JP3332670B2 - 操船制御及び支援方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、推進プロペラ、舵、ス
ラスタなどの複数のアクチュエータを有する船舶若しく
は飛行船（以下飛行船を含めて船舶という）において、
一本のジョイスティックレバーの操作により、複数のア
クチュエータを同時に制御して操船する操船制御方法と
その装置に係り、特に操船の熟練度を必要とする事な
く、容易に所定位置若しくは所定方向に移動可能な、操
船制御方法とその装置に関する発明である。

【０００２】

【従来の技術】海洋調査船やケーブル敷設船等において
は、１本のレバーで複数のアクチュエータを同時に制御
して、船舶を任意の方向に移動操作させるために、ジョ
イスティックコントロールシステムを採用している。そ
してかかるジョイスティックコントロールシステムは、
１本のジョイスティックレバー等によりバウスラスタの
翼角（可変ピッチプロペラの場合であり、固定ピッチプ
ロペラの場合は回転数）、主推進器の翼角（または回転
数）、舵の舵角等を制御し、船体移動や旋回などの操船
を容易に実現し得るものである。

【０００３】図９は、従来例のジョイスティックコント
ロールシステムを示している。図９に示すように、船舶
には、左右舷方向に推力を発生させるバウスラスタ９２
Ｓと、前後方向に推力を発生させる主推進器９２Ｐ（推
進プロペラ）と、主推進器９２Ｐの前後方向推力を前後
・左右方向に配分させる舵９２Ｒとからなる複数のアク
チュエータが装備されている。さらにこれらの複数のア
クチュエータを制御するために、バウスラスタ制御盤９
１Ｓ、主推進器制御盤９１Ｐ、オートパイロット（舵制
御装置）９１Ｒが装備されるとともに、センサとして、
船舶の船首方位を検知するジャイロコンパス８３、翼角
センサ（または回転計）８４、８５、舵角計８６等が装
備されている。なお、複数のアクチュエータの組み合わ
せはこれに限らず、たとえば、主推進器９２Ｐおよび舵
９２Ｒ等を２組設けたものも使用されている。

【０００４】そして、１本のジョイスティックレバー等
の操作で複数のアクチュエータを制御するために、ジョ
イスティックレバー等を備えた操作盤１、およびジョイ
スティックレバー等の操作量に基づき、各制御盤９１
Ｓ、９１Ｐ、９１Ｒへの各指令値を演算する主制御装置
０２が配設されている。

【０００５】操作盤１は一般的に船舶の操舵室に設置さ
れており、操作盤１には、ジョイスティックレバー１
１、旋回ダイヤル１２、及び操作推力演算器１３が組込
まれている。ジョイスティックレバー１１には、回転軸
が互いに直行する２個の図示しない回転角検出器が連結
されており、ジョイスティックレバー１１を任意の角度
方向に倒伏させることにより、倒伏角度のｘ、ｙ成分を
２個の回転角検出器で検出して、操作推力演算器１３に
出力する。又操作盤１には、ジョイスティックレバー１
１とともに、旋回ダイヤル１２が備えられており、旋回
ダイヤル１２を旋回させることにより、旋回角度を操作
推力演算器１３に送付する。そして、操作推力演算器１
３では、ジョイスティックレバー１１および旋回ダイヤ
ル１２からの信号がＡ／Ｄ変換された後、船舶を移動、
旋回させるために必要な操作推力のΧ軸（船舶の前後方
向）座標成分ＦＸo 、Ｙ軸（左右舷方向）座標成分ＦＹ
o 、旋回モーメント成分ＦＮo が演算される。

【０００６】なお、旋回ダイヤル１２はかならずしも必
要なものではなく、例えば特公平３−３９８７８号の第
２図にその詳細が開示されているように、ジョイスティ
ックレバー１１の先端に押釦スイッチを設け、押釦スイ
ッチの操作により２個の回転角検出器の内の一つを旋回
角度とするようにしてもよい。さらには、ジョイスティ
ックレバー１１自体が回転できるようにして、旋回角度
を得るようにしてもよい。また操作推力演算器１３はか
ならずしも操作盤１内に配置する必要はなく、後述する
主制御装置０２内に配置してもよい。

【０００７】また、操作盤１は必要に応じて複数台（た
とえば、船舶の操舵室の中央と、右舷と、左舷とに３
台）設けられ、使用する操作盤１を図示しない選択スイ
ッチ等により選択する。そして上述の操作推力（ＦＸo
，ＦＹo ，ＦＮo ）は、主制御装置０２に送信され
る。

【０００８】主制御装置０２は、推力配分部４として、
各アクチュエータの配分推力を演算する推力配分回路４
１と、推力配分回路４１からの各指令推力に基づく各ア
クチュエータの指令値を演算する指令値演算回路４２
Ｓ、４２Ｐ、４２Ｒとから構成されている。

【０００９】すなわち推力配分回路４１では、操作盤１
からの操作推力（ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo ）を下記１）
式により、図７に示すような、バウスラスタ９２Ｓへの
指令推力（ＸＳ，ＹＳ，ＮＳ）、主推進器９２Ｐへの指
令推力（ＸＰ，ＹＰ，ＮＰ）、舵９２Ｒへの指令推力
（ＸＲ，ＹＲ，ＮＲ）に配分する。 （ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo ）＝ （ＸＳ，ＹＳ，ＮＳ）＋（ＸＰ，ＹＰ，ＮＰ）＋（ＸＲ，ＹＲ，ＮＲ）…１）

【００１０】次に、指令値演算回路４２Ｓでは、指令推
力（ＸＳ，ＹＳ，ＮＳ）に基づきバウスラスタ９２Ｓへ
の指令値φＳ（ピッチ角または回転数）を演算し、バウ
スラスタ制御盤９１Ｓに送出する。同様に指令値演算回
路４２Ｐでは、指令推力（ＸＰ，ＹＰ，ＮＰ）に基づき
主推進器９２Ｐへの指令値φＰ（ピッチ角または回転
数）を演算し、主推進器制御盤９１Ｐに送出する。更に
指令値演算回路４２Ｒでは、指令推力（ＸＲ，ＹＲ，Ｎ
Ｒ）に基づき舵９２Ｒへの指令値δＲ（舵角）を演算
し、オートパイロット９１Ｒに送出する。

【００１１】そしてバウスラスタ制御盤９１Ｓでは、翼
角センサ８４からフィードバック信号を取込みながら、
指令値φＳに基づいてバウスラスタ９２Ｓのピッチ角制
御を行う。又主推進器制御盤９１Ｐでも、翼角センサ８
５からフィードバック信号を取込みながら、指令値φＰ
に基づいて主推進器９２Ｐのピッチ角制御を行う。更に
オートパイロット９１Ｒでは、ジャイロコンパス８３よ
りの方位信号及び舵角計８６からのフィードバック信号
を取込みながら、指令値δＲに基づいて舵９２Ｒの舵角
制御を行う。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらかかる装
置による操船方法は、ジョイスティクレバーの倒し量及
び旋回ダイヤルの回転角等より大雑把にしか命令推力を
把握できず、又船舶は風や潮流などの外乱の影響を受け
るものであるから、前記レバー操作により船舶にどの位
の推力がどの方向に働くかよく分からなかった。この
為、操船者に操船上の不安と負担を与える結果にもなっ
ている。

【００１３】この為かかる装置による操船方法は、操作
と船の動きの関係、応答性をトレーニング、経験などか
ら学習して修得する必要があり、操船者に一層の熟練度
が要求される。

【００１４】本発明は上記課題を解決し、容易かつ安全
な操船を実現させようとするものである。即ち本発明は
操船者に不安や負担を与える事なく、又操船の熟練度を
必要とする事なく、精度よく容易に且つ確実に所定位置
若しくは所定方向に移動可能な操船制御及び支援方法と
その装置を提供する事を目的とする。

【００１５】

【課題を解決する為の手段】本発明はジョイスティック
レバー等の船舶操船手段よりの操船信号に基づいて推力
演算し、該演算推力を推進プロペラ、舵、スラスタなど
の各アクチュエータに配分しながら操船制御を行う操船
制御及び支援方法およびその装置として適用されるもの
である。

【００１６】即ち本発明の要旨とする所は、前記操作推
力演算器１３よりの操作推力（ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo
）、又は前記推力を配分回路４１で配分し、夫々の指
令値演算回路４２Ｓ、４２Ｐ、４２Ｒにて演算された指
令値（φＳ、φＰ、δＲ）（以下これら両者を含めて演
算推力データという）若しくはアクチュエータ９２より
取込んだ実際の推力データの内、選択された一のデータ
をベクトル加算してアクチュエータ若しくは船舶全体に
作用する推力を求め、該推力のベクトル方向とそのベク
トル量を表示装置７に表示させる事を特徴とする。

【００１７】この場合船位測定装置８７よりの検出信号
に基づいて未知外乱を推定し、又風向風速計８１の検出
信号に基づいて既知外乱を推定し、該２つの外乱推定デ
ータに基づいて補償された推力データをベクトル加算し
て船舶全体に作用する推力を求め、該推力のベクトル方
向とそのベクトル量を表示部に表示させるのがよい。

【００１８】尚好ましくは、前記外乱補償され船舶に加
わっている推力データに基づいてベクトル表示を行う
か、若しくは前記外乱補償を行う事なくアクチュエータ
の推力データに基づいてベクトル表示を行うかの選択を
可能にするのがよい。

【００１９】そしてかかる発明を達成する装置構成とし
て、本発明は船舶操船手段１１、１２よりの操船信号に
基づいて操作推力を演算する操作推力演算手段１３、該
演算推力を各アクチュエータに配分する推力配分手段４
と、該配分手段４よりの指令値に基づいて前記アクチュ
エータの推進制御を行うアクチュエータ推進制御手段９
１とを具えた船舶移動制御装置において、前記操作推力
演算手段１３よりの操作推力、又は推力配分手段４より
の指令値、若しくは推進制御手段９１又は検知手段８４
〜８６より取込んだ推力データの内、選択された一のデ
ータをベクトル加算してアクチュエータ９２若しくは船
舶全体に作用する推力を求める船体運動演算手段６と、
それより得た推力をベクトル表示する表示装置部７から
なる事を特徴とする操船制御及び支援装置を提案する。

【００２０】この場合、前記推力演算手段１３と推力配
分手段４との間に、船位検出手段８７よりの検出信号に
基づいて未知外乱を推定し、又風向風速計の検出信号に
基づいて既知外乱を推定し、該２つの外乱推定データに
基づいて操作推力の補償を行う補償手段３１〜３３を介
装するのがよい。

【００２１】更に好ましくは前記外乱補償され船舶に加
わっている推力データに基づいてベクトル表示を行う
か、若しくは前記外乱補償を行う事なくアクチュエータ
の推力データに基づいてベクトル表示を行うかの選択を
行う選択回路６３を設けるのがよい。

【００２２】更に推力配分手段とアクチュエータ間に船
内発電機の負荷状態を監視し、前記負荷状況に応じて選
択された一又は複数のアクチュエータの推力を制限する
電力制限手段を介装し、該制限手段により前記負荷状況
に応じて選択された一又は複数のアクチュエータの推力
を制限するとともに、該制限手段通過後の演算推力デー
タに基づいてベクトル演算を行うのがよい。

【００２３】

【作用】本発明によれば、図６及び図７に示すように、
ジョイスティックレバー等の操作に応じて船舶に作用す
るトータル推力がベクトル表示され、操船を行う上での
有効な情報となる。すなわち、現操作量が操船者の意図
した量及び方向と合致しているか、又操作量と実際の船
の効きが操船者のイメージと合っているかを明確に判断
することが出来る。

【００２４】そして表示装置を前記操船手段１の隣接位
置に配設して構成することにより、操船者は操作手段に
隣接した表示部を見ながら容易に且つ確実に制御させる
事が出来、精度よく且つ安全に操船出来る。

【００２５】又本発明は、風向風速の既知外乱のみなら
ず潮流や波浪、船の経年変化などによる未知外乱が生じ
ても、これを一括して推力信号として捕え、該信号を演
算して得られた未知外乱補正データを加減して演算推力
の生成を行うために、常に精度よいベクトル表示が可能
となる。

【００２６】更に前記外乱補償され実際に船舶に加わっ
ている推力データに基づいてベクトル表示を行うか、若
しくはアクチュエータの推力データに基づいてベクトル
表示を行うかの選択を行う選択スイッチを設ける事によ
り操船の自由度が増す。

【００２７】又船内発電機の負荷状態に応じてアクチュ
エータ９２の推力を制限する電力制限手段４３を設け、
該電力制限手段４３通過後の指令値に基づいてベクトル
演算を行うことにより精度よいベクトル演算が可能とな
る。

【００２８】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特
に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれの
みに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００２９】図１は本発明の実施例に係る操船制御装置
の概略図、図２は本発明の第１実施例に係る操船制御装
置の全体構成を示すブロック図、図３は本発明の第２実
施例に係る操船制御装置の全体構成を示すブロック図、
図４は本発明の第３実施例に係る操船制御装置の全体構
成を示すブロック図、図５は本発明の第４〜８実施例に
係る操船制御装置の全体構成を示すブロック図、図６は
第１実施例及び第３以降の実施例における表示例を示す
図、図７は第２実施例以降における表示例を示す図、図
８は本発明の実施例に用いる船体に作用する力を示すグ
ラフ図である。

【００３０】すなわち、第１の実施例は図２に図示のよ
うに、表示演算部６において、推力合成演算回路６１を
設け、図６に示す図を表示するようにしたものである。
第２の実施例は、図３に図示のように、図２に示す第１
の実施例に替えて、表示演算部６において、加速度演算
回路６２、到達度演算回路６３を設け、図７に示す図を
表示するようにしたものである。第３の実施例は、図４
に図示のように、推力配分部４等からの各アクチュエー
タへの指令値を逆変換して推力を演算するために、主制
御装置２において推力加算部５を追加したものである。

【００３１】第４の実施例は、図５に部分的に図示のよ
うに、表示装置７において、ジョイスティックレバー１
１の傾斜角表示器７５および方向角表示器７６を追加し
たものである。第５の実施例は、図５に部分的に図示の
ように、推力配分部４において、電力制限回路４３等を
追加したものである。第６の実施例は、図５に部分的に
図示のように、主制御回路２において、外乱補償回路３
等を追加したものである。第７の実施例は、図５に部分
的に図示のように、表示演算部６において、選択回路６
４を追加したものである。第８の実施例は、図５に部分
的に図示のように、指令値演算回路４２Ｓ、４２Ｐ、４
２Ｒおよび推力演算回路５１Ｓ、５１Ｐ、５１Ｒにおけ
る演算において、船速計８２からのデータを考慮したも
のである。

【００３２】なお、図９に示す従来技術と同一符号のも
のは、均等構成部材であり、従来技術との差異を中心に
説明する。また、図２、３、４、５において各アクチュ
エータについては、その代表回路例を示すものであり、
各アクチュエータを１台ずつでも良いが、それに限定さ
れるものではなく、図１に示すようにスラスタを２台設
けてもよく、さらには、これに代えて（バウ）スラスタ
を１台とし主推進器及び舵を２台ずつ設けるようにして
も良い。

【００３３】第１実施例について説明する。第１実施例
は、図２に示すように、アクチュエータとしてスラスタ
９２Ｓ、主推進器９２Ｐ、舵９２Ｒが必要数設けられて
おり、これに対応して、各アクチュエータの各制御盤９
１Ｓ、９１Ｐ、オートパイロット９１Ｒ、翼角センサ８
４、８５、及び舵角計８６も対応する数だけ設ける。ま
たジャイロコンパス８３も設けられている。

【００３４】尚本実施例においては、スラスタ９２Ｓは
スラスタ制御盤９１Ｓを介してその翼角または回転数
を、又主推進器９２Ｐは主推進器制御盤９１Ｐを介して
その翼角または回転数を夫々可変制御する。

【００３５】そして、１本のジョイスティックレバー等
の操作で複数のアクチュエータを制御するために、ジョ
イスティックレバー等を備えた操作盤１、およびジョイ
スティックレバー等の操作量に基づき、各制御盤９１
Ｓ、９１Ｐ、９１Ｒへの各指令値を演算するために、主
制御装置２に推力配分部４が配設されている。船舶の操
舵室に設置された操作盤１には、従来のものと同様にジ
ョイスティックレバー１１、旋回ダイヤル１２、及び操
作推力演算器１３が組込まれているが、その構成及び作
用は前述した通りである。

【００３６】操作盤１には、表示装置７が隣接して配置
されており、表示装置７には、操作推力、方位、船位等
を表示するために、液晶表示装置若しくはＣＲＴからな
る表示器７３と、画像合成回路７１と、画像メモリ若し
くはＣＤ−ＲＯＭ等からなる海図記憶器７２とが組込ま
れており、海図記憶器７２内には、航路の始点から終点
に至るまで若しくは必要とする海域及び港付近の海図４
０が記憶されている。なお、海図記憶器７２内に記憶さ
れている多数の海図４０データは、各海図４０のデータ
毎に、該当海域における陸地、桟橋、航行可能航路、座
礁危険区域等の情報と、該当海域の最大／最小の緯度／
経度と、縮尺度とにより構成されている。

【００３７】なお、操作盤１および表示装置７は、従来
例と同様に必要に応じて複数組設置される。

【００３８】主制御装置２には、従来のものと同様に、
推力配分部４として、推力配分回路４１及び、複数のア
クチュエータに対応する指令値演算回路４２Ｓ：４２
Ｐ：４２Ｒが設けられているが、その構成及び作用は前
述した通りである。この主制御装置２には、表示演算部
６も設けられており、表示演算部６には、船舶に作用す
る推力を演算するための推力合成演算回路６１が設けら
れている。

【００３９】まず、船舶に作用する推力の演算、船位、
方位も含めた表示について、以下に詳細に説明する。表
示演算部６には、操作推力演算器１３から操作推力（Ｆ
Ｘo ，ＦＹo ，ＦＮo ）が送信されると共に、ジャイロ
コンパス８３から船舶の方位（ψ）が、船位測定装置８
７から船位（緯度、経度）（Ｘo 、Ｙo ）が送信されて
いる。

【００４０】その内、推力合成演算回路６１では、入力
された操作推力（ＦＸo ，ＦＹo ）に基づいて、下記の
１）、２）式により、船舶全体に作用する推力Ｆθ（絶
対値）とその作用する方向θ（船首方向を零とした）と
が演算される。 Ｆθ・Ｆθ＝（ＦＸo ・ＦＸo ＋ＦＹo ・ＦＹo ） …１） θ＝ｔan-1（ＦＹo ／ＦＸo ） …２）

【００４１】このようにして、推力合成演算回路６１で
求めた船舶全体に作用する推力（絶対値）Ｆθおよびそ
の作用する方向θと、ジャイロコンパス８３から船舶の
方位（ψ）と、船位測定装置８７から船位（緯度、経
度）（Ｘo 、Ｙo ）とを、表示装置７の画像合成回路７
１に送信する。

【００４２】画像合成回路７１では、海図記憶器７２に
記憶されている多くの海図の中から、現在の船位（Ｘo
、Ｙo ）が存在する海図を選出し、この海図と上記デ
ータ（Ｆθ、θ、ψ、Ｘo 、Ｙo ）を重畳処理して画像
を合成し、図６に示すごとく、表示器７３に表示する。
なお、重畳処理する場合、海図４０は船舶の方位（ψ）
に応じて傾けられると共に、縮尺度に応じて拡大縮小さ
れる。また必要に応じて、合成された画像は、拡大縮小
が可能なようにしても良い。このようにして、表示装置
７を操作盤１に隣接して配設することにより、操作量と
その方向を視覚で確認することができ、安全な操船が可
能となる。

【００４３】つぎに、第２に実施例について説明する。
第２に実施例は、図３に示すように、表示演算部６にお
いて、加速度演算回路６２及び到達度演算回路６３を設
けたものである。加速度演算回路６２へは、操作推力演
算器１３から操作推力（ＦＸo ，ＦＹo，ＦＮo ）が送
信されると共に、到達度演算回路６３へはジャイロコン
パス８３から船舶の方位（ψ）が、船位測定装置８７か
ら船位（緯度、経度）（Ｘo 、Ｙo ）が、船速計８２か
ら船速（Ｕo ，Ｖo ）が送信されている。

【００４４】加速度演算回路６２において、操作推力
（ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo ）を下記３）〜５）式に代入
して、操作推力（ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo ）が船舶に作
用した時に発生する加速度の前後方向成分（ｄＵ）、左
右舷方向成分（ｄＶ）を演算して、到達度演算回路６３
に送信する。 （Ｍ＋ｍx ）・ｄＵ−（Ｍ＋ｍy ）Ｖ・γ ＝ＦＸo …３） （Ｍ＋ｍy ）・ｄＶ＋（Ｍ＋ｍx ）Ｕ・γ ＝ＦＹo …４） （Ｉ＋Ｊ） ・ｄγ ＝ＦＮo …５） この場合、Ｍは船の質量、 γは回頭速
度、 ｄγは回頭加速度、ｍx は前後方向の負荷質
量、 Ｉは船体重心周りの慣性モーメント、ｍy は左右
舷方向の負荷質量、Ｊは船体重心周りの付加モーメン
ト、である。なお、上述の各質量、モーメントは、積み
荷の量に応じて（予め手動により、または船舶の喫水等
に比例して自動的に）設定される。

【００４５】一方、到達度演算回路６３では、表示装置
７から入力された目標位置（ＸＴ，ＹＴ）と船位測定装
置８７から送付された船位（Χo 、Ｙo ）とを、下記
６）〜８）式に代入して、目標値までの距離のＸ，Ｙ成
分（ｄΧ，ｄＹ）及び距離Ｄを求める。 ｄΧ ＝ Χo − ＸＴ …６） ｄＹ ＝ Ｙo − ＹＴ …７） Ｄ・Ｄ＝ ｄΧ・ｄΧ ＋ ｄＹ・ｄＹ …８）

【００４６】さらに、到達度演算回路６３では、加速度
演算回路６２から送信された加速度の前後方向成分（ｄ
Ｕ）、左右舷方向成分（ｄＶ）と、船速計８２から入力
された船速（Ｕo ，Ｖo ）とを、下記９）〜１０）式に
代入して、到達時間Ｔを求める。 ｄΧ＝Ｕo ・Ｔ ＋（１／２）ｄＵ・Ｔ・Ｔ …９） ｄＹ＝Ｖo ・Ｔ ＋（１／２）ｄＶ・Ｔ・Ｔ …１０）

【００４７】このようにして求めた目標値までの距離
Ｄ、到達時間Ｔ、船位測定装置８７からの船位（緯度、
経度）（Χo 、Ｙo ）、ジャイロコンパス８３からの方
位（ψ）を、表示装置７の画像処理器７１に送出する。
なお、船位測定装置８７からは、数秒間隔で常に新しい
船位（Χo 、Ｙo ）が送付されており、それに応じて目
標値までの距離Ｄ、到達時間Ｔも数秒間隔で更新され
る。

【００４８】なお、第２の実施例では、さらにこれに加
えて以下に示すように、目標値での予測船速（ＵＴ，Ｖ
Ｔ）を求め、表示するようにしてもよい。すなわち、下
記１１）〜１２）式により、目標値での予測船速（Ｕ
Ｔ，ＶＴ）を求め、表示装置７の画像処理器７１に送出
する。 ＵＴ ＝ Ｕo ＋ ｄＵ・Ｔ …１１） ＶＴ ＝ Ｖo ＋ ｄＶ・Ｔ …１２） 実際には、目標距離が大きい時には、船速が増すにつれ
船体抵抗が増加しある船速でつりあうことになるため、
その補正が行われるが、上記の計算のみでも、目標に近
づくにつれ実際の船速に近いものとなる。

【００４９】そして、画像合成回路７１では、海図記憶
回路７２に記憶されている多くの海図の中から、現在の
船位（Ｘo 、Ｙo ）が存在する海図を選出し、この海図
と上記データ（Ｄ、Ｔ、ψ、Ｘo 、Ｙo 、ＸＴ，ＹＴ）
（及びＵＴ，ＶＴ）を重畳処理して画像を合成し、図７
に示すごとく、表示器７３に表示する。なお、重畳処理
する場合、海図４０は船舶の方位（ψ）に応じて傾けら
れると共に、縮尺度に応じて拡大縮小される。また必要
に応じて、合成された画像は、拡大縮小が可能なように
しても良い。

【００５０】このようにして、表示装置７を操作盤１に
隣接して配設することにより、現操作推力（ＦＸo ，Ｆ
Ｙo ，ＦＮo ）における、目標値までの到達時間（Ｔ）
及び距離（Ｄ）（及び目標値での予測船速（ＵＴ，Ｖ
Ｔ））を視覚で確認することができ、安全な操船が可能
となる。

【００５１】なお、上記の第１の実施例における操作量
とその方向の表示（図６）と、第２の実施例における目
標値までの到達時間、距離Ｄ、目標値での予測船速の表
示（図７）とは、個別に表示する例について説明した
が、両者を合わせた表示としてもよい。

【００５２】第３の実施例について説明する。第３の実
施例は、図４に図示のように主制御装置２に推力加算部
５が追加されている。そして操作推力演算器１３よりの
操作推力（ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo ）を表示演算部６の
入力データとするのではなく、推力配分部４にて演算さ
れた指令値（φＳ、φＰ、δＲ）を、推力加算部５にて
逆算して、表示演算部６の入力データとしている。な
お、その他の構成（操作盤１、推力配分部４、表示演算
部６、表示装置７、アクチュエータ等）は、図２、３に
示す第１、２の実施例と同じである。

【００５３】第３の実施例では、主制御装置２には、推
力演算回路５１Ｓ，５１Ｐ，５１Ｒと推力加算回路５２
とにより構成されている推力加算部５を設けている。推
力演算回路５１Ｓ，５１Ｐ，５１Ｒでは、指令値演算回
路４２Ｓ，４２Ｐ，４２Ｒと逆の演算を行い、推力配分
部４で演算された指令値（φＳ、φＰ、δＲ）を、各推
力（ｄＸＳ，ｄＹＳ，ｄＮＳ）（ｄＸＰ，ｄＹＰ，ｄＮ
Ｐ）（ｄＸＲ，ｄＹＲ，ｄＮＲ）に逆変換する。

【００５４】次に推力加算回路５２では、下記１３）〜
１４）式により、合計推力（ｄＦＸＦＹo,ｄＦＮo ）を
求めて、表示演算部６に送付する。 ｄＦＸo ＝ｄＸS ＋ｄＸP ＋ｄＸR …１３） ｄＦＹo ＝ｄＹS ＋ｄＹP ＋ｄＹR …１４） ｄＦＮo ＝ｄＮS ＋ｄＮP ＋ｄＮR …１５）

【００５５】表示演算部６において、推力合成演算回路
６１では、第１実施例における操作推力演算器１３から
の操作推力（ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo ）の代わりに、推
力加算部５からの合計推力（ｄＦＸo,ｄＦＹo,ｄＦＮo
）を入力値として、第１実施例と同様の演算処理を行
う。

【００５６】また、加速度演算回路６２および到達度演
算回路６３でも、第１実施例における操作推力演算器１
３からの操作推力（ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo ）の代わり
に、推力加算部５からの合計推力（ｄＦＸo,ｄＦＹo,ｄ
ＦＮo ）を入力値として、第２実施例と同様の演算処理
を行う。

【００５７】このような構成により、表示装置７におい
て第１、２実施例とほぼ同様の形態の表示がおこなわれ
る。なお、上記は、操作量とその方向の表示（図６）
と、目標値までの到達時間、距離Ｄ、目標値での予測船
速の表示（図７）とを、重畳した表示となるが、どちら
か一方のみを表示するようにしてもよい。

【００５８】かかる実施例によれば、実際にアクチュエ
ータ９２がどのように作動しているかの推力配分回路４
１と指令値演算回路４２Ｓ、４２Ｐ、４２Ｒの演算デー
タに基づいて演算、表示が行われるために、演算ミス、
誤差を考慮した表示とすることができる。また従来例に
おいて、ジョイスティック１１を操作したにも係わら
ず、各演算器の故障等により実際に推力が発生しなかっ
たことにより発生する事故等を未然に防止できる。

【００５９】なお、推力配分部４よりの指令値（φＳ、
φＰ、φＲ）を推力加算部５の入力データとするのでは
なく、図４に点線で図示のように、各アクチュエータ９
２の各制御盤９１若しくは翼角センサ８４、８５又は舵
角計８６のアクチュエータセンサより取込んだ実際の指
令値（φＳ’、φＰ’、φＲ’）を推力加算部５へ入力
してもよい。

【００６０】第４の実施例について説明する。第４の実
施例は、図５に部分的に図示のように、他の実施例に対
し、表示装置７に、ジョイスティックレバー１１の傾斜
角表示器７５および方向角表示器７６が設けられてい
る。なお、傾斜角表示器７５および方向角表示器７６の
追加は図５に図示のものに限定されるものではなく、図
２、図３、図４および図９に図示のものにも追加可能で
ある。

【００６１】従来例で説明のごとく、ジョイスティック
レバー１１には、回転軸が互いに直行する２個の図示し
ない回転角検出器が連結されているが、この２個の回転
角のデータは、操作推力演算器１３を介して、表示装置
７に設けられた傾斜角表示器７５および方向角表示器７
６に送信される。傾斜角表示器７５および方向角表示器
７６では、このデータに基づいて各々傾斜角および方向
角を演算し、アナログ若しくはデジタル表示するもので
ある。上述の構成により、実際に操作したジョイスティ
ックレバー１１の操作量を、視覚にて確認できる。

【００６２】第５の実施例について説明する。第５の実
施例は、図５に部分的に図示のように、他の実施例に対
し、推力配分部４において、電力制限回路４３等を追加
したものである。なお、電力制限回路４３等の追加は図
５に図示のものに限定されるものではなく、図２、図
３、図４および図９に図示のものにも追加可能である。

【００６３】推力配分部４において、指令値演算回路４
２Ｓ、４２Ｐ、４２Ｒと、スラスタ制御盤９１Ｓ及び主
推進機制御盤９１Ｐとの間には、電力制限回路４３を介
装し、船内発電機の負荷状態に応じてスラスタ９２Ｓと
主推進機９２Ｐの推力を制限可能に構成している。すな
わち、スラスタを例にとって説明すると、スラスタ制御
盤９１Ｓには、スラスタ駆動電動機への現在の消費電力
（ＰＷ２）を計測する電力計が設けられている。一方発
電機制御盤９０には、船内の消費電力、供給可能電力お
よび余剰電力（ＰＷ１）等が計測、演算されている。

【００６４】推力配分部４の電力制限回路４３では、ス
ラスタ制御盤９１Ｓから現在の消費電力（ＰＷ２）が送
信され、発電機制御盤９０から余剰電力（ＰＷ１）が送
付されるとともに、スラスタ指令値演算回路４２Ｓで演
算されたバウスラスタの指令値φＳo に必要な電力（Ｐ
Ｗｏ）を演算する。そして、指令値φＳo に必要な電力
（ＰＷｏ）と、余剰電力（ＰＷ１）および現在の消費電
力（ＰＷ２）の加算値（ＰＷ１＋ＰＷ２）とを比較し、
ＰＷｏ＜（ＰＷ１＋ＰＷ２）のときは、電力制限回路４
３より出力されるスラスタへの指令値φＳを、φＳ＝φ
Ｓo とする。同様に主推進器への指令値φＰも、φＰ＝
φＰo とする。

【００６５】一方ＰＷｏ＞（ＰＷ１＋ＰＷ２）のとき
は、電力制限回路４３より出力されるスラスタ指令値φ
Ｓ及び主推進機９２Ｐの指令値φＰを、 φＳ＝（比例関係）（ＰＷ1 ＋ＰＷ2 ）／ＰＷｏ・φＳo …１６） φＰ＝（比例関係）（ＰＷ1 ＋ＰＷ2 ）／ＰＷｏ・φＰo …１７） とする。なお、上式では、単純に正比例するという意味
ではなく（例えば回転数制御の場合、電力（＝馬力）は
回転数の３乗に比例）、電力の加算値に応じた指令値φ
Ｓ、φＰとするという意味である。

【００６６】そして電力制限回路４３で補正された指令
値（φＳ、φＰ、δＲ）を、アクチュエータ９２側の各
制御盤９１Ｓ、９１Ｐ、オートパイロット９１Ｒ（およ
び推力加算部５）に送出する。一方、表示装置７の電力
制限表示器７７では、電力制限が行われていること、お
よび（または）その割合（ＰＷ1 ＋ＰＷ2 ）／ＰＷｏ等
を表示する。なお、一般的に船舶における力率は平均
０．８であることを考慮すると、各電流値に基づいて上
述の演算、処理を行うものも、実質的に本実施例の各電
力値に基づいて演算、処理を行うものに含まれるもので
ある。また、上記の実施例は、スラスタを例にとって説
明したが、その他に主推進器が電動機により駆動される
場合も、同様に電力制限を行うことができる。

【００６７】本実施例によれば、スラスタの負荷が急激
に増加し、船内の必要電力が発電機の供給可能電力をオ
ーバーし、発電機がトリップし、主推進機が停止して、
船舶の操船が不能になるといった状態が事前に回避でき
る。

【００６８】第６の実施例について説明する。第６の実
施例は、図５に部分的に図示のように、第２以降の実施
例に対し、主制御装置２に外乱補償部３を組込んだもの
である。外乱補償部３は、既知（風）外乱推定回路３
１、外乱補償回路３２、未知外乱推定回路３３および予
測位置演算回路３４とにより構成されている。

【００６９】既知（風）外乱推定回路３１では、風向風
速計８１より得た、船体Ｈに対する相対風速、相対風向
きを基に、空気密度、船体Ｈの正面及び側面投影面積、
風圧力係数を考慮して、既知（風）外乱が船体Ｈに及ぼ
す推力のΧ軸（船舶の前後方向）座標成分（ＸＡ）、Ｙ
軸（左右舷方向）座標成分（ＹＡ）、旋回モーメント成
分（ＮＡ）を推定して、既知外乱力（ＸＡ，ＹＡ，Ｎ
Ａ）を外乱補償回路３２へ送信する。

【００７０】つぎに、予測位置演算回路３４では、加速
度演算回路６２から送信された加速度の前後方向成分
（ｄＵ）、左右舷方向成分（ｄＶ）と、船速計８２から
入力された船速（Ｕo ，Ｖo ）とを、下記１８）〜１
９）式に代入して、所定時間（ｓ後の移動距離のＸ成分
（ｄΧｓ）、Ｙ成分（ｄＹｓ）を演算する。 ｄΧｓ＝Ｕo ・ｓ ＋（１／２）ｄＵ・ｓ・ｓ …１８） ｄＹｓ＝Ｖo ・ｓ ＋（１／２）ｄＶ・ｓ・ｓ …１９） そして移動距離（ｄΧｓ、ｄＹｓ）を座標変換（ψ）し
た後、船位（Ｘｏ，Ｙｏ）に加算して所定時間（ｓ）後
の船体Ｈの予測位置（Ｘｓ，Ｙｓ）を演算する。

【００７１】未知外乱推定回路３３では、予測位置演算
回路３４から、所定時間（ｓ）後の船体Ｈの予測位置
（Ｘｓ，Ｙｓ）が入力され、それを記憶しておく。所定
時間（ｓ）後に船位測定装置８７より、現在の船位（Ｘ
ｏ，Ｙｏ）が入力されると、記憶されていた予測位置
（Ｘｓ，Ｙｓ）と現在の船位（Ｘｏ，Ｙｏ）との距離差
（Ｘｓ−Ｘｏ，，Ｙｓ−Ｙｏ）を求める。そして、その
距離差を座標変換（ψ）した後、所定時間（ｓ）で距離
差をゼロにするために必要な推力のΧ軸（船舶の前後方
向）座標成分（ＸＥ）、Ｙ軸（左右舷方向）座標成分
（ＹＥ）、旋回モーメント成分（ＮＥ）を推定し、未知
外乱力（ＸＥ，ＹＥ，ＮＥ）として外乱補償回路３２へ
送信する。

【００７２】外乱補償回路３２では、操作盤１の操作推
力演算器１３より送出した操作推力を、下記２０）式に
示すように、未知外乱推定回路３３より得た未知外乱力
（ＸE,ＹE,ＮE ）、及び既知（風）外乱推定回路３１よ
り得た既知外乱力（ＸA,ＹA,ＮA ）の補償を行い、該補
償された演算推力（ＦＸ，ＦＹ，ＦＮ）を推力配分部４
の推力配分回路４１に送出する。 （ＦＸ，ＦＹ，ＦＮ）＝ （ＦＸo ，ＦＹo ，ＦＮo ）＋（ＸA,ＹA,ＮA ）＋（ＸE,ＹE,ＮE ）…２０）

【００７３】推力配分部４以降では、この演算推力（Ｆ
Ｘ，ＦＹ，ＦＮ）に基づいて第３〜５の実施例に記載の
処理、演算、表示が行われる。なお、外乱補償部３を設
ける場合、推力加算部５に外乱力加算回路５２ｂを追加
し、推力加算過程において未知外乱力（ＸE,ＹE,ＮE ）
及び既知外乱力（ＸA,ＹA,ＮA ）を加算する必要があ
る。また、外乱力加算回路５２ｂから表示演算部６の加
速度演算回路６２及び推力合成演算回路６１へは、図５
に点線で図示のように送信される。なお、第６実施例の
外乱補償は、図９に示す従来例にも適用可能である。す
なわち、図９に示す従来例に、図４に示す推力配分部５
と、加速度演算回路６２と、外乱力加算回路５２ｂと、
上述の外乱補償部３とを、組み合わせることにより、表
示装置７がなくても外乱補償を行うことができる。

【００７４】第７の実施例について説明する。第７の実
施例は、図５の表示演算部６に図示のように、第６の実
施例に対し、さらに表示演算部６において選択回路６４
を追加したものである。そして、外乱力加算回路５２ｂ
からの外乱力を加算した推力と、推力加算回路５２ａか
らの合計推力（ｄＦＸo,ｄＦＹo,ｄＦＮo ）と、操作推
力演算器１３からの操作推力（ＦＸo,ＦＹo,ＦＮo ）と
の３種類の推力について、少なくともいずれか２種類の
推力を、選択回路６４に入力し、表示装置７に設けた選
択スイッチ７８により、外乱力を加算した推力と、外乱
力を加算していない合計推力と、操作推力との少なくと
も２種類に付き、いずれか一方を表示演算部６へ送信す
る。選択回路６３を設けることにより、外乱力の量等を
知ることが出来る。

【００７５】第８の実施例について説明する。一般的に
船速が遅い場合はあまり問題とならないが、船速が速く
なると、スラスタ９２Ｓおよび舵９２Ｒの各推力は、同
じ指令値（φＳまたはδＲ）でも停船時の推力と異なっ
たものとなる。そこで、船速計８２より船速（Ｕｏ，Ｖ
ｏ）を、指令値演算回路４２Ｓ、４２Ｒおよび推力演算
回路５１Ｓ、５１Ｒに送信し、船速に応じた指令値（φ
ＳまたはδＲ）および推力（ｄＸＳ，ｄＹＳ，ｄＮ
Ｓ）、（ｄＸＲ，ｄＹＲ，ｄＮＲ）を演算する。また、
対水船速（Ｕｏ、Ｖｏ）を指令値演算回路４２Ｐ及び推
力演算回路５１Ｐに送信し、対水船速に応じた指令値
（φＰ）及び推力（ｄＸＰ，ｄＹＰ，ｄＮＰ）を演算す
ることもできる。

【００７６】

【効果】以上記載した如く本発明によれば、操船の簡便
化、操船の負担の軽減、及び操船の安全性の向上が図ら
れ、これにより操船者に不安や負担を与える事なく、又
操船の熟練度を必要とする事なく、精度よく容易に且つ
確実に所定位置若しくは所定方向に移動可能な操船制御
方法とその装置を得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る操船制御装置の概略図

【図２】本発明の第１実施例に係る操船制御装置の全体
構成を示すブロック図

【図３】本発明の第２実施例に係る操船制御装置の全体
構成を示すブロック図

【図４】本発明の第３実施例に係る操船制御装置の全体
構成を示すブロック図

【図５】本発明の第４〜８実施例に係る操船制御装置の
全体構成を示すブロック図

【図６】第１及び第３以降の実施例における表示例を示
す図

【図７】第２実施例以降における表示例を示す図

【図８】本発明の実施例に用いる船体に作用する力を示
すグラフ図

【図９】従来例に係る操船制御装置の全体構成を示すブ
ロック図

【符号の説明】

１ 操作盤 １１ ジョイスティックレバー １２ 旋回ダイヤル １３ 操作推力演算器（操作推力演算手段） ２ 主制御装置 ３ 外乱補償部 ３１ 既知外乱推定回路 ３２ 外乱補償回路 ３３ 未知外乱推定回路 ３４ 船位予測演算回路 ４ 推力配分部 ４１ 推力配分回路 ４２Ｓ、４２Ｐ、４２Ｒ 指令値演算回路 ４３ 電力制限回路 ５ 推力加算部 ５１Ｓ、５１Ｐ、５１Ｒ 推力演算回路 ５２、５２ａ 推力加算回路 ５２ｂ 外乱力加算回路 ６ 表示演算部 ６１ 推力合成演算回路 ６２ 加速度演算回路 ６３ 到達度演算回路 ６４ 選択回路 ７ 表示装置 ７１ 画像合成回路 ７２ 海図記憶器 ７３ 表示器 ７５ 傾斜角表示器 ７６ 方向角表示器 ７７ 電力制限表示器 ７８ 選択スイッチ ４０ 海図 ８１ 風向風速計 ８２ 船速計（船体運動検出手段） ８３ ジャイロコンパス ８４〜８６ 検知手段 ８７ 船位測定装置（船位測定値検出手段） ９０ 発電機制御盤 ９１Ｓ、９１Ｐ、９１Ｒ 制御盤（アクチュエータ
推進制御手段） ９２Ｓ、９２Ｐ、９２Ｒ アクチュエータ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶操船手段よりの操船信号に基づいて
   操作推力を演算し、該演算操作推力を配分手段を介して
   各アクチュエータに配分しながら操船制御及び支援を行
   う船舶移動制御方法において、船位検出手段よりの検出信号に基づいて未知外乱を推定
   し、又風向風速計の検出信号に基づいて既知外乱を推定
   し、該２つの外乱推定データに基づいて補償された推力
   データをベクトル加算して船舶全体に作用する外乱補償
   された推力を求め 前記配分手段による配分前又は配分後
   の前記外乱補償された演算推力データ若しくはアクチュ
   エータより取込んだ実際の推力データの内、選択された
   一の推力データをベクトル加算してアクチュエータ若し
   くは船舶全体に作用する推力を求め、該推力のベクトル
   方向とそのベクトル量を表示部に表示させる事を特徴と
   する操船制御及び支援方法。
2. 【請求項２】 船舶操船手段よりの操船信号に基づいて
   操作推力を演算し、該演算操作推力を配分手段を介して
   各アクチュエータに配分しながら操船制御及び支援を行
   う船舶移動制御方法において、船位検出手段よりの検出信号に基づいて未知外乱を推定
   し、又風向風速計の検出信号に基づいて既知外乱を推定
   し、該２つの外乱推定データに基づいて補償された推力
   データをベクトル加算して船舶全体に作用する外乱補償
   された推力を求め、 前記外乱補償され船舶に加わってい
   る推力データに基づいてベクトル表示を行うか、若しく
   は前記外乱補償を行う事なくアクチュエータの推力デー
   タに基づいてベクトル表示を行うかの選択を可能にした
   ことを特徴とする操船制御及び支援方法。
3. 【請求項３】 船舶操船手段よりの操船信号に基づいて
   操作推力を演算する操作推力演算手段、該演算推力を各
   アクチュエータに配分する推力配分手段と、該配分手段
   よりの指令値に基づいて前記アクチュエータの推進制御
   を行うアクチュエータ推進制御手段とを具えた船舶移動
   制御装置において、 前記操作推力演算手段よりの操作推力、又は推力配分手
   段よりの指令値、若しくは推進制御手段又は検知手段よ
   り取込んだ推力データの内、選択された一のデータをベ
   クトル加算してアクチュエータ若しくは船舶全体に作用
   するベクトル推力を求める推力合成演算手段と、前記推
   力合成演算手段より得たベクトル量を表示する表示部か
   らなり、前記推力演算手段と推力配分手段との間に、船
   位検出手段よりの検出信号に基づいて未知外乱を推定
   し、又風向風速計の検出信号に基づいて既知外乱を推定
   し、該２つの外乱推定データに基づいて操作推力の補償
   を行う補償手段を介装した事を特徴とする操船制御及び
   支援装置。
4. 【請求項４】 前記外乱補償され船舶に加わっている推
   力データに基づいてベクトル表示を行うか、若しくは前
   記外乱補償を行う事なくアクチュエータの推力データに
   基づいてベクトル表示を行うかの選択を行う選択回路を
   設けた請求項３記載の操船制御及び支援装置。
5. 【請求項５】 推力配分手段とアクチュエータ間に船内
   発電機の負荷状態を監視し、前記負荷状況に応じて選択
   された一又は複数のアクチュエータの推力を制限する電
   力制限手段を介装し、該制限手段により前記負荷状況に
   応じて選択された一又は複数のアクチュエータの推力を
   制限するとともに、該制限手段通過後の演算推力データ
   に基づいてベクトル演算を行うことを特徴とする請求項
   ３若しくは４記載の船舶移動制御及び支援装置。