JP4031717B2 - 船舶減揺装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は船舶減揺装置に関し、特に船舶のローリング（横揺れ）を低減させる場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
船舶のローリングの減揺装置としては、従来各種のものが使用されているが、その一つとしてフィンスタビライザによるものがある。
【０００３】
図４はフィンスタビライザによるロール制御（ローリングの制御）を説明するための概念図であり、（ａ）は船の側面から見た図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ矢視図である。また（ａ）は（ｂ）中Ｂ−Ｂ矢視図となる。
【０００４】
同図（ａ）に示すように、船１はスクリュー２によって海上を矢印ａの方向に進行し、舵３によって方位角を制御される。また、船１を進行方向ａに向けて後ろから見た（ｂ）に示すように、船底側部にローリング制御のためのフィン４が設けられている（フィン４の回転軸４ａは必ずしも水平配置ではないが、図４では、図示簡略化のため船底側面にフィン４の回転軸４ａを水平に配置して図示している）。
【０００５】
図４に示す場合、例えば、船１の左側のフィン４をその回転軸４ａ回りに中立方向からフィン角αだけ進行方向に向け上反りになるように回転させ、右側のフィン４もそれと対象にフィン角αだけ進行方向に向け下反りになるように回転させると、左側のフィン４には上向き、右側のフィン４には下向きのローリング力Ｆｆが働き、船１を右に傾けるフィン４によるロールＲ１が発生し、ロール角φが生じる。逆の方向も同様であり、船１を左に傾けるフィン４によるロールＲ１が発生する。
【０００６】
従来のフィンスタビライザによるロール制御の考え方は、上述の如き作用を基に船１の減揺を図るものであった。
【０００７】
一方、船１の方位制御について図５により説明する。図５は舵による方位制御を示す概念図であり、同図（ａ）は船を平面的に見た図、同図（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【０００８】
図５（ａ）に示すように、船１は矢印ａの方向に進行中、舵３を舵角δで操舵し方位角ψを得るようにしている。船１の方位制御は、従来一般には、上記フィンスタビライザによるロール制御と独立して操舵により行われていた。
【０００９】
図６に従来技術に係る操舵制御系（オートパイロット制御系）とロール制御系（フィンスタビライザ制御系）からなる船舶減揺装置のブロック線図を示し、このブロック線図に基づきその構成を説明する。
【００１０】
同図に示すように、操舵制御系１０は、方位角目標値ψＲが与えられ、方位制御ゲインＫＲＩ１１を掛けて舵角指令値δＲを出力し、舵角指令値δＲにより舵３が操舵制御され舵３の舵動特性Ｐδ１５に従い舵角δが発生し、舵角δによって船１の船体動特性Ｐψ１６に従い方位角ψが生じる。
【００１１】
実際の方位角ψは、方位制御ゲインＫＲＩ１１の上流の加減算器１０ａで方位角目標値ψＲにフィードバックされ方位角目標値ψＲと実際の方位角ψの偏差が算出され、また、方位角速度ψ′（本明細書において、「ψ′」はψの微分、即ちψドットを示す記号として用いる。但し各図においては通常にψの上にドットを付した記号で示している）は方位角速度ゲインＫＲＰを掛け、方位角加速度ψ″（本明細書において、「ψ″」はψの二重微分、即ちψツードットを示す記号として用いる。但し各図においては通常にψの上にツードットを付した記号で示している）は方位角加速度ゲインＫＲＤを掛けて共に方位制御ゲインＫＲＩの下流の加減算器１０ｂで舵角指令値δＲにフィードバックされる。
【００１２】
一方、ロール制御系２０は、ロール角目標値φＲが与えられ、ロール制御ゲインＫＦＩ２１を掛けてフィン角指令値αＲを出力し、フィン角指令値αＲによりフィン４が回動制御されフィン動特性Ｐα２５に従いフィン角αが発生し、フィン角αによって船体動特性Ｐφ２６に従いロール角φが生じる。なお、ロール角φは後述のように、舵３によって発生するロールＲ２によるものも加わることになるが、ここでは省述する。
【００１３】
実際のロール角φは、ロール制御ゲインＫＰＩ２１の上流の加減算器２０ａでロール角目標値φＲにフィードバックされロール角目標値φＲと実際のロール角φの偏差が算出され、ロール角速度φ′（本明細書において、「φ′」はφの微分、即ちφドットを示す記号として用いる。但し各図においては通常にφの上にドットを付した記号で示している）はロール角速度ゲインＫＰＰ２２を掛け、ロール角加速度φ″（本明細書において、「φ″」はφの二重微分、即ちφツードットを示す記号として用いる。但し各図においては通常にφの上にツードットを付した記号で示している）はロール角加速度ゲインＫＦＤ２３を掛けて共にロール制御ゲインＫＦＩ２１の下流の加減算器２０ｂでフィン角指令値αＲ にフィードバックされる。
【００１４】
以上のような構成により、例えば、通常の例のようにロール角目標値φＲ＝０と設定したとき、何らかの原因でロール角φが発生した場合、ロール角φがロール角目標値φＲにフィードバックされて、ロール制御ゲインＫＦＩ２１によりロール角φを補償するに見合ったフィン角指令値αＲが発せられ、フィン角指令値αＲにはロール角速度φ′、ロール角加速度φ″もロール角速度ゲインＫＦＰ２２、ロール角加速度ゲインＫＦＤ２３を介してフィードバックされ、ロール角φの発生、変動によりフィン４の回動制御とロール制御がなされるようになっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如きフィンスタビライザは減揺装置として多くの実績を有しているが、十分な減揺効果を得ようとすればフィンの大面積化及びこれに伴う駆動系を含む当該減揺装置としてのコストの高騰を招来する。また、フィンの面積が大きくなればなる程、当該船舶の航行抵抗を大きくするという問題も発生する。
【００１６】
そこで、船舶の必須の構成要素である舵を利用した減揺方法が提案されている。例えば、特許２８４４２６８号公報（特許文献１）は、船舶に作用するローリング力を相殺するような力を操舵制御により発生する点を開示するものであり、この際の制御の最適化を行う技術を開示する。特開２０００−２６４２８４号公報（特許文献２）は、電子海図装置が出力するトラッキング進路信号に基づき横揺抑制舵角を演算して出力する舵減揺制御演算装置とオートパイロット装置とにより操舵することにより本来的な操舵機能とともに、舵を利用した減揺効果も得ることができるようにした技術を開示する。特開２００１−１１４１９５号公報（特許文献３）は、操舵による減揺機能を得る際、装置を大型化することなく、舵の操舵速度を大幅に高速化することが可能で、且つ船体の横揺れに従って迅速に転舵することができるようにした技術を開示する。
【００１７】
【特許文献１】
特許２８４４２６８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２６４２８４号公報
【特許文献３】
特開２００１−１１４１９５号公報
【００１８】
しかし、舵を利用して減揺を行う場合、十分な減揺効果を得るには、その操舵駆動系の大容量化を生起し、当該減揺装置のコストが高騰するという問題が発生する。船舶の方位を制御する通常の操舵では、平均進路を保持するために周期が長い方位変動に追従できれば良いため、あまり高い操舵速度を必要としない（規則では規定されている速度は65°/28sec＝2.3deg/ sec ）のに対し、舵を減揺に併用する場合には、方位変動周期よりも短い船体揺動周期（１０秒前後）に追従する必要があるため、十分な減揺効果を得るべく大容量の操舵駆動系が必要になるからである。
【００１９】
舵を利用した減揺では、その操舵駆動系の大容量化を生起するという問題点が、これを実用に供する場合の大きな障害となっている。
【００２０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、フィンスタビライザの小形化を実現すると同時に操舵駆動系の大形化も抑制することができ、しかも十分なロール抑制効果も得ることができる船舶減揺装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００２２】
１） 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値でフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成したこと。
【００２３】
２） 複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵するための減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として前記操舵駆動手段の残りの駆動手段で残りの舵の操舵を行う操舵駆動制御系とを有すること。
【００２４】
３） 複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とし、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御し、他は停止するよう制御する操舵駆動制御系とを有すること。
【００２５】
４） 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、 前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記最終舵角指令値に基づき、残りの駆動手段で残りの舵を操舵制御するように構成したこと。
【００２６】
５） 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するための減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御するように構成したこと。
【００２７】
６） 上記１）乃至５）に記載する何れか一つの船舶減揺装置において、
制御対象である前記舵は、それぞれ独立に回動し得るよう同心に配設した複数のロッドと、このロッドの軸方向に沿い上下に配設され、各ロッドの回動により独立して回動するよう、各ロッドに固着した複数の舵部と、上方の舵部と下方の舵部とを機械的又は制御的に一体化する一体化手段とを有すること。
【００２８】
【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き詳細に説明する。
【００２９】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る船舶減揺装置の構成を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る船舶減揺装置は、図６に示す従来技術に係る船舶減揺装置と同様に、操舵制御系３１とロール制御系３２とを有している。
【００３０】
操舵制御系３１は、センサ部３３が送出する当該船舶の実際の方位角ψ及び方位角速度ψ’を表す信号を取り込んで当該船舶を所定方向に操舵するための舵角指令を発するものである。いわゆるオートパイロット機能を有する。すなわち、操舵制御系３１では、前記方位角ψと、この操舵制御系３１に予め設定しておく方位角目標値（図示せず。）との偏差を小さくするように操舵指令を発する。このときの操舵指令値をδＹＡＷとする。
【００３１】
ロール制御系３２は、図６に示す従来技術に係る船舶減揺装置と同様に、センサ部３４が送出する当該船舶の実際のロール角φ及びロール角速度φ’を表す信号を取り込んで当該船舶のローリングを低減するためのフィン角指令を発するものである。すなわち、当該ロール制御系３２はフィンスタビライザの制御部として機能するもので、前記ロール角φとロール制御系３２に予め設定しておくロール角目標値（図示せず。）との偏差を小さくするようにフィン角指令を発する。
【００３２】
本形態に係るロール制御系３２は、前記センサ部３４が検出するロール角φと前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令を発する機能も有している。すなわち、前記偏差に所定のゲインを掛ける等の処理をすることにより減揺舵角指令値δＲＯＬＬを形成してこれを出力する。さらに、ロール制御系３２は、予め設定したロール角設定値φＴＨとロール角φとを比較し、両者の大小関係に応じてスイッチ３５、３６の開閉を制御するとともに、スイッチ３７の切替えを制御している。
【００３３】
具体的には、φ≦φＴＨのとき、スイッチ３５を閉成するとともにスイッチ３７で接点３７ａを選択する。また、スイッチ３６は開放しておく。したがって、φ≦φＴＨの関係が成立するようなロール角φが小さい範囲では、操舵制御系３１の出力信号である操舵指令値δＹＡＷとロール制御系３２の出力信号である減揺舵角指令値δＲＯＬＬとを加算器３８で加算して得る最終舵角指令値δ（＝δＹＡＷ＋δＲＯＬＬ）がスイッチ３７を介して舵３９の制御系に送出され、この最終舵角指令値δで操舵制御を行う。すなわち、舵３９の操舵制御のみで本来的な方位制御をしながら減揺制御も行う。この場合の、減揺制御に伴う舵角制御速度は小さくて良いので、従来の操舵駆動系の設備でも十分な追従制御を行うことができる。
【００３４】
また、φ＞φＴＨのときには、前記モードと同様にスイッチ３５を閉成するとともにスイッチ３７で接点３７ａを選択した状態で、さらにスイッチ３６も閉成する。したがって、φ＞φＴＨの関係が成立するようなロール角φが大きい範囲では、前記最終舵角指令値δ（＝δＹＡＷ ＋δＲＯＬＬ）の減揺舵角指令値δＲＯＬＬによる減揺作用に加えフィン角指令値αがスイッチ３６を介してフィンスタビライザのフィン４０の制御系に送出され、このフィン角指令値αに基づくフィン４０の回動制御による減揺作用も加重される。すなわち、舵３９とフィンスタビライザのフィン４０により減揺する。したがって、極めて顕著で円滑な減揺効果が得られる。
【００３５】
一方、本形態に係るロール制御系３２には、前記センサ部３３が検出する方位角ψを表す信号が入力されており、この方位角ψと方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値ψＴＨを越えた場合には、スイッチ３５を開放するとともにスイッチ３７が接点３７ｂを選択するよう切替える。また、スイッチ３６は閉成しておく。したがって、ψ＞ψＴＨとなるような方位変動が大きい範囲では、操舵制御系３１の出力信号である操舵指令値δＹＡＷが、そのまま最終舵角指令値（＝δＹＡＷ ）となりスイッチ３７を介して舵３９の制御系に送出される。すなわち、操舵制御系３１では操舵制御のみを、また減揺は専らフィンスタビライザのフィン４０の回動制御で実施する。
【００３６】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る操舵駆動手段の構成を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る操舵駆動手段は、２軸船（２台の舵を有する船舶）に適用する場合である。ただ、舵の数は複数であれば、その数に特別な制限はない。
【００３７】
船舶は航行不能状態を回避するため、通常一台の舵について、主たる油圧ポンプの他に予備の油圧ポンプを備えている。これは２軸船でも同様である。したがって、２軸船では、図２に示すように、左舷舵５１について左舷ポンプ５２及び左舷予備ポンプ５３の２台の油圧ポンプを駆動手段として有している。左舷舵５１の操舵は、左舷予備ポンプ５３等から圧油が供給される左舷操舵機５４を介して行う。同様に、右舷舵６１について右舷ポンプ６２及び右舷予備ポンプ６３の２台の油圧ポンプを駆動手段として有している。右舷舵６１の操舵は右舷操舵機６４を介して行う。
【００３８】
本形態に係る操舵駆動手段は、左舷ポンプ５２に対応して弁１Ｐが、左舷予備ポンプ５３に対応して弁２Ｐが、右舷ポンプ６２に対応して弁１Ｓが、右舷予備ポンプ６３に対応して弁２Ｓがそれぞれ設けてあり、それぞれの出力である圧油の供給先を切替えるように構成してある。また、左舷側又は右舷側の圧油を右舷側又は左舷側に切替えるための弁３Ｃも設けてある。
【００３９】
通常操舵時（従来と同様の操舵時）には、左舷ポンプ５２及び右舷ポンプ６２を駆動し、弁１Ｐで接点１Ｐを選択してその圧油を左舷操舵機５４に供給するとともに、弁１Ｓで接点１Ｓを選択してその圧油を右舷操舵機６４に供給する。このとき、左舷操舵機５４及び右舷操舵機６４は、例えば第１の実施の形態で説明した操舵指令値δＹＡＷでその駆動を制御する。
【００４０】
次に、操舵による減揺も行う際には、本来の方位制御は左舷操舵機５４で駆動する左舷舵５１のみで行う。すなわち、左舷操舵機５４には、左舷ポンプ５２が出力する圧油のみを供給する。一方、右舷操舵機６４には、右舷ポンプ６２のみならず、左舷予備ポンプ５３及び右舷予備ポンプ６３の出力である圧油を供給する。そして、これら３台のポンプ５３、６２、６３が出力する圧油で右舷舵６１の操舵を行う。このとき、右舷操舵機６４は、例えば操舵指令値δＹＡＷに減揺舵角指令値δＲＯＬＬを重畳した最終舵角指令値δで制御する。かくして、右舷舵６１では、方位制御とともに減揺制御も行う。そして、このときの操舵速度は、所定の方位角を確保するための本来の操舵に較べて高速で操舵する必要がある減揺のための操舵であっても十分確保することができる。３台のポンプ５２、６２、６３の出力流量を加算した量の圧油を右舷操舵機６４に供給することができるからである。
【００４１】
かかる右舷舵６１を利用した方位制御及び減揺制御を同時に実施するモードでは、弁１Ｐが接点１Ｐを選択するとともに、弁２Ｐが接点４Ｐを、弁１Ｓが接点１Ｓを、弁２Ｓが接点３Ｓを、弁３Ｃが接点５Ｓをそれぞれ選択するように各弁１Ｐ、２Ｐ、１Ｓ、２Ｓ、３Ｃの切替え制御を行う。
【００４２】
なお、上記説明では、右舷舵６１を方位制御とともに減揺制御を行うものとして説明したが、これは逆でも、勿論良い。左舷舵５１で方位制御及び減揺制御を行う場合には、弁１Ｐが接点１Ｐを選択するとともに、弁２Ｐが接点３Ｐを、弁２Ｓが接点４Ｓを、弁３Ｃが接点５Ｐをそれぞれ選択するとともに、弁１Ｓが接点１Ｓを選択するように各弁１Ｐ、２Ｐ、１Ｓ、２Ｓ、３Ｃの切替え制御を行う。
【００４３】
本形態に係る操舵駆動手段では、次の様な制御を行うこともできる。すなわち、船舶が大洋を航行しているときには、その方位制御のための操舵は小舵角で良いため、片弦の舵だけで十分な場合がある。この場合、一方の弦の舵は停止しておき残りの舵のみで方向制御と減揺制御を行う。したがって、この場合には、４台のポンプの出力を一方の舵の駆動のために集中的に使用することができる。
【００４４】
例えば、図２の右舷舵６１を停止して左舷舵５１のみで、操舵と減揺とを行う場合には同図に示すような状態にする。すなわち、弁１Ｐで接点１Ｐを選択するとともに、弁２Ｐで接点３Ｐ、弁１Ｓで接点２Ｓ、弁２Ｓで接点４Ｓ、弁３Ｃで接点５Ｐをそれぞれ選択する。このことにより、左舷ポンプ５２、左舷予備ポンプ５３、右舷ポンプ６２、右舷予備ポンプ６３が出力する圧油を左舷操舵機５４に集中的に供給することができる。したがって、操舵力はその分大きなものとなる。このとき、左舷操舵機５４には前記最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ＋減揺舵角指令値δＲＯＬＬ）を制御量として供給し、この最終舵角指令値δで操舵が行われるよう制御する。
【００４５】
勿論、左舷舵５１を停止して右舷舵６１のみで、操舵と減揺とを行うこともできる。この場合には弁１Ｓで接点１Ｓを選択するとともに、弁１Ｐで接点２Ｐ、弁２Ｐで接点４Ｐ、弁２Ｓで接点３Ｓ、弁３Ｃで接点５Ｓをそれぞれ選択する。
【００４６】
上述の如き本形態によれば、何れにしても減揺舵角指令値δＲＯＬＬを重畳して操舵制御される左舷舵５１又は右舷舵６１は、複数台のポンプで駆動するので、減揺のための高速の操舵が必要な場合でも十分な駆動力で操舵される。
【００４７】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態に係る舵及びその操舵駆動手段の構成を示す説明図で、（ａ）に舵、（ｂ）に操舵駆動手段を示す。図３（ａ）に示すように、同軸上で上下に配設した上舵７１及び下舵８１は、それぞれ独立に回動し得るように同心に配設した２本のロッドである外軸７２と内軸８２とにそれぞれ固着してあり、外軸７２の回動により上舵７１が回動するとともに、内軸８２の回動により下舵８１が回動するように構成してある。すなわち、内軸８２は円筒軸である外軸７２の円筒の内部及び上舵７１を貫通して下舵８１の上面に至り、この上面に先端部を固着してある。また、外軸７２はその先端部を上舵７１の上面に固着してある。なお、図示はしないが、上舵７１の下部にはロック装置が配設してあり、このロック装置のロック用ロッドを下舵８１に打ち込むことにより上舵７１と下舵８１とを一体化し得るようになっている。かかる上舵７１と下舵８１との一体的な操舵は、両者の操舵制御の同期をとることによっても実現し得る。
【００４８】
図３（ｂ）に示すように、上舵７１は外軸操舵機７３により、また下舵８１は内軸操舵機８２によりそれぞれ駆動制御される。外軸操舵機７３には外軸ポンプ７４が主ポンプとして予備ポンプ７５がその予備として設けてある。また、内軸操舵機８３には内軸ポンプ８４が主ポンプとして予備ポンプ８５がその予備として設けてある。
【００４９】
かかる上舵７１及び下舵８１の操舵制御は、一軸船の場合、例えば次のような態様で行われる。
【００５０】
１）上舵７１及び下舵８１を同時（一体）駆動する場合
方位制御のみを行う場合には、外軸ポンプ７４のみ乃至外軸ポンプ７４と予備ポンプ７５とを駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。また、方位制御とともに減揺制御も行う場合には、外軸ポンプ７４、予備ポンプ７５、内軸ポンプ８４及び予備ポンプ７５の全てを駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。このとき外軸操舵機７３には、例えば第１の実施の形態において説明した最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ＋減揺舵角指令値δＲＯＬＬ）を供給して方位及び減揺のための操舵制御を行う。
【００５１】
２）上舵７１及び下舵８１を独立駆動する場合
この場合は、上舵７１と下舵８１とのロックを解除した状態である。ここで、方位制御のみを行う場合には、外軸ポンプ７４を駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。また、方位制御とともに減揺制御も行う場合には、外軸ポンプ７４を駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵することにより方位を制御するとともに、内軸ポンプ８４、予備ポンプ８５及び予備ポンプ７５を駆動し、これらの出力である圧油を内軸操舵機８３に供給して下舵８１を操舵することにより減揺制御を行う。このときの方位制御は、例えば図１に示す第１の実施の形態における最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ）で外軸操舵機７３の駆動を制御することにより実現する。また、減揺制御は、例えば図１に示す第１の実施の形態における減揺舵角指令値δＲＯＬＬで内軸操舵機８３の駆動を制御することにより実現する。
【００５２】
なお、本形態における外軸ポンプ７４、予備ポンプ７５、内軸ポンプ８４及び予備ポンプ８５が吐出する圧油を外軸ポンプ７４又は内軸ポンプ８４の何れに供給するかは、図２に示す第２の実施の形態と同様の弁１Ｐ、２Ｐ、１Ｓ、２Ｓを設けて圧油の供給方向を切替えることにより容易に実現し得る。
【００５３】
本形態においては、４台のポンプ（外軸ポンプ７４、内軸ポンプ８４、予備ポンプ７５、８５）を用いたが、これは既存の船舶がそうであるように２台でも勿論良い。この場合においての制御は次のように行う。次の説明は、外軸ポンプ７４及び予備ポンプ７５のみを有する場合を想定したものである。
【００５４】
１）上舵７１及び下舵８１を同時（一体）駆動する場合
方位制御のみを行う場合には、外軸ポンプ７４のみを駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。また、方位制御とともに減揺制御も行う場合には、外軸ポンプ７４及び予備ポンプ７５を駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。このとき外軸操舵機７３には、例えば第１の実施の形態において説明した最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ＋減揺舵角指令値δＲＯＬＬ）を供給して方位及び減揺のための操舵制御を行う。
【００５５】
２）上舵７１及び下舵８１を独立駆動する場合
この場合は、上舵７１と下舵８１とのロックを解除した状態である。ここで、方位制御のみを行う場合には、外軸ポンプ７４のみを駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。また、方位制御とともに減揺制御も行う場合には、外軸ポンプ７４及び予備ポンプ７５を駆動する。そして、例えば外軸ポンプ７４の圧油を外軸操舵機７３に供給して上舵７１で方位制御を行うとともに、予備ポンプ７５の圧油を内軸操舵機８３に供給して下舵８１で減揺制御を行う。このときの方位制御は、例えば図１に示す第１の実施の形態における最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ）で外軸操舵機７３の駆動を制御することにより実現する。また、減揺制御は、例えば図１に示す第１の実施の形態における減揺舵角指令値δＲＯＬＬで内軸操舵機８３の駆動を制御することにより実現する。
【００５６】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えても良いことは言うまでもない。例えば、第１の実施の形態に係る減揺装置を搭載する被制御対象としての舵に第３の実施の形態に係る舵を用いることもできるし、また第２の実施の形態に係る二軸船の各舵として第３の実施の形態に係る舵を用いることもできる。このとき、何れにしても方位制御とともに減揺制御を行う舵又は減揺制御のみを行う舵には複数台のポンプの圧油を供給してその分大きな駆動力を供給し得るように構成する。
【００５７】
【発明の効果】
以上、実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、
少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値でフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成したので、
ローリングが小さい範囲では舵のみでその減揺を行うとともに、それ以上のローリングに対しては舵とともにフィンスタビライザの機能により減揺を行うことができる。
この結果、舵のみで方位制御と減揺制御を既存の操舵駆動系で実施する場合であってもこの操舵駆動系は減揺のための十分な容量を有するものとなる。また、この場合、フィンスタビライザを使用することなく減揺を行うので、フィンスタビライザのフィンが航行抵抗となることもなく、円滑な船舶の航行が保証される。
さらに、減揺を舵とフィンスタビライザのフィンとで行うようにしたので、その分前記フィンの面積を小さくすることができ、これを使用した場合の航行抵抗を小さくすることができるばかりでなく、フィン面積の縮小化によるコストの低減も期待し得る。
【００５８】
〔請求項２〕に記載する発明は、
複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵するための減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として前記操舵駆動手段の残りの駆動手段で残りの舵の操舵を行う操舵駆動制御系とを有するので、
複数の舵を有する船舶が搭載する複数の油圧ポンプの組み合わせを工夫して、方位制御に較べ、操舵速度が速く、したがって制御の追従性を良好に確保するための大きな操舵駆動力を容易に得ることができる。
したがって、舵による方位制御及び減揺制御を既存の設備を利用して安価に実現し得る。
【００５９】
〔請求項３〕に記載する発明は、
複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とし、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御し、他は停止するよう制御する操舵駆動制御系とを有するので、
複数の舵を有する船舶が搭載する複数の油圧ポンプの組み合わせを工夫するとともに、船舶の航行モードを考慮して、操舵速度が速く、したがって制御の追従性を良好に確保するための大きな操舵駆動力を容易に得ることができる。
したがって、舵による方位制御及び減揺制御を既存の設備を利用して安価に実現し得る。
【００６０】
〔請求項４〕に記載する発明は、
少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記最終舵角指令値に基づき、残りの駆動手段で残りの舵を操舵制御するように構成したので、
〔請求項１〕に記載する発明と〔請求項２〕に記載する発明との作用・効果を同時に得ることができる。
【００６１】
〔請求項５〕に記載する発明は、
少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するための減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御するように構成したので、
〔請求項１〕に記載する発明と〔請求項３〕に記載する発明との作用・効果を同時に得ることができる。
【００６２】
〔請求項６〕に記載する発明は、
〔請求項１〕乃至〔記求項５〕に記載する何れか一つの船舶減揺装置において、
制御対象である前記舵は、それぞれ独立に回動し得るよう同心に配設した複数のロッドと、このロッドの軸方向に沿い上下に配設され、各ロッドの回動により独立して回動するよう、各ロッドに固着した複数の舵部と、上方の舵部と下方の舵部とを機械的又は制御的に一体化する一体化手段とを有するので、
各請求項に記載する発明が発揮する作用・効果を上下方向で２分割した舵で実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る船舶減揺装置の構成を示すブロック線図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る操舵駆動手段の構成を示すブロック線図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る舵及びその操舵駆動手段の構成を示す説明図で、（ａ）に舵、（ｂ）に操舵駆動手段を示す。
【図４】フィンスタビライザによるロール制御（ローリングの制御）を説明するための概念図であり、（ａ）は船の側面から見た図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ矢視図である。
【図５】舵による方位制御を説明するための概念図であり、（ａ）は船を平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図６】従来技術に係る操舵制御系（オートパイロット制御系）とロール制御系（フィンスタビライザ制御系）からなる船舶減揺装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 船
２ スクリュー
３ 舵
４ フィン
３１ 操舵制御系
３２ ロール制御系
３３、３４ センサ
３５、３６、３７ スイッチ
３８ 加算器
３９ 舵
５１ 左舷舵
５２ 左舷ポンプ
５３ 左舷予備ポンプ
６１ 右舷舵
５２ 右舷ポンプ
５３ 右舷予備ポンプ
７１ 上舵
７２ 外軸
７３ 外軸操舵機
７４ 外軸ポンプ
７５ 予備ポンプ
８１ 下舵
８２ 内軸
８３ 内軸操舵機
８４ 内軸ポンプ
８５ 予備ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は船舶減揺装置に関し、特に船舶のローリング（横揺れ）を低減させる場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
船舶のローリングの減揺装置としては、従来各種のものが使用されているが、その一つとしてフィンスタビライザによるものがある。
【０００３】
図４はフィンスタビライザによるロール制御（ローリングの制御）を説明するための概念図であり、（ａ）は船の側面から見た図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ矢視図である。また（ａ）は（ｂ）中Ｂ−Ｂ矢視図となる。
【０００４】
同図（ａ）に示すように、船１はスクリュー２によって海上を矢印ａの方向に進行し、舵３によって方位角を制御される。また、船１を進行方向ａに向けて後ろから見た（ｂ）に示すように、船底側部にローリング制御のためのフィン４が設けられている（フィン４の回転軸４ａは必ずしも水平配置ではないが、図４では、図示簡略化のため船底側面にフィン４の回転軸４ａを水平に配置して図示している）。
【０００５】
図４に示す場合、例えば、船１の左側のフィン４をその回転軸４ａ回りに中立方向からフィン角αだけ進行方向に向け上反りになるように回転させ、右側のフィン４もそれと対象にフィン角αだけ進行方向に向け下反りになるように回転させると、左側のフィン４には上向き、右側のフィン４には下向きのローリング力Ｆｆが働き、船１を右に傾けるフィン４によるロールＲ１が発生し、ロール角φが生じる。逆の方向も同様であり、船１を左に傾けるフィン４によるロールＲ１が発生する。
【０００６】
従来のフィンスタビライザによるロール制御の考え方は、上述の如き作用を基に船１の減揺を図るものであった。
【０００７】
一方、船１の方位制御について図５により説明する。図５は舵による方位制御を示す概念図であり、同図（ａ）は船を平面的に見た図、同図（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【０００８】
図５（ａ）に示すように、船１は矢印ａの方向に進行中、舵３を舵角δで操舵し方位角ψを得るようにしている。船１の方位制御は、従来一般には、上記フィンスタビライザによるロール制御と独立して操舵により行われていた。
【０００９】
図６に従来技術に係る操舵制御系（オートパイロット制御系）とロール制御系（フィンスタビライザ制御系）からなる船舶減揺装置のブロック線図を示し、このブロック線図に基づきその構成を説明する。
【００１０】
同図に示すように、操舵制御系１０は、方位角目標値ψＲが与えられ、方位制御ゲインＫＲＩ１１を掛けて舵角指令値δＲを出力し、舵角指令値δＲにより舵３が操舵制御され舵３の舵動特性Ｐδ１５に従い舵角δが発生し、舵角δによって船１の船体動特性Ｐψ１６に従い方位角ψが生じる。
【００１１】
実際の方位角ψは、方位制御ゲインＫＲＩ１１の上流の加減算器１０ａで方位角目標値ψＲにフィードバックされ方位角目標値ψＲと実際の方位角ψの偏差が算出され、また、方位角速度ψ′（本明細書において、「ψ′」はψの微分、即ちψドットを示す記号として用いる。但し各図においては通常にψの上にドットを付した記号で示している）は方位角速度ゲインＫＲＰを掛け、方位角加速度ψ″（本明細書において、「ψ″」はψの二重微分、即ちψツードットを示す記号として用いる。但し各図においては通常にψの上にツードットを付した記号で示している）は方位角加速度ゲインＫＲＤを掛けて共に方位制御ゲインＫＲＩの下流の加減算器１０ｂで舵角指令値δＲにフィードバックされる。
【００１２】
一方、ロール制御系２０は、ロール角目標値φＲが与えられ、ロール制御ゲインＫＦＩ２１を掛けてフィン角指令値αＲを出力し、フィン角指令値αＲによりフィン４が回動制御されフィン動特性Ｐα２５に従いフィン角αが発生し、フィン角αによって船体動特性Ｐφ２６に従いロール角φが生じる。なお、ロール角φは後述のように、舵３によって発生するロールＲ２によるものも加わることになるが、ここでは省述する。
【００１３】
実際のロール角φは、ロール制御ゲインＫＰＩ２１の上流の加減算器２０ａでロール角目標値φＲにフィードバックされロール角目標値φＲと実際のロール角φの偏差が算出され、ロール角速度φ′（本明細書において、「φ′」はφの微分、即ちφドットを示す記号として用いる。但し各図においては通常にφの上にドットを付した記号で示している）はロール角速度ゲインＫＰＰ２２を掛け、ロール角加速度φ″（本明細書において、「φ″」はφの二重微分、即ちφツードットを示す記号として用いる。但し各図においては通常にφの上にツードットを付した記号で示している）はロール角加速度ゲインＫＦＤ２３を掛けて共にロール制御ゲインＫＦＩ２１の下流の加減算器２０ｂでフィン角指令値αＲ にフィードバックされる。
【００１４】
以上のような構成により、例えば、通常の例のようにロール角目標値φＲ＝０と設定したとき、何らかの原因でロール角φが発生した場合、ロール角φがロール角目標値φＲにフィードバックされて、ロール制御ゲインＫＦＩ２１によりロール角φを補償するに見合ったフィン角指令値αＲが発せられ、フィン角指令値αＲにはロール角速度φ′、ロール角加速度φ″もロール角速度ゲインＫＦＰ２２、ロール角加速度ゲインＫＦＤ２３を介してフィードバックされ、ロール角φの発生、変動によりフィン４の回動制御とロール制御がなされるようになっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如きフィンスタビライザは減揺装置として多くの実績を有しているが、十分な減揺効果を得ようとすればフィンの大面積化及びこれに伴う駆動系を含む当該減揺装置としてのコストの高騰を招来する。また、フィンの面積が大きくなればなる程、当該船舶の航行抵抗を大きくするという問題も発生する。
【００１６】
そこで、船舶の必須の構成要素である舵を利用した減揺方法が提案されている。例えば、特許２８４４２６８号公報（特許文献１）は、船舶に作用するローリング力を相殺するような力を操舵制御により発生する点を開示するものであり、この際の制御の最適化を行う技術を開示する。特開２０００−２６４２８４号公報（特許文献２）は、電子海図装置が出力するトラッキング進路信号に基づき横揺抑制舵角を演算して出力する舵減揺制御演算装置とオートパイロット装置とにより操舵することにより本来的な操舵機能とともに、舵を利用した減揺効果も得ることができるようにした技術を開示する。特開２００１−１１４１９５号公報（特許文献３）は、操舵による減揺機能を得る際、装置を大型化することなく、舵の操舵速度を大幅に高速化することが可能で、且つ船体の横揺れに従って迅速に転舵することができるようにした技術を開示する。
【００１７】
【特許文献１】
特許２８４４２６８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２６４２８４号公報
【特許文献３】
特開２００１−１１４１９５号公報
【００１８】
しかし、舵を利用して減揺を行う場合、十分な減揺効果を得るには、その操舵駆動系の大容量化を生起し、当該減揺装置のコストが高騰するという問題が発生する。船舶の方位を制御する通常の操舵では、平均進路を保持するために周期が長い方位変動に追従できれば良いため、あまり高い操舵速度を必要としない（規則では規定されている速度は65°/28sec＝2.3deg/ sec ）のに対し、舵を減揺に併用する場合には、方位変動周期よりも短い船体揺動周期（１０秒前後）に追従する必要があるため、十分な減揺効果を得るべく大容量の操舵駆動系が必要になるからである。
【００１９】
舵を利用した減揺では、その操舵駆動系の大容量化を生起するという問題点が、これを実用に供する場合の大きな障害となっている。
【００２０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、フィンスタビライザの小形化を実現すると同時に操舵駆動系の大形化も抑制することができ、しかも十分なロール抑制効果も得ることができる船舶減揺装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００２２】
１） 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値でフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成したこと。
【００２３】
２） 複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵するための減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として前記操舵駆動手段の残りの駆動手段で残りの舵の操舵を行う操舵駆動制御系とを有すること。
【００２４】
３） 複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とし、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御し、他は停止するよう制御する操舵駆動制御系とを有すること。
【００２５】
４） 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、 前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記最終舵角指令値に基づき、残りの駆動手段で残りの舵を操舵制御するように構成したこと。
【００２６】
５） 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するための減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御するように構成したこと。
【００２７】
６） 上記１）乃至５）に記載する何れか一つの船舶減揺装置において、
制御対象である前記舵は、それぞれ独立に回動し得るよう同心に配設した複数のロッドと、このロッドの軸方向に沿い上下に配設され、各ロッドの回動により独立して回動するよう、各ロッドに固着した複数の舵部と、上方の舵部と下方の舵部とを機械的又は制御的に一体化する一体化手段とを有すること。
【００２８】
【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き詳細に説明する。
【００２９】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る船舶減揺装置の構成を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る船舶減揺装置は、図６に示す従来技術に係る船舶減揺装置と同様に、操舵制御系３１とロール制御系３２とを有している。
【００３０】
操舵制御系３１は、センサ部３３が送出する当該船舶の実際の方位角ψ及び方位角速度ψ’を表す信号を取り込んで当該船舶を所定方向に操舵するための舵角指令を発するものである。いわゆるオートパイロット機能を有する。すなわち、操舵制御系３１では、前記方位角ψと、この操舵制御系３１に予め設定しておく方位角目標値（図示せず。）との偏差を小さくするように操舵指令を発する。このときの操舵指令値をδＹＡＷとする。
【００３１】
ロール制御系３２は、図６に示す従来技術に係る船舶減揺装置と同様に、センサ部３４が送出する当該船舶の実際のロール角φ及びロール角速度φ’を表す信号を取り込んで当該船舶のローリングを低減するためのフィン角指令を発するものである。すなわち、当該ロール制御系３２はフィンスタビライザの制御部として機能するもので、前記ロール角φとロール制御系３２に予め設定しておくロール角目標値（図示せず。）との偏差を小さくするようにフィン角指令を発する。
【００３２】
本形態に係るロール制御系３２は、前記センサ部３４が検出するロール角φと前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令を発する機能も有している。すなわち、前記偏差に所定のゲインを掛ける等の処理をすることにより減揺舵角指令値δＲＯＬＬを形成してこれを出力する。さらに、ロール制御系３２は、予め設定したロール角設定値φＴＨとロール角φとを比較し、両者の大小関係に応じてスイッチ３５、３６の開閉を制御するとともに、スイッチ３７の切替えを制御している。
【００３３】
具体的には、φ≦φＴＨのとき、スイッチ３５を閉成するとともにスイッチ３７で接点３７ａを選択する。また、スイッチ３６は開放しておく。したがって、φ≦φＴＨの関係が成立するようなロール角φが小さい範囲では、操舵制御系３１の出力信号である操舵指令値δＹＡＷとロール制御系３２の出力信号である減揺舵角指令値δＲＯＬＬとを加算器３８で加算して得る最終舵角指令値δ（＝δＹＡＷ＋δＲＯＬＬ）がスイッチ３７を介して舵３９の制御系に送出され、この最終舵角指令値δで操舵制御を行う。すなわち、舵３９の操舵制御のみで本来的な方位制御をしながら減揺制御も行う。この場合の、減揺制御に伴う舵角制御速度は小さくて良いので、従来の操舵駆動系の設備でも十分な追従制御を行うことができる。
【００３４】
また、φ＞φＴＨのときには、前記モードと同様にスイッチ３５を閉成するとともにスイッチ３７で接点３７ａを選択した状態で、さらにスイッチ３６も閉成する。したがって、φ＞φＴＨの関係が成立するようなロール角φが大きい範囲では、前記最終舵角指令値δ（＝δＹＡＷ ＋δＲＯＬＬ）の減揺舵角指令値δＲＯＬＬによる減揺作用に加えフィン角指令値αがスイッチ３６を介してフィンスタビライザのフィン４０の制御系に送出され、このフィン角指令値αに基づくフィン４０の回動制御による減揺作用も加重される。すなわち、舵３９とフィンスタビライザのフィン４０により減揺する。したがって、極めて顕著で円滑な減揺効果が得られる。
【００３５】
一方、本形態に係るロール制御系３２には、前記センサ部３３が検出する方位角ψを表す信号が入力されており、この方位角ψと方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値ψＴＨを越えた場合には、スイッチ３５を開放するとともにスイッチ３７が接点３７ｂを選択するよう切替える。また、スイッチ３６は閉成しておく。したがって、ψ＞ψＴＨとなるような方位変動が大きい範囲では、操舵制御系３１の出力信号である操舵指令値δＹＡＷが、そのまま最終舵角指令値（＝δＹＡＷ ）となりスイッチ３７を介して舵３９の制御系に送出される。すなわち、操舵制御系３１では操舵制御のみを、また減揺は専らフィンスタビライザのフィン４０の回動制御で実施する。
【００３６】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る操舵駆動手段の構成を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る操舵駆動手段は、２軸船（２台の舵を有する船舶）に適用する場合である。ただ、舵の数は複数であれば、その数に特別な制限はない。
【００３７】
船舶は航行不能状態を回避するため、通常一台の舵について、主たる油圧ポンプの他に予備の油圧ポンプを備えている。これは２軸船でも同様である。したがって、２軸船では、図２に示すように、左舷舵５１について左舷ポンプ５２及び左舷予備ポンプ５３の２台の油圧ポンプを駆動手段として有している。左舷舵５１の操舵は、左舷予備ポンプ５３等から圧油が供給される左舷操舵機５４を介して行う。同様に、右舷舵６１について右舷ポンプ６２及び右舷予備ポンプ６３の２台の油圧ポンプを駆動手段として有している。右舷舵６１の操舵は右舷操舵機６４を介して行う。
【００３８】
本形態に係る操舵駆動手段は、左舷ポンプ５２に対応して弁１Ｐが、左舷予備ポンプ５３に対応して弁２Ｐが、右舷ポンプ６２に対応して弁１Ｓが、右舷予備ポンプ６３に対応して弁２Ｓがそれぞれ設けてあり、それぞれの出力である圧油の供給先を切替えるように構成してある。また、左舷側又は右舷側の圧油を右舷側又は左舷側に切替えるための弁３Ｃも設けてある。
【００３９】
通常操舵時（従来と同様の操舵時）には、左舷ポンプ５２及び右舷ポンプ６２を駆動し、弁１Ｐで接点１Ｐを選択してその圧油を左舷操舵機５４に供給するとともに、弁１Ｓで接点１Ｓを選択してその圧油を右舷操舵機６４に供給する。このとき、左舷操舵機５４及び右舷操舵機６４は、例えば第１の実施の形態で説明した操舵指令値δＹＡＷでその駆動を制御する。
【００４０】
次に、操舵による減揺も行う際には、本来の方位制御は左舷操舵機５４で駆動する左舷舵５１のみで行う。すなわち、左舷操舵機５４には、左舷ポンプ５２が出力する圧油のみを供給する。一方、右舷操舵機６４には、右舷ポンプ６２のみならず、左舷予備ポンプ５３及び右舷予備ポンプ６３の出力である圧油を供給する。そして、これら３台のポンプ５３、６２、６３が出力する圧油で右舷舵６１の操舵を行う。このとき、右舷操舵機６４は、例えば操舵指令値δＹＡＷに減揺舵角指令値δＲＯＬＬを重畳した最終舵角指令値δで制御する。かくして、右舷舵６１では、方位制御とともに減揺制御も行う。そして、このときの操舵速度は、所定の方位角を確保するための本来の操舵に較べて高速で操舵する必要がある減揺のための操舵であっても十分確保することができる。３台のポンプ５２、６２、６３の出力流量を加算した量の圧油を右舷操舵機６４に供給することができるからである。
【００４１】
かかる右舷舵６１を利用した方位制御及び減揺制御を同時に実施するモードでは、弁１Ｐが接点１Ｐを選択するとともに、弁２Ｐが接点４Ｐを、弁１Ｓが接点１Ｓを、弁２Ｓが接点３Ｓを、弁３Ｃが接点５Ｓをそれぞれ選択するように各弁１Ｐ、２Ｐ、１Ｓ、２Ｓ、３Ｃの切替え制御を行う。
【００４２】
なお、上記説明では、右舷舵６１を方位制御とともに減揺制御を行うものとして説明したが、これは逆でも、勿論良い。左舷舵５１で方位制御及び減揺制御を行う場合には、弁１Ｐが接点１Ｐを選択するとともに、弁２Ｐが接点３Ｐを、弁２Ｓが接点４Ｓを、弁３Ｃが接点５Ｐをそれぞれ選択するとともに、弁１Ｓが接点１Ｓを選択するように各弁１Ｐ、２Ｐ、１Ｓ、２Ｓ、３Ｃの切替え制御を行う。
【００４３】
本形態に係る操舵駆動手段では、次の様な制御を行うこともできる。すなわち、船舶が大洋を航行しているときには、その方位制御のための操舵は小舵角で良いため、片弦の舵だけで十分な場合がある。この場合、一方の弦の舵は停止しておき残りの舵のみで方向制御と減揺制御を行う。したがって、この場合には、４台のポンプの出力を一方の舵の駆動のために集中的に使用することができる。
【００４４】
例えば、図２の右舷舵６１を停止して左舷舵５１のみで、操舵と減揺とを行う場合には同図に示すような状態にする。すなわち、弁１Ｐで接点１Ｐを選択するとともに、弁２Ｐで接点３Ｐ、弁１Ｓで接点２Ｓ、弁２Ｓで接点４Ｓ、弁３Ｃで接点５Ｐをそれぞれ選択する。このことにより、左舷ポンプ５２、左舷予備ポンプ５３、右舷ポンプ６２、右舷予備ポンプ６３が出力する圧油を左舷操舵機５４に集中的に供給することができる。したがって、操舵力はその分大きなものとなる。このとき、左舷操舵機５４には前記最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ＋減揺舵角指令値δＲＯＬＬ）を制御量として供給し、この最終舵角指令値δで操舵が行われるよう制御する。
【００４５】
勿論、左舷舵５１を停止して右舷舵６１のみで、操舵と減揺とを行うこともできる。この場合には弁１Ｓで接点１Ｓを選択するとともに、弁１Ｐで接点２Ｐ、弁２Ｐで接点４Ｐ、弁２Ｓで接点３Ｓ、弁３Ｃで接点５Ｓをそれぞれ選択する。
【００４６】
上述の如き本形態によれば、何れにしても減揺舵角指令値δＲＯＬＬを重畳して操舵制御される左舷舵５１又は右舷舵６１は、複数台のポンプで駆動するので、減揺のための高速の操舵が必要な場合でも十分な駆動力で操舵される。
【００４７】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態に係る舵及びその操舵駆動手段の構成を示す説明図で、（ａ）に舵、（ｂ）に操舵駆動手段を示す。図３（ａ）に示すように、同軸上で上下に配設した上舵７１及び下舵８１は、それぞれ独立に回動し得るように同心に配設した２本のロッドである外軸７２と内軸８２とにそれぞれ固着してあり、外軸７２の回動により上舵７１が回動するとともに、内軸８２の回動により下舵８１が回動するように構成してある。すなわち、内軸８２は円筒軸である外軸７２の円筒の内部及び上舵７１を貫通して下舵８１の上面に至り、この上面に先端部を固着してある。また、外軸７２はその先端部を上舵７１の上面に固着してある。なお、図示はしないが、上舵７１の下部にはロック装置が配設してあり、このロック装置のロック用ロッドを下舵８１に打ち込むことにより上舵７１と下舵８１とを一体化し得るようになっている。かかる上舵７１と下舵８１との一体的な操舵は、両者の操舵制御の同期をとることによっても実現し得る。
【００４８】
図３（ｂ）に示すように、上舵７１は外軸操舵機７３により、また下舵８１は内軸操舵機８２によりそれぞれ駆動制御される。外軸操舵機７３には外軸ポンプ７４が主ポンプとして予備ポンプ７５がその予備として設けてある。また、内軸操舵機８３には内軸ポンプ８４が主ポンプとして予備ポンプ８５がその予備として設けてある。
【００４９】
かかる上舵７１及び下舵８１の操舵制御は、一軸船の場合、例えば次のような態様で行われる。
【００５０】
１）上舵７１及び下舵８１を同時（一体）駆動する場合
方位制御のみを行う場合には、外軸ポンプ７４のみ乃至外軸ポンプ７４と予備ポンプ７５とを駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。また、方位制御とともに減揺制御も行う場合には、外軸ポンプ７４、予備ポンプ７５、内軸ポンプ８４及び予備ポンプ７５の全てを駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。このとき外軸操舵機７３には、例えば第１の実施の形態において説明した最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ＋減揺舵角指令値δＲＯＬＬ）を供給して方位及び減揺のための操舵制御を行う。
【００５１】
２）上舵７１及び下舵８１を独立駆動する場合
この場合は、上舵７１と下舵８１とのロックを解除した状態である。ここで、方位制御のみを行う場合には、外軸ポンプ７４を駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。また、方位制御とともに減揺制御も行う場合には、外軸ポンプ７４を駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵することにより方位を制御するとともに、内軸ポンプ８４、予備ポンプ８５及び予備ポンプ７５を駆動し、これらの出力である圧油を内軸操舵機８３に供給して下舵８１を操舵することにより減揺制御を行う。このときの方位制御は、例えば図１に示す第１の実施の形態における最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ）で外軸操舵機７３の駆動を制御することにより実現する。また、減揺制御は、例えば図１に示す第１の実施の形態における減揺舵角指令値δＲＯＬＬで内軸操舵機８３の駆動を制御することにより実現する。
【００５２】
なお、本形態における外軸ポンプ７４、予備ポンプ７５、内軸ポンプ８４及び予備ポンプ８５が吐出する圧油を外軸ポンプ７４又は内軸ポンプ８４の何れに供給するかは、図２に示す第２の実施の形態と同様の弁１Ｐ、２Ｐ、１Ｓ、２Ｓを設けて圧油の供給方向を切替えることにより容易に実現し得る。
【００５３】
本形態においては、４台のポンプ（外軸ポンプ７４、内軸ポンプ８４、予備ポンプ７５、８５）を用いたが、これは既存の船舶がそうであるように２台でも勿論良い。この場合においての制御は次のように行う。次の説明は、外軸ポンプ７４及び予備ポンプ７５のみを有する場合を想定したものである。
【００５４】
１）上舵７１及び下舵８１を同時（一体）駆動する場合
方位制御のみを行う場合には、外軸ポンプ７４のみを駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。また、方位制御とともに減揺制御も行う場合には、外軸ポンプ７４及び予備ポンプ７５を駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。このとき外軸操舵機７３には、例えば第１の実施の形態において説明した最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ＋減揺舵角指令値δＲＯＬＬ）を供給して方位及び減揺のための操舵制御を行う。
【００５５】
２）上舵７１及び下舵８１を独立駆動する場合
この場合は、上舵７１と下舵８１とのロックを解除した状態である。ここで、方位制御のみを行う場合には、外軸ポンプ７４のみを駆動し、外軸操舵機７３に圧油を供給して上舵７１を操舵する。また、方位制御とともに減揺制御も行う場合には、外軸ポンプ７４及び予備ポンプ７５を駆動する。そして、例えば外軸ポンプ７４の圧油を外軸操舵機７３に供給して上舵７１で方位制御を行うとともに、予備ポンプ７５の圧油を内軸操舵機８３に供給して下舵８１で減揺制御を行う。このときの方位制御は、例えば図１に示す第１の実施の形態における最終舵角指令値δ（操舵指令値δＹＡＷ）で外軸操舵機７３の駆動を制御することにより実現する。また、減揺制御は、例えば図１に示す第１の実施の形態における減揺舵角指令値δＲＯＬＬで内軸操舵機８３の駆動を制御することにより実現する。
【００５６】
以上、本発明の各実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えても良いことは言うまでもない。例えば、第１の実施の形態に係る減揺装置を搭載する被制御対象としての舵に第３の実施の形態に係る舵を用いることもできるし、また第２の実施の形態に係る二軸船の各舵として第３の実施の形態に係る舵を用いることもできる。このとき、何れにしても方位制御とともに減揺制御を行う舵又は減揺制御のみを行う舵には複数台のポンプの圧油を供給してその分大きな駆動力を供給し得るように構成する。
【００５７】
【発明の効果】
以上、実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、
少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値でフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成したので、
ローリングが小さい範囲では舵のみでその減揺を行うとともに、それ以上のローリングに対しては舵とともにフィンスタビライザの機能により減揺を行うことができる。
この結果、舵のみで方位制御と減揺制御を既存の操舵駆動系で実施する場合であってもこの操舵駆動系は減揺のための十分な容量を有するものとなる。また、この場合、フィンスタビライザを使用することなく減揺を行うので、フィンスタビライザのフィンが航行抵抗となることもなく、円滑な船舶の航行が保証される。
さらに、減揺を舵とフィンスタビライザのフィンとで行うようにしたので、その分前記フィンの面積を小さくすることができ、これを使用した場合の航行抵抗を小さくすることができるばかりでなく、フィン面積の縮小化によるコストの低減も期待し得る。
【００５８】
〔請求項２〕に記載する発明は、
複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵するための減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として前記操舵駆動手段の残りの駆動手段で残りの舵の操舵を行う操舵駆動制御系とを有するので、
複数の舵を有する船舶が搭載する複数の油圧ポンプの組み合わせを工夫して、方位制御に較べ、操舵速度が速く、したがって制御の追従性を良好に確保するための大きな操舵駆動力を容易に得ることができる。
したがって、舵による方位制御及び減揺制御を既存の設備を利用して安価に実現し得る。
【００５９】
〔請求項３〕に記載する発明は、
複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とし、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御し、他は停止するよう制御する操舵駆動制御系とを有するので、
複数の舵を有する船舶が搭載する複数の油圧ポンプの組み合わせを工夫するとともに、船舶の航行モードを考慮して、操舵速度が速く、したがって制御の追従性を良好に確保するための大きな操舵駆動力を容易に得ることができる。
したがって、舵による方位制御及び減揺制御を既存の設備を利用して安価に実現し得る。
【００６０】
〔請求項４〕に記載する発明は、
少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記最終舵角指令値に基づき、残りの駆動手段で残りの舵を操舵制御するように構成したので、
〔請求項１〕に記載する発明と〔請求項２〕に記載する発明との作用・効果を同時に得ることができる。
【００６１】
〔請求項５〕に記載する発明は、
少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するための減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御するように構成したので、
〔請求項１〕に記載する発明と〔請求項３〕に記載する発明との作用・効果を同時に得ることができる。
【００６２】
〔請求項６〕に記載する発明は、
〔請求項１〕乃至〔記求項５〕に記載する何れか一つの船舶減揺装置において、
制御対象である前記舵は、それぞれ独立に回動し得るよう同心に配設した複数のロッドと、このロッドの軸方向に沿い上下に配設され、各ロッドの回動により独立して回動するよう、各ロッドに固着した複数の舵部と、上方の舵部と下方の舵部とを機械的又は制御的に一体化する一体化手段とを有するので、
各請求項に記載する発明が発揮する作用・効果を上下方向で２分割した舵で実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る船舶減揺装置の構成を示すブロック線図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る操舵駆動手段の構成を示すブロック線図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る舵及びその操舵駆動手段の構成を示す説明図で、（ａ）に舵、（ｂ）に操舵駆動手段を示す。
【図４】フィンスタビライザによるロール制御（ローリングの制御）を説明するための概念図であり、（ａ）は船の側面から見た図、（ｂ）は（ａ）中Ａ−Ａ矢視図である。
【図５】舵による方位制御を説明するための概念図であり、（ａ）は船を平面的に見た図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図である。
【図６】従来技術に係る操舵制御系（オートパイロット制御系）とロール制御系（フィンスタビライザ制御系）からなる船舶減揺装置の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 船
２ スクリュー
３ 舵
４ フィン
３１ 操舵制御系
３２ ロール制御系
３３、３４ センサ
３５、３６、３７ スイッチ
３８ 加算器
３９ 舵
５１ 左舷舵
５２ 左舷ポンプ
５３ 左舷予備ポンプ
６１ 右舷舵
５２ 右舷ポンプ
５３ 右舷予備ポンプ
７１ 上舵
７２ 外軸
７３ 外軸操舵機
７４ 外軸ポンプ
７５ 予備ポンプ
８１ 下舵
８２ 内軸
８３ 内軸操舵機
８４ 内軸ポンプ
８５ 予備ポンプ
Claims (6)
- 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値でフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成したことを特徴とする船舶減揺装置。 - 複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵するための減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、
前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として前記操舵駆動手段の残りの駆動手段で残りの舵の操舵を行う操舵駆動制御系とを有することを特徴とする船舶減揺装置。 - 複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する減揺装置であって、
少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系と、
当該船舶の実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づきローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する減揺舵角指令値発生手段と、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値発生手段の減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とし、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御し、他は停止するよう制御する操舵駆動制御系とを有することを特徴とする船舶減揺装置。 - 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、操舵のための油圧ポンプ等の駆動手段を各舵に対応させてそれぞれ少なくとも２台づつ備えた操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するよう舵を操舵する減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に基づき前記操舵駆動手段の一台の駆動手段で一台の舵の操舵を行うとともに、前記最終舵角指令値に基づき、残りの駆動手段で残りの舵を操舵制御するように構成したことを特徴とする船舶減揺装置。 - 少なくとも実際のロール角とロール角目標値との偏差に基づき形成したフィン角指令値を出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御するロール制御系と、少なくとも実際の方位角と方位角目標値との偏差に基づき形成した舵角指令値を出力して舵を回動制御する操舵制御系とを有するとともに、複数の舵と、各舵に対応させて備えた複数の操舵駆動手段とを有する船舶に装備する船舶減揺装置において、
前記ロール制御系は、前記実際のロール角と前記ロール角目標値との偏差に基づき当該船舶のローリングを低減するための減揺舵角指令値を出力する機能を有しており、
前記ロール角が予め設定したロール角設定値以下の場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行うとともに、
前記ロール角が前記ロール角設定値を越える場合には、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳してこれを最終舵角指令値とするだけでなく、前記ロール制御系が出力するフィン角指令値も出力してフィンスタビライザのフィンを回動制御する一方、
前記実際の方位角と前記方位角目標値との偏差が予め設定した方位角差設定値を越えた場合には、前記減揺舵角指令値の重畳を中止し、前記操舵制御系の出力である舵角指令値のみを最終舵角指令値として操舵制御を行うように構成し、
さらに、前記操舵制御系の出力である舵角指令値に前記減揺舵角指令値を重畳し、これを最終舵角指令値として操舵制御を行う際には、この最終舵角指令値で前記全ての操舵駆動手段で前記複数の舵のうち一台のみを駆動制御するように構成したことを特徴とする船舶減揺装置。 - 〔請求項１〕乃至〔請求項５〕に記載する何れか一つの船舶減揺装置において、
制御対象である前記舵は、それぞれ独立に回動し得るよう同心に配設した複数のロッドと、このロッドの軸方向に沿い上下に配設され、各ロッドの回動により独立して回動するよう、各ロッドに固着した複数の舵部と、上方の舵部と下方の舵部とを機械的又は制御的に一体化する一体化手段とを有することを特徴とする船舶減揺装置。
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