JP2006297999A - Fin stabilizer for vessel, its controlling method and controlling program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船体の動揺を抑制させるための船舶用フィンスタビライザに関するものである。 The present invention relates to a ship fin stabilizer for suppressing the hulling of a hull.
従来、船舶の横揺れ運動又は縦揺れ運動を抑制する装置として、例えば、フィンスタビライザが知られている(例えば、特開平8−324485号公報参照)。このフィンスタビライザは、船体外板に突設されたフィンを備えており、このフィンの傾きを制御することにより揚力を発生させて、船体の横揺れなどを抑制するものである。
このようなフィンスタビライザにおいては、海水の流れに対するフィンの角度(以下「迎角」という。)と、船体に対するフィンの角度(以下「フィン角度」という。)とを同一と見なし、船体の動揺に応じて、フィン角度を制御することにより、船体の減揺制御を行っている。
In such a fin stabilizer, the angle of the fin with respect to the flow of seawater (hereinafter referred to as “attack angle”) and the angle of the fin with respect to the hull (hereinafter referred to as “fin angle”) are considered to be the same. Accordingly, the hull vibration reduction control is performed by controlling the fin angle.
しかしながら、波による外乱及び船体運動の影響を受けるにより、上記迎角とフィン角度が一致しない場合がある。このような場合、上述した従来のフィンスタビライザでは、フィン角度を適切な角度に制御することができず、船体の動揺を抑制するための所望の揚力が得られないという問題があった。 However, the angle of attack and the fin angle may not match due to the influence of disturbance due to waves and hull motion. In such a case, the conventional fin stabilizer described above has a problem that the fin angle cannot be controlled to an appropriate angle, and a desired lift for suppressing the hull sway cannot be obtained.
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、所望の揚力を得ることにより、高い精度で船体の動揺を抑制させることのできる船舶用フィンスタビライザ及びその制御方法並びに制御プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and provides a ship fin stabilizer, a control method therefor, and a control program that can suppress the shaking of the hull with high accuracy by obtaining a desired lift. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、船体の動揺を軽減すべく船体に取り付けられたフィンと、前記船体に対する前記フィンの角度を調整するための油圧シリンダを有するフィン駆動装置とを備える船舶用フィンスタビライザであって、前記油圧シリンダの圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力に基づいて、前記フィンのトルクを算出するトルク算出手段と、前記トルクに基づいて、海水の流れに対する前記フィンの角度を推定するフィン角度推定手段と、推定された前記フィンの角度を前記船体の動揺を打ち消すための目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成する指令生成手段とを具備し、前記フィン駆動装置は、前記フィン角度指令に基づいて前記フィンを駆動する船舶用フィンスタビライザを提供する。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
The present invention is a marine fin stabilizer comprising a fin attached to a hull to reduce the fluctuation of the hull, and a fin driving device having a hydraulic cylinder for adjusting an angle of the fin with respect to the hull. Pressure detecting means for detecting the pressure of the hydraulic cylinder; torque calculating means for calculating the torque of the fin based on the pressure; and fin angle estimation for estimating the angle of the fin with respect to the flow of seawater based on the torque. Means for generating a fin angle command for matching the estimated angle of the fin with a target angle for canceling the shaking of the hull, and the fin driving device includes the fin angle command. The ship fin stabilizer which drives the said fin based on this is provided.
上記構成によれば、トルク算出手段により、油圧シリンダの圧力に基づいて、フィンのトルクが算出され、フィン角度推定手段により、該トルクに基づいて、海水の流れに対するフィンの角度、つまり、迎角が推定される。そして、指令生成手段により、この迎角を目標角度に一致させるためのフィン角度指令値が生成され、このフィン角度指令値に基づいて、フィン駆動装置によりフィンが駆動されることとなる。このように、揚力が直接的に関係する迎角に基づいてフィン角度を制御することにより、所望の揚力を得ることが可能となり、減揺制御の精度を向上させることができる。
ここで、フィンに働く揚力と、フィンのトルクとは相関関係がある。また、フィンのトルクは、油圧シリンダの圧力と相関関係がある。従って、油圧シリンダの圧力からフィンのトルクを得、このトルクからフィンに働く揚力を得ることができる。更に、フィンに働く揚力は、フィンの迎角により決定されるため、フィンのトルクからフィンの迎角を推定することが可能となる。
According to the above configuration, the torque of the fin is calculated based on the pressure of the hydraulic cylinder by the torque calculating means, and the angle of the fin with respect to the seawater flow, that is, the angle of attack, is calculated based on the torque by the fin angle estimating means. Is estimated. The command generation means generates a fin angle command value for making the angle of attack coincide with the target angle, and the fin driving device drives the fin based on the fin angle command value. In this way, by controlling the fin angle based on the angle of attack directly related to lift, it is possible to obtain a desired lift and improve the accuracy of the vibration reduction control.
Here, there is a correlation between the lift acting on the fin and the torque of the fin. Further, the torque of the fin has a correlation with the pressure of the hydraulic cylinder. Therefore, the torque of the fin can be obtained from the pressure of the hydraulic cylinder, and the lift acting on the fin can be obtained from this torque. Furthermore, since the lift acting on the fin is determined by the angle of attack of the fin, the angle of attack of the fin can be estimated from the torque of the fin.
上記記載の船舶用フィンスタビライザは、前記船体に対する前記フィンの角度を検出するフィン角度検出手段を更に備え、前記指令生成手段は、前記船体の動揺周期が予め設定されている所定の閾値以下であった場合に、前記フィン角度検出手段により検出された前記フィンの角度を前記目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成すると良い。 The ship fin stabilizer described above further includes fin angle detection means for detecting an angle of the fin with respect to the hull, and the command generation means has a swing period of the hull that is equal to or less than a predetermined threshold value. In this case, it is preferable to generate a fin angle command for causing the fin angle detected by the fin angle detecting means to coincide with the target angle.
動揺周期が所定の周期以下である場合、圧力検出手段による圧力検出の精度が低下するなどの理由により、トルクの算出精度が低下し、この結果、フィン角度推定手段により推定されたフィン角度の信頼性が低くなるおそれがある。このような場合には、船体に対するフィン角度に基づく減揺制御を実施して、従来と同様程度の精度を維持することとしている。 When the oscillation period is equal to or less than the predetermined period, the accuracy of torque calculation is reduced due to a decrease in the accuracy of pressure detection by the pressure detection means. As a result, the reliability of the fin angle estimated by the fin angle estimation means is reduced. May be low. In such a case, the vibration reduction control based on the fin angle with respect to the hull is performed to maintain the same level of accuracy as in the past.
上記記載の船舶用フィンスタビライザにおいて、前記圧力検出手段は、前記油圧シリンダの上側シリンダ室及び下側シリンダ室の圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、前記圧力センサにより検出された検出値に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段とを備え、前記所定の閾値は、前記ノイズ除去手段の性能に基づいて決定されると良い。 In the ship fin stabilizer described above, the pressure detection means includes a pressure sensor that detects pressures in the upper cylinder chamber and the lower cylinder chamber of the hydraulic cylinder, and noise included in a detection value detected by the pressure sensor. Noise removal means for removing components, and the predetermined threshold value may be determined based on the performance of the noise removal means.
ノイズ除去手段の性能は、動揺周期に応じて変化する。従って、ノイズ除去手段の性能が低下する領域、つまり、必要とされる圧力検出精度を維持することができないような動揺周期のときは、上述の船体に対するフィン角度に基づく減揺制御を実施することとしている。 The performance of the noise removing means changes according to the oscillation period. Therefore, in the region where the performance of the noise removing means is reduced, that is, when the oscillation period is such that the required pressure detection accuracy cannot be maintained, the above-described vibration reduction control based on the fin angle with respect to the hull is performed. It is said.
上記記載の船舶用フィンスタビライザにおいて、前記船体に対する前記フィンの角度を検出するフィン角度検出手段と、前記フィン角度推定手段により推定された海水の流れに対する前記フィンの角度と、前記フィン角度検出手段により検出される船体に対する前記フィンの角度との差分を求める差分算出手段とを更に備え、前記指令生成手段は、前記差分が予め設定されている所定の値以上であった場合に、前記フィン角度検出手段により検出された船体に対する前記フィンの角度を前記目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成すると良い。 In the ship fin stabilizer described above, the fin angle detection means for detecting the angle of the fin with respect to the hull, the angle of the fin with respect to the flow of seawater estimated by the fin angle estimation means, and the fin angle detection means Difference calculating means for obtaining a difference between the detected angle of the fin and the hull, and the command generating means detects the fin angle when the difference is equal to or greater than a predetermined value. A fin angle command for matching the angle of the fin with respect to the hull detected by the means to the target angle may be generated.
上記構成によれば、フィン角度検出手段により検出されるフィンの角度、つまり、フィン角度と、フィン角度推定手段により推定されたフィンの角度、つまり、迎角との差分が差分算出手段により求められ、この差分が予め設定されている所定の値以上であった場合に、指令生成手段により、上記フィン角度に基づくフィン角度指令の生成が行われる。このように、両者の誤差が大きかった場合には、迎角ではなく、フィン角度に基づくフィン制御を行うことにより、制御の安定化を図ることとしている。 According to the above configuration, the difference between the fin angle detected by the fin angle detection means, that is, the fin angle, and the fin angle estimated by the fin angle estimation means, that is, the attack angle is obtained by the difference calculation means. When the difference is greater than or equal to a predetermined value set in advance, the command generation means generates a fin angle command based on the fin angle. As described above, when the error between the two is large, the control is stabilized by performing the fin control based on the fin angle instead of the angle of attack.
本発明は、船体の動揺を軽減すべく船体に取り付けられたフィンと、前記船体に対する前記フィンの角度を調整するための油圧シリンダを有するフィン駆動装置とを備える船舶用フィンスタビライザの制御方法であって、前記油圧シリンダの圧力に基づいて、前記フィンのトルクを算出する過程と、前記トルクに基づいて、海水の流れに対する前記フィンの角度を推定する過程と、推定した前記フィンの角度を前記船体の動揺を打ち消すための目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成する過程と、前記フィン角度指令に基づいて前記フィン駆動装置を制御する過程とを具備する船舶用フィンスタビライザの制御方法を提供する。 The present invention is a control method for a ship fin stabilizer that includes a fin attached to a hull to reduce the fluctuation of the hull and a fin driving device having a hydraulic cylinder for adjusting an angle of the fin with respect to the hull. The process of calculating the torque of the fin based on the pressure of the hydraulic cylinder, the process of estimating the angle of the fin with respect to the flow of seawater based on the torque, and the estimated angle of the fin as the hull Provided is a method for controlling a fin stabilizer for a ship, comprising: a step of generating a fin angle command for matching a target angle for canceling the fluctuation of the ship; and a step of controlling the fin driving device based on the fin angle command. To do.
上記制御方法によれば、油圧シリンダの圧力に基づいて、フィンのトルクが算出され、このトルクに基づいて、海水の流れに対するフィンの角度、つまり、揚力に直接的に関係する迎角が推定される。そして、この迎角を目標角度に一致させるためのフィン角度指令値が生成され、このフィン角度指令値に基づいて、フィン駆動装置によりフィンが駆動されることとなる。これにより、所望の揚力を得ることが可能となり、減揺制御の精度を向上させることができる。 According to the above control method, the torque of the fin is calculated based on the pressure of the hydraulic cylinder, and the angle of the fin with respect to the flow of seawater, that is, the angle of attack directly related to the lift force is estimated based on this torque. The Then, a fin angle command value for making the angle of attack coincide with the target angle is generated, and the fin driving device drives the fin based on the fin angle command value. This makes it possible to obtain a desired lift and improve the accuracy of the vibration reduction control.
本発明は、船体の動揺を軽減すべく船体に取り付けられたフィンと、前記船体に対する前記フィンの角度を調整するための油圧シリンダを有するフィン駆動装置とを備える船舶用フィンスタビライザの制御を行うための制御プログラムであって、前記油圧シリンダの圧力に基づいて、前記フィンのトルクを算出するステップと、前記トルクに基づいて、海水の流れに対する前記フィンの角度を推定するステップと、推定した前記フィンの角度を前記船体の動揺を打ち消すための目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成するステップと、前記フィン角度指令に基づいて、前記フィン駆動装置を制御するステップとをコンピュータに実行させるための制御プログラムを提供する。 The present invention controls a marine fin stabilizer including a fin attached to a hull to reduce the fluctuation of the hull and a fin driving device having a hydraulic cylinder for adjusting an angle of the fin with respect to the hull. And a step of calculating a torque of the fin based on the pressure of the hydraulic cylinder, a step of estimating an angle of the fin with respect to a seawater flow based on the torque, and the estimated fin Generating a fin angle command for matching the angle of the fin to a target angle for canceling the shaking of the hull, and causing the computer to execute a step of controlling the fin driving device based on the fin angle command Provide a control program.
上記制御プログラムがコンピュータにより実行されることにより、油圧シリンダの圧力に基づいて、フィンのトルクが算出され、このトルクに基づいて、海水の流れに対するフィンの角度、つまり、揚力に直接的に関係する迎角が推定される。そして、この迎角を目標角度に一致させるためのフィン角度指令値が生成され、このフィン角度指令値に基づいて、フィン駆動装置によりフィンが駆動されることとなる。これにより、所望の揚力を得ることが可能となり、減揺制御の精度を向上させることができる。 By executing the control program by the computer, the torque of the fin is calculated based on the pressure of the hydraulic cylinder, and based on this torque, the angle of the fin with respect to the flow of seawater, that is, directly related to the lift force. The angle of attack is estimated. Then, a fin angle command value for making the angle of attack coincide with the target angle is generated, and the fin driving device drives the fin based on the fin angle command value. This makes it possible to obtain a desired lift and improve the accuracy of the vibration reduction control.
本発明の船舶用フィンスタビライザ及びその制御方法並びに制御プログラムによれば、所望の揚力を得ることが可能となるので、高い精度で船体の動揺を抑制させることができるという効果を奏する。 According to the marine fin stabilizer of the present invention, its control method, and control program, it is possible to obtain a desired lift, so that it is possible to suppress the fluctuation of the hull with high accuracy.
以下に、本発明に係る船舶用フィンスタビライザの実施形態について、〔第1の実施形態〕、〔第2の実施形態〕の順に、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a ship fin stabilizer according to the present invention will be described in the order of [first embodiment] and [second embodiment] with reference to the drawings.
〔第1の実施形態〕
以下、本発明の第1の実施形態に係る船舶用フィンスタビライザについて説明する。
図1は、本実施形態に係る船舶用フィンスタビライザ(以下「フィンスタビライザ」という。)が船体に及ぼす作用について説明するための制御ブロック図である。
この図に示されるように、船体2に設けられているセンサ(図示略)により、船体2の実傾斜角φが検出され、目標傾斜角生成部50に入力される。目標傾斜角生成部50において、船体2の実傾斜角φを目標傾斜角φref(=0)に一致させるための傾斜角指令φ´が算出され、この傾斜角指令φ´がフィンスタビライザ1に出力される。目標傾斜角生成部50は、例えば、目標傾斜角φrefと船体2の実傾斜角φとの差分を傾斜角指令φ´として出力する。フィンスタビライザ1では、後述のように、傾斜角指令φ´に基づいてフィンの角度が制御されることにより、船体2の傾斜角をゼロにするような揚力を発生させ、船体2の動揺を抑制する。
[First Embodiment]
Hereinafter, the marine fin stabilizer according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a control block diagram for explaining the action of a ship fin stabilizer (hereinafter referred to as “fin stabilizer”) according to the present embodiment on a hull.
As shown in this figure, the actual inclination angle φ of the
上記フィンスタビライザ1は、図2に示されるように、フィン11が、油圧シリンダ12により動揺軸周りに揺動されるようになっている。この油圧シリンダ12は、流量調整機構14(例えば、電気油圧サーボ弁などを備える)を介して定吐出ポンプから供給される作動油の正負の向きの流量Qに応じて往復2方向の作動が可能なピストンPを備えて構成されている。吐出油の流量Qは流量調整機構14により調整される。
このような構成により、流量調整機構14により流量Qが調整されると、油圧シリンダ12のピストンPが上下方向に移動し、フィン11の角度θが所望の角度に調整されることとなる。
As shown in FIG. 2, the fin stabilizer 1 is configured such that the
With such a configuration, when the flow rate Q is adjusted by the flow
上記油圧シリンダ12の上側シリンダ室12aには、同シリンダ内の油圧を検出する上側圧力センサ16aが設けられている。同様に、油圧シリンダ12の下側シリンダ室12bには、同シリンダ内の油圧を検出する下側圧力センサ16bが設けられている。
The
次に、上述した本実施形態に係るフィンスタビライザの制御系について図3を参照して説明する。図3は、本実施形態に係るフィンスタビライザの制御系を示したブロック図である。図3において、上述した図2に示されている構成要素と同一のものには同一の符号を付している。 Next, the control system of the fin stabilizer according to this embodiment described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the fin stabilizer according to the present embodiment. 3, the same components as those shown in FIG. 2 described above are denoted by the same reference numerals.
まず、図1に示した傾斜指令値φ´は、図3に示すフィンスタビライザ1のファジィ演算器21に直接入力されるとともに、一部が微分器22により微分されてファジイ演算器21に入力される。ファジイ演算器21は、これら入力情報に基づいて、船体2の傾斜角φをゼロにするために必要となるフィン角度を求め、これを目標フィン角度θ1として出力する。なお、ファジィ演算器21にて行われる演算手順については、例えば、特許第2915658号公報に開示されている手法を採用するとよい。
First, the tilt command value φ ′ shown in FIG. 1 is directly inputted to the
上記ファジィ演算器21から出力された目標フィン角度θ1は、指令生成部23に入力される。指令生成部23は、上記目標フィン角度θ1と、後述する迎角演算部24により推定されるフィンの迎角(以下「推定迎角」という。なお、迎角とは、海水の流れに対するフィン11の角度である。)θ2´とを比較し、フィン11の推定迎角θ2´を目標フィン角度θ1に一致させるためのフィン角度指令値θ3を求める。
The target fin angle θ1 output from the
指令制御部23により求められたフィン角度指令値θ3は、流量調整機構14に入力される。流量調整機構14は、フィン角度指令値θ3に対応する流量Qの作動油を油圧シリンダ12に供給するべく、作動する。これにより、フィン角度指令値θ3に対応する流量Qが油圧シリンダ12に供給され、フィン11の実際のフィン角度(以下「実フィン角度」という。なお、フィン角度とは、船体に対するフィン11の角度である。)θ3´が変化する。フィン角度θ3´は、海水などの外乱Wなどの影響により変化することにより、海水に対するフィンの角度、つまり実フィン迎角θ2となり、この実フィン迎角θ2に応じた揚力が作用することにより、船体の動揺が抑制される。
The fin angle command value θ3 obtained by the
一方、この実フィン迎角θ2をフィードバック制御するべく、まず、油圧シリンダ12の上側シリンダ室の圧力が上側圧力センサ16aにより検出されるとともに、下側シリンダ室の圧力が下側圧力センサ16bにより検出される。これら検出値は、それぞれローパスフィルタ25を通過することにより、高調波(ノイズ成分)が除去され、減算器26に入力される。減算器26では、油圧シリンダ12の上下シリンダ室の圧力差が演算され、この演算結果である圧力の差分がトルク演算部27に入力される。トルク演算部27は、この油圧シリンダ12の上下シリンダ室の圧力差に基づいて、フィン11に作用するトルクを算出し、このトルクを出力する。トルク演算部27により演算されたトルクは、トルク調整器28により、フィンの自重により係るトルクである自重トルク分が差し引かれた後、迎角演算部24に入力される。
On the other hand, in order to feedback control the actual fin attack angle θ2, first, the pressure in the upper cylinder chamber of the
迎角演算部24は、トルク調整器28から入力されたトルクに基づいて、フィン11の迎角θ2を推定する。
迎角演算部24は、例えば、図4に示すように、フィン11に作用するモーメントMに関係するモーメント係数Cmと、迎角θ2とを対応付けるモーメント係数テーブルを保有している。ここで、モーメント係数Cmと迎角θ2との関係は、海水の流速vによって変化するため、海水に応じてこれらの対応付けがなされている。
The angle of
For example, as shown in FIG. 4, the angle-of-
ここで、モーメント係数Cmは、以下の(1)式にて得ることができる。
ここで、上記(1)式に用いられる各種パラメータについて、図5を用いて説明する。図5は、フィン11の縦断面図を示したものであるとともに、フィン11に作用する力について説明する図である。この図において、船体2の進行方向を矢印Gにて示している。
上記(1)式において、パラメータMは、図5に示すように、フィン11に作用するモーメントであり、本実施形態では、このモーメントMとして、迎角演算部24に入力されるフィン11のトルクを採用する。また、パラメータρは、海水の密度であり、例えば、1025kg/m3を使用する。パラメータvは、海水の流速であって、本実施形態では、船速を採用する。なお、海水の流速の向きと船速の向きは、図5に示すように、逆向きである。パラメータAは、フィン11の表面積である。例えば、その表面積の一例を図5の上方に正方形として示す。パラメータCは、海水の流れの方向に対するフィン11の長さである。上述した各種パラメータのうち、パラメータρ、A、及びCは、いずれも定数として予め登録されており、パラメータv及びMは、リアルタイムの船速、トルクを反映した値となる。
Here, various parameters used in the above equation (1) will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the
In the above equation (1), the parameter M is a moment acting on the
迎角演算部24は、トルク調整器28からトルクが入力されると、このトルクをパラメータMとして上記(1)に入力するとともに、このときの船速vを上記(1)式に入力し、モーメント係数Cmを算出する。そして、迎角演算部24は、このモーメント係数Cm及び船速vに対応する迎角θ2を図4に示したモーメント係数テーブルから取得する。このようにして、迎角演算部24は、現在のフィン11の迎角θ2を取得すると、この迎角θ2を推定した迎角、つまり、推定迎角θ2´として出力する。
そして、この推定迎角θ2´は、図3に示した指令制御部23にフィードバックされることとなる。
When the torque is input from the
The estimated attack angle θ2 ′ is fed back to the
そして、指令生成部23において、迎角演算部24からフィードバックされてくる推定迎角θ2´をファジィ演算器21から入力された目標フィン角度θ1に一致させるためのフィン角度指令値θ3が算出され、このフィン角度指令値が流入調整機構14に出力されることにより、フィンの角度がフィン角度指令値θ3に基づいて調整され、この結果、フィン11の実迎角θ2を目標フィン角度θ1に一致させることが可能となる。これにより、フィン11の作用により所望の揚力Fを発生させることができ、これによって、船体2の動揺を抑制させることが可能となる。
Then, the
以上述べてきたように、本実施形態に係るフィンスタビライザによれば、海流などの様々な外乱Wが作用した後のフィンの角度、つまり、迎角を推定し、この推定迎角θ2´に基づくフィン角度のフィードバック制御が行われるので、外乱Wによる揚力低減を解消することが可能となり、減揺制御の精度を向上させることができる。 As described above, according to the fin stabilizer according to the present embodiment, the angle of the fin after various disturbances W such as ocean currents, that is, the angle of attack is estimated, and based on the estimated angle of attack θ2 ′. Since the feedback control of the fin angle is performed, it is possible to eliminate the lift reduction due to the disturbance W and to improve the accuracy of the vibration reduction control.
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について、図6を用いて説明する。
本実施形態のフィンスタビライザが第1の実施形態と異なる点は、フィードバック系において、所定の条件を追加し、この条件に応じて、フィードバックさせるフィンの角度を推定迎角θ2´又は実フィン角度θ3´に切り替える点である。
例えば、推定迎角θ2´と実フィン角度θ3´との差分が所定の値(例えば、2°)以下であり、且つ、船体2(図1参照)の動揺周期が予め設定されている所定の閾値(例えば、20秒)以上であった場合に、推定迎角θ2´をフィードバックさせる。
一方、上記条件を満たさなかった場合、つまり、推定迎角θ2´と実フィン角度θ3´との差分が所定の値(例えば、2°)を超えていた場合、或いは、船体2(図1参照)の動揺周期が予め設定されている所定の閾値(例えば、20秒)以下であった場合には、実フィン角度θ3´を推定迎角の代わりにフィードバックさせる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The fin stabilizer of the present embodiment is different from the first embodiment in that a predetermined condition is added in the feedback system, and the angle of the fin to be fed back is estimated angle of attack θ2 ′ or actual fin angle θ3 according to this condition. It is a point to switch to '.
For example, the difference between the estimated angle of attack θ2 ′ and the actual fin angle θ3 ′ is a predetermined value (for example, 2 °) or less, and the oscillation cycle of the hull 2 (see FIG. 1) is set in advance. When it is equal to or greater than a threshold (for example, 20 seconds), the estimated attack angle θ2 ′ is fed back.
On the other hand, when the above condition is not satisfied, that is, when the difference between the estimated attack angle θ2 ′ and the actual fin angle θ3 ′ exceeds a predetermined value (for example, 2 °), or the hull 2 (see FIG. 1) ) Is not more than a predetermined threshold value (for example, 20 seconds) set in advance, the actual fin angle θ3 ′ is fed back instead of the estimated angle of attack.
例えば、船体の動揺周期が短い場合、各圧力センサ16a及び16bからのセンサ出力に含まれている高調波をローパスフィルタ25により取り除くのが困難となる。従って、本実施形態では、油圧シリンダの上下シリンダ室の圧力を精度良く検出できない領域においては、推定迎角θ2´ではなく、実フィン角度θ3´に基づくフィードバック制御を行うようにしている。このため、例えば、上記条件における所定の閾値は、ローパスフィルタの性能によって決定されることとなる。
また、推定迎角θ2´が実フィン角度θ3´とあまりにも異なる場合には、圧力センサの故障などの要因が考えられ、また、制御の安定性が低下する可能性があるため、本実施形態では、両角度の差が所定値以内の場合にのみ、推定迎角θ2´をフィードバックさせることとし、制御の安定性を維持することとしている。
For example, when the hull oscillation period is short, it is difficult to remove harmonics contained in the sensor outputs from the
In addition, when the estimated attack angle θ2 ′ is too different from the actual fin angle θ3 ′, there may be a factor such as a failure of the pressure sensor, and the control stability may be reduced. Then, only when the difference between the two angles is within a predetermined value, the estimated angle of attack θ2 ′ is fed back to maintain control stability.
次に、本実施形態に係る船舶用フィンスタビライザの具体的構成の一例について、図を用いて説明する。図6は、本実施形態に係るフィンスタビライザの制御系を示す図である。図6において、図3に示した構成要素と同一のものについては、同一の符号を付し、説明を省略する。 Next, an example of a specific configuration of the marine fin stabilizer according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram illustrating a control system of the fin stabilizer according to the present embodiment. In FIG. 6, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
本実施形態に係るフィンスタビライザは、図3に示した第1の実施形態に係るフィンスタビライザの制御系において、迎角演算部24と指令生成部23とを結ぶフィードバックラインに、減算器30、リミッタ31、切替器32が設けられている。
まず、迎角演算部24によって推定された推定迎角θ2´は、減算器30に入力され、この減算器30によって、実フィン角度θ3´との差分が算出される。なお、実フィン角度θ3´については、周知の技術により検出されるものであり、周知の技術により検出された実フィン角度θ3´を使用すれば良い。
減算器30により算出された差分θ2´−θ3´は、リミッタ31に入力される。リミッタ31は、差分θ2´−θ3´が所定値(例えば、2°)以下であるか否かを比較し、差分が所定値以下であれば、差分を切替器32に出力し、差分が所定値を超えていれば、「ゼロ」を切替器32に出力する。
In the fin stabilizer control system according to the first embodiment shown in FIG. 3, the fin stabilizer according to the present embodiment includes a
First, the estimated angle-of-attack θ2 ′ estimated by the angle-of-
The difference θ2′−θ3 ′ calculated by the
続いて、切替器32は、船体2の動揺周期に応じて切り替えられるスイッチであり、船体2の動揺周期が所定の閾値よりも大きい場合には、リミッタ31から入力された差分を指令生成部23が備える第1の減算器23aに出力する。一方、船体2の動揺周期が所定の閾値以下であった場合には、切替器32は、上記指令生成部23に「ゼロ」を出力する。
Subsequently, the
これにより、推定迎角θ2´と実フィン角度θ3´との差分が所定の値(例えば、2°)以下であり、且つ、船体2の動揺周期が閾値以上であった場合には、減算器32により算出された差分θ2´−θ3´が指令生成部23の第1の減算器23aにフィードバックされる。指令生成部23の第1の減算器23aは、切替器32から入力された差分θ2´−θ3´と、ファジィ演算器21から入力される目標フィン角度θ1との差分θ1−(θ2´−θ3´)を算出し、この算出結果を指令生成部23が備える第2の減算器23bに出力する。第2の減算器23bは、第1の減算器23aから入力された差分θ1−(θ2´−θ3´)と実フィン角度θ3´との差分、つまり、θ1−(θ2´−θ3´)−θ3´=θ1−θ2´を算出し、この算出結果θ1−θ2´をフィン角度指令値θ3として、流量調整機構14に出力する。つまり、この場合には、フィードバックさせるフィンの角度が推定迎角θ2´となる。
As a result, when the difference between the estimated attack angle θ2 ′ and the actual fin angle θ3 ′ is equal to or less than a predetermined value (for example, 2 °) and the oscillation period of the
一方、推定迎角θ2´と実フィン角度θ3´との差分が所定の値(例えば、2°)を越えていた場合、或いは、船体2の動揺周期が閾値未満であった場合には、指令生成部23の第1の減算器23aにフィードバックされる信号は「ゼロ」となる。これにより、指令生成部23の第1の減算器23aの算出結果は、θ1−0=θ1となり、目標フィン角度θ1が第2の減算器23bに入力されることとなる。第2の減算器では、目標フィン角度θ1と実フィン角度θ3´との差分、つまり、θ1−θ3´を算出し、この算出結果θ1−θ3´をフィン角度指令値θ3として、流量調整機構14に出力する。つまり、この場合には、フィードバックさせるフィンの角度が実フィン角度θ3´となる。
On the other hand, if the difference between the estimated attack angle θ2 ′ and the actual fin angle θ3 ′ exceeds a predetermined value (for example, 2 °), or if the hull period of the
これにより、推定迎角θ2´と実フィン角度θ3´との差分が所定の値(例えば、2°)以下であり、且つ、船体2(図1参照)の動揺周期が予め設定されている所定の閾値以上であった場合には、推定迎角θ2´に基づくフィンの角度制御が行われ、一方、推定迎角θ2´と実フィン角度θ3´との差分が所定の値を越えている場合、或いは、船体2の動揺周期が所定の閾値未満であった場合には、実フィン角度θ3´に基づくフィンの角度制御が行われることとなる。
As a result, the difference between the estimated angle of attack θ2 ′ and the actual fin angle θ3 ′ is equal to or less than a predetermined value (for example, 2 °), and the predetermined oscillation cycle of the hull 2 (see FIG. 1) is set in advance. When the angle is equal to or greater than the threshold, fin angle control is performed based on the estimated angle of attack θ2 ′, while the difference between the estimated angle of attack θ2 ′ and the actual fin angle θ3 ′ exceeds a predetermined value. Alternatively, when the swinging period of the
以上、説明してきたように、本実施形態に係るフィンスタビライザによれば、動揺周期が所定の周期以下であり、油圧シリンダ12の上下シリンダ室の圧力を精度良く検出できない場合には、実フィン角度θ3´に基づく減揺制御が実施されるので、従来と同様程度の精度を維持することとが可能となる。更に、実フィン角度θ3´と推定迎角θ2´との差分が所定の値以下であった場合には、実フィン角度θ3´に基づく減揺制御が行われるので、制御の安定化を図ることが可能となる。
As described above, according to the fin stabilizer according to the present embodiment, when the oscillation period is not more than a predetermined period and the pressure in the upper and lower cylinder chambers of the
なお、上述した第1の実施形態及び第2の実施形態に係るフィンスタビライザは、内部に、コンピュータシステムを有していても良い。そして、上述したフィンスタビライザの制御に関する一連の処理の過程が、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われるようにしても良い。
具体的には、フィンスタビライザの制御系における各演算手段などは、CPU等の中央演算処理装置がROMやRAM等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものとしても良い。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。
In addition, the fin stabilizer which concerns on 1st Embodiment mentioned above and 2nd Embodiment may have a computer system inside. A series of processing steps relating to the control of the fin stabilizer described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above processing is performed by the computer reading and executing the program. Anyway.
Specifically, each arithmetic means in the fin stabilizer control system is such that a central processing unit such as a CPU reads the above program into a main storage device such as a ROM or RAM, and executes information processing / arithmetic processing. It is good also as what is realized by.
Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した第1の実施形態においては、図4に示したモーメント係数テーブルに基づいて、迎角を推定していたが、この例に限られず、演算式により、迎角を導出するようにしても良い。また、図4に示されるように、例えば、モーメント係数が所定の値以下においては、迎角とモーメント係数とは比例関係にある。従って、モーメント係数が所定の値以下の場合には、演算式に基づいて、つまり、モーメント係数に所定の係数を乗算することにより、容易に迎角を算出し、また、モーメント係数が所定の値を超えた場合には、図4に示したようなモーメント係数テーブルに基づいて、対応する迎角を求めるようにしても良い。
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
For example, in the first embodiment described above, the angle of attack is estimated based on the moment coefficient table shown in FIG. 4. However, the present invention is not limited to this example, and the angle of attack is derived by an arithmetic expression. May be. Further, as shown in FIG. 4, for example, when the moment coefficient is equal to or less than a predetermined value, the angle of attack and the moment coefficient are in a proportional relationship. Therefore, when the moment coefficient is less than or equal to a predetermined value, the angle of attack is easily calculated based on the arithmetic expression, that is, by multiplying the moment coefficient by the predetermined coefficient, and the moment coefficient is a predetermined value. When the angle exceeds, the corresponding angle of attack may be obtained based on the moment coefficient table as shown in FIG.
23 指令生成部
24 迎角演算部
11 フィン
14 流量調整機構
12 油圧シリンダ
16a 上側圧力センサ
16b 下側圧力センサ
25 ローパスフィルタ
27 トルク演算部
23
Claims (6)
前記油圧シリンダの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力に基づいて、前記フィンのトルクを算出するトルク算出手段と、
前記トルクに基づいて、海水の流れに対する前記フィンの角度を推定するフィン角度推定手段と、
推定された前記フィンの角度を前記船体の動揺を打ち消すための目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成する指令生成手段と
を具備し、
前記フィン駆動装置は、前記フィン角度指令に基づいて前記フィンを駆動する船舶用フィンスタビライザ。 A marine fin stabilizer comprising: a fin attached to a hull to reduce a fluctuation of the hull; and a fin driving device having a hydraulic cylinder for adjusting an angle of the fin with respect to the hull;
Pressure detecting means for detecting the pressure of the hydraulic cylinder;
Torque calculating means for calculating the torque of the fin based on the pressure;
Fin angle estimation means for estimating an angle of the fin with respect to the flow of seawater based on the torque;
Command generating means for generating a fin angle command for causing the estimated angle of the fin to coincide with a target angle for canceling the shaking of the hull, and
The fin driving device is a marine fin stabilizer that drives the fin based on the fin angle command.
前記指令生成手段は、前記船体の動揺周期が予め設定されている所定の閾値以下であった場合に、前記フィン角度検出手段により検出された前記フィンの角度を前記目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成する請求項1に記載の船舶用フィンスタビライザ。 A fin angle detecting means for detecting an angle of the fin with respect to the hull;
The command generation means includes a fin for causing the fin angle detected by the fin angle detection means to coincide with the target angle when the hull oscillation period is equal to or less than a predetermined threshold value. The marine fin stabilizer according to claim 1, which generates an angle command.
前記油圧シリンダの上側シリンダ室及び下側シリンダ室の圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、
前記圧力センサにより検出された検出値に含まれるノイズ成分を除去するノイズ除去手段とを備え、
前記所定の閾値は、前記ノイズ除去手段の性能に基づいて決定される請求項2に記載の船舶用フィンスタビライザ。 The pressure detecting means includes
Pressure sensors for detecting pressures in the upper cylinder chamber and the lower cylinder chamber of the hydraulic cylinder,
Noise removing means for removing a noise component included in the detection value detected by the pressure sensor;
The marine fin stabilizer according to claim 2, wherein the predetermined threshold is determined based on performance of the noise removing unit.
前記フィン角度推定手段により推定された海水の流れに対する前記フィンの角度と、前記フィン角度検出手段により検出される前記船体に対する前記フィンの角度との差分を求める差分算出手段とを更に備え、
前記指令生成手段は、前記差分が予め設定されている所定の値以上であった場合に、前記フィン角度検出手段により検出された前記船体に対するフィンの角度を前記目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成する請求項1に記載の船舶用フィンスタビライザ。 Fin angle detection means for detecting the angle of the fin with respect to the hull;
A difference calculating means for obtaining a difference between the angle of the fin with respect to the seawater flow estimated by the fin angle estimating means and the angle of the fin with respect to the hull detected by the fin angle detecting means;
The command generation means, when the difference is greater than or equal to a predetermined value set in advance, a fin angle for causing the fin angle relative to the hull detected by the fin angle detection means to coincide with the target angle The ship fin stabilizer of Claim 1 which produces | generates instruction | command.
前記油圧シリンダの圧力に基づいて、前記フィンのトルクを算出する過程と、
前記トルクに基づいて、海水の流れに対する前記フィンの角度を推定する過程と、
推定した前記フィンの角度を前記船体の動揺を打ち消すための目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成する過程と、
前記フィン角度指令に基づいて前記フィン駆動装置を制御する過程と
を具備する船舶用フィンスタビライザの制御方法。 A control method for a ship fin stabilizer, comprising: a fin attached to a hull to reduce fluctuation of the hull; and a fin driving device having a hydraulic cylinder for adjusting an angle of the fin with respect to the hull,
Calculating the torque of the fin based on the pressure of the hydraulic cylinder;
Estimating the angle of the fin relative to the flow of seawater based on the torque;
Generating a fin angle command for matching the estimated angle of the fin to a target angle for canceling the shaking of the hull;
A method for controlling a ship fin stabilizer, comprising: controlling the fin driving device based on the fin angle command.
前記油圧シリンダの圧力に基づいて、前記フィンのトルクを算出するステップと、
前記トルクに基づいて、海水の流れに対する前記フィンの角度を推定するステップと、
推定した前記フィンの角度を前記船体の動揺を打ち消すための目標角度に一致させるためのフィン角度指令を生成するステップと、
前記フィン角度指令に基づいて、前記フィン駆動装置を制御するステップと
をコンピュータに実行させるための制御プログラム。 A control program for controlling a ship fin stabilizer comprising fins attached to a hull to reduce the fluctuation of the hull and a fin driving device having a hydraulic cylinder for adjusting an angle of the fin with respect to the hull. There,
Calculating the torque of the fin based on the pressure of the hydraulic cylinder;
Estimating the angle of the fin relative to the flow of seawater based on the torque;
Generating a fin angle command for causing the estimated angle of the fin to coincide with a target angle for canceling the shaking of the hull;
A control program for causing a computer to execute the step of controlling the fin driving device based on the fin angle command.
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