JP2002178990A - 自動航行装置 - Google Patents
自動航行装置Info
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- JP2002178990A JP2002178990A JP2000380742A JP2000380742A JP2002178990A JP 2002178990 A JP2002178990 A JP 2002178990A JP 2000380742 A JP2000380742 A JP 2000380742A JP 2000380742 A JP2000380742 A JP 2000380742A JP 2002178990 A JP2002178990 A JP 2002178990A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な演算処理によって船舶をトラッキング
精度良く自動航行させる。 【解決手段】 船舶を予め設定された計画航路に沿って
自動航行させる装置において、計画航路を細かく区分し
た複数の区分航路を設定し、該区分航路の各始点のうち
船舶により近い始点を制御上の目標位置とすると共に、
船舶の移動に伴って目標位置を次の区分航路の始点に順
次切り替えて船舶の航行を制御する。
精度良く自動航行させる。 【解決手段】 船舶を予め設定された計画航路に沿って
自動航行させる装置において、計画航路を細かく区分し
た複数の区分航路を設定し、該区分航路の各始点のうち
船舶により近い始点を制御上の目標位置とすると共に、
船舶の移動に伴って目標位置を次の区分航路の始点に順
次切り替えて船舶の航行を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、船舶を予め設定さ
れた計画航路に沿って自動航行させる自動航行装置に関
する。
れた計画航路に沿って自動航行させる自動航行装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来の
自動航行装置は、図４に示すように、変針点ＷＰ１〜Ｗ
Ｐ３と変針円半径Ｒとが設定されると、変針点ＷＰ１〜
ＷＰ３によって構成される２辺ｈ1，ｈ2の内接円として
変針円Ｅを設定し、地点（接点）ａから地点（接点）ｂ
に向けて船舶を航行させる。すなわち、地点ａ，ｂが操
舵制御上の目標位置とされるので、辺ｈ1に沿って航行
してきた船舶は、地点ａから進行航行を徐々に変更し、
地点ｂにおいて辺ｈ2に沿うように自動操舵される。
自動航行装置は、図４に示すように、変針点ＷＰ１〜Ｗ
Ｐ３と変針円半径Ｒとが設定されると、変針点ＷＰ１〜
ＷＰ３によって構成される２辺ｈ1，ｈ2の内接円として
変針円Ｅを設定し、地点（接点）ａから地点（接点）ｂ
に向けて船舶を航行させる。すなわち、地点ａ，ｂが操
舵制御上の目標位置とされるので、辺ｈ1に沿って航行
してきた船舶は、地点ａから進行航行を徐々に変更し、
地点ｂにおいて辺ｈ2に沿うように自動操舵される。
【０００３】ここで、従来の自動航行装置では、地点ａ
と地点ｂとの間の船舶の航路について変針円Ｅに沿うよ
うに特に操舵制御することは行わないので、船舶の航路
は、潮流や風等の外乱に応じて変針円Ｅからズレたも
の、すなわちトラッキング精度の悪いものとなる。この
ような外乱に対して船舶の航路を変針円Ｅに沿うように
操舵制御する手法として、例えばＨ∞制御等のロバスト
制御手法が知られているが、このようなロバスト制御手
法を実現するためには複雑な演算処理が必要であり、開
発コストが掛かる。
と地点ｂとの間の船舶の航路について変針円Ｅに沿うよ
うに特に操舵制御することは行わないので、船舶の航路
は、潮流や風等の外乱に応じて変針円Ｅからズレたも
の、すなわちトラッキング精度の悪いものとなる。この
ような外乱に対して船舶の航路を変針円Ｅに沿うように
操舵制御する手法として、例えばＨ∞制御等のロバスト
制御手法が知られているが、このようなロバスト制御手
法を実現するためには複雑な演算処理が必要であり、開
発コストが掛かる。
【０００４】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、簡単な演算処理によって船舶をトラッキング
精度良く自動航行させることを目的とするものである。
たもので、簡単な演算処理によって船舶をトラッキング
精度良く自動航行させることを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第１の手段として、船舶を予め設定さ
れた計画航路に沿って自動航行させる装置において、計
画航路を細かく区分した複数の区分航路を設定し、該区
分航路の各始点のうち船舶により近い始点を制御上の目
標位置とすると共に、船舶の移動に伴って目標位置を次
の区分航路の始点に順次切り替えて船舶の航行を制御す
るという手段を採用する。という手段を採用する。
に、本発明では、第１の手段として、船舶を予め設定さ
れた計画航路に沿って自動航行させる装置において、計
画航路を細かく区分した複数の区分航路を設定し、該区
分航路の各始点のうち船舶により近い始点を制御上の目
標位置とすると共に、船舶の移動に伴って目標位置を次
の区分航路の始点に順次切り替えて船舶の航行を制御す
るという手段を採用する。という手段を採用する。
【０００６】また、第２の手段として、上記第１の手段
において、船舶が目標位置である区分航路の始点に到着
する手前において、目標位置を次の区分航路の始点に切
り替えるという手段を採用する。
において、船舶が目標位置である区分航路の始点に到着
する手前において、目標位置を次の区分航路の始点に切
り替えるという手段を採用する。
【０００７】さらに、第３の手段として、上記第１また
は第２の手段において、船舶の航行に対して外乱が作用
する場合には、船舶が区分航路の始点に到達するように
当該外乱に応じて目標位置を補正するという手段を採用
する。
は第２の手段において、船舶の航行に対して外乱が作用
する場合には、船舶が区分航路の始点に到達するように
当該外乱に応じて目標位置を補正するという手段を採用
する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる自動航行装置の一実施形態について説明する。
係わる自動航行装置の一実施形態について説明する。
【０００９】図１は、本自動航行装置のブロック図であ
る。この図において、符号１は目標値設定装置、２は減
算器、３はＰＩＤコントローラ、４は操舵装置、５は方
位検出装置である。目標値設定装置１は、操舵装置４の
制御上の目標方位Ｒを演算し、所定のタイムインターバ
ルで減算器２に出力するものである。減算器２は、上記
目標方位Ｒから方位検出装置５から入力される船舶の実
進行方位Ｊを減算し、方位誤差信号εとしてＰＩＤコン
トローラ３に出力するものである。ＰＩＤコントローラ
３は、上記方位誤差信号εに所定の比例・積分・微分演
算を施すことにより操作量Ｓを生成し、該操作量Ｓに基
づいて操舵装置４を制御するものである。操舵装置４
は、船舶の進行方位を設定するものであり、方位検出装
置５は、この操舵装置４等に基づく船舶の実進行方位Ｊ
を検出するものである。
る。この図において、符号１は目標値設定装置、２は減
算器、３はＰＩＤコントローラ、４は操舵装置、５は方
位検出装置である。目標値設定装置１は、操舵装置４の
制御上の目標方位Ｒを演算し、所定のタイムインターバ
ルで減算器２に出力するものである。減算器２は、上記
目標方位Ｒから方位検出装置５から入力される船舶の実
進行方位Ｊを減算し、方位誤差信号εとしてＰＩＤコン
トローラ３に出力するものである。ＰＩＤコントローラ
３は、上記方位誤差信号εに所定の比例・積分・微分演
算を施すことにより操作量Ｓを生成し、該操作量Ｓに基
づいて操舵装置４を制御するものである。操舵装置４
は、船舶の進行方位を設定するものであり、方位検出装
置５は、この操舵装置４等に基づく船舶の実進行方位Ｊ
を検出するものである。
【００１０】このように、本自動航行装置は、目標値設
定装置１から出力される目標方位Ｒと船舶の実進行方位
Ｊとから得られる操作量Ｓによって操舵装置４を自動制
御（ＰＩＤ制御）するものであるが、この操作量Ｓに
は、実際には潮流や風等に起因する外乱が含まれる。
定装置１から出力される目標方位Ｒと船舶の実進行方位
Ｊとから得られる操作量Ｓによって操舵装置４を自動制
御（ＰＩＤ制御）するものであるが、この操作量Ｓに
は、実際には潮流や風等に起因する外乱が含まれる。
【００１１】次に、このように構成された本自動航行装
置の動作について詳しく説明する。図２は、船舶が上述
した変針点ＷＰ１〜ＷＰ３に基づいて地点Ｐ1まで直線
航行し、続いて地点Ｐ1から変針円半径Ｒに基づいて円
弧状の曲線航行する計画航路を示している。このように
予め設定された計画航路に対して、目標値設定装置１
は、当該計画航路を細かく区分した複数の区分航路Ｓ
s，Ｓrを設定する。
置の動作について詳しく説明する。図２は、船舶が上述
した変針点ＷＰ１〜ＷＰ３に基づいて地点Ｐ1まで直線
航行し、続いて地点Ｐ1から変針円半径Ｒに基づいて円
弧状の曲線航行する計画航路を示している。このように
予め設定された計画航路に対して、目標値設定装置１
は、当該計画航路を細かく区分した複数の区分航路Ｓ
s，Ｓrを設定する。
【００１２】例えば、直線航行の部分については、当該
部分の航行距離を等分することにより区分航路Ｓsを設
定し、曲線航行の部分については入口地点（すなわち地
点Ｐ1）から出口位置までを変針円半径Ｒの中心に対し
て等角度分割することにより区分航路Ｓrを設定する。
そして、上記区分航路Ｓs，Ｓrの各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ
1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……の位置（緯度・経度上の座標）
を算出し、当該各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ
4，……から次の区分航路Ｓs，Ｓrの始点を臨む方向を
各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……における
仮目標方位Ｒk-1，Ｒk0，Ｒk1，Ｒk2，Ｒk3，Ｒk4，…
…として記憶・保存する。目標値設定装置１におけるこ
こまでの処理は、計画航路が設定されると自動的に処理
される。
部分の航行距離を等分することにより区分航路Ｓsを設
定し、曲線航行の部分については入口地点（すなわち地
点Ｐ1）から出口位置までを変針円半径Ｒの中心に対し
て等角度分割することにより区分航路Ｓrを設定する。
そして、上記区分航路Ｓs，Ｓrの各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ
1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……の位置（緯度・経度上の座標）
を算出し、当該各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ
4，……から次の区分航路Ｓs，Ｓrの始点を臨む方向を
各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……における
仮目標方位Ｒk-1，Ｒk0，Ｒk1，Ｒk2，Ｒk3，Ｒk4，…
…として記憶・保存する。目標値設定装置１におけるこ
こまでの処理は、計画航路が設定されると自動的に処理
される。
【００１３】続いて船舶が実際に航行を開始すると、目
標値設定装置１は、上記仮目標方位Ｒk-1，Ｒk0，Ｒk
1，Ｒk2，Ｒk3，Ｒk4，……に以下のような補正演算を
施すことにより、各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ
4，……に船舶が到着する度に、各区分航路Ｓs，Ｓrの
航行を規定する補正目標方位Ｒ-1，Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3，Ｒ4，……を減算器２に出力する。
標値設定装置１は、上記仮目標方位Ｒk-1，Ｒk0，Ｒk
1，Ｒk2，Ｒk3，Ｒk4，……に以下のような補正演算を
施すことにより、各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ
4，……に船舶が到着する度に、各区分航路Ｓs，Ｓrの
航行を規定する補正目標方位Ｒ-1，Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3，Ｒ4，……を減算器２に出力する。
【００１４】すなわち、目標値設定装置１は、各始点Ｐ
-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……における航行速度
と潮流速度や風速等により船舶に作用する外乱速度との
ベクトル合成演算を行い、各区分航路Ｓs，Ｓrの補正目
標方位Ｒ-1，Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，……とする。
-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……における航行速度
と潮流速度や風速等により船舶に作用する外乱速度との
ベクトル合成演算を行い、各区分航路Ｓs，Ｓrの補正目
標方位Ｒ-1，Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，……とする。
【００１５】図３に示すように、例えば曲線航行の入口
である始点Ｐ1に船舶が到着した場合において、初期的
には始点Ｐ1から次の区分航路Ｓrの始点Ｐ2を臨む方向
が上記仮目標方位Ｒk1とされているが、船舶の航行速度
に対して外乱速度が作用するので、船舶の実航行方位
は、図示する実航行速度に示すように始点Ｐ1から始点
Ｐ2を臨む方向から角度θだけずれる。
である始点Ｐ1に船舶が到着した場合において、初期的
には始点Ｐ1から次の区分航路Ｓrの始点Ｐ2を臨む方向
が上記仮目標方位Ｒk1とされているが、船舶の航行速度
に対して外乱速度が作用するので、船舶の実航行方位
は、図示する実航行速度に示すように始点Ｐ1から始点
Ｐ2を臨む方向から角度θだけずれる。
【００１６】目標値設定装置１は、このズレ量を補正す
べく航行速度と外乱速度とのベクトル合成演算を行うこ
とにより補正始点Ｐ2’を算出し、また始点Ｐ1から補正
始点Ｐ2’を臨む方向を補正目標方位Ｒ1とする。目標値
設定装置１は、このようにして補正目標方位Ｒ1を算出
すると、速やかに減算器２に出力する。この結果、船舶
は、始点Ｐ1から進行方位を変更し始点Ｐ2に向かって進
行する。
べく航行速度と外乱速度とのベクトル合成演算を行うこ
とにより補正始点Ｐ2’を算出し、また始点Ｐ1から補正
始点Ｐ2’を臨む方向を補正目標方位Ｒ1とする。目標値
設定装置１は、このようにして補正目標方位Ｒ1を算出
すると、速やかに減算器２に出力する。この結果、船舶
は、始点Ｐ1から進行方位を変更し始点Ｐ2に向かって進
行する。
【００１７】ここで、小型船舶の場合には慣性力が小さ
いので、また直線航行の場合には進行方位の変更がない
ので、船舶が各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，
……に到着する度に補正目標方位Ｒ-1，Ｒ0，Ｒ1，Ｒ
2，Ｒ3，Ｒ4，……を演算して減算器２に出力する、す
なわち各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……に
到着する度に目標方位Ｒを変更しても良いが、比較的慣
性力の大きな大型船舶において曲線航行する場合には、
各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……に到着し
た時点で目標方位Ｒを変更した場合、慣性力のために船
舶の進行方位は速やかに変更されない。
いので、また直線航行の場合には進行方位の変更がない
ので、船舶が各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，
……に到着する度に補正目標方位Ｒ-1，Ｒ0，Ｒ1，Ｒ
2，Ｒ3，Ｒ4，……を演算して減算器２に出力する、す
なわち各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……に
到着する度に目標方位Ｒを変更しても良いが、比較的慣
性力の大きな大型船舶において曲線航行する場合には、
各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……に到着し
た時点で目標方位Ｒを変更した場合、慣性力のために船
舶の進行方位は速やかに変更されない。
【００１８】このような事情を考慮すると、船舶が各始
点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……に到着する手
前のタイミングで目標方位Ｒを切り替えることが考えら
れる。例えば、各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ
4，……に到着する一定距離手前あるいは一定時間手前
の位置で目標方位Ｒを切り替える。このように目標方位
Ｒの切替タイミングを工夫することにより、船舶を計画
航路に沿ってよりトラッキング精度良く進行させること
が可能となる。
点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4，……に到着する手
前のタイミングで目標方位Ｒを切り替えることが考えら
れる。例えば、各始点Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ
4，……に到着する一定距離手前あるいは一定時間手前
の位置で目標方位Ｒを切り替える。このように目標方位
Ｒの切替タイミングを工夫することにより、船舶を計画
航路に沿ってよりトラッキング精度良く進行させること
が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる自
動航行装置によれば、船舶を予め設定された計画航路に
沿って自動航行させる装置であって、計画航路を細かく
区分した複数の区分航路を設定し、該区分航路の各始点
のうち船舶により近い始点を制御上の目標位置とすると
共に、船舶の移動に伴って目標位置を次の区分航路の始
点に順次切り替えて船舶の航行を制御するので、簡単な
演算処理によって船舶をトラッキング精度良く自動航行
させることが可能となる。
動航行装置によれば、船舶を予め設定された計画航路に
沿って自動航行させる装置であって、計画航路を細かく
区分した複数の区分航路を設定し、該区分航路の各始点
のうち船舶により近い始点を制御上の目標位置とすると
共に、船舶の移動に伴って目標位置を次の区分航路の始
点に順次切り替えて船舶の航行を制御するので、簡単な
演算処理によって船舶をトラッキング精度良く自動航行
させることが可能となる。
【図１】 本発明の一実施形態の機能構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】 本発明の一実施形態における船舶の航行を示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】 本発明の一実施形態における補正目標方位の
算出を示す説明図である。
算出を示す説明図である。
【図４】 従来の自動航行装置による船舶の自動航行を
示す説明図である。
示す説明図である。
１……目標値設定装置 ２……減算器 ３……ＰＩＤコントローラ ４……操舵装置 ５……方位検出装置 Ｒ……目標方位 Ｊ……実進行方位 ε……方位誤差信号 Ｓ……操作量 Ｓs，Ｓr……区分航路 Ｐ-1，Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，Ｐ4……始点 Ｐ2’……補正始点
Claims (3)
- 【請求項１】 船舶を予め設定された計画航路に沿って
自動航行させる装置であって、 前記計画航路を細かく区分した複数の区分航路を設定
し、該区分航路の各始点のうち船舶により近い始点を制
御上の目標位置とすると共に、船舶の移動に伴って目標
位置を次の区分航路の始点に順次切り替えて船舶の航行
を制御する、ことを特徴とする自動航行装置。 - 【請求項２】 船舶が目標位置である区分航路の始点に
到着する手前において、目標位置を次の区分航路の始点
に切り替える、ことを特徴とする請求項１記載の自動航
行装置。 - 【請求項３】 船舶の航行に対して外乱が作用する場合
には、船舶が区分航路の始点に到達するように当該外乱
に応じて目標位置を補正する、ことを特徴とする請求項
１または２記載の自動航行装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000380742A JP2002178990A (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | 自動航行装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000380742A JP2002178990A (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | 自動航行装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002178990A true JP2002178990A (ja) | 2002-06-26 |
Family
ID=18848871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000380742A Pending JP2002178990A (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | 自動航行装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002178990A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2013056658A (ja) * | 2011-08-12 | 2013-03-28 | Tokyo Keiki Inc | 船舶用自動操舵装置 |
| WO2016104031A1 (ja) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 古野電気株式会社 | 移動体制御装置、移動体制御方法、および移動体制御プログラム |
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| JP2020158093A (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 財團法人船舶▲曁▼▲海▼洋▲産▼▲業▼研發中心 | 船舶ナビゲーションシステム及びそのナビゲーション方法 |
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2000
- 2000-12-14 JP JP2000380742A patent/JP2002178990A/ja active Pending
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