JP4968641B2 - Structure position / orientation control method, structure position / orientation control system, and program - Google Patents

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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

本発明は、海中や洋上等を浮かぶ構造体、例えば停止した船舶等が外乱を受けても、構造体の位置及び方位を一定に保持する構造体の位置・方位制御方法、構造体の位置・方位制御システム及びこの制御方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。   The present invention relates to a structure / floor control method for maintaining the position and orientation of a structure that remains constant even when a suspended structure or the like floats in the sea or the ocean, for example, a stopped ship. The present invention relates to an azimuth control system and a program that causes a computer to execute the control method.

洋上を航行する船舶等が停止し、波や潮流や風等の外乱を受けても船舶の位置及び方位を一定に保持することが望まれる場合がある。又、探査の目的地まで自走により航行して目的地の海底資源の探索を行う探査船の場合、目的地で停止した探査船の位置及びそのときの方位を、波や潮流や風等の外乱に影響されず一定に保持することが必要である。
このような船舶には、船舶の位置及び方位を一定に保持するための制御機能が設けられている。
In some cases, it is desirable to keep the position and orientation of a ship constant even when a ship or the like navigating offshore stops and is subjected to disturbances such as waves, tidal currents, and winds. Also, in the case of an exploration ship that navigates to the exploration destination by self-propelled and searches for the seabed resources at the destination, the position of the exploration ship stopped at the destination and the direction at that time, such as waves, tidal currents, winds, etc. It is necessary to keep it constant without being affected by disturbance.
Such a ship is provided with a control function for keeping the position and orientation of the ship constant.

位置及び方位の保持のための制御では、船舶に取り付けられた測位センサから得られる船位情報(位置情報)と、船舶の重心回りに取り付けられたジャイロコンパスから得られる方位情報とに基づいて、船舶の位置・方位制御にとって外乱となる潮流、風及び波等による影響を受けても、船舶の位置及び方位が、設定された目標の位置及び方位に一定に保持されるように、船舶に設けられた複数の推力発生器(アクチュエータ)を統合制御する。
その際、複数の推力発生器の統合制御は、船舶の現在の位置情報及び方位情報と、船舶の環境条件である潮流、風及び波等の情報とから、船舶の重心に作用すべき制御力を算出し、これらの制御力を複数の推力発生器それぞれに分配することによって行われる。制御力は、サージ方向の力(船舶の進行方向の力)、スウェイ方向の力(船舶の進行方向に直交する方向の力)及び船舶の重心回りのモーメントを含む。すなわち、船舶の重心位置にこれらの制御力が作用するように、各推力発生器に与える推力及び推力方向を計算によって算出して制御する。
In the control for maintaining the position and direction, the ship is based on the ship position information (position information) obtained from the positioning sensor attached to the ship and the direction information obtained from the gyrocompass attached around the center of gravity of the ship. The ship's position and azimuth are set in the ship so that the position and azimuth of the ship are maintained at the set target position and azimuth even if they are affected by tidal currents, winds, and waves Integrated control of multiple thrust generators (actuators).
At that time, the integrated control of multiple thrust generators is based on the control force that should act on the center of gravity of the ship from the current position information and direction information of the ship and information on the ship's environmental conditions such as tidal current, wind, and waves. Is calculated and distributed to each of the plurality of thrust generators. The control force includes a force in the surge direction (force in the traveling direction of the ship), a force in the sway direction (force in the direction orthogonal to the traveling direction of the ship), and a moment around the center of gravity of the ship. That is, the thrust and the thrust direction applied to each thrust generator are calculated and controlled so that these control forces act on the position of the center of gravity of the ship.

下記特許文献1には、船舶に作用すべき全推力と全モーメントから、推力発生器への推力の配分を推力配分演算によって求める推力発生器の制御方法が開示されている。具体的には、推力配分演算では、推力配列ベクトルの成分の二乗和を求める際、各成分の二乗値に重み付け係数を掛けて合計した重み付け二乗和を評価関数とし、求められる各推力が推力発生器の定格推力を超えないように重み付け係数を調整しつつ、この条件の中で評価関数が最小となるように、推力配列ベクトルを算出する。
しかし、この推力配分演算では、求める推力が推力発生器の定格推力を超えないように、重み付け係数の調整を繰り返し行うので、推力配列ベクトルの算出には時間がかかる。又、定格推力を超えないように行う重み付け係数の調整の繰り返し回数も予め知ることはできない。このため、迅速な推力分配による制御ができないといった問題がある。さらに、推力分配演算では、推力発生器の推力方向の稼動範囲に制限を与えないため、推力方向に遮蔽物がある場合や、2つの推力発生器の推力方向がそれぞれ他方の推力発生器の方向に向き合い推力が互いに干渉する場合も有る。この場合、推力が遮蔽物に反射して自らの推力に干渉し、又推力のお互いの干渉により、所望の制御ができないといった問題も生じる。
Patent Document 1 below discloses a thrust generator control method for obtaining a thrust distribution to a thrust generator from a total thrust and a total moment to be applied to a ship by a thrust distribution calculation. Specifically, in the thrust distribution calculation, when calculating the sum of squares of the components of the thrust array vector, the weighted sum of squares obtained by multiplying the square value of each component by a weighting coefficient is used as an evaluation function, and each of the obtained thrusts generates thrust. While adjusting the weighting coefficient so as not to exceed the rated thrust of the generator, the thrust array vector is calculated so that the evaluation function is minimized in this condition.
However, in this thrust distribution calculation, the weighting coefficient is repeatedly adjusted so that the thrust to be obtained does not exceed the rated thrust of the thrust generator, so that it takes time to calculate the thrust array vector. Further, it is impossible to know in advance the number of repetitions of adjustment of the weighting coefficient that is performed so as not to exceed the rated thrust. For this reason, there exists a problem that control by quick thrust distribution cannot be performed. Furthermore, the thrust distribution calculation does not limit the operating range of the thrust generator in the thrust direction, so there is a shield in the thrust direction, or the thrust direction of the two thrust generators is the direction of the other thrust generator. In some cases, the thrusts facing each other interfere with each other. In this case, there also arises a problem that the thrust is reflected on the shield and interferes with its own thrust, and the desired control cannot be performed due to the mutual interference of the thrust.

下記特許文献2には、トータル推力及びトータルモーメントを分配する際、推力方向である首振りスラスタ角の変化を最小にする制御推力分配装置が開示されている。この装置では、スラスタ角の変化量の二乗和と、推力の釣合い条件式に関するペナルティ関数と、モーメントの釣合い条件式に関するペナルティ関数と、を加算した評価関数を用いて、この評価関数が最小となるように、ペナルティ関数に用いるパラメータの値を調整しながら、評価関数が最小となる推力の最適解を求める。すなわち、パラメータの値を調整しながら繰り返し計算を行って推力の最適解を求める。このため、特許文献1と同様に、推力配列ベクトルの算出には時間がかかり、又、最適解を見出す時間も一定しないため、迅速な推力分配による制御ができないといった問題がある。   Patent Document 2 below discloses a control thrust distribution device that minimizes a change in the swing thruster angle, which is the thrust direction, when distributing the total thrust and the total moment. In this device, this evaluation function is minimized by using an evaluation function obtained by adding the sum of squares of the change amount of the thruster angle, the penalty function related to the thrust balance conditional expression, and the penalty function related to the moment balance conditional expression. As described above, the optimum solution of the thrust that minimizes the evaluation function is obtained while adjusting the value of the parameter used for the penalty function. That is, the optimum solution of thrust is obtained by repeatedly performing calculations while adjusting the parameter values. For this reason, similarly to Patent Document 1, it takes time to calculate the thrust array vector, and the time for finding the optimal solution is not constant, so that there is a problem that control by rapid thrust distribution cannot be performed.

特開2001−219899号公報JP 2001-219899 A 特開平9−2393号公報JP-A-9-2393

そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、空間内または空間上を浮かぶ構造体が外乱を受けても、構造体の位置及び方位を一定に保持する構造体の位置、方位制御を行う際、構造体の重心に作用すべき制御力が供給されると同時に、オンラインで推力及び推力方向の分配ができ、しかも推力間に干渉がないように推力方向に制限を加えた条件下で推力及び推力方向の分配の制御を行う構造体の位置・方位制御方法及びこの方法をコンピュータで実行させるプログラム、さらにこの方法を実行する構造体の位置・方位制御システムを提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above problems, the present invention performs position and orientation control of a structure that maintains the position and orientation of the structure constant even when the structure floating in or on the space is subjected to disturbance. When performing, the control force to be applied to the center of gravity of the structure is supplied, and at the same time, the thrust and the thrust direction can be distributed online, and the thrust direction is limited so that there is no interference between the thrusts. An object of the present invention is to provide a structure position / orientation control method for controlling thrust and thrust direction distribution, a program for executing the method by a computer, and a structure position / orientation control system for executing the method. .

上記目的を達成するために、本発明は、空間内又は空間上を浮かぶ構造体が外乱を受けても、構造体の位置及び方位を一定に保持する構造体の位置・方位制御方法であって、前記構造体には、所望の推力を、前記構造体の基準方向に対する所望の推力方向に制御して出力する複数のアクチュエータが設けられ、さらに、この複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が与えられており、前記推力方向の稼動範囲に制限が与えられた複数のアクチュエータそれぞれに付与すべき推力を互いに直交する二方向に分解したときの分力のベクトルを未知数とし、この分力のベクトルに、前記複数のアクチュエータの設置位置の情報によって規定される行列を作用させた結果が、前記構造体の位置及び方位を保持するために前記構造体の重心に作用すべき制御力のベクトルに等しくなる推力の分配方程式を定め、かつ、推力方向の稼動範囲が制限されたアクチュエータの前記推力の分力のベクトルを未知数とする前記分配方程式の第1の解を、前記複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が無く、かつ、前記推力の二乗和が最小になるときの前記分配方程式の第2の解に、前記行列の特異値分解をしたときに求められる直交行列を所望の調整ベクトルに作用させて得られる処理ベクトルを加算した線形和で表したとき、
前記調整ベクトルを、前記複数のアクチュエータに与えられた前記推力方向の各稼動範囲の制限に基づいて求めるステップと、
前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記制御力の入力を受けて、この制御力のベクトルに基づいて前記第2の解を求めるとともに、前記調整ベクトルに前記直交行列を作用させて得られる処理ベクトルを前記第2の解に加算して前記第1の解を求め、この第1の解の成分を前記複数のアクチュエータに与えるべき推力の成分とするステップと、を有することを特徴とする構造体の位置・方位制御方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a position / orientation control method for a structure that maintains the position and orientation of the structure constant even when the structure floating in or on the space is subjected to disturbance. The structure is provided with a plurality of actuators that control and output a desired thrust in a desired thrust direction with respect to a reference direction of the structure, and further, the operating range of the plurality of actuators in the thrust direction is limited. The vector of the component force when the thrust to be applied to each of the plurality of actuators to which the operating range in the thrust direction is restricted is decomposed in two directions orthogonal to each other is defined as an unknown, and the component force The result of applying a matrix defined by the information on the installation positions of the plurality of actuators to the vector is the center of gravity of the structure to maintain the position and orientation of the structure. A thrust distribution equation equal to the control force vector to be used is defined, and a first solution of the distribution equation having an unknown vector of the thrust component force of the actuator whose operating range in the thrust direction is limited is defined as The operating range in the thrust direction of the plurality of actuators is not limited, and the second solution of the distribution equation when the sum of squares of the thrust is minimized is obtained when singular value decomposition of the matrix is performed. When the obtained orthogonal matrix is expressed as a linear sum obtained by adding the processing vectors obtained by acting on the desired adjustment vector,
Obtaining the adjustment vector based on a limitation of each operating range of the thrust direction given to the plurality of actuators;
When controlling the position / orientation of the structure, the control force is received, the second solution is obtained based on the control force vector, and the orthogonal matrix is applied to the adjustment vector. Adding the obtained processing vector to the second solution to obtain the first solution, and setting the component of the first solution as a component of thrust to be applied to the plurality of actuators. The structure position / orientation control method is provided.

前記調整ベクトルを求める際、前記推力方向の稼動範囲の制限を、前記調整ベクトルの成分を用いた不等式で表し、この不等式を制約条件とし、この制約条件下、前記調整ベクトルの成分の二乗和が最小となるように前記調整ベクトルの成分を求めることが好ましい。その際、前記制御力には上限値及び下限値が設けられ、前記制約条件において表される前記制御力を、この制御力の上限値及び下限値で置き換えて複数の不等式を得、この複数の不等式を用いて前記調整ベクトルの成分を求めることが好ましい。
又、前記調整ベクトルは、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて前記構造体の位置・方位の制御を行う前に予め求められ、前記第1の解は、前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて、この制御力と前記調整ベクトル又は前記処理ベクトルとを用いて算出されることが好ましい。
When obtaining the adjustment vector, the limit of the operating range in the thrust direction is expressed by an inequality using the component of the adjustment vector, and this inequality is used as a constraint condition. Under this constraint condition, the sum of squares of the components of the adjustment vector is It is preferable to obtain the component of the adjustment vector so as to be minimized. At that time, the control force is provided with an upper limit value and a lower limit value, and the control force represented in the constraint condition is replaced with the upper limit value and the lower limit value of the control force to obtain a plurality of inequalities. It is preferable to obtain the component of the adjustment vector using an inequality.
Further, the adjustment vector is obtained in advance before the control of the position / orientation of the structure is received upon receiving the control force to be applied to the center of gravity of the structure, and the first solution is the structure When the position / orientation is controlled, it is preferable to receive the input of the control force to be applied to the center of gravity of the structure, and to calculate using the control force and the adjustment vector or the processing vector.

前記構造体は、例えば、前記基準方向を有する海に浮かぶ浮体であり、前記制御力は平面上の2方向の分力と前記浮体の前記平面に直交する重心軸回りのモーメントを含むことが好ましい。   The structure body is, for example, a floating body floating in the sea having the reference direction, and the control force preferably includes a component force in two directions on a plane and a moment about a center of gravity axis perpendicular to the plane of the floating body. .

さらに、本発明は、空間内又は空間上を浮かぶ構造体が外乱を受けても、構造体の位置及び方位を一定に保持する構造体の位置・方位制御システムであって、前記構造体の複数の位置に設けられ、所望の推力を、前記構造体の基準方向に対する所望の推力方向に制御して出力するアクチュエータであって、この推力方向の稼動範囲に制限が与えられた複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータの推力及び推力方向を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記推力方向の稼動範囲に制限が与えられた複数のアクチュエータそれぞれに付与すべき推力を互いに直交する二方向に分解したときの分力のベクトルを未知数とし、この分力のベクトルに、前記複数のアクチュエータの設置位置の情報によって規定される行列を作用させた結果が、前記構造体の位置及び方位を保持するために前記構造体の重心に作用すべき制御力のベクトルに等しくなる推力の分配方程式を定め、かつ、推力方向の稼動範囲が制限されたアクチュエータの前記推力の分力のベクトルを未知数とする前記分配方程式の第1の解を、前記複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が無く、かつ、前記推力の二乗和が最小になるときの前記分配方程式の第2の解に、前記行列の特異値分解をしたときに求められる直交行列を所望の調整ベクトルに作用させて得られる処理ベクトルを加算した線形和で表したとき、前記制限の与えられた推力方向の各稼動範囲に基づいて前記調整ベクトルを求め、この調整ベクトル又はこの調整ベクトルに前記直交行列を作用させて得られる処理ベクトルを記憶保持する処理ユニットと、前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記制御力の入力を受けて、この制御力のベクトルに基づいて前記第2の解を求めるとともに、前記調整ベクトルに前記直交行列を作用させて前記処理ベクトルを得、又は記憶保持された前記処理ベクトルを読み出して得、得られる処理ベクトルを、前記第2の解に加算して第1の解を求め、この第1の解の成分を前記複数のアクチュエータに与える推力の分力とし、この推力の分力から前記アクチュエータを制御する推力及び推力方向を求めてアクチュエータを制御する制御ユニットと、を有することを特徴とする構造体の位置・方位制御システムを提供する。   Furthermore, the present invention provides a position / orientation control system for a structure that maintains the position and orientation of the structure constant even when the structure floating in or on the space is subjected to disturbance, A plurality of actuators that are provided at a position and control a desired thrust in a desired thrust direction with respect to a reference direction of the structure, and are limited in an operating range in the thrust direction; and A control device for controlling the thrust and the thrust direction of the plurality of actuators, and the control device orthogonally crosses the thrusts to be applied to each of the plurality of actuators limited in the operating range in the thrust direction. The vector of the component force when decomposed in two directions is an unknown, and a matrix defined by the information on the installation positions of the plurality of actuators is applied to this component vector. This results in a thrust distribution equation that is equal to the control force vector to be applied to the center of gravity of the structure to maintain the position and orientation of the structure, and the operating range in the thrust direction is limited. The first solution of the distribution equation with the vector of the thrust component of the actuator as an unknown is not limited in the operating range in the thrust direction of the plurality of actuators, and the sum of squares of the thrust is minimized. When the second solution of the distribution equation is expressed as a linear sum obtained by adding a processing vector obtained by applying an orthogonal matrix obtained by performing singular value decomposition of the matrix to a desired adjustment vector, The adjustment vector is obtained based on each operating range in the thrust direction given the restriction, and this adjustment vector or a processing vector obtained by applying the orthogonal matrix to this adjustment vector When controlling the position / orientation of the processing unit to be stored and the structure, the control force is received, the second solution is obtained based on the control force vector, and the adjustment vector is The processing vector is obtained by operating the orthogonal matrix, or the processing vector stored and read is read out, and the obtained processing vector is added to the second solution to obtain a first solution, And a control unit for controlling the actuator by determining a thrust and a thrust direction for controlling the actuator from the component of the thrust as a component of the thrust applied to the plurality of actuators. A position / orientation control system for a structure is provided.

前記処理ユニットは、前記推力方向の稼動範囲の制限を、前記調整ベクトルの成分を用いた不等式で表し、この不等式を制約条件とし、この制約条件下、前記調整ベクトルの成分の二乗和が最小となるように前記調整ベクトルの成分を求めることが好ましい。その際、前記制御力には上限値及び下限値が設けられ、前記制約条件において表される前記制御力を、この制御力の上限値及び下限値で置き換えて複数の不等式を得、この複数の不等式を用いて前記調整ベクトルの成分を求めることが好ましい。
前記処理ユニットは、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて前記構造体の位置・方位の制御を行う前に、予め調整ベクトルを算出し、前記制御ユニットは、前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて、この制御力と前記調整ベクトル又は前記処理ベクトルとを用いて前記第1の解を算出することが好ましい。
The processing unit represents the limitation of the operating range in the thrust direction as an inequality using the component of the adjustment vector, and the inequality is used as a constraint condition. Under this constraint condition, the sum of squares of the component of the adjustment vector is minimum. It is preferable to obtain the component of the adjustment vector. At that time, the control force is provided with an upper limit value and a lower limit value, and the control force represented in the constraint condition is replaced with the upper limit value and the lower limit value of the control force to obtain a plurality of inequalities. It is preferable to obtain the component of the adjustment vector using an inequality.
The processing unit receives an input of a control force to be applied to the center of gravity of the structure and calculates an adjustment vector in advance before controlling the position / orientation of the structure. When the position / orientation is controlled, an input of a control force to be applied to the center of gravity of the structure is received, and the first solution is calculated using the control force and the adjustment vector or the processing vector. It is preferable.

なお、前記構造体は、例えば、前記基準方向を有する、海に浮かぶ浮体であり、前記制御力は平面上の2方向の分力と前記浮体の前記平面に直交する重心軸回りのモーメントを含むことが好ましい。   The structure is, for example, a floating body floating in the sea having the reference direction, and the control force includes a component force in two directions on a plane and a moment about the center of gravity axis perpendicular to the plane of the floating body. It is preferable.

さらに、本発明は、空間内又は空間上を浮かぶ構造体が外乱を受けても、構造体の位置及び方位を一定に保持するように構造体の位置・方位の制御を実行させるコンピュータが実行可能なプログラムであって、前記構造体には、所望の推力を、前記構造体の基準方向に対する所望の推力方向に制御して出力する複数のアクチュエータが設けられ、さらに、この複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が与えられており、前記推力方向の稼動範囲に制限が与えられた複数のアクチュエータそれぞれに付与すべき推力を互いに直交する二方向に分解したときの分力のベクトルを未知数とし、この分力のベクトルに、前記複数のアクチュエータの設置位置の情報によって規定される行列を作用させた結果が、前記構造体の位置及び方位を保持するために前記構造体の重心に作用すべき制御力のベクトルに等しくなる推力の分配方程式を定め、かつ、推力方向の稼動範囲が制限されたアクチュエータの前記推力の分力のベクトルを未知数とする前記分配方程式の第1の解を、前記複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が無く、かつ、前記推力の二乗和が最小になるときの前記分配方程式の第2の解に、前記行列の特異値分解をしたときに求められる直交行列を所望の調整ベクトルに作用させて得られる処理ベクトルを加算した線形和で表したとき、
前記複数のアクチュエータに与えられた推力方向の各稼動範囲に基づいて、コンピュータの演算手段に前記調整ベクトルを算出させ、この調整ベクトル又はこの調整ベクトルに前記直交行列を施した前記処理ベクトルをコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記制御力の入力を受けて、この制御力のベクトルに基づいて前記第2の解をコンピュータの前記演算手段に算出させるとともに、前記記憶手段に記憶された前記調整ベクトルを読み出し、この調整ベクトルに前記直交行列を作用させて前記処理ベクトルを得、又は前記記憶手段から読み出した前記処理ベクトルを得、この処理ベクトルを、第2の解に加算した第1の解を、コンピュータの前記演算手段に算出させ、この第1の解の成分から前記複数のアクチュエータに与える推力と推力方向を算出させてこの推力と推力方向を前記複数のアクチュエータに与える手順と、を有することを特徴とするプログラムを提供する。
Furthermore, the present invention can be executed by a computer that controls the position and orientation of a structure so that the position and orientation of the structure are kept constant even when the structure floating in or on the space is subjected to disturbance. The structure is provided with a plurality of actuators for controlling and outputting a desired thrust in a desired thrust direction with respect to a reference direction of the structure, and the thrust direction of the plurality of actuators. The operation range is limited to a certain amount, and the vector of the component force when the thrust to be applied to each of the plurality of actuators to which the operation range in the thrust direction is limited is decomposed in two directions orthogonal to each other is defined as an unknown quantity. The result of applying a matrix defined by the information on the installation positions of the plurality of actuators to the component force vector is the position and orientation of the structure. A thrust distribution equation equal to the control force vector to be applied to the center of gravity of the structure to be held, and the vector of the thrust component force of the actuator whose operating range in the thrust direction is limited as an unknown The first solution of the distribution equation is the second solution of the distribution equation when the operating range in the thrust direction of the plurality of actuators is not limited and the sum of squares of the thrust is minimized. When expressed as a linear sum obtained by adding the processing vectors obtained by applying the orthogonal matrix obtained when performing singular value decomposition of the matrix to the desired adjustment vector,
Based on each operating range of the thrust direction given to the plurality of actuators, the calculation means of the computer is calculated by the computer, and the adjustment vector or the processing vector obtained by applying the orthogonal matrix to the adjustment vector is calculated by the computer. A procedure for storing in the storage means;
In response to the input of the control force, the calculation means of the computer calculates the second solution based on the vector of the control force, and reads the adjustment vector stored in the storage means. The processing vector obtained by operating the orthogonal matrix or the processing vector read from the storage means is obtained, and the first solution obtained by adding the processing vector to the second solution is used as the computing means of the computer. And a procedure for calculating the thrust and the thrust direction applied to the plurality of actuators from the component of the first solution and applying the thrust and the thrust direction to the plurality of actuators. To do.

前記調整ベクトルの算出の際、前記推力方向の稼動範囲の制限を、前記調整ベクトルの成分を用いた不等式で表し、この不等式を制約条件としてコンピュータの前記演算手段に作成させ、この制約条件下、前記調整ベクトルの成分の二乗和が最小となるように前記調整ベクトルの成分を、コンピュータの前記演算手段に算出させることが好ましい。その際、前記制御力には上限値及び下限値が設けられ、前記制約条件において表される前記制御力を、この制御力の上限値及び下限値で置き換えて複数の不等式を得、この複数の不等式を用いて前記調整ベクトルの成分をコンピュータの前記演算手段に算出させることが好ましい。
前記調整ベクトルの算出は、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて前記構造体の位置・方位の制御を行う前に行われ、算出した前記調整ベクトル又は前記調整ベクトルに演算処理を施した前記処理ベクトルを前記記憶手段に記憶保持させ、前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて、この制御力と、記憶保持した前記調整ベクトル又は前記処理ベクトルとを用いて、前記第1の解を前記演算手段に算出させることが好ましい。
When calculating the adjustment vector, the limitation of the operating range in the thrust direction is represented by an inequality using the component of the adjustment vector, and the calculation means of the computer creates the inequality as a constraint condition. It is preferable to cause the calculation unit of the computer to calculate the component of the adjustment vector so that the sum of squares of the component of the adjustment vector is minimized. At that time, the control force is provided with an upper limit value and a lower limit value, and the control force represented in the constraint condition is replaced with the upper limit value and the lower limit value of the control force to obtain a plurality of inequalities. It is preferable to cause the computing unit of the computer to calculate the component of the adjustment vector using an inequality.
The calculation of the adjustment vector is performed before the position / orientation of the structure is controlled by receiving the input of the control force to be applied to the center of gravity of the structure, and the calculation is performed on the calculated adjustment vector or the adjustment vector. The processing vector subjected to the processing is stored and held in the storage means, and when controlling the position / orientation of the structure, an input of a control force to be applied to the center of gravity of the structure is received. It is preferable to cause the calculation means to calculate the first solution using the adjustment vector or the processing vector stored and held.

なお、前記構造体は、例えば、前記基準方向を有する、海に浮かぶ浮体であり、前記制御力は平面上の2方向の分力と前記浮体の前記平面に直交する重心軸回りのモーメントを含むことが好ましい。   The structure is, for example, a floating body floating in the sea having the reference direction, and the control force includes a component force in two directions on a plane and a moment about the center of gravity axis perpendicular to the plane of the floating body. It is preferable.

本発明では、各アクチュエータに分配する推力に関する最適解(第1の解)を求める際、この解に用いる調整ベクトルを、アクチュエータに与えられた推力方向の各稼動範囲の制限に基づいて求めることで、推力方向に制限を加えた条件を満足する解を求めることができる。しかも、調整ベクトルは、時間に依存して変化する制御力の入力を受けて制御を行う前に、この制御力とは無関係にオフラインで予め算出することができる。このため、第1の解である最適解を算出する演算は、後述する下記式(5)に沿った短時間の演算だけで済み、従来のように繰り返し計算を行う必要が無いので、第1の解を短時間に算出することができる。したがって、推力の分配をオンラインで行うことができる。   In the present invention, when the optimum solution (first solution) relating to the thrust distributed to each actuator is obtained, the adjustment vector used for this solution is obtained based on the limitation of each operating range in the thrust direction given to the actuator. A solution satisfying the condition in which the thrust direction is limited can be obtained. In addition, the adjustment vector can be calculated in advance offline regardless of the control force before the control is performed upon receiving the input of the control force that changes depending on time. For this reason, the calculation for calculating the optimum solution, which is the first solution, is only a short-time calculation according to the following formula (5), which will be described later. Can be calculated in a short time. Accordingly, the thrust can be distributed online.

以下、本発明の構造体の位置・方位制御方法、構造体の位置・方位制御システム及びプログラムについて、添付の図面に示される好適実施形態を基に詳細に説明する。   Hereinafter, a structure position / orientation control method, structure position / orientation control system, and program according to the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明の構造体の位置・方位制御方法を実施する、本発明の構造体の位置・方位制御システムの一例の概略構成図である。
図1に示す構造体の位置・方位制御システム(以降、システムという)10において、船舶を構造体として適用するが、船舶の他に、洋上に浮かぶ橋梁作業台プラットフォーム、海底資源探査船、水中航走体、空中を飛行する飛行体、さらには宇宙空間中の人工衛星等についても適用可能である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a structure position / orientation control system according to the present invention that implements the structure position / orientation control method according to the present invention.
In the structure position / orientation control system (hereinafter referred to as system) 10 shown in FIG. 1, a ship is applied as a structure. In addition to the ship, a bridge platform platform floating on the ocean, a submarine resource exploration ship, underwater navigation The present invention can also be applied to a running body, a flying object flying in the air, and an artificial satellite in outer space.

システム10は、船舶に搭載され、制御可能な推力を制御可能な方向に出力するアクチュエータ群12と、船舶に搭載され、アクチュエータ群12を制御する、コンピュータによって構成された制御装置14と、を有して構成される。システム10は、洋上を浮かぶ船舶が風、波及び潮流の外乱を受けても船舶の船位(位置)及び方位を一定に保持するように、各アクチュエータの推力及び推力方向を最適に分配する。   The system 10 includes an actuator group 12 that is mounted on a ship and outputs a controllable thrust in a controllable direction, and a control device 14 that is mounted on the ship and controls the actuator group 12 and is configured by a computer. Configured. The system 10 optimally distributes the thrust and thrust direction of each actuator so that the ship floating on the ocean is kept constant in the ship's position (position) and direction even if it is subjected to wind, wave and tidal disturbances.

アクチュエータ群12は、船舶の複数の船底位置に設けられ、所望の推力を、船舶の基準方向に対する所望の方向(推力方向)に出力する複数のアクチュエータ1〜nから構成される。船舶の基準方向は、例えば、サージ方向(船舶の前後方向、図2の場合x方向)である。アクチュエータ1〜nは、例えば、船底に設けられ、推力を発するプロペラの回転軸が所望の方位に回動するアジマススラスタである。アクチュエータ群14には、アジマススラスタの他に、船舶の横方向(スウェイ方向)にのみ推力を発するサイドスラスタを含んでもよい。しかし、アクチュエータ群12は、少なくとも制御可能な推力を制御可能な方向(推力方向)に出力するアジマススラスタを2機以上含む。   The actuator group 12 includes a plurality of actuators 1 to n that are provided at a plurality of bottom positions of the ship and output a desired thrust in a desired direction (thrust direction) with respect to the reference direction of the ship. The reference direction of the ship is, for example, a surge direction (front-rear direction of the ship, x direction in FIG. 2). The actuators 1 to n are, for example, azimuth thrusters that are provided on the bottom of the ship and in which a rotation shaft of a propeller that generates thrust rotates in a desired direction. In addition to the azimuth thruster, the actuator group 14 may include a side thruster that generates thrust only in the lateral direction of the ship (sway direction). However, the actuator group 12 includes two or more azimuth thrusters that output at least controllable thrust in a controllable direction (thrust direction).

制御装置14は、RAM、ROM等の各種メモリ16とCPU18を有し、メモリ16に記憶されたプログラムを実行することで、機能がモジュール化された制御力算出ユニット20、前処理ユニット22及び制御ユニット24を形成する。
制御力算出ユニット20は、船舶に搭載された図示されないGPS(Global Positioning System)を用いて供給される現在の位置の情報を取得するとともに、船舶に設けられたジャイロコンパスを用いて供給される現在の船舶のサージ方向の方位情報(船舶の方位)を取得する。また、船舶に設けられた風向風速計等の測定器によって得られる環境情報を取得する。これらの情報は、制御力算出ユニット20において、所定のサンプリング間隔でデジタル化され、制御力の算出に用いられる。
The control device 14 includes various memories 16 such as RAM and ROM, and a CPU 18, and by executing a program stored in the memory 16, a control force calculation unit 20, a preprocessing unit 22, and a control whose functions are modularized are executed. A unit 24 is formed.
The control force calculation unit 20 acquires information on the current position supplied using a GPS (Global Positioning System) (not shown) mounted on the ship, and is supplied using a gyrocompass provided on the ship. The direction information of the surge direction of the ship (ship direction) is acquired. Moreover, the environmental information obtained by measuring instruments, such as an anemometer provided in the ship, is acquired. These pieces of information are digitized at a predetermined sampling interval in the control force calculation unit 20 and used for calculation of the control force.

制御力算出ユニット20は、取得された船舶の現在の位置、方位の情報を、カルマンフィルタを介してフィードバック制御に用い、また、取得された環境情報をフィードフォワード制御に用い、船舶の重心に作用すべきサージ方向の力、スウェイ方向の力及び船舶の重心軸回りのモーメントを制御力として算出する。制御力算出ユニット20は、算出された制御力を所定の周期で、制御ユニット24に供給する。
制御力算出ユニット20において行われる制御力の算出方法については、本発明では特に限定されないが、少なくとも、現在の船舶の位置、方位の情報及び環境情報に基づいて、位置、方位が一定に保持されるように、重心に作用すべき制御力をフィードバック制御及びフィードフォワード制御のスキームに従って算出する。
The control force calculation unit 20 uses the acquired information on the current position and direction of the ship for feedback control via the Kalman filter, and uses the acquired environment information for feed-forward control to affect the center of gravity of the ship. The power in the power surge direction, the force in the sway direction, and the moment about the center of gravity axis of the ship are calculated as control forces. The control force calculation unit 20 supplies the calculated control force to the control unit 24 at a predetermined cycle.
The method for calculating the control force performed in the control force calculation unit 20 is not particularly limited in the present invention, but the position and direction are kept constant based on at least the current ship position and direction information and environment information. As described above, the control force to be applied to the center of gravity is calculated according to the feedback control and feedforward control scheme.

前処理ユニット22は、アクチュエータ群12のそれぞれのアクチュエータに与える推力及び推力方向を算出するときに用いる調整ベクトルを、制御力の入力を受けて行う船舶の位置、方位の制御の前に、オフラインで予め算出する部分である。算出された調整ベクトルはメモリ16に記憶保持される。なお、アクチュエータ群12の各アクチュエータの推力方向の稼動範囲は、オペレータによる入力に従って制限される。推力方向の稼動範囲を制限するのは、推力方向に設けられた計器類等が障壁となってその反射した力が推力に干渉することのないように、又2つのアクチュエータがお互いに向き合って推力が干渉することのないように、又推力方向の変化が小さくアクチュエータが向きを変えるための移動時間が少なくて済むようにするためである。この推力方向の稼動範囲の制限に基づいて、後述するように、調整ベクトルが算出される。調整ベクトル及びその算出方法については、図2に示される具体例に基づいて詳細に後述する。   The preprocessing unit 22 offline adjusts the adjustment vector used when calculating the thrust and the thrust direction to be applied to each actuator of the actuator group 12 before controlling the position and direction of the ship in response to the input of the control force. This is a part to be calculated in advance. The calculated adjustment vector is stored and held in the memory 16. The operating range of each actuator in the actuator group 12 in the thrust direction is limited according to the input by the operator. The operating range in the thrust direction is limited by the two actuators facing each other so that the reflected force does not interfere with the thrust due to the instruments provided in the thrust direction acting as a barrier. This is because the change of the thrust direction is small and the movement time for the actuator to change the direction is short. Based on the limitation of the operating range in the thrust direction, an adjustment vector is calculated as described later. The adjustment vector and the calculation method thereof will be described later in detail based on a specific example shown in FIG.

制御ユニット24は、前処理ユニット22で算出され、メモリ16に記憶保持された調整ベクトルを読み出して、この調整ベクトルと、制御力算出ユニット20から所定の周期で供給される制御力とを用いて、アクチュエータ群12の各アクチュエータに付与する推力及び推力方向を算出する部分である。具体的には、上記推力方向の稼動範囲の制約された中で、各アクチュエータに付与すべき推力の分力、すなわち、付与すべき推力のサージ方向(基準方向)及びこれ直交するスウェイ方向に分解した推力の分力に関するベクトルの解を、アクチュエータ群12の推力の二乗和を最小にする推力の分力のベクトルの解に処理ベクトルを加算して算出する。ここで、アクチュエータ群12の推力の二乗和を最小にする推力の分力のベクトルの解とは、推力方向の稼動範囲の制約条件を含めた一切の制約条件がないときの解である。又、処理ベクトルとは、後述する拡張推力分配行列の特異値分解を行うときに求められる直交行列を後述する調整ベクトルに作用させて得られるベクトルである。より具体的な説明は、図2に示される具体例に基づいて後述する。
制御ユニット24は、算出された推力の分力から推力と推力方向を求め、この推力と推力方向を、各アクチュエータの図示されない駆動ユニットに制御信号として供給する。
The control unit 24 reads the adjustment vector calculated by the preprocessing unit 22 and stored in the memory 16, and uses the adjustment vector and the control force supplied from the control force calculation unit 20 at a predetermined cycle. This is a part for calculating the thrust applied to each actuator of the actuator group 12 and the thrust direction. Specifically, within the limited operating range of the thrust direction, the thrust component to be applied to each actuator, ie, the surge direction (reference direction) of the thrust to be applied, and the sway direction perpendicular thereto are decomposed. The solution of the vector related to the thrust component force is calculated by adding the processing vector to the solution of the force component vector that minimizes the sum of the squares of the thrusts of the actuator group 12. Here, the solution of the thrust component vector that minimizes the sum of squares of the thrusts of the actuator group 12 is a solution when there is no constraint including the constraint of the operating range in the thrust direction. The processing vector is a vector obtained by applying an orthogonal matrix obtained when performing singular value decomposition of an extended thrust distribution matrix described later to an adjustment vector described later. A more specific description will be described later based on the specific example shown in FIG.
The control unit 24 determines the thrust and the thrust direction from the calculated thrust component, and supplies the thrust and the thrust direction as a control signal to a drive unit (not shown) of each actuator.

前処理ユニット22及び制御ユニット24において行われる処理についてより詳しく説明する。
図2は、システム10の制御対象とする船舶30の説明図である。船舶30の船底には、3つのアジマススラスタ(図2では●で表されている)32,34,36が設けられている。アジマススラスタ32,34は、船舶の後方の左右両側に設けられ、それぞれ船舶の重心Gからサージ方向(x方向)後方に距離lx1,lx2離れており、スウェイ方向(y方向)にly1,ly2離れている。また、アジマススラスタ36は、船舶の前方に設けられ、船舶の重心Gからサージ方向(x方向)前方に距離lx3離れており、スウェイ方向(y方向)に距離ly3離れている。アジマススラスタ32,34,36の推力は、それぞれ推力T1,T2,T3で表され、推力方向は、それぞれサージ方向に対する角度δ1,δ2,δ3で表されている。
船舶30において、制御力算出ユニット20にて算出される制御力、すなわち、重心Gに作用すべきサージ方向(x方向)の力をτx、重心Gに作用すべきスウェイ方向(y方向)の力をτy、重心Gを通り、サージ方向、スウェイ方向を含む平面に対して垂直な重心軸回りのヨー(モーメント)をτzとしたとき、下記式(1)の関係で表される。行列Aは、各アジマススラスタに推力を分配する推力分配行列である。
Processing performed in the preprocessing unit 22 and the control unit 24 will be described in more detail.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the ship 30 to be controlled by the system 10. Three azimuth thrusters (shown by ● in FIG. 2) 32, 34, and 36 are provided on the bottom of the ship 30. The azimuth thrusters 32 and 34 are provided on both the left and right sides of the rear side of the ship, and are separated from the center of gravity G of the ship by distances l x1 and l x2 in the surge direction (x direction), respectively, and l y1 in the sway direction (y direction). , L y2 away. Further, the azimuth thruster 36 is provided in front of the ship, and is separated from the center of gravity G of the ship by a distance l x3 forward in the surge direction (x direction) and is separated by a distance l y3 in the sway direction (y direction). The thrusts of the azimuth thrusters 32, 34, and 36 are represented by thrusts T 1 , T 2 , and T 3 , respectively, and the thrust directions are represented by angles δ 1 , δ 2 , and δ 3 with respect to the surge direction, respectively.
In the ship 30, the control force calculated by the control force calculation unit 20, that is, the force in the surge direction (x direction) to be applied to the center of gravity G is τ x and the sway direction (y direction) to be applied to the center of gravity G. When the force is τ y , the yaw (moment) about the center of gravity axis perpendicular to the plane including the surge direction and the sway direction is τ z , the relationship is expressed by the following equation (1). The matrix A is a thrust distribution matrix that distributes thrust to each azimuth thruster.

Figure 0004968641
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推力分配行列である行列Aの成分には、アジマススラスタの推力方向を表す角度δ1,δ2,δ3が含まれているので、行列Aの特性は角度δ1,δ2,δ3に依存する。このため、重心Gに作用すべき力τx,τy,モーメントτzのベクトルτ(制御力のベクトル)とし、アジマススラスタのそれぞれに付与すべき推力をサージ方向及びスウェイ方向に分解した推力の分力(T1x,T1y,T2x,T2y,T3x,T3y)のベクトルをTとし、ベクトルτとベクトルTとの間の関係を表す。この関係は、アジマススラスタの設置位置の情報(距離lx1,lx2,ly1,ly2,lx3,ly3)によって規定され、角度δ1,δ2,δ3に依存しない行列Aexによって表され、具体的に下記式(2),(3)で表される。式(2)中の行列Aexは、式(1)中の行列Aを拡張した行列であり、拡張型推力分配行列という。この拡張型推力分配行列は、アジマススラスタの設置位置の情報(距離lx1,lx2,ly1,ly2,lx3,ly3)によって規定されるため、船舶30のアジマススラスタの位置が定まれば、決定される行列である。下記式(3)が本発明における推力の分配方程式である。 The components of the matrix A, which is the thrust distribution matrix, include angles δ 1 , δ 2 , and δ 3 representing the thrust direction of the azimuth thruster, so the characteristics of the matrix A are represented by angles δ 1 , δ 2 , and δ 3 . Dependent. Therefore, a vector τ (control force vector) of forces τ x , τ y and moment τ z to be applied to the center of gravity G is used, and the thrust to be applied to each of the azimuth thrusters is divided into the surge direction and the sway direction. A vector of component forces (T 1x , T 1y , T 2x , T 2y , T 3x , T 3y ) is represented by T, and the relationship between the vector τ and the vector T is represented. This relationship is defined by information on the installation positions of the azimuth thrusters (distances l x1 , l x2 , l y1 , l y2 , l x3 , l y3 ), and is a matrix A ex that does not depend on the angles δ 1 , δ 2 , δ 3. Specifically, it is represented by the following formulas (2) and (3). The matrix A ex in the equation (2) is a matrix obtained by extending the matrix A in the equation (1), and is referred to as an extended thrust distribution matrix. Since this extended thrust distribution matrix is defined by information on the installation positions of the azimuth thrusters (distances l x1 , l x2 , l y1 , l y2 , l x3 , and l y3 ), the position of the azimuth thruster of the ship 30 is determined. If so, it is a matrix to be determined. The following equation (3) is a thrust distribution equation in the present invention.

Figure 0004968641
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Figure 0004968641
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これより、制御力算出ユニット20から供給される制御力のベクトルτと、既知となっている行列Aexとを用いて、未知数である推力の分力のベクトルTを算出する。つまり、式(3)で表されるベクトルTに関する分配方程式を解く。なお、行列Aexは、3×6の行列サイズであるため、式(3)の分配方程式に関してベクトルTの解を一意的に求めることができない。このため、推力方向の稼動範囲、すなわちアジマススラスタ32,34,36の首振り角度である角度δ1,δ2,δ3が設定された稼動範囲に制限された条件で、ベクトルTのノルムが可能な限り小さくなる(ベクトルTの成分の二乗和が可能な限り小さくなる)最適解を算出する。従来は、ベクトルTの解を算出する際、角度δ1,δ2,δ3の稼動範囲を制限することなく、ベクトルTのノルムが可能な限り小さくなる最適解を求めていた点で、本発明と異なる。 From this, the vector T of the thrust component, which is an unknown, is calculated using the vector τ of the control force supplied from the control force calculation unit 20 and the known matrix A ex . That is, the distribution equation relating to the vector T expressed by Expression (3) is solved. Since the matrix A ex has a matrix size of 3 × 6, the solution of the vector T cannot be uniquely obtained for the distribution equation of Expression (3). For this reason, the norm of the vector T is limited to the operating range in the thrust direction, that is, the operating range in which the angles δ 1 , δ 2 , and δ 3 that are the swing angles of the azimuth thrusters 32, 34, and 36 are set. An optimum solution is calculated that is as small as possible (the sum of squares of the components of the vector T is as small as possible). Conventionally, when calculating the solution of the vector T, the optimal solution in which the norm of the vector T is as small as possible is obtained without limiting the operating range of the angles δ 1 , δ 2 , and δ 3. Different from the invention.

より具体的に説明すると、行列Aexを下記式(4)に示すように、周知の特異値分解をにより、行列Aexを、対角成分に持つ対角行列Σ1と直交行列U1,U2,V1,V2とを用いて分解する。この特異値分解を利用して、下記式(5)に示すように、最適解Tex *(第1の解)を算出する。ここで、Cは、直交行列V2と作用して第1項の式に加算される調整ベクトルである。最適解Tex *は、直交行列V1,V2が直交性を有することにより式(3)を満足する。調整ベクトルCは、後述する方法により既知となるベクトルである。最適解Tex *は、制御力算出ユニット20から供給された制御力のベクトルτに、特異値分解によって求められる対角行列Σ1、直交行列V1,U1を用いて表された第1項V1Σ1 -11 Tに、調整ベクトルCと直交行列V2とを用いて表される処理ベクトルである第2項V2Cとの線形和で表される。第1項のV1Σ1 -11 Tは、アジマススラスタの推力の二乗和を制約条件無しで最小にするラグランジェの未定定数解(第2の解)であり、最適解Tex *は、このラグランジェの未定定数解に、調整ベクトルCに直交行列V2を作用させた処理ベクトルV2Cを加算したものである。 More specifically, as shown in the following equation (4), the matrix A ex is subjected to a well-known singular value decomposition, and the diagonal matrix Σ 1 having the matrix A ex as a diagonal component and the orthogonal matrix U 1 , Decompose using U 2 , V 1 , V 2 . Using this singular value decomposition, an optimal solution T ex * (first solution) is calculated as shown in the following equation (5). Here, C is an adjustment vector that acts on the orthogonal matrix V 2 and is added to the expression of the first term. The optimal solution T ex * satisfies Expression (3) because the orthogonal matrices V 1 and V 2 have orthogonality. The adjustment vector C is a vector that is known by a method described later. The optimal solution T ex * is the first expressed by using the diagonal matrix Σ 1 and the orthogonal matrices V 1 and U 1 obtained by singular value decomposition for the control force vector τ supplied from the control force calculation unit 20. The term V 1 Σ 1 −1 U 1 T is represented by a linear sum of the second term V 2 C which is a processing vector represented by using the adjustment vector C and the orthogonal matrix V 2 . The first term V 1 Σ 1 −1 U 1 T is Lagrange's undetermined constant solution (second solution) that minimizes the sum of squares of the thrust of the azimuth thruster without any constraint, and the optimal solution T ex * Is obtained by adding the processing vector V 2 C obtained by applying the orthogonal matrix V 2 to the adjustment vector C to the Lagrange undetermined constant solution.

Figure 0004968641
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Figure 0004968641
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最適解Tex *のノルムの二乗、すなわち最適解Texのベクトル成分の二乗和、すなわち、各アジマススラスタの推力の二乗和は、式(6)に示されるように、上述のラグランジェの未定定数解の二乗和に調整ベクトルCのノルムの二乗を加算したものである。供給された制御力、対角行列Σ1及び直交行列U1は値が既知であるので、式(6)中の第1項は既知である。このため、アジマススラスタの推力の二乗和を可能な限り小さくするには、アジマススラスタの首振り角度である角度δ1,δ2,δ3の稼動範囲が制限された条件で、調整ベクトルCの成分の二乗和が最小になるように、調整ベクトルCの成分の値を算出することが必要である。 The square of the norm of the optimal solution T ex * , that is, the square sum of the vector components of the optimal solution T ex , that is, the square sum of the thrust of each azimuth thruster is determined by the above Lagrange undetermined as shown in Equation (6). The square sum of the constant solution is added to the square of the norm of the adjustment vector C. Since the supplied control force, diagonal matrix Σ 1 and orthogonal matrix U 1 have known values, the first term in equation (6) is known. For this reason, in order to make the sum of squares of the thrust of the azimuth thruster as small as possible, the adjustment vector C is adjusted under the condition that the operating range of the angles δ 1 , δ 2 , and δ 3 that are the swing angles of the azimuth thruster is limited. It is necessary to calculate the value of the component of the adjustment vector C so that the sum of squares of the component is minimized.

Figure 0004968641
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本発明では、上記理由から、角度δ1,δ2,δ3の稼動範囲が制限された条件で、調整ベクトルCの成分の二乗和が最小になるように調整ベクトルCの値を算出する。具体的には、対角行列Σ1、直交行列V1,V2,U1の行列成分を下記式(7−1)〜(7−4)で表すとき、最適解Tex *のi番目の成分は、下記式(8)に示すように書き下される。
ベクトルTは、式(3)に示すように推力のサージ方向及びスウェイ方向の分力によって構成されているので、最適解Tex *についても、サージ方向及びスウェイ方向の分力の比を採ることによって、推力方向を求めることができる。このため、推力方向の稼動範囲に制限を与える場合、式(8)で表される推力方向の角度δ(m=1,2,3)について、θmin≦ δ ≦θmaxかつ−π/2≦δ≦π/2とするとき、この稼動範囲の条件は、下記式(9−1)〜(9−3)で表される。
In the present invention, for the reason described above, the value of the adjustment vector C is calculated so that the sum of squares of the components of the adjustment vector C is minimized under the condition that the operating ranges of the angles δ 1 , δ 2 , and δ 3 are limited. Specifically, when the matrix components of the diagonal matrix Σ 1 , the orthogonal matrices V 1 , V 2 , U 1 are expressed by the following formulas (7-1) to (7-4), the i th of the optimal solution T ex * These components are written down as shown in the following formula (8).
Since the vector T is constituted by the component force in the surge direction and the sway direction of the thrust as shown in the equation (3), the ratio of the component force in the surge direction and the sway direction should be taken for the optimum solution T ex *. Thus, the thrust direction can be obtained. For this reason, when the operating range in the thrust direction is limited, θ min ≦ δ m ≦ θ max and −π with respect to the angle δ m (m = 1, 2, 3) in the thrust direction represented by Expression (8). When / 2 ≦ δ m ≦ π / 2, the conditions of this operating range are expressed by the following formulas (9-1) to (9-3).

Figure 0004968641
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Figure 0004968641
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Figure 0004968641
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なお、式(9−1)〜(9−3)中のτk(t)は、制御力算出ユニット20から一定の周期で連続的に供給される、時間によって変化する制御力である。このため、式(9−1)〜(9−3)で表される不等式は時間によって変化する。したがって、最適解Tex *を、時間によって変動する不等式の条件下で短時間に調整ベクトルCを求めて推力及び推力方向を算出することは困難であり、したがって、オンラインで最適解Tex *を求めて制御することはできない。そこで、本発明では、この制御力のベクトルτの成分の上限値及び下限値を予めオペレータの入力により下記式(10−1)、(10−2)に示すように設定しておき、式(10−1),(10−2)を式(9−1)〜(9−2)に代入することにより、時間に依存しない不等式で表される制約条件を定めることができる。このような制御力τk(t)の成分の上限値及び下限値は、制御力算出ユニット20において予め制御力の出力値の範囲が限られており、オペレータにより入力されて設定される。本発明では、この時間に依存しない不等式で表される制約条件の下に、調整ベクトルCの成分の二乗和を最小にする調整ベクトルCの成分を算出する。算出された調整ベクトルCは、メモリ16に記憶保持される。 Note that τ k (t) in the equations (9-1) to (9-3) is a control force that is continuously supplied from the control force calculation unit 20 at a constant period and varies with time. For this reason, the inequalities represented by the equations (9-1) to (9-3) change with time. Therefore, the optimal solution T ex *, it is difficult to calculate the thrust and thrust direction short time seeking adjustment vector C under the conditions of inequalities vary with time, therefore, the optimal solution T ex * Online It cannot be sought and controlled. Therefore, in the present invention, the upper limit value and the lower limit value of the component of the vector τ of the control force are set in advance as shown in the following formulas (10-1) and (10-2) by an operator input, By substituting 10-1) and (10-2) into the equations (9-1) to (9-2), it is possible to define a constraint condition represented by an inequality that does not depend on time. The upper limit value and lower limit value of the component of the control force τ k (t) are set in advance by the operator because the range of the output value of the control force is limited in advance in the control force calculation unit 20. In the present invention, the component of the adjustment vector C that minimizes the sum of squares of the components of the adjustment vector C is calculated under the constraint condition represented by this time-independent inequality. The calculated adjustment vector C is stored and held in the memory 16.

Figure 0004968641
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一方、制御ユニット24は、メモリ16に記憶保持された調整ベクトルCを読み出して、この調整ベクトルCと制御力算出ユニット20から供給された制御力のベクトルτを用いて、上記式(5)にしたがって、最適解Tex *を算出する。ここで、直交行列V1,U1,V2,対角行列Σ1は、既知となっている行列Aexによって一意的に定まるため、予め制御前のオフラインにて、式(5)中のV1Σ1 -11 Tと処理ベクトルV2Cとを求めておくこともできる。船舶の位置、方位の制御を、供給される制御力に対してオンラインで処理を行う際、制御力算出ユニット20から一定の周期で供給される制御力のベクトルτを用いて式(5)に従って計算するだけで、最適解Tex * を迅速に算出することができる。これによって、最適解Tex *から、推力Tm及び推力方向の角度δm(m=1,2,3)を下記式(11−1),(11−2)にしたがって算出することができる。
制御ユニット24は、算出された推力T* m及び推力方向の角度δ* mをアジマススラスタ32,34,36の制御信号に変換して図示されないアジマススラスタの駆動ユニットに供給する。
On the other hand, the control unit 24 reads the adjustment vector C stored and held in the memory 16 and uses the adjustment vector C and the control force vector τ supplied from the control force calculation unit 20 to obtain the above equation (5). Therefore, the optimal solution T ex * is calculated. Here, since the orthogonal matrices V 1 , U 1 , V 2 , and the diagonal matrix Σ 1 are uniquely determined by the known matrix A ex , in the equation (5) in advance before the control, V 1 Σ 1 −1 U 1 T and the processing vector V 2 C can also be obtained. When controlling the position and direction of the ship online with respect to the supplied control force, the control force vector unit τ supplied from the control force calculation unit 20 at a constant cycle is used according to the equation (5). The optimal solution T ex * can be quickly calculated by simply calculating. Accordingly, the thrust T m and the thrust direction angle δ m (m = 1, 2, 3) can be calculated from the optimum solution T ex * according to the following equations (11-1) and (11-2). .
The control unit 24 converts the calculated thrust T * m and the thrust direction angle δ * m into control signals for the azimuth thrusters 32, 34, and 36, and supplies the control signals to an azimuth thruster drive unit (not shown).

Figure 0004968641
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なお、上記例では、算出された調整ベクトルCをメモリ16に記憶保持し、オンライン制御の際、調整ベクトルCと制御力のベクトルτとを用いて式(5)に従って最適解Tex *を算出するが、本発明では、予め求めることのできるV1Σ1 -11 Tと処理ベクトルV2Cをメモリ16に記憶保持し、オンライン制御の際、V1Σ1 -11 Tと処理ベクトルV2Cをメモリ16から読み出して、式(5)に従って最適解Tex *を算出してもよい。この場合、V1Σ1 -11 Tの演算処理や処理ベクトルV2Cの演算処理をする必要が無いので、より短時間のうちに最適解Tex *を算出することができる。
以上、システム10の構成の説明である。
In the above example, the calculated adjustment vector C is stored in the memory 16 and the optimum solution T ex * is calculated according to the equation (5) using the adjustment vector C and the control force vector τ during online control. However, in the present invention, V 1 Σ 1 −1 U 1 T and the processing vector V 2 C which can be obtained in advance are stored and held in the memory 16, and V 1 Σ 1 −1 U 1 T The processing vector V 2 C may be read from the memory 16 and the optimal solution T ex * may be calculated according to equation (5). In this case, since it is not necessary to perform the calculation process of V 1 Σ 1 −1 U 1 T and the calculation process of the processing vector V 2 C, the optimal solution T ex * can be calculated in a shorter time.
The configuration of the system 10 has been described above.

図3は、システム10にて実施される船舶30の位置・方位制御方法のフローを説明する図である。
まず、システム10に、アジマススラスタの首振り角(推力方向)の稼動範囲がオペレータにより入力されて設定される。稼動範囲の設定は、例えば、船底に設けられた計器類が推力の流れの障壁となって所望の推力が発揮できないことを防止し、又2つのアジマススラスタがお互いに向き合って相互の推力が干渉することを防止するためである。さらに、制御力の上限値及び下限値がオペレータにより入力されて設定される(ステップS100)。システム10は、船舶30に搭載されているため、船舶のアジマススラスタ(アクチュエータ)の位置情報(距離lx1,lx2,ly1,ly2,lx3,ly3)も同時に入力される。
FIG. 3 is a diagram for explaining the flow of the position / orientation control method for the ship 30 that is carried out by the system 10.
First, the operating range of the swing angle (thrust direction) of the azimuth thruster is input and set in the system 10 by the operator. Setting the operating range prevents, for example, the instruments provided on the bottom of the ship from blocking the thrust flow and exerting the desired thrust, and the two azimuth thrusters face each other and the mutual thrust interferes. This is to prevent this. Further, an upper limit value and a lower limit value of the control force are input and set by the operator (step S100). Since the system 10 is mounted on the ship 30, position information (distances l x1 , l x2 , l y1 , l y2 , l x3 , l y3 ) of the azimuth thruster (actuator) of the ship is also input simultaneously.

次に、前処理ユニット22において、式(2)に示される拡張型推力分配行列である行列Aexが設定され、さらに、式(4)に従って行われた特異値分解の直交行列V1,U1,V2,対角行列Σ1を用い、さらに制御力のベクトルτの各成分の上限値τmax及び下限値τminを用いて、式(10−1),(10−2)を式(9−1)〜(9−3)に代入した不等式からなる制約条件が設定される(ステップS102)。
なお、制約条件は、アジマススラスタが3つ搭載されている場合、τ1(t),τ2(t),τ3(t)のそれぞれに対して上限値τmax,下限値τminのいずれか一方で置き換えて式(9−1)〜(9―3)の3つの不等式それぞれに代入するので、合計24個(=3×23)の不等式からなる制約条件が設定される。不等式は、式(9−1)〜(9−3)中の唯一時間に依存して変化する制御力τk(t)を上限値又は下限値で置き換えたものなので、24個の不等式は時間に依存しない固定した不等式となっている。
Next, in the preprocessing unit 22, a matrix A ex which is an extended thrust distribution matrix shown in Expression (2) is set, and the orthogonal matrix V 1 , U of singular value decomposition performed according to Expression (4) is performed. 1 , V 2 , diagonal matrix Σ 1 , and further using equations (10-1) and (10-2) using upper limit value τ max and lower limit value τ min of each component of control force vector τ A constraint condition composed of the inequalities substituted in (9-1) to (9-3) is set (step S102).
Note that, when three azimuth thrusters are mounted, the constraint condition is that either the upper limit value τ max or the lower limit value τ min for each of τ 1 (t), τ 2 (t), and τ 3 (t). On the other hand, substitution is made for each of the three inequalities (9-1) to (9-3), so that a constraint condition consisting of a total of 24 (= 3 × 2 3 ) inequalities is set. The inequalities are obtained by replacing the control force τ k (t), which varies with time only in the equations (9-1) to (9-3), with the upper limit value or the lower limit value. It is a fixed inequality that does not depend on.

次に、求められた24個の不等式からなる制約条件の下、調整ベクトルCの成分の二乗和を最小にする調整ベクトルCの成分が算出される(ステップS104)。調整ベクトルCの成分の二乗和を最小にするのは、最適解Tex *の成分の二乗和、すなわち、アジマススラスタの推力の二乗和を最小にすることが望まれるからである。すなわち、洋上の船舶では、駆動エネルギが限られているため、この駆動エネルギを最小限に用いて(調整ベクトルCの成分の二乗和を最小にして)効率よくアジマススラスタを制御することが望まれるからである。
算出された調整ベクトルCの成分の値は、メモリ16に記憶保持される(ステップS106)。さらに、式(5)中のV1Σ1 -11 Tと処理ベクトルV2Cとが算出され、メモリ16に記憶保持される。
Next, the component of the adjustment vector C that minimizes the sum of squares of the components of the adjustment vector C is calculated under the constraint conditions that are obtained from the 24 inequalities (step S104). The reason for minimizing the sum of squares of the components of the adjustment vector C is that it is desired to minimize the sum of squares of the components of the optimal solution T ex * , that is, the sum of squares of the thrust of the azimuth thruster. That is, since the driving energy is limited in a marine vessel, it is desired to efficiently control the azimuth thruster by using this driving energy to the minimum (minimizing the sum of squares of the components of the adjustment vector C). Because.
The calculated value of the component of the adjustment vector C is stored and held in the memory 16 (step S106). Further, V 1 Σ 1 −1 U 1 T and the processing vector V 2 C in the equation (5) are calculated and stored in the memory 16.

以上のステップS100〜106は、制御力が供給されて、洋上で船舶30の位置、方位を制御する前に行う前処理であり、オフラインの処理である。なお、調整ベクトルCの算出において、各アジマススラスタの首振り角の稼動範囲を複数定めておき、各アジマススラスタの首振り角を種々に制限した複数組の制約条件を定め、この複数組の制約条件における調整ベクトルCを算出して、メモリ16に記憶保持してもよい。   Steps S <b> 100 to S <b> 106 are preprocessing performed before the control force is supplied and the position and direction of the ship 30 are controlled offshore, and are offline processing. In the calculation of the adjustment vector C, a plurality of operating ranges of the swing angle of each azimuth thruster are determined, and a plurality of sets of constraint conditions that variously limit the swing angle of each azimuth thruster are determined. The adjustment vector C under the conditions may be calculated and stored in the memory 16.

次に、船舶30が洋上で静止し、船舶が外乱を受けても、船舶の位置及び方位を一定に保持する制御が行われる。
まず、船舶30に設けられたGPS及びジャイロコンパスから、船舶の位置、方位情報が、風向風速計等の計測器から環境情報が制御力算出ユニット20に供給される。制御力算出ユニット20では、設定されたアルゴリズムにしたがって、船舶30の重心Gに作用すべき制御力が算出される。算出された制御力は制御ユニット24に供給される。船舶30の位置、方位の制御はオンラインで行うため、制御力算出ユニット20にて算出される、時間に依存して変化する制御力は、例えば2Hzで制御ユニット24に供給される。
次に、メモリ16から読み出されたV1Σ1 -11 Tと処理ベクトルV2Cが、制御ユニット24に供給された制御力とともに用いられて、式(5)に従って最適解Tex *が算出される(ステップS108)。
本発明においては、処理ベクトルV2Cの替わりに調整ベクトルCを読み出して、最適解Tex *の算出の際に、直交行列V2と演算を行うようにしてもよい。
Next, even if the ship 30 is stationary on the ocean and the ship receives disturbance, control is performed to keep the position and orientation of the ship constant.
First, the position and orientation information of the ship is supplied from the GPS and gyrocompass provided in the ship 30, and the environment information is supplied from a measuring instrument such as an anemometer to the control force calculation unit 20. The control force calculation unit 20 calculates the control force that should act on the center of gravity G of the ship 30 according to the set algorithm. The calculated control force is supplied to the control unit 24. Since the position and direction of the ship 30 are controlled on-line, the control force that changes depending on time calculated by the control force calculation unit 20 is supplied to the control unit 24 at 2 Hz, for example.
Next, V 1 Σ 1 −1 U 1 T read from the memory 16 and the processing vector V 2 C are used together with the control force supplied to the control unit 24 to obtain the optimal solution T ex according to the equation (5). * Is calculated (step S108).
In the present invention, the adjustment vector C may be read instead of the processing vector V 2 C, and the calculation with the orthogonal matrix V 2 may be performed when calculating the optimum solution T ex * .

最後に、算出された最適解Tex *の成分(T1x *,T1 * y,T2x *,T2y *,T3x *,T3y *)が取り出され、式(11−1),(11−2)に従って、推力Tm *、角度δm *、(m=1,2,3)が算出される(ステップS110)。これらが、図2に示されるアジマススラスタ32,34,36に与えるべき推力及びその推力方向とされ、この推力及び推力方向の情報は、制御信号に変換されて、各アジマススラスタの駆動ユニットに供給される。 Finally, the calculated optimal solution T ex * components (T 1x *, T 1 * y, T 2x *, T 2y *, T 3x *, T 3y *) is taken out, the formula (11-1), In accordance with (11-2), the thrust T m * , the angle δ m * , (m = 1, 2, 3) are calculated (step S110). These are the thrust to be applied to the azimuth thrusters 32, 34, and 36 shown in FIG. 2 and the direction of the thrust. Information on the thrust and the thrust direction is converted into a control signal and supplied to the drive unit of each azimuth thruster. Is done.

このように、制御のために式(5)に従って算出される最適解Tex *のうち、制御力のベクトルτ以外のベクトル及び行列は、予めオフライン処理で算出することができるので、制御力算出ユニット20から制御力が供給されると、この制御力のベクトルτを用いて式(5)に従って計算することで、最適解Tex *を短時間に算出することができる。従来の手法では、いずれも繰り返し計算を行って最適解を算出するため、迅速な推力及び推力方向の算出ができず、オンライン処理による船舶の位置、方位の制御が困難であったが、本発明はこの問題を解消する。また、従来の手法とは異なり、推力方向に制限を加えることができるので、推力の干渉等を防止することができる。又、従来の手法では、制御力が小さい場合、アジマススラスタの推力方向が大きく変化する場合もあるが、本発明では、アジマススラスタの首振り角(推力方向)に制限を加えるので、アジマススラスタが時間をかけて所望の方位に向くような首振り角の大きな変化はない。このため、アジマススラスタが目標とする方位方向に向くまでの時間が短くなり、効率のよい安定した制御が可能になる。 As described above, the vector and matrix other than the control force vector τ in the optimal solution T ex * calculated according to the equation (5) for control can be calculated in advance by offline processing. When the control force is supplied from the unit 20, the optimal solution T ex * can be calculated in a short time by calculating according to the equation (5) using the vector τ of the control force. In each of the conventional methods, since the optimum solution is calculated by repeatedly performing calculations, the thrust and the thrust direction cannot be calculated quickly, and it is difficult to control the position and direction of the ship by online processing. Eliminates this problem. Further, unlike the conventional method, it is possible to limit the thrust direction, so that it is possible to prevent thrust interference and the like. In the conventional method, when the control force is small, the thrust direction of the azimuth thruster may change greatly. However, in the present invention, since the swing angle (thrust direction) of the azimuth thruster is limited, the azimuth thruster is There is no significant change in the swing angle over time to go to the desired orientation. For this reason, the time until the azimuth thruster faces the target azimuth direction is shortened, and efficient and stable control is possible.

なお、上述した制御がコンピュータ上で行われるとき、コンピュータには以下のプログラムを記憶させておき、これを読み出して実行させるとよい。
すなわち、プログラムは、手順として、複数のアジマススラスタに与えられた推力方向の稼動範囲に基づいて、コンピュータのCPU18に調整ベクトルCを算出させ、算出した調整ベクトルC又は調整ベクトルCに直交行列V2を作用させた処理ベクトルV2Cをメモリ16に記憶させる。次の手順として、制御力の入力を受けて、この制御力のベクトルτに基づいてラグランジェの未定定数解をCPU18に算出させるとともに、メモリ16に記憶された調整ベクトルCを読み出し、この調整ベクトルCに直交行列V2を作用させた処理ベクトルV2Cを得、あるいはメモリ16に記憶された調整ベクトルCに直交行列V2を作用させた処理ベクトルV2Cを読み出して得、得られた処理ベクトルV2Cをラグランジェの未定定数解に加算した線形和の最適解Tex *をCPU18に算出させる。この線形和の最適解Tex *の成分からアジマススラスタに与える推力Tmと推力方向の角度δm(m=1,2,3)を算出させてこの推力Tmと推力方向の角度δmをアジマススラスタに与える。
調整ベクトルCの算出の際、推力方向の稼動範囲の制限を調整ベクトルの成分を用いて不等式で表した制約条件下、調整ベクトルCの成分の二乗和が最小となるように調整ベクトルCの成分を、CPU18に算出させることが好ましい。又、この制御力のベクトルτの各成分τk(t)には上限値及び下限値が設けられ、この各成分τk(t)を上限値及び下限値で置き換えて複数の不等式を得、この複数の不等式を用いて調整ベクトルCの成分をコンピュータのCPUに算出させることが好ましい。さらに、調整ベクトルCの算出は船舶の位置・方位の制御を行う前に行われ、算出した調整ベクトルC又は調整ベクトルCに直交行列V2を作用させた処理ベクトルV2Cをメモリ16に記憶保持させ、船舶の位置・方位の制御を行う際に、記憶保持した調整ベクトルCを読み出して処理ベクトルV2Cを算出して得、又は処理ベクトルV2Cを読み出して得、この処理ベクトルと、船舶の重心に作用すべき制御力とを用いて、最適解Tex *をCPU18に算出させることが好ましい。
When the above-described control is performed on the computer, it is preferable to store the following program in the computer and read and execute it.
That is, as a procedure, the program causes the CPU 18 of the computer to calculate the adjustment vector C based on the operating range in the thrust direction given to a plurality of azimuth thrusters, and the calculated adjustment vector C or the adjustment vector C is an orthogonal matrix V 2. The processing vector V 2 C on which is applied is stored in the memory 16. As the next procedure, upon receiving the control force, the CPU 18 calculates the Lagrange's undetermined constant solution based on the control force vector τ, and reads the adjustment vector C stored in the memory 16. obtain treated vector V 2 C an acting orthogonal matrices V 2 to C, or obtained by reading out a processing vector V 2 C where the orthogonal matrix V 2 to the adjustment vector C stored in the memory 16 to act, resulting The CPU 18 calculates the optimal solution T ex * of the linear sum obtained by adding the processing vector V 2 C to the Lagrange undetermined constant solution. Thrust T m and thrust direction of the angle [delta] m providing from optimal solution T ex * components of the linear sum in azimuth thrusters to (m = 1, 2, 3) by calculating the thrust T m and thrust direction of the angle [delta] m To the azimuth thruster.
When calculating the adjustment vector C, the components of the adjustment vector C are set so that the sum of squares of the components of the adjustment vector C is minimized under the constraint condition that the limitation of the operating range in the thrust direction is expressed by an inequality using the components of the adjustment vector. Is preferably calculated by the CPU 18. Each component τ k (t) of the control force vector τ is provided with an upper limit value and a lower limit value, and each component τ k (t) is replaced with an upper limit value and a lower limit value to obtain a plurality of inequalities, It is preferable to cause the CPU of the computer to calculate the component of the adjustment vector C using the plurality of inequalities. Further, the adjustment vector C is calculated before the position / orientation of the ship is controlled, and the calculated adjustment vector C or the processing vector V 2 C obtained by applying the orthogonal matrix V 2 to the adjustment vector C is stored in the memory 16. When the position / orientation of the ship is controlled, the stored adjustment vector C is read and the processing vector V 2 C is calculated, or the processing vector V 2 C is read and obtained. The optimal solution T ex * is preferably calculated by the CPU 18 using the control force that should act on the center of gravity of the ship.

図4は、船舶30の制御算出ユニット24に供給される制御力の一例を示す。制御力はいずれも上限値を1(N)又は1(Nm)とし、下限値を−1(N)又は−1(Nm)としたものである。又、船舶30に設けられるアジマススラスタの設置位置情報は、下記表1に示す。   FIG. 4 shows an example of the control force supplied to the control calculation unit 24 of the ship 30. The control force has an upper limit value of 1 (N) or 1 (Nm) and a lower limit value of -1 (N) or -1 (Nm). Further, the installation position information of the azimuth thrusters provided in the ship 30 is shown in Table 1 below.

Figure 0004968641
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このとき、直交行列U1、対角行列Σ1及び直交行列V1,V2及び以下の通りである。 At this time, the orthogonal matrix U 1 , the diagonal matrix Σ 1 and the orthogonal matrices V 1 and V 2 are as follows.

Figure 0004968641
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一方、下記表2に示すように、首振り角の稼動範囲の条件として例1〜例7のように定めた。このとき、ノルムの二乗を最小にするように算出される調整ベクトルC及びこのときのノルムの二乗/2の値を表3に示す。
表3中の例1,2,3からわかるように、首振り角の稼動範囲の条件を狭くするほど、すなわち制約条件を厳しくするほど、調整ベクトルCのノルムの二乗の値は大きくなることがわかる。
On the other hand, as shown in Table 2 below, conditions for the operating range of the swing angle were determined as in Examples 1 to 7. Table 3 shows the adjustment vector C calculated to minimize the norm square and the value of the norm square / 2 at this time.
As can be seen from Examples 1, 2, and 3 in Table 3, the square value of the norm of the adjustment vector C increases as the condition of the operating range of the swing angle is narrowed, that is, as the constraint is tightened. Recognize.

Figure 0004968641
Figure 0004968641
Figure 0004968641
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図5(a)〜(d)は、図4に示される制御力に対して、制約条件のないラグランジェの未定定数解により算出されるアジマススラスタの推力と推力方向を示す図である。
図6(a)〜(d)は、図4に示される制御力に対して、例1の制約条件(表2参照)を与えて式(5)に基づいてアジマススラスタの推力及び推力方向を求めた結果である。
図7(a)〜(d)は、図4に示される制御力に対して、例3の制約条件(表2参照)を与えて式(5)に基づいてアジマススラスタの推力及び推力方向を求めた結果である。
図8(a)〜(d)は、図4に示される制御力に対して、例6の制約条件(表2参照)を与えて式(5)に基づいてアジマススラスタの推力及び推力方向を求めた結果である。
FIGS. 5A to 5D are diagrams showing the thrust and the thrust direction of the azimuth thruster calculated by Lagrange's undetermined constant solution with no constraints on the control force shown in FIG.
6 (a) to 6 (d) give the constraint condition of Example 1 (see Table 2) to the control force shown in FIG. 4 and determine the thrust and thrust direction of the azimuth thruster based on Equation (5). This is the result obtained.
7 (a) to 7 (d) give the constraint condition of Example 3 (see Table 2) to the control force shown in FIG. 4 and determine the thrust and thrust direction of the azimuth thruster based on equation (5). This is the result obtained.
8 (a) to 8 (d) give the constraint conditions of Example 6 (see Table 2) to the control force shown in FIG. 4 and determine the thrust and thrust direction of the azimuth thruster based on equation (5). This is the result obtained.

図5(a)〜(d)に示す、制約条件のないラグランジェの未定定数解による算出結果に対して、図6(a)〜(d)、図7(a)〜(d)、図8(a)〜(d)に示す最適解Tex *により算出された推力方向の変動は小さくなっており、与えられた推力方向の稼動範囲内で変動することがわかる。これに対して推力は、図5(a)〜(d)に対して増大する。これは、推力の変動と推力方向の変動がトレードオフの関係にあることを示し、推力方向の変動を小さく抑えることによって、推力の変動が大きくることを表している。このように、本発明では、アクチュエータの推力方向に稼動範囲の制限を与えることで、推力のレベルを許容範囲内に抑えつつ、推力方向の変動を所定の範囲に抑制することができる。また、図8(a)〜(d)に示す例のように、推力方向の稼動範囲をアジマススラスタそれぞれについて別々に設定することができるので、推力の変動と推力方向の変動をより最適な範囲に抑制することができる。 FIG. 6A to FIG. 7D, FIG. 7A to FIG. 7D, and FIG. 7A to FIG. It can be seen that the variation in the thrust direction calculated by the optimum solution T ex * shown in 8 (a) to (d) is small and varies within the operating range of the given thrust direction. On the other hand, the thrust increases with respect to FIGS. This indicates that the variation in thrust and the variation in thrust direction are in a trade-off relationship, and the variation in thrust is increased by keeping the variation in the thrust direction small. As described above, in the present invention, by restricting the operating range in the thrust direction of the actuator, it is possible to suppress fluctuations in the thrust direction within a predetermined range while suppressing the thrust level within the allowable range. Further, as in the example shown in FIGS. 8A to 8D, the operating range in the thrust direction can be set separately for each azimuth thruster, so that the variation in thrust and the variation in thrust direction are more optimal ranges. Can be suppressed.

以上、本発明の構造体の位置・方位制御方法、構造体の位置・方位制御システム及びプログラムについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。   As described above, the structure position / orientation control method, structure position / orientation control system, and program according to the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and does not depart from the spirit of the present invention. Of course, various improvements and changes may be made.

本発明の構造体の位置・方位制御方法を実施する、本発明の構造体の位置・方位制御システムの一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an example of the structure position / orientation control system of the present invention for implementing the structure position / orientation control method of the present invention. 図1に示すシステムの制御対象とする船舶の説明図である。It is explanatory drawing of the ship made into the control object of the system shown in FIG. 図1に示すシステムにて実施される船舶の位置・方位制御方法のフローを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the position and direction control method of the ship implemented with the system shown in FIG. 図1に示す船舶の制御算出ユニットに供給される制御力の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control force supplied to the control calculation unit of the ship shown in FIG. (a)〜(d)は、図4に示される制御力に対して、制約条件のないラグランジェの未定定数解により算出されるアジマススラスタの推力と推力方向を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the thrust and thrust direction of an azimuth thruster calculated by Lagrange's undetermined constant solution without a constraint condition with respect to the control force shown in FIG. (a)〜(d)は、図4に示される制御力に対して、例1の条件を与えて、本発明の方法に従って、アジマススラスタの推力及び推力方向を求めた結果を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the result of having obtained the conditions of Example 1 with respect to the control force shown in FIG. 4, and having calculated | required the thrust and thrust direction of the azimuth thruster according to the method of this invention. . (a)〜(d)は、図4に示される制御力に対して、例3の条件を与えて、本発明の方法に従って、アジマススラスタの推力及び推力方向を求めた結果を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the result of having obtained the conditions of Example 3 with respect to the control force shown in FIG. 4, and having calculated | required the thrust and thrust direction of the azimuth thruster according to the method of this invention. . (a)〜(d)は、図4に示される制御力に対して、例6の条件を与えて、本発明の方法に従って、アジマススラスタの推力及び推力方向を求めた結果を示す図である。(A)-(d) is a figure which shows the result of having obtained the conditions of Example 6 with respect to the control force shown in FIG. 4, and having calculated | required the thrust and thrust direction of the azimuth thruster according to the method of this invention. .

符号の説明Explanation of symbols

10 位置・方位制御システム
12 アクチュエータ群
14 制御装置
16 メモリ
18 CPU
20 制御力算出ユニット
22 前処理ユニット
24 制御ユニット
30 船舶
32,34,36 アジマススラスタ
10 Position / Orientation Control System 12 Actuator Group 14 Controller 16 Memory 18 CPU
20 control force calculation unit 22 preprocessing unit 24 control unit 30 ship 32, 34, 36 azimuth thruster

Claims (15)

空間内又は空間上を浮かぶ構造体が外乱を受けても、構造体の位置及び方位を一定に保持する構造体の位置・方位制御方法であって、
前記構造体には、所望の推力を、前記構造体の基準方向に対する所望の推力方向に制御して出力する複数のアクチュエータが設けられ、さらに、この複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が与えられており、
前記推力方向の稼動範囲に制限が与えられた複数のアクチュエータそれぞれに付与すべき推力を互いに直交する二方向に分解したときの分力のベクトルを未知数とし、この分力のベクトルに、前記複数のアクチュエータの設置位置の情報によって規定される行列を作用させた結果が、前記構造体の位置及び方位を保持するために前記構造体の重心に作用すべき制御力のベクトルに等しくなる推力の分配方程式を定め、かつ、推力方向の稼動範囲が制限されたアクチュエータの前記推力の分力のベクトルを未知数とする前記分配方程式の第1の解を、前記複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が無く、かつ、前記推力の二乗和が最小になるときの前記分配方程式の第2の解に、前記行列の特異値分解をしたときに求められる直交行列を所望の調整ベクトルに作用させて得られる処理ベクトルを加算した線形和で表したとき、
前記調整ベクトルを、前記複数のアクチュエータに与えられた前記推力方向の各稼動範囲の制限に基づいて求めるステップと、
前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記制御力の入力を受けて、この制御力のベクトルに基づいて前記第2の解を求めるとともに、前記調整ベクトルに前記直交行列を作用させて得られる処理ベクトルを前記第2の解に加算して前記第1の解を求め、この第1の解の成分を前記複数のアクチュエータに与えるべき推力の成分とするステップと、を有することを特徴とする構造体の位置・方位制御方法。
A structure position / orientation control method that maintains a constant position and orientation of a structure even when the structure floating in or on the space is subjected to disturbance,
The structure is provided with a plurality of actuators that control and output a desired thrust in a desired thrust direction with respect to a reference direction of the structure, and further, the operating range of the plurality of actuators in the thrust direction is limited. Given,
A vector of component force when the thrust to be applied to each of the plurality of actuators to which the operating range in the thrust direction is limited is decomposed in two directions orthogonal to each other is defined as an unknown, and A thrust distribution equation in which the result of applying a matrix defined by the information on the installation position of the actuator is equal to the vector of the control force to be applied to the center of gravity of the structure in order to maintain the position and orientation of the structure And the first solution of the distribution equation in which the vector of the thrust component force of the actuator whose operating range in the thrust direction is limited is unknown is limited to the operating range in the thrust direction of the plurality of actuators. There is no orthogonal row obtained when singular value decomposition of the matrix is performed as the second solution of the distribution equation when the sum of squares of the thrust is minimum When the expressed in linear sum obtained by adding a processing vector obtained by acting on the desired adjustment vector,
Obtaining the adjustment vector based on a limitation of each operating range of the thrust direction given to the plurality of actuators;
When controlling the position / orientation of the structure, the control force is received, the second solution is obtained based on the control force vector, and the orthogonal matrix is applied to the adjustment vector. Adding the obtained processing vector to the second solution to obtain the first solution, and setting the component of the first solution as a component of thrust to be applied to the plurality of actuators. The position / orientation control method of the structure.
前記調整ベクトルを求める際、前記推力方向の稼動範囲の制限を、前記調整ベクトルの成分を用いた不等式で表し、この不等式を制約条件として、この制約条件下、前記調整ベクトルの成分の二乗和が最小となるように前記調整ベクトルの成分を求める請求項1に記載の構造体の位置・方位制御方法。   When obtaining the adjustment vector, the limit of the operating range in the thrust direction is expressed by an inequality using the component of the adjustment vector. Using this inequality as a constraint, the square sum of the components of the adjustment vector is The structure position / orientation control method according to claim 1, wherein the component of the adjustment vector is calculated so as to be minimized. 前記制御力には上限値及び下限値が設けられ、
前記制約条件において表される前記制御力を、この制御力の上限値及び下限値で置き換えて複数の不等式を得、この複数の不等式を用いて前記調整ベクトルの成分を求める請求項2に記載の構造体の位置・方位制御方法。
The control force is provided with an upper limit value and a lower limit value,
The control force represented in the constraint condition is replaced with an upper limit value and a lower limit value of the control force to obtain a plurality of inequalities, and the components of the adjustment vector are obtained using the plurality of inequalities. A method for controlling the position and orientation of a structure.
前記調整ベクトルは、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて前記構造体の位置・方位の制御を行う前に予め求められ、前記第1の解は、前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて、この制御力と前記調整ベクトル又は前記調整ベクトルに前記直交行列を作用させて得られる処理ベクトルとを用いて算出される請求項1〜3のいずれか1項に記載の構造体の位置・方位制御方法。   The adjustment vector is obtained in advance before performing control of the position / orientation of the structure upon receiving an input of a control force to be applied to the center of gravity of the structure, and the first solution is a position of the structure. When performing control of the azimuth, receiving an input of a control force that should act on the center of gravity of the structure, the control force and the adjustment vector or a processing vector obtained by applying the orthogonal matrix to the adjustment vector The position / orientation control method for a structure according to any one of claims 1 to 3, calculated by using the method. 前記構造体は、前記基準方向を有する海に浮かぶ浮体であり、前記制御力は平面上の2方向の分力と前記浮体の前記平面に直交する重心軸回りのモーメントを含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の構造体の位置・方位制御方法。   The structure is a floating body floating in the sea having the reference direction, and the control force includes a component force in two directions on a plane and a moment about a center of gravity axis perpendicular to the plane of the floating body. The structure position / orientation control method according to any one of the above. 空間内又は空間上を浮かぶ構造体が外乱を受けても、構造体の位置及び方位を一定に保持する構造体の位置・方位制御システムであって、
前記構造体の複数の位置に設けられ、所望の推力を、前記構造体の基準方向に対する所望の推力方向に制御して出力するアクチュエータであって、この推力方向の稼動範囲に制限が与えられた複数のアクチュエータと、
前記複数のアクチュエータの推力及び推力方向を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記推力方向の稼動範囲に制限が与えられた複数のアクチュエータそれぞれに付与すべき推力を互いに直交する二方向に分解したときの分力のベクトルを未知数とし、この分力のベクトルに、前記複数のアクチュエータの設置位置の情報によって規定される行列を作用させた結果が、前記構造体の位置及び方位を保持するために前記構造体の重心に作用すべき制御力のベクトルに等しくなる推力の分配方程式を定め、かつ、推力方向の稼動範囲が制限されたアクチュエータの前記推力の分力のベクトルを未知数とする前記分配方程式の第1の解を、前記複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が無く、かつ、前記推力の二乗和が最小になるときの前記分配方程式の第2の解に、前記行列の特異値分解をしたときに求められる直交行列を所望の調整ベクトルに作用させて得られる処理ベクトルを加算した線形和で表したとき、前記制限の与えられた推力方向の各稼動範囲に基づいて前記調整ベクトルを求め、この調整ベクトル又はこの調整ベクトルに前記直交行列を作用させて得られる処理ベクトルを記憶保持する処理ユニットと、
前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記制御力の入力を受けて、この制御力のベクトルに基づいて前記第2の解を求めるとともに、前記調整ベクトルに前記直交行列を作用させて得られる前記処理ベクトルを得、又は記憶保持された前記処理ベクトルを読み出して得、得られた処理ベクトルを前記第2の解に加算して第1の解を求め、この第1の解の成分を前記複数のアクチュエータに与える推力の分力とし、この推力の分力から前記アクチュエータを制御する推力及び推力方向を求めてアクチュエータを制御する制御ユニットと、を有することを特徴とする構造体の位置・方位制御システム。
A structure position / orientation control system that keeps the position and orientation of a structure constant even when the structure floating in or on space is subjected to disturbance,
The actuator is provided at a plurality of positions of the structure and outputs a desired thrust in a desired thrust direction with respect to a reference direction of the structure, and the operating range in the thrust direction is limited. Multiple actuators;
A control device that controls thrust and thrust direction of the plurality of actuators,
The controller is
A vector of component force when the thrust to be applied to each of the plurality of actuators to which the operating range in the thrust direction is limited is decomposed in two directions orthogonal to each other is defined as an unknown, and A thrust distribution equation in which the result of applying a matrix defined by the information on the installation position of the actuator is equal to the vector of the control force to be applied to the center of gravity of the structure in order to maintain the position and orientation of the structure And the first solution of the distribution equation in which the vector of the thrust component force of the actuator whose operating range in the thrust direction is limited is unknown is limited to the operating range in the thrust direction of the plurality of actuators. There is no orthogonal row obtained when singular value decomposition of the matrix is performed as the second solution of the distribution equation when the sum of squares of the thrust is minimum Is expressed as a linear sum obtained by adding the processing vectors obtained by acting on the desired adjustment vector, the adjustment vector is obtained based on each operating range in the thrust direction given the restriction, and this adjustment vector or this adjustment A processing unit for storing and holding a processing vector obtained by applying the orthogonal matrix to a vector;
When controlling the position / orientation of the structure, the control force is received, the second solution is obtained based on the control force vector, and the orthogonal matrix is applied to the adjustment vector. Obtaining the obtained processing vector or reading the stored processing vector, obtaining the processing vector, adding the obtained processing vector to the second solution to obtain a first solution, and components of the first solution And a control unit for controlling the actuator by determining a thrust and a thrust direction for controlling the actuator from the component force of the thrust, and a position of the structure.・ Direction control system.
前記処理ユニットは、前記推力方向の稼動範囲の制限を、前記調整ベクトルの成分を用いた不等式で表し、この不等式を制約条件として、この制約条件下、前記調整ベクトルの成分の二乗和が最小となるように前記調整ベクトルの成分を求める請求項6に記載の構造体の位置・方位制御システム。   The processing unit represents the limitation of the operating range in the thrust direction as an inequality using the component of the adjustment vector, and using the inequality as a constraint, the sum of squares of the component of the adjustment vector is minimum under the constraint. The structure position / orientation control system according to claim 6, wherein the component of the adjustment vector is calculated to be 前記制御力には上限値及び下限値が設けられ、
前記制約条件において表される前記制御力を、この制御力の上限値及び下限値で置き換えて複数の不等式を得、この複数の不等式を用いて前記調整ベクトルの成分を求める請求項7に記載の構造体の位置・方位制御システム。
The control force is provided with an upper limit value and a lower limit value,
The control force represented in the constraint condition is replaced with an upper limit value and a lower limit value of the control force to obtain a plurality of inequalities, and the components of the adjustment vector are obtained using the plurality of inequalities. Structure position / orientation control system.
前記処理ユニットは、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて前記構造体の位置・方位の制御を行う前に、予め調整ベクトルを算出し、
前記制御ユニットは、前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて、この制御力と前記調整ベクトル又は前記調整ベクトルに前記直交行列を作用させて得られる処理ベクトルとを用いて前記第1の解を算出する請求項6〜8のいずれか1項に記載の構造体の位置・方位制御システム。
The processing unit calculates an adjustment vector in advance before performing control of the position / orientation of the structure in response to an input of a control force to be applied to the center of gravity of the structure,
The control unit receives an input of a control force to be applied to the center of gravity of the structure when controlling the position / orientation of the structure, and the orthogonal matrix is applied to the control force and the adjustment vector or the adjustment vector. The structure position / orientation control system according to any one of claims 6 to 8, wherein the first solution is calculated using a processing vector obtained by applying the function.
前記構造体は、前記基準方向を有する、海に浮かぶ浮体であり、前記制御力は平面上の2方向の分力と前記浮体の前記平面に直交する重心軸回りのモーメントを含む請求項6〜9のいずれか1項に記載の構造体の位置・方位制御システム。   The structure is a floating body floating in the sea having the reference direction, and the control force includes a component force in two directions on a plane and a moment about a center of gravity axis perpendicular to the plane of the floating body. 10. The structure position / orientation control system according to any one of items 9 to 9. 空間内又は空間上を浮かぶ構造体が外乱を受けても、構造体の位置及び方位を一定に保持するように構造体の位置・方位の制御を実行させるコンピュータが実行可能なプログラムであって、
前記構造体には、所望の推力を、前記構造体の基準方向に対する所望の推力方向に制御して出力する複数のアクチュエータが設けられ、さらに、この複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が与えられており、
前記推力方向の稼動範囲に制限が与えられた複数のアクチュエータそれぞれに付与すべき推力を互いに直交する二方向に分解したときの分力のベクトルを未知数とし、この分力のベクトルに、前記複数のアクチュエータの設置位置の情報によって規定される行列を作用させた結果が、前記構造体の位置及び方位を保持するために前記構造体の重心に作用すべき制御力のベクトルに等しくなる推力の分配方程式を定め、かつ、推力方向の稼動範囲が制限されたアクチュエータの前記推力の分力のベクトルを未知数とする前記分配方程式の第1の解を、前記複数のアクチュエータの推力方向の稼動範囲に制限が無く、かつ、前記推力の二乗和が最小になるときの前記分配方程式の第2の解に、前記行列の特異値分解をしたときに求められる直交行列を所望の調整ベクトルに作用させて得られる処理ベクトルを加算した線形和で表したとき、
前記複数のアクチュエータに与えられた推力方向の各稼動範囲に基づいて、コンピュータの演算手段に前記調整ベクトルを算出させ、この調整ベクトル又はこの調整ベクトルに前記直交行列を施した前記処理ベクトルをコンピュータの記憶手段に記憶させる手順と、
前記制御力の入力を受けて、この制御力のベクトルに基づいて前記第2の解をコンピュータの前記演算手段に算出させるとともに、前記記憶手段に記憶された前記調整ベクトルを読み出し、この調整ベクトルに前記直交行列を作用させて前記処理ベクトルを得、又は前記記憶手段から読み出した前記処理ベクトルを得、この処理ベクトルを、第2の解に加算した第1の解を、コンピュータの前記演算手段に算出させ、この第1の解の成分から前記複数のアクチュエータに与える推力と推力方向を算出させてこの推力と推力方向を前記複数のアクチュエータに与える手順と、を有することを特徴とするプログラム。
A computer-executable program for controlling the position and orientation of a structure so that the position and orientation of the structure are maintained constant even when the structure floating in or on the space is subjected to disturbance,
The structure is provided with a plurality of actuators that control and output a desired thrust in a desired thrust direction with respect to a reference direction of the structure, and further, the operating range of the plurality of actuators in the thrust direction is limited. Given,
A vector of component force when the thrust to be applied to each of the plurality of actuators to which the operating range in the thrust direction is limited is decomposed in two directions orthogonal to each other is defined as an unknown, and A thrust distribution equation in which the result of applying a matrix defined by the information on the installation position of the actuator is equal to the vector of the control force to be applied to the center of gravity of the structure in order to maintain the position and orientation of the structure And the first solution of the distribution equation in which the vector of the thrust component force of the actuator whose operating range in the thrust direction is limited is unknown is limited to the operating range in the thrust direction of the plurality of actuators. There is no orthogonal row obtained when singular value decomposition of the matrix is performed as the second solution of the distribution equation when the sum of squares of the thrust is minimum When the expressed in linear sum obtained by adding a processing vector obtained by acting on the desired adjustment vector,
Based on each operating range of the thrust direction given to the plurality of actuators, the calculation means of the computer is calculated by the computer, and the adjustment vector or the processing vector obtained by applying the orthogonal matrix to the adjustment vector is calculated by the computer. A procedure for storing in the storage means;
In response to the input of the control force, the calculation means of the computer calculates the second solution based on the vector of the control force, and reads the adjustment vector stored in the storage means. The processing vector obtained by operating the orthogonal matrix or the processing vector read from the storage means is obtained, and the first solution obtained by adding the processing vector to the second solution is used as the computing means of the computer. And a program for calculating the thrust and the thrust direction to be applied to the plurality of actuators from the component of the first solution and applying the thrust and the thrust direction to the plurality of actuators.
前記調整ベクトルの算出の際、前記推力方向の稼動範囲の制限を、前記調整ベクトルの成分を用いた不等式で表し、この不等式を制約条件としてコンピュータの前記演算手段に作成させ、この制約条件下、前記調整ベクトルの成分の二乗和が最小となるように前記調整ベクトルの成分を、コンピュータの前記演算手段に算出させる請求項11に記載のプログラム。   When calculating the adjustment vector, the limitation of the operating range in the thrust direction is represented by an inequality using the component of the adjustment vector, and the calculation means of the computer creates the inequality as a constraint condition. The program according to claim 11, wherein the calculation unit of the computer calculates the component of the adjustment vector so that the sum of squares of the component of the adjustment vector is minimized. 前記制御力には上限値及び下限値が設けられ、
前記制約条件において表される前記制御力を、この制御力の上限値及び下限値で置き換えて複数の不等式を得、この複数の不等式を用いて前記調整ベクトルの成分をコンピュータの前記演算手段に算出させる請求項12に記載のプログラム。
The control force is provided with an upper limit value and a lower limit value,
The control force represented by the constraint condition is replaced with an upper limit value and a lower limit value of the control force to obtain a plurality of inequalities, and the plurality of inequalities are used to calculate the components of the adjustment vector in the computing means of the computer. The program according to claim 12.
前記調整ベクトルの算出は、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて前記構造体の位置・方位の制御を行う前に行われ、算出した前記調整ベクトル又は前記調整ベクトルに演算処理を施した処理ベクトルを前記記憶手段に記憶保持させ、
前記構造体の位置・方位の制御を行う際、前記構造体の重心に作用すべき制御力の入力を受けて、この制御力と、記憶保持した前記調整ベクトル又は前記調整ベクトルに演算処理を施して得られる前記処理ベクトルとを用いて、前記第1の解を前記演算手段に算出させる請求項11〜13のいずれか1項に記載のプログラム。
The calculation of the adjustment vector is performed before the position / orientation of the structure is controlled by receiving the input of the control force to be applied to the center of gravity of the structure, and the calculation is performed on the calculated adjustment vector or the adjustment vector. Storing the processed processing vector in the storage means;
When controlling the position / orientation of the structure, it receives an input of a control force that should act on the center of gravity of the structure, and performs an arithmetic process on the control force and the adjustment vector stored or held. The program according to any one of claims 11 to 13, which causes the calculation means to calculate the first solution using the processing vector obtained in the above.
前記構造体は、前記基準方向を有する、海に浮かぶ浮体であり、前記制御力は平面上の2方向の分力と前記浮体の前記平面に直交する重心軸回りのモーメントを含む請求項11〜14のいずれか1項に記載のプログラム。   The structure is a floating body floating in the sea having the reference direction, and the control force includes a component force in two directions on a plane and a moment about a center of gravity axis perpendicular to the plane of the floating body. 14. The program according to any one of 14.
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