JP2005096771A - Heading control device for ship - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶を外力(風や潮流など)を利用して一定位置に保持させる船舶の船首方位制御設備に関するものである。 The present invention relates to a ship heading control facility for holding a ship at a fixed position by using an external force (wind or tidal current).
従来、船舶位置を保持する場合には、経験・知識を有する人間が、風向、風速、潮流向、潮流速などから船舶の流される量を推測し、舵、プロペラ、バウスラスタを操作して横移動させていた。あるいは位置保持しやすい船首方位を決定していた。 Conventionally, when holding the ship position, a person with experience and knowledge guessed the amount of ship flow from the wind direction, wind speed, tidal current direction, tidal velocity, etc., and operated the rudder, propeller, bow thruster to move laterally I was letting. Or the heading which is easy to hold the position was determined.
しかし、船舶に上記バウスラスタなど船首を動かす推進装置が装備されていない場合、経験・知識を有する人間でも、横移動、あるいは位置保持を行うことは困難であるという問題があった。 However, if the ship is not equipped with a propulsion device that moves the bow, such as the bow thruster, there is a problem that it is difficult for a person with experience and knowledge to perform lateral movement or position maintenance.
そこで、本発明は、船首を動かす推進装置が装備されていない船舶であっても、極めて経験や知識のない人間が、位置保持したい座標を入力するだけで、外力を利用して船舶の位置保持を行うことを可能とする船舶の船首方位制御設備を提供することを目的としたものである。 Therefore, the present invention can maintain the position of a ship by using external force even if the ship is not equipped with a propulsion device that moves the bow, and a person who has no experience or knowledge inputs the coordinates that the position is to be maintained. The purpose of the present invention is to provide a ship heading control facility that makes it possible to perform the above.
前述した目的を達成するために、本発明に係る船舶の船首方位制御設備は、船舶の船首の方位を計測する方位計3と、風速と風向を計測する風信儀5と、潮流速と潮流向を計測する潮流計6と、前記風信儀5によって計測される風速および風向、前記潮流計6によって計測される潮流速および潮流向、および前記方位計3によって計測される船舶の船首方位により、船舶が受ける横力とモーメントを求めるとともに、前記モーメントより風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力を求め、そしてこれら船舶が受ける横力と、風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力とが相殺される船首の目標方位を求める目標方位演算手段13と、を備えたことを特徴とするもので、目標位置を入力するだけで、外力により抗して船舶を目標位置に保持させる船舶の目標方位が求められる。
In order to achieve the above-described object, a ship heading control facility according to the present invention includes a
上記の構成によれば、バウスラスタなど船首を動かす推進装置が装備されていない船舶であっても、極めて経験や知識のない人間でも目標方位を入力するだけで、外力に則した船舶の位置保持の操船を行うことができる。 According to the above configuration, even a ship that is not equipped with a propulsion device that moves the bow, such as a bow thruster, can be used to maintain the position of the ship in accordance with external forces simply by inputting the target direction even if the person has very little experience or knowledge. The ship can be maneuvered.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の実施の形態における船舶の船首方位制御設備の構成図である。
船舶A(図4参照)の船首方位制御設備の制御装置(以下、コントローラと略す)1は、設定器2より船舶の目標位置からなる設定信号{目標位置(Xt ,Yt )}、方位計3から船舶の現在方位信号(方位p)、GPSからなる位置センサ4より船舶の現在位置信号{現在位置(Xs ,Ys )}、風信儀(風向風速計)5より現在の風速と風向からなる風信号、および潮流計6より現在の潮流速と潮流向からなる潮流信号を入力し、右舷と左舷の舵9,10の舵角を制御することにより、船舶Aの方位を制御して、船舶の目標位置への移動、あるいは目標位置での位置保持を行うための制御装置であり、マイクロコンピュータから構成されている。図4に示すように、船舶Aは、風と潮流の外力を受けると、流されることから、船舶の目標位置への移動、あるいは位置保持のために舵9,10を使用している。上記コントローラ1、設定器2、方位計3、位置センサ4、風信儀5、および潮流計6は船舶Aに装備されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a ship heading control facility according to an embodiment of the present invention.
A control device (hereinafter abbreviated as a controller) 1 for a heading control facility of a ship A (see FIG. 4) is a setting signal {target position (Xt, Yt)} consisting of a target position of the ship from a setting device 2, and a
コントローラ1は、図1に示すように、船舶Aの現在位置(Xs ,Ys )が目標位置(Xt ,Yt )の所定の範囲に入っているかを判断し、範囲外と判断すると移動制御指令信号を出力し、範囲内と判断すると位置保持指令信号を出力する判断部11と、前記移動制御指令信号に応じて移動制御時の目標方位ψを演算する移動制御目標方位演算部12と、前記位置保持指令信号に応じて位置保持時の目標方位ψを演算するための本発明に係る位置保持目標方位演算部13と、上記演算部12,13により求められた目標方位ψとなるように、方位計3により検出される船首方位pをフィードバックしながら舵9,10を操作する操作制御部14から構成されている。
As shown in FIG. 1, the
操作制御部14は、目標方位ψと測定船首方位pの偏差を求める減算器15と、この減算器15により求められた偏差に基づいて舵角を演算するPID制御部16から構成されている。
上記移動制御目標方位演算部12を図2のブロック図に基づいて説明する。
The
The movement control target
この演算部12は、上記のように移動制御指令信号を入力すると、制御周期Cyで実行され、目標方位ψ(n)を外力を利用できる方向へ更新する。
図2において、Y偏差Y速度演算部は、船舶Aの現在位置(Xs ,Ys )と目標位置(Xt ,Yt )から図4に示す船舶Aの横流れの情報、すなわちY偏差ΔYとY速度Vを求める演算部であり、船首を変更する角度YCRは、前記Y偏差Y速度演算部により求められたΔYとVより式(1)により求められ、さらに角度の急変を避けるために、±5゜のリミッタがかけられて求められている。
When the movement control command signal is input as described above, the
In FIG. 2, the Y deviation Y speed calculation unit obtains information on the lateral flow of the ship A shown in FIG. 4 from the current position (Xs, Ys) and the target position (Xt, Yt) of the ship A, that is, Y deviation ΔY and Y speed V. an arithmetic unit for obtaining the, angle Y CR changing the bow, said calculated by equation (1) from the obtained ΔY and V by Y deviation Y speed calculator, to further avoid sudden change of angle, ± 5 The limiter of ゜ is applied and it is required.
YCR=ΔY×AC+V×BC・・・(1)
(AC,BCは定数)
またこの求めた船首を変更する角度YCRを目標方位ψ(n)に加算して更新するかどうかの実行条件を求めている。これら実行条件を下記に示す。
Y CR = ΔY × A C + V × B C (1)
(A C and B C are constants)
The seeking whether execution conditions is updated by adding the angle Y CR to change the obtained bow to the target azimuth ψ (n). These execution conditions are shown below.
1.目標方位ψ(n)と計測された船首方位pの差(絶対値)が30゜以上であるかどうか。
2.Y偏差ΔYが増加しているかどうか(Y偏差ΔYが前回のY偏差ΔYより大きくなっているかどうか)。
1. Whether the difference (absolute value) between the target heading ψ (n) and the measured heading p is 30 ° or more.
2. Whether the Y deviation ΔY is increasing (whether the Y deviation ΔY is larger than the previous Y deviation ΔY).
3.先の目標方位ψ(n)の更新からの時間Tが、式(2)により求める時間tcの間、経過しているか、すなわち目標位置(Xt ,Yt )に近づくにつれて長くなるように時間tcを設定し、この時間tcが経過しているかどうか。 3. The time tc is set so that the time T from the previous update of the target orientation ψ (n) has elapsed during the time tc determined by the equation (2), that is, the time tc becomes longer as the target position (Xt, Yt) is approached. Whether this time tc has passed.
tc=Kc/絶対値ΔY ・・・(2)
(Kcは定数)
これらの条件は、目標方位ψ(n)の更新が外乱となる可能性を排した条件であり、これら条件が全て揃っているとき(AND)、更新の実行を許可している。
tc = Kc / absolute value ΔY (2)
(Kc is a constant)
These conditions are conditions that exclude the possibility that the update of the target direction ψ (n) becomes a disturbance, and when all these conditions are met (AND), execution of the update is permitted.
目標方位ψ(n)の更新の式を下記に示す。
ψ(n)=ψ(n−1)+YCR
求められた目標方位ψ(n)が操作制御部14へ出力される。
The formula for updating the target orientation ψ (n) is shown below.
ψ (n) = ψ (n−1) + Y CR
The obtained target orientation ψ (n) is output to the
上記位置保持目標方位演算部13を図3のブロック図に基づいて説明する。
この演算部13は、上記のように位置保持指令信号を入力すると、制御周期Cyで実行され、目標方位ψを外力を利用できる方向へ更新する。
The position holding target
When the position holding command signal is input as described above, the
風力計算部において、風信儀5により計測された風速と風向と、方位計3により計測された船舶Aの船首方位pから、実験して求めた風力係数により船体が受ける横力WyとモーメントWmが計算され、潮流計算部において、潮流計6により計測された潮流速と潮流向と、方位計3により計測された船舶Aの船首方位pから、実験して求めた潮流係数により船体が受ける横力SyとモーメントSmが計算され、上記計算されたこれら風の横力Wyと潮流の横力Syが加算されて、図4に示す外力による横力YEを求めている。また、上記計算されたこれら風のモーメントWmと潮流のモーメントSmが加算され、この加算値を、図4に示す船舶Aの重心Gと舵軸までの距離LPRXで除算して風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力YCTを求めている。
In the wind power calculation unit, the lateral force Wy and the moment Wm received by the hull by the wind force coefficient obtained from the experiment from the wind speed and wind direction measured by the
そして求められた横力YEと横力YCTが相殺される目標方位ψ、すなわち
YE+YCT=0
を満たす方位ψを演算している。
Then, the target azimuth ψ in which the obtained lateral force Y E and lateral force Y CT are canceled, that is, Y E + Y CT = 0
The azimuth | direction psi which satisfy | fills is calculated.
求められた目標方位ψが操作制御部14へ出力される。
以下、上記構成における作用を説明する。
設定器2により目標位置(Xt ,Yt )を入力すると、現在位置(Xs ,Ys )が目標位置(Xt ,Yt )の所定範囲内に入っているかどうかが判断され、範囲外と判断されると、移動制御目標方位演算部12が選択駆動されて、外力により横方向に流されている船舶Aを目標位置(Xt ,Yt )へ移動させる船首方位{目標方位ψ(n)}が求められ、また範囲内と判断されると、本発明に係る位置保持目標方位演算部13が選択駆動されて、外力が在る場合にも船舶Aを現在位置(Xs ,Ys )に保持させる船首方位{目標方位ψ}が求められ、求められた船首方位により、操作制御部14において舵角が求められ、舵9,10が操作される。
The obtained target orientation ψ is output to the
Hereinafter, the operation of the above configuration will be described.
When the target position (Xt, Yt) is input by the setting device 2, it is determined whether or not the current position (Xs, Ys) is within a predetermined range of the target position (Xt, Yt). , The movement control target
上記作用によるシミュレーション結果を、図5と図6に示す。図5は、潮流速1.0kt,潮流向(角度)0.0゜、風速10.0m/s,風向(角度)45.0゜の条件において、50m先から中央の目標位置へ移動させたとき、図6は、潮流速1.0kt,潮流向(角度)180.0゜、風速10.0m/s,風向(角度)135.0゜の条件において、目標位置の20mの範囲内で位置保持を行ったときのシミュレーション結果である。これらシミュレーション結果からもわかるように、舵角の操作で外力に対応することができた。 The simulation result by the said effect | action is shown in FIG. 5 and FIG. In FIG. 5, the tide was moved from 50 m to the center target position under the conditions of a tidal velocity of 1.0 kt, a tidal current direction (angle) of 0.0 °, a wind speed of 10.0 m / s, and a wind direction (angle) of 45.0 °. FIG. 6 shows a position within 20 m of the target position under the conditions of a tidal velocity of 1.0 kt, a tidal current direction (angle) of 180.0 °, a wind speed of 10.0 m / s, and a wind direction (angle) of 135.0 °. It is a simulation result when holding. As can be seen from these simulation results, it was possible to cope with external forces by manipulating the steering angle.
このように、極めて経験や知識のない人間でも目標位置を入力するだけで、従来、常に一人以上の経験や知識の多い操船者が従事した外力に則した船舶の移動あるいは位置保持の操船を行うことができ、またバウスラスタが無い場合にも、目標位置への移動、位置保持を行うことができる。 In this way, even if a person with very little experience and knowledge only inputs the target position, conventionally, the ship moves or maintains its position according to the external force engaged by one or more experienced and knowledgeable operators. In addition, even when there is no bow raster, it is possible to move to the target position and hold the position.
1 制御装置
2 設定器
3 方位計
4 位置センサ
5 風信儀
6 潮流計
9,10 舵
11 判断部
12 移動制御目標方位演算部
13 位置保持目標方位演算部
14 操作制御部
A 船舶
(Xs ,Ys ) 船舶現在位置
(Xt ,Yt ) 目標位置
YE 風と潮流による横力
YCT 風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力
p 船首方位
ψ 目標方位
DESCRIPTION OF
11 Judgment part
12 Movement control target direction calculator
13 Position holding target direction calculator
14 Operation control unit A Vessel (Xs, Ys) Vessel current position (Xt, Yt) Target position Y E Side force caused by wind and tidal current Y Side force generated when controlling direction under CT wind and tidal current p Bow heading ψ Target Direction
Claims (1)
風速と風向を計測する風信儀5と、
潮流速と潮流向を計測する潮流計6と、
前記風信儀5によって計測される風速および風向、前記潮流計6によって計測される潮流速および潮流向、および前記方位計3によって計測される船舶の船首方位により、船舶が受ける横力とモーメントを求めるとともに、前記モーメントより風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力を求め、そしてこれら船舶が受ける横力と、風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力とが相殺される船首の目標方位を求める目標方位演算手段13と、
を備えたことを特徴とする船舶の船首方位制御設備。
A compass 3 that measures the heading of the ship,
Wind nose 5 for measuring wind speed and direction,
Tidal current meter 6 for measuring the tidal velocity and direction,
The lateral force and moment received by the ship are obtained from the wind speed and direction measured by the wind god 5, the tidal velocity and direction measured by the tide meter 6, and the heading of the ship measured by the azimuth meter 3. At the same time, the lateral force generated when the heading is controlled under the wind and tidal current is obtained from the moment, and the lateral force received by these ships is offset with the lateral force generated when the heading is controlled under the wind and tidal current. Target azimuth calculating means 13 for obtaining the target azimuth of the bow;
A ship heading control facility characterized by comprising:
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-
2004
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