JP2017178214A - Navigation control method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航走体を目標位置で定点保持させるための航走制御方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a traveling control method and apparatus for holding a traveling body at a fixed point at a target position.
水上無人航走体(Unmanned Surface Vehicle:以下、USVという)や水中無人航走体(Unmanned Undersea Vehicle:以下、UUVという)などの無人航走体は、定点観測を行う場合、および、母船や他の航走体との会合を行う場合などに、設定された時間、同じ位置に留まる定点保持を行うことが要求される。 Unmanned vehicles such as unmanned surface vehicles (hereinafter referred to as USV) and underwater unmanned vehicles (hereinafter referred to as UUV) are used for fixed-point observations, mother ships and others. It is required to maintain a fixed point that stays at the same position for a set time, for example, when a meeting is held with a vehicle.
しかし、USVには、風、波、潮流などの外乱が作用することがある。また、UUVには、潮流などの外乱が作用することがある。そのため、これらの無人航走体による定点保持を継続して行わせるためには、外乱により無人航走体に引き起こされる位置ずれを補償する航走制御が必要とされる。 However, disturbances such as wind, waves, and tidal currents may act on the USV. Moreover, disturbances such as tidal currents may act on UUV. Therefore, in order to keep the fixed point by these unmanned traveling bodies continuously, the traveling control that compensates for the position shift caused to the unmanned traveling bodies by the disturbance is required.
ところで、無人航走体には、大別して、調査目標地点もしくはその地点を基準とした狭い範囲に留まって周囲の状況を調査するようにしてあるホバリング型の無人航走体と、設定された航走速度で移動(航走)しながら周囲の状況を調査するようにしてあるクルージング型(巡航型)の無人航走体がある。 By the way, there are two types of unmanned vehicles: a hovering type unmanned vehicle that stays in the survey target point or a narrow range based on that point and investigates the surrounding situation, and a set navigation system. There is a cruising type (cruising type) unmanned vehicle that is designed to investigate surrounding conditions while moving (cruising) at a running speed.
このうち、クルージング型の無人航走体は、航走にある程度の高速性が要求されるため、機体の積載重量に制限を受けることが多い。そのため、クルージング型の無人航走体の運動は、前進、後進方向の推力を生じるメインスラスタの制御と、舵(操舵装置)の制御によって実施することが基本とされる。 Among these, cruising type unmanned aerial vehicles are often limited by the weight of the airframe because they require a certain degree of high speed for navigation. Therefore, the movement of the cruising unmanned vehicle is basically performed by controlling the main thruster that generates thrust in the forward and reverse directions and by controlling the rudder (steering device).
したがって、クルージング型の無人航走体では、外乱を受ける条件の下での定点保持についても、メインスラスタの制御と舵の制御によって実現することが望まれている。 Therefore, in a cruising type unmanned vehicle, it is desired that the fixed point maintenance under the condition of being subjected to disturbance is also realized by the control of the main thruster and the control of the rudder.
なお、水上航走体である船舶については、設定された定点付近に自動的に位置保持させるための自動定点復帰制御方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Note that an automatic fixed point return control method for automatically holding a position near a set fixed point has been proposed for a ship that is a watercraft (see, for example, Patent Document 1).
ところが、特許文献1に示された手法は、船舶が外乱(外力)を受けて定点から離れると、バウスラスタを作動させて船首が定点に向くように変位させ、その状態で推進装置を作動させて船舶を定点に向けて前進させて、船舶を定点に復帰させるものである。したがって、この手法の実施には、バウスラスタが必要とされる。
However, in the technique disclosed in
しかも、そのバウスラスタは、船舶に作用している外乱に抗して船首を定点に向けることが可能となる容量の大きさが求められる。 Moreover, the bow thruster is required to have a capacity that enables the bow to be directed to a fixed point against disturbances acting on the ship.
よって、従来は、クルージング型の航走体について、外乱を受ける条件の下で、バウスラスタのようなサブスラスタを使用せずに定点保持する手法は提案されていない、というのが実状である。 Therefore, in the past, it has been proposed that a method for holding a fixed point without using a sub-thruster such as a bow thruster under a condition subject to a disturbance on a cruising type traveling body has not been proposed.
そこで、本発明は、クルージング型の航走体について、外乱を受ける環境下で、サブスラスタを使用することなく定点保持を実施できるようにするための航走制御方法および装置を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention intends to provide a cruise control method and apparatus for enabling a cruising type traveling body to maintain a fixed point without using a sub-thruster in an environment subject to disturbance. is there.
本発明は、前記課題を解決するために、航走体の定点保持の目標位置を設定する処理と、前記目標位置から設定された距離で前記航走体に外乱が作用する方向の上流側へ移動した位置に、目標方位基準点を設定する処理と、方位制御と速度制御とを備える定点保持処理と、を行い、前記方位制御は、前記航走体の現在位置から前記目標方位基準点に向く方向を目標方位に設定して、該目標方位に前記航走体が向くように前記航走体の舵を制御する処理とし、前記速度制御は、前記航走体の現在位置について、前記目標方位と平行な方向に関する前記目標位置からの偏差を求めて、該偏差に応じた前記航走体の目標速度を設定し、設定された目標速度に前記航走体の速度が一致するように前記航走体の推進装置を制御する処理とする航走制御方法とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention sets the target position for holding the fixed point of the traveling body and goes upstream in the direction in which the disturbance acts on the traveling body at a distance set from the target position. A process of setting a target azimuth reference point at a moved position and a fixed point holding process including azimuth control and speed control are performed, and the azimuth control is performed from the current position of the traveling body to the target azimuth reference point. The target direction is set as a target direction, and the rudder of the navigation body is controlled so that the navigation body faces the target direction, and the speed control is performed for the current position of the navigation body. A deviation from the target position in a direction parallel to the azimuth is obtained, a target speed of the traveling body is set according to the deviation, and the speed of the traveling body matches the set target speed. Navigation control method for controlling the propulsion device of the vehicle To.
前記目標位置の周囲に設定された半径で定点保持処理開始範囲を設定し、前記航走体が前記定点保持処理開始範囲以内に配置されているときに、前記定点保持処理を行う方法とする。 A fixed point holding process start range is set with a radius set around the target position, and the fixed point holding process is performed when the vehicle is located within the fixed point holding process start range.
前記定点保持処理開始範囲の周囲に、アプローチ開始範囲を設定し、前記アプローチ開始範囲に外部から到達する前記航走体は、前記アプローチ開始範囲と前記定点保持処理開始範囲との間で減速させてから、前記定点保持処理開始範囲に到達させるようにする方法とする。 An approach start range is set around the fixed point holding process start range, and the vehicle that reaches the approach start range from the outside is decelerated between the approach start range and the fixed point holding process start range. From this, the fixed point holding process start range is reached.
航走体に、推進装置と、舵と、前記航走体自身の位置を検出する自己位置検出手段と、前記航走体に作用する外乱の方向を検出する外乱検出手段と、制御器とを備え、前記制御器は、前記の航走制御方法を実施する機能を備えるものとした航走制御装置とする。 A propulsion device, a rudder, a self-position detecting means for detecting the position of the navigating body, a disturbance detecting means for detecting the direction of the disturbance acting on the navigating body, and a controller. And the controller is a cruise control device having a function of executing the cruise control method.
本発明の航走制御方法および装置によれば、クルージング型の航走体について、外乱が存在する環境下で、サブスラスタを使用することなく定点保持を実施することができる。 According to the cruise control method and apparatus of the present invention, it is possible to maintain a fixed point for a cruising type traveling body in an environment where disturbance exists without using a sub-thruster.
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[航走制御方法の実施形態]
図1は、航走制御方法の実施に用いる航走制御装置を示す概要図である。図2は、航走制御方法における定点保持処理の概要を示す図である。図3は、定点保持処理による航走体のスウェイ方向の位置補正の原理を示す図である。図4は、航走制御方法で制御フェーズを切り替える範囲を示す概要図である。
[Embodiment of Navigation Control Method]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cruise control device used for carrying out the cruise control method. FIG. 2 is a diagram showing an outline of the fixed point holding process in the cruise control method. FIG. 3 is a diagram showing the principle of position correction in the sway direction of the navigation body by the fixed point holding process. FIG. 4 is a schematic diagram showing a range in which the control phase is switched in the cruise control method.
本実施形態は、航走制御方法を、無人航走体を適用して行う場合について説明する。 This embodiment demonstrates the case where a cruise control method is performed applying an unmanned vehicle.
先ず、図1を用いて、本実施形態の航走制御方法の実施に用いる航走制御装置1の構成について説明する。
First, the configuration of the
航走制御装置1は、クルージング型の無人航走体Aの機体に装備されるもので、無人航走体A自身の位置と姿勢(向き)を検出する手段(以下、自己位置検出手段2という)と、無人航走体Aの周辺に存在している外乱7(図2参照)を検出する手段(以下、外乱検出手段3という)と、推進装置としてのメインスラスタ4と、舵(操舵装置)5と、メインスラスタ4および舵5の指令値を計算する制御器6とを備えた構成とされている。
The
自己位置検出手段2は、無人航走体A自身の位置の情報を、図2に示すような定点保持の目標位置T0および目標方位基準点T1を含む領域に設定される絶対座標に関して検出する機能を備えている。なお、この絶対座標としては、経度と緯度による座標を用いることが好適であるが、それ以外の任意の地点を原点とする絶対座標を用いるようにしてもよい。以下、この絶対座標については、所定の絶対座標という。 The self-position detecting means 2 has a function of detecting information on the position of the unmanned vehicle A itself with respect to absolute coordinates set in a region including the fixed point holding target position T0 and the target azimuth reference point T1 as shown in FIG. It has. In addition, although it is suitable to use the coordinate by longitude and latitude as this absolute coordinate, you may make it use the absolute coordinate which makes the origin any other point. Hereinafter, the absolute coordinates are referred to as predetermined absolute coordinates.
また、自己位置検出手段2は、無人航走体Aの姿勢として、無人航走体Aの機体が向いている方向(方位)についての情報を検出する機能を備えている。 Further, the self-position detecting means 2 has a function of detecting information on the direction (orientation) in which the airframe of the unmanned aerial vehicle A faces as the attitude of the unmanned vehicle A.
更に、自己位置検出手段2は、無人航走体Aが移動するときの速度に関する情報を検出する機能を備えることが好ましい。 Furthermore, the self-position detecting means 2 preferably has a function of detecting information related to the speed when the unmanned vehicle A moves.
無人航走体AがUUVの場合は、自己位置検出手段2としては、たとえば、慣性航法装置(INS)を用いるようにすればよい。 When the unmanned vehicle A is UUV, as the self-position detecting means 2, for example, an inertial navigation device (INS) may be used.
なお、UUVの図示しない母船(支援船)では、GPSなどの全地球航法衛星システムを用いて経度と緯度による自船の位置を計測することができると共に、音響測位により自船を基準とするUUVの相対的な位置と移動方向と速度とを求めることができる。よって、これらの情報を基に、母船では、UUVの所定の絶対座標に関する位置と姿勢と速度の情報を算出することができる。この点に鑑みて、UUVに備える自己位置検出手段2は、UUVの所定の絶対座標に関する位置と姿勢と速度の情報を、音響通信により母船から得るものであってもよい。また、自己位置検出手段2は、前記の母船の位置情報と、母船を基準とするUUVの相対的な位置と移動方向と速度の情報とを母船から音響通信により得て、UUVの所定の絶対座標に関する位置と姿勢と速度の情報を、UUV側で算出するものであってもよい。
A mother ship (support ship) (not shown) of the UUV can measure the position of the ship by longitude and latitude using a global navigation satellite system such as GPS, and UUV based on the own ship by acoustic positioning. Relative position, moving direction, and speed can be obtained. Therefore, based on these pieces of information, the mother ship can calculate position, posture, and speed information related to predetermined absolute coordinates of the UUV. In view of this point, the self-
無人航走体AがUSVの場合は、自己位置検出手段2としては、たとえば、慣性航法装置や、全地球航法衛星システムを用いるようにすればよい。 When the unmanned navigation vehicle A is USV, as the self-position detecting means 2, for example, an inertial navigation device or a global navigation satellite system may be used.
また、自己位置検出手段2としては、USVに備えたカメラによる撮影画像や、レーダーなどを用いて、所定の絶対座標における位置の情報が予め分かっている地点や対象物を検出し、検出された地点や対象物を基準とするUSVの相対的な位置と移動方向と速度の情報を求めて、USVの所定の絶対座標に関する位置と姿勢と速度の情報を算出するようにしてもよい。 Further, as the self-position detecting means 2, a point or an object in which position information in predetermined absolute coordinates is known in advance is detected by using a photographed image obtained by a camera provided in the USV, a radar, or the like. Information on the relative position, moving direction, and speed of the USV with respect to the point or the object may be obtained, and the information on the position, posture, and speed regarding the predetermined absolute coordinates of the USV may be calculated.
なお、自己位置検出手段2は、無人航走体A自身の位置と姿勢、更には、速度を検出することができるものであれば、前記した以外の形式や方式の自己位置検出手段2を用いてもよいことは勿論である。 The self-position detecting means 2 uses a self-position detecting means 2 of a type or method other than those described above as long as it can detect the position and posture of the unmanned vehicle A itself, and also the speed. Of course, it may be.
自己位置検出手段2で検出された無人航走体A自身の位置と姿勢と速度の情報は、制御器6に入力される。
Information on the position, posture and speed of the unmanned vehicle A detected by the self-position detecting means 2 is input to the
外乱検出手段3は、たとえば、無人航走体Aに備えた図示しないドップラー流速計により測定される無人航走体Aの海底(水底)に対する対地速度と、無人航走体Aの対水速度との差を求めて、無人航走体Aの周囲に存在している外乱7の作用する方向α(図2参照)と大きさ(強さ)とを検出する機能を備えている。
The disturbance detection means 3 includes, for example, a ground speed with respect to the seabed (water bottom) of the unmanned vehicle A measured by a Doppler velocimeter (not shown) provided in the unmanned vehicle A, and a water speed of the unmanned vehicle A. And a function of detecting the direction α (see FIG. 2) and the magnitude (strength) on which the
また、外乱検出手段3は、たとえば、自己位置検出手段2により検出される無人航走体A自身の位置、姿勢(向き)および移動速度の情報と、メインスラスタ4で発生させている推力、および、舵5の操作状態に基づいて航走体の運動モデルに推定される挙動との差から、無人航走体Aの周囲に存在している外乱7の作用する方向αと大きさとを検出する機能を備えるものとしてもよい。
Further, the disturbance detection means 3 includes, for example, information on the position, posture (orientation) and moving speed of the unmanned vehicle A detected by the self-position detection means 2, the thrust generated by the
無人航走体AがUUVの場合は、外乱検出手段3により検出される外乱7は、UUVの周囲に存在している潮流が主となる。無人航走体AがUSVの場合は、外乱検出手段3により検出される外乱7は、USVに対する風、波、潮流の影響が合成されたものになる。
When the unmanned vehicle A is UUV, the
なお、外乱検出手段3は、無人航走体Aの周囲に存在している外乱7の作用する方向αと大きさを検出することができるものであれば、前記した以外の形式や方式の外乱検出手段3を用いてもよいことは勿論である。
It should be noted that the disturbance detection means 3 can be any type of disturbance other than those described above as long as it can detect the direction α and the size of the
外乱検出手段3で検出された無人航走体Aの周囲に存在している外乱7の作用する方向αと大きさに関する情報は、制御器6に入力される。
Information relating to the direction α and the magnitude of the
メインスラスタ4は、無人航走体Aの前進方向および後進方向の推力を発生するものである。メインスラスタ4は、たとえば、無人航走体Aの機体の後部側に設けられている。
The
また、メインスラスタ4は、制御器6から回転数指令値c1が与えられると、回転数指令値c1に従った回転数で運転を行う機能を備えている。
Further, the
舵5は、無人航走体Aの機体の方位(向き)を変更するためのものである。舵5は、たとえば、無人航走体Aの機体の後部側に、メインスラスタ4に接近した配置で設けられている。
The
また、舵5は、制御器6から角度指令値c2が与えられると、アクチュエータ(図示せず)を作動させて角度指令値c2に従って角度変更する機能を備えている。
Further, the
次に、制御器6の機能の説明を行うと共に、本実施形態の航走制御方法について説明する。
Next, the function of the
制御器6には、図2に示すように、所定の絶対座標に関して、無人航走体Aの定点保持の目標位置T0の座標(Y0,X0)のデータが、事前に登録される。この目標位置T0の座標データの登録は、入力手段(図示せず)を介してユーザが行うようにすればよい。なお、図2では、所定の絶対座標は、x軸が上の方向を正の向きとする縦軸、y軸が右の方向を正の向きとする横軸となる直交座標で示してある。
As shown in FIG. 2, the
無人航走体Aが、たとえば、ウェイポイント制御される形式のものである場合は、制御器6に登録する目標位置T0の座標データは、ウェイポイントファイルで指定するようにすればよい。なお、制御器6に登録される目標位置T0の座標データは、無人航走体Aの運用時の制御方式に応じて、ウェイポイントファイル以外の形式で指定してもよいことは勿論である。
If the unmanned vehicle A is of a type that is controlled by waypoints, for example, the coordinate data of the target position T0 registered in the
制御器6には、外乱検出手段3から、図2に矢印で示すような無人航走体Aの周囲に存在している外乱7の作用する方向αと大きさに関する情報が入力される。本実施形態では、外乱7の作用する方向αは、x軸の正の方向(図2では上向き)を基準(0度)とし時計回り方向を正とする角度で示すものとする。本実施形態は、α=180度の場合の例が示してある。
Information about the direction α and the size of the
制御器6は、外乱7の作用する方向αの情報が入力されると、図2に示すように、目標位置T0の座標(Y0,X0)を、外乱7の作用する方向αの上流側へ設定された距離L0だけ並行移動させた座標(Y1,X1)を次の(1)式で計算し、その座標(Y1,X1)に目標方位基準点T1を設定する機能を備えている。
Y1=Y0+L0×sinα
X1=X0+L0×cosα ・・・(1)
When the information on the direction α in which the
Y1 = Y0 + L0 × sin α
X1 = X0 + L0 × cos α (1)
なお、距離L0は、無人航走体Aの旋回半径などの運動性能を考慮して、事前に設定されていてもよいし、たとえば、外乱検出手段3から制御器6に入力される外乱7の大きさを変数とする関数で算出するなど、外乱7の大きさに応じた値に設定するようにしてもよい。
The distance L0 may be set in advance in consideration of the motion performance such as the turning radius of the unmanned vehicle A. For example, the distance L0 may be the
また、制御器6は、自己位置検出手段2から入力される情報を基に、無人航走体Aの現在位置の座標(YA,XA)を取得する機能を備えている。
Further, the
更に、制御器6は、目標位置T0の座標(Y0,X0)と、目標方位基準点T1の座標(Y1,X1)と、無人航走体Aの現在位置の座標(YA,XA)とを基に、以下の定点保持処理を実施する機能を備えている。
Further, the
定点保持処理では、制御器6は、先ず、無人航走体Aの現在位置の座標(YA,XA)から目標方位基準点T1の座標(Y1,X1)に向かう方位を、無人航走体Aの方位制御の目標方位θとして、次の(2)式で計算する。
θ=atan((Y1−YA)/(X1−XA)) ・・・(2)
In the fixed point holding process, the
θ = atan ((Y1-YA) / (X1-XA)) (2)
なお、本実施形態では、目標方位θは、x軸の正の方向(図2では上向き)を基準とし、時計回り方向を正とする角度で示すものとする。 In the present embodiment, the target orientation θ is indicated by an angle with the positive direction of the x axis (upward in FIG. 2) as a reference and the clockwise direction as positive.
次に、制御器6は、無人航走体Aの現在位置の座標(YA,XA)について、目標方位θと平行な方向に関する目標位置T0の座標(Y0,X0)からの偏差を、サージ成分偏差E1として、次の(3)式で計算する。(3)式の右辺は、ベクトル(Y0−YA,X0−XA)とベクトル(sinθ,cosθ)の内積である。
E1=(Y0−YA)sinθ+(X0−XA)cosθ ・・・(3)
Next, the
E1 = (Y0−YA) sin θ + (X0−XA) cos θ (3)
次いで、制御器6は、無人航走体Aの速度制御の目標速度V1を、次の(4)式で計算する。なお、目標速度V1は、対地速度である。
V1=E1×P1 ・・・(4)
ここで、P1は位置フィードバックゲインである。
Next, the
V1 = E1 × P1 (4)
Here, P1 is a position feedback gain.
その後、制御器6は、方位制御として、無人航走体Aの機体の向きを(2)式で求めた目標方位θに合わせるために必要とされる舵5の角度指令値c2を演算する。この角度指令値c2の演算は、定点保持処理を実施する無人航走体Aの旋回性能などに応じて行うようにすればよい。
Thereafter, the
制御器6は、この演算の結果として求まる角度指令値c2を、舵5に対して出力する。
The
また、制御器6は、速度制御として、(4)式で求めた目標速度V1をメインスラスタ4の運転で実現するためのメインスラスタ4の回転数指令値c1を演算する。この回転数指令値c1の演算は、定点保持処理を実施する無人航走体Aのメインスラスタ4による推進性能に応じて行うようにすればよい。
Moreover, the
制御器6は、この演算の結果として求まる回転数指令値c1を、メインスラスタ4に対して出力する。
The
なお、目標速度V1の制御手法としては、サージ成分偏差E1に位置フィードバックゲインP1をかける比例制御を行う場合について例示したが、偏差積分値を併用する比例積分制御など、他のフィードバック制御手法を用いてもよいことは勿論である。また、目標速度V1の計算を比例制御として、目標速度V1に追従するためのスラスタ回転数制御を比例積分制御としてもよい。 The target speed V1 is exemplified by the case of performing proportional control in which the position feedback gain P1 is applied to the surge component deviation E1, but other feedback control methods such as proportional integral control using a deviation integral value are used. Of course, it may be. The calculation of the target speed V1 may be proportional control, and the thruster rotation speed control for following the target speed V1 may be proportional integral control.
ところで、図2に示した状態のように、目標方位θと平行な方向に関して、目標位置T0が、無人航走体Aの現在位置よりも無人航走体Aの後方側に位置している場合は、(3)式で求まるサージ成分偏差E1は負値となる。よって、(4)式で求まる目標速度V1も負値となり、これは、無人航走体Aを目標方位基準点T1から離反させる方向の対地速度となる。 By the way, when the target position T0 is located on the rear side of the unmanned vehicle A relative to the current position of the unmanned vehicle A with respect to the direction parallel to the target azimuth θ as in the state shown in FIG. Is a negative value of the surge component deviation E1 obtained by the equation (3). Therefore, the target speed V1 obtained by the equation (4) is also a negative value, which is a ground speed in a direction in which the unmanned vehicle A is separated from the target direction reference point T1.
無人航走体Aの目標方位θが、目標位置T0から目標方位基準点T1に向く方位β(無人航走体Aに存在している外乱7の作用する方位と逆となる方位、以下、基準方位βという)に一致しているときは、無人航走体Aが目標位置T0と目標方位基準点T1との間に配置されている状態である。よって、この場合は、外乱7の作用を受けて無人航走体Aが後退するときの対地速度が負値となる目標速度V1に比して遅ければ、目標速度V1が達成されるように、無人航走体Aをメインスラスタ4の運転により後進させるようにすればよい。
The target azimuth θ of the unmanned vehicle A is directed from the target position T0 to the target azimuth reference point T1 (an azimuth opposite to the direction in which the
一方、無人航走体Aの目標方位θが基準方位βに対して傾いている場合は、無人航走体Aの後進を行うと、基準方位βと直交する方向に関して無人航走体Aの目標位置T0からの距離が増す可能性が生じる。よって、無人航走体Aの目標方位θが基準方位βに対して傾いている場合であって、(4)式で求まる目標速度V1が負値のときには、無人航走体Aの目標方位基準点T1から離反させる方向の移動は、できるだけ外乱7の作用で行わせることが好ましい。
On the other hand, when the target direction θ of the unmanned vehicle A is inclined with respect to the reference direction β, when the unmanned vehicle A moves backward, the target of the unmanned vehicle A in the direction orthogonal to the reference direction β is obtained. There is a possibility that the distance from the position T0 increases. Therefore, when the target azimuth θ of the unmanned aerial vehicle A is inclined with respect to the reference azimuth β and the target speed V1 obtained by the equation (4) is a negative value, the target azimuth reference of the unmanned vehicle A The movement in the direction away from the point T1 is preferably performed by the action of the
ここで、以上の制御器6の定点保持処理による無人航走体Aの位置補正の原理を、図3を用いて説明する。
Here, the principle of position correction of the unmanned vehicle A by the fixed point holding process of the
無人航走体Aが、たとえば、図3における位置a1に配置されているときに、制御器6による定点保持処理が実施されると、無人航走体Aでは、制御器6の方位制御で求められた角度指令値c2に従って舵5の角度が制御される。このため、無人航走体Aは、機体の向きが、位置a1から目標方位基準点T1に向かう方向、すなわち、その時点での目標方位θ1に一致するように制御される。
For example, when the fixed point holding process is performed by the
この状態で、無人航走体Aでは、制御器6の速度制御で求められた回転数指令値c1に従ってメインスラスタ4が運転される。
In this state, in the unmanned vehicle A, the
したがって、位置a1に配置されている状態の無人航走体Aは、メインスラスタ4の運転により目標方位θ1に向いて前進することになる。この際、目標方位θ1は基準方位βに対して傾斜しているので、無人航走体Aの前進の運動には、基準方位βと直交する方向に関して目標位置T0に接近する方向の成分が含まれている。そのため、たとえば、無人航走体Aが位置a1から位置a2まで前進したとすると、無人航走体Aは、基準方位βと直交する方向に関して目標位置T0に接近する。
Therefore, the unmanned vehicle A in the state arranged at the position a1 moves forward toward the target direction θ1 by the operation of the
一方、無人航走体Aが外乱7を受けて移動するときの方向は、無人航走体Aの周囲に存在している外乱7の作用する方向αに一致している。したがって、たとえば、無人航走体Aが外乱7を受けて位置a2から位置a3まで移動したとしても、そのときの無人航走体Aの運動には、基準方位βと直交する方向の成分が含まれていない。そのため、無人航走体Aは、基準方位βと直交する方向に関する目標位置T0からの距離は変化しない。
On the other hand, the direction in which the unmanned aerial vehicle A moves in response to the
よって、無人航走体Aは、位置a1から目標方位θ1に向かう方向の前進と、外乱7を受けることによる移動とが合成されることにより、位置a1から位置a3へ移動するようになる。その結果、無人航走体Aは、スウェイ方向に関する目標位置T0からの偏差が減少する。
Therefore, the unmanned vehicle A moves from the position a1 to the position a3 by combining the advance in the direction from the position a1 toward the target azimuth θ1 and the movement due to the
無人航走体Aが位置a3に配置されているときには、制御器6による定点保持処理により、無人航走体Aの機体の向きが、位置a3から目標方位基準点T1に向かう方向である目標方位θ2に一致するように制御される。
When the unmanned aerial vehicle A is located at the position a3, the orientation of the unmanned aerial vehicle A is the direction from the position a3 toward the target orientation reference point T1 by the fixed point holding process by the
この状態で、無人航走体Aでは、制御器6の速度制御で求められた回転数指令値c1に従ってメインスラスタ4が運転されるため、無人航走体Aは目標方位θ2に前進する。
In this state, in the unmanned vehicle A, the
この場合も、目標方位θ2は基準方位βに対して傾斜しているので、無人航走体Aが、位置a3から位置a4まで前進したとすると、そのときの運動には、基準方位βと直交する方向に関して目標位置T0に接近する方向の成分が含まれている。よって、無人航走体Aは、基準方位βと直交する方向に関して目標位置T0に接近する。 Also in this case, since the target azimuth θ2 is inclined with respect to the reference azimuth β, if the unmanned vehicle A moves forward from the position a3 to the position a4, the motion at that time is orthogonal to the reference azimuth β. The component of the direction which approaches target position T0 regarding the direction to do is contained. Therefore, the unmanned vehicle A approaches the target position T0 in the direction orthogonal to the reference direction β.
一方、無人航走体Aが外乱7を受けて位置a4から位置a5まで移動したとしても、そのときの無人航走体Aの運動には、基準方位βと直交する方向の成分が含まれていないため、基準方位βと直交する方向に関して目標位置T0との距離は変化しない。
On the other hand, even if the unmanned aerial vehicle A receives the
よって、無人航走体Aは、位置a3から目標方位θ2に向かう方向の前進と、外乱7を受けることによる移動とが合成されることにより、位置a3から位置a5へ移動するようになる。その結果、無人航走体Aは、スウェイ方向に関する目標位置T0からの偏差が更に減少する。
Therefore, the unmanned vehicle A moves from the position a3 to the position a5 by combining the advance in the direction from the position a3 toward the target direction θ2 and the movement due to the
その後は、無人航走体Aは、前記と同様に、無人航走体Aが配置されている位置に応じて定まる目標方位θの方向への前進と、外乱7を受けての移動との合成が繰り返し行われる。この際、目標方位θの基準方位βに対する傾斜角度が小さくなるにしたがって、無人航走体Aが目標方位θに向けて前進する運動に含まれている基準方位βと直交する方向に関して目標位置T0に接近する方向の成分も、次第に小さくなる。
Thereafter, the unmanned aerial vehicle A combines the advance in the direction of the target azimuth θ determined according to the position where the unmanned aerial vehicle A is arranged and the movement in response to the
よって、無人航走体Aは、スウェイ方向に関して、目標位置T0に漸近するようになる。 Therefore, the unmanned aerial vehicle A comes closer to the target position T0 in the sway direction.
また、制御器6による定点保持処理では、前記したように、無人航走体Aの目標位置T0に対するサージ成分偏差に応じた速度制御も行っているので、無人航走体Aの目標位置T0に対するサージ成分偏差も次第に小さくなる。
Further, in the fixed point holding process by the
したがって、制御器6による定点保持処理によれば、無人航走体Aは、定点保持の目標位置T0に漸近させることができる。
Therefore, according to the fixed point holding process by the
この際、制御器6による定点保持処理では、方位制御は、舵5の角度指令値c2による制御で行い、速度制御は、メインスラスタ4の回転数指令値c1による制御で行うようにしてある。このため、制御器6では、定点保持処理における方位制御と速度制御を、独立の2自由度の制御として実施することができる。よって、方位制御と速度制御とが相互に影響することを抑制できて、各制御の制御性を高めることができる。したがって、制御器6の定点保持処理によれば、無人航走体Aを円滑に目標位置T0に漸近させることができる。
At this time, in the fixed point holding process by the
ところで、無人航走体Aは、クルージング型としてあるため、通常の航走にはある程度の高速性が要求される。 By the way, since the unmanned traveling body A is a cruising type, a certain speed is required for normal traveling.
一方、前述したように、制御器6による定点保持処理では、無人航走体Aの目標位置T0との相対的な位置関係に基づく速度制御を行うようにしてある。
On the other hand, as described above, in the fixed point holding process by the
そこで、本実施形態では、無人航走体Aが、巡航している状態から、制御器6による定点保持処理を実施する状態に円滑に移行できるようにするために、制御器6は、無人航走体Aの目標位置T0からの距離R(図4参照)に応じて、以下のような制御の切替えを更に行う機能を備えている。
Therefore, in the present embodiment, in order for the unmanned vehicle A to smoothly shift from the cruising state to the state where the fixed point holding process by the
制御器6には、図4に示すように、目標位置T0を中心として、半径r1の定点保持処理開始範囲8と、半径r2の定点保持処理逸脱範囲9と、半径r3のアプローチ開始範囲10とが事前に設定される。なお、r1<r2<r3とされている。
As shown in FIG. 4, the
定点保持処理開始範囲8は、外部から定点保持の目標位置T0に接近する無人航走体Aが定点保持処理開始範囲8以内に位置するようになると、制御器6が定点保持処理を開始する範囲である。したがって、半径r1は、目標方位基準点T1の設定に用いた距離L0よりも小さい値に設定される(r1<L0)。
The fixed point holding
なお、定点保持処理開始範囲8を規定する半径r1は、設定値が大きすぎると、無人航走体Aについて定点保持処理を開始する位置が、定点保持の目標位置T0から遠くなり、無人航走体Aが目標位置T0に到達あるいは近接するまでに時間を要するようになる。
If the set value of the radius r1 defining the fixed point holding
一方、半径r1の設定値が小さすぎる場合は、無人航走体Aの旋回性能などにもよるが、外部から定点保持処理開始範囲8に接近する無人航走体Aが、定点保持処理開始範囲8に到達できずに通り過ぎる可能性が生じる。
On the other hand, when the set value of the radius r1 is too small, depending on the turning performance of the unmanned vehicle A, the unmanned vehicle A approaching the fixed point holding
そこで、定点保持処理開始範囲8を規定する半径r1は、後述するアプローチ速度で定点保持処理開始範囲8に接近する無人航走体Aが、通り過ぎることなく定点保持処理開始範囲8に確実に到達できるという条件の下で、定点保持処理開始範囲8のサイズができるだけ小さくなるように設定されていることが好ましい。
Therefore, the radius r1 that defines the fixed point holding
アプローチ開始範囲10は、巡航速度で目標位置T0に向かって航走する無人航走体Aが外部からアプローチ開始範囲10に達すると、その無人航走体Aが定点保持処理開始範囲に達するまでの間に、巡航速度から定点保持処理の開始に適したアプローチ速度まで減速させるための無人航走体Aの減速処理を行う領域である。このアプローチ速度は、無人航走体Aの運動性能に基づき、舵5が効く範囲で比較的低速の固定値(対地速度)として制御器6に事前に設定されている。
When the unmanned vehicle A that travels toward the target position T0 at the cruise speed reaches the
したがって、アプローチ開始範囲10を規定する半径r3は、半径r3と半径r1の差の値(=r3−r1)が、無人航走体Aが巡航速度からアプローチ速度まで減速するために必要とする距離に対応する値となるように設定されている。なお、図4では、半径r3は、目標方位基準点T1の設定に用いた距離L0と同一となる状態が示してあるが、半径r3と距離L0とが異なっていてもよいことは勿論である。
Therefore, the radius r3 that defines the
定点保持処理逸脱範囲9は、定点保持処理開始範囲8に到達して制御器6による定点保持処理が開始された状態の無人航走体Aを対象として、定点保持処理開始範囲8の外周位置に定点保持処理が解除されるまでの不感帯(ヒステリシス)を形成するための範囲である。
The fixed point holding process departure range 9 is located at the outer peripheral position of the fixed point holding
特に、制御器6による定点保持処理は、無人航走体Aの機体の向きを、目標位置T0とは別に設定する目標方位基準点T1の方向(目標方位θ)に向ける方位制御を行うようにしてある。そのため、定点保持処理が開始された状態と、解除された状態とでは、無人航走体Aの機体を向ける向きが、目標方位基準点T1と、目標位置T0とで相違する。
In particular, the fixed point holding process by the
そのため、定点保持処理逸脱範囲9を規定する半径r2は、できるだけ大きな値に設定して、制御器6による定点保持処理が一旦開始された無人航走体Aについては、外乱などの影響により定点保持処理開始範囲8を逸脱するような変位が生じても、なるべく定点保持処理が維持されるようにすることが好ましい。
Therefore, the radius r2 defining the fixed point holding process deviation range 9 is set as large as possible, and for the unmanned vehicle A for which the fixed point holding process by the
また、制御器6は、無人航走体Aの現在位置の座標(YA,XA)と、目標位置T0の座標(Y0,X0)とを基に、無人航走体Aの現在位置の目標位置T0からの距離Rを計算し、その結果に応じて無人航走体Aの航走状態を以下のように制御する機能を備えている。
Further, the
制御器6は、距離Rが半径r3よりも大となるときには(R>r3)、無人航走体Aを、巡航速度で目標位置T0に向かって航走させる制御を行う。なお、この制御は、ウェイポイント制御や、その他、既存の自律制御手法で行うようにすればよい。これにより、無人航走体Aは、アプローチ開始範囲10の外側に位置しているときには、目標位置T0に向かって巡航速度で航走する。
When the distance R is larger than the radius r3 (R> r3), the
また、制御器6は、距離Rが半径r3以下で且つ半径r2よりも大となる場合(r2<R≦r3)、および、距離Rが半径r2以下で且つ半径r1よりも大であると共に(r1<R≦r2)、そのときの距離Rが半径r1以下の値から増加したものでないという条件を満たす場合は、無人航走体Aを、アプローチ速度まで減速させると共に、目標位置T0に向かって航走させる制御を行う。なお、この場合の制御も、ウェイポイント制御や、その他、既存の自律制御手法で行うようにすればよい。これにより、無人航走体Aは、外部からアプローチ開始範囲10に到達すると、アプローチ速度まで減速され、その状態で、定点保持処理開始範囲8に達するまで目標位置T0に向かって航走する。また、無人航走体Aは、定点保持処理開始範囲8で制御器6による定点保持処理が一旦開始された後に、外乱などにより定点保持処理逸脱範囲9の外方まで変位すると、定点保持処理開始範囲8に達するまで目標位置T0に向かう航走を再び開始する。
In addition, the
更に、制御器6は、距離Rが半径r1以下となる場合(R≦r1)、および、距離Rが半径r2以下で且つ半径r1よりも大であると共に(r1<R≦r2)、そのときの距離Rが半径r1以下の値から増加したものであるという条件を満たす場合は、前述の定点保持処理を行う。これにより、無人航走体Aは、外部から定点保持処理開始範囲8に到達すると、定点保持処理が開始される。また、無人航走体Aは、定点保持処理が開始された後は、外乱7を受けて変位しても、定点保持処理逸脱範囲9の外周まで移動しない限りは、定点保持処理が継続される。
Further, the
したがって、本実施形態の航走制御方法によれば、クルージング型の無人航走体Aについて、外乱7が存在する環境の下で、定点保持の目標位置T0に漸近する移動を行わせることができると共に、無人航走体Aの目標位置T0あるいは目標位置T0付近での定点保持を継続して行うことができる。
Therefore, according to the cruise control method of the present embodiment, the cruising unmanned vehicle A can be moved asymptotically to the fixed point holding target position T0 in an environment where the
更に、無人航走体Aの定点保持処理は、舵5による方位制御と、メインスラスタ4による速度制御で実現できるため、水平スラスタのようなサブスラスタを使用する必要はない。
Furthermore, since the fixed point holding process of the unmanned vehicle A can be realized by the azimuth control by the
また、本実施形態の航走制御方法では、無人航走体Aが定点保持処理開始範囲8に到達すると、無人航走体Aの機体の向きは目標方位基準点T1に向いた目標方位θに合わせられる、その状態で目標位置T0に接近するようになる。
Further, in the cruise control method of the present embodiment, when the unmanned vehicle A reaches the fixed point holding
航走体の向きを常に目標位置に向ける手法では、航走体が何らかの原因で目標位置を通り過ぎた場合は、その時点で航走体の向きを大幅に変更する回頭の動作が必要とされるが、本実施形態の航走制御方法では、たとえ無人航走体Aが目標位置T0を通り過ぎたとしても、大きな回頭動作は不要である。 In the method of always directing the orientation of the vehicle to the target position, if the vehicle passes the target position for some reason, a turning motion is required to change the direction of the vehicle significantly at that time. However, in the traveling control method of this embodiment, even if the unmanned traveling body A passes the target position T0, a large turning operation is unnecessary.
よって、本実施形態の航走制御方法では、無人航走体Aが、目標位置T0に対して外乱7の上流側に寄った位置から外乱7に押されつつ目標位置T0に近付くような場合であっても、無人航走体Aを目標位置T0へ円滑に接近させて、定点保持を開始させることができる。
Therefore, in the navigation control method of this embodiment, the unmanned vehicle A is approaching the target position T0 while being pushed by the
ところで、一般に、舵が効くためには、0.5ノット程度の対水速度が必要とされる。そのため、無人航走体Aの周囲に存在している外乱7が、定点保持している状態の無人航走体Aに対して0.5ノット未満の対水速度しか生じさせないような強さの場合は、メインスラスタ4を断続的に運転して、一時的に無人航走体Aを舵5が効く対水速度まで増速させることで、舵5による方位制御を行うようにすればよい。
By the way, generally, in order for the rudder to work, a water speed of about 0.5 knots is required. Therefore, the
なお、無人航走体Aの周囲に存在している外乱7が、その上流となる方向を特定できないほど小さい環境の場合は、前述した目標方位基準点T1を設定することができないので、制御器6による舵5の方位制御とメインスラスタ4の速度制御による定点保持処理は実施できない。
If the
このような条件の下でも、前述した制御器6による定点保持処理と同等の性能を得るためには、図1に二点鎖線で示すように、無人航走体Aには、水平方向のサブスラスタ11を装備して、方位制御のアシストと、ドリフト制御とを行うことが好ましい。
Even under such conditions, in order to obtain the same performance as the fixed point holding process by the
この場合、方位制御のアシストは、たとえば、制御器6より舵5に与える角度指令値c2に、ゲインをかけた値をサブスラスタの指令値とすればよい。
In this case, the direction control assist may be, for example, a value obtained by multiplying the angle command value c2 given to the
また、ドリフト制御は、たとえば、無人航走体Aの現在位置の座標(YA,XA)について、目標方位θと直交する方向に関する目標位置T0の座標(Y0,X0)からの偏差を、スウェイ成分偏差E2として、次の(5)式で計算する。なお、スウェイ成分偏差E2は、無人航走体Aの機体の左右方向に関する位置偏差である。よって、スウェイ成分偏差E2は、無人航走体Aの現在位置から目標位置T0に向かう偏差ベクトル(Y0−YA,X0−XA)と、無人航走体Aの機体の向きである目標方位θに対するスウェイ方向の単位ベクトル(sin(θ+90deg),cos(θ+90deg))=(cosθ,−sinθ)との内積で表すことができる。すなわち、以下の式である。
E2=(Y0−YA)cosθ−(X0−XA)sinθ ・・・(5)
In addition, the drift control is performed by, for example, calculating a deviation from the coordinates (Y0, X0) of the target position T0 with respect to the direction orthogonal to the target direction θ with respect to the coordinates (YA, XA) of the current position of the unmanned vehicle A as a sway component. The deviation E2 is calculated by the following equation (5). The sway component deviation E2 is a positional deviation in the left-right direction of the unmanned vehicle A. Therefore, the sway component deviation E2 is relative to the deviation vector (Y0-YA, X0-XA) from the current position of the unmanned aerial vehicle A to the target position T0 and the target orientation θ that is the direction of the unmanned aerial vehicle A. It can be represented by the inner product of the unit vector (sin (θ + 90deg), cos (θ + 90deg)) = (cosθ, −sinθ) in the sway direction. That is, the following formula.
E2 = (Y0−YA) cos θ− (X0−XA) sin θ (5)
次いで、スウェイ成分偏差E2にゲインをかけた値をドリフト制御、すなわち、スウェイ方向の目標速度として、この目標速度をサブスラスタの運転で実現するためのサブスラスタの指令値(回転数指令値)を演算すればよい。 Next, a value obtained by multiplying the sway component deviation E2 by gain is used as drift control, that is, a target speed in the sway direction, and a subthruster command value (rotation speed command value) for realizing this target speed by operating the subthruster is calculated. That's fine.
この際、サブスラスタが無人航走体Aの機体の前後にある場合は、方位制御のアシストは前後で反転させ、ドリフト制御は前後同方向とすればよい。 At this time, when the sub-thruster is located before and after the airframe of the unmanned aerial vehicle A, the direction control assist may be reversed in the front-rear direction, and the drift control may be performed in the same direction in the front-rear direction.
なお、スウェイ方向の目標速度の制御手法としては、スウェイ成分偏差E2にゲインをかける比例制御を行う場合について例示したが、偏差積分値を併用する比例積分制御など、他のフィードバック制御手法を用いてもよいことは勿論である。また、スウェイ方向の目標速度の計算を比例制御として、その目標速度に追従するためのサブスラスタの回転数制御を比例積分制御としてもよい。 As a control method of the target speed in the sway direction, the case of performing proportional control in which a gain is applied to the sway component deviation E2 is illustrated, but other feedback control methods such as proportional integration control using a deviation integral value together are used. Of course, it is also good. Further, the calculation of the target speed in the sway direction may be set as proportional control, and the sub-thruster rotation speed control for following the target speed may be set as proportional integral control.
なお、本発明は、前記実施形態にのみ限定されるものではなく、自己位置検出手段2、外乱検出手段3、制御器6が、無人航走体Aの航走や運用に必要とされる別の機能を兼ね備えるものであってもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the self-position detection means 2, the disturbance detection means 3, and the
図1では、航走制御装置1にて、自己位置検出手段2、外乱検出手段3、制御器6をそれぞれ別々に記載したが、いずれか2つ機能がある一つの装置に備えられている構成や、3つの機能がある一つ装置に備えられている構成であってもよい。
In FIG. 1, the self-position detecting means 2, the
無人航走体Aの周囲に存在している外乱7の作用する方向αは、任意の方向であってもよい。また、この外乱7の作用する方向αや大きさは、時間の経過と共に変化するものでもよい。
The direction α on which the
本発明の航走制御方法および装置は、船舶や潜水船のような有人の航走体について、設定された目標位置T0での定点保持を自動制御で行わせる場合に適用してもよい。 The cruise control method and apparatus of the present invention may be applied to a case where a fixed point is held at a set target position T0 by automatic control for a manned cruiser such as a ship or a submarine.
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
2 自己位置検出手段、3 外乱検出手段、4 メインスラスタ(推進装置)、5 舵、6 制御器、7 外乱、8 定点保持処理開始範囲、10 アプローチ開始範囲、A 無人航走体(航走体)、E1 サージ成分偏差(偏差)、T0 目標位置、T1 目標方位基準点、θ,θ1,θ2 目標方位 2 Self-position detection means, 3 disturbance detection means, 4 main thruster (propulsion device), 5 rudder, 6 controller, 7 disturbance, 8 fixed point holding process start range, 10 approach start range, A unmanned vehicle (travel vehicle) ), E1 Surge component deviation (deviation), T0 target position, T1 target bearing reference point, θ, θ1, θ2 Target bearing
Claims (4)
前記目標位置から設定された距離で前記航走体に外乱が作用する方向の上流側へ移動した位置に、目標方位基準点を設定する処理と、
方位制御と速度制御とを備える定点保持処理と、を行い、
前記方位制御は、前記航走体の現在位置から前記目標方位基準点に向く方向を目標方位に設定して、該目標方位に前記航走体が向くように前記航走体の舵を制御する処理とし、
前記速度制御は、前記航走体の現在位置について、前記目標方位と平行な方向に関する前記目標位置からの偏差を求めて、該偏差に応じた前記航走体の目標速度を設定し、設定された目標速度に前記航走体の速度が一致するように前記航走体の推進装置を制御する処理とすること
を特徴とする航走制御方法。 Processing to set the target position for the fixed point maintenance of the vehicle,
A process of setting a target azimuth reference point at a position moved to the upstream side in the direction in which a disturbance acts on the traveling body at a distance set from the target position;
A fixed point holding process including azimuth control and speed control,
The direction control sets a direction from the current position of the traveling body toward the target direction reference point as a target direction, and controls the rudder of the traveling body so that the navigation body faces the target direction. Processing and
The speed control is set by obtaining a deviation from the target position in a direction parallel to the target direction with respect to the current position of the traveling body and setting a target speed of the traveling body according to the deviation. A navigation control method, comprising: processing for controlling the propulsion device of the navigation body so that the speed of the navigation body coincides with the target speed.
前記航走体が前記定点保持処理開始範囲以内に配置されているときに、前記定点保持処理を行う
請求項1記載の航走制御方法。 Set a fixed point holding process start range with a radius set around the target position,
The cruise control method according to claim 1, wherein the fixed point holding process is performed when the traveling body is disposed within the fixed point holding process start range.
前記アプローチ開始範囲に外部から到達する前記航走体は、前記アプローチ開始範囲と前記定点保持処理開始範囲との間で減速させてから、前記定点保持処理開始範囲に到達させる
請求項2記載の航走制御方法。 Set an approach start range around the fixed point holding process start range,
The navigation body according to claim 2, wherein the vehicle that reaches the approach start range from outside decelerates between the approach start range and the fixed point holding process start range and then reaches the fixed point holding process start range. Running control method.
推進装置と、
舵と、
前記航走体自身の位置を検出する自己位置検出手段と、
前記航走体に作用する外乱の方向を検出する外乱検出手段と、
制御器とを備え、
前記制御器は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の航走制御方法を実施する機能を備えること
を特徴とする航走制御装置。 To the navigation body,
A propulsion device;
Rudder,
Self-position detecting means for detecting the position of the navigation body itself;
Disturbance detection means for detecting the direction of disturbance acting on the traveling body;
With a controller,
The said controller is provided with the function to implement the cruise control method as described in any one of Claims 1-3. The cruise control apparatus characterized by these.
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