JP2005247018A - Oscillation control processing method and device, oscillation control system and program for oscillation control processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は操舵装置を有する全ての船舶に適用が可能な動揺制御処理方法及び装置、動揺制御システム並びに動揺制御処理のプログラムに関するものである。 The present invention relates to a shaking control processing method and apparatus, a shaking control system, and a shaking control processing program that can be applied to all ships having a steering device.
乗船者の乗り心地向上等の観点から、横揺れ(船首−船尾方向に対して垂直方向への揺れ)を抑制(以下、減揺という)するための方法が複数提案されている。その1つとして、例えば操舵によって舵角を変更した直後に発生する、船体を横方向に傾斜させようとするモーメント(ロールモーメント)を積極的に利用し、目標針路を維持しつつ、操舵により減揺するための舵減揺装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、電子海図装置からのトラッキング針路信号に基づいて舵減揺を行いながらトラッキングコースを航行することができる。 From the viewpoint of improving the ride comfort of passengers, a plurality of methods have been proposed for suppressing the rolling (swing in the direction perpendicular to the bow-stern direction) (hereinafter referred to as “swing reduction”). As one of them, for example, the moment (roll moment) that occurs immediately after changing the rudder angle by steering and tries to incline the hull laterally (roll moment) is actively used, and reduced by steering while maintaining the target course. A rudder reduction device for shaking is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this device, it is possible to navigate the tracking course while performing rudder reduction based on the tracking course signal from the electronic chart device.
ところが、上記のような装置内部にもオートパイロット機能を含んでいる。また、一般的な操舵スタンド(操舵装置)による操舵を行う場合には、RC(リモートコントロール)ポジションにスイッチを切り替えて使用する。そのため、舵輪を用いた手動操舵では、信号が舵減揺装置を経由しないので舵減揺を行うことができない。しかも、このような操舵装置に例えば自動操船機能を追加しようとした場合に、RCポジションにそのまま自動操船機能を接続しても、それだけでは自動操船時に舵減揺を行うことができない。しかもRCポジションが1つしかない操舵スタンドにおいては、操舵スタンドにRCポジションをもう1つ追加するような改造を行わないと舵減揺装置への接続すらできなくなってしまう。これは減揺だけでなく舵を用いた動揺制御を行おうとする場合にも同様のことがいえる。なお、ここでいう自動操船とは、舵系装置の制御に加え、推進系装置等も自動的に制御し、航行針路だけでなく船速等も含めて航路又は定点保持のための制御を行うものをいう。 However, the autopilot function is included in the apparatus as described above. Further, when performing steering by a general steering stand (steering device), the switch is used by switching to an RC (remote control) position. For this reason, in manual steering using a steered wheel, the signal does not pass through the rudder vibration reduction device, so that the rudder vibration cannot be performed. In addition, for example, when an automatic boat maneuvering function is to be added to such a steering apparatus, even if the automatic boat maneuvering function is connected to the RC position as it is, it is not possible to reduce the rudder during automatic boat maneuvering. In addition, in a steering stand having only one RC position, it is impossible to even connect to a rudder reduction device unless a modification is made to add another RC position to the steering stand. The same can be said for the case where not only the vibration reduction but also the vibration control using the rudder is performed. In addition to the control of the rudder system device, the automatic boat maneuvering here automatically controls the propulsion system device, etc., and controls not only the navigation course but also the ship speed, etc. to maintain the navigation route or fixed point. Say things.
そこで、本発明では既存の操舵装置等を変更することなく、また、効率的に舵を用いた動揺制御処理を行うことができる動揺制御処理方法、装置等を得ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to obtain a shake control processing method, apparatus, and the like that can efficiently perform a shake control process using a rudder without changing an existing steering device or the like.
上記目的を達成するため、本発明に係る動揺制御処理方法は、舵による動揺制御を行うための舵角のオフセット値を算出する工程と、操舵装置から送信された指令舵角信号に基づく指令舵角値にオフセット値を加算した舵角値を含む信号を、調整した指令舵角信号として舵制御系装置に向けて出力する工程とを有するものである。 In order to achieve the above-described object, the fluctuation control processing method according to the present invention includes a step of calculating an offset value of a rudder angle for performing fluctuation control by a rudder, and a command rudder based on a command rudder angle signal transmitted from a steering device. And a step of outputting a signal including a steering angle value obtained by adding an offset value to the angle value to the rudder control system device as an adjusted command steering angle signal.
また、本発明に係る動揺制御処理方法は、操舵装置から送信された指令舵角信号、調整した指令舵角信号のうち、選択されたどちらか一方の信号を舵制御系装置に送信する工程をさらに有する。 In addition, the vibration control processing method according to the present invention includes a step of transmitting either one of the command steering angle signal transmitted from the steering device and the adjusted command steering angle signal to the steering control system device. Also have.
また、本発明に係る動揺制御処理装置は、航行制御のために用いられる物理量のデータ及びロール角に関するデータに基づいて舵による動揺制御を行うための舵角のオフセット値を算出し、操舵制御を行うための操舵装置から出力された指令舵角信号を、オフセット値に基づいて調整した指令舵角信号を舵制御系装置に向けて出力する。 Further, the shake control processing device according to the present invention calculates a steering angle offset value for performing the shake control by the rudder based on the physical quantity data and the roll angle data used for the navigation control, and performs the steering control. A command rudder angle signal obtained by adjusting the command rudder angle signal output from the steering device to be performed based on the offset value is output to the rudder control system device.
また、本発明に係る動揺制御処理装置は、船舶又は船舶の種類毎の船体モデルのデータを有し、そのデータを用いてオフセット値を算出する。 In addition, the shake control processing device according to the present invention has data of a hull model for each ship or each type of ship, and calculates an offset value using the data.
また、本発明に係る動揺制御処理装置は、舵による動揺制御を行うための舵角のオフセット値を算出し、オフセット値に基づいて指令舵角値を調整した指令舵角値を算出する動揺制御手段と、動揺制御手段と外部機器との間で信号の変換を行う1又は複数の信号変換手段とを備え、操舵制御を行うための操舵装置から出力された指令舵角信号に基づく指令舵角値を調整し、調整した指令舵角信号を舵制御系装置に向けて出力する。 Further, the shake control processing device according to the present invention calculates the steering rudder angle offset value for performing the rudder swing control, and calculates the command rudder angle value obtained by adjusting the command rudder angle value based on the offset value. And a command rudder angle based on a command rudder angle signal output from a steering device for performing steering control, comprising one or more signal conversion means for converting a signal between the motion control means and an external device. The value is adjusted, and the adjusted command rudder angle signal is output to the rudder control system device.
また、本発明に係る動揺制御処理装置の動揺制御手段は、少なくともロール角に関するデータに基づいて、動揺制御をおこなうために必要なモーメントを操作量として算出する操作量計算部と、算出した操作量及び舵が受ける水流に関するデータに基づいて舵角のオフセット値を算出するオフセット値算出部と、オフセット値と指令舵角値とを加算する加算部とを有する。場合によっては、操作量、オフセット値の算出に、舵制御系装置から送信された応答舵角のデータも用いる。 Further, the motion control means of the motion control processing device according to the present invention includes an operation amount calculation unit that calculates a moment necessary for performing the motion control as an operation amount based on at least data relating to the roll angle, and the calculated operation amount. And an offset value calculation unit that calculates the offset value of the rudder angle based on data relating to the water flow received by the rudder, and an addition unit that adds the offset value and the command rudder angle value. In some cases, response rudder angle data transmitted from the rudder control system device is also used to calculate the operation amount and the offset value.
また、本発明に係る動揺制御処理装置の操作量計算部は、船舶の動揺に基づく周波数特性と回頭運動に基づく周波数特性とを考慮し、動揺のみに影響を及ぼすような周波数特性を有する操作量を算出する。 In addition, the operation amount calculation unit of the shake control processing device according to the present invention takes into consideration the frequency characteristics based on the ship's shake and the frequency characteristics based on the turning motion, and has an operation quantity having a frequency characteristic that affects only the shake. Is calculated.
また、本発明に係る動揺制御処理装置は、加算部が指令舵角値にオフセット値を加算する処理を行うかどうかを判断する舵角制限部をさらに有する。 Moreover, the oscillation control processing device according to the present invention further includes a steering angle limiting unit that determines whether or not the adding unit performs a process of adding an offset value to the command steering angle value.
また、本発明に係る動揺制御処理装置において、操舵装置からは、手動操舵、オートパイロット機能、自動操船機能のいずれかの指令舵角信号が送信される。 In the shake control processing device according to the present invention, a command steering angle signal of any one of manual steering, an autopilot function, and an automatic boat maneuvering function is transmitted from the steering device.
また、本発明に係る動揺制御システムは、上述した動揺制御処理装置と、操舵制御を行うための操舵装置から送信された指令舵角信号又は動揺制御処理装置が調整した指令舵角信号のうち、選択されたどちらか一方の信号を舵制御系装置に送信する選択手段とを備えている。 Further, the vibration control system according to the present invention includes the above-described vibration control processing device and the command steering angle signal transmitted from the steering device for performing steering control or the command steering angle signal adjusted by the vibration control processing device, Selecting means for transmitting one of the selected signals to the rudder control system device.
また、本発明に係る動揺制御処理方法のプログラムは、少なくともロール角に関するデータに基づいて、動揺制御をおこなうために必要なモーメントを操作量として算出する工程と、操作量及び舵が受ける水流に関するデータに基づいて舵角のオフセット値を算出する工程と、操舵装置が舵制御系装置に対して指示した指令舵角値にオフセット値を加算して新たな指令舵角値を算出する工程とをコンピュータに行わせる。場合によっては、操作量、オフセット値の算出に、舵制御系装置から送信された応答舵角のデータも用いる。なお、本来、回頭運動を制御するための舵を動揺制御に用いており、動揺制御のための操舵によって、回頭運動が生起しないようにする必要がある。 In addition, the program of the fluctuation control processing method according to the present invention includes a step of calculating a moment necessary for performing the fluctuation control as an operation amount based on at least data relating to the roll angle, and an operation amount and data relating to a water flow received by the rudder. And calculating a new command rudder angle value by adding the offset value to the command rudder angle value instructed by the steering device to the rudder control system device. Let me do it. In some cases, response rudder angle data transmitted from the rudder control system device is also used to calculate the operation amount and the offset value. In addition, the rudder for controlling the turning motion is originally used for the shaking control, and it is necessary to prevent the turning motion from occurring by the steering for the shaking control.
以上のように本発明によれば、既存の装置が制御に用いている信号を入出力して、指令信号を調整して舵による動揺制御をおこなうようにしたので、根本的な設備変更を行わなくても動揺制御(特に舵減揺)処理を行うことができる。そのため、設置時間、費用がかからず、コストの点で都合がよい。特に指令舵角信号については、操舵装置において、例えば舵輪による手動、オートパイロット機能、自動操船機能のどの方法で出力された指令舵角信号かに依らなくても動揺制御を行うことができる。これは操舵装置での操舵制御方法が増減しても関係なく適用することができる。また、船舶又は船舶の種類による船体モデルのデータを用いてオフセット値を算出するようにしたので、各船舶に応じて異なる特性に対応して、より精度の高い動揺制御を行うことができる。 As described above, according to the present invention, since the existing apparatus inputs and outputs signals used for control and adjusts the command signal to perform the swing control by the rudder, the fundamental equipment change is performed. Even if there is not, it is possible to perform the shaking control (particularly rudder reduction) processing. Therefore, installation time and cost are not required, which is convenient in terms of cost. In particular, with respect to the command rudder angle signal, in the steering device, for example, the swing control can be performed regardless of the command rudder angle signal output by any one of the manual, autopilot function, and automatic boat maneuvering function using the steered wheels. This can be applied regardless of whether the steering control method in the steering device increases or decreases. In addition, since the offset value is calculated using the data of the ship or the hull model according to the type of ship, it is possible to perform more accurate shaking control corresponding to different characteristics depending on each ship.
また、指令舵角値が大きい場合は、指令舵角値とオフセット値との加算を行わないようにするようにしたので、船体にとって危険な指令舵角値による指令舵角信号の舵制御系装置への送信を未然に防ぐことができる。そしてさらに、操舵装置から舵制御系装置に直接指令舵角信号を送信するか、動揺制御を行った調整した指令舵角信号を舵制御系装置に送信するかをスイッチ等の選択手段により選択することができるので、動揺制御の選択を容易にすることができる。 In addition, when the command rudder angle value is large, the command rudder angle value and the offset value are not added, so the rudder control system device for the command rudder angle signal based on the command rudder angle value that is dangerous for the hull. Can be prevented in advance. Further, a selection unit such as a switch is used to select whether the command steering angle signal is directly transmitted from the steering device to the rudder control system device or whether the adjusted command steering angle signal subjected to the swing control is transmitted to the rudder control system device. Therefore, it is possible to easily select the shaking control.
実施の形態1.
図1は本発明の第1の実施の形態に係る舵減揺処理方法を実現する装置を含むシステムの概要図である。システムを構成する各装置は船体1に設けられている。動揺制御処理装置10は、操舵装置20と舵取機制御箱30との間に割り込むかたちで設けられ、操舵装置20からの指令舵角信号を減揺を行うために調整した指令舵角信号を舵取機制御箱30に向けて出力する。この調整した指令舵角信号も信号の形式(フォーマット)として操舵装置20が出力する指令舵角信号と本質的に変わるものではない。
FIG. 1 is a schematic diagram of a system including an apparatus for realizing a rudder reduction processing method according to a first embodiment of the present invention. Each device constituting the system is provided in the
図2は、図1のシステムを各種信号の流れから詳細に示した図である。操舵装置20は舵輪部21、オートパイロット処理装置22、自動操船処理装置23、自動操船設定入力装置24、切替スイッチ25及びバイパススイッチ26で構成されている。舵輪部21は操船者が手動で舵輪を回転させることにより指示した指令舵角値に基づく指令舵角信号を出力する。
FIG. 2 is a diagram showing the system of FIG. 1 in detail from various signal flows. The steering device 20 includes a steering wheel unit 21, an autopilot processing device 22, an automatic boat
オートパイロット装置22は、ジャイロコンパス70から送信される信号に含まれる自船方位のデータによりオートパイロット機能に基づく指令舵角信号を出力する。本実施の形態のオートパイロット機能とは、自船方位のデータに基づいてあらかじめ定められた方位(針路)に進むための舵角を自動的に演算処理して指令舵角値を算出する機能である。
The autopilot device 22 outputs a command steering angle signal based on the autopilot function based on own ship heading data included in the signal transmitted from the
自動操船処理装置23は自動操船機能に基づく指令舵角信号を出力する。本実施の形態において自動操船機能とは、例えば、ジャイロコンパス70から送信される信号に含まれる自船方位のデータ、航法支援装置50から送信される信号に含まれる自船位置、速力、風力及び風向きのデータ、情報処理装置60から送信される信号に含まれる変針点指示、速力指示及び方位指示のデータ、アクチュエータ部3に制御された主機、スクリュー等の主軸回転速度、CPP翼角(可変ピッチプロペラのピッチ角)等の値を検出した主軸回転速度、CPP翼角等検出器90から送信される検出信号に含まれるデータ並びに舵取機制御箱30から送信される信号に含まれる応答舵角のデータに基づいて、定めた地点に船舶を進めるための舵角を演算処理して指令舵角値を算出する機能である。自動操船処理装置23による自動操船機能を用いた航行を行う場合、例えばジョイスティックによる操縦等、様々なモードで行うことができるが、自動操船設定入力装置24はどのモードで行うかを操船者が選択し、入力するための装置である。
The automatic
切替スイッチ25は、舵輪部21、オートパイロット装置22又は自動操船処理装置23からそれぞれ送信される指令舵角信号のどれを出力するか(つまり、舵輪、オートパイロット機能、自動操船機能のどれを用いて舵制御を行うか)を操船者が選択するためのスイッチである。また、バイパススイッチ26は、指令舵角信号又は舵減揺のために調整した指令舵角信号のどちらの信号を舵取機制御箱30に送信するかを操船者が選択するためのスイッチである。バイパススイッチ26については、その機能が発揮できるのであれば、特に操舵装置20に設けなくても、例えば動揺制御処理装置10に設けるようにしてもよい。また、リレー回路等を用いることにより、自動的にスイッチが切り替わるようにしてもよい。
The
また、動揺制御処理装置10は、動揺制御手段11、レベル選択スイッチ12並びに信号変換手段13及び14で構成されている。本実施の形態における動揺制御処理装置10は、ロール角速度検出器40(例えば光ファイバジャイロ等)からの信号に含まれるロール角速度のデータ、速度に関するデータ(航法支援装置50から送信される信号に含まれる対水速力のデータ、船舶を進めるための主機、スクリュー等の制御を行うアクチュエータ部3から送信される応答信号に含まれる主軸回転速度及びCPP翼角のデータ)及び舵取機制御箱30から送信される応答舵角信号に含まれる応答舵角のデータに基づいて舵減揺処理を行い、調整した指令舵角信号を出力する。また、動揺制御処理装置10は、各船舶又は船舶の種類に応じた固有のパラメータ(船体運動モデル)をデータとして有している。船体運動モデルとは、例えば、船重量、船体重心、舵2の面積等、舵揚力に関係するデータ、操舵速度等をはじめとするその船舶の特徴を表すデータである。本実施の形態では、以上のデータを用いて調整した指令舵角信号を出力するが、特にこれらのデータだけに限定されるものではなく、例えば、ロール角速度の代わりにその積分値であるロール角のデータを用いる等、他の物理量に基づくデータを用いて舵減揺処理を行うようにしてもよい。また、さらにデータを加えて精度の高い舵減揺を行わせることもできるし、データを省くことで、処理を省略することも可能である。なお、ここでいうロールとは横方向の回転を表す。
Further, the shake
舵減揺処理を行うための主要部分となる動揺制御手段11は、さらに操作量計算部101、減揺舵角計算部102、ゲインテーブル選択部103、舵角制限部104及びデータ加算部105で構成されている。操作量計算部101は、ロール角速度検出器40からの信号に含まれるロール角速度のデータに基づいて、減揺させる方向に誘起する操作量(ロールモーメント)の値を計算する。操作量とは例えば力で表される物理量の値である。ここで、操作量計算部101は、舵減揺によって、回頭運動を引き起こさないようにするため、船舶の動揺に基づく周波数特性と船舶の回頭運動に基づく周波数特性とを考慮し、動揺のみに影響を及ぼすような周波数特性を有する操作量を算出するようにする。場合によっては、操作量の計算に舵取機制御箱30から送信される信号に含まれる応答舵角のデータも用いる。
The shake control means 11 that is a main part for performing the rudder reduction process further includes an operation amount calculation unit 101, a vibration reduction rudder angle calculation unit 102, a gain table selection unit 103, a rudder angle restriction unit 104, and a data addition unit 105. It is configured. The operation amount calculation unit 101 calculates the value of the operation amount (roll moment) induced in the direction of vibration reduction based on the roll angular velocity data included in the signal from the roll
減揺舵角計算部101が操作量の計算する際、重み付けを行うためのゲインのデータを、減揺制御(保針性能)を重視する程度の度合い(レベル)に応じて例えば数段階分用意し、各レベルとゲインとを対応させてゲインテーブル選択部103にテーブルとして記憶しておく。そして、動揺制御レベルを選択できるレベル選択スイッチ12の操作により動揺制御を重視するか保針精度を重視するかのレベルを操船者(人間)が状況により選択することができるようにする。操作量計算部101はテーブルの対応関係に基づいて、選択されたレベルに応じたゲインのデータを計算に用いる。ゲインとレベルとの関係も船舶に応じて異なる。ここで場合によってはレベル選択スイッチ12を設けなくてもよく、例えばリレー回路等により自動的に切り替えられるようにしてもよい。 When the steering angle calculation unit 101 calculates the operation amount, gain data for weighting is prepared, for example, for several stages according to the degree (level) of importance of the vibration reduction control (keeping performance) Then, each level and gain are associated with each other and stored in the gain table selection unit 103 as a table. Then, by operating the level selection switch 12 that can select the shaking control level, the operator (human) can select the level to place importance on the shaking control or the needle holding accuracy depending on the situation. The operation amount calculation unit 101 uses gain data corresponding to the selected level for calculation based on the correspondence relationship in the table. The relationship between gain and level also differs depending on the ship. Here, in some cases, the level selection switch 12 may not be provided, and may be automatically switched by, for example, a relay circuit.
オフセット値計算部102は、操作量計算部101が算出した操作量のデータ、アクチュエータ部3等から送信される信号に基づく速度に関するデータに基づいて、ロール角速度の絶対値を最小にする、減揺を行うための舵角のオフセット値(減揺舵角。以下、単にオフセット値という)を計算する。また、場合によってはオフセット値の計算に、舵取機制御箱30から送信される応答舵角信号に基づく応答舵角のデータも用いる。
The offset value calculation unit 102 minimizes the absolute value of the roll angular velocity based on the operation amount data calculated by the operation amount calculation unit 101 and the data on the speed based on the signal transmitted from the
舵角制限部104は、指令舵角値が大きすぎると、状況によっては危険な場合があるため、指令舵角信号に基づく指令舵角値があらかじめ定めた範囲を越えたものと判断した場合は、データ加算部105でオフセット値を指令舵角値に加算させないようにする(オフセット値0をデータ加算部105に加算させる)ために設けられている。データ加算部105は、指令舵角値とオフセット値とを加算処理する。
If the steering angle limiter 104 determines that the command steering angle value based on the command steering angle signal exceeds the predetermined range, it may be dangerous depending on the situation if the command steering angle value is too large. The data adding unit 105 is provided so that the offset value is not added to the command steering angle value (the offset
実際の動揺制御手段11は、ハードウェアとしては例えばCPU(Central Prosessing Unit )を中心とする演算制御手段(コンピュータ)及び例えばROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等の記憶手段等で構成されている。各部の処理手順等はあらかじめプログラム化され(ソフトウェアで構成され)、船体運動モデル等、必要なデータと共に記憶手段に記憶されている。そして、演算制御手段が、そのプログラムを実行し、そのプログラムに基づく処理を行い、調整した指令舵角値を計算する処理を実現する。ここでは、演算制御手段がプログラムに基づいて各処理をすべて行うが、例えば、各部又は2以上の部の処理を行う手段を、それぞれ独立したハードウェア(ファームウェア等を含む)として構成することもできる。 The actual oscillation control means 11 is, for example, a calculation control means (computer) centered on a CPU (Central Processing Unit) as a hardware, and a storage means such as a ROM (Read Only Memory) or an HDD (Hard Disk Drive). It is configured. The processing procedures and the like of each part are programmed in advance (configured by software), and stored in the storage unit together with necessary data such as a hull motion model. Then, the arithmetic control means executes the program, performs processing based on the program, and realizes processing for calculating the adjusted command steering angle value. Here, the arithmetic control means performs all the processes based on the program. However, for example, the means for performing the processes of each unit or two or more units can be configured as independent hardware (including firmware and the like). .
また、動揺制御処理装置10には、動揺制御手段11との間のデータ信号の入出力を円滑に行うため、各種信号を例えば動揺制御手段11が処理可能なデジタルデータを含む信号に変換する信号変換手段13及びデジタルデータを含む信号を指令舵角信号に変換する信号変換手段14が設けられている。指令舵角信号の種類は、船舶の種類等によって異なる場合があるが、本実施の形態の動揺制御処理装置10では、信号の種類に合わせて信号変換手段13及び14を変更するだけで各船舶に対応させることができる。もし、信号を変換しなくても動揺制御手段11が処理を行える場合には信号変換手段13、14を特に設ける必要はない。
In addition, in order to smoothly input / output data signals to / from the motion control means 11, the motion
舵取機制御箱30は指令舵角信号又は調整指令舵角信号に基づいて舵取機31を制御する。舵取機制御箱30の制御に基づいて舵取機31は舵2を駆動させる駆動手段である。これらの手段については既存のものを用いることができる。
The steering
また、航法支援装置50には、自船位置検出器51、速力(潮流)検出器52及び風向、風速検出器53から、それぞれ自船位置、速力、風力及び風向きのデータを含む信号が送信される。航法支援装置50は、それらのデータをそのまま又は加工した信号をさらに自動操船処理装置23、情報処理装置60に送信する。なお、航法支援装置50、情報処理装置60は、船舶によっては有しない場合もある。そのような場合は各検出器から直接データを含む信号が送信される。
In addition, the
本実施の形態の舵減揺処理方法を実現するためのシステムでは、バイパススイッチ26により、操舵装置20から舵取機制御箱30に直接指令舵角信号が送信される経路と動揺制御処理装置10を経由させて送信される経路の2通りを選択することができる。動揺制御処理装置10を経由させた場合には動揺制御処理装置10が操舵装置20と舵取機制御箱30との間に割り込む形となり、減揺のためのオフセット値が加算され、調整した指令舵角信号が舵取機制御箱30に送信される。この構造の場合、操舵装置20が出力する指令舵角信号及び舵取機制御箱30に送信される指令舵角信号は従来からその船舶で用いられている形式の信号を用いることができる。また、動揺制御処理装置10に入力される信号(データ)は、ほとんど既存の他の処理装置にも送信され用いられるものである。そのため、根本的な設備変更を行わなくても、バイパススイッチ26及び動揺制御処理装置10(場合によってはロール角速度検出器40)を増設するだけで舵減揺を実現することができる。ただ、応答舵角値に基づく制御を行い、指令舵角値と応答舵角値の差が一定以上と判断した場合に異常表示を行う操舵装置のような場合には、異常を判定する数値の調整等が必要となる。
In the system for realizing the rudder vibration reduction processing method of the present embodiment, the
次に動揺制御手段11を中心とする動揺制御処理装置10の処理の流れについて説明する。操作量計算部101は、ロール角速度検出器40からの信号に含まれるロール角速度のデータは船体1の横方向の傾きの変化率を表す。このロール角速度のデータ及び舵取機制御箱30から送信される信号に含まれる応答舵角のデータを例えば過去一定時間分蓄積し、ロール角速度を予測した上で、ロール角速度を小さくする(ロール角度の変化を抑える)方向に誘起する操作量(ロールモーメント)を算出する。その際には、レベル選択スイッチ12で選択されたレベルに対応したゲインのデータを用いる。
Next, the process flow of the shake
オフセット値計算部102は、操作量、応答舵角のデータ及び速度に関するデータに基づいて、オフセット値を算出する。舵減揺では、舵角を変化した直後に生じるモーメント(力)を利用している。このモーメントは舵2が受ける圧力にも影響を受け、その圧力は舵角だけでなく流体速度等により変化する。船舶の進行方向に対して舵2はスクリューの後側に設けられるので流体速度は船速だけでなく、スクリューの動きにも影響を受ける。そのため、本実施の形態では、対水速力のデータ、主軸回転速度のデータ及びCPP翼角のデータを用いてオフセット値を算出する。また、動揺制御処理装置10の周波数特性として、横揺れ運動の周波数帯においてゲインを上げるようにし、回頭運動の周波数帯ではゲインが下がるように調整する。そのための制御系設計手法としては、ゲイン決定時に用いる制御性能の評価関数における制御量に対する重み付けとして横揺れ運動の周波数帯で大きくなり、回頭運動の周波数帯では小さくなるような周波数特性の関数を用いることなどが考えられる。
The offset value calculation unit 102 calculates an offset value based on the operation amount, the response steering angle data, and the data related to the speed. In rudder reduction, a moment (force) generated immediately after the rudder angle is changed is used. This moment is also affected by the pressure received by the
舵角制限部104は、指令舵角信号に基づく指令舵角値があらかじめ定めた範囲を越えたものと判断した場合は、データ加算部105が指令舵角値とオフセット値とを加算させないようにする。ここで、本実施の形態では舵角制限部104は指令舵角値に基づいてオフセット値を加算するか否かの選択を行っているが、指令舵角値とオフセット値との和が所定の範囲を越えないようなオフセット値を加算させる処理を行ってもよい。データ加算部105により加算された値は、信号変換器14により調整した指令舵角信号として舵取機制御箱30に向けて出力する。舵減揺を行う側にバイパススイッチ26が選択されていれば調整した指令舵角信号が舵取機制御箱30に入力される。
When the rudder angle limiter 104 determines that the command rudder angle value based on the command rudder angle signal exceeds a predetermined range, the data adding unit 105 does not add the command rudder angle value and the offset value. To do. Here, in the present embodiment, the rudder angle limiting unit 104 selects whether or not to add the offset value based on the command rudder angle value, but the sum of the command rudder angle value and the offset value is a predetermined value. A process of adding an offset value that does not exceed the range may be performed. The value added by the data adding unit 105 is output toward the steering
以上のように第1の実施の形態によれば、動揺制御手段11が、ロール角速度のデータ等、各種のデータに基づいて算出した、舵減揺のための舵角のオフセット値により操舵装置20から出力される指令舵角信号を調整した上で舵取機制御箱30に送信することで、舵減揺を行って横揺れを抑えるようにしたので、根本的な設備変更を行わなくても舵減揺を行うことができる。そのため、既存の船舶の操舵装置20及び舵取機制御箱30を用いて設置することができる。また、動揺制御処理装置10についても、例えば船舶の種類によって異なる指令舵角信号を信号変換器13及び14を変更するだけで対応させることができる。以上より、設置時間、費用がかからず、コストの点で都合がよい。また、このような指令舵角信号の経路を構成することで、本実施の形態では、操舵部21、オートパイロット装置22、自動操船処理装置23のそれぞれによる舵制御、それぞれについて舵減揺のための指令舵角の調整の有無により計6通りの舵制御の形態を実現することができる。また、動揺制御処理装置10についても、例えば自動操船処理装置23が設けられていない等、操舵装置20の構成に左右されることなく対応させることができる。ここで、緊急時に指令舵角信号によらずに舵板を直接制御する応急操舵モード等がある場合には、指令舵角信号は用いないので動揺制御処理装置10は機能しないことになる。さらに、動揺制御手段11は、各船舶に応じた船体モデルを用いてオフセット値を算出するようにしたので、横揺れの減揺効果が期待できる(一般的に40〜50%程度と推測できる)。
As described above, according to the first embodiment, the steering control unit 11 calculates the steering device 20 based on the steering angle offset value for rudder reduction calculated based on various data such as roll angular velocity data. After adjusting the command steering angle signal output from the steering wheel and transmitting it to the steering
実施の形態2.
上述の実施の形態では、既存の設備に動揺制御処理装置10を増設することを念頭に説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、新たに操舵装置20を設置する場合に、動揺制御処理装置10を構成する各手段等を操舵装置20内に内蔵させることもできる。この場合、アクチュエータ部3等から送信される信号の分配や入力のためのインタフェース用回路を省くことができる。また、操舵装置20を構成する処理手段と一体化を図ることもできる。
In the above-described embodiment, the description has been made with the addition of the shake
実施の形態3.
また、上述の実施の形態では、バイパススイッチ26を独立して設けているが、例えば動揺制御処理装置10に設けられているレベル選択スイッチ12等に、舵減揺を全く反映させないようなレベルを設定することにより機能を統合することもできる。
In the above-described embodiment, the
実施の形態4.
上述の実施の形態では、操作量(ロールモーメント)を算出した上でオフセット値を算出するようにしたが、舵減揺のための舵角の算出に至る演算方法は上述したものに特に限定されるものではない。また、上述の実施の形態は舵減揺のためにオフセット値を算出し、調整した指令舵角信号を出力するようにした。本発明は、一般的ではないが、揺れを増す、揺れを維持する等、他の動揺制御処理方法にも適用することができる。
In the above-described embodiment, the offset value is calculated after calculating the operation amount (roll moment), but the calculation method leading to the calculation of the rudder angle for rudder reduction is particularly limited to the above-described one. It is not something. In the above-described embodiment, an offset value is calculated for rudder reduction, and an adjusted command rudder angle signal is output. Although the present invention is not general, the present invention can also be applied to other vibration control processing methods such as increasing the vibration and maintaining the vibration.
1 船体
2 舵
3 アクチュエータ部
10 動揺制御処理装置
11 動揺制御手段
12 レベル選択スイッチ
13、14 信号変換手段
20 操舵装置
21 舵輪部
22 オートパイロット装置
23 自動操船処理装置
24 自動操船設定入力装置
25 切替スイッチ
26 バイパススイッチ
30 舵取機制御箱
31 舵取機
40 ロール角速度検出器
50 航法支援装置
51 自船位置検出器
52 速力(潮流)検出器
53 風向風速検出器
60 情報処理装置
70 ジャイロコンパス
90 主軸回転速度、CPP翼角等検出器
101 操作量計算部
102 オフセット値計算部
103 ゲインテーブル選択部
104 舵角制限部
105 データ加算部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
操舵装置から送信された指令舵角信号に基づく指令舵角値に前記オフセット値を加算した舵角値を含む信号を、調整した指令舵角信号として舵制御系装置に向けて出力する工程と
を有することを特徴とする動揺制御処理方法。 A step of calculating an offset value of a rudder angle for performing swing control by the rudder;
Outputting a signal including a steering angle value obtained by adding the offset value to a command steering angle value based on a command steering angle signal transmitted from the steering device to the steering control system device as an adjusted command steering angle signal. An oscillation control processing method characterized by comprising:
該動揺制御手段と外部機器との間で信号の変換を行う1又は複数の信号変換手段とを備え、
操舵制御を行うための操舵装置から出力された指令舵角信号に基づく指令舵角値を調整し、調整した指令舵角信号を舵制御系装置に向けて出力することを特徴とする動揺制御処理装置。 An oscillation control means for calculating an offset value of the steering angle for performing the oscillation control by the rudder, and calculating a command steering angle value obtained by adjusting the command steering angle value based on the offset value;
One or a plurality of signal conversion means for converting a signal between the oscillation control means and an external device,
A shaking control process characterized by adjusting a command steering angle value based on a command steering angle signal output from a steering device for performing steering control, and outputting the adjusted command steering angle signal to a steering control system device apparatus.
少なくともロール角に関するデータに基づいて、動揺制御をおこなうために必要なモーメントを操作量として算出する操作量計算部と、
算出した前記操作量及び前記舵が受ける水流に関するデータに基づいて舵角のオフセット値を算出するオフセット値算出部と、
前記オフセット値と指令舵角値とを加算する加算部と
を有することを特徴とする請求項5記載の動揺制御処理装置。 The shaking control means includes
An operation amount calculation unit that calculates a moment necessary for performing the swing control as an operation amount based on at least data on the roll angle;
An offset value calculation unit for calculating an offset value of the rudder angle based on the calculated operation amount and data on the water flow received by the rudder,
The shake control processing device according to claim 5, further comprising an adding unit that adds the offset value and the command steering angle value.
操舵制御を行うための操舵装置から送信された指令舵角信号又は前記動揺制御処理装置が調整した指令舵角信号のうち、選択されたどちらか一方の信号を前記舵制御系装置に送信する選択手段と
を備えたことを特徴とする動揺制御システム。 The fluctuation control processing device according to any one of claims 3 to 9,
Selection to transmit either one of the command steering angle signal transmitted from the steering device for performing the steering control or the command steering angle signal adjusted by the shaking control processing device to the steering control system device And a swing control system.
前記操作量及び前記舵が受ける水流に関するデータに基づいて舵角のオフセット値を算出する工程と、
操舵装置が舵制御系装置に対して指示した指令舵角値に前記オフセット値を加算して新たな指令舵角値を算出する工程と
をコンピュータに行わせることを特徴とする動揺制御処理方法のプログラム。
A step of calculating, as an operation amount, a moment necessary to perform the swing control based on at least data on the roll angle;
Calculating an offset value of the rudder angle based on the operation amount and data on the water flow received by the rudder;
And a step of causing the computer to perform a step of calculating a new command rudder angle value by adding the offset value to the command rudder angle value instructed by the steering device to the rudder control system device. program.
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