JP2021064248A - Automatic ship steering system for ship - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、離着桟制御を行う船舶用自動操船装置に関する。 The present invention relates to an automatic ship maneuvering device for ships that controls takeoff and landing.
近年、利便性向上の期待や航海機器とのシステム化の実現などを目的として、船舶の離着桟操船を自動で制御する離着桟制御システム(以下、BCS:Berthing Control System)の需要が拡大している。BCSは、船体方位と船体位置とを出発点から到達点まで移動・保持するシステムであり、その制御方法として、非特許文献1,2が知られている。
In recent years, there has been an increase in demand for a takeoff and landing control system (hereinafter, BCS: Berthing Control System) that automatically controls the takeoff and landing pier of a ship for the purpose of improving convenience and realizing systematization with navigation equipment. doing. BCS is a system that moves and holds the hull direction and the hull position from the starting point to the reaching point, and Non-Patent
また、計画航路に追従させる航路制御システム(以下、TCS:Track Control System)に関連する技術として、指令舵角を出力するフィードバック制御部を、方位誤差、航路誤差及び潮流の推定を行う推定器と、方位制御ループを構成する方位制御系フィードバックゲイン器と、方位制御ループを含む航路制御ループを構成する航路制御系フィードバックゲイン器として構成し、推定器が、方位制御系フィードバックゲイン器へsway方向の潮流推定誤差に基づく修正量を入力することを特徴とする船舶用自動操舵装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 In addition, as a technology related to a route control system (hereinafter, TCS: Track Control System) that follows a planned route, a feedback control unit that outputs a command steering angle is used as an estimator that estimates orientation error, route error, and tidal current. , The azimuth control system feedback gainer that constitutes the azimuth control loop and the route control system feedback gainer that constitutes the route control loop including the azimuth control loop, and the estimator is set to the azimuth control system feedback gainer in the way direction. An automatic marine steering device characterized by inputting a correction amount based on a tidal current estimation error is known (see, for example, Patent Document 1).
本発明が解決しようとする課題は、TCSとBCSとを統合して船舶の操船制御を行うことができる船舶用自動操船装置を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide an automatic ship maneuvering device capable of controlling ship maneuvering by integrating TCS and BCS.
一実施形態においては、surge方向及びsway方向の速度とyaw周りの角速度とを制御可能な推進駆動装置と、船首方位及び船体位置を検出するセンサとを備える船舶を制御する船舶用自動操船装置であって、予め設定された計画航路に追従するように前記船舶のsway方向の船体位置及び船首方位のフィードバック制御を行う航路制御部と、前記計画航路における目的地である到達位置に前記船体位置を一致させるように前記船舶のsurge方向及びsway方向の船体位置をフィードバック制御する位置制御部と、前記到達位置と船体位置との離間距離に基づいて、前記航路制御部によりフィードバック制御を行う移動モードと、前記位置制御部によりフィードバック制御を行う保持モードとを切り替えるモード切替部とを備える。 In one embodiment, an automatic ship maneuvering device for controlling a ship including a propulsion drive device capable of controlling speeds in the serge direction and the way direction and an angular speed around the yaw, and sensors for detecting the bow orientation and the hull position. Therefore, the hull position is set to a route control unit that performs feedback control of the hull position and the bow direction of the ship in the sway direction so as to follow the preset planned route, and the hull position to the destination position in the planned route. A position control unit that feedback-controls the hull position of the ship in the serge direction and the way direction so as to match, and a movement mode in which the route control unit performs feedback control based on the separation distance between the arrival position and the hull position. A mode switching unit for switching between a holding mode in which feedback control is performed by the position control unit is provided.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1.1 船舶用自動操船装置の構成)
まず、本実施形態に係る船舶用自動操船装置を含むシステムについて説明する。図1は、船舶用自動操船装置と制御対象とを含むシステム全体のブロック図である。図2は、フィードバック制御部の構成を示すブロック図である。
(1.1 Configuration of automatic ship maneuvering device for ships)
First, a system including an automatic ship maneuvering device according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram of the entire system including an automatic ship maneuvering device and a controlled object. FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a feedback control unit.
図1に示すように、本実施形態における船舶用自動操船装置1は、推進駆動装置4及びセンサ類5が備えられた船体3を制御するものであって、船体位置を計画航路に追従させるとともに、計画航路における最終地点である到達位置に一致させるように、surge方向及びsway方向の速度nu,θv、yaw周りの角速度θrを制御可能な推進駆動装置4によって制御する装置である。ここで推進駆動装置4は、船首と船尾とに設けられたアジマススラスターとする。
As shown in FIG. 1, the automatic
船舶用自動操船装置1は、軌道計画部11、誤差演算部12、フィードバック制御部13、速度推定部14、モード切替部15を備えている。誘導システム2から計画航路が軌道計画部11に入力され、軌道計画部11からは参照方位ψR、参照位置xR、yR、参照速度uR、到達方位ψB、到達位置xb,ybを含む参照信号が出力される。ここで、参照方位ψRは船体3を航路に追従させるための方位であり、参照位置xR、yRは航路上の一点である。また、到達位置xb,ybは計画航路の終点であり目的地点の位置であり、到達方位ψBは予め設定された到達位置xb,ybにおいて船体3が向くべき方位である。
The automatic
船体3のセンサ類5は、船体3の船首方位ψを検出するジャイロコンパス、GPS等の衛星測位システム(GNSS)からの船体位置(x,y)を検出するGNSSセンサを含む。なお、センサ類5は、船首方位ψ、船体位置(x,y)をそれぞれ検出可能なセンサを含むものであれば良い。
The
速度推定部14には、センサ類5からの検出信号のうち、船体位置(x,y)が入力され、速度推定部14は、船体位置(x,y)に基づいて船体3の速度を推定して推定速度u^として出力する。
The hull position (x, y) of the detection signals from the
誤差演算部12には、船首方位ψ、船体位置(x,y)等のセンサ類5からの検出信号と速度推定部14からの推定速度u^が入力され、誤差演算部12は、参照方位ψR、参照位置xR,yR、到達方位ψB、到達位置xb,yb、参照速度uRと、検出信号、推定速度との比較を行い、方位誤差ψe、航路誤差ye、位置誤差xe,ye、速度誤差ueを出力する。
A detection signal from
フィードバック制御部13は、図2に示すように、航路制御部132と、位置制御部133とを備える。航路制御部132は、方位誤差ψeを低減させるyaw角速度θr、航路誤差ye、速度誤差ueをそれぞれ低減させるsurge速度nu、sway速度θvを制御量として推進駆動装置4へ出力する。位置制御部133は、方位誤差ψeを低減させるyaw角速度θr、位置誤差xe,yeを低減させるsurge速度nu、sway速度θvを制御量として推進駆動装置4へ出力する。
As shown in FIG. 2, the
モード切替部15は、後述する条件に基づいて、航路制御部132により制御量を推進駆動装置4へ出力させる移動モードと、位置制御部133により制御量を推進駆動装置4へ出力させる保持モードとを切り替える。また、モード切替部15は、誤差演算部12についても移動モードと保持モードとの切り替えを行う。
The
誤差演算部12は、移動モードにおいて、参照方位ψRと船首方位ψとの誤差、計画航路に対するsway方向の船体位置の誤差、参照速度uRと速度推定部14により出力された推定速度u^との誤差を、それぞれ、方位誤差ψe、航路誤差ye、速度誤差ueとしてフィードバック制御部13の航路制御部132に出力する。
In the movement mode, the
また、誤差演算部12は、保持モードにおいて、到達方位ψBと船首方位ψとの誤差、到達位置xb,ybと船体位置x,yとの誤差を、それぞれ、方位誤差ψe、位置誤差xe,yeとしてフィードバック制御部13の位置制御部133に出力する。
Further, in the holding mode, the
(1.2 計画航路と制御モード)
計画航路について説明する。図3は、計画航路と制御モードとを示す図である。
(1.2 Planned route and control mode)
The planned route will be explained. FIG. 3 is a diagram showing a planned route and a control mode.
船体位置の移動・保持は、図3に示すように、計画航路に船体航跡を追従させるものである。図3において、O−XYは地球固定座標、点Aは船体位置の出発点、点Bは到達点、点Wは点Aから点Bまでの中間点であるウェイポイント、点Cは旋回中心である。ウェイポイントは、多様な計画航路に対応するために設定される。 As shown in FIG. 3, the movement / holding of the hull position causes the hull track to follow the planned route. In FIG. 3, O-XY is the fixed coordinates of the earth, point A is the starting point of the hull position, point B is the reaching point, point W is the waypoint which is the intermediate point from point A to point B, and point C is the turning center. is there. Waypoints are set to accommodate a variety of planned routes.
計画航路は直線と曲線の組み合わせにより構成され、船舶用自動操船装置1は、計画航路上を移動モードと保持モードとで航行するように船舶を制御する。船舶用自動操船装置1は、概ね、以下のようなシーケンスにより計画航路に沿って出発位置である点Aから到達位置である点Bまでの航行を制御する。
The planned route is composed of a combination of straight lines and curved lines, and the automatic
まず、船舶用自動操船装置1は、点Aにおける船体の船首方位ψを、初期方位ψ0から計画方位ψAWに旋回制御によって収束させる(ステップ1)。計画方位ψAWは、図3における直線AW方向における点W側を向く。次に、船舶用自動操船装置1は、船体位置を移動モードと保持モードとによって点Aから点Bに移し(ステップ2)、ステップ1と同様に、点Bにおける船首方位ψを、計画方位ψWBから到達方位ψBに一致させる(ステップ3)。ここで、計画方位ψWBは、図3における直線WB方向における点B側を向き、到達方位ψBは、点Bにおける船首方位ψとして予め設定される方位である。なお、旋回制御は、後述するように、旋回運動と方位制御とによって構成される。
First, the automatic
(1.3 船体モデル) (1.3 Hull model)
船体運動モデルは、3自由度の線形項で表すと、次式になる。 The hull motion model can be expressed by a linear term with three degrees of freedom as follows.
(1)式を書き直すと、 (1) If you rewrite the formula,
船体モデルは(4)式をsurge成分とsway,yaw成分とに分離し、ラプラス変換する。surge成分は、 The hull model separates equation (4) into a surge component and a sway and yaw components, and Laplace transforms them. The surge component is
船体速度には船体固定座標系が用いられ、船体位置には地球固定座標系が用いられるので、両者の関係は、 Since the hull fixed coordinate system is used for the hull speed and the earth fixed coordinate system is used for the hull position, the relationship between the two is
(1.4 アジマススラスターモデル)
アジマススラスターモデル(以下、ATM:Azimuth Thruster Model)について説明する。図4は、船体モデルを示す図である。図5は、アジマススラスターの特性を示す図である。
(1.4 Azimuth thruster model)
An azimuth thruster model (hereinafter referred to as ATM: Azimuth Thruster Model) will be described. FIG. 4 is a diagram showing a hull model. FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the azimuth thruster.
推進駆動装置4のATMは、そのプロペラ回転数とその方向によって推力ベクトルを制御する。図4において、2機のATMから発生するγは
The ATM of the
ATMの回転数と推力の特性を図5に示す。この図5において、n0の推力微係数を The characteristics of the ATM rotation speed and thrust are shown in FIG. In FIG. 5, the thrust coefficient of n 0 is calculated.
(14)式に上式を代入すると、γは Substituting the above equation into equation (14), γ becomes
一方、ATMの入力を制御量nu,θv,θrで置き換えると On the other hand, if the ATM input is replaced with control quantities n u , θ v , and θ r,
(1.5 外乱成分) (1.5 Disturbance component)
外乱成分は、潮流成分uc,vcと方位軸周り角速度roとする。定式化すると次式になる。 Disturbance component is a tidal component u c, v c and the azimuth axis angular velocity r o. When formulated, it becomes the following equation.
(2 制御システム) (2 control system)
制御システムについて説明する。 The control system will be described.
(2.1.1 制御対象)
(13)式において、方位をψ=0で線形化すると次式になる。
(2.1.1 Control target)
In equation (13), when the orientation is linearized with ψ = 0, the following equation is obtained.
(2.1.2 誤差)
保持モード、移動モードにおける誤差について説明する。図6、図7は、それぞれ、保持モード、移動モードにおける誤差を示す図である。
(2.1.2 error)
The error in the holding mode and the moving mode will be described. 6 and 7 are diagrams showing errors in the holding mode and the moving mode, respectively.
保持モードの誤差を図6、移動モードの誤差を図7に示すように定める。図6、図7に示すように、保持モードでは到達位置が、移動モードでは計画航路が、それぞれ参照される。方位誤差ψeは、保持モード、移動モードのいずれにおいても The error of the holding mode is defined as shown in FIG. 6, and the error of the moving mode is defined as shown in FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, the arrival position is referred to in the holding mode, and the planned route is referred to in the moving mode. The orientation error ψ e is set in both the holding mode and the moving mode.
添字−1は逆行列である。
Subscript -1 is an inverse matrix.
移動モードの誤差を示す図7において、点Pは船体位置、点HはPからの垂足を示し、航路誤差ye>0(右手系)は垂足の長さになる。速度誤差ueは In FIG. 7, which shows the error of the movement mode, the point P indicates the hull position, the point H indicates the foot drop from P, and the route error y e > 0 (right-handed system) is the length of the foot drop. Speed error u e is
(2.1.3 制御器)
フィードバック制御部における制御器について説明する。図8は、移動モード及び保持モードのそれぞれに対応する制御対象を示す図である。
(2.1.3 Controller)
The controller in the feedback control unit will be described. FIG. 8 is a diagram showing a control target corresponding to each of the movement mode and the holding mode.
フィードバック制御部における制御器の伝達特性は、船体座標において次式となる。 The transmission characteristics of the controller in the feedback control unit are given by the following equation in hull coordinates.
図8に示すように、移動モードにおいては、surge速度、sway位置及びyaw角度が制御対象となり、保持モードにおいては、surge位置、sway位置及びyaw角度が制御対象となる。 As shown in FIG. 8, in the movement mode, the serge speed, the sway position and the yaw angle are controlled targets, and in the holding mode, the sage position, the sway position and the yaw angle are controlled targets.
(2.2 移動モード)
移動モードについて説明する。図9は、surge方向の速度制御を示す図である。
(2.2 movement mode)
The movement mode will be described. FIG. 9 is a diagram showing speed control in the serge direction.
移動モードに切り替えられた際に制御量を出力する航路制御部132は、速度制御と航路制御の2つの制御動作をもつ。速度制御は、図9に示すように、参照速度にsurge速度を追従させる制御動作である。航路制御は参照航路に船体位置を追従させる制御動作である。航路制御は航路誤差yeをゼロに収斂させるもので、(34)式のCy(s)によって実施する。Cy(s)は保持モードの説明において後述し、本節においては速度制御について説明する。
The
(2.2.1 参照速度)
参照速度uRについて説明する。図10は、参照速度の時系列を示す図である。
(2.2.1 Reference speed)
The reference speed u R will be described. FIG. 10 is a diagram showing a time series of reference speeds.
参照速度uRは、軌道計画部11により設定値に基づいて算出される。参照速度uRは図10に示すように、加速時間Tacc、等速時間Tvolと減速時間Tdecの順で時系列に並ぶ3つの区間を有し、加速時間Tacc、減速時間Tdecにおける加減速はランプ傾斜になる。等速は船体位置からの参照航路上の垂足位置が減速開始位置に達するまで継続する。参照速度に関する変数は軌道計画部11において設定される。
The reference speed u R is calculated by the
(2.2.1 船体速度の推定値)
速度推定部により算出される船体速度の推定値について説明する。図11は、船体速度と潮流成分とを示す図である。
(2.2.1 Estimated hull speed)
The estimated value of the hull speed calculated by the speed estimation unit will be described. FIG. 11 is a diagram showing the hull velocity and the tidal current component.
対地速度は図11に示すように,船体成分と潮流成分との和になり As shown in Fig. 11, the ground speed is the sum of the hull component and the tidal current component.
対地速度は時間当たりの船体位置の変化に相当するから Because the ground speed corresponds to the change in hull position per hour.
(2.2.2 速度フィードバック制御)
速度フィードバック制御について説明する。
(2.2.2 Speed feedback control)
The speed feedback control will be described.
速度フィードバック制御Cu(s)は Speed feedback control Cu (s)
(2.2.3 速度制御の特性)
速度制御の特性について説明する。図12は、簡略化した速度制御を示す図である。
(2.2.3 Characteristics of speed control)
The characteristics of speed control will be described. FIG. 12 is a diagram showing simplified speed control.
図12に示す速度誤差の伝達特性と定常特性は The transmission characteristics and steady-state characteristics of the speed error shown in FIG. 12 are shown.
(2.2.4 旋回運動)
旋回運動について説明する。
(2.2.4 turning motion)
The turning motion will be described.
旋回運動は図3、図7に示すように,点C周りで実施し,参照方位に船首方位を方位制御によって追従させるものである。参照方位は As shown in FIGS. 3 and 7, the turning motion is carried out around the point C, and the bow direction is made to follow the reference direction by the directional control. The reference direction is
(2.2.5 モード切り替え)
移動モードから保持モードに切り替わる条件を説明する。
(2.2.5 mode switching)
The conditions for switching from the move mode to the hold mode will be described.
計画航路は図3に示すように、点Bの手前の位置から保持モードになる。その位置から点Bまでの距離を緩衝距離distbfと呼ぶ。distbfは切り換え時に残った船速をゼロに収斂させるためのものである。移動モードの推定速度u^は図10に示す参照速度uRに追従して減速時間Tdecにおいて減速し、 As shown in FIG. 3, the planned route enters the holding mode from the position before the point B. The distance from that position to the point B is called the buffer distance dist bf. The dist bf is for converging the ship speed remaining at the time of switching to zero. The estimated speed u ^ of the movement mode decelerates in the deceleration time T dec following the reference speed u R shown in FIG.
参照速度uRにおける減速時間Tdecは移動モードの時系列における最後の区間であるため、推定速度u^に基づくモード切り替えについても、間接的に、船体位置と点Bとの距離に基づくものといえる。 Since the deceleration time T dec at the reference speed u R is the last section in the time series of the movement mode, the mode switching based on the estimated speed u ^ is also indirectly based on the distance between the hull position and the point B. I can say.
(2.3 保持モード)
(2.3.1 位置フィードバック制御)
位置フィードバック制御について説明する。
(2.3 retention mode)
(2.3.1 Position feedback control)
Position feedback control will be described.
位置フィードバック制御C(s)はsurge(添字x),sway(添字y)とyaw(添字ψ)の3つからなり、すべて同形とする。その制御は、PID制御にローパスフィルタLPFを追加したものとする。PID制御の伝達関数K(s)は The position feedback control C (s) consists of three (subscript x ), sway (subscript y ), and yaw (subscript ψ ), all of which have the same shape. The control is assumed that a low-pass filter LPF is added to the PID control. The transfer function K (s) of PID control is
(2.3.2 外乱影響)
外乱影響について説明する。図13は、surge方向の位置制御を示す図である。
(2.3.2 Impact of disturbance)
The effects of disturbance will be explained. FIG. 13 is a diagram showing position control in the serge direction.
外乱成分による誤差を調べる。制御システムはsurge,sway方向とyaw周りから構成する。図11に示されるsurge方向の位置制御において、添字uはsurge方向を示し、Cu(s)はフィードバック制御器であり、Pu(s)は制御対象であり、X(s)、XR(s),Xe(s)はそれぞれ船体位置、参照位置、誤差であり、Uc(s)は潮流成分である。誤差の伝達特性を求めると,次式になる。 Investigate the error due to the disturbance component. The control system consists of a serge, a way direction, and a yaw circumference. In surge direction of the position control shown in FIG. 11, the subscript u denotes the surge direction, C u (s) is a feedback controller, P u (s) is a control target, X (s), X R (S) and X e (s) are the hull position, the reference position, and the error, respectively, and U c (s) is the tidal current component. The following equation is obtained when the error transmission characteristics are obtained.
(51)式で、潮流成分に関する誤差を求めると When the error related to the tidal current component is calculated by Eq. (51),
誤差の定常値を制御器の積分器の有無で求めると When the steady value of the error is obtained with or without the integrator of the controller
また、外乱成分がランプ状であり、船体3が旋回運動中の船体座標においては、以下のような状況が生じる可能性がある。
In addition, the following situations may occur in the hull coordinates when the
・一定の外乱成分は方位角によって変動し、制御器は追従できず誤差を生じる。
・旋回中においては、積分器を停止した方が誤差の増加を抑制できる。
・誤差の発生は制御システムと外乱特性の相対関係に依存する。
・ A certain disturbance component fluctuates depending on the azimuth angle, and the controller cannot follow it, causing an error.
-While turning, stopping the integrator can suppress the increase in error.
-The occurrence of error depends on the relative relationship between the control system and the disturbance characteristics.
なお、誤差の抑制には、潮流成分を推定する方法があるが、対水速度を必要とする。 There is a method of estimating the tidal current component to suppress the error, but it requires a water velocity.
(3 検証)
本提案法をシミュレーションによって検証し、その有効性を確認する。
(3 verification)
We will verify the proposed method by simulation and confirm its effectiveness.
(3.1 条件)
シミュレーションの条件について説明する。図14、図15は、それぞれ、シミュレーションにおける速度制御、位置制御に係る制御ゲインを示す図である。
(3.1 conditions)
The simulation conditions will be described. 14 and 15 are diagrams showing control gains related to speed control and position control in simulation, respectively.
シミュレーションにおける船体モデルは、船長L=30m、質量m=300×103kg、 The hull model in the simulation is captain L = 30 m, mass m = 300 × 10 3 kg,
推進駆動装置4は、l=L/2=15m,n0=200rpm,fn0=700kgf・rpm−1、開度制限値45degとする。
The
制御ゲインは、図14、図15に示すように設定する。また、計画航路は点A=(0,0)、点B=(0,500),点W=(300,300)とし、ここで単位は[m]である。また、移動モードについては、uR=2m/s,Tacc=Tdec=60s,rR=2deg/s,radius=57.3m,ΔψR=101.3deg,distbf=30m,ubf=0.1m/sとする。また、外乱成分は、潮流成分(Uc=3m/s,ψc=0deg)、角速度ro=1deg/sとする。また、サンプリング時間はΔt=0.1sとする。 The control gain is set as shown in FIGS. 14 and 15. The planned route is point A = (0,0), point B = (0,500), point W = (300,300), where the unit is [m]. Regarding the movement mode, u R = 2 m / s, T acc = T dec = 60 s, r R = 2 deg / s, radius = 57.3 m, Δψ R = 101.3 deg, dist bf = 30 m, u bf = It is set to 0.1 m / s. Further, the disturbance component, tidal components (U c = 3m / s, ψ c = 0deg), the angular velocity r o = 1deg / s. The sampling time is Δt = 0.1s.
(3.2結果)
シミュレーション結果について説明する。図16〜図19は、それぞれ、シミュレーション結果における計画航路及び船体航跡、船体運動量、誤差量、操作量を示す図である。
(3.2 result)
The simulation results will be described. 16 to 19 are diagrams showing the planned route, the hull track, the hull momentum, the error amount, and the operation amount in the simulation results, respectively.
図16に示すように、船体位置が移動モード中に外乱の影響により航路誤差を生じるが、到達位置である点Bに収束している。また、図17に示すように、旋回時において、u^がv,rの影響を受け、vはrとの連成運動の影響を受けることがわかる。また、図18に示すように、誤差はモード切り替え時に過渡応答を生じ、時間とともにゼロに漸近しているので、閉ループ安定性が確保できていることがわかる。また、図15に示すように、操作量θが初期に飽和し、θ,nが一部に急峻的な応答を示していることがわかる。 As shown in FIG. 16, the hull position causes a navigation error due to the influence of disturbance during the movement mode, but it converges to the point B which is the arrival position. Further, as shown in FIG. 17, it can be seen that u ^ is affected by v and r and v is affected by the coupled motion with r during turning. Further, as shown in FIG. 18, since the error causes a transient response when the mode is switched and gradually approaches zero with time, it can be seen that the closed loop stability can be ensured. Further, as shown in FIG. 15, it can be seen that the manipulated variable θ is saturated at the initial stage, and θ and n show a steep response in part.
(4 まとめ)
移動モードと保持モードとを切り替える船舶用自動操船装置について、シミュレーションにより有効性を検証した結果を考慮してまとめると、以下のようになる。
(4 Summary)
The following is a summary of the automatic ship maneuvering device for switching between the movement mode and the holding mode, considering the results of verifying the effectiveness by simulation.
・TCSとBCSとを統合した制御システムの設計を提案した。
・対水速度を用いずに速度制御を含んだ制御システムの設計を提案した。
・制御対象をsurge及びswayとyawに分割し、それぞれの応答モデルを示した。
・外乱成分に対する閉ループ制御系の特性を解析した。
・計画航路の移動モードに速度制御と旋回制御を採用した。
・速度制御は参照速度と推定速度を用いることで、潮流外乱の影響を打ち消すことができた。
・旋回制御により計画航路にウェイポイントを導入することができ、多様な航路計画を可能にした。
・提案法によって、出発点から到達点までの船位を移動できた。
-Proposed the design of a control system that integrates TCS and BCS.
-Proposed a design of a control system that included speed control without using water speed.
-The control target was divided into serge, sway, and yaw, and the response models for each were shown.
・ The characteristics of the closed loop control system for disturbance components were analyzed.
-Adopted speed control and turning control as the movement mode of the planned route.
-By using the reference speed and the estimated speed for speed control, the influence of tidal current disturbance could be canceled out.
・ Waypoints can be introduced into the planned route by turning control, enabling various route plans.
・ By the proposed method, the ship position could be moved from the starting point to the reaching point.
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The embodiments of the present invention are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1 船舶用自動操船装置
4 推進駆動装置
5 センサ類
13 フィードバック制御部
15 モード切替部
132 航路制御部
133 位置制御部
1 Automatic
Claims (6)
予め設定された計画航路に追従するように前記船舶のsway方向の船体位置及び船首方位のフィードバック制御を行う航路制御部と、
前記計画航路における目的地である到達位置に前記船体位置を一致させるように前記船舶のsurge方向及びsway方向の船体位置をフィードバック制御する位置制御部と、
前記到達位置と船体位置との離間距離に基づいて、前記航路制御部によりフィードバック制御を行う移動モードと、前記位置制御部によりフィードバック制御を行う保持モードとを切り替えるモード切替部と
を備える船舶用自動操船装置。 An automatic ship maneuvering device for controlling a ship, which includes a propulsion drive device capable of controlling speeds in the serge direction and the way direction and an angular velocity around yaw, and a sensor for detecting the bow direction and the hull position.
A route control unit that performs feedback control of the hull position and bow direction of the ship in the sway direction so as to follow a preset planned route.
A position control unit that feedback-controls the hull position in the serge direction and the way direction of the ship so as to match the hull position with the arrival position that is the destination in the planned route.
Automatic for ships including a mode switching unit that switches between a movement mode in which feedback control is performed by the route control unit and a holding mode in which feedback control is performed by the position control unit based on the distance between the arrival position and the hull position. Ship maneuvering device.
前記航路制御部は、前記参照速度と前記推定された対地速度との誤差に基づいて、前記船舶のsurge速度をフィードバック制御することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の船舶用自動操船装置。 Further provided with a speed estimation unit that estimates the ground speed of the ship based on the hull position,
The automatic ship operation according to claim 2 or 3, wherein the route control unit feedback-controls the serge speed of the ship based on an error between the reference speed and the estimated ground speed. Ship maneuvering device.
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WO2023089843A1 (en) * | 2021-11-18 | 2023-05-25 | 東京計器株式会社 | Automatic steering device for vessels |
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-
2019
- 2019-10-16 JP JP2019189368A patent/JP2021064248A/en active Pending
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