JP4918156B1 - 船舶のエンジン制御装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】船舶の主機回転数を一定とする制御において、操舵による燃費の悪化を防止する。
【解決手段】制御対象10の船舶主機の回転数Neをフィードバックして、目標回転数Noとの偏差を求め制御部11に入力する。制御部11においてPID演算を行い、主機回転数Neを目標回転数Noに維持する。制御対象10において舵角を検出する。演算部12において検出される舵角に基づいてガバナ指令の補正量を算出する。算出された補正量に基づいてガバナ指令を補正する。補正は検出された舵角が大きいほどガバナ指令を大きい値とする。
【選択図】図1
【解決手段】制御対象10の船舶主機の回転数Neをフィードバックして、目標回転数Noとの偏差を求め制御部11に入力する。制御部11においてPID演算を行い、主機回転数Neを目標回転数Noに維持する。制御対象10において舵角を検出する。演算部12において検出される舵角に基づいてガバナ指令の補正量を算出する。算出された補正量に基づいてガバナ指令を補正する。補正は検出された舵角が大きいほどガバナ指令を大きい値とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、船舶の主機回転数を一定の目標回転数に維持するエンジン制御装置に関する。
船舶では、プロペラ回転数(主機回転数)を一定値に維持する回転数一定制御が広く採用される。すなわち船舶主機のガバナ制御では、PID制御により実回転数が目標回転数に維持される。また、レーシング時における過回転を防止するために機関のシミュレーションモデルに基づきPID制御パラメータを変更する構成も知られている(特許文献1)。
しかし、従来の回転数一定制御では、操舵による船体抵抗の増大を考慮したものはなく、舵を切った際に船体抵抗の変動により主機回転数が変動し燃費が悪化すると言う問題がある。
本発明は、船舶の主機回転数を一定とする制御において、操舵による燃費の悪化を防止することを目的としている。
本発明の船舶のエンジン制御装置は、舵角に関わる舵角情報を検出する検出手段と、舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し、燃料供給量を補正して変動を防止する補正手段とを備えたことを特徴としている。
舵角情報には、例えば舵角またはその角速度が含まれる。補正手段は、例えば角速度が大きいほど燃料供給量を増大する補正を行う。また、補正手段は、例えば舵角が大きいほど燃料供給量を増大する補正を行う。
例えば上記補正において、主機の操作端に出力されるガバナ指令が直接補正される。また例えば主機の操作端に出力されるガバナ指令が制御部におけるPID演算により求められ、上記補正によりPID演算のPゲインまたはDゲインが変更される。
本発明の船舶は、上記エンジン制御装置を備えたことを特徴としている。
本発明の船舶のエンジン制御方法は、舵角に関わる舵角情報を検出し、舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し燃料供給量を補正して変動を防止することを特徴としている。
本発明によれば、船舶の主機回転数を一定とする制御において、操舵による燃費の悪化を防止することができる。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態におけるエンジン制御装置の構成を示す制御ブロック図である。
図1は、本発明の第1実施形態におけるエンジン制御装置の構成を示す制御ブロック図である。
図1において、制御対象10はプロペラに連結された主機(図示せず)および舵(図示せず)を含む船体の推進に関わる主要な機関である。主機のガバナ制御は、例えばPID制御による回転数一定制御であり、目標回転数Noは操縦者により設定される。主機(図示せず)にはエンジン回転数を検出するためのセンサが設けられ、実回転数Neが検出される。実回転数Neは、入力側にフィードバックされ、目標回転数Noとの偏差が取られ、PID演算を行う制御部11に入力される。
制御部11からは、PID演算で得られたガバナ指令が制御対象10の主機の操作端に出力され、主機への燃料供給量が制御される。また、制御対象10には、舵角かつ/またはその角速度を検出するセンサが設けられ、舵角に関わる情報(舵角かつ/またはその角速度)は演算部12においてガバナ指令の補正量に変換される。
舵を切った際、一般に船体抵抗は増大し、これに伴って主機の実回転数Neは低下する。また、船体抵抗の増大による実回転数Neの変動(減速)幅は、船体抵抗の増大速度が速いほど大きい。船体抵抗の増大は、舵自身の抵抗増加によるものと斜航する船体の抵抗増加によるものとに分けられる。舵を切った直後には、船体は直進を続け舵自身の抵抗のみが増大するため船体抵抗の増大速度は相対的に小さい。一方、船体が旋回し始めると斜航船体による抵抗が発生し船体抵抗の増大速度は相対的に大きくなるが、舵による抵抗は若干低下する。また、旋回の角加速度が大きいと斜航によるの抵抗は増大し、旋回の角速度が一定になると、船体抵抗は一定になる。
すなわち、舵を切ってから船体抵抗が大きく増大するまでには遅れがあるため、第1実施形態では、舵角などの情報から船体抵抗の増大を予測し、演算部12においてガバナ指令の補正量を算出して燃料供給量の補正を行う。
次に演算部12における基本的なガバナ指令の補正の方法について説明する。第1の方法は、舵の角速度が大きいほど、ガバナ指令の補正量を増大し、燃料供給量を増大するものである。これは、舵の角速度が大きいと、より短時間で船体抵抗が増加するので(増大速度大)、実回転数Neのより大きな低減が予測されるためである。
また、第2の方法は、舵角が大きいほど、ガバナ指令の補正量を増大し、燃料供給量を増大するものである。すなわち、舵角が大きいときには、旋回半径が小さくなるため旋回の角加速度がより大きくなり、船体抵抗の急激な増大が予測され、実回転数Neの大幅な低下が予測されるためである。
なお、上記第1および第2の方法は、単独で利用することも可能であるが、組み合わせて利用することもできる。
また、補正量を増大するタイミングは、舵を切った時から少し遅れた、旋回が開始されるタイミングであり、このタイミングは船形や船の質量(積荷を含む)など、船体の慣性を考慮して決められる。
一例としては、舵角θ、舵角速度ω、船体質量(積苛を含む)M、n個の船体形状パラメータαiを含むパラメータ、あるいはその一部のパラメータ(少なくともθまたはωは含む)に基づき時間tに関する船体抵抗f(t;θ,ω,M,αi)をシミュレーション(例えばMMGモデル等を利用)や実験等を用いて求め、その導関数(df/dt)に相関させて補正量を算出する。この場合、演算部12では近似式やメモリ(図示せず)に記憶されたルックアップテーブルなどを用いて補正量が算出される。
以上のように、第1実施形態によれば、舵を切った際に、舵角やその角速度から主機実回転数の低下を予測し、燃料供給量を予め増大させることで実回転数の変動を防止し、燃料消費を抑えることができる。
なお、第1実施形態では、ガバナ指令を直接補正したが、演算部による補正を回転数偏差に施す形式であってもよい。
次に図2を参照して、本発明の第2実施形態のエンジン制御装置について説明する。なお、図2は、第2実施形態のエンジン制御装置の構成を示す制御ブロック図である。
第1実施形態では、舵角や舵の角速度に基づいてガバナ指令が直接補正されたが、第2実施形態のエンジン制御装置では、制御部11のゲインが演算部13により変更される。なお、それ以外の構成は第1実施形態と同様である。
第2実施形態では、制御部11のPID演算におけるP、Dのゲインを第1実施形態の第1、第2の方法に対応する第3、第4の方法で変更する。すなわち、第3の方法では、舵の角速度がより大きいときにPのゲインおよび/またはDのゲインをより大きくし、回転数変動に対して敏感な制御を行う。また第4の方法では、舵角がより大きいときにPのゲインおよび/またはDのゲインをより大きく設定する。
以上のように、第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第1実施形態で説明された各構成は、技術的に矛盾しない限りにおいて第2実施形態においても適用できる。
なお、制御部には、PID制御に限らず、現代制御理論、適用制御、学習制御等にも適用可能である。
10 制御対象
11 制御部(PID演算部)
12 演算部
13 演算部
11 制御部(PID演算部)
12 演算部
13 演算部
Claims (8)
- 舵角に関わる舵角情報を検出する検出手段と、
前記舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し、燃料供給量を補正して前記変動を防止する補正手段とを備え、
前記補正のタイミングが船体形状および重量に基づいて遅延される
ことを特徴とする船舶のエンジン制御装置。 - 前記舵角情報に、前記舵角またはその角速度が含まれることを特徴とする請求項1に記載の船舶のエンジン制御装置。
- 前記補正手段は、前記角速度が大きいほど前記燃料供給量を増大する補正を行うことを特徴とする請求項2に記載の船舶のエンジン制御装置。
- 前記補正手段は、前記舵角が大きいほど前記燃料供給量を増大する補正を行うことを特徴とする請求項2または3の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
- 前記補正において、前記主機の操作端に出力されるガバナ指令が直接補正されることを特徴とする請求項3または4の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
- 前記主機の操作端に出力されるガバナ指令が制御部におけるPID演算により求められ、前記補正により前記PID演算のPゲインまたはDゲインが変更されることを特徴とする請求項3または4の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
- 請求項1〜6の何れか一項に記載のエンジン制御装置を備えることを特徴とする船舶。
- 舵角に関わる舵角情報を検出し、前記舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測して燃料供給量を補正することで前記変動を防止し、前記補正のタイミングを船体形状および重量に基づいて遅延することを特徴とする船舶のエンジン制御方法。
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