JP2705650B2 - 水中航走体の操縦制御装置 - Google Patents

水中航走体の操縦制御装置

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JP2705650B2
JP2705650B2 JP7188567A JP18856795A JP2705650B2 JP 2705650 B2 JP2705650 B2 JP 2705650B2 JP 7188567 A JP7188567 A JP 7188567A JP 18856795 A JP18856795 A JP 18856795A JP 2705650 B2 JP2705650 B2 JP 2705650B2
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水中航走体の操縦制御に
関し、特に航走体を遠隔で制御を行うための操縦制御装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】海中での探査や水槽中での検査等を行う
ために水中航走体を遠隔操縦することが要求される。従
来の水中航走体の操縦制御方式は、図3に示すように、
航走体1と操縦制御装置2Aとをケーブル11で接続
し、航走体1からその現在位置を示す現位置データD2
を取り込む一方で、操縦制御装置2から制御コマンドを
航走体1に出力し、航走体1の推進器や操舵を操作する
ように構成されている。すなわち、操縦制御装置2で
は、目標位置データD1から航走体1の現位置データ
2を減算器4にて減算して、その減算結果を比例計算部
5と積分計算部6にそれぞれ出力し、これら比例計算部
5と積分計算部6の計算結果を加算器7にて加算して制
御コマンドを発生していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来の操縦制御方
式では、水中航走体に対して制御コマンドを伝送するた
めのケーブルが必要であるために、航走体の運用範囲が
ケーブルの長さにより制限を受け、広い範囲での運用が
難しいという問題がある。また、ケーブルの流体抵抗に
よって航走体の運動に抵抗を受け、航走体の運動性能が
安定しないという問題もある。
【0004】このため、無線信号で操縦制御を行うこと
が考えられるが、水中では電波の利用は難しい。一方、
音波の利用は考えられるが、音波は水中を伝播する際に
時間がかかるため、制御コマンドに遅れが生じ、航走体
をリアルタイムで制御することが難しいという問題があ
る。したがって、無線信号での操縦制御を実現すること
ができないのが実情である。
【0005】
【発明の目的】本発明の目的は、音波を利用した操縦制
御を行い、かつその際における制御コマンドの遅れを解
消して好適な制御を可能にした水中航走体の操縦制御装
置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の操縦制御装置
は、制御コマンドを音波として水中音響伝送部から出力
する操縦制御装置と、この音波を受信して前記制御コマ
ンドに基づく操縦制御が行われる航走体とで構成される
操縦制御方式において、操縦制御装置は、航走体の現位
置データと目標位置データとから航走体に対する制御コ
マンドを出力する手段と、この制御コマンドに基づいて
計算上の現位置データを計算する手段と、この計算され
た現位置データと航走体からの前記現位置データとで航
走体に対する外乱因子を補正値として求める手段と、計
算された前記航走体の計算上の現位置データと前記補正
値と音波の到達時間とに基づいて前記制御コマンドが到
達する時刻の航走体の予測位置データを計算する手段と
を備え、この航走体の予測位置データを前記航走体の現
位置データとして使用する構成とされる。
【0007】
【作用】航走体に対して制御コマンドを送信しようとす
るタイミングにおいて、目標位置データと航走体の現位
置データとで制御コマンドを出力し、かつこの制御コマ
ンドに基づいて航走体の計算上の現位置データを計算す
る。そして、この現位置データを航走体に対する外乱因
子や、音波の到達時間等に基づく補正値を求め、この補
正値に基づく修正を行って制御コマンドが到達する時刻
の航走体の予測位置データを計算する。この予測位置
ータを前記現位置データとして使用することで、航走体
に対して遅れが生じることがない適切な制御コマンドを
送信することが可能となる。
【0008】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の一実施例のブロック図であり、航
走体1と操縦制御装置2とは音波によって接続され、こ
の音波を利用して各種データや制御コマンドの送受信を
行うように構成される。すなわち、航走体1と、操縦制
御装置2の水中音響伝送部3とは、それぞれに図示を省
略する音波を送受信する送受信器が設けられ、相互に音
波を送受するように構成されている。
【0009】目標位置データD1は、減算器4において
後述する航走体予測位置計算部10から出力される現位
置データD5とで位置の差が求められ、比例計算部5及
び積分計算部6に出力される。比例計算部5は入力され
た前記位置の差に比例した計算を行い加算器7に出力す
る。積分計算部6は前記位置の差が微小でも長時間続く
場合の補正として計算を行い前記加算器7に出力する。
【0010】前記加算器7は前記比例計算部5と積分計
算部6の出力を加算し、この加算結果を前記水中音響伝
送部3及び運動計算部8にそれぞれ推進器の制御コマン
ドとして出力する。そして、前記したように、前記水中
音響伝送部3は加算器7の出力を推進器の制御コマンド
として、音波を使用して航走体1へ送信し、航走体1を
所定の位置にまで移動させ、かつ所要の制御を実行させ
る。
【0011】一方、運動計算部8に入力された加算器7
の出力は航走体1の現位置を計算するために利用され
る。この運動計算部8は、加算器7の出力から推進器の
回転数を計算する推進器回転数計算部81と、この結果
に基づいて推進器の発生する力を計算する推進器発生力
計算部82と、推進器の発生する力から航走体の航走速
度を計算する航走体速度計算部83と、航走体の速度計
算結果から航走体の現位置を計算する航走体位置計算部
84とで構成される。
【0012】そして、この航走体位置計算部84は、計
算された航走体の計算上の現位置データD3を補正処理
部9と航走体予測位置計算部10へ出力する。この補正
処理部9では、航走体1の計算上の現位置データD3
水中音響伝送部3から出力される航走体1の位置センサ
データからの現位置データD2とを比較し、両者の差か
ら航走体1が実際に水中で移動される際に影響を受ける
外乱因子を補正値D4として算出する。この外乱因子と
は、水中での航走体1の速度や操舵方向に変動を与え
る、例えば水流方向や水流速度である。
【0013】この補正値D4は航走体予測位置計算部1
0に入力される。この航走体予測位置計算部10は、前
記運動計算部8からの航走体の計算上の現位置データD
3と、前記補正値D4と、前記水中音響伝送部3から航
走体1までの音波の到達時間tとに基づいて演算を行
い、これから制御コマンドCを送信した際に実際に航走
体1がこれを受信する時刻での航走体1の予測位置を計
算する。そして、この計算した航走体の予測位置データ
D5を前記減算器4に対して出力する。
【0014】このように構成された操縦制御装置2で
は、航走体1に対して制御コマンドを送信しようとする
タイミングにおいて、目標位置データD1と航走体予測
位置計算部10からの航走体1の予測位置データD5と
を減算器4において位置の差を求め、さらに比例計算部
5及び積分計算部6の各出力を加算器7において加算
し、この加算結果を制御コマンドCとして水中音響伝送
部3に出力する。水中音響伝送部3はこの制御コマンド
Cを音波を使用して航走体1へ送信し、所要の制御を実
行させる。
【0015】このとき、加算器7からの制御コマンドC
の一部は運動計算部8に入力され、推進器回転数計算部
81、推進器発生力計算部82、航走体速度計算部8
3、航走体位置計算部84を経て航走体の計算上の現位
データD3を計算する。そして、この計算上の現位置
データD3を補正処理部9に送出し、ここで航走体1に
対する外乱因子を補正値D4として算出する。また、計
算された航走体の計算上 の現位置データD3は航走体予
測位置計算部10において、補正値D4と、音波の到達
時間tとに基づいて修正が加えられ、その結果、前記制
御コマンドCが到達される時刻における航走体の予測位
データD5が算出される。
【0016】したがって、前記した制御コマンドCは、
図2に示すように、航走体1の予測位置に基づいて送信
が行われることになり、航走体は目標位置にまで移動さ
れた時点で制御コマンドを受信し、制御コマンドに基づ
いた動作を実行することになる。これにより、音波の到
達時間による制御コマンドの遅れが解消され、アットタ
イムでの操縦制御が実現されることになる。
【0017】これにより、図3に示した従来技術のよう
に操縦制御にケーブルを用いる必要がなくなり、ケーブ
ルが原因とされる広い範囲での運用が難しいという問題
や、ケーブルの流体抵抗によって航走体の運動に抵抗を
受け、航走体の運動性能が安定しないという問題を解消
することが可能となる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、目標位置
データと航走体の現位置データとで制御コマンドを出力
し、かつこの制御コマンドに基づいて航走体の計算上の
現位置データを計算し、さらにこの現位置データを航走
体に対する外乱因子や、音波の到達時間等に基づく修正
を行って制御コマンドが到達する時刻の航走体の予測位
データを計算する。したがって、この予測位置データ
を前記現位置データとして使用することで、航走体に対
して遅れを生じることなく適切な制御コマンドを送信す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の操縦制御装置の一実施例のブロック構
成図である。
【図2】本発明の動作を説明するための図である。
【図3】従来の操縦制御装置の一例のブロック構成図で
ある。
【符号の説明】
1 航走体 2 操縦制御装置 3 水中音響伝送部 4 減算器 8 運動計算部 9 補正処理部 10 航走体予測位置計算部D1 目標位置データ D2 現位置データ D3 計算上の現位置データ D4 補正値 D5 予測位置データ

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御コマンドを音波として水中音響伝送
    部から出力する操縦制御装置と、この音波を受信して前
    記制御コマンドに基づく操縦制御が行われる航走体とで
    構成される操縦制御方式において、前記操縦制御装置
    は、航走体の現位置データと目標位置データとから航走
    体に対する制御コマンドを出力する手段と、この制御コ
    マンドに基づいて前記航走体の計算上の現位置データ
    計算する手段と、前記計算された計算上の現位置データ
    と航走体からの前記現位置データとで航走体に対する外
    乱因子を補正値として求める手段と、計算された前記航
    走体の計算上の現位置データと前記補正値と音波の到達
    時間とに基づいて前記制御コマンドが到達する時刻の航
    走体の予測位置データを計算する手段とを備え、この航
    走体の予測位置データを前記航走体の現位置データとし
    て使用することを特徴とする水中航走体の操縦制御装
    置。
  2. 【請求項2】 制御コマンドを出力する手段は、目標位
    置データから航走体の現位置データを減算する減算器
    と、その減算結果データから比例計算を行う比例計算部
    と、前記減算結果データから積分計算を行う積分計算部
    と、前記比例計算部及び積分計算部それぞれの出力を加
    算する加算器を有する請求項1の水中航走体の操縦制御
    装置。
  3. 【請求項3】 航走体の計算上の現位置データを計算す
    る手段は、加算器の出力に基づいて航走体の推進器回転
    数を計算する推進器回転数計算部と、推進器回転数から
    推進部の発生する力を計算する推進器発生力計算部と、
    推進器の発生する力から航走体の速度を計算する航走体
    速度計算部と、航走体の速度から航走体の位置を計算す
    る航走体位置計算部から構成される運動計算部として構
    成される請求項2の水中航走体の操縦制御装置。
  4. 【請求項4】 補正値を求める手段は、運動計算部から
    出力される航走体の計算上の現位置データと、水中音響
    伝送部からの航走体の現位置データにより算出を行う補
    正処理部である請求項2または3の水中航走体操縦制御
    装置。
  5. 【請求項5】 航走体の予測位置データを計算する手段
    は、運動計算部から出力される航走体の計算上の現位置
    データと、補正処理部からの補正値と、水中音響伝送部
    からの音波の到達時間とに基づいて計算を行う航走体予
    測位置計算部であり、この計算出力を前記減算部に現位
    置データとして出力する請求項4の水中航走体の操縦制
    御装置。
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JP6996820B2 (ja) * 2017-09-11 2022-01-17 株式会社Ihiエアロスペース 遠隔操縦用表示装置と遠隔操縦用表示方法
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