ステップ２で求められた最適配分の結果の中
から、ｎ個のスラスタの内、禁止角度範囲内にあるスラ
スタ１〜ｍをカウントし、ｍ個の番号を割り当て特定す
る。

【００４９】次に、ステップ１２では、当該スラスタｋ
（１≦ｋ≦ｍ）についてその角度を禁止角度範囲外に設
定し、この角度を固定した状態で、再度、最適配分処理
を行い、この場合の評価関数Ｊの最小値Ｊ_k（１≦ｋ≦
ｍ）を求める。

【００５０】次に、ステップ１３では、ステップ１２で
求められた最小値Ｊ_kの中でも最もＪ_kが大きくなるスラ
スタの最適配分を選択した後、ステップ１４において、
その最適配分にて禁止角度のスラスタが存在するか否か
を確認し、存在する場合は、再度、ステップ１１に戻
り、上記角度禁止処理を、禁止角度範囲内のスラスタの
個数がゼロになるまで繰り返して行う。

【００５１】ここで、上記ステップ１２について、詳細
に説明する。なお、スラスタｋの禁止角度範囲がａ_k1〜
ａ_k2（境界値）間であるとする。但し、禁止角度範囲は
１８０度未満である。

【００５２】まず、ステップ２１で、第１番目のスラス
タを選択し、カウントを行うため、ｋ＝１と設定する。
次に、ステップ２２で、そのスラスタｋの推力のｘ成分
Ｔ_k、ｙ成分Ｌ_kを特定し、ステップ２３で、スラスタｋ
の角度すなわち方位角ｔａ_kを、下記（９）式に基づき
決定する。

【００５３】ｔａ_k＝ｔａｎ^-1（Ｌ_k／Ｔ_k）・・・（９）次に、ステップ２４で、スラスタｋの角度がａ_k1からａ
_k2の間であると判断（検出）されると、ステップ２５〜
２７にて、スラスタｋの方位角ｔａ_kが、角度ａ_k1およ
び角度ａ_k2のいずれか近い角度（境界値）に、すなわち
禁止角度範囲外となるように変更される（角度禁止処
理）。

【００５４】なお、スラスタｋの方位角を、いずれか近
い境界値に変更するのは、角度禁止処理による消費エネ
ルギの増加を最小にするならば、ステップ２の最適配分
により求められた値からのずれ（角度）を最小にする必
要があるからである。

【００５５】すなわち、ステップ２５においては、ｔａ
_kがａ_k1およびａ_k2のどちらに近いかを判断し、ａ_k1に
近い場合は、ステップ２６でａ_k1をスラスタｋの方位角
と設定し、ａ_k2に近い場合には、ステップ２７でａ_k2を
スラスタｋの方位角と設定する。

【００５６】ここで留意すべきは、仮に全ての禁止角度
範囲内のスラスタについて、個々に消費エネルギの増加
が最小になるような角度禁止処理を行っても、必ずしも
スラスタ全体を考えた場合に最適な処理とはならないと
いうことである。言い換えれば、一つのスラスタの処理
は他のスラスタの処理に影響する。

【００５７】例えば、図６に示すモデルにおいて、Ｘ＝
０，Ｙ＝２００，Ｎ＝−１０００であり、３個のスラス
タ１１，１２，１３の位置を、（０，０），（−５，−
１），（−５，１）とすれば、ステップ２による最適配
分の結果、スラスタ１２とスラスタ１３との角度は、と
もに９０度で、推力もともに１００に配分されたとす
る。また、スラスタ１２の禁止角度範囲は８０度から１
１０度であり、スラスタ１２の禁止角度範囲は７０度か
ら１２０度であるとする。

【００５８】スラスタ１２についてのみ角度禁止処理を
行った結果、スラスタ１２の角度は８０度に変更される
（９０度と８０度の差は１０度、９０度と１１０度の差
は２０度）。しかし、スラスタ１３についてのみ角度禁
止処理を行った結果は、スラスタ１３の角度は７０度に
なる（７０度と９０度の差が２０度、１２０度と９０度
の差が３０度）。

【００５９】この状況下では、スラスタ１２およびスラ
スタ１３には、プラスＸ方向に推力が発生するため、入
力値であるＸ＝０を満足するためには、スラスタ１１で
は、マスナスＸ方向の推力を発生させて、スラスタ１２
およびスラスタ１３のＸ方向の推力キャンセルする。最
終的には、各スラスタ１１〜１３の推力は、図６の破線
に示すようなものとなり、最適配分とは言い難い。

【００６０】しかし、図４に示したアルゴリズムを用い
た場合には、より合理的な角度禁止処理が得られる。し
たがって、禁止角度範囲内のスラスタについて、個々に
禁止角度範囲外に変更した後、全体的な処理を行う必要
がある。このため、ステップ２８においては、禁止角度
範囲外のスラスタの角度を固定するとともに、スラスタ
ｋについてこの角度を禁止角度範囲外に変更した後の角
度に固定し、他の禁止角度範囲内の（ｎ−１）個のスラ
スタが自由回転可能とし、上述した（３）式および
（４）式を用いて最適配分処理を行い、その最適配分結
果から（２）式を用いて評価関数の最小値Ｊ_kを求め
る。

【００６１】ステップ２９および３０のループにより、
ｍ個のスラスタの個々について評価関数の最小値Ｊ
_k（ｋ＝１〜ｍ）が求められる。ところで、ステップ１
３において、評価関数の最小値Ｊ_k（ｋ＝１〜ｍ）の最
大値ＭＡＸ（Ｊ_k）を選択した理由は、下記の通りであ
る。

【００６２】すなわち、評価関数の最小値が最大値Ｊ_m
をとる最適配分では、ステップ２の最適配分で求められ
た消費エネルギの最小値に対し、最も大きいエネルギ増
加をもたらすことになり、したがって他の禁止角度範囲
内に存在するスラスタのいくつかが禁止角度範囲外に抜
け出す可能性がある。しかし、ｋ＝ｍ以外の角度禁止処
理では、ｋ＝ｍのスラスタが禁止角度範囲内から抜け出
すことはないからである。

【００６３】次に、上記演算により全てのスラスタが禁
止角度範囲外になった場合の推力について検討を行う必
要がある。すなわち、演算により求められた推力が、ス
ラスタ２の推力制限値である定格推力を越えている場合
には、その値を採用することができないので、そのスラ
スタ２については、ステップ５および６により、推力を
制限する必要がある。

【００６４】以下、推力制限処理部２３における推力制
限処理を、図３および図５に示すフローチャートに基づ
き説明する。すなわち、ステップ５において、その推力
が定格推力を越えているスラスタ２が存在するか否かが
判断され、存在しない場合には、そのままの推力が、各
スラスタ駆動部４に出力されることになる。

【００６５】一方、定格推力を越えているスラスタ２が
存在する場合には、ステップ６にて、該当するスラスタ
２の推力が制限される。すなわち、まずステップ３１に
おいて、コストパラメータ自身が所定範囲にあるかどう
かが判断される。なお、コストパラメータα_kについて
は、少なくと初回の判断時に、全てが１に設定されてい
る。

【００６６】上記コストパラメータが所定範囲に入って
いる場合（適している場合）には、ステップ３２に進
み、該当するスラスタ２の重み行列Ｗの値であるコスト
パラメータα_kが増加されて、このスラスタ２に配分さ
れる推力を相対的に低下させる。そして、再度、ステッ
プ２に戻り、以下、最適配分、角度禁止チェック、推力
制限チェックが行われ、全てのスラスタ２の推力が推力
制限内に納まれば、その推力に基づき各スラスタ２が制
御されることになる。

【００６７】そして、この再度の一連の処理において
も、定格推力を越えているスラスタ２が存在する場合
は、再度、ステップ６のステップ３１に進み、さらにそ
のコストパラメータαが増加されて上記と同様の処理が
行われる。

【００６８】ところで、コストパラメータα_kの値が適
正範囲を越えた場合、すなわちコストパラメータの変更
により、当該スラスタに配分される推力が相対に低下す
ることが得られない場合には、ステップ３３に進み、全
推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮが変更されて、再
度、ステップ２に戻り、ステップ３〜５までの処理が行
われる。なお、ステップ３３の変更処理を行う場合に
は、最適配分を行う際のコストパラメータαの値は、初
期値に戻される。

【００６９】そして、全てのスラスタ２の推力が推力制
限内に入った場合には、その処理は終了するが、入らな
い場合には、入るまで、ステップ３３の全推力（Ｘ，
Ｙ）および全モーメントＮの変更が行われた後、ステッ
プ２〜５の処理が繰り返し行われる。

【００７０】ここで、上記ステップ３３における変更処
理を、図５に基づき説明する。ステップ６の推力制限処
理では、船舶１の制御に極力小さい影響で、かつその変
更による消費エネルギの変化が極力小さくなるように全
推力（Ｘ、Ｙ）および全モーメントＮ（以下、この説明
では、単に、Ｘ，Ｙ，Ｎとだけ記述する場合もある）の
変更を行うのがよい。

【００７１】船位保持、航路保持等に必要な船舶に対す
る全推力およびモーメントの指令値（Ｘ、Ｙ、Ｎ）を変
更するのであるから、当然、制御への影響が生じるた
め、その変更は重要である。

【００７２】そこで、本実施の形態では、船舶の運動の
物理的状況を考慮し、変更の際のＹ，ＸおよびＮの優先
順位を設定することにした。まず、定点保持、定方位移
動制御を行う場合、船舶の方位が変動すると船体に働く
潮流力モーメントや風力モーメントが大きく変わり、船
の動きが予想以上に急変する恐れがあるため、方位の制
御は優先すべきであって、モーメントＮが最も優先度の
高い成分である。

【００７３】次に、船舶の前後運動抵抗が横運動抵抗よ
り小さいので、横方向推力Ｙに十分な推力を配分しない
と制御の効果が出てこないため、優先度は横方向推力Ｙ
が縦方向推力Ｘより高くなる。

【００７４】次に、航路保持制御の場合では、上述の理
由により、まずモーメントＮの優先度を高くする必要が
ある。そして、船舶を指定した速度で航路保持を行わな
ければならないので、Ｘの優先度がＹより高く設定すれ
ばよい。

【００７５】したがって、制御場面によって、推力配分
の優先度は、Ｎ→Ｙ→Ｘとなったり、Ｎ→Ｘ→Ｙになっ
たりする。しかしながら、実際には、船舶の横運動抵抗
が縦運動抵抗よりはるかに大きいため、同じ量のＸとＹ
を調整すれば、Ｘの方が船の運動に対する影響がはるか
に大きくなる。また、高速航路保持を除いて、殆どの操
船では、船舶の前進速度が低いため、Ｘの値に起因して
ステップ５の処理（定格推力を越えたスラスタが存在す
るか否かの判断）が「いいえ」となることはない。

【００７６】したがって、ステップ６の推力制限処理に
おいては、まずＹ、次にＸ、最後にＮという順序で変更
を行えば船舶の制御面での影響が小さくて済む。また、
推力制限処理は、消費エネルギである評価関数Ｊの最小
値を低下させるように行う必要がある。

【００７７】ここで留意すべきは、図１に示すような一
般的な船舶の場合は、ＮとＹとが独立でないことから、
単純に、Ｙの絶対値の低下が、評価関数Ｊの最小値の低
下につながらない場合が生じ得る。これを考慮するに
は、評価関数Ｊの最小値のＹによる微分値の正負を判断
し、これが負の場合は、Ｙを増加させる変更を行えばよ
い。Ｘ、Ｎについては、単純に絶対値が減少すれば評価
関数Ｊの最小値が減少すると考えればよい。

【００７８】図５は、これらを考慮した場合の推力禁止
処理のフローチャートで、以下、ステップ３３における
変更処理について、詳細に説明する。まず、ステップ４
１では、評価関数Ｊの最小値のＹによる微分値がゼロか
ゼロでないかを判断し、ゼロでない場合には、ステップ
４２でその微分値の正負を判断する。

【００７９】そして、微分値が正の場合には、ステップ
４３に進み、評価関数Ｊの最小値が減少するように、
Ｙ、Ｘ、Ｎの絶対値を減少させる。一方、微分値が負の
場合には、ステップ４４に進み、評価関数Ｊの最小値が
減少するように、Ｙの絶対値を増加させ、Ｘ、Ｎの絶対
値を減少させる。

【００８０】ところで、評価関数Ｊの最小値のＹによる
微分値がゼロの場合は、ステップ４５で、Ｘがゼロかゼ
ロでないかを判断する。ゼロでない場合には、ステップ
４６に進み、評価関数Ｊの最小値が減少するように、Ｘ
とＮの絶対値を減少させる。

【００８１】一方、ゼロである場合には、ステップ４７
に進み、Ｎの絶対値を減少させる。上記各ステップ４
３、４４、４６、４７の処理では、Ｙ、Ｘ、Ｎの絶対値
を必要に応じて変更させるが、先に述べたＹ、Ｘ、Ｎの
制御への影響の度合いを考慮して変更させる必要があ
る。

【００８２】このため、下記に示すようなパラメータ
ａ、ｂ、ｃを導入し、ステップ４３では、下記（１０）
〜（１２）式のように変更を加える。｜Ｙ｜＝｜Ｙ｜−ａ・Δ・｜Ｙ｜・・・（１０）｜Ｘ｜＝｜Ｘ｜−ｂ・Δ・｜Ｘ｜・・・（１１）｜Ｎ｜＝｜Ｎ｜−ｃ・Δ・｜Ｎ｜・・・（１２）ここで、ａ，ｂ，ｃはａ＞ｂ≧ｃ≧ｏ，ａ＋ｂ＋ｃ＝１
の関係を有する分配パラメータである。また、Δは調整
パラメータであり、具体的数値としては、０．０１〜
０．０５の値に設定される（この調整パラメータについ
ては、以下同じ）。

【００８３】また、ステップ６４では、下記（１３）〜
（１５）式のように変更を加える。｜Ｙ｜＝｜Ｙ｜＋ａ・Δ・｜Ｙ｜・・・（１３）｜Ｘ｜＝｜Ｘ｜−ｂ・Δ・｜Ｘ｜・・・（１４）｜Ｎ｜＝｜Ｎ｜−ｃ・Δ・｜Ｎ｜・・・（１５）この場合も、ａ，ｂ，ｃはａ＞ｂ≧ｃ≧ｏ，ａ＋ｂ＋ｃ
＝１の関係を有する分配パラメータである。

【００８４】また、ステップ４６では、下記（１６）お
よび（１７）式のように変更を加える。｜Ｘ｜＝｜Ｘ｜−ａ・Δ・｜Ｘ｜・・・（１６）｜Ｎ｜＝｜Ｎ｜−ｂ・Δ・｜Ｎ｜・・・（１７）ここでは、ａ，ｂはａ＞ｂ≧ｏ，ａ＋ｂ＝１の関係を有
する分配パラメータである。

【００８５】また、ステップ４７では、下記（１８）式
のように変更を加える。｜Ｎ｜＝｜Ｎ｜−ａ・Δ・｜Ｎ｜・・・（１８）ここでは、ａはａ＝１なる関係を有する分配パラメータ
である。

【００８６】このように、スラスタ２の推力の最適配分
およびスラスタの角度禁止処理が行われた後に、スラス
タ２における推力制限処理を行い、しかもこの推力制限
処理においては、まずコストパラメータにより調整が行
われ、このコストパラメータの調整でも行い得なかった
場合には、コストパラメータを元の値に戻すとともに、
初めに設定された全推力および全モーメントを変更して
推力制限処理を行うようにしており、さらにこの推力制
限処理においては、船舶の物理的状況を考慮して変更を
加える優先度を導入して行うようにしているので、最適
な推力配分を確実に得ることができる。

【００８７】上述したスラスタの制御装置および制御方
法によると、評価関数を用いて推力の最適配分を行った
後、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角
度範囲外に設定する角度禁止処理を行い、さらにこの結
果、定格推力を超えているスラスタが存在している場合
には、まず推力制限処理において、定格推力を超えてい
るスラスタに対応する重み行列のパラメータを増加させ
て再度最適配分を行うことにより、当該スラスタの推力
超過分を余裕のあるスラスタへ再配分可能とし、船舶の
制御に影響を与えない処理を行うことができる。また、
上記最適配分後に、禁止角度範囲内にあるスラスタの方
位角を禁止角度範囲外に設定するようにしているため、
スラスタの推力の禁止角度範囲を考慮した推力配分を行
う必要がある場合にも、船舶の消費エネルギが少ない、
かつスラスタの定格推力による制限に対応した推力配分
を行うことができる。

【００８８】また、角度禁止処理においては、該当する
スラスタの方位角を禁止角度範囲外の値に設定するとと
もに、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位
角を固定した状態で、評価関数の最小値を該当する推力
発生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小
値が最大となる場合の最適配分を選択する処理を、全て
のスラスタが禁止角度範囲外になるまで繰り返す処理と
しているため、スラスタの推力の禁止角度範囲を考慮し
た推力配分を行う必要がある場合にも、効率的な手順に
て、船舶の消費エネルギが少なく、かつスラスタの定格
推力による制限に対応した推力配分を行うことができ
る。

【００８９】また、推力制限処理を行う際に、制御手順
に優先度を考慮するようにしたので、船舶の運動制御の
犠牲を極力抑えた推力制限処理を行うことができる。と
ころで、上記実施の形態においては、最適配分により各
スラスタの推力を求める際に、角度禁止処理を行った後
の推力に、各スラスタの推力が定格推力内となるような
制限処理を行うようにしているが、角度禁止処理を行な
わない制御であってもよい。

【００９０】この場合の制御方法および制御装置では、
上記実施の形態において説明した角度禁止処理のための
ステップ３およびステップ４が省略されたものである。
この制御方法および制御装置によると、評価関数を用い
て、各スラスタの最適な推力を求めた後、各スラスタに
おける推力が定格推力を超えている場合には、当該推力
発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させると
ともに、パラメータの変更でも対処し得ない場合には、
評価関数が減少するように、全推力および全モーメント
を変更させる処理を、定格推力を超えるスラスタが存在
しなくなるまで繰り返し行うようにしたので、最適な推
力配分を行うことができる。

【００９１】

【発明の効果】以上のように本発明の第１の推力発生器
の制御方法および制御装置によると、評価関数を用いて
推力の配分を行った結果、定格推力を超えている推力発
生器が存在している場合には、まず推力制限処理におい
て、定格推力を超えている推力発生器に対応する重み行
列のパラメータを増加させて再度推力の配分を行うこと
により、当該推力発生器の推力超過分を余裕のある推力
発生器へ再配分可能とし、船舶の制御に影響を与えない
処理を行うことができる。さらに、この推力制限処理を
所定の回数行っても依然として定格推力を超えている推
力発生器が存在している場合には、定格推力を超える推
力発生器が存在しなくなるまで、全推力および全モーメ
ントの値を変更して配分を行うのであるが、この変更の
際に、評価関数の最小値を減少させる変更を行うことに
より、船舶の消費エネルギを減少させる推力制限処理を
行うことができる。

【００９２】また、本発明の第２の制御方法および制御
装置の構成によると、上記第１の制御方法および制御装
置による推力の配分後に、禁止角度範囲内にある推力発
生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理
を付加することにより、推力発生器の推力の禁止角度範
囲を考慮した推力配分を行う必要がある場合にも、船舶
の消費エネルギが少なく、かつ推力発生器の定格推力に
よる制限に対応した推力配分を行うことができる。

【００９３】また、本発明の第３の制御方法および制御
装置の構成によると、上記第２の制御方法および制御装
置による推力の配分後に、禁止角度範囲内にある推力発
生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理
を付加する際に、該当する推力発生器の方位角を禁止角
度範囲外の値に設定するとともに、禁止角度範囲外の推
力発生器についてはその方位角を固定した状態で、評価
関数の最小値を該当する推力発生器ごとに求めた後、こ
の求められた評価関数の最小値が最大となる場合の推力
配分を選択する処理を、全ての推力発生器が禁止角度範
囲外になるまで繰り返す処理としているため、推力発生
器の推力の禁止角度範囲を考慮した推力配分を行う必要
がある場合にも、効率的な手順にて、船舶の消費エネル
ギが少なく、かつ推力発生器の定格推力による制限に対
応した推力配分を行うことができる。

【００９４】また、本発明の第４の制御方法および制御
装置の構成によると、推力発生器の方位角を禁止角度範
囲外に設定する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記
方位角に近い境界値に設定するようにしたので、禁止角
度範囲外への変更に際して、変更による消費エネルギの
増加を最小にすることができる。

【００９５】さらに、本発明の第５の制御方法および制
御装置の構成によると、推力制限処理を行う際に、制御
手順に優先度を考慮するようにしたので、船舶の運動制
御の犠牲を極力抑えた推力制限処理を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態における推力発生器を有する船舶
の模式図である。

【図２】本実施の形態における推力発生器の制御装置の
概略構成を示すブロック図である。

【図３】本実施の形態の推力発生器の制御方法の全体の
手順を示すフローチャートである。

【図４】同制御方法における角度禁止処理の手順を示す
フローチャートである。

【図５】同制御方法における推力制限処理の要部の手順
を示すフローチャートである。

【図６】同制御方法における角度禁止処理を説明するた
めの船舶の模式図である。

【符号の説明】

１船舶２スラスタ３制御装置１１測定器１２測定部１３設定部１４制御指定演算器１５推力配分演算器２１推力演算部２２角度禁止処理部２３推力制限処理部

フロントページの続き (72)発明者円丁浩之大阪府大阪市住之江区南港北１丁目７番89 号日立造船株式会社内Ｆターム(参考） 5H004 GA36 GB14 HA07 HA16 HB07 JA17 JA22 JB08 KA54 KA71 KC02 KC03 KC08 LA15 LA18 9A001 KK29 KK33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の推力発生器を有する航走体の位置
および方位を測定するとともに、これらの測定値に基づ
き航走体を、所定位置若しくは所定方位または所定航路
に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算
し、これら求められた全推力および全モーメントの値に基づ
き、各推力発生器にて出力すべき推力を推力配分演算に
より求めるようにした推力発生器の制御方法であって、上記推力配分演算は、下記式に示す評価関数Ｊを最小化
させる各推力発生器の推力ｕを求め、Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力
配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列
である）上記求められた推力において、定格推力を越えている推
力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応す
る重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求め、かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推
力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定
格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記
与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数
Ｊの最小値が減少するように変更することを特徴とする
推力発生器の制御方法。
【請求項２】複数個の推力発生器を有する航走体の位置
および方位を測定するとともに、これらの測定値に基づ
き航走体を、所定位置若しくは所定方位または所定航路
に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算
し、これら求められた全推力および全モーメントの値に基づ
き、各推力発生器にて出力すべき推力を推力配分演算に
より求めるようにした推力発生器の制御方法において、上記推力配分演算は、下記式に示す評価関数Ｊを最小化
させる各推力発生器での推力ｕを求め、Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力
配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列
である）次に、上記求められた推力に基づく各推力発生器の方位
角が禁止角度範囲内にある場合には、該当する推力発生
器を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を行い、次に上記角度禁止処理により得られた推力が定格推力を
越えている推力発生器が存在する場合には、当該推力発
生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度
推力を求め、さらに上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格
推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この
定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上
記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関
数Ｊの最小値が減少するように変更することを特徴とす
る推力発生器の制御方法。
【請求項３】角度禁止処理は、該当する推力発生器の方
位角を禁止角度範囲外の値に設定するとともに、禁止角
度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固定した
状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器ごとに
求めた後、この求められた評価関数の最小値が最大とな
る場合の推力配分を選択する処理を、全ての推力発生器
が禁止角度範囲外になるまで繰り返す処理であることを
特徴とする請求項２に記載の推力発生器の制御方法。
【請求項４】角度禁止処理において、禁止角度範囲内に
ある推力発生器について、禁止角度範囲内にある推力発
生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する際に、禁止角
度範囲の境界値の内、上記方位角に近い境界値に設定す
ることを特徴とする請求項３に記載の推力発生器の制御
方法。
【請求項５】推力制限処理において、航走体の全横方向
推力についての評価関数の微分値が正の場合には、全横
方向推力と全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少
させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が負
の場合には、全横方向推力の絶対値を増加させるととも
に、全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼ
ロの場合で、かつ全縦方向推力がゼロ以外の場合には、
全縦方向推力と全モーメントとの絶対値を減少させ、全
縦方向推力がゼロの場合には、全モーメントの絶対値を
減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載の推力発生器の制御方法。
【請求項６】複数個の推力発生器を有する航走体の位置
および方位を測定する測定部と、航走体の位置および方
位を設定する設定部と、上記測定部および設定部で得ら
れた測定値および設定値を入力して、航走体を所定位置
若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要
な全推力と全モーメントを演算して出力する制御指定演
算器と、この制御指定演算器で求められた全推力と全モ
ーメントを入力して各推力発生器における推力配分を行
いその配分値をそれぞれの駆動部に出力する推力配分演
算器とを具備するとともに、上記推力配分演算器は、下記式にて示す評価関数Ｊを最
小化させる各推力発生器の推力ｕを求める推力演算部
と、Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力
配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列
である）上記求められた推力において、定格推力を超えている推
力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応す
る重み行列のパラメータを増加させて再度出力を求め、
かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推
力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定
格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記
与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数
Ｊの最小値が減少するように変更する推力制限処理部と
から構成したことを特徴とする推力発生器の制御装置。
【請求項７】複数個の推力発生器を有する航走体の位置
および方位を測定する測定部と、航走体の位置および方
位を設定する設定部と、上記測定部および設定部で得ら
れた測定値および設定値を入力して、航走体を所定位置
若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要
な全推力と全モーメントを演算して出力する制御指定演
算器と、この制御指定演算器で求められた全推力と全モ
ーメントを入力して各推力発生器における推力配分を行
いその配分値をそれぞれの駆動部に出力する推力配分演
算器とを具備するとともに、上記推力配分演算器は、下記式にて示す評価関数Ｊを最
小化させる各推力発生器の推力ｕを求める推力演算部
と、Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力
配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列
である）上記求められた推力を入力して、この推力に基づく推力
発生器の方位角が、予め求められている推力発生器の禁
止角度範囲内にある場合には、禁止角度範囲外に変更す
るための角度禁止処理部と、この角度禁止処理が行われた推力を入力して、この推力
が、それぞれ推力発生器の定格推力を越えている場合に
は、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを
増加させて再度推力を求め、かつ上記パラメータの変更
を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器
が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器
が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全
モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するよう
に変更する推力制限処理部とから構成したことを特徴と
する推力発生器の制御装置。
【請求項８】角度禁止処理部において、該当する推力発
生器の方位角を禁止角度範囲外の値に設定するととも
に、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角
を固定した状態で、評価関数の最小値を該当する推力発
生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値
が最大となる場合の推力配分を選択する処理を、全ての
推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り返すように
構成したことを特徴とする請求項７に記載の推力発生器
の制御装置。
【請求項９】角度禁止処理部において、禁止角度範囲内
にある推力発生器について、禁止角度範囲内にある推力
発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する際に、禁止
角度範囲の境界値の内、上記方位角に近い境界値に設定
するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の推力
発生器の制御装置。
【請求項１０】推力制限処理部において、航走体の全横
方向推力についての評価関数の微分値が正の場合には、
全横方向推力と全縦方向推力と全モーメントの絶対値を
減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が負
の場合には、全横方向推力の絶対値を増加させるととも
に、全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼ
ロの場合で、かつ全縦方向推力がゼロ以外の場合には、
全縦方向推力と全モーメントとの絶対値を減少させ、全縦方向推力がゼロの場合には、全モーメントの絶対値
を減少させることを特徴とする請求項６〜９のいずれか
に記載の推力発生器の制御装置。