JP2021187374A - 船舶の制御法 - Google Patents
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Abstract
Description
テーブルは、
1.左右舵の組合せ舵角に対する推力の船首尾(縦)方向の力の大きさ、横方向の力の大きさを表示する
2.左右舵の組合せ舵角に対して、推力の方向を、船首方向を基準にして表す角度、その方向における推力の大きさを示す
もちろん、操船制御システムが、必要な推力の大きさと方向に対してある組合せ舵角を操舵装置に要求して、それに対して取られた組合せ舵角による船尾の動きを学習させ、だんだん習熟させていって操船を上達させることもできる。しかし、これには大変多くのケースについての学習が必要となる。
操船システムにより、着桟時もしくは離桟時に、船体の回頭や船尾部の縦移動及び横移動や船首部の縦移動及び横移動を制御して船の姿勢を保ちながら目標位置まで誘導し、目標位置に近づけばそれぞれの方向の動きに反力を与えて制動を掛け目標位置に正しく止めるように操船することを特徴とする。
(船舶の制御法の概要)
着桟時等においては、船体の回頭や船尾部の縦移動及び横移動や船首部の縦移動及び横移動を制御して船の姿勢を保ちながら目標位置まで誘導し、目標位置に近づけばそれぞれの方向の動きに反力を与えて制動を掛け目標位置に正しく止めるように操船する。
これらの力の関係を分析することにより、あるいは過去の操船によって得られた学習・蓄積データから力の成分を分析することにより、現在の船体運動を推定し、目標とする船体運動と比較照合する。
(自動操船演算制御装置)
船舶の運動に関しては、一般的には、例えば次の運動方程式が与えられている。
(m+mx)・∂u/∂t=(m+my)rv−(m+mz)qw+X
(m+my)・∂v/∂t=(m+mz)pw−(m+mx)ru+Y
(m+mz)・∂w/∂t=(m+mx)qu−(m+my)pv+Z
(Ix+Jx)・∂p/∂t=(my−mz)wv+(Iy−Iz+Jy−Jz)qr+L
(Iy+Jy)・∂q/∂t=(mz−mx)uw+(Iz−Ix+Jz−Jx)rp+M
(Iz+Jz)・∂r/∂t=(mx−my)vu+(Ix−Iy+Jx−Jy)pq+N
式中、X、Y、Zはそれぞれx、y、z方向の外力成分、L、M、Nはそれぞれx、y、z軸廻りの外力のモーメントである。
(着桟例)
通常航行中などある程度船速が大きい場合においては船が斜行前進していれば、船体に揚力が発生し旋回力が発生することになるが、離着桟時等は、前進速力は極めて小さいので前進斜行による回頭の影響は制御要素としては考慮しない。
・航行水面が狭い
・航行水面が浅い
・船速が遅いため、すなわちプロペラ推力が相対的に小さいため外力としての風、潮流の影響が大きくなる
・停泊している船や航行している他船が多い
・着桟位置、船の姿勢が制約される等
着桟の操縦においては、舵、必要によってはプロペラ(回転)など各アクチュエータの操作を最少にし、最短時間で停止位置までの移動経路を設定することが理想である。
vys=vys0[1−exp{−(ys−dys0)}]
vyh=vyh0[1−exp{−(yh−dyh0)}]
ここで、
x :船首部または船尾部と岸壁までの船首尾方向の距離
ys :船尾部と岸壁までの横方向の距離
yh :船首部と岸壁までの横方向の距離
dx0 :着桟位置における船首部または船尾部の船首尾方向と岸壁までの距離
dys0 :着桟位置における船尾部(横方向)と岸壁までの距離
dyh0 :着桟位置における船首尾(横方向)と岸壁までの距離
vx :船首尾方向の設定船速
vys :船尾部横方向の設定船速
vyh :船首部横方向の設定船速
とする。
(操船支援モード)
従来、航行中において、減速操船が必要なときや、港湾での入港信号待ちなどの場合に、推進器(固定ピッチプロペラにあっては回転の減速、停止、逆回転、可変ピッチプロペラにあってはビッチ角の減少、ゼロピッチ、逆ピッチ)などを調整して船速を制御し、併せて舵により針路制御、航路制御を行っていた。
・クラッシュアスターン機能
緊急停船押釦301を押すことの一挙動で、ジョイスティック204の操舵モードにかかわらず、緊急停止制御ユニット300によってクラッシュアスターンモード(左舷舵は左般105°、右舷舵は右舷105゜に舵を取る)に切換えて、両舵により非常に大きな制動力を発生させるので、プロペラ逆転による操船よりもはるかに短い時間、短い距離で船体を停止させることができる。
・避行操船機能
緊急停止制御ユニット300による操船中に、船の特性、外乱等により旋回を起した場合や、または必要によって船首方位を含めて進行力向を変えたい場合には、そのままジョイスティッククレバー206を操作すれば通常のジョイスティック操作と同様に、ジョイスティック204によって自在に操船して避行航行することができる。
(自動誘導モード)
通常航行操船では、右舷切換スイッチ252、左舷切換スイッチ253を自動誘導モードに切り替え、指令部201による操船に代えて、操船システム200の自動誘導操船部205で操船する。
110 船体
101 プロペラ推進器
102、103 高揚力舵
104、105 舵取機
106、107 舵制御装置
108 バウスラスター
109 スラスター制御装置
151、152 ポンプユニット
153、154 舵角発信器
155、156 フィードバックユニット
200 操船システム
201 指令部
202 船体運動制御部
203 センサー部
204 ジョイスティック
205 自動誘導操船部
206 ジョイスティックレバー(操作レバー)
207 回頭スイッチ(回転方式の回頭ボリュームもしくは押しボタン方式)
208 制御力推定部
209 推力分配部
210 操作量変換部
250 操船制御ユニット
251 GPSコンパス
252 右舷切換スイッチ
253 左舷切換スイッチ
254 モニター
254a 第1画像域
254b 第2画像域
254c 第3画像域
255 右舷舵取機操作レバー
256 左舷舵取機操作レバー
257 右舷舵取機用各種設定スイッチ類
258 左舷舵取機用各種設定スイッチ類
259 コース設定ユニット
300 緊急停止制御ユニット
301 緊急停止押釦
Claims (3)
- 推力システムと推力システムを制御する操船システムを備え、
推力システムは、1基1軸のプロペラからなるプロペラ推進器と、プロペラの後方に配置した2枚の高揚力舵と、高揚力舵を駆動する舵取機と、バウスラスターと、バウスラスターを制御するスラスター制御装置を有し、
操船システムは、指令部と船体運動制御部とセンサー部を有する船舶において、
操船システムにより、着桟時もしくは離桟時に、船体の回頭や船尾部の縦移動及び横移動や船首部の縦移動及び横移動を制御して船の姿勢を保ちながら目標位置まで誘導し、目標位置に近づけばそれぞれの方向の動きに反力を与えて制動を掛け目標位置に正しく止めるように操船することを特徴とする船舶の制御法。 - 予め2枚の高揚力舵の取り方に起因して動く船の運動特性を求めておき、目標経路に対する船尾部、船首部のずれを計測しながらそのずれを修正するように、2枚の高揚力舵の取り方およびバウスラスターの出力を加減することを特徴とする請求項1に記載の船舶の制御法。
- センサー部は、船体の船首方位と、船首尾方向速度と、船体横方向速度と、回頭運動時の回頭角速度と、現在船位を検出し、
指令部は、指令運動方向と指令回頭角速度と船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を船体運動制御部へ指令し、
船体運動制御部は、制御力推定部と推力分配部と操作量変換部を備え、
制御力推定部は、船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度に対して定常運動となる船体流体力と、船首尾方向指令速度と時々刻々に変化する船首尾方向速度との偏差と、船体横方向指令速度と時々刻々に変化する船体横方向速度との偏差と、指令運動方向の指令時における指令時船首方位と時々刻々に変化する船首方位との偏角とを求めるとともに、船体流体力と前記偏差と前記偏角に基づいて指令運動方向と船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を実現するための船体制御力を求め、かつ指令時の運動方向から指令運動方向にまで回頭する間は、指令回頭角速度を実現できる回頭船体制御力を求め、
推力分配部は、船体制御力および回頭船体制御力を、前進一定回転するプロペラ推進器の推力と2枚の高揚力舵の舵角の組み合わせとで発生させる目標推進器推力と、バウスラスターで発生させる目標スラスター推力とに分配し、さらに目標推進器推力における船首尾方向静定速度と、目標スラスター推力における船尾横移動静定速度を求め、
操作量変換部は、船尾横移動静定速度を実現するための2枚の高揚力舵のそれぞれの舵角操作量を求めて舵取機に指示するとともに、船首横移動静定速度を実現するためのバウスラスターのピッチ角操作量を求めてスラスター制御装置に指示することを特徴とする請求項1に記載の船舶の制御法。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114545823A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-27 | 武汉理工大学 | 一种用于喷水推进船模航行试验的单手柄矢量控制系统 |
CN115180105A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-10-14 | 武汉船用电力推进装置研究所(中国船舶重工集团公司第七一二研究所) | 一种调距型侧向推进器螺距控制系统及方法 |
WO2023233742A1 (ja) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | 川崎重工業株式会社 | 操船システム及び操船方法 |
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JPH06286694A (ja) * | 1993-04-02 | 1994-10-11 | Japan Hamuwaaji Kk | 船舶の自動着岸・離岸方法 |
JP2017052297A (ja) * | 2015-09-07 | 2017-03-16 | ジャパン・ハムワージ株式会社 | 船舶操縦装置 |
-
2020
- 2020-06-03 JP JP2020096536A patent/JP7249657B2/ja active Active
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