JP2003112691A - 水中航走体運動制御方法及びその運動制御装置 - Google Patents
水中航走体運動制御方法及びその運動制御装置Info
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 最小基数のスラスタを備えた水中航走体で、
制御方法によって該航走体を定点保持させる方法および
装置の提供。 【解決手段】 航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向
に向けた水平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後
スラスタとを各々単独に有する水中航走体の運動制御方
法であって、航走体の現在位置が定点から至近の第１ゾ
ーンとその外側の第２ゾーンと更にその外側の第３ゾー
ンと第３ゾーンより遠い第４ゾーンとに区分して、その
区分毎に、航走体の現在位置と定点の座標を検知して得
られる距離より航走体前後方向変位制御を行い、現在方
位と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき方位を検知
して得られる方位角偏差から方位角制御を行って、当該
航走体を水平面定点に保持させることを特徴とする。
制御方法によって該航走体を定点保持させる方法および
装置の提供。 【解決手段】 航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向
に向けた水平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後
スラスタとを各々単独に有する水中航走体の運動制御方
法であって、航走体の現在位置が定点から至近の第１ゾ
ーンとその外側の第２ゾーンと更にその外側の第３ゾー
ンと第３ゾーンより遠い第４ゾーンとに区分して、その
区分毎に、航走体の現在位置と定点の座標を検知して得
られる距離より航走体前後方向変位制御を行い、現在方
位と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき方位を検知
して得られる方位角偏差から方位角制御を行って、当該
航走体を水平面定点に保持させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術の分野】本発明は水中航走体の運動
制御に関わる。更に詳しくは、水中航走体を水平面定点
に保持させるための制御方法及び制御装置に関する。
制御に関わる。更に詳しくは、水中航走体を水平面定点
に保持させるための制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水中探査、水中作業などの目的で使用さ
れる水中航走体は、探査対象や作業対象の存在する定点
に、保持させる機能が重要である。中でも、海流、潮流
などの影響を受けながら、定点に保持させる、水平面内
での定点保持（ホバリング）については、従来より各種
の提案がなされている。
れる水中航走体は、探査対象や作業対象の存在する定点
に、保持させる機能が重要である。中でも、海流、潮流
などの影響を受けながら、定点に保持させる、水平面内
での定点保持（ホバリング）については、従来より各種
の提案がなされている。
【０００３】該目的用の水中航走体は、機体の複数方向
に向けて推力を発生させ得るよう複数のスラスタを装備
しているのが一般的である。即ち、舳先へ向けての推進
力を受け持つ前後スラスタ、垂直方向に向けての推力を
受け持つ垂直スラスタ、水平方向に向けての推力を受け
持つ水平スラスタである。本発明は水平方向定点保持に
関するので、水平方向のみについての考察をするが、例
えば水平方向移動に関して、水平スラスタを少なくとも
２基備えていれば、水平面内における方位角制御、水平
面内における機体長手方向に垂直な水平移動制御などは
容易である。しかし、スラスタの数が増えることは、重
量、設置容積の増加を伴い、限られた積載しかできない
エネルギを余計に消費する。
に向けて推力を発生させ得るよう複数のスラスタを装備
しているのが一般的である。即ち、舳先へ向けての推進
力を受け持つ前後スラスタ、垂直方向に向けての推力を
受け持つ垂直スラスタ、水平方向に向けての推力を受け
持つ水平スラスタである。本発明は水平方向定点保持に
関するので、水平方向のみについての考察をするが、例
えば水平方向移動に関して、水平スラスタを少なくとも
２基備えていれば、水平面内における方位角制御、水平
面内における機体長手方向に垂直な水平移動制御などは
容易である。しかし、スラスタの数が増えることは、重
量、設置容積の増加を伴い、限られた積載しかできない
エネルギを余計に消費する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
問題点に鑑みてなされたもので、最小基数のスラスタを
備えた水中航走体で、制御方法によって該航走体を定点
保持させることを目的としたものである。更に詳しく
は、航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向に向けた水
平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後スラスタと
を各々単独に有する水中航走体の水平面内定点保持運動
制御方法及び該運動制御装置の提供を目的とする。
問題点に鑑みてなされたもので、最小基数のスラスタを
備えた水中航走体で、制御方法によって該航走体を定点
保持させることを目的としたものである。更に詳しく
は、航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向に向けた水
平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後スラスタと
を各々単独に有する水中航走体の水平面内定点保持運動
制御方法及び該運動制御装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の水中航走体運動
制御方法は、航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向に
向けた水平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後ス
ラスタとを各々単独に有する水中航走体の運動制御方法
であって、航走体の現在位置が定点から至近の第１ゾー
ンとその外側の第２ゾーンと更にその外側の第３ゾーン
と第３ゾーンより遠い第４ゾーンとに区分して、その区
分毎に、航走体の現在位置と定点の座標を検知して得ら
れる距離より航走体前後方向変位制御を行い、現在方位
と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき方位を検知し
て得られる方位角偏差から方位角制御を行って、当該航
走体を水平面定点に保持させることを特徴とする。
制御方法は、航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向に
向けた水平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後ス
ラスタとを各々単独に有する水中航走体の運動制御方法
であって、航走体の現在位置が定点から至近の第１ゾー
ンとその外側の第２ゾーンと更にその外側の第３ゾーン
と第３ゾーンより遠い第４ゾーンとに区分して、その区
分毎に、航走体の現在位置と定点の座標を検知して得ら
れる距離より航走体前後方向変位制御を行い、現在方位
と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき方位を検知し
て得られる方位角偏差から方位角制御を行って、当該航
走体を水平面定点に保持させることを特徴とする。
【０００６】具体的には方位角制御は現在方位と目標方
位の偏差から採るべき方位角を割り出し、それを操作量
に変換して水平スラスタの回転数を操作し、航走体前後
方向（Ｘ軸）変位制御は現在位置と定点の座標の距離か
ら採るべき速度を割り出し、それを操作量に変換して前
後スラスタの回転数を操作するが、航走体の位置する前
記ゾーンによって前記制御計算モードを変えるところに
本発明の特徴がある。
位の偏差から採るべき方位角を割り出し、それを操作量
に変換して水平スラスタの回転数を操作し、航走体前後
方向（Ｘ軸）変位制御は現在位置と定点の座標の距離か
ら採るべき速度を割り出し、それを操作量に変換して前
後スラスタの回転数を操作するが、航走体の位置する前
記ゾーンによって前記制御計算モードを変えるところに
本発明の特徴がある。
【０００７】更に本発明の水中航走体運動制御方法は、
航走体が定点に接近するときの前記区分の境界線と定点
から離隔するときの境界線とを異ならせ、後者の方が前
者よりも定点からの距離が遠くなるようにしたことを特
徴とする。
航走体が定点に接近するときの前記区分の境界線と定点
から離隔するときの境界線とを異ならせ、後者の方が前
者よりも定点からの距離が遠くなるようにしたことを特
徴とする。
【０００８】これは、制御回路の特性によって、境界線
上でのハンチングを防止するためである。即ち、一旦あ
る境界に入ったなら、しばらくその境界内のモードを続
けるようにしたものである。
上でのハンチングを防止するためである。即ち、一旦あ
る境界に入ったなら、しばらくその境界内のモードを続
けるようにしたものである。
【０００９】そして、本発明の水中航走体運動制御装置
は、航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向に向けた水
平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後スラスタと
を各々単独に有する水中航走体の運動制御装置であっ
て、航走体の現在位置と定点の座標を検知する検知手段
と、現在方位と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき
方位を検知する検知手段と、航走体の現在位置が定点か
ら至近の第１ゾーンとその外側の第２ゾーンと更にその
外側の第３ゾーンと第３ゾーンより遠い第４ゾーンとに
あるかを区分する、モード判定手段と、その区分毎に、
航走体の現在位置と定点の座標を検知して得られる距離
より航走体前後方向変位制御を行う制御手段と、現在方
位と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき方位を検知
して得られる方位角偏差から方位角制御を行う制御手段
とを有してなり、当該航走体の水平面定点保持を可能と
したことを特徴とする。
は、航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向に向けた水
平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後スラスタと
を各々単独に有する水中航走体の運動制御装置であっ
て、航走体の現在位置と定点の座標を検知する検知手段
と、現在方位と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき
方位を検知する検知手段と、航走体の現在位置が定点か
ら至近の第１ゾーンとその外側の第２ゾーンと更にその
外側の第３ゾーンと第３ゾーンより遠い第４ゾーンとに
あるかを区分する、モード判定手段と、その区分毎に、
航走体の現在位置と定点の座標を検知して得られる距離
より航走体前後方向変位制御を行う制御手段と、現在方
位と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき方位を検知
して得られる方位角偏差から方位角制御を行う制御手段
とを有してなり、当該航走体の水平面定点保持を可能と
したことを特徴とする。
【００１０】更に本発明の水中航走体運動制御装置は、
前記制御手段に、航走体が定点に接近するときの前記区
分の境界線と定点から離隔するときの境界線とを異なら
せ、後者の方が前者よりも定点からの距離が遠くなるよ
うにしたヒステレシス生成手段を備えたことを特徴とす
る。
前記制御手段に、航走体が定点に接近するときの前記区
分の境界線と定点から離隔するときの境界線とを異なら
せ、後者の方が前者よりも定点からの距離が遠くなるよ
うにしたヒステレシス生成手段を備えたことを特徴とす
る。
【００１１】以下に図面を参照して、本発明の実施の態
様を例示的に詳述する。図２は本発明の制御方法の対象
となる水中走航体の一例の略図である。上部が平面図、
下部が立面図である。当該水中走航体２０は機体長手方
向に向けて、前後スラスタ２２を備え、該スラスタは機
体前後方向（Ｘ軸ということがある）に推力を生成す
る。また、同時に機体長手方向に垂直且つ水平に向けて
水平スラスタ２１を備え、該スラスタは機体前後方向に
垂直に（Ｙ軸ということがある）に推力を与える。当該
スラスタ設置点は中心から、ずらしてあるので、機体に
対して回転モーメントを与える機能も有す。
様を例示的に詳述する。図２は本発明の制御方法の対象
となる水中走航体の一例の略図である。上部が平面図、
下部が立面図である。当該水中走航体２０は機体長手方
向に向けて、前後スラスタ２２を備え、該スラスタは機
体前後方向（Ｘ軸ということがある）に推力を生成す
る。また、同時に機体長手方向に垂直且つ水平に向けて
水平スラスタ２１を備え、該スラスタは機体前後方向に
垂直に（Ｙ軸ということがある）に推力を与える。当該
スラスタ設置点は中心から、ずらしてあるので、機体に
対して回転モーメントを与える機能も有す。
【００１２】前記で説明した水中走航体の水平面におけ
る現在位置と定点位置関係を表した略図が図１である。
図において、１０は定点であって、水中走航体は該点で
ホバリングする。Iは定点から至近の第１のゾーン、II
はその外側の次に定点に近い第２のゾーン、IIIは更に
外側の第３のゾーン、IVは第３のゾーンより遠い第４の
ゾーンを表す。ψは定点位置で水中走航体が向くべき方
位の方位角、φは水中走航体の現在位置で向いている方
位の方位角、θは水中走航体の現在位置から定点を臨ん
だ方位の方位角である。本発明は、図２のような走航体
が図１の定点１０から逸脱したとき、常に定点に向けて
位置を修正（走行）し、定点で向いていた方位に修正
（回転）するよう、制御する方法である。図１は本発明
のゾーン定義の内最も定点から離れたケースを示したも
のである。
る現在位置と定点位置関係を表した略図が図１である。
図において、１０は定点であって、水中走航体は該点で
ホバリングする。Iは定点から至近の第１のゾーン、II
はその外側の次に定点に近い第２のゾーン、IIIは更に
外側の第３のゾーン、IVは第３のゾーンより遠い第４の
ゾーンを表す。ψは定点位置で水中走航体が向くべき方
位の方位角、φは水中走航体の現在位置で向いている方
位の方位角、θは水中走航体の現在位置から定点を臨ん
だ方位の方位角である。本発明は、図２のような走航体
が図１の定点１０から逸脱したとき、常に定点に向けて
位置を修正（走行）し、定点で向いていた方位に修正
（回転）するよう、制御する方法である。図１は本発明
のゾーン定義の内最も定点から離れたケースを示したも
のである。
【００１３】本発明では水平スラスタが一基しかない場
合を対象としているので、Ｘ、Ｙ、軸座標及び方位角を
同時に制御できないので、定点からの距離によるゾーン
によって、制御モードをＸ軸制御と方位制御を切り換え
るような制御系となっている。即ち、離隔距離が大きい
場合には方位を目標点に向けてＸ軸制御で近づき、近づ
いてくると方位角制御を上位系から与えられる目標方位
に合わせるようにする。制御モードを切り換えるゾーン
の境界線上でハンチングを起こさないように境界線には
ヒステレシスを持たせた。表１及び表２に、方位角制御
（水平スラスタ操作）及びＸ軸制御（前後スラスタ操
作）の領域毎における制御モードを纏めて示す。
合を対象としているので、Ｘ、Ｙ、軸座標及び方位角を
同時に制御できないので、定点からの距離によるゾーン
によって、制御モードをＸ軸制御と方位制御を切り換え
るような制御系となっている。即ち、離隔距離が大きい
場合には方位を目標点に向けてＸ軸制御で近づき、近づ
いてくると方位角制御を上位系から与えられる目標方位
に合わせるようにする。制御モードを切り換えるゾーン
の境界線上でハンチングを起こさないように境界線には
ヒステレシスを持たせた。表１及び表２に、方位角制御
（水平スラスタ操作）及びＸ軸制御（前後スラスタ操
作）の領域毎における制御モードを纏めて示す。
【００１４】
【表１】
【表２】
【００１５】図３は本発明の水中走航体運動制御系のブ
ロック図である。図３において、例えばＧＰＳなどの座
標検知手段１及び方位検知手段２で検知された、定点及
び走航体現在位置の座標及び方位信号は管理部４を経由
して、Ｘ変位制御手段５及び方位角制御手段６に入力さ
れる。走航体の現状位置が前記どこのゾーンにあるかに
よって、管理部４のモード判定手段は制御モードを選択
してそれぞれの制御手段に信号を送る。また、その際上
位系からの入力が必要な場合は上位系設定部３からの信
号を取り込んで各制御手段に入力する。管理部４では走
航体の移動が接近中なのか離隔中なのかも判断してヒス
テレシス生成手段により、ゾーン境界線の位置を変更す
る。上記によって入力された信号により、Ｘ変位制御手
段５では、距離計算、Ｘ変位計算、Ｘ変指令計算、前後
スラスタ回転数指令計算を行い、方位角制御手段６で
は、方位角偏差計算、方位角指令計算、水平スラスタ回
転数指令計算を行い、それぞれ前後スラスタ回転数操作
量及び水平スラスタ回転数操作量を出力して、各スラス
タを操作することにより、方向及び速度が制御される。
ロック図である。図３において、例えばＧＰＳなどの座
標検知手段１及び方位検知手段２で検知された、定点及
び走航体現在位置の座標及び方位信号は管理部４を経由
して、Ｘ変位制御手段５及び方位角制御手段６に入力さ
れる。走航体の現状位置が前記どこのゾーンにあるかに
よって、管理部４のモード判定手段は制御モードを選択
してそれぞれの制御手段に信号を送る。また、その際上
位系からの入力が必要な場合は上位系設定部３からの信
号を取り込んで各制御手段に入力する。管理部４では走
航体の移動が接近中なのか離隔中なのかも判断してヒス
テレシス生成手段により、ゾーン境界線の位置を変更す
る。上記によって入力された信号により、Ｘ変位制御手
段５では、距離計算、Ｘ変位計算、Ｘ変指令計算、前後
スラスタ回転数指令計算を行い、方位角制御手段６で
は、方位角偏差計算、方位角指令計算、水平スラスタ回
転数指令計算を行い、それぞれ前後スラスタ回転数操作
量及び水平スラスタ回転数操作量を出力して、各スラス
タを操作することにより、方向及び速度が制御される。
【００１６】以上説明したように、本発明により最小基
数のスラスタを備えた水中航走体で、制御方法によって
該航走体を定点保持させる方法および装置の提供を可能
にした。
数のスラスタを備えた水中航走体で、制御方法によって
該航走体を定点保持させる方法および装置の提供を可能
にした。
【図１】 水中走行体の水平面における現在位置と定点
位置関係を表した略図 。
位置関係を表した略図 。
【図２】 単独の水平スラスタと単独の前後スラスタを
備えた水中走行体の一例の略図
備えた水中走行体の一例の略図
【図３】 本発明の水中航走体運動制御系のブロック
図。
図。
１ 座標検知手段
２ 方位検知手段
３ 上位系設定部
４ 管理部
５ Ｘ変位制御手段
６ 方位角制御手段
１０ 定点
１１ ゾーン境界線
２０ 水中走行体
２１ 水平スラスタ
２２ 前後スラスタ
I 第１ゾーン
II 第２ゾーン
III 第３ゾーン
IV 第４ゾーン
θ 定点を臨む方位角
φ 現在方位角
ψ 定点における方位角
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 岩崎 聡
長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工
業株式会社長崎研究所内
(72)発明者 前田 俊夫
神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三
菱重工業株式会社神戸造船所内
(72)発明者 市川 卓示
神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三
菱重工業株式会社神戸造船所内
(72)発明者 広川 潔
神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三
菱重工業株式会社神戸造船所内
Ｆターム(参考） 5H301 AA05 BB10 CC04 CC07 CC08
HH18
Claims (4)
- 【請求項１】 航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向
に向けた水平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後
スラスタとを各々単独に有する水中航走体の運動制御方
法であって、航走体の現在位置が定点から至近の第１ゾ
ーンとその外側の第２ゾーンと更にその外側の第３ゾー
ンと第３ゾーンより遠い第４ゾーンとに区分して、その
区分毎に、航走体の現在位置と定点の座標を検知して得
られる距離より航走体前後方向変位制御を行い、現在方
位と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき方位を検知
して得られる方位角偏差から方位角制御を行って、当該
航走体を水平面定点に保持させることを特徴とする水中
航走体運動制御方法。 - 【請求項２】 航走体が定点に接近するときの前記区分
の境界線と定点から離隔するときの境界線とを異なら
せ、後者の方が前者よりも定点からの距離が遠くなるよ
うにしたことを特徴とする請求項１記載の水中航走体運
動制御方法。 - 【請求項３】 航走体の前後方向に垂直且つ水平な方向
に向けた水平スラスタと航走体の前後方向に向けた前後
スラスタとを各々単独に有する水中航走体の運動制御装
置であって、航走体の現在位置と定点の座標を検知する
検知手段と、現在方位と定点を臨む方位若しくは定点で
向くべき方位を検知する検知手段と、航走体の現在位置
が定点から至近の第１ゾーンとその外側の第２ゾーンと
更にその外側の第３ゾーンと第３ゾーンより遠い第４ゾ
ーンとにあるかを区分する、モード判定手段と、その区
分毎に、航走体の現在位置と定点の座標を検知して得ら
れる距離より航走体前後方向変位制御を行う制御手段
と、現在方位と定点を臨む方位若しくは定点で向くべき
方位を検知して得られる方位角偏差から方位角制御を行
う制御手段とを有してなり、当該航走体の水平面定点保
持を可能としたことを特徴とする水中航走体運動制御装
置。 - 【請求項４】 前記制御手段に、航走体が定点に接近す
るときの前記区分の境界線と定点から離隔するときの境
界線とを異ならせ、後者の方が前者よりも定点からの距
離が遠くなるようにしたヒステレシス生成手段を備えた
ことを特徴とする請求項３記載の水中航走体運動制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001310663A JP2003112691A (ja) | 2001-10-05 | 2001-10-05 | 水中航走体運動制御方法及びその運動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001310663A JP2003112691A (ja) | 2001-10-05 | 2001-10-05 | 水中航走体運動制御方法及びその運動制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003112691A true JP2003112691A (ja) | 2003-04-15 |
Family
ID=19129595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001310663A Pending JP2003112691A (ja) | 2001-10-05 | 2001-10-05 | 水中航走体運動制御方法及びその運動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003112691A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2012245979A (ja) * | 2012-09-19 | 2012-12-13 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | １軸１舵船の定点位置保持方法とその装置 |
| WO2016063610A1 (ja) * | 2014-10-23 | 2016-04-28 | ヤンマー株式会社 | 操船装置 |
| JP2016083973A (ja) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | ヤンマー株式会社 | 操船装置 |
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-
2001
- 2001-10-05 JP JP2001310663A patent/JP2003112691A/ja active Pending
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