JP2610761B2

JP2610761B2 - 船舶の減揺制御装置

Info

Publication number: JP2610761B2
Application number: JP4321962A
Authority: JP
Inventors: ▲吉▼久河村; 一山田; 和宏西川
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1992-12-01
Filing date: 1992-12-01
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPH06166396A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船体に設けられる複数
のフィンの角度を制御することによって、船体の揺動を
軽減するための船舶の減揺制御装置に関し、もっと詳し
くは船体のピッチングおよびローリングの減揺制御を同
時に行うことができる船舶の減揺制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】海上を航行する船舶には、風および波な
どの影響によって様々な力が作用するため、船体は複雑
に揺動する。このような揺動は、船体の平均的な中心位
置であるたとえば重心に関する回転運動と見なすことが
でき、船体の頭尾方向の中心軸線まわりの回転運動であ
るローリング（いわゆる横揺れ）、船首および船尾を上
下させる回転運動であるピッチング（いわゆる縦揺れ）
ならびに船首を左右に揺らせる回転運動であるヨーイン
グ（いわゆる蛇行または片揺れ）の組合わせによって構
成されている。

【０００３】このような船舶の揺動を軽減することが、
単に船舶の乗り心地をよくするだけでなく、船舶の揺動
による燃料消費量の増加を防止し、波による船首底に衝
撃力が作用するスライミングによる船体の破損を防止
し、さらにプロペラが海面から空中に露出して空転する
プロペラレーシングによって主機関が過回転となること
を防ぐ上で、経済性、安全性の点から重要視されてい
る。

【０００４】従来の船舶において、前記ヨーイングにつ
いては、舵およびオートパイロットによる船の進路を制
御するとともに、その軽減が図られており、ローリング
については、一部の船舶において、船体中央部の左右に
設けられたフィンスタビライザによって前記揺動の軽減
が図られているが、ピッチングについては特に考慮され
ていない。

【０００５】ところで、船舶の前後左右の各部にフィン
を設け、これらのフィンの迎角を適切に制御すれば、フ
ィンスタビライザを設けた場合と同様に船舶のローリン
グを減少させることができ、また同時にピッチングをも
減少させることができ、このような先行技術は、たとえ
ば特開平３−２２４８９２（特願平２−２０１５７）に
開示されている。

【０００６】この先行技術では、船首および船尾の左右
の各舷に合計４枚のフィンを設置し、これらのフィンを
２組に分けて、それぞれの組によってピッチングおよび
ローリングを減少させ、ピッチングまたはローリングの
いずれか一方が大きくなると、前記４枚のフィンをすべ
て大きい方の制御に集中させ、かつピッチングおよびロ
ーリングのうちいずれか他方の制御を停止させるように
構成されている。

【０００７】しかしながら、このような先行技術では、
各フィンに対する制御要因をピッチングまたはローリン
グのいずれか一方に特定し、ピッチングまたはローリン
グのうちいずれか他方の制御要因に基づく制御を停止さ
せるために、効率よくピッチングおよびローリングを減
揺することができない。

【０００８】すなわち、前記先行技術では、フィンの各
組に対して１つの制御装置を対応して設け、個別にピッ
チングまたはローリングのうちいずれか一方を制御する
構成である。したがって、図５に示されるように、ピッ
チングまたはローリングなどの船体の揺動の一成分を検
出する船体傾斜角検出器１と、この船体傾斜角検出器１
によって検出されたピッチングまたはローリングなどの
船体傾斜角信号を入力して、制御対象となるフィンに対
してその角度を制御するフィン角度制御信号を出力する
フィン角度制御手段２と、このフィン角度制御信号に応
答して、各フィン３ａ，３ｂを駆動する油圧シリンダお
よび検出器などを含むサーボ駆動手段４ａ，４ｂと、各
サーボ駆動手段４ａ，４ｂによって駆動される前述した
フィン３ａ，３ｂとを有し、これらのフィン３ａ，３ｂ
に対して船体の揺動の一成分、すなわちピッチングまた
はローリングを制御要因とする制御を行うように構成さ
れている。

【０００９】また、他の先行技術として、たとえばフィ
ンスタビライザを用いるものがある。この先行技術で
は、船体傾斜角検出器１としての船体のロール角を検出
するロール角検出器が設けられ、そのロール角検出信号
をフィン角度制御手段に導出して左右のフィンに対応す
るフィン角度制御信号を発生し、このフィン角度制御信
号によって右舷および左舷のサーボ駆動手段４ａ，４ｂ
を制御して、前記フィン角度制御信号に基づくフィン３
ａ，３ｂの角度を制御して、船体のローリングを減少さ
せている。この点は、前記先行技術（特開平３−２２４
８９２）に開示された装置も同様であるが、船首および
船尾の２組のフィンが独立にそれぞれピッチングまたは
ローリングの制御を行っているに過ぎない。このような
先行技術では、ピッチングまたはローリングの一成分を
制御要因として１組のフィンによって船体の減揺を図る
ように構成されているため、少なくとも２組のフィンが
必要となり、このような構成は必然的に前記先行技術
（特開平３−２２４８９２）と類似したものとなり、船
体の揺動を効率よく減少させることができないという問
題を有する。

【００１０】なお、ヨーイングについては、一般に船舶
には舵があり、既にオートパイロット装置による船体の
減揺が行われているため、検討の対象から除外する。し
たがって、船体の揺動を減揺するための制御要因とし
て、ピッチングおよびローリングに対する減揺制御を行
えばよいことになる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、船舶のピッチングおよびローリングを同時に効率
よく減少させることができるようにした船舶の減揺制御
装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）船体１
３の前部に、迎角が可変である前部右舷フィン１４と、
迎角が可変である前部左舷フィン１５とが設けられ、船
体１３の後部に、迎角が可変である後部右舷フィン１６
と迎角が可変である後部左舷フィン１７とが設けられ、（ｂ）船体１３のピッチ角θを検出するピッチ角検出器
２３と、（ｃ）ピッチ角検出器２３の出力に応答し、ピッチ角θ
を零に復元するために必要な船体１３に作用すべき回転
力に相当するピッチングモーメントＭ_p、Ｍ_P ＝Ｌ_p1・Ｆ１＋Ｌ_P2・Ｆ２−Ｌ_P3・Ｆ３−Ｌ_P4・Ｆ４を求め、ここで、前部右舷フィン１４、前部左舷フィン
１５、後部右舷フィン１６および後部左舷フィン１７が
発生すべき各揚力をＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４とし、前部
右舷フィン１４、前部左舷フィン１５、後部右舷フィン
１６および後部左舷フィン１７のピッチングについての
船体１３の重心Ｇからの船体１３の前後方向に沿う各距
離をＬ_P1，Ｌ_P2，Ｌ_P3，Ｌ_P4とするピッチ制御手段２５
と、（ｄ）船体１３のロール角φを検出するロール角検出器
２４と、（ｅ）ロール角検出器２４の出力に応答し、ロール角φ
零に復元するために必要な船体１３に作用すべき回転力
に相当するローリングモーメントＭ_R、Ｍ_R ＝Ｌ_R1・Ｆ１＋Ｌ_R2・Ｆ２−Ｌ_R3・Ｆ３−Ｌ_R4・Ｆ４を求め、ここで、ローリングについての船体１３の重心
Ｇからの船体１３の左右方向に沿う各距離をＬ_R1，
Ｌ_R2，Ｌ_R3，Ｌ_R4とするロール制御手段２６と、（ｆ）ピッチ制御手段２５とロール制御手段２６との出
力に応答し、Ｆ１＝ｔ１１・Ｍ_P＋ｔ１２・Ｍ_R Ｆ２＝ｔ２１・Ｍ_P＋ｔ２２・Ｍ_R Ｆ３＝ｔ３１・Ｍ_P＋ｔ３２・Ｍ_R Ｆ４＝ｔ４１・Ｍ_P＋ｔ４２・Ｍ_R を求め、ここで、

【数１１】である揚力配分演算手段２７と、（ｇ）船体１３の航行速度を計測する航行速度検出器
と、（ｈ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、

【数１２】に基づき、前部右舷フィン１４の迎角δ１を求め、ここ
で、Ｕ_Hは航行速度検出器によって検出された航行速
度、Ｃ_L1は前部右舷フィン１４の揚力係数、Ａ_F1は前部
右舷フィン１４の面積、ρは水の密度である前部右舷フ
ィン角度演算手段２８と、（ｉ）右舷フィン角度演算手段２８の出力に応答し、前
部右舷フィン１４の迎角δ１となるように前部右舷フィ
ン１４を角変位駆動する前部右舷フィン駆動手段１８
と、（ｊ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、

【数１３】に基づき、前部左舷フィン１５の迎角δ２を求め、ここ
で、Ｃ_L2は前部左舷フィン１５の揚力係数、Ａ_F2は前部
左舷フィン１５の面積である前部左舷フィン角度演算手
段２９と、（ｋ）前部左舷フィン角度演算手段２９の出力に応答
し、前部左舷フィン１５の迎角δ２となるように前部左
舷フィン１５を角変位駆動する前部左舷フィン駆動手段
１９と、（ｌ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、

【数１４】に基づき、後部右舷フィン１６の迎角δ３を求め、ここ
で、Ｃ_L3は後部右舷フィン１６の揚力係数、Ａ_F3は後部
右舷フィン１６の面積である後部右舷フィン角度演算手
段３０と、（ｍ）後部右舷フィン角度演算手段３０の出力に応答
し、後部右舷フィン１６の迎角δ３となるように後部右
舷フィン１６を角変位駆動する後部右舷フィン駆動手段
２０と、（ｎ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、

【数１５】に基づき、後部左舷フィン１７の迎角δ４を求め、ここ
で、Ｃ_L4は後部左舷フィン１７の揚力係数、Ａ_F4は後部
左舷フィン１７の面積である後部左舷フィン角度演算手
段３１と、（ｏ）後部左舷フィン角度演算手段３１の出力に応答
し、後部左舷フィン１７の迎角δ４となるように後部左
舷フィン１７を角変位駆動する後部左舷フィン駆動手段
２１とを含むことを特徴とする船舶の減揺制御装置であ
る。

【００１３】また本発明は、（ａ）船体１３の前部に、
迎角が可変である前部右舷フィン１４と、迎角が可変で
ある前部左舷フィン１５とが設けられ、船体１３の後部
に、迎角が可変である後部右舷フィン１６と迎角が可変
である後部左舷フィン１７とが設けられ、（ｂ）船体１３のピッチ角速度を検出するピッチ角速度
検出器と、（ｃ）ピッチ角速度検出器の出力に応答し、ピッチ角速
度検出器の出力を積分してピッチ角θを求め、ピッチ角
θを零に復元するために必要な船体１３に作用すべき回
転力に相当するピッチングモーメントＭ_p、Ｍ_P ＝Ｌ_p1・Ｆ１＋Ｌ_P2・Ｆ２−Ｌ_P3・Ｆ３−Ｌ_P4・Ｆ４を求め、ここで、前部右舷フィン１４、前部左舷フィン
１５、後部右舷フィン１６および後部左舷フィン１７が
発生すべき各揚力をＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４とし、前部
右舷フィン１４、前部左舷フィン１５、後部右舷フィン
１６および後部左舷フィン１７のピッチングについての
船体１３の重心Ｇからの船体１３の前後方向に沿う各距
離をＬ_P1，Ｌ_P2，Ｌ_P3，Ｌ_P4とするピッチ制御手段２５
と、（ｄ）船体１３のロール角速度を検出するロール角速度
検出器と、（ｅ）ロール角速度検出器の出力に応答し、ロール角速
度検出器の出力を積分してロール角φを求め、ロール角
φを零に復元するために必要な船体１３に作用すべき回
転力に相当するローリングモーメントＭ_R、Ｍ_R ＝Ｌ_R1・Ｆ１＋Ｌ_R2・Ｆ２−Ｌ_R3・Ｆ３−Ｌ_R4・Ｆ４を求め、ここで、ローリングについての船体１３の重心
Ｇからの船体１３の左右方向に沿う各距離をＬ_R1，
Ｌ_R2，Ｌ_R3，Ｌ_R4とするロール制御手段２６と、（ｆ）ピッチ制御手段２５とロール制御手段２６との出
力に応答し、Ｆ１＝ｔ１１・Ｍ_P＋ｔ１２・Ｍ_R Ｆ２＝ｔ２１・Ｍ_P＋ｔ２２・Ｍ_R Ｆ３＝ｔ３１・Ｍ_P＋ｔ３２・Ｍ_R Ｆ４＝ｔ４１・Ｍ_P＋ｔ４２・Ｍ_R を求め、ここで、

【数１６】である揚力配分演算手段２７と、（ｇ）船体１３の航行速度を計測する航行速度検出器
と、（ｈ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、

【数１７】に基づき、前部右舷フィン１４の迎角δ１を求め、ここ
で、Ｕ_Hは航行速度検出器によって検出された航行速
度、Ｃ_L1は前部右舷フィン１４の揚力係数、Ａ_F1は前部
右舷フィン１４の面積、ρは水の密度である前部右舷フ
ィン角度演算手段２８と、（ｉ）右舷フィン角度演算手段２８の出力に応答し、前
部右舷フィン１４の迎角δ１となるように前部右舷フィ
ン１４を角変位駆動する前部右舷フィン駆動手段１８
と、（ｊ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、

【数１８】に基づき、前部左舷フィン１５の迎角δ２を求め、ここ
で、Ｃ_L2は前部左舷フィン１５の揚力係数、Ａ_F2は前部
左舷フィン１５の面積である前部左舷フィン角度演算手
段２９と、（ｋ）前部左舷フィン角度演算手段２９の出力に応答
し、前部左舷フィン１５の迎角δ２となるように前部左
舷フィン１５を角変位駆動する前部左舷フィン駆動手段
１９と、（ｌ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、

【数１９】に基づき、後部右舷フィン１６の迎角δ３を求め、ここ
で、Ｃ_L3は後部右舷フィン１６の揚力係数、Ａ_F3は後部
右舷フィン１６の面積である後部右舷フィン角度演算手
段３０と、（ｍ）後部右舷フィン角度演算手段３０の出力に応答
し、後部右舷フィン１６の迎角δ３となるように後部右
舷フィン１６を角変位駆動する後部右舷フィン駆動手段
２０と、（ｎ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、

【数２０】に基づき、後部左舷フィン１７の迎角δ４を求め、ここ
で、Ｃ_L4は後部左舷フィン１７の揚力係数、Ａ_F4は後部
左舷フィン１７の面積である後部左舷フィン角度演算手
段３１と、（ｏ）後部左舷フィン角度演算手段３１の出力に応答
し、後部左舷フィン１７の迎角δ４となるように後部左
舷フィン１７を角変位駆動する後部左舷フィン駆動手段
２１とを含むことを特徴とする船舶の減揺制御装置であ
る。

【００１４】

【作用】本発明に従えば、ピッチ角検出手段によって船
体のピッチ角が検出され、またロール角検出手段によっ
て船体のロール角が検出される。前記ピッチ角検出手段
から出力されるピッチ角信号はピッチ制御手段に入力さ
れ、このピッチ制御手段は前記ピッチ角を抑制するため
に必要な第１回転力であるピッチングモーメントＭ_Pを
演算して求める。また前記ロール角検出手段から出力さ
れるロール角信号はロール制御手段に入力され、前記ロ
ール角を抑制するために必要な第２回転力であるローリ
ングモーメントＭ_Rが演算して求められる。

【００１５】これらの第１および第２回転力に対応する
第１および第２回転力信号は、揚力配分演算手段に入力
されて、これらの第１および第２回転力を同時に実現す
るために４つの各フィンが発生すべきフィン揚力Ｆ１〜
Ｆ４の配分が算出される。揚力配分演算手段によって求
められた各フィンに対応する揚力信号によって、フィン
角度演算手段２８〜３１は各揚力信号に相当する揚力を
発生するために必要な各フィンの迎角δ１〜δ４を個別
に算出して求め、このフィン角度演算手段２８〜３１か
ら出力されるフィン角度信号に応答して、駆動手段１８
〜２１は各フィンを個別に制御して、ピッチングおよび
ローリングの２つの制御要因に基づいて迎角を変化させ
て制御する。

【００１６】また本発明に従えば、ピッチ角速度検出手
段によって船体のピッチ角の角速度が検出され、またロ
ール角速度検出手段によって船体のロール角の角速度が
検出される。前記ピッチ角速度検出手段から出力される
ピッチ角速度信号は、ピッチ制御手段に入力されて積分
されてピッチ角θが求められ、これによってピッチング
を抑制するために必要な第１回転力が演算して求められ
る。また前記ロール角速度検出手段から出力されるロー
ル角速度信号は、ロール制御手段に入力されて積分され
てロール角φが求められ、これによって船体のローリン
グを抑制するために必要な第２回転力が演算して求めら
れる。これらの第１および第２回転力に対応する回転力
信号は揚力配分演算手段に入力され、これらの第１およ
び第１回転力を同時に実現するために各フィンが発生す
べき各フィン揚力配分が算出される。このような揚力配
分演算手段から各フィンに与えられる揚力信号は、各演
算手段２８〜３１に入力され、各揚力信号に相当する各
フィンの迎角が個別的に算出して求められる。このよう
なフィン角度演算手段２８〜３１から出力されるフィン
角度信号に応答して、駆動手段１８〜２１は各フィンの
迎角を変化させ、ピッチングおよびローリングの２つの
制御要因を同時に考慮して、ピッチングおよびローリン
グを抑制するように各フィンの迎角を変化させて船舶の
減揺制御が行われる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の減揺制御装置１
０を示すブロック図であり、図２は図１に示される減揺
制御装置１０を備える船舶１１の平面図であり、図３は
船舶１１の正面図であり、図４は船舶１１の側面図であ
る。船舶１１は、船体１３と、船体１３の前部に設けら
れる前部右舷フィン１４および前部左舷フィン１５と、
前記船体１３の後部に設けられる後部右舷フィン１６お
よび後部左舷フィン１７とを有する。これらのフィン１
４〜１７の各迎角は、油圧シリンダなどを含んで構成さ
れるサーボ駆動手段１８，１９，２０，２１によって駆
動制御される。このような船舶１１が、ピッチングによ
ってピッチ角θだけ傾斜し、またローリングによってロ
ール角φだけ傾斜した場合について説明する。

【００１８】まず、各フィン１４〜１６によって船舶１
１の減揺制御を行う場合、各フィン１４〜１７によって
発生する揚力を求める必要がある。すなわち、各フィン
１４〜１７は、それらの迎角δ１〜δ４に応じた揚力を
発生し、また各フィン１４〜１７の設置位置から船体１
３の重心位置Ｇまでのピッチングに関する距離およびロ
ーリングに関する距離にこれらの揚力を乗ずることによ
って、ピッチングを抑制するための第１回転力であるピ
ッチングモーメントと、ローリングを抑制するための第
２回転力であるローリングモーメントを生ずるのであ
る。これらのピッチングモーメントおよびローリングモ
ーメントは、ピッチ角検出手段であるピッチ角検出器１
３と、ロール角検出手段であるロール角検出器２４とに
よって個別に検出されたピッチ角θおよびロール角φに
基づいて、ピッチ制御手段２５およびロール制御手段２
６によってそれぞれ求めた第１の回転力信号と第２の回
転力信号に相当する値とする必要がある。

【００１９】ピッチ制御手段２５およびロール制御手段
２６から出力された第１の回転力信号であるピッチング
モーメントＭ_P および第２の回転力信号であるローリン
グモーメントＭ_R に相当するピッチングモーメントおよ
びローリングモーメントを同時に実現するために、揚力
配分演算手段２７が設けられ、各フィン１４〜１７へ発
生すべき揚力信号Ｆ１〜Ｆ４を割当てる必要がある。こ
のような各フィン１４〜１７への揚力信号Ｆ１〜Ｆ４の
割当て方法については、要求される回転力信号が２つ
（ピッチングモーメント信号Ｍ_Pおよびローリングモー
メント信号Ｍ_R）であることから、各フィン１４〜１７
の自由度が２であれば、一意的に決めることができるけ
れども、フィンの数が増加してその自由度が増えると、
多数の揚力の配分が考えられる。そこで、本実施例で
は、各フィン１４〜１７への揚力信号Ｆ１〜Ｆ４の二乗
和が最小となる割当て方法によって、発生すべき各フィ
ン１４〜１７への揚力信号Ｆ１〜Ｆ４を求める手順につ
いて説明する。

【００２０】船舶１１に設置される各フィン１４〜１７
の数をｎ＝４とし、それぞれのフィン１４〜１７が発生
すべき揚力に相当する揚力信号をＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ
４とする。また各フィン１４〜１７のピッチングについ
ての重心Ｇからの船体１３の前後方向に沿う距離を
Ｌ_P1，Ｌ_P2，Ｌ_P3，Ｌ_P4とし、ローリングについての重
心Ｇからの船体１３の左右方向に沿う距離をＬ_R1，
Ｌ_R2，Ｌ_R3，Ｌ_R4とする。いま、ピッチ制御手段２５で
出力されたピッチングモーメント信号がＭ_P であり、ロ
ール制御手段２６から出力されたローリングモーメント
信号がＭ_R であるとき、これらの間には次の関係式
（１），（２）が成立しなければならない。

【００２１】ピッチングモーメント信号：Ｍ_P＝Ｌ_P1・Ｆ１＋Ｌ_P2・Ｆ２＋Ｌ_P3・Ｆ３＋Ｌ_P4・Ｆ４ …（１）ローリングモーメント信号：Ｍ_R＝Ｌ_R1・Ｆ１＋Ｌ_R2・Ｆ２＋Ｌ_R3・Ｆ３＋Ｌ_R4・Ｆ４ …（２）すなわち、上述した揚力信号Ｆ１〜Ｆ４の割当ては、ピ
ッチ制御手段２５から指令されるピッチングモーメント
信号Ｍ_P と、ロール制御手段２６から指令されるローリ
ングモーメント信号Ｍ_R とを与えた上で、上記関係式
（１）と（２）とを同時に満足する揚力信号Ｆ１〜Ｆ４
を求めることである。

【００２２】前記フィンの自由度が２の場合、すなわち
ｎ＝２の場合には、上記関係式（１），（２）は、二元
連立方程式となり、一般に一意的に解が存在する。この
ことは、上述のとおり、フィンに対する揚力の割当てが
一通りであることである。

【００２３】また、一般にｎ＞２の場合には、上記連立
方程式（１），（２）は多数の解を持つことになるが、
その解の中からフィンが発生すべき揚力の二乗和を最小
とするものが最も効率のよい揚力の割当てに相当する。

【００２４】ところで、上記関係式（１），（２）を行
列で表現すると、次のとおりである。

【００２５】Ｎ＝Ｌ・Ｆ …（３）ここで、Ｎはピッチングモーメント信号およびローリン
グモーメント信号を要素とする指令ベクトルであり、Ｆ
は各フィンが発生すべき揚力信号を要素とする揚力ベク
トルであり、さらにＬは各フィンの配置を示す行列であ
る。具体的には、下記の式（４），（５），（６）の形
となる。

【００２６】

【数２１】

【００２７】上記式（３）は、指令ベクトルＮを与えた
ときに、揚力ベクトルＦの各要素Ｆ１〜Ｆ４を未知数と
する線形連立方程式と見なすことができるため、その解
の中で揚力ベクトルＦの要素の二乗和ΣＦｉ（ここに、
ｉ＝１〜ｎ）を最小とするものは、ｎ×２行列Ｔによっ
て次の形で得ることができる。

【００２８】最も効率のよい揚力の割当て：Ｆ _opt＝Ｔ・Ｎ …（７）前記フィンの自由度ｎ＝２のときには、上記行列Ｔはフ
ィン配置行列Ｌの逆行列となるけれども、ｎ＞２のとき
には、上記行列Ｔはフィン配置行列Ｌの一般化した逆行
列として求めることができる。前記解ベクトルを与える
ｎ×２行列Ｔによって、最も効率のよいフィン揚力の割
当てを求めることができる。このような最も効率のよい
フィン揚力の割当てに従って、割当てられたフィン揚力
信号に相当する揚力を発生するように各フィン１４〜１
７の迎角δ１〜δ４を制御するので、各フィン１４〜１
７の能力を充分に発揮させて、効率よく船体１１を減揺
制御することができる。

【００２９】前記最も効率のよいフィン揚力の割当てを
与える行列Ｔは、フィン配置行列Ｌだけによって求める
ことができるため、本件減揺制御装置１０に予め計算し
て記憶させておくことができる。以上のような減揺制御
装置の動作を、以下に具体的に説明する。

【００３０】前記ピッチ角検出器２３は、船体１３のピ
ッチ角θを検出して、そのピッチ角信号をピッチ制御手
段２５へ出力し、ロール角検出器２４は、船体１３の横
方向の傾斜であるロール角φを検出し、そのロール角信
号をロール制御手段２６へ出力する。

【００３１】前記ピッチ制御手段２５では、前記ピッチ
角信号θを入力し、比例・微分演算を行ってピッチ角θ
を復元するために必要な回転力に相当するピッチングモ
ーメント信号Ｍ_P を求める。すなわち比例制御は、ピッ
チ角θに応じた回転力を与えるものであり、船体１３の
ピッチ角θを０とするために必要な回転力である。さら
に微分制御は、ピッチ角θの角速度に比例した回転力を
与えるものであり、船体１３のピッチングの角速度を０
とするために必要な回転力である。このようにして比例
・微分制御によって船体１３のピッチ角θを０とし、か
つピッチングの角速度をも０とするための回転力に相当
するピッチングモーメント信号Ｍ_P が求められる。

【００３２】ところで、各フィン１４〜１７が発生すべ
き揚力に相当する揚力信号をＦ１〜Ｆ４とすると、これ
らの発生すべき揚力がピッチ制御手段２５から出力され
るピッチングモーメント信号Ｍ_P に相当する値となるた
めには、次式（８）が成立しなければならない。

【００３３】Ｍ_P＝Ｌ_P1・Ｆ１＋Ｌ_P2・Ｆ２−Ｌ_P3・Ｆ３−Ｌ_P4・Ｆ４ …（８）また、前記ロール制御手段２６では、上記ロール角φを
示すロール角信号を入力し、比例・微分演算を行って、
ロール角φを復元するために必要な回転力に相当するロ
ーリングモーメント信号Ｍ_R を求める。すなわち、比例
制御は、ロール角φに応じた回転力を与えるものであ
り、船体１３のロール角φを０とするために必要な回転
力を示す。また、微分制御はロール角φの角速度に比例
した回転力を与えるものであり、船体１３のローリング
の角速度を０とするために必要な回転力を示す。このよ
うにして、比例・微分制御によって船体１３のロール角
φを０とし、かつローリングの角速度をも０とするため
のローリングモーメント信号Ｍ_Rを求めることができ
る。

【００３４】各フィン１４〜１７が発生すべき揚力に相
当する揚力信号を前述したようにＦ１〜Ｆ４とし、これ
らの発生すべき揚力信号がロール制御手段２６から出力
されるローリングモーメント信号Ｍ_R に相当する値とな
るためには、次式（９）が成立しなければならない。

【００３５】Ｍ_R＝Ｌ_R1・Ｆ１＋Ｌ_R2・Ｆ２−Ｌ_R3・Ｆ３−Ｌ_R4・Ｆ４ …（９）上述の式（８），（９）において、Ｌ_P1〜Ｌ_P4；Ｌ_R1〜
Ｌ_R4は、ピッチングモーメントおよびローリングモーメ
ントに関する各フィン１４〜１７の重心Ｇからの距離で
ある。これらの距離Ｌ_P1〜Ｌ_P4；Ｌ_R1〜Ｌ_R4は、船舶の
設計段階のデータとして予め得ることができるけれど
も、簡単には船体１３の重心位置Ｇから各フィン１４〜
１７までの距離によって近似することもできる。

【００３６】次に、前記揚力配分演算手段２７では、上
記式（８），（９）を解くことによって、各フィン１４
〜１７に対応する揚力信号Ｆ１〜Ｆ４を次のように割当
てて求めることができる。

【００３７】Ｆ１＝ｔ１１・Ｍ_P＋ｔ１２・Ｍ_R …（10）Ｆ２＝ｔ２１・Ｍ_P＋ｔ２２・Ｍ_R …（11）Ｆ３＝ｔ３１・Ｍ_P＋ｔ３２・Ｍ_R …（12）Ｆ４＝ｔ４１・Ｍ_P＋ｔ４２・Ｍ_R …（13）そこで、各フィン１４〜１７には割当てる揚力信号Ｆ１
〜Ｆ４の２乗和である次式、

【００３８】

【数２２】

【００３９】を最小とするｔ１１〜ｔ４２は、次式（１
５）〜（２２）によって得られる。

【００４０】

【数２３】

【００４１】各フィン１４〜１７に対して割当てられた
揚力信号Ｆ１〜Ｆ４から該当するフィンの迎角信号δ１
〜δ４を演算して求めるフィン角度演算手段２８〜３１
および、各迎角信号δ１〜δ４に基づいて各フィン１４
〜１７を駆動するサーボ駆動手段１８〜２１のうち、前
部右舷フィン１４に関連する角度演算手段２８およびサ
ーボ駆動手段１８について説明する。なお、残余の角度
演算手段２９〜３１およびサーボ駆動手段１９〜２１は
上記フィン角度演算手段２８およびサーボ駆動手段２８
と同様である。

【００４２】このフィン角度演算手段２８に対応する前
部右舷フィン１４へ流入する水流の速度Ｕ_H、すなわち
船体１３の前進速度を次の手順で説明する。

【００４３】ここで、αは船体１３を前進させるための
プロペラ３３の翼角であり、Ｎはプロペラ３３の回転数
である。また関数ｆは船体１３の計画値から求めること
ができる。一定の速度で航行する船舶については、この
計算に代えて、船舶の航行速度とすることもできる。本
発明では、船体１３の航行速度を計測する検出器を備え
る船舶においては、該検出器によって計測された航行速
度を上記計算値Ｕ_H に代えて使用する。

【００４４】次に、フィン１４の揚力係数をＣ_L1とする
と、フィン１４の揚力に相当する揚力信号Ｆ１は次式で
得ることができる。すなわち、

【００４５】

【数２４】

【００４６】ここで、ρは海水の密度であり、Ａ_F1はフ
ィン１４の面積である。

【００４７】前記フィン１４の揚力係数Ｃ_L1は、フィン
１４の迎角の関数であることから、揚力配分演算手段２
７によって割当てられた揚力信号Ｆ１の値を代入して、
上式（２４）を逆に解くことによって、揚力信号Ｆ１に
相当するフィン１４の迎角信号δ１を算出することがで
きる。サーボ駆動手段１８は、フィン角度演算手段２８
によって求められたフィン１４の迎角信号δ１に従って
フィン１４を駆動し、フィン１４の迎角を迎角信号δ１
相当の傾きに変化させることができる。

【００４８】同様にして、残余のフィン１５〜１７に関
しても、揚力と揚力配分演算手段２７によって割当てら
れた揚力信号Ｆ２〜Ｆ４が作用し、ピッチ制御手段２
５，２６において求められたピッチングモーメント信号
Ｍ_P およびローリングモーメント信号Ｍ_R に相当する回
転力が同時に船体１３に作用し、この船体１３のピッチ
ングおよびローリングを同時に抑制することができる。

【００４９】上述の実施例では、船体１３の前後方向の
傾斜角、すなわちピッチ角θを検出するピッチ角検出器
２３および船体１３の横方向の傾斜角、すなわちロール
角φを検出するロール角検出器２５を用いるようにした
けれども、本発明の他の実施例として、これらの検出器
２３，２４に代えて角速度を検出するピッチ角速度検出
器およびロール角速度検出器を用いるようにしてもよ
い。この場合、ピッチ制御手段２５およびロール制御手
段２６の構成を比例・微分から比例・積分に変更すれ
ば、同様な結果を得ることができる。

【００５０】上述の実施例に代えて、ピッチ制御手段２
５およびロール制御手段２６において比例・微分制御を
採用したけれども、本発明は、これらに限定されるもの
ではなく、必要に応じて比例、微分、積分などの公知の
制御方法を採用するようにしてもよい。

【００５１】さらに、上述の実施例では、フィン角度演
算手段２８〜３１において複雑な演算を行う必要がある
けれども、各フィンの揚力は迎角にほぼ比例することか
ら、この演算を単純な定数の乗算とすることもできる。

【００５２】また、本発明では、ピッチ制御手段、ロー
ル制御手段、揚力配分演算手段、フィン角度演算手段に
ついて、機械式、電気式などの周知の演算手段を組合わ
せて構成するようにしてもよく、その一部もしくは全部
を電子計算機によって実現することもできる。また、サ
ーボ駆動手段として、電動サーボ装置などの周知の各種
サーボ装置を用いることができる。

【００５３】

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ピッチン
グおよびローリングの２つの制御要因に基づいて複数の
フィンを同時に制御できるので、各フィンの配置に応じ
て効率よく制御することができる。これによって乗り心
地を向上することができるとともに、船舶の燃費を向上
することができる。しかも、上述のように船舶の揺動が
抑制されるので、船舶の航行上の安全性を向上すること
ができる。特に本発明によれば、合計４つのフィン１４
〜１７に割当てる揚力Ｆ１〜Ｆ４の２乗和である前述の
式１４が最小となる値ｔ１１〜ｔ４２が揚力配分演算手
段２７において設定されていることが重要であり、これ
によってフィン１４〜１７を用いて縦揺れおよび横揺れ
を確実に防止することができるという優れた効果が初め
て達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の減揺制御装置１０を示すブ
ロック図である。

【図２】船舶１１の平面図である。

【図３】船舶１１の正面図である。

【図４】船舶１１の側面図である。

【図５】典型的な先行技術のブロック図である。

【符号の説明】

１０減揺制御装置１１船舶１３船体１４〜１７フィン１８〜２１サーボ駆動手段２３ピッチ角検出器２４ロール角検出器２５ピッチ制御手段２６ロール制御手段２７揚力配分演算手段２８〜３１フィン角度演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭49−80795（ＪＰ，Ａ) 特開昭46−3678（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）船体１３の前部に、迎角が可変で
ある前部右舷フィン１４と、迎角が可変である前部左舷
フィン１５とが設けられ、船体１３の後部に、迎角が可変である後部右舷フィン１
６と迎角が可変である後部左舷フィン１７とが設けら
れ、（ｂ）船体１３のピッチ角θを検出するピッチ角検出器
２３と、（ｃ）ピッチ角検出器２３の出力に応答し、ピッチ角θ
を零に復元するために必要な船体１３に作用すべき回転
力に相当するピッチングモーメントＭ_p、Ｍ_P ＝Ｌ_p1・Ｆ１＋Ｌ_P2・Ｆ２−Ｌ_P3・Ｆ３−Ｌ_P4・Ｆ４を求め、ここで、前部右舷フィン１４、前部左舷フィン
１５、後部右舷フィン１６および後部左舷フィン１７が
発生すべき各揚力をＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４とし、前部右舷フィン１４、前部左舷フィン１５、後部右舷フ
ィン１６および後部左舷フィン１７のピッチングについ
ての船体１３の重心Ｇからの船体１３の前後方向に沿う
各距離をＬ_P1，Ｌ_P2，Ｌ_P3，Ｌ_P4とするピッチ制御手段
２５と、（ｄ）船体１３のロール角φを検出するロール角検出器
２４と、（ｅ）ロール角検出器２４の出力に応答し、ロール角φ
零に復元するために必要な船体１３に作用すべき回転力
に相当するローリングモーメントＭ_R、Ｍ_R ＝Ｌ_R1・Ｆ１＋Ｌ_R2・Ｆ２−Ｌ_R3・Ｆ３−Ｌ_R4・Ｆ４を求め、ここで、ローリングについての船体１３の重心
Ｇからの船体１３の左右方向に沿う各距離をＬ_R1，
Ｌ_R2，Ｌ_R3，Ｌ_R4とするロール制御手段２６と、（ｆ）ピッチ制御手段２５とロール制御手段２６との出
力に応答し、Ｆ１＝ｔ１１・Ｍ_P＋ｔ１２・Ｍ_R Ｆ２＝ｔ２１・Ｍ_P＋ｔ２２・Ｍ_R Ｆ３＝ｔ３１・Ｍ_P＋ｔ３２・Ｍ_R Ｆ４＝ｔ４１・Ｍ_P＋ｔ４２・Ｍ_R を求め、ここで、【数１】である揚力配分演算手段２７と、（ｇ）船体１３の航行速度を計測する航行速度検出器
と、（ｈ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、【数２】に基づき、前部右舷フィン１４の迎角δ１を求め、ここ
で、Ｕ_Hは航行速度検出器によって検出された航行速
度、Ｃ_L1は前部右舷フィン１４の揚力係数、Ａ_F1は前部
右舷フィン１４の面積、ρは水の密度である前部右舷フ
ィン角度演算手段２８と、（ｉ）右舷フィン角度演算手段２８の出力に応答し、前
部右舷フィン１４の迎角δ１となるように前部右舷フィ
ン１４を角変位駆動する前部右舷フィン駆動手段１８
と、（ｊ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、【数３】に基づき、前部左舷フィン１５の迎角δ２を求め、ここ
で、Ｃ_L2は前部左舷フィン１５の揚力係数、Ａ_F2は前部
左舷フィン１５の面積である前部左舷フィン角度演算手
段２９と、（ｋ）前部左舷フィン角度演算手段２９の出力に応答
し、前部左舷フィン１５の迎角δ２となるように前部左
舷フィン１５を角変位駆動する前部左舷フィン駆動手段
１９と、（ｌ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、【数４】に基づき、後部右舷フィン１６の迎角δ３を求め、ここ
で、Ｃ_L3は後部右舷フィン１６の揚力係数、Ａ_F3は後部
右舷フィン１６の面積である後部右舷フィン角度演算手
段３０と、（ｍ）後部右舷フィン角度演算手段３０の出力に応答
し、後部右舷フィン１６の迎角δ３となるように後部右
舷フィン１６を角変位駆動する後部右舷フィン駆動手段
２０と、（ｎ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、【数５】に基づき、後部左舷フィン１７の迎角δ４を求め、ここ
で、Ｃ_L4は後部左舷フィン１７の揚力係数、Ａ_F4は後部
左舷フィン１７の面積である後部左舷フィン角度演算手
段３１と、（ｏ）後部左舷フィン角度演算手段３１の出力に応答
し、後部左舷フィン１７の迎角δ４となるように後部左
舷フィン１７を角変位駆動する後部左舷フィン駆動手段
２１とを含むことを特徴とする船舶の減揺制御装置。
【請求項２】（ａ）船体１３の前部に、迎角が可変で
ある前部右舷フィン１４と、迎角が可変である前部左舷
フィン１５とが設けられ、船体１３の後部に、迎角が可変である後部右舷フィン１
６と迎角が可変である後部左舷フィン１７とが設けら
れ、（ｂ）船体１３のピッチ角速度を検出するピッチ角速度
検出器と、（ｃ）ピッチ角速度検出器の出力に応答し、ピッチ角速
度検出器の出力を積分してピッチ角θを求め、ピッチ角
θを零に復元するために必要な船体１３に作用すべき回
転力に相当するピッチングモーメントＭ_p、Ｍ_P ＝Ｌ_p1・Ｆ１＋Ｌ_P2・Ｆ２−Ｌ_P3・Ｆ３−Ｌ_P4・Ｆ４を求め、ここで、前部右舷フィン１４、前部左舷フィン
１５、後部右舷フィン１６および後部左舷フィン１７が
発生すべき各揚力をＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４とし、前部右舷フィン１４、前部左舷フィン１５、後部右舷フ
ィン１６および後部左舷フィン１７のピッチングについ
ての船体１３の重心Ｇからの船体１３の前後方向に沿う
各距離をＬ_P1，Ｌ_P2，Ｌ_P3，Ｌ_P4とするピッチ制御手段
２５と、（ｄ）船体１３のロール角速度を検出するロール角速度
検出器と、（ｅ）ロール角速度検出器の出力に応答し、ロール角速
度検出器の出力を積分してロール角φを求め、ロール角
φを零に復元するために必要な船体１３に作用すべき回
転力に相当するローリングモーメントＭ_R、Ｍ_R ＝Ｌ_R1・Ｆ１＋Ｌ_R2・Ｆ２−Ｌ_R3・Ｆ３−Ｌ_R4・Ｆ４を求め、ここで、ローリングについての船体１３の重心
Ｇからの船体１３の左右方向に沿う各距離をＬ_R1，
Ｌ_R2，Ｌ_R3，Ｌ_R4とするロール制御手段２６と、（ｆ）ピッチ制御手段２５とロール制御手段２６との出
力に応答し、Ｆ１＝ｔ１１・Ｍ_P＋ｔ１２・Ｍ_R Ｆ２＝ｔ２１・Ｍ_P＋ｔ２２・Ｍ_R Ｆ３＝ｔ３１・Ｍ_P＋ｔ３２・Ｍ_R Ｆ４＝ｔ４１・Ｍ_P＋ｔ４２・Ｍ_R を求め、ここで、【数６】である揚力配分演算手段２７と、（ｇ）船体１３の航行速度を計測する航行速度検出器
と、（ｈ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、【数７】に基づき、前部右舷フィン１４の迎角δ１を求め、ここ
で、Ｕ_Hは航行速度検出器によって検出された航行速
度、Ｃ_L1は前部右舷フィン１４の揚力係数、Ａ_F1は前部
右舷フィン１４の面積、ρは水の密度である前部右舷フ
ィン角度演算手段２８と、（ｉ）右舷フィン角度演算手段２８の出力に応答し、前
部右舷フィン１４の迎角δ１となるように前部右舷フィ
ン１４を角変位駆動する前部右舷フィン駆動手段１８
と、（ｊ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、【数８】に基づき、前部左舷フィン１５の迎角δ２を求め、ここ
で、Ｃ_L2は前部左舷フィン１５の揚力係数、Ａ_F2は前部
左舷フィン１５の面積である前部左舷フィン角度演算手
段２９と、（ｋ）前部左舷フィン角度演算手段２９の出力に応答
し、前部左舷フィン１５の迎角δ２となるように前部左
舷フィン１５を角変位駆動する前部左舷フィン駆動手段
１９と、（ｌ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、【数９】に基づき、後部右舷フィン１６の迎角δ３を求め、ここ
で、Ｃ_L3は後部右舷フィン１６の揚力係数、Ａ_F3は後部
右舷フィン１６の面積である後部右舷フィン角度演算手
段３０と、（ｍ）後部右舷フィン角度演算手段３０の出力に応答
し、後部右舷フィン１６の迎角δ３となるように後部右
舷フィン１６を角変位駆動する後部右舷フィン駆動手段
２０と、（ｎ）揚力配分演算手段２７と航行速度検出器との出力
に応答し、【数１０】に基づき、後部左舷フィン１７の迎角δ４を求め、ここ
で、Ｃ_L4は後部左舷フィン１７の揚力係数、Ａ_F4は後部
左舷フィン１７の面積である後部左舷フィン角度演算手
段３１と、（ｏ）後部左舷フィン角度演算手段３１の出力に応答
し、後部左舷フィン１７の迎角δ４となるように後部左
舷フィン１７を角変位駆動する後部左舷フィン駆動手段
２１とを含むことを特徴とする船舶の減揺制御装置。