JP3267516B2 - 船舶の定方位直線移動制御設備 - Google Patents
船舶の定方位直線移動制御設備Info
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、船舶を定方位でか
つ直線に移動させる船舶の定方位直線移動制御設備に関
するものである。
つ直線に移動させる船舶の定方位直線移動制御設備に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、船舶の操船は、舵、プロペラ、バ
ウスラスタをそれぞれ別の操船者が士官などの命令で操
作するか、あるいは一人の操船者がジョイスティックで
操作するかのどちらかにより行われる。後者において
は、操作されたジョイスティックの方向に、舵、プロペ
ラ、バウスラスタの合計推力方向を向けるように制御さ
れる。
ウスラスタをそれぞれ別の操船者が士官などの命令で操
作するか、あるいは一人の操船者がジョイスティックで
操作するかのどちらかにより行われる。後者において
は、操作されたジョイスティックの方向に、舵、プロペ
ラ、バウスラスタの合計推力方向を向けるように制御さ
れる。
【０００３】そして、船舶を定方位でかつ直線移動させ
る場合の操船は、移動することによって発生する船体の
流体力抵抗や風などの外乱を操船者の経験や知識で調節
しながら行われる。
る場合の操船は、移動することによって発生する船体の
流体力抵抗や風などの外乱を操船者の経験や知識で調節
しながら行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
船舶を定方位でかつ直線に移動させるためには、常に一
人以上の経験や知識の多い操船者が従事していなければ
ならないという問題があった。
船舶を定方位でかつ直線に移動させるためには、常に一
人以上の経験や知識の多い操船者が従事していなければ
ならないという問題があった。
【０００５】そこで、本発明は、極めて経験や知識のな
い人間でも、スムーズで外乱に強い船舶の定方位直線移
動を行うことを可能とする船舶の定方位直線移動制御設
備を提供することを目的としたものである。
い人間でも、スムーズで外乱に強い船舶の定方位直線移
動を行うことを可能とする船舶の定方位直線移動制御設
備を提供することを目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうち請求項１記載の発明は、複数の推
進手段を備えた船舶の定方位直線移動制御設備であっ
て、前記船舶の現在位置を計測する位置センサと、前記
船舶の船首の方位を計測する方位計と、風速と風向を計
測する風信儀と、目標位置および目標方位データと制御
開始位置データから船舶の進行方向角度を求め、この船
舶の進行方向角度から船体流体力抵抗を求める船体流体
力抵抗計算手段と、前記目標位置および目標方位データ
を目標値とし、前記位置センサにより計測された現在位
置データと前記方位計により計測された現在方位データ
をフィードバック値として、船体制御推力を求める制御
力計算手段と、前記風信儀により計測された現在風速お
よび風向データから船体が受ける風力を計算する風力計
算手段と、これら計算手段により求められた、船体流体
力抵抗、船体制御推力、および船体が受ける風力によ
り、前記開始位置から離れるにしたがって大きく、前記
目標位置に近づくにしたがって小さくなる指令制御力を
求める指令制御力計算手段とを備え、前記指令制御力に
より前記船舶の複数の推進手段の各推力を求める構成と
したことを特徴とするものである。
ために、本発明のうち請求項１記載の発明は、複数の推
進手段を備えた船舶の定方位直線移動制御設備であっ
て、前記船舶の現在位置を計測する位置センサと、前記
船舶の船首の方位を計測する方位計と、風速と風向を計
測する風信儀と、目標位置および目標方位データと制御
開始位置データから船舶の進行方向角度を求め、この船
舶の進行方向角度から船体流体力抵抗を求める船体流体
力抵抗計算手段と、前記目標位置および目標方位データ
を目標値とし、前記位置センサにより計測された現在位
置データと前記方位計により計測された現在方位データ
をフィードバック値として、船体制御推力を求める制御
力計算手段と、前記風信儀により計測された現在風速お
よび風向データから船体が受ける風力を計算する風力計
算手段と、これら計算手段により求められた、船体流体
力抵抗、船体制御推力、および船体が受ける風力によ
り、前記開始位置から離れるにしたがって大きく、前記
目標位置に近づくにしたがって小さくなる指令制御力を
求める指令制御力計算手段とを備え、前記指令制御力に
より前記船舶の複数の推進手段の各推力を求める構成と
したことを特徴とするものである。
【０００７】ここで、船舶の推進手段は、バウスラス
タ、プロペラおよび舵などである。上記構成により、目
標位置および目標方位データを入力するだけで、船体流
体力抵抗と船体が受ける風力を考慮した指令制御力が求
められ、さらにこの指令制御力が開始位置から離れるに
したがって大きく、目標位置に近づくにしたがって小さ
くされることにより、急激な推力の増加により船体のバ
ランスをくずしたり、定方位の精度が低下する不具合が
防止され、スムーズで外乱に強い定方位直線移動が行わ
れる。
タ、プロペラおよび舵などである。上記構成により、目
標位置および目標方位データを入力するだけで、船体流
体力抵抗と船体が受ける風力を考慮した指令制御力が求
められ、さらにこの指令制御力が開始位置から離れるに
したがって大きく、目標位置に近づくにしたがって小さ
くされることにより、急激な推力の増加により船体のバ
ランスをくずしたり、定方位の精度が低下する不具合が
防止され、スムーズで外乱に強い定方位直線移動が行わ
れる。
【０００８】また請求項２記載の発明は、上記請求項１
記載の発明であって、制御力計算手段は、目標方位とは
直角な横方向に移動した船舶の速度を求め、この速度に
より所定時間後に船舶が前記横方向へ移動する第１予測
位置データを求め、この第１予測位置データと船舶の進
行方向角度から、所定時間後に船舶が目標方位の方向に
移動する第２予測位置データを求め、目標方位への目標
値をこの第２予測位置データとすることを特徴とするも
のである。
記載の発明であって、制御力計算手段は、目標方位とは
直角な横方向に移動した船舶の速度を求め、この速度に
より所定時間後に船舶が前記横方向へ移動する第１予測
位置データを求め、この第１予測位置データと船舶の進
行方向角度から、所定時間後に船舶が目標方位の方向に
移動する第２予測位置データを求め、目標方位への目標
値をこの第２予測位置データとすることを特徴とするも
のである。
【０００９】上記構成により、所定時間毎に、目標方位
の方向には船舶の進行方向角度に一致したステップ毎の
目標値が設定され、よって船舶の進行方向角度への直線
移動が行われる。
の方向には船舶の進行方向角度に一致したステップ毎の
目標値が設定され、よって船舶の進行方向角度への直線
移動が行われる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態におけ
る船舶の定方位直線移動制御設備の構成図である。
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態におけ
る船舶の定方位直線移動制御設備の構成図である。
【００１１】図１に示すように、船舶Ａ（図５参照）の
定方位直線移動制御装置（以下、コントローラと略す）
１は、設定器２より船舶の目標方位および位置からなる
設定信号｛目標方位Ｐt ，目標位置（Ｘt ，Ｙt ）｝、
方位計３から船舶の現在方位信号（方位ｐ）、ＧＰＳか
らなる位置センサ４より船舶の現在位置信号｛現在位置
（ｘ，ｙ）｝、および風信儀（風向風速計）５より現在
の風速と風向からなる風信号（風速ψR ，風向ψT ）を
入力し、バウスラスタ６の推力、右舷と左舷のプロペラ
７，８の回転数とピッチ角、右舷と左舷の舵９，10の舵
角を制御することにより、船舶Ａを定方位でかつ直線に
移動させるための制御装置であり、マイクロコンピュー
タから構成されている。
定方位直線移動制御装置（以下、コントローラと略す）
１は、設定器２より船舶の目標方位および位置からなる
設定信号｛目標方位Ｐt ，目標位置（Ｘt ，Ｙt ）｝、
方位計３から船舶の現在方位信号（方位ｐ）、ＧＰＳか
らなる位置センサ４より船舶の現在位置信号｛現在位置
（ｘ，ｙ）｝、および風信儀（風向風速計）５より現在
の風速と風向からなる風信号（風速ψR ，風向ψT ）を
入力し、バウスラスタ６の推力、右舷と左舷のプロペラ
７，８の回転数とピッチ角、右舷と左舷の舵９，10の舵
角を制御することにより、船舶Ａを定方位でかつ直線に
移動させるための制御装置であり、マイクロコンピュー
タから構成されている。
【００１２】図５に目標方位Ｐt をｘ軸とした制御説明
図を示す。設定器２より設定信号が入力された時点での
現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘs ，Ｙs ）とし、ｘ
方向速度をｄx 、ｙ方向速度をｄy とし、コントローラ
１の制御周期をＤT とし、制御周期ＤT 後の予定位置を
（ｘn ，ｙn ）としている。
図を示す。設定器２より設定信号が入力された時点での
現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘs ，Ｙs ）とし、ｘ
方向速度をｄx 、ｙ方向速度をｄy とし、コントローラ
１の制御周期をＤT とし、制御周期ＤT 後の予定位置を
（ｘn ，ｙn ）としている。
【００１３】コントローラ１は、図１に示すように、船
体流体力抵抗計算部11（詳細は後述する）と、制御力
（推力）計算部12（詳細は後述する）と、風信号の風速
ψR と風向ψT から、船舶を風洞実験して求めた風力係
数により船体が受ける風力（ｗx ，ｗy ，ｗn ）を計算
する風力計算部13と、指令制御力：Ｘ（船体前後方向推
力），Ｙ（船体横方向推力），Ｎ（旋回モーメント）を
計算する指令制御力計算部14（詳細は後述する）と、バ
ウスラスタ６、プロペラ７，８、および舵９，10の各推
力から求められた最大推力内に指令制御力を制限する指
令制御力制限部15と、入力した指令制御力をバウスラス
タ６、プロペラ７，８、および舵９，10に配分する指令
制御力配分部16と、配分された制御力に応じた操作量を
計算する、各操作端（バウスラスタ６、プロペラ７，
８、舵９，10）毎の指令操作量計算部17〜21から形成さ
れている。上記制御力（推力）に関する符号の添字のｘ
は船体前後方向推力、ｙは船体横方向推力、ｎは旋回モ
ーメントを表す。
体流体力抵抗計算部11（詳細は後述する）と、制御力
（推力）計算部12（詳細は後述する）と、風信号の風速
ψR と風向ψT から、船舶を風洞実験して求めた風力係
数により船体が受ける風力（ｗx ，ｗy ，ｗn ）を計算
する風力計算部13と、指令制御力：Ｘ（船体前後方向推
力），Ｙ（船体横方向推力），Ｎ（旋回モーメント）を
計算する指令制御力計算部14（詳細は後述する）と、バ
ウスラスタ６、プロペラ７，８、および舵９，10の各推
力から求められた最大推力内に指令制御力を制限する指
令制御力制限部15と、入力した指令制御力をバウスラス
タ６、プロペラ７，８、および舵９，10に配分する指令
制御力配分部16と、配分された制御力に応じた操作量を
計算する、各操作端（バウスラスタ６、プロペラ７，
８、舵９，10）毎の指令操作量計算部17〜21から形成さ
れている。上記制御力（推力）に関する符号の添字のｘ
は船体前後方向推力、ｙは船体横方向推力、ｎは旋回モ
ーメントを表す。
【００１４】船体流体力抵抗計算部11は、設定器２の設
定信号と、位置センサ４の船舶の現在位置信号を入力し
て、方位を保持したままで移動できる最大速度Ｍを計算
し、この速度と船舶の目標進行方向から船体流体力抵抗
（ｓx ，ｓy ，ｓn ）を計算する計算部であり、求めら
れた船体流体力抵抗（ｓx ，ｓy ，ｓn ）は指令制御力
計算部14へ出力される。計算手順を図２のフローチャー
トにしたがって説明する。
定信号と、位置センサ４の船舶の現在位置信号を入力し
て、方位を保持したままで移動できる最大速度Ｍを計算
し、この速度と船舶の目標進行方向から船体流体力抵抗
（ｓx ，ｓy ，ｓn ）を計算する計算部であり、求めら
れた船体流体力抵抗（ｓx ，ｓy ，ｓn ）は指令制御力
計算部14へ出力される。計算手順を図２のフローチャー
トにしたがって説明する。
【００１５】まず、設定器２より設定信号が入力された
時点での現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘs ，Ｙs ）
として、この開始位置（Ｘs ，Ｙs ）と目標位置（Ｘt
，Ｙt ）から進行方向の角度β（図５参照）を式
（１）により演算する（ステップ−１）。
時点での現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘs ，Ｙs ）
として、この開始位置（Ｘs ，Ｙs ）と目標位置（Ｘt
，Ｙt ）から進行方向の角度β（図５参照）を式
（１）により演算する（ステップ−１）。
【００１６】 β＝ｔａｎ-1｛（Ｘt −Ｘs ）／（Ｙt −Ｙs ）｝・・・（１） 次に求めた進行方向角度βから定方位で移動できる最大
速度Ｍを、予めデータベースに記憶された計算式により
計算する（ステップ−２）。この計算式は、各角度β毎
にバウスラスタ６、プロペラ７，８、舵９，10の各推力
を組み合わせてシミュレーションを行って求めたもので
ある。
速度Ｍを、予めデータベースに記憶された計算式により
計算する（ステップ−２）。この計算式は、各角度β毎
にバウスラスタ６、プロペラ７，８、舵９，10の各推力
を組み合わせてシミュレーションを行って求めたもので
ある。
【００１７】次に、求めた進行方向角度βと最大速度Ｍ
より予めデータベースに記憶された関数から船体流体力
抵抗（ｓx ，ｓy ，ｓn ）を計算する（ステップ−
３）。この関数は最大速度Ｍ毎に求められる。図６に一
例を示す。
より予めデータベースに記憶された関数から船体流体力
抵抗（ｓx ，ｓy ，ｓn ）を計算する（ステップ−
３）。この関数は最大速度Ｍ毎に求められる。図６に一
例を示す。
【００１８】また上記制御力計算部12は、設定器２の設
定信号と、方位計３の船舶の現在方位信号と、位置セン
サ４の船舶の現在位置信号を入力し、入力した現在位置
（ｘ，ｙ）と方位ｐをフィードバック値として船体を制
御するために必要な制御推力（ｔx ，ｔy ，ｔn ）を計
算する計算部であり、求められた制御推力（ｔx ，ｔy
，ｔn ）は指令制御力計算部14へ出力される。船体前
後方向推力ｔx と旋回モーメントｔn はＰＩＤ制御によ
り、また船体横方向推力ｔy はＰＤ制御により求められ
る。計算手順を図３のフローチャートにしたがって説明
する。
定信号と、方位計３の船舶の現在方位信号と、位置セン
サ４の船舶の現在位置信号を入力し、入力した現在位置
（ｘ，ｙ）と方位ｐをフィードバック値として船体を制
御するために必要な制御推力（ｔx ，ｔy ，ｔn ）を計
算する計算部であり、求められた制御推力（ｔx ，ｔy
，ｔn ）は指令制御力計算部14へ出力される。船体前
後方向推力ｔx と旋回モーメントｔn はＰＩＤ制御によ
り、また船体横方向推力ｔy はＰＤ制御により求められ
る。計算手順を図３のフローチャートにしたがって説明
する。
【００１９】まず、設定器２より設定信号が入力された
時点での現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘs ，Ｙs ）
として、この開始位置（Ｘs ，Ｙs ）と目標位置（Ｘt
，Ｙt ）から進行方向の角度βを上記式（１）により
演算する（ステップ−１）。
時点での現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘs ，Ｙs ）
として、この開始位置（Ｘs ，Ｙs ）と目標位置（Ｘt
，Ｙt ）から進行方向の角度βを上記式（１）により
演算する（ステップ−１）。
【００２０】次に現在位置ｙと前回ｙ方向速度ｄy （後
述する）より制御周期ＤT 後のｙ方向予測位置ｙn （図
５参照）を式（２）により計算する（ステップ−２）。 ｙn ＝ｙ＋ｄy ×ＤT ・・・（２） 前回ｙ方向速度ｄy によりｙ方向の位置を予測すること
により、海流により受ける力を考慮したことになる。次
に、ｙ方向予測位置ｙn と進行方向角度βからｘ方向予
測位置ｘn （図５参照）を式（３）により計算する（ス
テップ−３）。
述する）より制御周期ＤT 後のｙ方向予測位置ｙn （図
５参照）を式（２）により計算する（ステップ−２）。 ｙn ＝ｙ＋ｄy ×ＤT ・・・（２） 前回ｙ方向速度ｄy によりｙ方向の位置を予測すること
により、海流により受ける力を考慮したことになる。次
に、ｙ方向予測位置ｙn と進行方向角度βからｘ方向予
測位置ｘn （図５参照）を式（３）により計算する（ス
テップ−３）。
【００２１】 ｘn ＝ｘ＋ｄy ×ＤT ／ｔａｎβ・・・（３） 次に目標値をｘn ，Ｙt ，Ｐt としてｘ軸、ｙ軸、方位
の偏差を式（４）により計算する（ステップ−４）。ｘ
軸の方向のみＤT 時間後のｘ方向予測位置ｘnを目標値
とすることにより、進行方向角度βへの直線移動が可能
となる。
の偏差を式（４）により計算する（ステップ−４）。ｘ
軸の方向のみＤT 時間後のｘ方向予測位置ｘnを目標値
とすることにより、進行方向角度βへの直線移動が可能
となる。
【００２２】 ｈx ＝ｘn −ｘ ｈy ＝Ｙt −ｙ ｈp ＝Ｐt −ｐ・・・（４） そして、求めた各偏差（ｈx ，ｈy ，ｈp ）を微分し
て、各速度（ｄx ，ｄy，ｄp ）を求め（ステップ−
５）、続いて各偏差（ｈx ，ｈy ，ｈp ）を積分して、
積分値（ｉx ，ｉy ，ｉp ）を求める（ステップ−
６）。
て、各速度（ｄx ，ｄy，ｄp ）を求め（ステップ−
５）、続いて各偏差（ｈx ，ｈy ，ｈp ）を積分して、
積分値（ｉx ，ｉy ，ｉp ）を求める（ステップ−
６）。
【００２３】次にＰＩＤ制御で制御推力ｔx ，ｔn を、
ＰＤ制御で制御推力ｔy を式（５）により計算する（ス
テップ−７）。 ｔx ＝Ｋpx（ｈx ＋Ｔdx・ｄx ＋ｉx ／Ｔix） ｔy ＝Ｋpy（ｈy ＋Ｔdy・ｄy ） ｔn ＝Ｋpn（ｈp ＋Ｔdn・ｄn ＋ｉp ／Ｔin）・・・（５） Ｋpx，Ｋpy，Ｋpn；比例感度 Ｔix，Ｔin；積分時間 Ｔdx，Ｔdy，Ｔdn；微分時間 また上記指令制御力計算部14は、設定器２の設定信号
と、位置センサ４の船舶の現在位置信号と、船体流体力
抵抗計算部11により計算された船体流体力抵抗（ｓx ，
ｓy ，ｓn ）と、制御力計算部12により計算された船体
制御推力（ｔx ，ｔy ，ｔn ）と、風力計算部13により
計算された船体が受ける風力（ｗx ，ｗy，ｗn ）を入
力して、船体の指令推力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）を計算する計算
部であり、求められた指令推力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）は指令制
御力制限部15へ出力される。計算手順を図４のフローチ
ャートにしたがって説明する。
ＰＤ制御で制御推力ｔy を式（５）により計算する（ス
テップ−７）。 ｔx ＝Ｋpx（ｈx ＋Ｔdx・ｄx ＋ｉx ／Ｔix） ｔy ＝Ｋpy（ｈy ＋Ｔdy・ｄy ） ｔn ＝Ｋpn（ｈp ＋Ｔdn・ｄn ＋ｉp ／Ｔin）・・・（５） Ｋpx，Ｋpy，Ｋpn；比例感度 Ｔix，Ｔin；積分時間 Ｔdx，Ｔdy，Ｔdn；微分時間 また上記指令制御力計算部14は、設定器２の設定信号
と、位置センサ４の船舶の現在位置信号と、船体流体力
抵抗計算部11により計算された船体流体力抵抗（ｓx ，
ｓy ，ｓn ）と、制御力計算部12により計算された船体
制御推力（ｔx ，ｔy ，ｔn ）と、風力計算部13により
計算された船体が受ける風力（ｗx ，ｗy，ｗn ）を入
力して、船体の指令推力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）を計算する計算
部であり、求められた指令推力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）は指令制
御力制限部15へ出力される。計算手順を図４のフローチ
ャートにしたがって説明する。
【００２４】まず、設定器２より設定信号が入力された
時点での現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘs ，Ｙs ）
として、この移動開始位置（Ｘs ，Ｙs ）から現在位置
（ｘ，ｙ）までの距離ＬF を式（６）により計算する
（ステップ−１）。
時点での現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘs ，Ｙs ）
として、この移動開始位置（Ｘs ，Ｙs ）から現在位置
（ｘ，ｙ）までの距離ＬF を式（６）により計算する
（ステップ−１）。
【００２５】 ＬF ＝｛（ｘ−Ｘs ）2 ＋（ｙ−Ｙs ）2 ｝1/2 ・・・（６） 次に、現在位置（ｘ，ｙ）から目標位置（Ｘt ，Ｙt ）
までの距離ＬB を式（７）により計算する（ステップ−
２）。
までの距離ＬB を式（７）により計算する（ステップ−
２）。
【００２６】 ＬB ＝｛（ｘ−Ｘt ）2 ＋（ｙ−Ｙt ）2 ｝1/2 ・・・（７） 次に上記求めた移動開始位置（Ｘs ，Ｙs ）から現在位
置（ｘ，ｙ）までの距離ＬF と現在位置（ｘ，ｙ）から
目標位置（Ｘt ，Ｙt ）までの距離ＬB から移動パラメ
ータｋs,ｋe を式（８）により計算する。
置（ｘ，ｙ）までの距離ＬF と現在位置（ｘ，ｙ）から
目標位置（Ｘt ，Ｙt ）までの距離ＬB から移動パラメ
ータｋs,ｋe を式（８）により計算する。
【００２７】 ｋs ＝ＬF ×ｃ1 ｋe ＝ＬB ×ｃ2 ・・・（８） ｃ1 ，ｃ2 ；定数 次に、上記移動パラメータｋs ，ｋe が”１”より大き
いとき、それぞれを”１”にセットする（ステップ−４
〜７）。
いとき、それぞれを”１”にセットする（ステップ−４
〜７）。
【００２８】そして、指令制御力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）を式
（９）により計算する。 Ｘ＝（ｔx ＋ｓx ）×ｋs ×ｋe ＋ｗx Ｙ＝（ｔy ＋ｓy ）×ｋs ×ｋe ＋ｗy Ｎ＝（ｔn ＋ｓn ）×ｋs ×ｋe ＋ｗn ・・・（９） 上記移動パラメータｋs ，ｋe について説明する。
（９）により計算する。 Ｘ＝（ｔx ＋ｓx ）×ｋs ×ｋe ＋ｗx Ｙ＝（ｔy ＋ｓy ）×ｋs ×ｋe ＋ｗy Ｎ＝（ｔn ＋ｓn ）×ｋs ×ｋe ＋ｗn ・・・（９） 上記移動パラメータｋs ，ｋe について説明する。
【００２９】一般に船舶は運動方向の慣性が大きく異な
る（横方向の慣性は非常に大、それに対して前後方向、
旋回方向の慣性は小）ため、停止状態から急に定常に定
方位直線移動を行うだけの推力を指令すると、急激な指
令となりバランスをくずして、方位保持精度が悪くな
り、また目標移動位置の近くで減速を必要とし、急に減
速指令を行うとバランスをくずす。これらを解決する、
すなわち制御開始時／終了時の定方位移動をスムーズに
するため、移動パラメータｋs ，ｋe を用いる。図７に
示すように移動パラメータｋs は開始位置より離れると
少しずつ大きくなり、移動パラメータｋe は目標位置に
近づくと少しずつ小さくなる。これら移動パラメータｋ
s ，ｋe を指令制御力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）に乗算することに
より、移動開始から少しずつ制御力を大きくし、目標位
置に近づくと少しずつ制御力を小さくすることができ
る。
る（横方向の慣性は非常に大、それに対して前後方向、
旋回方向の慣性は小）ため、停止状態から急に定常に定
方位直線移動を行うだけの推力を指令すると、急激な指
令となりバランスをくずして、方位保持精度が悪くな
り、また目標移動位置の近くで減速を必要とし、急に減
速指令を行うとバランスをくずす。これらを解決する、
すなわち制御開始時／終了時の定方位移動をスムーズに
するため、移動パラメータｋs ，ｋe を用いる。図７に
示すように移動パラメータｋs は開始位置より離れると
少しずつ大きくなり、移動パラメータｋe は目標位置に
近づくと少しずつ小さくなる。これら移動パラメータｋ
s ，ｋe を指令制御力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）に乗算することに
より、移動開始から少しずつ制御力を大きくし、目標位
置に近づくと少しずつ制御力を小さくすることができ
る。
【００３０】上記指令制御力配分部16は、図８に示すよ
うに、入力した指令制御力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）を、式（10）
を満足するように、バウスラスタ６の推力ＹB と、プロ
ペラ７，８および舵９，10による推力ＸP1，ＸP2，ＹR
1，ＹR2に配分する。
うに、入力した指令制御力（Ｘ，Ｙ，Ｎ）を、式（10）
を満足するように、バウスラスタ６の推力ＹB と、プロ
ペラ７，８および舵９，10による推力ＸP1，ＸP2，ＹR
1，ＹR2に配分する。
【００３１】 Ｘ＝ＸP1＋ＸP2 Ｙ＝ＹB ＋ＹR1＋ＹR2 Ｎ＝ＸB ・ＹB −ＸR ・（ＹR1＋ＹR2）・・・（10） ＸB ；船体の重心Ｇからバウスラスタ６の位置までのｘ
方向の距離 ＸR ；船体の重心Ｇから推力を得る舵９，10の位置まで
のｘ方向の距離 バウスラスタ６の指令操作量計算部17には、上記推力Ｙ
B が入力され、この推力ＹB に見合う推力指令がバウス
ラスタ６へ出力される。また、右舷のプロペラ７の指令
操作量計算部18には、上記推力ＸP1およびＹR1をベクト
ル加算した推力が入力され、この推力に見合うピッチ角
（回転数が一定の場合）が右舷のプロペラ７へ出力され
る。同様に、左舷のプロペラ８の指令操作量計算部19に
は、上記推力ＸP2およびＹR2をベクトル加算した推力が
入力され、この推力に見合うピッチ角（回転数が一定の
場合）が左舷のプロペラ８へ出力される。また右舷の舵
９の指令操作量計算部20には、上記推力ＸP1およびＹR1
のベクトル角が入力され、この角度に見合う舵角が右舷
の舵９へ出力される。同様に、左舷の舵10の指令操作量
計算部21には、上記推力ＸP2およびＹR2のベクトル角が
入力され、この角度に見合う舵角が左舷の舵10へ出力さ
れる。
方向の距離 ＸR ；船体の重心Ｇから推力を得る舵９，10の位置まで
のｘ方向の距離 バウスラスタ６の指令操作量計算部17には、上記推力Ｙ
B が入力され、この推力ＹB に見合う推力指令がバウス
ラスタ６へ出力される。また、右舷のプロペラ７の指令
操作量計算部18には、上記推力ＸP1およびＹR1をベクト
ル加算した推力が入力され、この推力に見合うピッチ角
（回転数が一定の場合）が右舷のプロペラ７へ出力され
る。同様に、左舷のプロペラ８の指令操作量計算部19に
は、上記推力ＸP2およびＹR2をベクトル加算した推力が
入力され、この推力に見合うピッチ角（回転数が一定の
場合）が左舷のプロペラ８へ出力される。また右舷の舵
９の指令操作量計算部20には、上記推力ＸP1およびＹR1
のベクトル角が入力され、この角度に見合う舵角が右舷
の舵９へ出力される。同様に、左舷の舵10の指令操作量
計算部21には、上記推力ＸP2およびＹR2のベクトル角が
入力され、この角度に見合う舵角が左舷の舵10へ出力さ
れる。
【００３２】以下、上記構成における作用を説明する。
設定器２により目標方位Ｐt と位置（Ｘt ，Ｙt ）を入
力すると、入力時の現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘ
s ，Ｙs ）として、制御周期ＤT 毎に、船体流体力抵抗
（ｓx ，ｓy ，ｓn ）と船体制御推力（ｔx ，ｔy ，ｔ
n ）と、船体が受ける風力（ｗx ，ｗy ，ｗn ）が計算
され、移動パラメータｋs により開始位置（Ｘs ，Ｙs
）より離れると少しずつ大きくなる船体の指令推力
（Ｘ，Ｙ，Ｎ）が求められ、この指令推力（Ｘ，Ｙ，
Ｎ）はバウスラスタ６の推力と、プロペラ７，８および
舵９，10による推力に配分され、これら推力に応じたバ
ウスラスタ６、プロペラ７，８、舵９，10の操作量が求
められ、出力される。また移動パラメータｋe により、
目標位置（Ｘt ，Ｙt ）に近づくと指令推力（Ｘ，Ｙ，
Ｎ）は少しずつ小さくなる。
設定器２により目標方位Ｐt と位置（Ｘt ，Ｙt ）を入
力すると、入力時の現在位置（ｘ，ｙ）を開始位置（Ｘ
s ，Ｙs ）として、制御周期ＤT 毎に、船体流体力抵抗
（ｓx ，ｓy ，ｓn ）と船体制御推力（ｔx ，ｔy ，ｔ
n ）と、船体が受ける風力（ｗx ，ｗy ，ｗn ）が計算
され、移動パラメータｋs により開始位置（Ｘs ，Ｙs
）より離れると少しずつ大きくなる船体の指令推力
（Ｘ，Ｙ，Ｎ）が求められ、この指令推力（Ｘ，Ｙ，
Ｎ）はバウスラスタ６の推力と、プロペラ７，８および
舵９，10による推力に配分され、これら推力に応じたバ
ウスラスタ６、プロペラ７，８、舵９，10の操作量が求
められ、出力される。また移動パラメータｋe により、
目標位置（Ｘt ，Ｙt ）に近づくと指令推力（Ｘ，Ｙ，
Ｎ）は少しずつ小さくなる。
【００３３】上記作用によるシミュレーション結果を、
図９と図10に示す。図９は、目標位置（１００ｍ，１０
０ｍ）、外乱なしの条件、図10は、目標位置（１００
ｍ，１００ｍ）、風２０°，３ｍ／ｓ、潮０°，０．５
ｋｔの条件によりシミュレーションを行ったものであ
り、矢印はその地点での船舶Ａの方位を示している。こ
のシミュレーション結果からもわかるように、定方位で
かつ直線移動を行うことができた。
図９と図10に示す。図９は、目標位置（１００ｍ，１０
０ｍ）、外乱なしの条件、図10は、目標位置（１００
ｍ，１００ｍ）、風２０°，３ｍ／ｓ、潮０°，０．５
ｋｔの条件によりシミュレーションを行ったものであ
り、矢印はその地点での船舶Ａの方位を示している。こ
のシミュレーション結果からもわかるように、定方位で
かつ直線移動を行うことができた。
【００３４】このように、従来、常に一人以上の経験や
知識の多い操船者が従事した船舶の定方位直線移動の操
船を、極めて経験や知識のない人間でも目標方位と位置
を入力するだけで行うことができ、風や海流により受け
る力を考慮にいれたスムーズで外乱に強い定方位直線移
動を行うことができる。
知識の多い操船者が従事した船舶の定方位直線移動の操
船を、極めて経験や知識のない人間でも目標方位と位置
を入力するだけで行うことができ、風や海流により受け
る力を考慮にいれたスムーズで外乱に強い定方位直線移
動を行うことができる。
【００３５】なお、本実施の形態では、船舶Ａの推進手
段として、バウスラスタ６と、２軸のプロペラ７，８
と、２軸の舵９，10を用いているが、複数の推進手段を
有する、たとえばバウスラスタと１軸のプロペラおよび
舵を備えた船舶に本発明を適用することができる。
段として、バウスラスタ６と、２軸のプロペラ７，８
と、２軸の舵９，10を用いているが、複数の推進手段を
有する、たとえばバウスラスタと１軸のプロペラおよび
舵を備えた船舶に本発明を適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、極め
て経験や知識のない人間でも目標方位と位置を入力する
だけで、スムーズで外乱に強い船舶の定方位直線移動を
行うことができる。
て経験や知識のない人間でも目標方位と位置を入力する
だけで、スムーズで外乱に強い船舶の定方位直線移動を
行うことができる。
【図１】本発明の実施の形態における船舶の定方位直線
移動制御設備の構成図である。
移動制御設備の構成図である。
【図２】同船舶の定方位直線移動制御設備のコントロー
ラの船体流体力抵抗計算部の計算手順を示すフローチャ
ートである。
ラの船体流体力抵抗計算部の計算手順を示すフローチャ
ートである。
【図３】同船舶の定方位直線移動制御設備のコントロー
ラの制御力計算部の計算手順を示すフローチャートであ
る。
ラの制御力計算部の計算手順を示すフローチャートであ
る。
【図４】同船舶の定方位直線移動制御設備のコントロー
ラの指令制御力計算部の計算手順を示すフローチャート
である。
ラの指令制御力計算部の計算手順を示すフローチャート
である。
【図５】同船舶の定方位直線移動制御設備の制御説明図
である。
である。
【図６】同船舶の定方位直線移動制御設備の船体流体力
抵抗を求める特性図である。
抵抗を求める特性図である。
【図７】同船舶の定方位直線移動制御設備の移動パラメ
ータの特性図である。
ータの特性図である。
【図８】同船舶の定方位直線移動制御設備の推力を配分
するための説明図である。
するための説明図である。
【図９】同船舶の定方位直線移動制御設備によるシミュ
レーションの結果を示す図である。
レーションの結果を示す図である。
【図10】同船舶の定方位直線移動制御設備によるシミュ
レーションの結果を示す図である。
レーションの結果を示す図である。
１ コントローラ ２ 設定器 ３ 方位計 ４ 位置センサ ５ 風信儀 ６ バウスラスタ ７，８ プロペラ ９，10 舵 11 船体流体抵抗計算部 12 制御力計算部 13 風力計算部 14 指令制御力計算部 15 指令制御力制限部 16 指令制御力配分部 17〜21 指令操作量計算部 Ａ 船舶 （ｘ，ｙ） 船舶現在位置 （Ｘt ，Ｙt ） 目標位置 Ｐt 目標方位 （ｓx ，ｓy ，ｓn ） 船体流体力抵抗 （ｔx ，ｔy ，ｔn ） 船体制御推力 （ｗx ，ｗy ，ｗn ） 船体が受ける風力 （Ｘ，Ｙ，Ｎ） 船体の指令推力
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−198185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−231894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−55095（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B63H 25/00 G05D 1/00
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の推進手段を備えた船舶の定方位直
線移動制御設備であって、 前記船舶の現在位置を計測する位置センサと、 前記船舶の船首の方位を計測する方位計と、 風速と風向を計測する風信儀と、 目標位置および目標方位データと制御開始位置データか
ら船舶の進行方向角度を求め、この船舶の進行方向角度
から船体流体力抵抗を求める船体流体力抵抗計算手段
と、 前記目標位置および目標方位データを目標値とし、前記
位置センサにより計測された現在位置データと前記方位
計により計測された現在方位データをフィードバック値
として、船体制御推力を求める制御力計算手段と、 前記風信儀により計測された現在風速および風向データ
から船体が受ける風力を計算する風力計算手段と、 これら計算手段により求められた、船体流体力抵抗、船
体制御推力、および船体が受ける風力により、前記開始
位置から離れるにしたがって大きく、前記目標位置に近
づくにしたがって小さくなる指令制御力を求める指令制
御力計算手段とを備え、 前記指令制御力により前記船舶の複数の推進手段の各推
力を求める構成としたことを特徴とする船舶の定方位直
線移動制御設備。 - 【請求項２】 制御力計算手段は、目標方位とは直角な
横方向に移動した船舶の速度を求め、この速度により所
定時間後に船舶が前記横方向へ移動する第１予測位置デ
ータを求め、この第１予測位置データと船舶の進行方向
角度から、所定時間後に船舶が目標方位の方向に移動す
る第２予測位置データを求め、目標方位への目標値をこ
の第２予測位置データとすることを特徴とする請求項１
記載の船舶の定方位直線移動制御設備。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26762796A JP3267516B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 船舶の定方位直線移動制御設備 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26762796A JP3267516B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 船舶の定方位直線移動制御設備 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10109693A JPH10109693A (ja) | 1998-04-28 |
| JP3267516B2 true JP3267516B2 (ja) | 2002-03-18 |
Family
ID=17447320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26762796A Expired - Fee Related JP3267516B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 船舶の定方位直線移動制御設備 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3267516B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4917272B2 (ja) * | 2005-05-20 | 2012-04-18 | 東京計器株式会社 | 船舶用自動操舵装置 |
| JP5151157B2 (ja) * | 2007-01-22 | 2013-02-27 | 株式会社Ｉｈｉ | バウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置 |
| JP5356874B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2013-12-04 | 古野電気株式会社 | 帆走援助装置 |
| JP5397811B2 (ja) * | 2009-11-16 | 2014-01-22 | 独立行政法人海上技術安全研究所 | 風圧力係数推定プログラム、風圧力係数推定装置および構造体の動作制御方法 |
| JP6596700B2 (ja) | 2014-10-23 | 2019-10-30 | ヤンマー株式会社 | 操船装置 |
| JP6566236B2 (ja) * | 2015-03-26 | 2019-08-28 | 三菱重工業株式会社 | 演算装置、移動体システム、演算方法およびプログラム |
| JP6664171B2 (ja) * | 2015-09-07 | 2020-03-13 | ジャパン・ハムワージ株式会社 | 船舶操縦装置 |
| JP7263150B2 (ja) | 2019-06-27 | 2023-04-24 | 古野電気株式会社 | 船体制御装置、船体制御方法、および、船体制御プログラム |
| JP7261105B2 (ja) | 2019-06-28 | 2023-04-19 | 古野電気株式会社 | 船体制御装置、船体制御方法、および、船体制御プログラム |
| JP7263158B2 (ja) | 2019-07-05 | 2023-04-24 | 古野電気株式会社 | 船体制御装置、船体制御方法、および、船体制御プログラム |
| JP2021041872A (ja) | 2019-09-13 | 2021-03-18 | 古野電気株式会社 | 船体制御装置、船体制御方法、および、船体制御プログラム |
| JP7330025B2 (ja) | 2019-09-13 | 2023-08-21 | 古野電気株式会社 | 船速制御装置、船速制御方法、および、船速制御プログラム |
| JP2021116011A (ja) * | 2020-01-28 | 2021-08-10 | ナブテスコ株式会社 | 船舶 |
| JP7359086B2 (ja) * | 2020-07-01 | 2023-10-11 | トヨタ自動車株式会社 | 操船制御装置 |
-
1996
- 1996-10-09 JP JP26762796A patent/JP3267516B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10109693A (ja) | 1998-04-28 |
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