JP2009248897A - Automatic ship steering device - Google Patents
Automatic ship steering device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009248897A JP2009248897A JP2008102367A JP2008102367A JP2009248897A JP 2009248897 A JP2009248897 A JP 2009248897A JP 2008102367 A JP2008102367 A JP 2008102367A JP 2008102367 A JP2008102367 A JP 2008102367A JP 2009248897 A JP2009248897 A JP 2009248897A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angle
- turning
- unit
- hull
- route
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 62
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 38
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 30
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 abstract description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 17
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 16
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本発明は、航路制御系の船舶用自動操舵装置に関し、旋回時に横滑り角及び潮流成分を考慮することにより計画航路に追跡させることができる船舶用自動操舵装置に関する。 The present invention relates to a marine vessel automatic steering device for a route control system, and more particularly to a marine vessel automatic steering device that can be traced to a planned route by taking into account a side slip angle and a tidal current component when turning.
船舶用自動操舵装置は、舵角を制御して設定方位に船首方位を追従させる方位制御系(HCS: Heading Control System)と、計画航路に船体位置を追跡させる航路制御系(TCS:Track Control System)とに分けられる。マイクロチップの高機能化、衛星測位システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)の小型化・低コスト化・高精度化により位置情報が簡単に得られるようになったことに伴い、航路制御系の要求が高まっている。 The automatic steering system for ships has a heading control system (HCS) that controls the steering angle and follows the heading to the set direction, and a track control system (TCS) that tracks the hull position on the planned route. ). The demand for navigation control systems has increased with the advancement of microchip functionality and the ease of obtaining location information through the downsizing, cost reduction, and high accuracy of the Global Navigation Satellite System (GNSS). Is growing.
一般的な航路制御系の船舶用自動操舵装置は、図1に示すように軌道計画部12、軌道航路誤差演算部14、フィードバック制御部16及び加算器17を備える。誘導システム22からの計画航路に基づき軌道計画部12が出力する参照方位ψRと参照位置xR、yRと、センサから検出される方位ψと位置x、yとの誤差を軌道航路誤差演算部14が求める。フィードバック制御部16は、主として保針時にその誤差から船体の方位と位置とを追跡させるべくフィードバック舵角δFBを出力する。また、旋回時には軌道計画部12からフィードフォワード舵角δFFが出力される。加算器17は、フィードバック舵角δFBとフィードフォワード舵角δFFとを加算して指令舵角δcを船体の操舵機に出力する。計画航路は、直線と円弧の曲線とから定められる。
As shown in FIG. 1, the general marine automatic steering device for a marine route control system includes a
航路制御系のフィードバック制御系の制御時定数は方位制御系の制御時定数より長く、且つ、旋回時間は方位制御系の時定数より通常短いので、旋回で生じた航路誤差は、旋回中にフィードバック制御系で収斂させることは難しい。 The control time constant of the feedback control system of the route control system is longer than the control time constant of the direction control system, and the turn time is usually shorter than the time constant of the direction control system. It is difficult to converge with the control system.
ところで、船体は操舵によって、方位軸回りに旋回角速度を発生するのと同時に船体横方向に対水の反力による横滑り速度を発生させる。そのため、この横滑り特性により、旋回半径一定の計画航路に対して船体軌跡は計画した円弧状にならず航路誤差を生じる。また、方位は操舵を開始してから船体時定数が大きいためにすぐには変針しない。そのため旋回の操舵開始位置と旋回開始位置とに距離(リーチ(Reach)と呼ぶ)が生じる。リーチの見積りを誤ると航路誤差になるため、リーチ量、操舵量を調整する必要がある。 By the way, the hull generates a side-slip velocity due to a reaction force against water in the lateral direction of the hull at the same time as generating a turning angular velocity around the azimuth axis by steering. Therefore, due to this skid characteristic, the hull trajectory does not have the planned arc shape with respect to the planned route with a constant turning radius, resulting in a channel error. Also, the direction does not change immediately because the hull time constant is large after steering is started. Therefore, a distance (referred to as a reach) is generated between the turning start position and the turning start position. If the reach estimate is incorrect, it will result in a navigation error, so it is necessary to adjust the reach amount and the steering amount.
また、旋回時には、船体に印加する潮流成分は船首方位によって変化するために、潮流成分を考慮しないと、航路誤差が過渡的に生じることになる。 In addition, when turning, the tidal component applied to the hull changes depending on the heading direction, and therefore, if the tidal component is not taken into account, a channel error will occur transiently.
一方、本願発明者は、方位制御系において、船首方位を参照方位に遅れなく追従させることができる参照方位とフィードフォワード制御との技術を特許文献1、非特許文献1及び特許文献2で提案している。
On the other hand, the inventor of the present application proposes, in
そこで、本発明は、既に提案する船首方位を参照方位に遅れなく追従させることができる参照方位とフィードフォワード制御を基礎にし、船体の旋回時の横滑り特性及び/または潮流成分を考慮することによって、計画旋回の軌跡に乗せることができる船舶用自動操舵装置を提供することをその目的とする。 Therefore, the present invention is based on the reference direction and feedforward control that can follow the proposed heading without delay to the reference direction, and by taking into account the side-slip characteristics and / or tidal current components when turning the hull, An object of the present invention is to provide a marine vessel automatic steering device that can be placed on a trajectory of planned turning.
かかる目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の発明は、センサで検出された船速が入力され、計画航路に基づき参照信号を発生すると共に旋回時に計画航路の軌跡に乗せるためのフィードフォワード舵角を出力する軌道計画部とを備える船舶用自動操舵装置において、
前記軌道計画部は、
計画航路に従う旋回を行うための参照方位ψRを発生する参照方位発生部と、
参照方位ψRの時間微分である参照角速度rRから舵を切ることによって発生する旋回角速度に対応する参照斜航角βRを求める横滑り修正部と、
前記参照方位と前記参照斜航角βRとに基づき、修正されたフィードフォワード舵角を発生する前記フィードフォワード舵角発生部と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve such an object, according to the first aspect of the present invention, the ship speed detected by the sensor is inputted, a reference signal is generated based on the planned route, and the trajectory of the planned route is placed when making a turn. In the ship automatic steering apparatus comprising a trajectory planning unit that outputs the feed forward rudder angle of
The trajectory planning unit
A reference azimuth generating unit for generating a reference azimuth ψ R for making a turn in accordance with the planned route,
A skid correction unit for obtaining a reference skew angle β R corresponding to a turning angular velocity generated by turning the rudder from a reference angular velocity r R which is a time derivative of the reference orientation ψ R ;
Based on the reference azimuth and the reference skew angle β R , the feedforward rudder angle generating unit that generates a corrected feedforward rudder angle;
It is characterized by providing.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の前記軌道計画部が、さらに、
参照方位ψRと船速Uを用いて、
According to a second aspect of the present invention, the trajectory planning unit according to the first aspect further comprises:
Using reference direction ψ R and ship speed U,
前記参照速度ベクトルを積分することにより参照位置を出力する参照位置発生部と、
を備えることを特徴とする。
A reference position generator for outputting a reference position by integrating the reference velocity vector;
It is characterized by providing.
請求項3記載の発明は、センサで検出された船速が入力され、計画航路に基づき参照信号を発生すると共に旋回時に計画航路の軌跡に乗せるためのフィードフォワード舵角を出力する軌道計画部と、該軌道計画部からの参照信号とセンサで検出された検出信号とから軌道誤差を演算する軌道航路誤差演算部と、該軌道誤差から推定潮流成分とフィードバック舵角を出力するフィードバック制御部とを備え、
前記フィードバック舵角と前記フィードフォワード舵角とによって操舵を行わせる船舶用自動操舵装置において、
前記軌道計画部は、
計画航路に従う旋回を行うための参照方位ψRを発生する参照方位発生部と、
前記推定潮流成分を、参照方位発生部で出力する参照方位に基づき座標変換を行って潮流の船体の横方向成分を求める座標変換部と、
該座標変換部で座標変換された横方向成分から潮流に対抗する修正斜航角βdを求める潮流修正部と、
前記参照方位と前記修正斜航角βdとに基づき、修正されたフィードフォワード舵角を発生する前記フィードフォワード舵角発生部と、
を備えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a trajectory planning unit that receives a ship speed detected by a sensor, generates a reference signal based on the planned route, and outputs a feedforward steering angle for placing the trajectory on the planned route when turning. A trajectory route error calculation unit that calculates a trajectory error from the reference signal from the trajectory planning unit and a detection signal detected by the sensor, and a feedback control unit that outputs an estimated tidal current component and a feedback steering angle from the trajectory error. Prepared,
In the boat automatic steering apparatus that performs steering by the feedback steering angle and the feedforward steering angle,
The trajectory planning unit
A reference azimuth generating unit for generating a reference azimuth ψ R for making a turn in accordance with the planned route,
A coordinate conversion unit that obtains a lateral component of the hull of the tidal current by performing coordinate conversion based on the reference direction output by the reference direction generation unit for the estimated current component,
A tidal current correcting section for obtaining a corrected tilt angle β d that opposes the tidal current from the lateral component coordinate-converted by the coordinate converting section;
The feedforward steering angle generator for generating a corrected feedforward steering angle based on the reference azimuth and the corrected skew angle β d ;
It is characterized by providing.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の前記軌道計画部が、さらに、参照方位ψRの時間微分である参照角速度rRから舵を切ることによって発生する旋回角速度に対応する参照斜航角βRを求める横滑り修正部を備え、
前記座標変換部は、参照方位ψRと参照斜航角βRとを加算した参照針路θRを用いて、推定潮流成分dx^、dy^から、
Fourth aspect of the present invention, the trajectory planning unit of
The coordinate conversion unit uses the reference course θ R obtained by adding the reference direction ψ R and the reference oblique angle β R , from the estimated tidal component d x ^, d y ^,
請求項5記載の発明は、請求項3または4記載の前記フィードバック制御部が、潮流成分を推定する推定器と、軌道誤差からフィードバックゲインを作用してフィードバック舵角を演算するフィードバックゲイン器とを有しており、
前記軌道計画部は、潮流に対向する修正斜航角βdに対してフィードバック制御部のフィードバックゲインを作用した修正量を算出して該修正量によりフィードフォワード舵角を修正するフィードフォワード舵角修正部をさらに備えることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, the feedback control unit according to the third or fourth aspect includes an estimator that estimates a tidal component, and a feedback gain unit that calculates a feedback steering angle by applying a feedback gain from a trajectory error. Have
The trajectory planning unit calculates a correction amount obtained by applying the feedback gain of the feedback control unit to the corrected skew angle β d facing the tidal current, and corrects the feedforward steering angle based on the correction amount. It further has a section.
請求項6記載の発明は、計画航路に基づき参照方位を発生すると共に、旋回時に計画航路の軌跡に乗せるためのフィードフォワード舵角を出力して開ループ制御を行う軌道計画部を備えて、該フィードフォワード舵角によって操舵を行わせる船舶用自動操舵装置において、
旋回操舵開始前に、旋回開始位置と操舵開始位置との距離(リーチという)を演算するリーチ演算部を備え、該リーチ演算部は、
計画航路から得られる旋回半径及び所定の旋回角から、参照方位ψRを求める参照方位発生部と、
参照方位ψRから予想船体航路を求める船体航路発生部と、
船体航路発生部によって求められた予想船体航路上で、操舵開始位置から旋回開始時の方位方向に最も遠い位置までの該方位方向の距離(アドバンスという)を求め、該アドバンスから旋回半径を減算することで、リーチを求めるリーチ出力部と、
を備えることを特徴とする。
The invention described in
Prior to the start of turning steering, a reach calculating unit that calculates a distance (referred to as a reach) between the turning start position and the steering start position is provided.
A reference azimuth generator for obtaining a reference azimuth ψ R from a turning radius obtained from the planned route and a predetermined turning angle;
A hull route generating unit for obtaining an expected hull route from the reference direction ψ R ;
Find the distance in the azimuth direction (referred to as advance) from the steering start position to the position farthest in the azimuth direction at the start of the turn on the predicted hull route determined by the hull route generation unit, and subtract the turning radius from the advance With the reach output part which asks for reach,
It is characterized by providing.
請求項7記載の発明は、請求項6記載の前記リーチ演算部が、さらに、
推定潮流成分を、参照方位発生部で出力する参照方位に基づき座標変換を行って潮流の船体の横方向成分を求める座標変換部と、
該座標変換部で座標変換された横方向成分から潮流に対抗する修正斜航角βdを求める潮流修正部と、
を備え、前記船体航路発生部は、前記修正斜航角βdを用いて、前記予想船体航路を求めることを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, the reach calculation unit according to the sixth aspect of the present invention further includes:
A coordinate conversion unit that obtains a horizontal component of the hull of the tidal current by performing coordinate conversion on the estimated tidal current component based on the reference direction output by the reference direction generation unit;
A tidal current correcting section for obtaining a corrected tilt angle β d that opposes the tidal current from the lateral component coordinate-converted by the coordinate converting section;
And the hull route generating unit obtains the predicted hull route using the corrected skew angle β d .
請求項8記載の発明は、請求項3ないし7のいずれか1項に記載の前記座標変換部が、潮流成分を、参照方位発生部で出力する参照方位に基づき座標変換を行って潮流の船体の船首方向成分を求めており、前記参照方位発生部は、該船首方向成分による対地速度の変化に応じて計画航路に従う旋回を行うための参照方位を求めることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, the coordinate conversion unit according to any one of the third to seventh aspects performs a coordinate conversion on the basis of a reference azimuth output of a tidal current component by a reference azimuth generation unit, thereby generating a tidal hull The reference azimuth generating unit obtains a reference azimuth for making a turn according to the planned route according to a change in ground speed due to the bow directional component.
請求項9記載の発明は、請求項8に記載の前記参照方位発生部が、対地速度の変化に応じて修正した旋回指定角速度を用いて参照方位を出力することを特徴とする。
The invention according to claim 9 is characterized in that the reference direction generation unit according to
請求項10記載の発明は、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の船舶用自動操舵装置が、旋回前の参照方位及び推定潮流ベクトル及び旋回後の参照方位及び推定潮流ベクトルから、旋回後に、船速オフセットを求めて、船速を修正する船速オフセット修正部を備えることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the marine vessel automatic steering apparatus according to any one of the first to ninth aspects of the present invention, based on the reference azimuth and estimated tidal current vector before turning and the reference azimuth and estimated tidal current vector after turning. A ship speed offset correcting unit is provided for determining a ship speed offset and correcting the ship speed later.
請求項1記載の本発明によれば、船体が舵をきることによって、方位軸回りに旋回角速度を発生させ、同時に、船体の横方向に横滑り速度が発生するが、この横滑り速度による航路誤差を防止するために、参照斜航角を求めて、この参照斜航角に基づきフィードフォワード舵角を修正することで、横滑り速度と参照斜航角とを相殺して、航路誤差を防ぐことができる。 According to the first aspect of the present invention, when the hull is steered, a turning angular velocity is generated around the azimuth axis, and at the same time, a side slip velocity is generated in the lateral direction of the hull. In order to prevent this, the reference skew angle is obtained, and the feedforward rudder angle is corrected based on the reference skew angle, so that the side slip speed and the reference skew angle can be offset to prevent a channel error. .
請求項2記載の本発明によれば、参照方位は、計画航路に沿った方位となるので、参照方位から求めた参照速度ベクトルを積分することで、参照位置を求めることができ、この参照位置によって決まる参照航路を計画航路の代わりに利用することもできる。 According to the second aspect of the present invention, since the reference direction is the direction along the planned route, the reference position can be obtained by integrating the reference velocity vector obtained from the reference direction. It is also possible to use a reference route determined by the above route instead of the planned route.
請求項3記載の本発明によれば、潮流による航路誤差を防止するために、推定器で推定された潮流成分を参照方位発生部で出力する参照方位に基づき座標変換を行って潮流の船体の横方向成分を求め、横方向成分から潮流に対抗する修正斜航角を求めて、この修正斜航角に基づきフィードフォワード舵角を修正することで、旋回により変化する横方向潮流成分と修正斜航角とを相殺して、航路誤差を防ぐことができる。 According to the third aspect of the present invention, in order to prevent a channel error due to tidal current, coordinate conversion is performed on the basis of the reference direction in which the tidal current component estimated by the estimator is output by the reference direction generating unit, and the tidal current hull is detected. By calculating the lateral component, determining the corrected tilt angle against the tidal current from the lateral component, and correcting the feedforward rudder angle based on this corrected tilt angle, the lateral tidal component and the corrected tilt that change due to the turn It is possible to cancel the navigation angle and prevent the navigation error.
請求項4記載の本発明によれば、潮流の船体の横方向成分は、参照方位と、横滑り速度を相殺するための参照斜航角がある場合には参照斜航角とを加算した参照針路を用いて正確に求めることができる。
According to the present invention as set forth in
潮流成分はフィードバック制御器の推定器で推定されるために、この推定潮流成分に基づき決まる修正斜航角を参照方位に加算したものを参照信号とし、軌道航路誤差演算部で参照信号と検出信号との差異を軌道誤差としてフィードバック制御器に入力すると、マイナーループが出来てしまい制御系特性が変化してしまう。請求項5記載の本発明によれば、参照信号に修正斜航角を含めたものと同じ作用となるように、修正斜航角のフィードバック制御分に対応する修正量をフィードフォワード舵角に修正することで、マイナーループの生成を防ぐことができる。 Since the tidal component is estimated by the estimator of the feedback controller, a reference signal is obtained by adding a corrected oblique angle determined based on this estimated tidal component to the reference direction, and the reference signal and the detection signal are obtained by the orbital channel error calculation unit. Is input to the feedback controller as a trajectory error, a minor loop is created and the control system characteristics change. According to the fifth aspect of the present invention, the correction amount corresponding to the feedback control of the corrected skew angle is corrected to the feedforward steering angle so that the same operation as that including the corrected skew angle is included in the reference signal. By doing so, the generation of minor loops can be prevented.
請求項6記載の本発明によれば、操舵開始位置と旋回開始位置船体との差であるリーチを、予想船体航路上で、操舵開始位置から旋回開始時の方位方向に最も遠い位置までの該方位方向の距離であるアドバンス、いわゆる旋回縦距を求め、該アドバンスから旋回半径を減算することで、確実に求めることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the reach, which is the difference between the steering start position and the turning start position hull, is calculated on the predicted hull route from the steering start position to the farthest position in the azimuth direction at the start of turning. An advance that is a distance in the azimuth direction, that is, a so-called turning longitudinal distance is obtained, and the turning radius can be subtracted from the advance so that the advance can be reliably obtained.
請求項7記載の本発明によれば、リーチの計算に潮流成分の影響を加味して正確なリーチを求めることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, an accurate reach can be obtained by taking the influence of a tidal component into consideration in the reach calculation.
請求項8及び9記載の本発明によれば、旋回によって潮流成分の船首方向成分が変化することに起因して対地速度が変化するので、この対地速度の変化に応じて修正した旋回指定角速度を用いて一定の旋回半径の計画航路に沿った軌跡を実現するための参照方位を出力することができる。
According to the present invention described in
請求項10記載の本発明によれば、船速オフセットを、旋回前後の参照方位と推定潮流ベクトルから求めることができ、船速オフセットに起因する航路誤差を防ぐことができる。 According to the tenth aspect of the present invention, the ship speed offset can be obtained from the reference azimuth before and after the turn and the estimated tidal current vector, and a channel error caused by the ship speed offset can be prevented.
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、船舶用自動操舵装置と制御対象の全体のブロック図である。既述のように、船舶用自動操舵装置10は、計画航路に船体位置を追跡させるために舵を制御する装置であり、軌道計画部12、軌道航路誤差演算部14、フィードバック制御部16、加算器17及び各パラメータを同定する図示しない同定器を備えている。誘導システム22から計画航路及びセンサ類26のスピードログからの船速Uが軌道計画部12に入力され、軌道計画部12からは参照方位ψR、参照位置xR、yRといった参照信号及び旋回時にはフィードフォワード舵角δFFが出力される。
FIG. 1 is an overall block diagram of a marine vessel automatic steering apparatus and an object to be controlled. As described above, the marine vessel
軌道航路誤差演算部14には、ジャイロコンパスからの船首方位ψ、GPS等の衛星測位システム(GNSS)からの船体の位置(x,y)といったセンサ類26からの検出信号が入力され、軌道航路誤差演算部14は、前記参照方位ψR、参照位置xR、yRと検出信号との比較を行い方位誤差ψe、位置誤差xe、ye(方位誤差、位置誤差を合わせて軌道誤差とも称する)を出力する。
The orbital route
フィードバック制御部16は、図1に示すように、推定器18とフィードバックゲイン器20とからなる。軌道航路誤差演算部14からの方位誤差及び位置誤差は、推定器18に入力される。推定器18において、方位誤差及び位置誤差から、方位誤差系の状態量、位置誤差、潮流ベクトルを推定する。
As shown in FIG. 1, the
誘導システム22から与えられる計画航路は、直線航路の場合は開始位置と終端位置とから決定され、曲線航路の場合は旋回の開始位置(直線航路の終端位置に相当する)と終端点(旋回半径と旋回角で決まり、直線航路の開始位置に相当する)とで規定される。船舶用自動操舵装置は直線航路と曲線航路とにおいて、船体を許容誤差内に航跡させることであり、直線航路に関してはフィードバック制御部16が受け持ち、曲線航路に関しては軌道計画部12が受け持つ。
The planned route given from the
軌道計画部12は、図2に示すように、誘導システム22から曲線航路の計画航路が入力されると、その旋回条件を求め、旋回条件に合致する参照方位ψR及び参照角速度rRを発生する参照方位発生部30と、舵を切ることによって発生する旋回角速度に対応する参照斜航角βRを求める横滑り修正部32と、参照方位ψRに参照斜航角βRを加算した参照針路θRを発生する加算器33と、船体の参照速度を発生する参照速度発生部34と、船体の参照速度を積分して参照位置を発生する参照位置発生部36と、推定潮流を座標変換して船体の横方向(sway方向)の潮流成分を発生する座標変換部40と、潮流に対抗するための修正斜航角βdを発生する潮流修正部42と、対地速度の修正を行う対地速度修正部44と、船体方位を参照方位ψR+参照斜航角βR+修正斜航角βdに遅れなく追従させるためのフィードフォワード舵角δFFを出力するフィードフォワード舵角発生部46と、フィードフォワード舵角の修正を行うフィードフォワード舵角修正部48と、旋回開始位置と操舵開始位置との間の距離であるリーチを演算するリーチ演算部50と、を備える。
As shown in FIG. 2, when the planned route of the curved route is input from the
旋回時、フィードフォワード舵角δFFは指令舵角として操舵機に送出され、操舵機は、指令舵角に比例した舵角を動かすため、船体は舵角によって旋回角速度を生じ方位、位置が変化する。旋回角速度の発生と共に、斜航角即ち横滑り速度が発生する。この横滑り速度による航路誤差を防止するために、参照方位ψRに横滑り速度を変換した参照斜航角βRを加算器33により加えた参照針路θRとし、これを含めてフィードフォワード舵角発生部46でフィードフォワード舵角に変換してフィードフォワード制御を実行することにより、横滑り速度と参照斜航角βRが相殺されて、船体航路は参照方位ψRに従うことになる。
During turning, the feedforward steering angle δ FF is sent to the steering machine as a commanded steering angle, and the steering machine moves the steering angle in proportion to the commanded steering angle. To do. Along with the generation of the turning angular velocity, a skew angle, that is, a skid speed is generated. To prevent route error due to the side-slip velocity, a reference azimuth ψ reference oblique Kou angle obtained by converting the side-slip velocity to R beta R as a reference course theta R plus by the
また、潮流による航路誤差を防止するために、対地系で推定される潮流成分を座標変換部40で変換して、潮流の船体の横方向(sway方向)成分の修正量である修正斜航角βdを潮流修正部42で求め、修正斜航角βdを含めてフィードフォワード舵角発生部46でフィードフォワード舵角に変換してフィードフォワード制御を実行することにより、潮流の船体の横方向(sway方向)成分と修正斜航角βdとが相殺されて、船体航路は参照方位ψRに従うことになる。
Further, in order to prevent a channel error due to tidal currents, the tidal current component estimated in the ground system is converted by the coordinate
また、船体位置を決める対地速度は、対水速度と、対地系の潮流成分を変換した船体の船首方向速度成分とから定まる。潮流の船体の船首方向速度成分は方位に連動して変化するために、旋回中に対地速度は変化する。半径一定旋回を実現するために、対地速度が変化したら対地速度修正部44において、参照方位を求めるための旋回角速度r0 *を修正する。これによって対地速度に起因する旋回半径の変化と参照角速度の修正とが相殺されて、船体航路は半径一定旋回の航路に従う。
The ground speed that determines the hull position is determined from the water speed and the bow direction speed component of the hull converted from the tidal component of the ground system. Since the bow direction velocity component of the tidal hull changes in conjunction with the bearing, the ground speed changes during the turn. In order to realize a turning with a constant radius, when the ground speed changes, the ground
また、船体は舵を切ったときに、横滑り速度の積分の方が船首方向速度のそれより多少応答が速いのでsway 方向に移動(この量をキック(Kick)と呼ぶ)した後変針して旋回軌跡を描くように移動する。旋回開始時の船首方向(surge 方向)から見た船体の移動量をアドバンス(Advance)と呼び、舵を切った位置(操舵開始位置)と実際の旋回開始位置との距離をリーチ(Reach)と呼ぶ。リーチを求めるのに、キック(Kick)から求めようとすると、キックは船種により小さい場合があり、且つ上記斜航角の修正によりキックはより小さくなる。そのため、リーチ演算部50では、アドバンス(Advance)からリーチ(Reach)を求める。リーチの演算は、変針を開始する前に事前に行い、事前の計算上で、潮流成分を印加させた状態で、旋回角(変針量)を90度以上、好ましくは130度程度に設定して予想航路を求め、アドバンス(Advance)を求める。リーチ(Reach)はアドバンス(Advance)から旋回半径を引いた量として得られる。
Also, when the hull turns the rudder, the side-slip speed integration is slightly faster than the bow-direction speed, so it moves in the sway direction (this amount is called a kick) and then turns and turns. Move to draw a trajectory. The amount of movement of the hull viewed from the bow direction (surge direction) at the start of turning is called advance, and the distance between the position where the rudder is turned off (steering start position) and the actual turning start position is called reach. Call. When trying to obtain reach, the kick may be smaller than the ship type, and the kick becomes smaller by correcting the skew angle. Therefore, the
以下、上記構成の詳細について説明する。
1.運動方程式
1.1 座標系
航路制御系で用いる座標系は、図3に示すように、以下の座標系から構成する。
・対地系(XOY):地球固定の緯度経度座標系で、GNSSからの位置出力(x、y)に相当する。
・船体系(XBGYB):船体固定の運動座標系で、船体の重心を原点とし、船首方位をXB 軸とし、船体運動を定める。
・参照系(XRORYR):誘導システム22により生成され指定された計画航路から定まる移動座標系である。
尚、座標系の回転極性は右ネジ方向を正とし、Z軸方向は重力方向を正とする。座標系はX軸、Y軸の2次元を用いる。
Details of the above configuration will be described below.
1. Equation of Motion 1.1 Coordinate System The coordinate system used in the route control system is composed of the following coordinate systems as shown in FIG.
Ground system (XOY): A latitude-longitude coordinate system fixed on the earth, which corresponds to position output (x, y) from GNSS.
・ Hull system (X B GY B ): A hull-fixed motion coordinate system that defines the hull motion with the center of gravity of the hull as the origin and the heading as the X B axis.
Reference system (X R O R Y R ): A moving coordinate system determined from the planned route generated and designated by the
The rotation polarity of the coordinate system is positive in the right screw direction, and the gravity direction is positive in the Z-axis direction. The coordinate system uses two dimensions, the X axis and the Y axis.
1.2 船体の運動方程式
前記制御対象である船体モデルを定めるために、船体の運動方程式を導出する。船体の運動方程式は、前進方向を除き、横方向と方位軸回りとの運動を扱うので、
1.2 Hull equation of motion In order to determine the hull model to be controlled, a hull equation of motion is derived. Since the equation of motion of the hull deals with the movement in the lateral direction and around the azimuth axis, excluding the forward direction,
を用いる。ここでMx ,My はそれぞれx, y方向の付加質量を含んだ質量を、Iz はz軸まわりの付加慣性モーメントを含んだ慣性モーメントを,Y,Nはそれぞれy方向の流体力、z軸まわりの流体モーメントを示し、添字は対応する変数を意味する。変数U,v,r,δはそれぞれ前進速度、横流れ(横滑り)速度、旋回(回頭)角速度と舵角とを示す。上式を整理すると Is used. Here M x, M y, respectively x, the mass containing additional mass in the y-direction, I z is a moment of inertia including the additional moment of inertia about the z-axis, Y, fluid force of each N is the y direction, Indicates the fluid moment about the z-axis, where the suffix means the corresponding variable. Variables U, v, r, and δ represent forward speed, side flow (side slip) speed, turning (turning) angular speed, and steering angle, respectively. Organizing the above formula
(6)式より、横方向(sway)の横滑り速度とヨー軸回りの旋回角速度との運動方程式は同一の形でかつ舵角による入力係数が異なるだけである。船体特性は舵を切ることによって、方位軸回りに旋回角速度を発生させ、同時に船体の横方向に対水の反力による横滑り速度を発生させる。(6)式において、実用的見地からs2 項による影響は無視できるためにs2 項を省略する。すると、(6)式は From equation (6), the equation of motion of the side slip velocity in the lateral direction (sway) and the turning angular velocity around the yaw axis are the same and only the input coefficient depending on the steering angle is different. By turning the rudder, the hull characteristics generate a turning angular velocity around the azimuth axis, and at the same time, generate a skid velocity due to the reaction force against water in the lateral direction of the hull. Those in (6), the s 2 Section for practical standpoint impact of s 2 term can be ignored. Then, equation (6) becomes
また、船舶用自動操舵装置は、舵角を通して制御量を入力するので、制御変数は角度単位の方が都合がよい場合があるため、 In addition, since the ship automatic steering device inputs the control amount through the rudder angle, the control variable may be more convenient in angle units.
を用いて横滑り速度vを斜航角βに変換すると、
Is used to convert the skid speed v to the skew angle β,
として導出される。ここで、Kβ は横滑り角ゲインまたは斜航角ゲイン(旋回力ゲインKs と異符号となる)で、Tβ3は時定数で
As derived. Here, K β is a side slip angle gain or a skew angle gain (which has a different sign from the turning force gain K s ), and T β3 is a time constant.
船体モデルの横滑り速度vおよび斜航角β は旋回角速度rと共通の一次遅れ要素をもつので、(13)式からrを基準にすると Since the side slip velocity v and the skew angle β of the hull model have a first-order lag element in common with the turning angular velocity r,
になる。これよりv, β はr にそれぞれゲインKv /Ks,Kβ/Ks によってほぼ比例することがわかる。Tv3 >Tβ3,Ts3 >Tβ3 の関係があるので,船体によりTv3,Tβ3 が省略可能である一方で、Kv およびKβ が必須なパラメータになる。 become. From this, it can be seen that v and β are approximately proportional to r by gains K v / K s and K β / K s , respectively. Since there is a relationship of T v3 > T β3 and T s3 > T β3 , T v3 and T β3 can be omitted depending on the hull, while K v and K β are essential parameters.
(1)式、(2)式はテーラー展開で1次の項までを考慮しているが、大きな変針角や旋回角速度に対応するためには、非線形項までを考慮する必要がある。その場合には、(9)式の運動方程式は、 Equations (1) and (2) take into account first-order terms in Taylor expansion, but in order to deal with large turning angles and turning angular velocities, it is necessary to take into account non-linear terms. In that case, the equation of motion of equation (9) is
とするとよい。ここでαsは非線形係数であり、ゲイン、時定数と同様前記同定器によって与えられる。
It is good to do. Here, α s is a nonlinear coefficient, and is given by the identifier as well as the gain and time constant.
1.3 対地速度と対地位置
船体の位置は、対地系で定義され、船体運動と潮流速度とからの対地速度を積分することで求めることができる。船体速度は対水速度で、潮流速度は対地速度でそれぞれ表す。
1.3 Ground speed and ground position The position of the hull is defined by the ground system and can be obtained by integrating the ground speed from the hull motion and tidal velocity. The hull speed is the water speed and the tidal current speed is the ground speed.
船体運動は舵角δを取ると角速度r=ψ・を生じるが、同時に横流れ速度v=y・も生じる。その様子を、図4を用いて説明する。同図のように定常に旋回しているときまたは参照系が接線方位に一致しているとき、船体系は接線方位に対して斜航角βだけ内側に傾いて釣り合う。このとき船体速度の対地速度成分は When the hull motion takes the rudder angle δ, an angular velocity r = ψ · is generated, but at the same time, a lateral flow velocity v = y · is also generated. This will be described with reference to FIG. As shown in the figure, when turning in a steady state or when the reference system is coincident with the tangent direction, the ship system is balanced by inclining to the tangential direction by a skew angle β. At this time, the ground speed component of the hull speed is
これより、対地系の速度は、船体速度と潮流速度との和になるから、
From this, the speed of the ground system is the sum of the hull speed and the tidal current speed,
位置と方位とはそれぞれ速度x・、y・と角速度rとを積分して
The position and direction are obtained by integrating the velocity x · , y · and the angular velocity r, respectively.
2 旋回軌道
2.1 参照方位と参照角速度
船体の方位ψは、特許文献1、2、非特許文献1で示される方位制御系の変針制御系を利用すると参照方位ψRに追従させることができる。
2 Turning Trajectory 2.1 Reference Orientation and Reference Angular Velocity The ship orientation ψ can be made to follow the reference orientation ψ R by using the direction change control system shown in
軌道計画部12に入力される信号は、計画航路と船速U、出力は参照方位ψR、参照位置xR、yR、フィードフォワード舵角δFFとなる。
The signals input to the
参照方位発生部30は、誘導システム22から曲線航路の計画航路が入力されると、旋回条件である旋回半径R、変針量(旋回角)ψ0を求める。この旋回条件から、指定角速度r0が決定する。また、これ以外の旋回条件として、船体パラメータTs、Ks,TS3、T3β、Cβ=Kβ /Ks(これらの船体パラメータは既定値であるか、または同定器によって旋回する毎に同定される)、船体運動の初期角加速度C1a、初期角速度C2a、最大舵角δ0、舵速度の上限値δRH ・、δRL ・などがある。
When the planned route of the curved route is input from the
そして、この旋回条件を満足する参照方位を算出する。この算出にあたっては、特許文献1または特許文献2で提案する軌道演算部を利用することができ、軌道演算部は、船舶の所望される変針量に対して参照方位を加速モード、等速モード及び減速モードに分けて順次、時系列的に出力し、その際に、変針量に応じて最大舵速度を決定し、演算される参照方位に対応するフィードフォワード舵角の舵速度が前記決定された最大舵速度を超えないように、各モードの参照方位を演算して、参照方位ψR、参照角速度rR(rR=sψR(s))を出力する。具体的には、次のようにすることができる。
Then, a reference orientation that satisfies this turning condition is calculated. In this calculation, the trajectory calculation unit proposed in
加速モードにおける参照方位の2階微分、1階微分、参照方位は、次のように表すことができる。 The second-order differentiation, first-order differentiation, and reference orientation of the reference orientation in the acceleration mode can be expressed as follows.
等速モードにおける参照方位の2階微分、1階微分、参照方位は、次のように表すことができる。 The second-order differentiation, first-order differentiation, and reference orientation of the reference orientation in the constant velocity mode can be expressed as follows.
減速モードにおける参照方位の2階微分、1階微分、参照方位は、次のように表すことができる。 The second-order differentiation, first-order differentiation, and reference orientation of the reference direction in the deceleration mode can be expressed as follows.
Ta、Tv、Tdは、それぞれ加速時間、等速時間、減速時間を表しており、各モード間の連続性等を考慮すると、 T a , T v , and T d represent acceleration time, constant speed time, and deceleration time, respectively, and considering the continuity between the modes,
ここで、等速時間Tv(初期角加速度C1aと初期角速度C2aがゼロであればTv=Taとなる)と減速時間Tdとの比率を等減速比Rvdとする。即ち、 Here, the ratio between the constant speed time T v (or T v = T a if the initial angular acceleration C 1a and the initial angular speed C 2a are zero) and the deceleration time T d is defined as a constant deceleration ratio R vd . That is,
等速時の角速度r0(=Taβa/6)=U/Rが指定されており、加速時間Ta、加速定数βa及びRvdを決定すれば、各係数は決まり、各モードにおける参照方位ψRを求めることができる。 The angular velocity r 0 (= T a β a / 6) = U / R at the constant speed is specified, and if the acceleration time T a , acceleration constant β a and R vd are determined, each coefficient is determined and each mode is determined. it can be determined reference direction [psi R in.
以降、初期角加速度C1aと初期角速度C2aがゼロとすると、加速時間Taと加速定数βaと、最大舵速度δR ・との関係は、 Thereafter, if the initial angular acceleration C 1a and the initial angular velocity C 2a are zero, the relationship between the acceleration time Ta , the acceleration constant β a, and the maximum steering speed δ R ·
また、変針量から最大舵速度を決定し、演算される参照方位に基づきそれに対応するフィードフォワード舵角の舵速度が前記決定された最大舵速度を超えないように、且つ最大舵角を超えないように、Ta、βaを決定し、各モードの参照方位を演算する。 Further, the maximum steering speed is determined from the amount of change of the needle, and based on the calculated reference direction, the steering speed of the feedforward steering angle corresponding thereto is not exceeded and does not exceed the determined maximum steering speed. In this manner, T a and β a are determined, and the reference orientation of each mode is calculated.
まとめると、特許文献2で提案する参照方位ψRは、具体的には、
In summary, the reference orientation ψ R proposed in
2.2 フィードフォワード舵角修正
図5に、基本的な旋回制御系におけるフィードフォワード制御の概要を示す。同図においてGFB はフィードバック制御部16のゲインを、Pは船体モデルを、P−1 は逆の船体モデルを示す。このとき,参照方位ψR から船首方位ψ までの伝達特性は
2.2 Feedforward rudder angle correction FIG. 5 shows an outline of feedforward control in a basic turning control system. In the figure, G FB represents the gain of the
船体モデルPは、(9)式から、
The hull model P is obtained from equation (9)
よって、フィードフォワード舵角発生部46は、参照方位ψRに対して、P−1の伝達特性を持つように、フィードフォワード舵角を求める。
Thus, feedforward steering
さらに、フィードフォワード舵角発生部46は、計画航路に船体航路を追跡させるために、参照方位に加えて船体の斜航角、潮流の斜航角に対応するフィードフォワード舵角を求める。ここで、(16)式で示したように、船体の斜航角と等価な参照斜航角βRは閉ループ系から独立して参照方位ψRまたは参照角速度rRに基づいて得られるから、図6(a)に示すように、ψRに加算することによって、船体の斜航角の影響を打ち消すことが可能である。ところが、潮流の斜航角βdは閉ループ系のフィードバック制御部16内にある推定器18から得られる推定潮流成分d x^、d y^から求まるので、図6(a)に示すように参照方位に加算するとマイナーループが構成されて、制御系特性が変化してしまう。
Further, the feedforward rudder
よって、βdは前方に帰還できないので、図6(b)に示すように、フィードフォワード舵角修正部48によって、後方で修正することにし、図6(a)の前方で修正した場合と等価な処理になるようにする。なお同図でδψR,dβR,dβd はフィードフォワード舵角でそれぞれψR,βR,βd に対応する。
まず潮流の斜航角βdに対応するフィードフォワード舵角は
Therefore, since β d cannot be returned to the front, as shown in FIG. 6 (b), it is equivalent to the case where the feed forward rudder
First, the feed-forward rudder angle corresponding to the tidal angle β d is
よってβd の修正はフィードフォワード舵角δβd とフィードバック舵角
Therefore, β d is corrected by adjusting the feedforward steering angle δ βd and the feedback steering angle.
フィードフォワード舵角修正部48は、フィードフォワード舵角発生部46で得られたフィードフォワード舵角に対して、潮流の斜航角βdに対してフィードバックゲインGFBを掛けたものを修正フィードバック舵角として、加算して修正する。
Feedforward steering
2.3 参照方位による参照航路
参照速度発生部34によって発生する参照速度は、
2.3 Reference route by reference direction The reference speed generated by the
になる。ここでxR,yR は対地系参照航路でそれぞれx,y方向を、rRは参照旋回角速度でrR=ψR ・ の関係を持ち、cx,cy はそれぞれx,y の初期値を,R =U/rR は旋回半径を示す。初期条件t=0 のときxR =yR =0 と置けば
become. Here, x R and y R are the ground reference channel in the x and y directions, respectively, r R is the reference turning angular velocity and r R = ψ R · Where c x and c y are the initial values of x and y, respectively, and
2.4 船体の横滑り速度
船体の横滑り速度を換算した横滑り角または斜航角が半径一定旋回に及ぼす影響を説明し、横滑り修正部32の作用を説明する。船体の特性が既知とすれば、横滑り速度、斜航角は参照方位に置き換えられる。
2.4 Side slip speed of the hull The effect of the side slip angle or the tilt angle obtained by converting the side slip speed of the hull on the constant radius turning will be described, and the action of the side
参照斜航角βRは、(16)式より、簡単化のため、rR ・=0、時定数Ts3,Tβ3はゼロとすると、βR =CβrR,Cβ =Kβ/Ksである。
参照斜航角を含んだ参照速度は上述より
Referring oblique Kou angle beta R is (16) than, for simplicity, r R · = 0, the time constant T s3, T .beta.3 is when zero, β R = C β r R , C β = K β / K s .
The reference speed including the reference skew angle is
次に、斜航角特性を、図7を用いて説明する。同図において対地座標系XYで中心(0,R)半径Rの細線の円が設定された航路を示し、−βRの回転座標系をξηで表す。太線の円が細線の円を−β だけ原点回りに回転している。航路は細線の円上の計画であったが、斜航角のために太線の円上を航跡する。このとき太線の航路に関して
1. 半径は細線の航路と変わらないが、中心は
Next, the skew angle characteristics will be described with reference to FIG. In the figure, a route in which a thin circle with a center (0, R) radius R is set in the ground coordinate system XY is shown, and a rotational coordinate system of −β R is represented by ξη. The thick circle is rotated around the origin by -β over the thin circle. Although the route was planned on a thin line circle, it will track on a thick line circle because of the skew angle. At this time, with regard to the thick line route, 1. The radius is the same as the narrow route, but the center is
2. 軌跡は一度旋回方向と反対方向に移動し、その後旋回し始める。その移動量は
3. 対地系方位または針路φRはψRからξη系回転角βR だけ遅れている。すなわち
なる特性をもつ。この斜航角特性から、船速一定の旋回に関する移動量xRβ,yRβ について調べる。βR(<30o)を微小角とする。
これより、xRβ はCKにUを乗じたものになり、R,rR に無関係であることが分かる。一方、yRβはxRβ の2乗を2Rで割ったものになり、R,rRに関係し、UrRに比例する。 From this, it can be seen that x Rβ is obtained by multiplying C K by U and is independent of R and r R. On the other hand, y Rβ is obtained by dividing the square of x Rβ by 2R, and is related to R and r R and is proportional to Ur R.
数値例を挙げると、Cβ = 30[s],U= 20[knot],R= 1500[m]のとき、xRβ = 30×20×0.5144 = 308.6[m],yRβ =−31.75[m]になる。またyRβ を−50[m] 以下にする半径は、R<952.6[m]になる。 And numerical example, C β = 30 [s] , U = 20 [knot], when R = 1500 in [m], x Rβ = 30 × 20 × 0.5144 = 308.6 [m], y Rβ = -31.75 [ m]. The radius that makes y Rβ −50 [m] or less is R <952.6 [m].
さて、船体の斜航角が航路に及ぼす影響が確認されたので、上記特性から、船体航路を参照航路に一致させるために、参照方位に参照斜航角を逆に加算した参照針路を用いると良いことが分かる。すなわち Now, since the influence of the hull's oblique angle on the route has been confirmed, from the above characteristics, in order to match the hull route with the reference route, the reference course with the reference oblique angle added to the reference direction in reverse is used. I know it ’s good. Ie
横滑り修正部32は、参照方位発生部30から出力される参照角速度rRから、(16)式の関係を用いて斜航角βRを発生し、修正斜航角を実施するために、フィードフォワード舵角発生部46は、(24)式で表されるのと同じように、逆船体モデルP-1で表される伝達特性により横滑りによる斜航角に対応するフィードフォワード舵角δβRを求める。但し、このフィードフォワード舵角δβRの算出は、斜航角βRと参照方位ψRとを加算した上で、逆船体モデルP-1で表される伝達特性によりフィードフォワード舵角δψR+δβR を求めることでもよい。
The side
2.5 潮流成分の修正
フィードバック制御部16の推定器18で推定される対地系潮流成分を用いて、船体のsway 方向に印加する潮流成分を修正する。
2.5 Correction of tidal component The tidal component applied in the sway direction of the hull is corrected using the ground tidal component estimated by the
座標変換部40は、推定器18から得られた対地系の潮流成分の推定値dx ^、dy ^から、船体系の潮流成分に変換する。即ち、
The coordinate
これより、潮流修正部42は、sway 方向の潮流成分vd に起因した航路誤差を低減させるためのsway 方向の修正斜航角を
As a result, the tidal
よって、修正斜航角を実施するために、フィードフォワード舵角発生部46は、(24)式により修正斜航角に対応するフィードフォワード舵角δβdを求め、フィードフォワード舵角修正部48は、(26)式により、修正値を求める。この計算に必要なβdの1階微分値と2階微分値との導出は、数値微分でも求めることができるが、サンプリング時間の影響を受け、舵角変動が大きいので、潮流成分はほぼ一定値としたβx ・,βy ・=0の近似解とした解析微分の方が好ましい。
Therefore, in order to implement the corrected skew angle, the feed forward
すなわち、解析により、 That is, by analysis,
2.6 対地速度修正
対地速度修正部44は、対地速度変化による旋回角速度の修正を行う。
2.6 Ground Speed Correction The ground
船体航路は対地系速度を積分して得られる。船体速度は対水船速(ログ船速)と、潮流(風による成分も含む)とからなる。 The hull route is obtained by integrating the ground speed. The hull speed is composed of speed against water (log ship speed) and tidal current (including wind component).
まず、座標変換部40によって得られたsurge方向の潮流成分ud((51)式参照)から、潮流の影響を加味した対地速度U*を First, from the tidal component u d in the surge direction obtained by the coordinate conversion unit 40 (see equation (51)), the ground speed U * taking into account the tidal current is calculated.
から求める。尚、ここで、U≒uとし、変針中の船速および潮流速度をほぼ一定値とし、(51)式より、ud≒ud^を用いる。旋回半径を一定に保つためには、ψR により変化するU*に対応して旋回角速度を修正する必要が生じる。すなわち Ask from. Note that here, U≈u, the ship speed and the tidal current speed during the course change are set to substantially constant values, and u d ≈u d ^ is used from the equation (51). To keep the turning radius constant, necessary to modify the turning angular velocity in response to U * which varies by [psi R occurs. Ie
対地速度修正部44は、座標変換部40から順次出力される潮流成分ud^の変化によるU*の変化を検出し、(60)式に基づき、その変化量が設定値を超えたならば、r0 *を更新して、それを参照方位発生部30に出力する。
The ground
参照方位発生部30では、r0 *が更新されたら、r0 *を満足するべく、参照方位ψR及びその一次微分である参照角速度rRを再構成して、出力する。その際の指定変針量は既に変針された方位分を差し引いた量
When r 0 * is updated, the
2.7 リーチ(Reach)計算
本発明では、リーチ計算をすることを特徴の一つとしており、3つの修正である、船体斜航角、潮流斜航角および速度修正(角速度修正)が、すべてフィードフォワード制御を用いて開ループによって実施される。ここではパラメータ不確かさは無いものとする。
2.7 Reach Calculation In the present invention, reach calculation is one of the features, and three corrections, hull inclination angle, tidal inclination angle, and speed correction (angular speed correction) are all included. Implemented by open loop using feedforward control. Here, there is no parameter uncertainty.
フィードフォワード制御を用いない場合は船体の運動方程式と制御系とを合せた閉ループ系に参照信号を与えて数値計算することになる。なぜなら、潮流が印加するとsway 方向誤差が生じるため、制御系が必要になる。 When feedforward control is not used, a reference signal is given to a closed loop system that combines a hull equation of motion and a control system, and numerical calculation is performed. This is because a sway direction error occurs when tidal current is applied, so a control system is required.
一方、フィードフォワード制御を用いる場合は閉ループ系を利用する必要がない。潮流成分の影響は潮流斜航角および速度修正によって打ち消されるために、sway 方向誤差が生じない。故に制御系は不要になり、図8のように構成が簡単化される。図8において、リーチ演算部50は、誘導システム22からの計画航路が入力されると、その旋回条件を求め、旋回開始の方位を北向きに変換した第2座標系における、旋回条件の旋回半径及び所定の旋回角に合致する参照方位ψR及び参照角速度rRを発生する参照方位発生部52と、舵を切ることによって発生する旋回角速度に対応する参照斜航角βRを求める横滑り修正部54と、推定潮流を座標変換して旋回開始の方位を北向きに変換した第2座標系の潮流成分に座標変換する前段座標変換部62と、第2座標系の潮流成分から船体の横方向(sway方向)の潮流成分を発生する座標変換部64と、潮流に対向する修正斜航角βdを発生する潮流修正部66と、対地速度の修正を行う対地速度修正部68と、参照方位ψRと修正斜航角βdとを加算する加算器70と、第2座標系における船体速度成分を発生する船体速度発生部72と、第2座標系における潮流速度成分を加算する加算器74と、加算した速度成分を積分して予想船体航路を求める船体位置発生部76と、船体位置発生部76からアドバンスを求め、アドバンスからリーチを求めるリーチ出力部78と、を備える。船体速度発生部72、加算器74及び船体位置発生部76とから船体航路発生部が構成される。
On the other hand, when feedforward control is used, it is not necessary to use a closed loop system. Since the influence of the tidal component is canceled by the tidal angle and speed correction, there is no sway direction error. Therefore, the control system becomes unnecessary, and the configuration is simplified as shown in FIG. In FIG. 8, when the planned route from the
リーチ計算を参照信号ではなくフィードフォワード舵角によって実施したとしたら、潮流成分が印加されていなければ、参照信号の場合とほぼ一致するが、潮流成分が印加されたならば、sway 方向誤差が生じるため制御系が必要になる。したがってリーチ計算はフィードフォワード制御に基づいた参照信号(ψR,rR)と修正信号(βR,βd)とによって達成される。 If the reach calculation is performed using the feed-forward steering angle instead of the reference signal, if the tidal component is not applied, it almost matches the case of the reference signal, but if the tidal component is applied, a sway direction error occurs. Therefore, a control system is required. Accordingly, the reach calculation is achieved by the reference signal (ψ R , r R ) and the correction signal (β R , β d ) based on the feedforward control.
リーチは、旋回のために操舵を開始してから,船体が旋回方向に移動するまでの船首方向の移動距離であり、Wheel Over Point(WOP) と旋回開始位置または円の中心との距離になる。 Reach is the distance traveled in the bow direction from the start of steering for turning until the hull moves in the turning direction, and is the distance between the Wheel Over Point (WOP) and the turning start position or the center of the circle .
リーチ計算は旋回前に行い、旋回軌跡を数値計算する。その手順を以下に示す。
計画航路は図9(a)に示すように3つのWay-Point(WP1,WP2,WP3)と、旋回半径Rとによって決定される。この座標関係では計算が煩雑になるので、旋回開始の方位ψR1を北向きに常に固定することで、リーチ計算は簡単化される。そのXOY系の計画航路を図9(b)のようなX’O’Y’ 系(第2座標系とも言う)の計画航路に座標変換して考える。それと共に旋回角(変針量)を計画航路による旋回角にかかわらず、90度以上、例えば130度の所定旋回角とする。
その際、潮流成分の方位角はψd から
The reach calculation is performed before turning, and the turning trajectory is calculated numerically. The procedure is shown below.
The planned route is determined by three way-points (WP 1 , WP 2 , WP 3 ) and a turning radius R as shown in FIG. Since the calculation is complicated in this coordinate relationship, the reach calculation can be simplified by always fixing the turning start direction ψ R1 to the north. The planned route of the XOY system is considered by converting the coordinates into the planned route of the X′O′Y ′ system (also referred to as the second coordinate system) as shown in FIG. At the same time, the turning angle (the amount of change of needle) is set to a predetermined turning angle of 90 degrees or more, for example, 130 degrees, regardless of the turning angle by the planned route.
At that time, the azimuth angle of the tidal component is from ψ d
X’O’Y’ 系の速度成分x'・、y'・は(20)式を参考にすると
X'O'Y 'system velocity component x of' ·, y '· is a Sankounisuru the formula (20)
参照方位発生部52は、参照方位発生部30と同じ構成であるが、X’O’Y’ 系における参照信号ψR,rRを時系列的に出力する。また、対地速度修正部68は、対地速度修正部44と同じ構成であり、対地速度の変化を修正した更新指定旋回角速度を適宜、参照方位発生部52に供給する。
The reference
横滑り修正部54は、X’O’Y’ 系における船体の参考斜航角である修正信号βRを時系列的に出力する。加算器55で参照方位ψRと修正信号βRの加算がなされる。
The side slip correction unit 54 outputs a correction signal β R that is a reference tilt angle of the hull in the X′O′Y ′ system in time series. The
前段座標変換部62は、推定潮流速度成分dx^、dy^と旋回開始の方位ψR1から、dx^≒dx、dy^≒dy から、(64)式に基づき、X’O’Y’ 系の潮流速度成分d'x、d'yに変換し、座標変換部64は、参照針路θRに基づき、船体系の潮流速度成分ud^、vd^に変換し、潮流修正部66がその潮流斜航角である修正信号βdを出力する。
From the estimated tidal velocity components d x ^, dy ^ and the turning start direction ψ R1 , the preceding coordinate
加算器70で参照方位ψRと修正信号βdとが加算されて、船体速度発生部72により、(63)式に基づき、X’O’Y’ 系における速度成分を求める。ここで船体斜航角β はその修正信号βR によって相殺されるので、含まれないことに注意されたい。船体速度発生部72からの船体速度成分には、加算器74によって、X’O’Y’ 系における潮流速度成分が加算される。
船体位置発生部76は、これよりX’O’Y’ 系の船体航路x’,y’を、
The
From this, the hull
から求める。このときτは、x'座標が最大値をとるP2点を通過する変針時間とし、変針時間は、加速モードの加速時間Ta、等速モードの等速時間Tv、減速モードの減速時間Tdのうちの等速時間を超える、τ≧Ta+Tvとする。
リーチ出力部78は、上記x’y’から、x’座標が最大値をとるときのy’座標を求める。このy’座標がアドバンスとなる。そして、アドバンスから旋回半径Rを差し引くことで、リーチを求める。
即ち、リーチは、次式より求まる。
Ask from. At this time, τ is a change time for passing the point P2 where the x ′ coordinate has the maximum value. The change time is the acceleration time T a in the acceleration mode, the constant speed time T v in the constant speed mode, and the deceleration time T in the deceleration mode. It is assumed that τ ≧ T a + T v exceeding the constant speed time of d .
The
That is, reach is obtained from the following equation.
尚、このリーチ演算部50による演算は、計画航路が立てられてから実行されるが、WOP の手前付近(例えば3L〜5L範囲内,Lは船長)に近づいてから再度計算することが望ましい。船速や潮流の変化に対応するためである。
The calculation by the
2.8 船速のオフセット
対水速度である船速は、センサ類のスピードログから得られるが、スピードログはバイアス誤差、オフセットを持つ。この船速オフセットがあると、直線時には、この船速オフセットを潮流成分として扱うために航路誤差が生じないが、旋回時には、潮流成分に含まれるオフセットのために航路誤差が生じる。数値例として、潮流なしの場合にオフセットを、船速20ktの+10%とすると、誤差が−5mから−100mになる。これは、実質的に潮流が2kt印加した状態に相当する。よって、このオフセットを除去する船速オフセット修正部80(図2参照)をさらに、備える。
2.8 Ship speed offset The ship speed, which is the water speed, is obtained from the speed log of the sensors, but the speed log has a bias error and an offset. When there is this ship speed offset, no route error occurs because the ship speed offset is handled as a tidal component when straight, but a route error occurs because of the offset included in the tidal component when turning. As a numerical example, if the offset is + 10% of the ship speed of 20 kt when there is no tidal current, the error will be from -5 m to -100 m. This substantially corresponds to a state where a tidal current of 2 kt is applied. Therefore, the ship speed offset correction part 80 (refer FIG. 2) which removes this offset is further provided.
まず船速オフセットの特性を検討する。
軌道航路誤差演算部14で求められる位置誤差及び方位誤差(航路誤差)は、参照系に対する船体系の位置誤差及び方位誤差であり、図3より、
First, the characteristics of ship speed offset are examined.
The position error and direction error (route error) obtained by the orbital route
になる。ここでψ,x,yは船首方位と対地位置とを、ψR,xR,yR は参照方位と参照位置とを、ψe,xe,yeは方位誤差と航路誤差とをそれぞれ示す。xe,yeは船体位置Gから参照系のYR,XR 軸にそれぞれ垂線を下ろした距離に相当する。
船体系による速度誤差は(67)式,(20)式から導出され
become. Here ψ, x, y is a heading and ground position, ψ R, x R, y R and is referred to as a reference orientation position, ψ e, x e, y e , respectively the azimuth error and the route error Show. x e and y e correspond to the distances from the hull position G to the Y R and X R axes of the reference system, respectively.
The speed error due to the ship system is derived from Eqs. (67) and (20).
を得る。(72)式より、
・オフセットは、x e ・にだけ現れ、方位に無関係である。
・潮流はx e ・, y e ・に現れ、方位の座標変換に連動する。
・直線時ψR一定であるので、(−Uo+ud)は一定になる。
・旋回の前後で、udは変化する。
という特性が分かる。これらの特性から、Uo,dx,dyが旋回前後においてほぼ一定とすれば、旋回前後の潮流推定値から船速オフセットUoを求めることができることが分かる。dx,dyは一定であるが、x e ・, y e ・においては、ψRを介してその影響が出るので、変化する。逆に、Uoはx e ・において一定であるが、対地系ではψRを介してその影響が出る。このUo,dx,dyの性質を利用する。
再度、(68)式及び(70)式から、斜航角及び横滑り速度を0とすると、
Get. From equation (72)
The offset appears only at x e · and is independent of orientation.
・ Tidal currents appear at x e ・ , y e ・ and are linked to coordinate transformation of direction.
Since ψ R is constant when straight, (−U o + u d ) is constant.
And swing before and after, u d is changed.
You can see the characteristics. From these characteristics, it is understood that the ship speed offset U o can be obtained from the estimated tidal current before and after the turn if U o , d x and dy are substantially constant before and after the turn. d x and dy are constant, but change in x e · and y e · because the influence is given through ψ R. Conversely, U o is constant at x e · , but in the ground system, the influence is exerted via ψ R. This U o, d x, to use the nature of the d y.
Again, from equation (68) and equation (70), if the tilt angle and skid speed are 0,
図9(a)を参照して、旋回前後の方位をそれぞれψR1, ψR2とすると、(77)式より、 Referring to FIG. 9A, assuming that the directions before and after the turn are ψ R1 and ψ R2 , respectively,
cosψR1 = cosψR2 あるいは sinψR1 =sinψR2
の場合が生じる。この関係にならないことに注意すれば、U0 は
cosψ R1 = cosψ R2 or sinψ R1 = sinψ R2
This happens. Note that this is not the case, U 0 is
よって、船速オフセット修正部80は、(82)式のU0を求めて、潮流推定値に対して(83)式の修正を行うと共に、ログスピードからの信号(U+U0)に−U0 を加算する。こうして、オフセットU0 に起因した航路誤差への影響は低減される。
Therefore, the ship speed offset correcting
この船速オフセット修正部80による船速オフセットの演算は、1回の旋回が終了した地点、図9(a)のP4で行われる。推定器18による潮流推定は、図9(a)においてP0 からWOPの間、及びWP2 からP4 までの間で行われ、P4 の地点で、船速オフセット修正部80による修正が行われて、潮流推定成分及び船速は修正される。変針中WOPからWP2 までの間には、船速オフセット修正部80による新たな修正は行われず、前に修正された潮流推定成分及び船速を用いて演算される。
The calculation of the boat speed offset by the boat speed offset correcting
2.9 数値計算例
以上のように構成される船舶用自動操舵装置の旋回運動において、その性能をシミュレーションによって検証する。
船体パラメータ: U= 20[knot],Ks = 0.027[1/s],Kv = −100Ks[m/deg],Kβ =−Kv/U
Ts = 17.5[s],Ts3 = 0.1[s],Tβ3 = 0.03[s],Tβ3 = 0.03[s]
センサ分解能: 速度0.1[knot],方位0.1[deg],位置1.852[m]= 0.001[arc min]、船速オフセットはなし
計画航路: 初期方位ψR1 =40[deg],最終方位ψR2 =140[deg],原点から距離Dist=4[NM]で半径R= 1[NM],旋回角ψ0 =100[deg],旋回角速度r0 = 19.1[deg/min] 相当
外乱: 潮流の大きさUd = 0, 5[knot],方向は別途記載,舵角オフセットδo=0,波浪はなし
シミュレーション結果: シミュレーション条件から求まる船体の横滑り速度vR および斜航角βR と、潮流の最大斜航角βdmax とはつぎのようになる。
2.9 Numerical Calculation Example The performance of the turning operation of the marine vessel automatic steering apparatus configured as described above is verified by simulation.
Hull parameters: U = 20 [knot], K s = 0.027 [1 / s], K v = −100 K s [m / deg], K β = −K v / U
T s = 17.5 [s], T s3 = 0.1 [s], T β3 = 0.03 [s], T β3 = 0.03 [s]
Sensor resolution: Speed 0.1 [knot], Direction 0.1 [deg], Position 1.852 [m] = 0.001 [arc min], No ship speed offset Planned route: Initial direction ψ R1 = 40 [deg], Final direction ψ R2 = 140 [deg], distance from the origin Dist = 4 [NM], radius R = 1 [NM], turning angle ψ 0 = 100 [deg], turning angular velocity r 0 = 19.1 [deg / min] Equivalent disturbance: tidal current U d = 0, 5 [knot], direction is described separately, rudder angle offset δ o = 0, no wave Simulation results: Hull skid velocity v R and tilt angle β R determined from simulation conditions, maximum tidal current The navigation angle β dmax is as follows.
図10には、その際の参照信号である参照方位ψR、参照旋回角速度rR、参照旋回角加速度drR/dt,フィードフォワード舵角δFFを示す。
シミュレーション結果を以下の表にまとめる。
FIG. 10 shows the reference direction ψ R , the reference turning angular velocity r R , the reference turning angular acceleration dr R / dt, and the feedforward steering angle δ FF that are reference signals at that time.
The simulation results are summarized in the following table.
図中、non-correctionは全く修正をしないことを、SSは横滑り速度を参照斜航角で修正することを、CSは潮流の修正斜航角を修正することを、SCは対地速度を修正することを表す。 In the figure, non-correction means no correction at all, SS corrects the side-slip speed with the reference tilt angle, CS corrects the tidal current corrected tilt angle, and SC corrects the ground speed. Represents that.
図のキャプションにおいて,(a) はReach 計算を,(b) は航路軌跡をそれぞれ示し,各図の(b) でSTWは対地速度speed over the ground を,STWは対水速度speed through the water を意味する。その結果より
1. 表2より、リーチはほぼ100[m] で、短いほど良好とされる。参照方位の加速時間の移動距離はTa×U = 19×10.3 = 195.5 [m](図10よりTa = 19 [s])になるから、加速モードの途中から旋回している。
2. 図11より、βR による航路誤差の修正量は100[m] の効果になる。修正しないと、リーチは200[m] に達する。
3. 図12のSS とSS+CS とにより、潮流成分の斜航角修正量は0.3[NM] の効果になる。
4. 図13のSS+CSとSS+CS+SCとにより、潮流成分の速度修正量は0.2[NM] の効果になる。
5. 図13のSSとSS+CS+SCとにより、潮流成分の斜航角修正および速度修正量は0.45[NM] の効果になる。
が確認された。従って、本発明による本制御系は各修正の効果があることが検証された。
In the captions in the figure, (a) shows the Reach calculation, (b) shows the route trajectory, and in each figure (b), the STW shows the speed over the ground and the STW shows the speed through the water. means. From the results, 1. From Table 2, the reach is almost 100 [m], the shorter the better. Since the moving distance of the acceleration time in the reference direction is T a × U = 19 × 10.3 = 195.5 [m] (T a = 19 [s] from FIG. 10), the vehicle is turning from the middle of the acceleration mode.
2. From FIG. 11, the correction amount of the channel error due to β R is 100 [m]. If not corrected, reach reaches 200 [m].
3. By SS and SS + CS in FIG. 12, the correction of the tilt angle of the tidal component is 0.3 [NM].
4). According to SS + CS and SS + CS + SC in FIG. 13, the speed correction amount of the tidal component becomes an effect of 0.2 [NM].
5. With the SS and SS + CS + SC in FIG. 13, the correction of the tilt angle and speed correction of the tidal current component is 0.45 [NM].
Was confirmed. Therefore, it was verified that the present control system according to the present invention has the effect of each correction.
10 船舶用自動操舵装置
12 軌道計画部
14 軌道航路誤差演算部
16 フィードバック制御部
18 推定器
20 フィードバックゲイン器
30 参照方位発生部
32 横滑り修正部
34 参照速度発生部
36 参照位置発生部
40 座標変換部
42 潮流修正部
46 フィードフォワード舵角発生部
48 フィードフォワード舵角修正部
50 リーチ演算部
52 参照方位発生部
62 前段座標変換部
64 座標変換部
66 潮流修正部
72 船体速度発生部(船体航路発生部)
74 加算器(船体航路発生部)
76 船体位置発生部(船体航路発生部)
78 リーチ出力部
80 船速オフセット修正部
DESCRIPTION OF
74 Adder (Hull Route Generator)
76 Hull position generator (Hull route generator)
78
Claims (10)
前記軌道計画部は、
計画航路に従う旋回を行うための参照方位ψRを発生する参照方位発生部と、
参照方位ψRの時間微分である参照角速度rRから舵を切ることによって発生する旋回角速度に対応する参照斜航角βRを求める横滑り修正部と、
前記参照方位と前記参照斜航角βRとに基づき、修正されたフィードフォワード舵角を発生する前記フィードフォワード舵角発生部と、
を備えることを特徴とする船舶用自動操舵装置。 In an automatic steering apparatus for a ship provided with a trajectory planning unit that receives a ship speed detected by a sensor, generates a reference signal based on the planned route, and outputs a feed-forward steering angle for placing on the trajectory of the planned route when turning,
The trajectory planning unit
A reference azimuth generating unit for generating a reference azimuth ψ R for making a turn in accordance with the planned route,
A skid correction unit for obtaining a reference skew angle β R corresponding to a turning angular velocity generated by turning the rudder from a reference angular velocity r R which is a time derivative of the reference orientation ψ R ;
Based on the reference azimuth and the reference skew angle β R , the feedforward rudder angle generating unit that generates a corrected feedforward rudder angle;
A marine vessel automatic steering apparatus comprising:
参照方位ψRと船速Uを用いて、
前記参照速度ベクトルを積分することにより参照位置を出力する参照位置発生部と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の船舶用自動操舵装置。 The trajectory planning unit further includes:
Using reference direction ψ R and ship speed U,
A reference position generator for outputting a reference position by integrating the reference velocity vector;
The marine vessel automatic steering apparatus according to claim 1, comprising:
前記フィードバック舵角と前記フィードフォワード舵角とによって操舵を行わせる船舶用自動操舵装置において、
前記軌道計画部は、
計画航路に従う旋回を行うための参照方位ψRを発生する参照方位発生部と、
前記推定潮流成分を、参照方位発生部で出力する参照方位に基づき座標変換を行って潮流の船体の横方向成分を求める座標変換部と、
該座標変換部で座標変換された横方向成分から潮流に対抗する修正斜航角βdを求める潮流修正部と、
前記参照方位と前記修正斜航角βdとに基づき、修正されたフィードフォワード舵角を発生する前記フィードフォワード舵角発生部と、
を備えることを特徴とする船舶用自動操舵装置。 A trajectory planning unit that inputs the ship speed detected by the sensor, generates a reference signal based on the planned route, and outputs a feed-forward steering angle for placing on the trajectory of the planned route when turning, and a reference from the trajectory planning unit An orbital channel error calculation unit that calculates a trajectory error from the signal and the detection signal detected by the sensor, and a feedback control unit that outputs an estimated tidal current component and a feedback steering angle from the trajectory error,
In the boat automatic steering apparatus that performs steering by the feedback steering angle and the feedforward steering angle,
The trajectory planning unit
A reference azimuth generating unit for generating a reference azimuth ψ R for making a turn in accordance with the planned route,
A coordinate conversion unit that obtains a lateral component of the hull of the tidal current by performing coordinate conversion based on the reference direction output by the reference direction generation unit for the estimated current component,
A tidal current correcting section for obtaining a corrected tilt angle β d that opposes the tidal current from the lateral component coordinate-converted by the coordinate converting section;
The feedforward steering angle generator for generating a corrected feedforward steering angle based on the reference azimuth and the corrected skew angle β d ;
A marine vessel automatic steering apparatus comprising:
前記座標変換部は、参照方位ψRと参照斜航角βRとを加算した参照針路θRを用いて、推定潮流成分dx^、dy^から、
The coordinate conversion unit uses the reference course θ R obtained by adding the reference direction ψ R and the reference oblique angle β R , from the estimated tidal component d x ^, d y ^,
前記軌道計画部は、潮流に対向する修正斜航角βdに対してフィードバック制御部のフィードバックゲインを作用した修正量を算出して該修正量によりフィードフォワード舵角を修正するフィードフォワード舵角修正部をさらに備えることを特徴とする請求項3または4記載の船舶用自動操舵装置。 The feedback control unit includes an estimator that estimates a tidal component, and a feedback gain unit that calculates a feedback steering angle by applying a feedback gain from a trajectory error,
The trajectory planning unit calculates a correction amount obtained by applying the feedback gain of the feedback control unit to the corrected skew angle β d facing the tidal current, and corrects the feedforward steering angle based on the correction amount. The marine vessel automatic steering apparatus according to claim 3 or 4, further comprising a section.
旋回操舵開始前に、旋回開始位置と操舵開始位置との距離(リーチという)を演算するリーチ演算部を備え、該リーチ演算部は、
計画航路から得られる旋回半径及び所定の旋回角から、参照方位ψRを求める参照方位発生部と、
参照方位ψRから予想船体航路を求める船体航路発生部と、
船体航路発生部によって求められた予想船体航路上で、操舵開始位置から旋回開始時の方位方向に最も遠い位置までの該方位方向の距離(アドバンスという)を求め、該アドバンスから旋回半径を減算することで、リーチを求めるリーチ出力部と、
を備えることを特徴とする船舶用自動操舵装置。 A trajectory planning unit that generates a reference direction based on the planned route and outputs a feed-forward rudder angle for turning on the trajectory of the planned route during turning to perform open-loop control, and performs steering by the feed-forward rudder angle In the ship automatic steering device
Prior to the start of turning steering, a reach calculating unit that calculates a distance (referred to as a reach) between the turning start position and the steering start position is provided.
A reference azimuth generator for obtaining a reference azimuth ψ R from a turning radius obtained from the planned route and a predetermined turning angle;
A hull route generating unit for obtaining an expected hull route from the reference direction ψ R ;
Find the distance in the azimuth direction (referred to as advance) from the steering start position to the position farthest in the azimuth direction at the start of the turn on the expected hull route determined by the hull route generation unit, and subtract the turning radius from the advance With the reach output part which asks for reach,
A marine vessel automatic steering apparatus comprising:
推定潮流成分を、参照方位発生部で出力する参照方位に基づき座標変換を行って潮流の船体の横方向成分を求める座標変換部と、
該座標変換部で座標変換された横方向成分から潮流に対抗する修正斜航角βdを求める潮流修正部と、
を備え、前記船体航路発生部は、前記修正斜航角βdを用いて、前記予想船体航路を求めることを特徴とする請求項6記載の船舶用自動操舵装置。 The reach calculation unit further includes:
A coordinate conversion unit that obtains a horizontal component of the hull of the tidal current by performing coordinate conversion on the estimated tidal current component based on the reference direction output by the reference direction generation unit;
A tidal current correcting section for obtaining a corrected tilt angle β d that opposes the tidal current from the lateral component coordinate-converted by the coordinate converting section;
The ship hull route generation unit according to claim 6, wherein the hull route generation unit obtains the predicted hull route using the corrected skew angle β d .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008102367A JP5042906B2 (en) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | Ship automatic steering system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008102367A JP5042906B2 (en) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | Ship automatic steering system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009248897A true JP2009248897A (en) | 2009-10-29 |
JP5042906B2 JP5042906B2 (en) | 2012-10-03 |
Family
ID=41309980
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008102367A Active JP5042906B2 (en) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | Ship automatic steering system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5042906B2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012210941A (en) * | 2006-03-31 | 2012-11-01 | Tokyo Keiki Inc | Automatic steering device for ship |
JP2013056658A (en) * | 2011-08-12 | 2013-03-28 | Tokyo Keiki Inc | Automatic steering device for ship |
JP2014015174A (en) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Tokyo Keiki Inc | Automatic steering system for ship |
CN109709877A (en) * | 2019-01-31 | 2019-05-03 | 中国人民解放军海军工程大学 | It is a kind of not depend on ship automatic handling system and method for the bow to signal |
EP3566942A1 (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-13 | Furuno Electric Company Limited | Automatic steering device, automatic steering method and automatic steering program |
CN110703765A (en) * | 2019-11-07 | 2020-01-17 | 大连海事大学 | Collision self-avoidance method and system for unmanned ship |
CN113104037A (en) * | 2019-12-24 | 2021-07-13 | 浙江吉利汽车研究院有限公司 | Method and system for determining steering angle of vehicle steering wheel |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9857794B1 (en) | 2015-07-23 | 2018-01-02 | Brunswick Corporation | System for controlling position and speed of a marine vessel |
US9952595B2 (en) | 2016-03-01 | 2018-04-24 | Brunswick Corporation | Vessel maneuvering methods and systems |
US10640190B1 (en) | 2016-03-01 | 2020-05-05 | Brunswick Corporation | System and method for controlling course of a marine vessel |
US10198005B2 (en) | 2016-03-01 | 2019-02-05 | Brunswick Corporation | Station keeping and waypoint tracking methods |
US10322787B2 (en) | 2016-03-01 | 2019-06-18 | Brunswick Corporation | Marine vessel station keeping systems and methods |
US10259555B2 (en) | 2016-08-25 | 2019-04-16 | Brunswick Corporation | Methods for controlling movement of a marine vessel near an object |
US10671073B2 (en) | 2017-02-15 | 2020-06-02 | Brunswick Corporation | Station keeping system and method |
US10324468B2 (en) | 2017-11-20 | 2019-06-18 | Brunswick Corporation | System and method for controlling a position of a marine vessel near an object |
US10429845B2 (en) | 2017-11-20 | 2019-10-01 | Brunswick Corporation | System and method for controlling a position of a marine vessel near an object |
US10437248B1 (en) | 2018-01-10 | 2019-10-08 | Brunswick Corporation | Sun adjusted station keeping methods and systems |
US10845812B2 (en) | 2018-05-22 | 2020-11-24 | Brunswick Corporation | Methods for controlling movement of a marine vessel near an object |
US10633072B1 (en) | 2018-07-05 | 2020-04-28 | Brunswick Corporation | Methods for positioning marine vessels |
US11530022B1 (en) | 2018-07-10 | 2022-12-20 | Brunswick Corporation | Method for controlling heading of a marine vessel |
US11198494B2 (en) | 2018-11-01 | 2021-12-14 | Brunswick Corporation | Methods and systems for controlling propulsion of a marine vessel to enhance proximity sensing in a marine environment |
US10926855B2 (en) | 2018-11-01 | 2021-02-23 | Brunswick Corporation | Methods and systems for controlling low-speed propulsion of a marine vessel |
-
2008
- 2008-04-10 JP JP2008102367A patent/JP5042906B2/en active Active
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012210941A (en) * | 2006-03-31 | 2012-11-01 | Tokyo Keiki Inc | Automatic steering device for ship |
JP2013056658A (en) * | 2011-08-12 | 2013-03-28 | Tokyo Keiki Inc | Automatic steering device for ship |
JP2014015174A (en) * | 2012-07-11 | 2014-01-30 | Tokyo Keiki Inc | Automatic steering system for ship |
EP3566942A1 (en) * | 2018-05-10 | 2019-11-13 | Furuno Electric Company Limited | Automatic steering device, automatic steering method and automatic steering program |
US11383813B2 (en) | 2018-05-10 | 2022-07-12 | Furuno Electric Company Limited | Automatic steering device, automatic steering method and automatic steering program |
CN109709877A (en) * | 2019-01-31 | 2019-05-03 | 中国人民解放军海军工程大学 | It is a kind of not depend on ship automatic handling system and method for the bow to signal |
CN109709877B (en) * | 2019-01-31 | 2024-03-29 | 中国人民解放军海军工程大学 | Ship automatic control system and method independent of heading signals |
CN110703765A (en) * | 2019-11-07 | 2020-01-17 | 大连海事大学 | Collision self-avoidance method and system for unmanned ship |
CN113104037A (en) * | 2019-12-24 | 2021-07-13 | 浙江吉利汽车研究院有限公司 | Method and system for determining steering angle of vehicle steering wheel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5042906B2 (en) | 2012-10-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5042906B2 (en) | Ship automatic steering system | |
JP5993125B2 (en) | Ship automatic steering system | |
Fossen et al. | Line-of-sight path following for dubins paths with adaptive sideslip compensation of drift forces | |
KR101370649B1 (en) | Route control method for the autonomous underwater vehicle | |
JP5042905B2 (en) | Ship automatic steering system | |
JP5052165B2 (en) | Ship automatic steering system | |
CN115515851A (en) | Ship automatic guiding method, ship automatic guiding program, ship automatic guiding system, and ship | |
Kurowski et al. | Multi-vehicle guidance, navigation and control towards autonomous ship maneuvering in confined waters | |
CN109885096A (en) | A kind of autonomous underwater robot path trace closed loop control method based on Lyapunov-MPC technology | |
JP2010173589A (en) | Position holding control device for ship | |
JP2008213682A (en) | Automatic steering device for vessel | |
JP7170019B2 (en) | Tracking controller | |
JP5897391B2 (en) | Ship automatic steering system | |
JP6487264B2 (en) | Waypoint generator | |
CN116339314A (en) | Under-actuated unmanned ship track tracking control method based on self-adaptive sliding mode | |
Kurowski et al. | Generic navigation and control methods for classes of unmanned surface vehicles | |
RU2223197C1 (en) | Ship motion automatic control equipment | |
JP7177117B2 (en) | Hull position holding device | |
JP7177116B2 (en) | Hull position holding device | |
JP7150082B1 (en) | Vessel bearing control device and bearing control method | |
Wang et al. | Nonlinear path following of autonomous underwater vehicle considering uncertainty | |
JP5963582B2 (en) | Ship automatic steering system | |
JP6278849B2 (en) | Ship automatic steering system | |
JP2021064248A (en) | Automatic ship steering system for ship | |
WO2023089843A1 (en) | Automatic steering device for vessels |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110330 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120612 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20120626 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120711 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5042906 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150720 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |