JP2020187469A - Control and adjustment device - Google Patents

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祐甫 遠藤
Yusuke Endo
祐甫 遠藤
鷹文 岡本
Takafumi Okamoto
鷹文 岡本
毅 古賀
Takeshi Koga
毅 古賀
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Abstract

To provide a control and adjustment device that allows a user to easily perform adjustment of a control parameter.SOLUTION: A control and adjustment device is for adjusting a control parameter of a system having an object, a driving device of the object, and a control unit that performs feedback control and/or feedforward control of the driving device based on the control parameter, and comprises: an operation input unit that is for a user to input information indicating the target response characteristics of the system; a first operation unit that calculates a target model of the system based on the information indicating the target response characteristics; a second operation unit that performs optimization calculation by using the target model of the system and input/output time series data of the system, and calculates a plurality of control parameters; and a parameter application unit that applies the calculated control parameters to the control unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、自動操船システム等に用いられる制御調整装置に関する。 The present invention relates to a control adjustment device used in an automatic ship maneuvering system or the like.

調査船や作業船などの船舶は、その作業目的のため高精度な位置決め性能等が要求される。一方で、船には風や波、潮流といった外乱が作用するため、オペレータが手動で船を所望の位置、姿勢になるように操船することは非常に難しい。そのため、GPSやジャイロなどの各種センサの信号に基づいて、複数のスラスタを一括で制御し、船位・船首方位角を自動操船するDPS(Dynamic Positioning System)と呼ばれる自動操船システムを搭載することも増えている。このような自動操船システムの主な機能には、あらかじめ指定された経路に追従するように船舶を位置制御するルートトラック機能と、指定された地点で船位と船首方位角を保持する定点保持機能とがあり、これらの自動操船は主にPID制御によって行われる。例えば、特許文献1には、作業船を定点保持する定点保持制御装置が記載されている。 Vessels such as research vessels and work vessels are required to have high-precision positioning performance for their work purposes. On the other hand, since disturbances such as wind, waves, and tidal currents act on the ship, it is very difficult for the operator to manually maneuver the ship to the desired position and attitude. Therefore, it is becoming more common to install an automatic ship maneuvering system called DPS (Dynamic Positioning System) that controls multiple thrusters collectively based on the signals of various sensors such as GPS and gyro, and automatically controls the ship position and bow azimuth. ing. The main functions of such an automatic ship maneuvering system are a route track function that controls the position of the ship so as to follow a predetermined route, and a fixed point holding function that holds the ship position and bow azimuth at a specified point. These automatic maneuvers are mainly performed by PID control. For example, Patent Document 1 describes a fixed point holding control device for holding a work boat at a fixed point.

特開2016−188077号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-188077

上記従来の自動操船システムでは、船体及び搭載機器の特性の経年変化等によって制御パラメータの調整(変更)が必要になる。従来、このような制御パラメータの調整をユーザが行うことは難しく、メーカの担当者が乗船して実施していた。このように、制御パラメータの調整を行うことがユーザにとって難しいという問題は、船舶等の移動体の他、産業用ロボット等にも存在する。 In the above-mentioned conventional automatic ship maneuvering system, it is necessary to adjust (change) the control parameters due to aging of the characteristics of the hull and the onboard equipment. In the past, it was difficult for the user to adjust such control parameters, and the person in charge of the manufacturer boarded the ship. As described above, the problem that it is difficult for the user to adjust the control parameters exists not only in moving objects such as ships but also in industrial robots and the like.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ユーザが制御パラメータの調整を容易に実施することが可能となる制御調整装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a control adjustment device that enables a user to easily adjust control parameters.

上記目的を達成するために、本発明のある態様に係る制御調整装置は、対象物と、この対象物の位置及び/又は姿勢を変更させる駆動装置と、前記対象物を目標位置及び/又は目標姿勢となるように前記駆動装置を制御パラメータに基づいてフィードバック制御及び/又はフィードフォワード制御することにより自動運転を行う制御部と、を有するシステム、の前記制御パラメータを調整するための制御調整装置であって、ユーザが前記システムの目標応答特性を示す目標応答特性指定情報を入力するための操作入力部と、前記操作入力部から入力される前記目標応答特性指定情報に基づいて前記システムの目標モデルを算出する第1演算部と、前記第1演算部で算出された前記システムの目標モデルと、前記システムの入出力時系列データとを用いて最適化計算を行い、前記フィードバック制御及び/又はフィードフォワード制御を行うための複数の制御パラメータを算出する第2演算部と、前記第2演算部で算出された制御パラメータを前記制御部に適用するパラメータ適用部と、を備えている。 In order to achieve the above object, the control adjustment device according to an aspect of the present invention includes an object, a drive device for changing the position and / or attitude of the object, and a target position and / or target of the object. A control adjusting device for adjusting the control parameters of a system having a control unit that performs automatic operation by feedback control and / or feed forward control of the drive device based on control parameters so as to be in a posture. A target model of the system based on an operation input unit for the user to input target response characteristic designation information indicating the target response characteristic of the system and the target response characteristic designation information input from the operation input unit. The optimization calculation is performed using the first calculation unit that calculates the above, the target model of the system calculated by the first calculation unit, and the input / output time series data of the system, and the feedback control and / or feed is performed. It includes a second calculation unit that calculates a plurality of control parameters for performing forward control, and a parameter application unit that applies the control parameters calculated by the second calculation unit to the control unit.

この構成によれば、ユーザは、目標伝達関数等のシステムの目標モデルを直接設定するのではなく、ユーザが理解しやすい目標応答特性指定情報を設定すればよいので、ユーザが制御パラメータの調整を容易に実施することが可能となる。 According to this configuration, the user does not have to directly set the target model of the system such as the target transfer function, but rather sets the target response characteristic specification information that is easy for the user to understand, so that the user can adjust the control parameters. It can be easily implemented.

また、前記第1演算部で算出された前記システムの目標モデルにステップ入力またはランプ入力があった場合の出力波形データを算出する波形データ算出部と、前記波形データ算出部で算出された出力波形データを画面にグラフ表示する表示部と、をさらに備えていてもよい。このように、目標応答特性指定情報に対応するシステムの目標モデルのステップ応答またはランプ応答の波形がグラフ表示されることにより、ユーザが制御パラメータの調整をより容易に実施することが可能となる。 In addition, a waveform data calculation unit that calculates output waveform data when there is a step input or a lamp input in the target model of the system calculated by the first calculation unit, and an output waveform calculated by the waveform data calculation unit. It may further include a display unit that displays data as a graph on the screen. In this way, by displaying the waveform of the step response or the ramp response of the target model of the system corresponding to the target response characteristic designation information as a graph, the user can more easily adjust the control parameters.

また、前記入出力時系列データを複数記憶しているデータ記憶部と、前記複数の入出力時系列データを周波数解析し、この解析結果と、前記第1演算部で算出された前記システムの目標モデルの特性とに基づいて、前記データ記憶部に記憶されている前記複数の入出力時系列データの中から前記第2演算部の最適化計算で用いる入出力時系列データを選択するデータ選択部と、をさらに備えていてもよい。 Further, the data storage unit that stores a plurality of the input / output time series data and the plurality of input / output time series data are frequency-analyzed, and the analysis result and the target of the system calculated by the first calculation unit are obtained. A data selection unit that selects input / output time series data to be used in the optimization calculation of the second calculation unit from the plurality of input / output time series data stored in the data storage unit based on the characteristics of the model. And may be further provided.

また、前記入出力時系列データを新たに取得するために前記対象物の位置及び/又は姿勢を変更させる実験を行うための実験条件を予め記憶している実験条件記憶部と、前記実験条件記憶部に記憶されている実験条件に基づいて前記制御部に自動運転を行わせ、このときの前記入出力時系列データを取得する実験実施部と、をさらに備えていてもよい。これにより、実験条件を設定するユーザの手間を軽減することができる。 In addition, an experimental condition storage unit that previously stores experimental conditions for performing an experiment for changing the position and / or posture of the object in order to newly acquire the input / output time series data, and the experimental condition storage unit. An experiment execution unit that causes the control unit to perform automatic operation based on the experimental conditions stored in the unit and acquires the input / output time series data at this time may be further provided. As a result, it is possible to reduce the time and effort of the user to set the experimental conditions.

また、前記第2演算部で複数の制御パラメータが算出されるたびに、この複数の制御パラメータをセットにして記憶するパラメータセット記憶部と、前記パラメータセット記憶部に記憶されている複数のセットの中からユーザが1つまたは複数の前記セットを選択するためのパラメータセット選択操作部と、前記パラメータセット選択操作部で選択されたそれぞれの前記セットに含まれる複数の制御パラメータを前記フィードバック制御及び/又はフィードフォワード制御に用いたときの前記対象物の挙動を求めるためのシミュレーションを行うシミュレーション部と、前記シミュレーション部で求められた前記対象物の挙動を画面に表示する表示部と、をさらに備えていてもよい。これにより、ユーザは、任意のパラメータセットを用いた場合の対象物の挙動を確認できる。また、パラメータセットを複数選択することで、それぞれのパラメータセットを用いた場合の対象物の挙動を比較することができる。 Further, each time a plurality of control parameters are calculated by the second calculation unit, a parameter set storage unit that stores the plurality of control parameters as a set and a plurality of sets stored in the parameter set storage unit are used. The parameter set selection operation unit for the user to select one or more of the above sets, and the plurality of control parameters included in each of the said sets selected by the parameter set selection operation unit are fed-forward controlled and /. Alternatively, it further includes a simulation unit that performs a simulation for obtaining the behavior of the object when used for feedforward control, and a display unit that displays the behavior of the object obtained by the simulation unit on the screen. You may. This allows the user to confirm the behavior of the object when using an arbitrary parameter set. In addition, by selecting a plurality of parameter sets, it is possible to compare the behavior of the object when each parameter set is used.

本発明は、以上に説明した構成を有し、ユーザが制御パラメータの調整を容易に実施することが可能となる制御調整装置を提供することができるという効果を奏する。 The present invention has the effect of being able to provide a control adjustment device having the configuration described above and enabling the user to easily adjust the control parameters.

図1は、本実施形態の制御調整装置を有する自動操縦システムの一例である自動操船システムの概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of an autopilot system which is an example of an autopilot system having a control adjustment device of the present embodiment. 図2は、本実施形態において自動制御調整を行う際の制御器の処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing of the controller when performing automatic control adjustment in the present embodiment. 図3は、図2の目標伝達関数の準備処理の詳細の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an example of details of the preparation process of the target transfer function of FIG. 図4は、図2の操船データの準備処理の詳細の一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing an example of details of the preparation process of the ship maneuvering data of FIG. 図5は、制御器による一部の演算手順等を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a part of the calculation procedure by the controller. 図6は、操作表示器の表示画面の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a display screen of the operation display. 図7は、操作表示器の表示画面の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a display screen of the operation display. 図8は、操作表示器の表示画面の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a display screen of the operation display. 図9は、操作表示器の表示画面の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of a display screen of the operation display. 図10は、操作表示器の表示画面の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a display screen of the operation display. 図11は、操作表示器の表示画面の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a display screen of the operation display. 図12は、ユーザ要求に応じたグラフを表示するための方法を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a method for displaying a graph according to a user request. 図13(A)は、目標伝達関数の周波数特性の一例を示すゲイン線図であり、図13(B)では、2つの操船データを周波数解析したパワースペクトル密度のグラフを示す図である。FIG. 13A is a gain diagram showing an example of the frequency characteristics of the target transfer function, and FIG. 13B is a graph showing a graph of power spectral density obtained by frequency-analyzing two ship maneuvering data. 図14は、シミュレーションに用いる船体運動モデルを説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining a hull motion model used in the simulation. 図15は、一般的なコントローラとプラントを含む閉ループシステムを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a closed loop system including a typical controller and plant. 図16は、図15の1つのコントローラを3つのコントローラに分割した場合の想定図である。FIG. 16 is an assumed diagram when one controller of FIG. 15 is divided into three controllers. 図17は、船首方位角のみに注目した閉ループシステムを示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a closed loop system focusing only on the bow azimuth. 図18は、閉ループシステムにおいて初期実験の状態を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a state of an initial experiment in a closed loop system. 図19は、シミュレーションにより求められた応答特性を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing response characteristics obtained by simulation.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略することがある。また、図面は理解しやすくするために、模式的に示したもので、正確な表示ではない場合がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding elements may be designated by the same reference numerals throughout the drawings, and the overlapping description thereof may be omitted. In addition, the drawings are shown schematically for the sake of easy understanding, and may not be displayed accurately. Moreover, the present invention is not limited to the following embodiments.

(実施形態)
図1は、本実施形態の制御調整装置を有する自動操縦システムの一例である自動操船システムの概要を示す図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an autopilot system which is an example of an autopilot system having a control adjustment device of the present embodiment.

図1の自動操船システムは、例えば調査船や作業船等の船舶に備えられている。この自動操船システムは、操作表示器1と、制御器2Aと、推力配分部4と、複数のスラスタ等からなるアクチュエータ部5と、船のダイナミクス(プラント)6と、センサ部7とからなる。 The automatic ship maneuvering system of FIG. 1 is provided for ships such as research vessels and work vessels. This automatic ship maneuvering system includes an operation indicator 1, a controller 2A, a thrust distribution unit 4, an actuator unit 5 including a plurality of thrusters, a ship dynamics (plant) 6, and a sensor unit 7.

この自動操船システムが備えられた船舶は、推進装置となるアクチュエータ部5として、船底に旋回可能な複数のスラスタが設けられている。また、センサ部7として、GPS(Global Positioning System)などの船の位置を測定する測位装置、船首方位角を測定するジャイロセンサ、風向風速計、潮流計等を備えている。 A ship equipped with this automatic ship maneuvering system is provided with a plurality of swivel thrusters on the bottom of the ship as an actuator unit 5 serving as a propulsion device. Further, the sensor unit 7 is provided with a positioning device such as GPS (Global Positioning System) for measuring the position of the ship, a gyro sensor for measuring the azimuth of the bow, an anemometer, a tidal current meter, and the like.

操作表示器1は、GUI等を用いて構成され、ユーザの操作によって指令等を制御器2Aへ入力することができる操作入力器と、制御器2Aから出力される情報等を画面に表示することができる表示器とを備えている。 The operation display 1 is configured by using a GUI or the like, and displays an operation input device capable of inputting a command or the like to the controller 2A by a user operation and information output from the controller 2A on the screen. It is equipped with a display that can be used.

制御器2Aは、自動操船を行う際にPID制御などのフィードバック制御を行う操船用コントロール部3と、操船用コントロール部3のPID制御などの制御パラメータを調整するための制御調整用コントロール部2と、記憶部2Mとを含む。制御器2Aは、例えば、マイクロコントローラ、MPU、PLC、論理回路等で構成することができる。なお、制御器2Aは、集中制御する単独の制御器によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御器によって構成されていてもよい。 The controller 2A includes a ship maneuvering control unit 3 that performs feedback control such as PID control when performing automatic ship maneuvering, and a control adjustment control unit 2 for adjusting control parameters such as PID control of the ship maneuvering control unit 3. , The storage unit 2M and the like. The controller 2A can be composed of, for example, a microcontroller, an MPU, a PLC, a logic circuit, or the like. The controller 2A may be composed of a single controller for centralized control, or may be configured with a plurality of controllers for distributed control in cooperation with each other.

操船用コントロール部3の制御によってルートトラック機能及び定点保持機能の自動操船(自動運転)を行うことができる。つまり、操作表示器1によって指定された経路に追従するように船の位置及び姿勢(船首方位角)を制御する自動操船が行われる(ルートトラック機能)。また、操作表示器1によって指定された地点で船の位置及び姿勢(船首方位角)を保持する定点保持動作が行われる(定点保持機能)。 Under the control of the ship maneuvering control unit 3, automatic ship maneuvering (automatic operation) of the route track function and the fixed point holding function can be performed. That is, automatic ship maneuvering that controls the position and attitude (bow azimuth) of the ship so as to follow the route designated by the operation indicator 1 is performed (route truck function). In addition, a fixed point holding operation for holding the position and attitude (bow azimuth) of the ship is performed at a point designated by the operation indicator 1 (fixed point holding function).

自動操船が行われる際には、操作表示器1から操船用コントロール部3へ、例えば、船を移動させるための目標となる船の位置及び船首方位角の指令値(目標値)Saが出力される。ここで、操船用コントロール部3から推力配分部4への出力Sbは、合力および合モーメント指令値(前進方向力指令値、左右方向力指令値、回頭モーメント指令値)である。また、推力配分部4からアクチュエータ部5への出力Scは、各アクチュエータ(スラスタ)への指令値(各スラスタの回転数指令値および旋回角指令値)である。 When automatic ship maneuvering is performed, for example, the command value (target value) Sa of the target ship position and bow azimuth for moving the ship is output from the operation indicator 1 to the ship maneuvering control unit 3. To. Here, the output Sb from the ship maneuvering control unit 3 to the thrust distribution unit 4 is a resultant force and a resultant moment command value (forward direction force command value, left-right direction force command value, turning moment command value). The output Sc from the thrust distribution unit 4 to the actuator unit 5 is a command value (rotation speed command value and turning angle command value of each thruster) to each actuator (thruster).

また、アクチュエータ部5から船のダイナミクス6への出力Sdは、アクチュエータの実出力、合力及び合モーメント(各スラスタの実回転数及び実旋回角、各スラスタの実推力のうち前進方向成分の和、各スラスタの実推力のうち左右方向成分の和、各スラスタの実推力による回頭モーメントの和)である。 Further, the output Sd from the actuator unit 5 to the dynamics 6 of the ship is the actual output of the actuator, the resultant force and the resultant moment (actual rotation speed and actual turning angle of each thruster, sum of the forward-direction components of the actual thrust of each thruster). The sum of the left-right components of the actual thrust of each thruster, and the sum of the turning moments due to the actual thrust of each thruster).

また、船のダイナミクス6からセンサ部7への出力Seは、実際の船の位置及び船首方位角である。また、センサ部7の出力Sfは、各センサの測定値(GPS等の測位装置で測定された船の位置、ジャイロセンサ等で測定された船首方位角、風向風速計等で測定された風向及び風速、潮流計等で測定された潮流速度及び潮流方向)である。また、外乱(潮流、風、波)が船のダイナミクス6及びセンサ部7へ入力される。 Further, the output Se from the ship dynamics 6 to the sensor unit 7 is the actual position of the ship and the bow azimuth. Further, the output Sf of the sensor unit 7 is the measured value of each sensor (the position of the ship measured by a positioning device such as GPS, the bow azimuth angle measured by a gyro sensor or the like, the wind direction measured by an anemometer or the like, and the wind direction. Wind speed, tidal current velocity and tidal current direction measured by anemometer, etc.). Further, disturbances (tide, wind, wave) are input to the dynamics 6 and the sensor unit 7 of the ship.

なお、図1では明示されていないが、制御調整用コントロール部2は、操船用コントロール部3の出力Sb、アクチュエータ部5の出力Sdおよびセンサ部7の出力Sfを取得し、それぞれの時系列データを操船データとして、記憶部2Mに記憶するよう構成されている。さらに、制御調整用コントロール部2は、操船用コントロール部3への入力指令値Saおよび推力配分部4の出力Scも取得し、それぞれの時系列データを記憶部2Mに記憶するよう構成されている。 Although not clearly shown in FIG. 1, the control adjustment control unit 2 acquires the output Sb of the ship maneuvering control unit 3, the output Sd of the actuator unit 5, and the output Sf of the sensor unit 7, and each time-series data. Is configured to be stored in the storage unit 2M as ship maneuvering data. Further, the control adjustment control unit 2 is configured to acquire the input command value Sa to the ship maneuvering control unit 3 and the output Sc of the thrust distribution unit 4 and store the respective time series data in the storage unit 2M. ..

本実施形態では、操船用コントロール部3に設定されている制御パラメータ(ゲイン)を、ユーザが容易に調整(変更)できる制御調整装置を有している。この制御調整装置は、操作表示器1と制御器2Aの制御調整用コントロール部2とで構成される。これについて、以下に詳しく説明する。なお、制御調整用コントロール部2は、第1、第2演算部、波形データ算出部、パラメータ適用部、データ選択部、実験実施部、シミュレーション部等として機能する。また、操作表示器1は、表示部、操作入力部、パラメータセット選択操作部等として機能する。 In this embodiment, the user has a control adjustment device that can easily adjust (change) the control parameters (gain) set in the ship maneuvering control unit 3. This control adjustment device is composed of an operation display 1 and a control adjustment unit 2 for control adjustment 2A. This will be described in detail below. The control adjustment control unit 2 functions as a first and second calculation unit, a waveform data calculation unit, a parameter application unit, a data selection unit, an experiment execution unit, a simulation unit, and the like. Further, the operation display 1 functions as a display unit, an operation input unit, a parameter set selection operation unit, and the like.

図2は、本実施形態において自動制御調整を行う際の制御器2A(制御調整用コントロール部2)の処理の一例を示すフローチャートである。また、図3は、図2の目標伝達関数の準備処理(ステップS2)の詳細の一例を示すフローチャートであり、図4は、図2の操船データの準備処理(ステップS3)の詳細の一例を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing of the controller 2A (control adjustment control unit 2) when performing automatic control adjustment in the present embodiment. Further, FIG. 3 is a flowchart showing a detailed example of the preparation process (step S2) of the target transfer function of FIG. 2, and FIG. 4 is a detailed example of the preparation process (step S3) of the ship maneuvering data of FIG. It is a flowchart which shows.

まず、概略を説明する。例えば、ユーザが操作表示器1を操作して、操作表示器1から制御調整指令を制御器2Aへ入力する(ステップS1でYes)。制御器2Aでは、制御調整指令を入力すると、制御パラメータを算出する際に用いる目標伝達関数と操船データとを準備する処理を行う(ステップS2,S3)。次に、制御器2Aは、ステップS2,S3で準備された目標伝達関数と操船データとを用いて複数の制御パラメータ(制御パラメータセット)を算出する(ステップS4)。このステップS4で算出された制御パラメータセットは、後述の処理S5(ステップS51〜S57)において、パラメータ一覧表に追加(記憶)する(ステップS51)。パラメータ一覧表は、制御器2Aの記憶部2Mに記憶されている。また、後述の処理S5において、パラメータ一覧表の中からユーザによって指定された制御パラメータセットの各制御パラメータが、操船用コントロール部3の制御パラメータとして設定される(ステップS54)。 First, the outline will be described. For example, the user operates the operation display 1 and inputs a control adjustment command from the operation display 1 to the control 2A (Yes in step S1). When the control adjustment command is input, the controller 2A performs a process of preparing the target transfer function and the ship maneuvering data used when calculating the control parameters (steps S2 and S3). Next, the controller 2A calculates a plurality of control parameters (control parameter sets) using the target transfer function prepared in steps S2 and S3 and the ship maneuvering data (step S4). The control parameter set calculated in step S4 is added (stored) to the parameter list in the processes S5 (steps S51 to S57) described later (step S51). The parameter list is stored in the storage unit 2M of the controller 2A. Further, in the process S5 described later, each control parameter of the control parameter set specified by the user from the parameter list is set as the control parameter of the ship maneuvering control unit 3 (step S54).

次に、ステップS2(目標伝達関数の準備処理)の詳細の一例について、図3を用いて説明する。 Next, a detailed example of step S2 (preparation process of the target transfer function) will be described with reference to FIG.

例えば、ユーザの操作表示器1の操作によって、制御器2Aが操作表示器1に目標伝達関数の準備画面を表示させる(ステップS21)。 For example, by operating the operation display 1 of the user, the controller 2A causes the operation display 1 to display the preparation screen of the target transfer function (step S21).

ここで、ユーザは操作表示器1を操作して、目標応答特性(以下、「目標特性」ともいう)を指定するためのデータ(目標特性データ)を新たに設定することもできるし、今までに記憶されている目標特性データを指定することもできる。目標特性データは、例えば、立ち上がり時間、オーバーシュート量、整定時間などの目標応答特性に関するデータであり、目標特性データは記憶部2M内の目標特性データ一覧表に記憶されている。 Here, the user can operate the operation display 1 to newly set data (target characteristic data) for designating the target response characteristic (hereinafter, also referred to as “target characteristic”), and up to now. It is also possible to specify the target characteristic data stored in. The target characteristic data is data related to target response characteristics such as rise time, overshoot amount, and settling time, and the target characteristic data is stored in a target characteristic data list in the storage unit 2M.

目標特性データを新たに設定する場合には(ステップS22でYes)、ステップS23へ進む。一方、新たに設定しない場合には(ステップS22でNo)、ステップS28へ進む。 When newly setting the target characteristic data (Yes in step S22), the process proceeds to step S23. On the other hand, if no new setting is made (No in step S22), the process proceeds to step S28.

ステップS21で、目標伝達関数の準備画面として、例えば、図6に示す画面を表示させた場合には、ステップS22でYesとしてステップS23へ進むことができる。また、ステップS21で、目標伝達関数の準備画面として、例えば、図10に示す画面を表示させた場合には、ステップS22でNoとしてステップS28へ進むことができる。図6、図10の詳細は後述する。 When, for example, the screen shown in FIG. 6 is displayed as the preparation screen of the target transfer function in step S21, the process can proceed to step S23 as Yes in step S22. Further, when, for example, the screen shown in FIG. 10 is displayed as the preparation screen of the target transfer function in step S21, the screen can be proceeded to step S28 as No in step S22. Details of FIGS. 6 and 10 will be described later.

ステップS23では、制御器2Aは、ユーザの操作表示器1の操作によって、立ち上がり時間、オーバーシュート量、整定時間などの目標特性データ(以下、「ユーザ要求」ともいう)が入力されると(ステップ23でYes)、制御器2Aは、ユーザ要求を時定数などのパラメータに変換し、ユーザ要求に応じた伝達関数(目標伝達関数)を算出する(ステップS24)。 In step S23, when the control 2A is input with target characteristic data (hereinafter, also referred to as “user request”) such as rise time, overshoot amount, and settling time by the operation of the operation display 1 of the user (step). 23, Yes), the controller 2A converts the user request into a parameter such as a time constant, and calculates a transfer function (target transfer function) according to the user request (step S24).

次に、制御器2Aは、目標伝達関数のステップ応答の時系列データを算出し、それをステップ応答波形のグラフとして、操作表示器1の表示画面に表示させる(ステップS25)。なお、ステップ応答に代えて、例えば、ランプ応答の時系列データを算出し、ランプ応答波形のグラフを操作表示器1の表示画面に表示させるようにしてもよい。 Next, the controller 2A calculates the time series data of the step response of the target transfer function, and displays it as a graph of the step response waveform on the display screen of the operation display 1 (step S25). Instead of the step response, for example, the time series data of the lamp response may be calculated and the graph of the lamp response waveform may be displayed on the display screen of the operation display 1.

ユーザは、表示されたステップ応答波形(またはランプ応答波形)が適切であるか否かを判断することで、間接的に目標伝達関数が適切であるか否かを判断することができる。そして、そのときの目標伝達関数を適切でないと判断すれば、操作表示器1を操作して異なるユーザ要求を入力することができる(ステップS26でNo)。また、ユーザは、表示されたステップ応答波形が適切であると判断すれば、操作表示器1を操作して、そのときの目標伝達関数を記憶させることができる(ステップS26でYes)。これにより、制御器2Aは、ステップS24で算出した目標伝達関数を記憶部2Mに記憶する(ステップS27)。このとき、制御器2Aは、目標伝達関数に対応する目標特性データ(ユーザ要求)を目標伝達関数と対応付けて記憶部2M内に記憶する。目標特性データは目標特性データ一覧表に記憶される。 The user can indirectly determine whether or not the target transfer function is appropriate by determining whether or not the displayed step response waveform (or lamp response waveform) is appropriate. Then, if it is determined that the target transfer function at that time is not appropriate, the operation display 1 can be operated to input a different user request (No in step S26). Further, if the user determines that the displayed step response waveform is appropriate, he / she can operate the operation display 1 to store the target transfer function at that time (Yes in step S26). As a result, the controller 2A stores the target transfer function calculated in step S24 in the storage unit 2M (step S27). At this time, the controller 2A stores the target characteristic data (user request) corresponding to the target transfer function in the storage unit 2M in association with the target transfer function. The target characteristic data is stored in the target characteristic data list.

次に、ステップS28では、制御器2Aは、目標特性データ一覧表を操作表示器1の表示画面に表示させる。ユーザは、この表示された一覧表から1つの目標特性データを選択することができ、所望する1つの目標特性データを選択することにより(ステップS29でYes)、選択された目標特性データに対応する目標伝達関数がステップS4(図2)で制御パラメータを算出する際に用いられる。 Next, in step S28, the controller 2A displays the target characteristic data list on the display screen of the operation display 1. The user can select one target characteristic data from this displayed list, and by selecting one desired target characteristic data (Yes in step S29), the selected target characteristic data corresponds to the selected target characteristic data. The target transfer function is used when calculating the control parameters in step S4 (FIG. 2).

次に、ステップS3(操船データの準備処理)の詳細の一例について、図4を用いて説明する。 Next, a detailed example of step S3 (preparation process of ship maneuvering data) will be described with reference to FIG.

例えば、ユーザの操作表示器1の操作によって、制御器2Aが操作表示器1に操船データの準備画面を表示させる(ステップS31)。 For example, by operating the operation display 1 of the user, the controller 2A causes the operation display 1 to display the preparation screen for the ship maneuvering data (step S31).

ここで、ユーザは操作表示器1を操作して、自動操船実験を実施して操船データを新たに取得することもできるし、今までに記憶されている操船データを指定してステップS4で用いることもできる。今までの操船データは、記憶部2M内の操船データ一覧表に記憶されている。 Here, the user can operate the operation display 1 to carry out an automatic ship maneuvering experiment and acquire new ship maneuvering data, or specify the ship maneuvering data stored so far and use it in step S4. You can also do it. The ship maneuvering data up to now is stored in the ship maneuvering data list in the storage unit 2M.

自動操船実験を実施する場合には、ユーザは、操作表示器1を操作して、例えば、船舶を移動させる目標位置(移動方位および移動距離)などの実験条件を入力し、実験開始操作を行うと(ステップS32でYes)、制御器2Aは、実験条件に応じた自動操船実験を実施する(ステップS33)。この際、制御調整用コントロール部2は、操船用コントロール部3に実験条件に基づく自動操船を行わせる。そして、制御器2A(制御調整用コントロール部2)は、実験中に取得される時系列データからなる操船データを記憶部2M内の操船データ一覧表に記憶する(ステップS34)。 When carrying out an automatic ship maneuvering experiment, the user operates the operation display 1 to input experimental conditions such as a target position (moving direction and moving distance) for moving the ship, and performs an experiment start operation. (Yes in step S32), the controller 2A carries out an automatic ship maneuvering experiment according to the experimental conditions (step S33). At this time, the control adjustment control unit 2 causes the ship maneuvering control unit 3 to perform automatic ship maneuvering based on the experimental conditions. Then, the controller 2A (control adjustment control unit 2) stores the ship maneuvering data composed of the time series data acquired during the experiment in the ship maneuvering data list in the storage unit 2M (step S34).

ステップS31で、操船データの準備画面として、例えば、図7に示す画面を表示させた場合には、ステップS32でYesとしてステップS33へ進むことができる。また、ステップS31で、操船データの準備画面として、例えば、図10に示す画面を表示させた場合には、ステップS32でNoとしてステップS35へ進むことができる。図7、図10の詳細は後述する。 When, for example, the screen shown in FIG. 7 is displayed as the preparation screen for the ship maneuvering data in step S31, the process can proceed to step S33 as Yes in step S32. Further, in step S31, for example, when the screen shown in FIG. 10 is displayed as the preparation screen for the ship maneuvering data, the screen can be proceeded to step S35 as No in step S32. Details of FIGS. 7 and 10 will be described later.

ステップS35では、制御器2Aは、操船データ一覧表を操作表示器1の表示画面に表示させる。ユーザは、この表示された一覧表から1つの操船データを選択することができ、所望する1つの操船データを選択することにより(ステップS36でYes)、選択された操船データがステップS4で制御パラメータセットを算出する際に用いられる。 In step S35, the controller 2A displays the ship maneuvering data list on the display screen of the operation display 1. The user can select one ship maneuvering data from this displayed list, and by selecting one desired ship maneuvering data (Yes in step S36), the selected ship maneuvering data becomes a control parameter in step S4. It is used when calculating the set.

そして、図2のステップS4では、制御器2Aは、ステップS2,S3で準備された目標伝達関数と操船データとを用いて複数の制御パラメータ(制御パラメータセット)を算出する。この算出方法としては、FRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)、IFT(Iterative Feedback Tuning)、VRFT(Virtual Reference Feedback Tuning)、などの手法を用いることができる。これらのFRIT、IFT、VRFTは、PID制御などの調整可能な制御パラメータをもつ制御部(図1では操船用コントロール部3)に対して、得られた入出力データ(操船データ)を用いて、調整後の応答が目標応答に近づくように制御パラメータを調整する方法として知られている。本例では、例えばFRITを用い、評価関数が所定の最適化アルゴリズムによって最小化され、目標応答を満たす制御パラメータが算出される。 Then, in step S4 of FIG. 2, the controller 2A calculates a plurality of control parameters (control parameter sets) using the target transfer function prepared in steps S2 and S3 and the ship maneuvering data. As this calculation method, a method such as FRIT (Fictitious Reference Iterative Tuning), IFT (Iterative Feedback Tuning), and VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning) can be used. These FRITs, IFTs, and VRFTs use the obtained input / output data (ship maneuvering data) for the control unit (ship maneuvering control unit 3 in FIG. 1) having adjustable control parameters such as PID control. It is known as a method of adjusting control parameters so that the adjusted response approaches the target response. In this example, for example, using FRIT, the evaluation function is minimized by a predetermined optimization algorithm, and control parameters satisfying the target response are calculated.

そして、処理S5では、制御器2Aは、ステップS4で算出した制御パラメータセットを、パラメータ一覧表に追加(記憶)する(ステップS51)。 Then, in the process S5, the controller 2A adds (stores) the control parameter set calculated in step S4 to the parameter list (step S51).

次に、ユーザは、操作表示器1の操作によって操作表示器1の表示画面にパラメータ一覧表を表示させることができ、その表示されたパラメータ一覧表の中から1つまたは複数の制御パラメータセットを選択操作して制御器2Aに船体運動シミュレーションを実施させることができる。制御器2Aは、船体運動シミュレーションを実施する場合には(ステップS52でYes)、1つまたは複数の制御パラメータセットが選択されると(ステップS55でYes)、選択された制御パラメータセットを用いて船体運動シミュレーションを実施し、その結果を操作表示器1の表示画面に表示させる(ステップS56)。この船体運動シミュレーションは、繰り返し実施することが可能である。 Next, the user can display the parameter list on the display screen of the operation display 1 by operating the operation display 1, and one or a plurality of control parameter sets can be displayed from the displayed parameter list. The hull motion simulation can be performed by the controller 2A by a selective operation. The controller 2A uses the selected control parameter set when one or more control parameter sets are selected (Yes in step S55) when performing a hull motion simulation (Yes in step S52). A hull motion simulation is performed, and the result is displayed on the display screen of the operation display 1 (step S56). This hull motion simulation can be repeated.

また、ユーザは、船体運動シミュレーションを実施しない場合には、パラメータ一覧表から1つの制御パラメータセットを選択して適用操作する。制御器2Aは、船体運動シミュレーションを実施しない場合(ステップS52でNo)、1つの制御パラメータセットが選択されて適用操作が行われると(ステップS53でYes)、その選択された制御パラメータセットの各制御パラメータを、操船用コントロール部3にその制御パラメータとして適用する(ステップS54)。 Further, when the hull motion simulation is not performed, the user selects one control parameter set from the parameter list and applies the control parameter set. When the hull motion simulation is not performed (No in step S52), the controller 2A selects one control parameter set and performs the application operation (Yes in step S53), each of the selected control parameter sets. The control parameter is applied to the ship maneuvering control unit 3 as the control parameter (step S54).

図5は、制御器2Aによる一部の演算手順等を示すブロック図である。制御器2Aは、第1演算部201および第2演算部202を有している。第1演算部201では、ユーザ要求(目標特性データ)に応じた目標伝達関数を算出する(ステップS24)。この目標伝達関数は、目標特性データとともに記憶部2Mに記憶された後、第2演算部202で用いられる。第2演算部202では、記憶部2Mから選択されて読みだされる目標伝達関数と操船データとに基づいて、FRIT等によって、制御パラメータセットを算出し(ステップS4)、記憶部2Mに記憶する(ステップS51)。なお、本実施形態では、第1演算部201において、プラント(船のダイナミクス6)の情報(例えば、プラントの伝達関数)を含んだ目標伝達関数を算出するようにしている。すなわち、プラントの伝達関数を加味した目標伝達関数を算出する。 FIG. 5 is a block diagram showing a part of the calculation procedure and the like by the controller 2A. The controller 2A has a first calculation unit 201 and a second calculation unit 202. The first calculation unit 201 calculates a target transfer function according to a user request (target characteristic data) (step S24). This target transfer function is stored in the storage unit 2M together with the target characteristic data, and then used in the second calculation unit 202. The second calculation unit 202 calculates a control parameter set by FRIT or the like based on the target transfer function selected and read from the storage unit 2M and the ship maneuvering data (step S4), and stores the control parameter set in the storage unit 2M. (Step S51). In the present embodiment, the first calculation unit 201 calculates the target transfer function including the information (for example, the transfer function of the plant) of the plant (ship dynamics 6). That is, the target transfer function including the transfer function of the plant is calculated.

記憶部2Mは、第1〜第4記憶領域m1〜m4を有している。第1記憶領域m1には、第1演算部201で算出された目標伝達関数と、その算出に用いた目標特性データとが対応付けられて記憶される。また、目標特性データは、一覧表として記憶される。この一覧表は、例えば、図8の目標特性データ一覧表31として例示されるように、目標特性データ(例えば、立ち上がり時間、オーバーシュート量及び整定時間)と、目標特性データの識別情報(目標特性No.)と、目標特性データの作成日時などが記憶される。また、ユーザのコメント等を「備考」欄に記憶させることができる。 The storage unit 2M has first to fourth storage areas m1 to m4. In the first storage area m1, the target transfer function calculated by the first calculation unit 201 and the target characteristic data used for the calculation are stored in association with each other. In addition, the target characteristic data is stored as a list. This list is, for example, as illustrated as the target characteristic data list 31 of FIG. 8, the target characteristic data (for example, rise time, overshoot amount and settling time) and the identification information (target characteristic) of the target characteristic data. No.) and the creation date and time of the target characteristic data are stored. In addition, user comments and the like can be stored in the "remarks" column.

また、第2記憶領域m2には、実際の運用中に取得した操船データおよび自動操船実験で取得した操船データが一覧表として記憶される。この一覧表は、例えば、図9の操船データ一覧表41として例示されるように、操船データと、操船データの識別情報(操船データNo.)と、操船データの記録開始日時などとともに記憶される。なお、操船データの殆どのデータは、表示される一覧表41には載せられないが記憶されている。また、ユーザのコメント等を「備考」欄に記憶させることができる。 Further, in the second storage area m2, the ship maneuvering data acquired during the actual operation and the ship maneuvering data acquired in the automatic ship maneuvering experiment are stored as a list. This list is stored together with the ship maneuvering data, the identification information of the ship maneuvering data (ship maneuvering data No.), the recording start date and time of the ship maneuvering data, and the like, as illustrated as, for example, the ship maneuvering data list 41 of FIG. .. Most of the ship maneuvering data is stored although it is not included in the displayed list 41. In addition, user comments and the like can be stored in the "remarks" column.

また、第3記憶領域m3には、第2演算部202で算出された複数の制御パラメータからなる制御パラメータセットが一覧表として記憶される。この一覧表は、例えば、図11のパラメータ一覧表61として例示されるように、制御パラメータセット(例えば、比例ゲインKp,積分ゲインKi、微分ゲインKd)と、制御パラメータセットの識別情報(制御パラメータNo.)と、制御パラメータセットの作成日時と、制御パラメータセットの算出に使用された操船データの識別情報(操船データNo.)及び目標伝達関数に対応する目標特性データの識別情報(目標特性No.)などが記憶される。また、ユーザのコメント等を「備考」欄に記憶させることができる。 Further, in the third storage area m3, a control parameter set including a plurality of control parameters calculated by the second calculation unit 202 is stored as a list. This list includes, for example, a control parameter set (for example, proportional gain Kp, integral gain Ki, differential gain Kd) and identification information (control parameters) of the control parameter set, as illustrated as the parameter list 61 of FIG. No.), the creation date and time of the control parameter set, the identification information of the ship maneuvering data used to calculate the control parameter set (ship maneuvering data No.), and the identification information of the target characteristic data corresponding to the target transmission function (target characteristic No.). .) Etc. are memorized. In addition, user comments and the like can be stored in the "remarks" column.

また、第4記憶領域m4には、上記以外で予め記憶されている情報や必要となる全ての情報が記憶されるものとする。なお、記憶部2Mは、1つの記憶媒体を用いて構成されてもよいし、複数の記憶媒体を用いて構成されてもよい。 Further, in the fourth storage area m4, information stored in advance other than the above and all necessary information shall be stored. The storage unit 2M may be configured by using one storage medium or may be configured by using a plurality of storage media.

なお、図2〜図4のフローチャートに示した順序等は一例にすぎず、操作表示器1の構成及び操作手順等によって種々変更される。 The order and the like shown in the flowcharts of FIGS. 2 to 4 are merely examples, and are variously changed depending on the configuration and operation procedure of the operation display 1.

次に、操作表示器1の構成及び操作方法の一例について説明する。図6〜図11はそれぞれ、ユーザの制御調整指令の入力操作(例えばステップS1)によって表示される操作表示器1の表示器画面1Gの表示例を示す図である。なお、以下で述べるこれらの画面上での操作は、操作表示器1に備えられているマウス等の操作入力器を操作して行うことができる。 Next, an example of the configuration and operation method of the operation display 1 will be described. 6 to 11 are diagrams showing a display example of the display screen 1G of the operation display 1 displayed by the input operation of the user's control adjustment command (for example, step S1), respectively. The operations on the screen described below can be performed by operating an operation input device such as a mouse provided in the operation display 1.

図6の表示器画面1Gには、目標特性設定タブt1が選択操作(クリック)されて目標特性の設定画面が表示されている。 On the display screen 1G of FIG. 6, the target characteristic setting tab t1 is selected (clicked) to display the target characteristic setting screen.

ユーザは、スライダ11,12,13の位置を左右に操作して希望する目標特性データ(立ち上がり時間、オーバーシュート量、整定時間)を調整ないし設定することができる。ここで、画面に表示されている、立ち上がり時間及び整定時間それぞれの「速」、「遅」及びオーバーシュートの「大」、「小」の文字にマウスオーバーすると、スライダ11,12,13を操作したときのメリット、デメリット等の説明をポップアップ表示して、ユーザに教示するようにしてもよい。例えば、立ち上がり時間の「速」にマウスオーバーすると、「応答が早くなるが、スラスタの負荷が大きくなる」というような説明をポップアップ表示する。 The user can adjust or set desired target characteristic data (rise time, overshoot amount, settling time) by operating the positions of the sliders 11, 12, and 13 left and right. Here, when the mouse is over the characters "fast", "slow" and overshoot "large" and "small" displayed on the screen for the rise time and the settling time, the sliders 11, 12, and 13 are operated. The explanation of the merits and demerits of the mouse may be displayed in a pop-up to teach the user. For example, when the mouse is over to the "fast" rise time, an explanation such as "the response becomes faster, but the load on the thruster increases" is displayed in a pop-up.

また、ここでは、スライダ11,12,13の位置で示される目標特性データ(ユーザ要求)に応じたステップ応答特性をグラフg1で表示するようにしている。このステップ応答特性は、目標特性データに対応する目標伝達関数のステップ入力による応答特性である。また、グラフg1で示されるステップ応答特性のときの推力の変化をグラフg2で表示するようにしている。なお、グラフg2は、推力に代えて、合力、合モーメント、またはスラスタの回転数などを表示するようにしてもよい。また、これらを切り替えて表示するようにしてもよい。また、グラフg2には、推力(またはスラスタの回転数など)の最大定格を示す線17を表示し、表示値が最大定格より大きい場合に警告を表示するようにしてもよい。これらのグラフg1,g2の出力波形データは制御器2Aで算出される。 Further, here, the step response characteristic corresponding to the target characteristic data (user request) indicated by the positions of the sliders 11, 12, and 13 is displayed in the graph g1. This step response characteristic is a response characteristic by step input of the target transfer function corresponding to the target characteristic data. Further, the change in thrust at the time of the step response characteristic shown in the graph g1 is displayed in the graph g2. Note that the graph g2 may display a resultant force, a resultant moment, a thruster rotation speed, or the like instead of the thrust. Further, these may be switched and displayed. Further, the graph g2 may display a line 17 indicating the maximum rating of the thrust (or the number of revolutions of the thruster, etc.) and display a warning when the displayed value is larger than the maximum rating. The output waveform data of these graphs g1 and g2 are calculated by the controller 2A.

これらのグラフg1,g2は、スライダ11,12,13の位置を動かすと、その位置に応じて変化するようになっている。よって、ユーザは、グラフg1,g2を見ながらスライダ11,12,13を動かし、グラフg1,g2に所望する応答特性が表示されているときに、保存ボタン15をクリックして目標特性データと目標伝達関数とを保存(記憶部2Mに記憶)することができる。この保存するときに、コメント等(例えば、調整する方向、意図など)を併せて保存するようにしてもよい。 When the positions of the sliders 11, 12 and 13 are moved, these graphs g1 and g2 change according to the positions. Therefore, the user moves the sliders 11, 12, and 13 while looking at the graphs g1 and g2, and when the desired response characteristics are displayed on the graphs g1 and g2, clicks the save button 15 to display the target characteristic data and the target. The transfer function can be stored (stored in the storage unit 2M). At the time of saving, comments and the like (for example, adjustment direction, intention, etc.) may be saved together.

また、ユーザが読込ボタン14をクリックして、作成済みの目標特性データを読み込んで、グラフg1,g2に表示させ、このグラフ上で比較できるようにしてもよい。この際、読込ボタン14をクリックしたときに、例えば図8に示されるような目標特性データ一覧表31がポップアップ表示され、その一覧表31から読み込む目標特性データを選択できるようにしてもよい。 Further, the user may click the read button 14 to read the created target characteristic data and display it on the graphs g1 and g2 so that the comparison can be performed on this graph. At this time, when the read button 14 is clicked, the target characteristic data list 31 as shown in FIG. 8 may be displayed in a pop-up, and the target characteristic data to be read may be selected from the list 31.

以上のように、ユーザは、目標伝達関数を直接設定するのではなく、ユーザが理解しやすい目標特性データ(目標応答特性指定情報)を設定すればよい。設定しようとする目標特性データに対応する目標伝達関数に応じて、グラフg1のようにステップ応答等の波形が表示される。よって、ユーザが制御パラメータの調整を容易に実施することが可能となる。なお、ステップ応答に代えて、ランプ応答の波形が表示されるようにしてもよい。 As described above, the user does not directly set the target transfer function, but may set the target characteristic data (target response characteristic specification information) that is easy for the user to understand. A waveform such as a step response is displayed as shown in graph g1 according to the target transfer function corresponding to the target characteristic data to be set. Therefore, the user can easily adjust the control parameters. In addition, instead of the step response, the waveform of the lamp response may be displayed.

また、本例において、ユーザが高度な設定ボタン16をクリックすると、ポップアップウインドウを開いて目標伝達関数の種類を切り替えられるようにしてもよい。例えば、目標値追従効果に優れた相補感度関数と外乱抑制効果に優れた感度関数とを切り替えられるようにしてもよい。また、ユーザが直接、目標伝達関数を指定することができるようにしてもよい。また、ユーザがステップ入力からランプ入力に変更してランプ応答特性をグラフg1に表示できるようにしてもよい。 Further, in this example, when the user clicks the advanced setting button 16, a pop-up window may be opened so that the type of the target transfer function can be switched. For example, the complementary sensitivity function having an excellent target value tracking effect and the sensitivity function having an excellent disturbance suppressing effect may be switched. In addition, the user may be able to directly specify the target transfer function. Further, the user may change from the step input to the lamp input so that the lamp response characteristic can be displayed on the graph g1.

図12は、ユーザ要求(スライダ11,12,13の位置)に応じたグラフg1を表示するための方法を示す図である。なお、以下では、「制御パラメータセット」を「パラメータセット」と略記する場合がある。 FIG. 12 is a diagram showing a method for displaying the graph g1 according to the user request (positions of the sliders 11, 12, and 13). In the following, the "control parameter set" may be abbreviated as "parameter set".

制御器2Aは、図12に示すようなパラメトライズされた伝達関数G(s;ρ)を記憶している。そして、ユーザ要求と一致または最も近い応答となるようなパラメータセットρを最適化計算により求める。具体的には、制御器2Aは、伝達関数Gに用いられる多数のパラメータセットρ(ρ1,ρ2,ρ3,・・・,ρN,・・・)を記憶している。これらの各パラメータセットを順番に伝達関数Gに代入して、そのステップ応答波形の立ち上がり時間、オーバーシュート量、整定時間を繰り返し演算する。そして算出される立ち上がり時間、オーバーシュート量、整定時間がユーザ要求と一致または最も近くなるステップ応答波形をグラフg1に表示する。図12では、パラメータセットρN(=ρ)を用いたときにユーザ要求と一致することが示されている。 The controller 2A stores a parameterized transfer function G (s; ρ) as shown in FIG. Then, the parameter set ρ that matches or gives the closest response to the user request is obtained by optimization calculation. Specifically, the controller 2A stores a large number of parameter sets ρ (ρ1, ρ2, ρ3, ..., ρN, ...) Used for the transfer function G. Each of these parameter sets is sequentially assigned to the transfer function G, and the rise time, overshoot amount, and settling time of the step response waveform are repeatedly calculated. Then, the calculated rise time, overshoot amount, and settling time are displayed on the graph g1 as the step response waveform that matches or is closest to the user request. FIG. 12 shows that the parameter set ρN (= ρ * ) matches the user request.

また、グラフg2について説明すると、制御器2Aは、伝達関数Gと同じ制御パラメータ(ρ)でパラメトライズされた伝達関数H(s;ρ)を記憶しており、上述で求められたパラメータセットρN(=ρ)を代入したときに得られる応答波形をグラフg2に表示する。 Further, the graph g2 will be described. The controller 2A stores the transfer function H (s; ρ) parameterized with the same control parameter (ρ) as the transfer function G, and the parameter set ρN (determined above) is stored. The response waveform obtained when = ρ * ) is substituted is displayed in the graph g2.

なお、図6では、ユーザ要求の設定値をスライダ11,12,13の位置で指定するようにしたが、ユーザ要求の設定値を数値で直接入力できるようにしてもよい。また、ユーザ要求の設定項目として、ここでは、立ち上がり時間、オーバーシュート量、整定時間を例示したが、例えば定常偏差など他の設定項目を設けてもよいし、設定項目の個数を増減できるようにしてもよい。 In FIG. 6, the set value of the user request is specified at the positions of the sliders 11, 12, and 13, but the set value of the user request may be directly input as a numerical value. Further, as the setting items of the user request, the rise time, the overshoot amount, and the settling time are illustrated here, but other setting items such as steady deviation may be provided, and the number of setting items can be increased or decreased. You may.

次に、図7の表示器画面1Gには、操船設定タブt2が選択操作(クリック)されて自動操船実験の設定画面が表示されている。 Next, on the display screen 1G of FIG. 7, the ship maneuvering setting tab t2 is selected (clicked) to display the setting screen of the automatic ship maneuvering experiment.

ユーザは、テーブル21に自動操船実験の実験条件を入力(記入)する。テーブル21の「方向」の欄には船の移動方向が記入され、「幅」の欄には船を移動させる最終値が記入される。テーブル21に記入された数字は正確なものではないが、例えば、1行目では、前後の方向に10〔m〕移動させることが記入されている。これは、前方へ10〔m〕移動させることを意味する。例えば後方へ移動させる場合には、「幅」の欄に、マイナスの数値(例えば、−10〔m〕)を記入する。また、3行目の回頭の場合、その説明用のグラフ70に示されるように、「幅」の欄の20〔deg〕は、回頭する角度(最終値)が記入され、「レート」の欄の1〔deg/s〕は、グラフ70の傾きを示している。テーブル21の「タイプ」の欄の1行目と3行目に記入されている「目標値」は、それが図1の指令値Saとして与えられることを示している。 The user inputs (enters) the experimental conditions of the automatic ship maneuvering experiment in the table 21. The moving direction of the ship is entered in the "direction" column of the table 21, and the final value for moving the ship is entered in the "width" column. The numbers entered in the table 21 are not accurate, but for example, in the first row, it is stated that the numbers are moved 10 [m] in the front-back direction. This means moving forward by 10 [m]. For example, when moving backward, enter a negative value (for example, -10 [m]) in the "width" column. In the case of turning on the third line, as shown in the graph 70 for explanation, 20 [deg] in the "width" column is filled with the turning angle (final value), and the "rate" column. 1 [deg / s] indicates the slope of the graph 70. The "target value" entered in the first and third rows of the "type" column of the table 21 indicates that it is given as the command value Sa in FIG.

また、テーブル21の2行目には、外乱(「タイプ」の欄に記入)を想定した場合に、左右方向のうち例えば右方向へ1000〔N〕の推力を与えることが記入されている。なお、左方向への推力を与える場合には、例えば、推力がマイナスの数値で記入される。 Further, in the second row of the table 21, it is stated that a thrust of 1000 [N] is given to, for example, the right direction in the left-right direction when a disturbance (entered in the "type" column) is assumed. When giving a thrust to the left, for example, the thrust is entered as a negative numerical value.

なお、図7に示されたテーブル21は、テーブル21の記入方法を説明するために示されたものであり、このテーブル21内の数値が正しいものとは限らない。また、このようなテーブル21に限られるものではなく、実験条件を入力できるものあればよい。 The table 21 shown in FIG. 7 is shown for explaining the entry method of the table 21, and the numerical values in the table 21 are not always correct. Further, the table 21 is not limited to such a table 21, and any table can be used as long as it can input experimental conditions.

そして、ユーザがテーブル21に実験条件を入力し、実験条件読込ボタン22をクリックし、実験開始ボタン26をクリックすると、自動操船実験が開始される。実験中には、グラフg3で示すように、船の実験開始位置及び姿勢、現在位置及び姿勢、目標位置及び姿勢を表示するとともに、開始位置と目標位置とを結ぶ線(例えば破線等)を表示するようにしている。また、実験時間の残り時間を表示する。また、現在の船の位置、船首方位及び船速などの情報を表示するようにしてもよい。なお、実験開始前(例えば、実験条件読込ボタン22をクリックしたとき)に、ユーザに周囲の安全確認を行う旨を表示するようにしてもよい。 Then, when the user inputs the experiment conditions in the table 21, clicks the experiment condition read button 22, and clicks the experiment start button 26, the automatic ship maneuvering experiment is started. During the experiment, as shown in graph g3, the ship's experiment start position and attitude, current position and attitude, target position and attitude are displayed, and a line connecting the start position and target position (for example, a broken line) is displayed. I try to do it. Also, the remaining time of the experiment time is displayed. In addition, information such as the current position of the ship, the direction of the bow, and the speed of the ship may be displayed. Before the start of the experiment (for example, when the experiment condition reading button 22 is clicked), the user may be informed that the safety of the surroundings is to be confirmed.

一時中止ボタン27をクリックすると、実験を即時中止し、再開ボタン28をクリックすると実験を再開する。また、停止ボタン29をクリックすると実験を即時中止する。一時中止ボタン27または停止ボタン29をクリックして実験を中止したときには、制御器2Aは、その中止場所で定点保持動作を行うように制御する。 Clicking the pause button 27 immediately stops the experiment, and clicking the resume button 28 resumes the experiment. Also, clicking the stop button 29 immediately stops the experiment. When the experiment is stopped by clicking the pause button 27 or the stop button 29, the controller 2A controls to perform the fixed point holding operation at the stop location.

実験中には、制御器2Aは、逐次、実験データを取得し、実験が終了すると、実験データを操船データ(時系列データ)として記憶部2Mに記憶する。また、実験が終了した後、実験データ読込ボタン24をクリックし、実験結果解析ボタン25をクリックすると、制御器2Aが実験データを解析して、立ち上がり時間、オーバーシュート量、整定時間を算出し、表示器画面1Gに表示するようにしてもよい。 During the experiment, the controller 2A sequentially acquires the experimental data, and when the experiment is completed, the experimental data is stored in the storage unit 2M as ship maneuvering data (time series data). After the experiment is completed, when the experiment data read button 24 is clicked and the experiment result analysis button 25 is clicked, the controller 2A analyzes the experiment data and calculates the rise time, overshoot amount, and settling time. It may be displayed on the display screen 1G.

なお、図7の画面上に、例えば、実験条件自動設定ボタンを設け、ユーザが実験条件自動設定ボタンをクリックすると、実験条件の全部または一部が自動的に設定されるようにしてもよい。この場合、記憶部2Mに予め所定の実験条件を記憶しておいて、それを制御器2Aが読み出すように構成してもよい。これにより、実験条件を設定するユーザの手間を軽減することができる。この場合、予め複数の実験条件を記憶部2Mに記憶しておいて、ユーザが設定する実験条件を選択できるようにしてもよい。なお、予め記憶されている実験条件は、メーカによって記憶部2Mに記憶されている。 An experimental condition automatic setting button may be provided on the screen of FIG. 7, and when the user clicks the experimental condition automatic setting button, all or part of the experimental condition may be automatically set. In this case, a predetermined experimental condition may be stored in advance in the storage unit 2M so that the controller 2A can read it. As a result, it is possible to reduce the time and effort of the user to set the experimental conditions. In this case, a plurality of experimental conditions may be stored in the storage unit 2M in advance so that the experimental conditions set by the user can be selected. The experimental conditions stored in advance are stored in the storage unit 2M by the manufacturer.

図8の表示器画面1Gには、目標特性データタブt3が選択操作(クリック)されて目標特性データの一覧画面が表示されている。 On the display screen 1G of FIG. 8, the target characteristic data tab t3 is selected (clicked) to display a list screen of the target characteristic data.

この図8の画面では、目標特性データ一覧表31が表示される。この一覧表31の表示欄をクリックすると、チェックマークが付され、このチェックマークが付された目標特性データに対応するグラフg4,g5が表示される。これらのグラフg4,g5は、図6のグラフg1,g2と同様、応答特性を示す。上記チェックマークは複数の目標特性データに対して付すことができ、図8では、No.1とNo.2の目標特性データに対して付されており、それぞれの応答特性が、グラフg4,g5のように同一グラフ上に表示される。これにより、ユーザは、複数の目標特性を比較することができる。また、一覧表31の備考欄には、ユーザがコメント等を記入することができる。 On the screen of FIG. 8, the target characteristic data list 31 is displayed. When the display column of the list 31 is clicked, a check mark is added, and graphs g4 and g5 corresponding to the target characteristic data with this check mark are displayed. These graphs g4 and g5 show response characteristics similar to the graphs g1 and g2 of FIG. The above check mark can be attached to a plurality of target characteristic data, and in FIG. 8, No. 1 and No. It is attached to the target characteristic data of 2, and each response characteristic is displayed on the same graph as in graphs g4 and g5. This allows the user to compare multiple target characteristics. In addition, the user can enter a comment or the like in the remarks column of the list 31.

また、一覧表31の欄名(「目標特性No.」、「作成日時」、「立ち上がり時間」、「オーバーシュート」、「整定時間」、「備考」)をクリックして、検索条件を指定してその指定された条件を満足する操船データを検索することができる。検索条件として、例えば、「作成日時」をクリックし、期間を指定してもよいし、「立ち上がり時間」、「オーバーシュート」、「整定時間」をクリックし、各々範囲を指定してもよい。一覧表31の欄名をクリックして、降順と昇順などの並べ替えも可能である。 Also, click the column names in the list 31 ("Target characteristic No.", "Created date", "Rise time", "Overshoot", "Settling time", "Remarks") and specify the search conditions. It is possible to search for ship maneuvering data that satisfies the specified conditions. As the search condition, for example, "creation date and time" may be clicked and a period may be specified, or "rise time", "overshoot", and "setting time" may be clicked and a range may be specified for each. You can also sort by clicking the column name in the list 31 in descending order or ascending order.

また、ユーザが、一覧表31の表示欄に、チェックマークを付して、高度な設定ボタン33をクリックすると、ポップアップウインドウを開いて目標伝達関数を表示させるようにしてもよいし、ボード線図を描画させるようにしてもよい。 Further, when the user puts a check mark in the display field of the list 31 and clicks the advanced setting button 33, a pop-up window may be opened to display the target transfer function, or the board diagram may be displayed. May be drawn.

また、ユーザが一覧表31のいずれかの目標特性データをクリック(例えば、番号をクリック)して選択し、削除ボタン32をクリックすることにより、選択された目標特性データを削除することができる。 Further, the user can delete the selected target characteristic data by clicking (for example, clicking a number) any of the target characteristic data in the list 31 to select the target characteristic data and clicking the delete button 32.

また、ユーザが一覧表31のいずれか1つの目標特性データをクリック(例えば、番号をクリック)して選択し、さらに指定ボタン34をクリックすることにより、選択された目標特性データに対応する目標伝達関数を制御パラメータの算出処理(ステップS4)に用いることができる。 Further, the user clicks (for example, clicks a number) any one of the target characteristic data in the list 31 to select the target characteristic data, and further clicks the specify button 34 to transmit the target corresponding to the selected target characteristic data. The function can be used in the control parameter calculation process (step S4).

図9の表示器画面1Gには、操船データタブt4が選択操作(クリック)されて操船データの一覧画面が表示されている。 On the display screen 1G of FIG. 9, the ship maneuvering data tab t4 is selected (clicked) and a list screen of ship maneuvering data is displayed.

この図9の画面では、操船データ一覧表41が表示される。この一覧表41には、各操船データが取得されたときの情報(平均風速、潮流、喫水)も表示するようにしている。なお、喫水の値は、ユーザが喫水計の値を読み取って入力したものである。この一覧表41の「タイプ」の欄に記載されている「操船」は、通常の運用中に取得した操船データであることを示し、「実験」は、自動操船実験を行った際に取得した操船データであることを示す。これにより、各操船データが通常の運用中に取得した操船データであるか、実験により取得した操船データであるかを、ユーザが区別することができる。また、一覧表41の備考欄には、ユーザがコメント等を記入することができる。 On the screen of FIG. 9, the ship maneuvering data list 41 is displayed. In this list 41, the information (average wind speed, tidal current, draft) when each ship maneuvering data is acquired is also displayed. The draft value is input by the user by reading the draft value of the draft meter. The "ship maneuvering" described in the "type" column of this list 41 indicates that the ship maneuvering data was acquired during normal operation, and the "experiment" was acquired when the automatic ship maneuvering experiment was performed. Indicates that it is ship maneuvering data. Thereby, the user can distinguish whether each ship maneuvering data is the ship maneuvering data acquired during normal operation or the ship maneuvering data acquired by the experiment. In addition, the user can enter a comment or the like in the remarks column of the list 41.

この一覧表41の欄名(「操船データNo.」、「記録開始日時」、「平均風速」、「潮流」、「喫水」、「タイプ」、「備考」)をクリックして、検索条件を指定してその指定された条件を満足する操船データを検索することができる。検索条件として、例えば、「記録開始日時」をクリックし期間を指定してもよいし、「平均風速」、「潮流」、「喫水」をクリックし、各々範囲を指定してもよい。また、「タイプ」をクリックし、検索条件として、「操船」か「実験」かを指定してもよい。また、一覧表41の欄名をクリックして、降順と昇順などの並べ替えが可能なようにしてもよい。 Click the column name of this list 41 ("Ship maneuvering data No.", "Recording start date and time", "Average wind speed", "Tide", "Draft", "Type", "Remarks") to search for search conditions. It is possible to search for ship maneuvering data that can be specified and satisfy the specified conditions. As the search condition, for example, the period may be specified by clicking "recording start date and time", or the range may be specified by clicking "average wind speed", "tide", and "draft". You may also click "Type" and specify "Maneuvering" or "Experiment" as the search condition. Further, by clicking the column name in the list 41, it may be possible to sort in descending order or ascending order.

ユーザが、一覧表41のいずれかの操船データをクリック(例えば、番号をクリック)して選択すると、選択された操船データに基づいて船の移動軌跡を平面的に示したグラフg6や、上記船の移動軌跡を時間と船体位置との関係で示したグラフg7を表示するようにしてもよい。グラフg6では、船の初期位置及び姿勢、中間位置及び姿勢、最終位置及び姿勢、及び船の移動軌跡(破線)が表示されている。また、グラフg7の縦軸の船体位置は、船が初期位置から最終位置へ向かうときの移動距離を示している。 When the user clicks (for example, clicks a number) any of the ship maneuvering data in the list 41 to select it, a graph g6 showing the movement trajectory of the ship in a plane based on the selected ship maneuvering data, or the above ship A graph g7 showing the relationship between the time and the position of the hull may be displayed. In the graph g6, the initial position and attitude of the ship, the intermediate position and attitude, the final position and attitude, and the movement locus (broken line) of the ship are displayed. The hull position on the vertical axis of the graph g7 indicates the moving distance of the ship from the initial position to the final position.

また、ユーザが一覧表41のいずれか1つの操船データをクリック(例えば、番号をクリック)して選択し、さらに指定ボタン42をクリックすることにより、選択された操船データを制御パラメータの算出処理(ステップS4)に用いることができる。 Further, the user clicks (for example, clicks a number) any one of the ship maneuvering data in the list 41 to select it, and further clicks the designation button 42 to calculate the control parameter of the selected ship maneuvering data (for example). It can be used in step S4).

図10の表示器画面1Gには、計算タブt5が選択操作(クリック)されて制御パラメータ計算用画面が表示されている。 On the display screen 1G of FIG. 10, the calculation tab t5 is selected (clicked) and the control parameter calculation screen is displayed.

この図10の画面では、ユーザが目標特性データと操船データとを指定して制御パラメータを算出させることができる。目標特性の参照ボタン51をクリックすると、例えば、図8に示す目標特性データ一覧表31が表示され、一覧表31の中から所望する目標特性データを選択し、指定ボタン34をクリックすることにより、選択された目標特性データが目標特性指定欄57に表示される。 On the screen of FIG. 10, the user can specify the target characteristic data and the ship maneuvering data to calculate the control parameters. When the reference button 51 of the target characteristic is clicked, for example, the target characteristic data list 31 shown in FIG. 8 is displayed, the desired target characteristic data is selected from the list 31, and the designation button 34 is clicked. The selected target characteristic data is displayed in the target characteristic designation field 57.

また、操船データの参照ボタン52をクリックすると、例えば、図9に示す操船データ一覧表41が表示され、一覧表41の中から所望する操船データを選択し、指定ボタン42をクリックすることにより、選択された操船データが操船データ指定欄58に表示される。 Further, when the reference button 52 of the ship maneuvering data is clicked, for example, the ship maneuvering data list 41 shown in FIG. 9 is displayed, the desired ship maneuvering data is selected from the list 41, and the designated button 42 is clicked. The selected ship maneuvering data is displayed in the ship maneuvering data designation field 58.

上記のように、目標特性データと操船データとを選択した後、自動制御調整開始ボタン54をクリックすると、選択された目標特性データに対応する目標伝達関数と操船データとを用いて、FRITによる最適化計算が行われて制御パラメータセットが算出される(ステップS4)。算出された制御パラメータセット(比例ゲインKp,積分ゲインKi、微分ゲインKd)は、パラメータ表示欄59に表示される。このときの最適化の様子が、例えば、グラフg8のように表示される。また、算出された各制御パラメータの値と、予め記憶されているメーカの初期設定値との差が所定値以上ある場合には、パラメータ表示欄59に赤字で表示など、警告表示するようにしてもよい。そして、ユーザが保存ボタン56をクリックすると、算出された制御パラメータセットがパラメータ一覧表に記憶される。なお、制御パラメータセットが算出されると、自動的にパラメータ一覧表に記憶される(ステップS51)ようにしてもよい。 As described above, when the automatic control adjustment start button 54 is clicked after selecting the target characteristic data and the ship maneuvering data, the target transfer function and the ship maneuvering data corresponding to the selected target characteristic data are used, and the optimum is performed by FRIT. The conversion calculation is performed and the control parameter set is calculated (step S4). The calculated control parameter set (proportional gain Kp, integral gain Ki, differential gain Kd) is displayed in the parameter display column 59. The state of optimization at this time is displayed as shown in graph g8, for example. In addition, when the difference between the calculated value of each control parameter and the preset value of the manufacturer stored in advance is equal to or more than a predetermined value, a warning is displayed such as displayed in red in the parameter display field 59. May be good. Then, when the user clicks the save button 56, the calculated control parameter set is stored in the parameter list. When the control parameter set is calculated, it may be automatically stored in the parameter list (step S51).

また、制御器2Aは、算出された制御パラメータセットを用いて船体運動シミュレーションを行い、そのシミュレーション結果をグラフg9のように表示させる。 Further, the controller 2A performs a hull motion simulation using the calculated control parameter set, and displays the simulation result as shown in the graph g9.

また、ユーザが読込ボタン55をクリックして作成済みの制御パラメータセットを読み込んで、その制御パラメータを用いて船体運動シミュレーションを行い、そのシミュレーション結果をグラフg9に重ねて表示させ、ユーザがシミュレーション結果を比較できるようにしてもよい。この際、読込ボタン55をクリックしたときに、例えば図11に示されるようなパラメータ一覧表61がポップアップ表示され、その一覧表61から読み込む制御パラメータセットを選択できるようにしてもよい。 Further, the user clicks the read button 55 to read the created control parameter set, performs a hull motion simulation using the control parameters, displays the simulation result on the graph g9, and the user displays the simulation result. It may be possible to compare. At this time, when the read button 55 is clicked, a parameter list 61 as shown in FIG. 11, for example, may pop up and the control parameter set to be read may be selected from the list 61.

なお、目標特性データが目標特性指定欄57に設定されているときに、操船データの自動ボタン53をクリックすると、制御器2Aは、目標特性データに対応する目標伝達関数および制御調整(FRIT)に適した操船データを操船データ一覧表から選択し、操船データ指定欄に表示させることができる。 When the target characteristic data is set in the target characteristic designation field 57 and the automatic button 53 of the ship maneuvering data is clicked, the controller 2A switches to the target transfer function and control adjustment (FRIT) corresponding to the target characteristic data. Suitable ship maneuvering data can be selected from the ship maneuvering data list and displayed in the ship maneuvering data designation field.

このように操船データが自動的に選択される場合の選択方法を、図13を参照して説明する。制御器2Aは、目標特性データに対応する目標伝達関数の周波数特性を算出し、その周波数特性から制御帯域(制御可能な領域)を特定する。図13(A)は、目標伝達関数の周波数特性を示すゲイン線図であり、ゲインが所定値以上の帯域を制御帯域に特定する。 A selection method when the ship maneuvering data is automatically selected in this way will be described with reference to FIG. The controller 2A calculates the frequency characteristic of the target transfer function corresponding to the target characteristic data, and specifies the control band (controllable region) from the frequency characteristic. FIG. 13A is a gain diagram showing the frequency characteristics of the target transfer function, and a band having a gain of a predetermined value or more is specified as a control band.

また、制御器2Aは、各操船データについて所定のデータを周波数解析し、制御帯域内でパワースペクトル密度が大きい操船データ(またはその一部区間)を選択する。図13(B)では、説明の簡単化のため、2つの操船データを周波数解析したパワースペクトル密度のグラフL10,L20が示されており、この場合、制御帯域内においてパワースペクトル密度が大きい方のグラフL10に対応する操船データが選択される。操船データを周波数解析する際には、例えば、データを切り出す窓関数を用意し、窓関数を移動させながらフーリエ変換を実施して各区間の周波数成分を計算すればよい。 Further, the controller 2A frequency-analyzes predetermined data for each ship maneuvering data and selects ship maneuvering data (or a part thereof) having a large power spectral density within the control band. In FIG. 13B, graphs L10 and L20 of power spectral densities obtained by frequency-analyzing two ship maneuvering data are shown for simplification of explanation. In this case, the one having the larger power spectral density in the control band is shown. The ship maneuvering data corresponding to the graph L10 is selected. When frequency analysis of ship maneuvering data, for example, a window function for cutting out the data may be prepared, and the Fourier transform may be performed while moving the window function to calculate the frequency component of each section.

図11の表示器画面1Gには、パラメータ適用タブt6が選択操作(クリック)されて制御パラメータ適用画面が表示されている。 On the display screen 1G of FIG. 11, the parameter application tab t6 is selected (clicked) to display the control parameter application screen.

この図11の画面では、パラメータ一覧表61が表示される。パラメータ一覧表61には、制御パラメータセットの識別情報(制御パラメータNo.)、制御パラメータセットの作成日時、各制御パラメータ(比例ゲインKp,積分ゲインKi、微分ゲインKd)の値等に加え、各制御パラメータセットを作成(算出)する際に使用された操船データの識別情報(操船データNo.)、使用された目標伝達関数に対応する目標特性データの識別情報(目標特性No.)なども含まれている。 On the screen of FIG. 11, the parameter list 61 is displayed. In the parameter list 61, in addition to the identification information (control parameter No.) of the control parameter set, the creation date and time of the control parameter set, the values of each control parameter (proportional gain Kp, integrated gain Ki, differential gain Kd), etc., each It also includes identification information of ship maneuvering data (ship maneuvering data No.) used when creating (calculating) a control parameter set, identification information of target characteristic data corresponding to the target transfer function used (target characteristic No.), and the like. It has been.

この一覧表61の表示欄をクリックすると、チェックマークが付され、このチェックマークが付されたパラメータセットが選択され、それに対応するシミュレーション結果が表示領域g10,g11が表示される。制御器2Aは、選択されたパラメータセットを用いて船体運動シミュレーションを実施し、表示領域g10にシミュレーション結果をアニメーションで表示させるとともに、表示領域g11にシミュレーション結果をグラフにして表示させる。これにより、ユーザは、各パラメータセットを用いた場合の船体挙動を確認できる。 When the display column of the list 61 is clicked, a check mark is added, the parameter set with this check mark is selected, and the corresponding simulation results are displayed in the display areas g10 and g11. The controller 2A performs a hull motion simulation using the selected parameter set, displays the simulation result in the display area g10 with animation, and displays the simulation result as a graph in the display area g11. This allows the user to confirm the hull behavior when each parameter set is used.

図11では、No.1とNo.2のパラメータセットが選択されており、それぞれのシミュレーション結果が、各表示領域g10,g11に重ねて表示される。このように、複数のパラメータセットを選択することで、それぞれの場合の船体挙動を比較することができる。また、一覧表61の備考欄には、ユーザがコメント等を記入することができる。 In FIG. 11, No. 1 and No. Two parameter sets are selected, and the simulation results are displayed superimposed on the display areas g10 and g11. By selecting a plurality of parameter sets in this way, it is possible to compare the hull behavior in each case. In addition, the user can enter a comment or the like in the remarks column of the list 61.

なお、制御器2A(制御調整用コントロール部2)が、上記のパラメータセットを用いて船体運動シミュレーションを実施する場合(図2ではステップS56に相当)、予め記憶部2Mに記憶されている所定のシミュレーション条件(船の移動方向及び移動距離等の目標位置及び姿勢等)に基づいて実施する。また、この船体運動シミュレーションを実施する際に、風、潮流、波といった外乱条件を設定できるようにしてもよい。 When the controller 2A (control adjustment control unit 2) performs a hull motion simulation using the above parameter set (corresponding to step S56 in FIG. 2), a predetermined value stored in the storage unit 2M in advance. It is carried out based on the simulation conditions (target position and attitude such as the moving direction and moving distance of the ship). Further, when carrying out this hull motion simulation, disturbance conditions such as wind, tidal current, and waves may be set.

また、目標特性データ一覧表31及び操船データ一覧表41と同様に、パラメータ一覧表61の欄名(「制御パラメータNo.」、「作成日時」、「Kp」、「Ki」、「Kd」、「操船データNo.」、「目標特性No.」、「備考」)をクリックして、検索条件を指定してその指定された条件を満足するパラメータセットを検索することができる。また、一覧表61の欄名をクリックして、降順と昇順などの並べ替えも可能である。 Further, similarly to the target characteristic data list 31 and the ship maneuvering data list 41, the column names of the parameter list 61 (“control parameter No.”, “creation date and time”, “Kp”, “Ki”, “Kd”, You can click "Ship Maneuvering Data No.", "Target Characteristic No.", "Remarks") to specify search conditions and search for a parameter set that satisfies the specified conditions. It is also possible to sort the column names in descending order and ascending order by clicking the column names in the list 61.

また、ユーザは、一覧表61のパラメータセットをクリック(例えば、番号をクリック)して選択し、削除ボタン63をクリックすることにより、選択されたパラメータセットを削除することができる。なお、メーカが初期設定しているパラメータセットの初期設定値は、削除、変更できないように保護されている。これにより、制御パラメータが変更(調整)された結果、万一、性能の悪化が生じた場合に、初期設定値に戻すことができる。 In addition, the user can delete the selected parameter set by clicking the parameter set in the list 61 (for example, clicking the number) to select the parameter set and clicking the delete button 63. The default value of the parameter set that is initially set by the manufacturer is protected so that it cannot be deleted or changed. As a result, in the unlikely event that the performance deteriorates as a result of changing (adjusting) the control parameters, it is possible to return to the initial setting value.

また、ユーザが一覧表61のいずれか1つのパラメータセットをクリック(例えば、番号をクリック)して選択し、さらに適用ボタン62をクリックすることにより、選択されたパラメータセットの制御パラメータが操船用コントロール部3の制御パラメータとして適用(更新)される(ステップS54)。 Further, when the user clicks (for example, clicks a number) any one parameter set in the list 61 to select it, and then clicks the apply button 62, the control parameter of the selected parameter set is controlled for maneuvering. It is applied (updated) as a control parameter of unit 3 (step S54).

〔シミュレーションによる検証〕
本実施形態では、ステップS4において、制御パラメータを算出する際にFRITを用いている。FRITは、閉ループ系の制御調整が可能であり、制御対象に関する情報が不要で、必要な実験回数が少ないなど数多くの長所がある。しかし、FRITは線形システムを対象とした理論体系であり、非線形システムに適用した場合の結果については保証されていない。一方で、実プラントには非線形性が必ず存在する。そこで、本実施形態のように非線形な流体力が作用する自動操船システムに対してFRITを適用した際に、望ましい応答が得られることをシミュレーションにより検証した。このシミュレーションでは、簡単のため、推力配分やアクチュエータ特性を無視したモデルを構築する。つまり、流体力の非線形性のみを考慮する。
[Verification by simulation]
In this embodiment, in step S4, FRIT is used when calculating the control parameter. FRIT has many advantages such as the ability to control and adjust a closed loop system, the need for information on the controlled object, and the small number of experiments required. However, FRIT is a theoretical system for linear systems, and the results when applied to non-linear systems are not guaranteed. On the other hand, there is always non-linearity in a real plant. Therefore, it was verified by simulation that a desirable response can be obtained when FRIT is applied to an automatic ship maneuvering system in which a non-linear fluid force acts as in the present embodiment. In this simulation, for the sake of simplicity, a model that ignores thrust distribution and actuator characteristics is constructed. That is, only the non-linearity of the fluid force is considered.

図14は、シミュレーションに用いる船体運動モデルを説明するための図である。この図14に示すように、平面内を航行する船体運動モデルを考え、制御開始位置を原点,北をX軸,東をY軸とする地球座標系Σ、および船体の重心位置を原点,船の前方をX軸,船の右方向をY軸とする船体座標系Σを定義する。 FIG. 14 is a diagram for explaining a hull motion model used in the simulation. As shown in FIG. 14, considering a hull motion model navigating in a plane, the earth coordinate system Σ E with the control start position as the origin, the north as the X E axis, and the east as the Y E axis, and the position of the center of gravity of the hull are set. origin, X B-axis in front of the ship, a right direction of the ship defines the hull coordinate system sigma B to Y B axis.

なお、以下において、ベクトルの表記を、数式では太字で示すようにしている。また、数式以外の本明細書の本文中では、「(V)」を付加してベクトルであることを示す。なお、ベクトルであることが明らかである場合は、「(V)」を付加しない場合もある。 In the following, the vector notation is shown in bold in the mathematical formula. In addition, in the text of this specification other than mathematical formulas, " (V) " is added to indicate that it is a vector. If it is clear that it is a vector, " (V) " may not be added.

ここで、ν(V)=〔u,v,r〕を船体座標系Σにおける前後および左右並進速度・回転速度ベクトルとし、η(V)=〔x,y,ψ〕を地球座標系ΣにおけるX,Y軸方向の船体重心位置・船首方位角ベクトルとし、u(V)=〔X,Y,N〕を船体座標系Σにおける前後および左右並進力・回頭モーメントベクトルとすると、運動方程式は、次の(1)〜(5)式で表される。 Here, ν (V) = [u, v, r] T to the longitudinal and lateral translation velocity and rotational velocity vector in the hull coordinate system Σ B, η (V) = [x, y, [psi] T Earth coordinates X E in the system sigma E, and hull center of gravity position and heading angle vector of Y E-axis direction, u (V) = [X, Y, N] before and after the T in the hull coordinate system sigma B and lateral translational force-turning moment As a vector, the equation of motion is expressed by the following equations (1) to (5).

Figure 2020187469
Figure 2020187469

ここで、mは船の質量、Iは船体重心周りの慣性モーメント、m,mは理想流体中で物体が運動する際に生じる前後,横方向の付加質量、Jは付加慣性モーメントである。また、流体力F(ν) (V)=〔X,Y,Nは、例えば、低速航行時の流体力を多項式でフィッティングした次の(6)〜(8)式を用いる。 Here, m is the mass of the ship, I z is the moment of inertia around the hull center of gravity, m x, m y before and after that occurs when an object is moving in an ideal fluid, lateral additional mass, J z is added moment of inertia Is. Further, the fluid force F H (ν) (V) = [X H , Y H , NH ] T is, for example, the following equations (6) to (8) in which the fluid force during low-speed navigation is fitted by a polynomial. Use.

Figure 2020187469
Figure 2020187469

そして、x(V)=〔η,νとおくと、(1)〜(8)式は、次の(9)式のようにまとめることができる。なお、(9)式で使用されている変数は、(10)式で示される。 Then, if x (V) = [η T , ν T ] T , the equations (1) to (8) can be summarized as the following equation (9). The variables used in Eq. (9) are shown in Eq. (10).

Figure 2020187469
Figure 2020187469

前述のプラントに対して、y(V)=〔x,y,ψ〕を制御することを目的としたコントローラを構成する。まず、一般的なコントローラとプラントを含む閉ループ系を図15に示す。 For the above-mentioned plant, a controller for controlling y (V) = [x, y, ψ] T is configured. First, FIG. 15 shows a closed loop system including a general controller and a plant.

また、ここではプラントの干渉項の影響は比較的小さく、制御に大きな影響を与えないとし、x,y,ψのそれぞれの変数に対して独立したコントローラを考える。これを図16に示す。X,Y,Nはx,y,ψのそれぞれの変数に対するコントローラ出力であり、uc(V)は、X,Y,Nをまとめたコントローラ出力である。 In addition, here, the influence of the interference term of the plant is relatively small and does not have a large influence on the control, and an independent controller is considered for each variable of x, y, and ψ. This is shown in FIG. X c , Y c , and N c are controller outputs for each of the variables x, y, and ψ, and uc (V) is a controller output that summarizes X c , Y c , and N c .

また、船を対象とした制御では、目標値の急激な変動に対してコントローラが過剰に反応しないほうが良いとされていることを考慮し、目標値応答の観点からPI−D(微分先行型PID)コントローラを採用する。各コントローラのゲインをそれぞれ、ρx(V),ρy(V),ρψ(V)とし、ρ(V)=〔ρ ,ρ ,ρψ とすれば、PI−Dコントローラは次の(11)式で表される。 In addition, in control for ships, PI-D (differential leading PID) is considered from the viewpoint of target value response, considering that it is better that the controller does not excessively react to sudden fluctuations in the target value. ) Adopt a controller. If the gains of each controller are ρ x (V) , ρ y (V) , ρ ψ (V), and ρ (V) = [ρ x T , ρ y T , ρ ψ T ] T , then PI. The −D controller is represented by the following equation (11).

Figure 2020187469
Figure 2020187469

上記の(11)式で使用されている変数は以下の通りである。なお、ここでは、Tc=0.3183(固定値)とした。 The variables used in the above equation (11) are as follows. Here, Tc = 0.3183 (fixed value).

Figure 2020187469
Figure 2020187469

前述のモデルに対してFRITを適用するが、自動操船システムでは目標追従特性と外乱抑制特性を考慮したコントローラ設計が要求される。FRITにおいて、目標追従特性と外乱抑制特性とを考慮する場合には、実験を2回実施し、次式のように目標相補感度関数Tと目標感度関数Sを含んだ評価関数を使用すればよい。 Although FRIT is applied to the above-mentioned model, the automatic ship maneuvering system requires a controller design in consideration of target tracking characteristics and disturbance suppression characteristics. When considering the target tracking characteristic and the disturbance suppression characteristic in FRIT, perform the experiment twice and use an evaluation function including the target complementary sensitivity function T d and the target sensitivity function S d as shown in the following equation. Just do it.

Figure 2020187469
Figure 2020187469

上式の右辺第一項が目標追従特性,第二項が外乱抑制特性を考慮する項であり、両者のバランスは重み係数w,wで調節する。ここで、yini,uiniは、それぞれ実験の出力データと入力データを表し、上付きの数字は実験番号を示している。例えば、yini (1)は1回目の実験における出力データを意味する。また、PI−Dコントローラの場合の疑似参照入力、疑似外乱入力はそれぞれ次式で計算される。 The first term on the right side of the above equation is the term that considers the target tracking characteristic, and the second term is the term that considers the disturbance suppression characteristic, and the balance between the two is adjusted by the weighting coefficients w 1 and w 2 . Here, y ini and u ini represent the output data and the input data of the experiment, respectively, and the superscript numbers indicate the experiment numbers. For example, y ini (1) means the output data in the first experiment. Further, the pseudo reference input and the pseudo disturbance input in the case of the PI-D controller are calculated by the following equations, respectively.

Figure 2020187469
Figure 2020187469

以下では、船首方位角ψに関するPIDゲインρψを調整することを目標としてFRITを適用する。また、ここでは実機を用いないため、シミュレーション結果を実験データとして用いるが、実機に近い枠組みとするため、3自由度の閉ループシミュレーションを行う。 In the following, FRIT is applied with the goal of adjusting the PID gain ρ ψ with respect to the bow azimuth ψ. In addition, since the actual machine is not used here, the simulation results are used as experimental data, but in order to make the framework close to the actual machine, a closed loop simulation with three degrees of freedom is performed.

また、制御対象として前述の(9)式で表される非線形プラントを用い、初期実験および確認実験を行う。 In addition, an initial experiment and a confirmation experiment will be performed using the nonlinear plant represented by the above equation (9) as the control target.

次に、評価関数について説明する。
FRITの相補感度関数や感度関数といった目標伝達関数は任意に与えることができるが、実際には、高次のプラントに対して1次系などの次数が低い目標伝達関数を与えると、応答を早めようとして不安定なゲインが計算されることがある。
Next, the evaluation function will be described.
Target transfer functions such as the complementary sensitivity function and sensitivity function of FRIT can be given arbitrarily, but in reality, giving a low-order target transfer function such as a first-order system to a higher-order plant accelerates the response. An unstable gain may be calculated.

そこで本例では、目標伝達関数と実現可能な伝達関数の間に次数差が生じないようにするために、プラントに関する情報(例えば、プラントの伝達関数)を目標伝達関数に組み込む。具体的にはプラントとPI−Dコントローラの閉ループ系を考え、PI−Dコントローラのゲインを与えた際に計算される相補感度関数、感度関数の中から制御要求を満たすものを目標相補感度関数、目標感度関数として用いる。 Therefore, in this example, information about the plant (for example, the transfer function of the plant) is incorporated into the target transfer function so that there is no order difference between the target transfer function and the feasible transfer function. Specifically, considering the closed loop system of the plant and the PI-D controller, the complementary sensitivity function calculated when the gain of the PI-D controller is given, and the target complementary sensitivity function that satisfies the control requirements from the sensitivity functions, Used as a target sensitivity function.

ここで、制御対象の非線形プラントにおいて、船首方位角ψのみに注目し、干渉項を無視すると図17に示すような、ψに関するSISO系を考えることができる。 Here, in the controlled nonlinear plant, if only the bow azimuth ψ is focused and the interference term is ignored, a SISO system related to ψ can be considered as shown in FIG.

図17において、ψは目標値信号,Nは入力外乱信号,ψは出力,Nはプラントへの入力,NCpi,NCdはそれぞれPI−Dコントローラの比例・積分出力,微分出力である。また、プラントの伝達関数P(s)は、例えば、水槽試験データ等を用いて推定され、次式で与えられている。 In FIG. 17, ψ r is a target value signal, N d is an input disturbance signal, ψ is an output, N is an input to a plant, and NCpi and NCd are proportional / integrated outputs and differential outputs of the PI-D controller, respectively. .. Further, the transfer function P (s) of the plant is estimated using, for example, water tank test data and is given by the following equation.

Figure 2020187469
Figure 2020187469

なお、プラントの伝達関数P(s)は、システム同定の技術を用いて推定されていてもよい。図17より、以下の伝達関数が計算できる。なお、以下では、「P(s) 」を「P」と略記する。 The transfer function P (s) of the plant may be estimated using the technique of system identification. From FIG. 17, the following transfer function can be calculated. In the following, "P (s)" is abbreviated as "P".

Figure 2020187469
Figure 2020187469

上記2つの伝達関数は、プラントに対してPI−Dコントローラのゲインを変更することによって達成されうる相補感度関数,感度関数を表す式である。本例では簡単化のため評価関数は感度関数のみを評価する形式とし、次式のように、感度関数S(ρψ)に適当なゲインρ* ψを代入した際に得られる感度関数を、Sとする。 The above two transfer functions are equations representing complementary sensitivity functions and sensitivity functions that can be achieved by changing the gain of the PI-D controller with respect to the plant. In this example, for the sake of simplicity, the evaluation function is in the form of evaluating only the sensitivity function, and the sensitivity function obtained when an appropriate gain ρ * ψ is substituted for the sensitivity function S (ρ ψ ) is calculated as shown in the following equation. Let S d .

Figure 2020187469
Figure 2020187469

そして、本例では、評価関数の伝達関数を、Nからψまでの伝達関数とする。この伝達関数は「the load disturbance sensitivity function」と呼ばれており、次式で表される。なお、以下では、前述のように、「P(s) 」を「P」と略記し、さらに、「S(ρψ) 」を「S」と略記する。 Then, in this example, the transfer function of the evaluation function is a transfer function from N d to ψ. This transfer function is called "the load disturbance sensitivity function" and is expressed by the following equation. In the following, as described above, "P (s)" is abbreviated as "P", and "S (ρ ψ )" is abbreviated as "S".

Figure 2020187469
Figure 2020187469

上式は、感度関数(S)にプラントの伝達関数(P)を掛けることによって得られる目標伝達関数である。このPSを評価関数に組み込むと、評価関数Jは次式で表される。 The above equation is a target transfer function obtained by multiplying the sensitivity function (S) by the plant transfer function (P). When this PS is incorporated into the evaluation function, the evaluation function J is expressed by the following equation.

Figure 2020187469
Figure 2020187469

上式における疑似外乱入力は、次式の通りである。 The pseudo disturbance input in the above equation is as follows.

Figure 2020187469
Figure 2020187469

ini,ψiniは、次式のように実験における入力(uini)と出力(yini)の一部である。なお、ここでは感度関数のみを考慮するため、実験は1回のみ実施する。 N ini and ψ ini are part of the input (u ini ) and output (y ini ) in the experiment as shown in the following equation. Since only the sensitivity function is considered here, the experiment is performed only once.

Figure 2020187469
Figure 2020187469

次に、実験条件について説明する。PI−Dコントローラの初期ゲインを、ρx0,ρy0,ρψ0 に設定した。ρx0,ρy0 は調整しないため省略するが、0以外の値に設定した。初期ゲインρψ0 は、次式の通りである。 Next, the experimental conditions will be described. The initial gain of the PI-D controller was set to ρ x0 , ρ y0 , and ρ ψ0 . Since ρ x0 and ρ y0 are not adjusted, they are omitted, but they are set to values other than 0. The initial gain ρ ψ0 is as follows.

Figure 2020187469
Figure 2020187469

また、実験時の入力としては、ステップ外乱入力d=〔0,0,1〕を加えた。
以上をまとめると、図18に示すようになる。図18は、閉ループシステムにおいて初期実験の状態を示す図である。
Further, as the input at the time of the experiment, the step disturbance input d = [0,0,1] T was added.
The above can be summarized as shown in FIG. FIG. 18 is a diagram showing a state of an initial experiment in a closed loop system.

図19は、シミュレーションにより求められた応答特性を示す図である。図19において、破線L1は調整前の応答、実線L2は目標伝達関数のステップ応答(=目標応答)、破線L3は調整後の応答(最適化計算により算出された制御パラメータを用いたときの応答)を示す。 FIG. 19 is a diagram showing response characteristics obtained by simulation. In FIG. 19, the broken line L1 is the response before adjustment, the solid line L2 is the step response of the target transfer function (= target response), and the broken line L3 is the response after adjustment (response when the control parameters calculated by the optimization calculation are used). ) Is shown.

なお、調整前のゲイン(初期ゲインρψ0)は、
比例ゲインKpψ=100、積分ゲインKiψ=0.1、微分ゲインKdψ=1610
である。一方、調整後のゲインは、
比例ゲインKpψ=249.8413、積分ゲインKiψ=0.5001、微分ゲインKdψ=23182
となっている。
The gain before adjustment (initial gain ρ ψ0 ) is
Proportional gain Kp ψ = 100, integrated gain Ki ψ = 0.1, differential gain Kd ψ = 1610
Is. On the other hand, the adjusted gain is
Proportional gain Kp ψ = 249.8413, integrated gain Ki ψ = 0.5001, differential gain Kd ψ = 23182
It has become.

図19に示されるように、目標応答(L2)と調整後の応答(L3)とが一致しており、調整後の応答(L3)が目標応答(L2)を実現していることが分かる。 As shown in FIG. 19, the target response (L2) and the adjusted response (L3) match, and it can be seen that the adjusted response (L3) realizes the target response (L2).

本実施形態では、第1演算部201(図5)において目標伝達関数を算出する際に(図3のステップS24)、プラントに関する情報(例えば、プラントの伝達関数)を目標伝達関数に組み込むようにしている。このように、対象物(船)の動的特性(プラントの伝達関数)を加味して目標伝達関数を算出することにより、目標伝達関数と実現可能な伝達関数との次数などの伝達関数の構造を、ある程度一致させることが可能となるため、第2演算部202(図5)において、船の特性に適した制御パラメータを算出する(図2のステップS4)ことが容易になる。よって、制御パラメータの調整を良好に行うことができる。 In the present embodiment, when the target transfer function is calculated by the first calculation unit 201 (FIG. 5) (step S24 in FIG. 3), information about the plant (for example, the transfer function of the plant) is incorporated into the target transfer function. ing. In this way, by calculating the target transfer function by taking into account the dynamic characteristics of the object (ship) (transfer function of the plant), the structure of the transfer function such as the order of the target transfer function and the feasible transfer function. Is possible to match to some extent, so that it becomes easy for the second calculation unit 202 (FIG. 5) to calculate the control parameters suitable for the characteristics of the ship (step S4 in FIG. 2). Therefore, the control parameters can be satisfactorily adjusted.

また、上記のように、本実施形態では、対象物の動的特性を加味して目標伝達関数を算出するようにしたが、対象物の静的特性を加味して目標伝達関数を算出するようにしてもよいし、対象物の動的特性と静的特性の両方を加味して目標伝達関数を算出するようにしてもよい。 Further, as described above, in the present embodiment, the target transfer function is calculated in consideration of the dynamic characteristics of the object, but the target transfer function is calculated in consideration of the static characteristics of the object. Alternatively, the target transfer function may be calculated by taking into account both the dynamic characteristics and the static characteristics of the object.

なお、本実施形態では、目標となるシステム表現(システムの目標モデル)として、目標となる伝達関数(目標伝達関数)を用いたが、状態空間モデルやインパルス応答を用いてもよい。 In this embodiment, the target transfer function (target transfer function) is used as the target system representation (system target model), but a state space model or impulse response may also be used.

また、本実施形態の制御調整装置について、船の自動操縦システム(自動操船システム)を用いて説明したが、船以外の移動体の他、産業用ロボット等、対象物の位置及び/又は姿勢を制御する自動操縦システムに用いてもよい。また、上記では、フィードバック制御の一例として、PI−D制御を用いたが、通常のPID制御、PI制御またはPD制御であってもよい。また、フィードバック制御に代えて、フィードフォワード制御を用いてもよいし、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用してもよい。 Further, the control and adjustment device of the present embodiment has been described using the autopilot system (autopilot system) of the ship, but the position and / or attitude of an object such as an industrial robot as well as a moving body other than the ship has been described. It may be used in a controlled autopilot system. Further, in the above, PI-D control is used as an example of feedback control, but normal PID control, PI control or PD control may be used. Further, instead of the feedback control, the feedforward control may be used, or the feedback control and the feedforward control may be used in combination.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。 From the above description, many improvements and other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the above description should be construed only as an example and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best aspects of carrying out the present invention. The details of its structure and / or function can be substantially changed without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、ユーザが制御パラメータの調整を容易に実施することが可能となる制御調整装置等として有用である。 The present invention is useful as a control adjustment device or the like that allows a user to easily adjust control parameters.

1 操作表示器
2A 制御器
2M 記憶部
2 制御調整用コントロール部
3 操船用コントロール部
5 アクチュエータ部
6 船のダイナミクス
7 センサ部
201 第1演算部
202 第2演算部
1 Operation display 2A Controller 2M Storage unit 2 Control adjustment control unit 3 Ship operation control unit 5 Actuator unit 6 Ship dynamics 7 Sensor unit 201 1st calculation unit 202 2nd calculation unit

Claims (5)

対象物と、この対象物の位置及び/又は姿勢を変更させる駆動装置と、前記対象物を目標位置及び/又は目標姿勢となるように前記駆動装置を制御パラメータに基づいてフィードバック制御及び/又はフィードフォワード制御することにより自動運転を行う制御部と、を有するシステム、の前記制御パラメータを調整するための制御調整装置であって、
ユーザが前記システムの目標応答特性を示す目標応答特性指定情報を入力するための操作入力部と、
前記操作入力部から入力される前記目標応答特性指定情報に基づいて前記システムの目標モデルを算出する第1演算部と、
前記第1演算部で算出された前記システムの目標モデルと、前記システムの入出力時系列データとを用いて最適化計算を行い、前記フィードバック制御及び/又はフィードフォワード制御を行うための複数の制御パラメータを算出する第2演算部と、
前記第2演算部で算出された制御パラメータを前記制御部に適用するパラメータ適用部と、
を備えた制御調整装置。
An object, a drive device that changes the position and / or attitude of the object, and feedback control and / or feed of the drive device based on control parameters so that the object has a target position and / or a target attitude. A control adjusting device for adjusting the control parameters of a system having a control unit that automatically operates by forward control.
An operation input unit for the user to input target response characteristic specification information indicating the target response characteristic of the system, and
A first calculation unit that calculates a target model of the system based on the target response characteristic designation information input from the operation input unit, and
A plurality of controls for performing the feedback control and / or the feedforward control by performing the optimization calculation using the target model of the system calculated by the first calculation unit and the input / output time series data of the system. The second calculation unit that calculates the parameters and
A parameter application unit that applies the control parameters calculated by the second calculation unit to the control unit, and
Control and adjustment device equipped with.
前記第1演算部で算出された前記システムの目標モデルにステップ入力またはランプ入力があった場合の出力波形データを算出する波形データ算出部と、
前記波形データ算出部で算出された出力波形データを画面にグラフ表示する表示部と、
をさらに備えた請求項1に記載の制御調整装置。
A waveform data calculation unit that calculates output waveform data when there is a step input or a lamp input in the target model of the system calculated by the first calculation unit.
A display unit that displays the output waveform data calculated by the waveform data calculation unit as a graph on the screen, and
The control adjustment device according to claim 1, further comprising.
前記入出力時系列データを複数記憶しているデータ記憶部と、
前記複数の入出力時系列データを周波数解析し、この解析結果と、前記第1演算部で算出された前記システムの目標モデルの特性とに基づいて、前記データ記憶部に記憶されている前記複数の入出力時系列データの中から前記第2演算部の最適化計算で用いる入出力時系列データを選択するデータ選択部と、
をさらに備えた請求項1または2に記載の制御調整装置。
A data storage unit that stores a plurality of input / output time series data, and
The plurality of input / output time series data are frequency-analyzed, and the plurality of data are stored in the data storage unit based on the analysis result and the characteristics of the target model of the system calculated by the first calculation unit. A data selection unit that selects the input / output time series data used in the optimization calculation of the second calculation unit from the input / output time series data of
The control adjustment device according to claim 1 or 2, further comprising.
前記入出力時系列データを新たに取得するために前記対象物の位置及び/又は姿勢を変更させる実験を行うための実験条件を予め記憶している実験条件記憶部と、
前記実験条件記憶部に記憶されている実験条件に基づいて前記制御部に自動運転を行わせ、このときの前記入出力時系列データを取得する実験実施部と、
をさらに備えた請求項1〜3のいずれかに記載の制御調整装置。
An experimental condition storage unit that stores in advance experimental conditions for performing an experiment for changing the position and / or posture of the object in order to newly acquire the input / output time series data.
An experiment execution unit that causes the control unit to perform automatic operation based on the experiment conditions stored in the experiment condition storage unit and acquires the input / output time series data at this time.
The control adjustment device according to any one of claims 1 to 3.
前記第2演算部で複数の制御パラメータが算出されるたびに、この複数の制御パラメータをセットにして記憶するパラメータセット記憶部と、
前記パラメータセット記憶部に記憶されている複数のセットの中からユーザが1つまたは複数の前記セットを選択するためのパラメータセット選択操作部と、
前記パラメータセット選択操作部で選択されたそれぞれの前記セットに含まれる複数の制御パラメータを前記フィードバック制御及び/又はフィードフォワード制御に用いたときの前記対象物の挙動を求めるためのシミュレーションを行うシミュレーション部と、
前記シミュレーション部で求められた前記対象物の挙動を画面に表示する表示部と、
をさらに備えた請求項1〜4のいずれかに記載の制御調整装置。
Each time a plurality of control parameters are calculated by the second calculation unit, a parameter set storage unit that stores the plurality of control parameters as a set and a parameter set storage unit
A parameter set selection operation unit for the user to select one or more of the plurality of sets stored in the parameter set storage unit, and a parameter set selection operation unit.
A simulation unit that performs a simulation for obtaining the behavior of the object when a plurality of control parameters included in each of the set selected by the parameter set selection operation unit are used for the feedback control and / or feedforward control. When,
A display unit that displays the behavior of the object obtained by the simulation unit on the screen, and
The control adjustment device according to any one of claims 1 to 4, further comprising.
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