JP3662122B2 - 船舶の船首方位制御設備 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶を外力(風や潮流など)を利用して一定位置へ移動させる船舶の船首方位制御設備に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、外力(風や潮流など)を利用して船舶を一定位置へ移動させる場合には、経験・知識を有する人間が、風向、風速、潮流向、潮流速などから船舶の流される量を推測し、舵、プロペラ、バウスラスタを操作して横移動させていた。あるいは位置保持しやすい船首方位を決定していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、船舶に上記バウスラスタなど船首を動かす推進装置が装備されていない場合、経験・知識を有する人間でも、横移動、あるいは位置保持を行うことは困難であるという問題があった。
【0004】
そこで、本発明は、船首を動かす推進装置が装備されていない船舶であっても、極めて経験や知識のない人間が、移動したい座標を入力するだけで、外力を利用して船舶を移動させ得る船舶の船首方位制御設備を提供することを目的としたものである。
【0005】
【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、船舶の現在位置を計測する位置センサ4と、前記船舶の船首の方位を計測する方位計3と、船舶の目標位置、前記位置センサ4によって計測される船舶の現在位置、および前記方位計3によって計測される船舶の船首方位より、船舶の横流れ情報として、横方向の目標位置との偏差ΔYおよび横方向の速度Vを求め、そしてこれら偏差ΔYおよび速度Vを下記の演算式(1)に代入し、船舶に作用する外力を利用して当該船舶をその目標位置に移動させ得る変更角度Y CR を求めて船首の目標方位を更新する目標方位演算手段12とを備えたことを特徴とするものである。
【0006】
Y CR =ΔY×A C +V×B C ・・・(1)
(A C ,B C は定数)
上記構成により、目標位置を入力するだけで、外力により横流れを起こしている船舶を、前記目標位置へ移動させる船舶の目標方位が求められる。
【0007】
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、前記目標方位演算手段は、前記目標方位の更新を、目標方位と前記方位計によって計測される船舶の船首方位との差が所定角度以上で、かつ前記横方向の目標位置との偏差が増加しており、かつ前記更新より所定時間経過していることを条件に実行することを特徴とするものである。
【0008】
上記構成により、目標方位の更新が、3つの条件が、すなわち更新が外乱となる可能性を排した条件が揃ったときに実行される。
【0009】
【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船首方位制御設備の構成図である。
【0010】
船舶A(図4参照)の船首方位制御設備の制御装置(以下、コントローラと略す)1は、設定器2より船舶の目標位置からなる設定信号{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(Xs ,Ys )}、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、および潮流計6より現在の潮流速と潮流向からなる潮流信号を入力し、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の方位を制御して、船舶の目標位置への移動、あるいは目標位置での位置保持を行う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。図4に示すように、船舶Aは、風と潮流の外力を受けると、流されることから、船舶の目標位置への移動、あるいは位置保持のために舵9,10を使用している。上記コントローラ1、設定器2、方位計3、位置センサ4、風信儀5、および潮流計6は船舶Aに装備されている。
【0011】
コントローラ1は、図1に示すように、船舶Aの現在位置(Xs ,Ys )が目標位置(Xt ,Yt )の所定の範囲に入っているかを判断し、範囲外と判断すると移動制御指令信号を出力し、範囲内と判断すると位置保持指令信号を出力する判断部11と、前記移動制御指令信号に応じて移動制御時の目標方位ψを演算するための本発明に係る移動制御目標方位演算部12と、前記位置保持指令信号に応じて位置保持時の目標方位ψを演算する位置保持目標方位演算部13と、上記演算部12,13により求められた目標方位ψとなるように、方位計3により検出される船首方位pをフィードバックしながら舵9,10を操作する操作制御部14から構成されている。
【0012】
操作制御部14は、目標方位ψと測定船首方位pの偏差を求める減算器15と、この減算器15により求められた偏差に基づいて舵角を演算するPID制御部16から構成されている。
【0013】
上記移動制御目標方位演算部12を図2のブロック図に基づいて説明する。
この演算部12は、上記のように移動制御指令信号を入力すると、制御周期Cyで実行され、目標方位ψ(n)を外力を利用できる方向へ更新する。
【0014】
図2において、Y偏差Y速度演算部は、船舶Aの現在位置(Xs ,Ys )と目標位置(Xt ,Yt )から図4に示す船舶Aの横流れの情報、すなわちY偏差ΔYとY速度Vを求める演算部であり、船首を変更する角度YCRは、前記Y偏差Y速度演算部により求められたΔYとVより下記(1)式により求められ、さらに角度の急変を避けるために、±5゜のリミッタがかけられて求められている。
【0015】
YCR=ΔY×AC+V×BC・・・(1)
(AC,BCは定数)
またこの求めた船首を変更する角度YCRを目標方位ψ(n)に加算して更新するかどうかの実行条件を求めている。これら実行条件を下記に示す。
【0016】
1.目標方位ψ(n)と計測された船首方位pの差(絶対値)が30゜以上であるかどうか。
2.Y偏差ΔYが増加しているかどうか(Y偏差ΔYが前回のY偏差ΔYより大きくなっているかどうか)。
【0017】
3.先の目標方位ψ(n)の更新からの時間Tが、式(2)により求める時間tcの間、経過しているか、すなわち目標位置(Xt ,Yt )に近づくにつれて長くなるように時間tcを設定し、この時間tcが経過しているかどうか。
【0018】
tc=Kc/絶対値ΔY ・・・(2)
(Kcは定数)
これらの条件は、目標方位ψ(n)の更新が外乱となる可能性を排した条件であり、これら条件が全て揃っているとき(AND)、更新の実行を許可している。
【0019】
目標方位ψ(n)の更新の式を下記に示す。
ψ(n)=ψ(n−1)+YCR
求められた目標方位ψ(n)が操作制御部14へ出力される。
【0020】
上記位置保持目標方位演算部13を図3のブロック図に基づいて説明する。
この演算部13は、上記のように位置保持指令信号を入力すると、制御周期Cyで実行され、目標方位ψを外力を利用できる方向へ更新する。
【0021】
風力計算部において、風信儀5により計測された風速と風向と、方位計3により計測された船舶Aの船首方位pから、実験して求めた風力係数により船体が受ける横力WyとモーメントWmが計算され、潮流計算部において、潮流計6により計測された潮流速と潮流向と、方位計3により計測された船舶Aの船首方位pから、実験して求めた潮流係数により船体が受ける横力SyとモーメントSmが計算され、上記計算されたこれら風の横力Wyと潮流の横力Syが加算されて、図4に示す外力による横力YEを求めている。また、上記計算されたこれら風のモーメントWmと潮流のモーメントSmが加算され、この加算値を、図4に示す船舶Aの重心Gと舵軸までの距離LPRXで除算して風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力YCTを求めている。
【0022】
そして求められた横力YEと横力YCTが相殺される目標方位ψ、すなわち
YE+YCT=0
を満たす方位ψを演算している。
【0023】
求められた目標方位ψが操作制御部14へ出力される。
以下、上記構成における作用を説明する。
設定器2により目標位置(Xt ,Yt )を入力すると、現在位置(Xs ,Ys )が目標位置(Xt ,Yt )の所定範囲内に入っているかどうかが判断され、範囲外と判断されると、本発明に係る移動制御目標方位演算部12が選択駆動されて、外力により横方向に流されている船舶Aを目標位置(Xt ,Yt )へ移動させる船首方位{目標方位ψ(n)}が求められ、また範囲内と判断されると、位置保持目標方位演算部13が選択駆動されて、外力が在る場合にも船舶Aを現在位置(Xs ,Ys )に保持させる船首方位{目標方位ψ}が求められ、求められた船首方位により、操作制御部14において舵角が求められ、舵9,10が操作される。
【0024】
上記作用によるシミュレーション結果を、図5と図6に示す。図5は、潮流速1.0kt,潮流向(角度)0.0゜、風速10.0m/s,風向(角度)45.0゜の条件において、50m先から中央の目標位置へ移動させたとき、図6は、潮流速1.0kt,潮流向(角度)180.0゜、風速10.0m/s,風向(角度)135.0゜の条件において、目標位置の20mの範囲内で位置保持を行ったときのシミュレーション結果である。これらシミュレーション結果からもわかるように、舵角の操作で外力に対応することができた。
【0025】
このように、極めて経験や知識のない人間でも目標位置を入力するだけで、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外力に則した船舶の移動あるいは位置保持の操船を行うことができ、またバウスラスタが無い場合にも、目標位置への移動、位置保持を行うことができる。
【0026】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、バウスラスタなど船首を動かす推進装置が装備されていない船舶であっても、極めて経験や知識のない人間でも目標方位を入力するだけで、外力に則した船舶の移動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における船舶の移動制御設備の構成図である。
【図2】 同船舶の移動制御設備の制御装置の移動制御目標方位演算部のブロック図である。
【図3】 同船舶の移動制御設備の制御装置の位置保持目標方位演算部のブロック図である。
【図4】 同船舶の移動制御設備の説明図である。
【図5】 同船舶の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。
【図6】 同船舶の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。
【符号の説明】
1 制御装置
2 設定器
3 方位計
4 位置センサ
5 風信儀
6 潮流計
9,10 舵
11 判断部
12 移動制御目標方位演算部
13 位置保持目標方位演算部
14 操作制御部
A 船舶
(Xs ,Ys ) 船舶現在位置
(Xt ,Yt ) 目標位置
YE 風と潮流による横力
YCT 風と潮流下で方位を制御する時に発生する横力
p 船首方位
ψ 目標方位
Claims (2)
- 船舶の現在位置を計測する位置センサ4と、
前記船舶の船首の方位を計測する方位計3と、
船舶の目標位置、前記位置センサ4によって計測される船舶の現在位置、および前記方位計3によって計測される船舶の船首方位より、船舶の横流れ情報として、横方向の目標位置との偏差ΔYおよび横方向の速度Vを求め、そしてこれら偏差ΔYおよび速度Vを下記の演算式(1)に代入し、船舶に作用する外力を利用して当該船舶をその目標位置に移動させ得る変更角度Y CR を求めて船首の目標方位を更新する目標方位演算手段12と、
を備えたことを特徴とする船舶の船首方位制御設備。
Y CR =ΔY×A C +V×B C ・・・(1)
(A C ,B C は定数) - 前記目標方位演算手段12は、前記目標方位の更新を、目標方位と前記方位計3によって計測される船舶の船首方位との差が所定角度以上で、かつ前記横方向の目標位置との偏差が増加しており、かつ前記更新より所定時間経過していることを条件に実行すること
を特徴とする請求項1記載の船舶の船首方位制御設備。
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-
1998
- 1998-08-27 JP JP24094698A patent/JP3662122B2/ja not_active Expired - Lifetime
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