JP5151168B2 - Thrust control method and apparatus for biaxial ship having bow thruster and swivel thruster - Google Patents

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本発明は、左右両舷側に1対の旋回式スラスタを備え、且つ船首部にバウスラスタを装備してなる型式の船舶を、ジョイスティックレバーの操作等に応じて船首方位を保持したまま前後、左右、斜め方向に移動させたり、回頭させることができるように、上記左右両舷側の旋回式スラスタ及びバウスラスタにて各々発生させる推力を制御するために用いるバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置に関するものである。   The present invention provides a ship of a type having a pair of swivel thrusters on both left and right sides and a bow thruster at the bow, while maintaining the bow direction according to the operation of the joystick lever, etc. Thrust control of a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster used to control the thrust generated by the swivel thrusters and bow thrusters on both sides so that they can be moved obliquely and turned. It relates to a method and a device.

狭い構内を航行する船舶や、作業船等の高い機動性が要求される船舶では、機動性を高めるために、主機によって駆動されるプロペラの他に、船首部の水面下にバウスラスタを装備してなる構成とすることが広く一般的に採用されるようになってきている。   In ships that navigate narrow premises and ships that require high maneuverability, such as work ships, in addition to the propeller driven by the main engine, a bow thruster is installed under the surface of the bow to improve maneuverability. Such a configuration has been widely adopted.

又、近年では、上記のようなバウスラスタを具備した船舶にて、船舶の離岸、接岸時の操作性を高めたり、作業船等の船舶の位置や船首方位を調整する場合の操作性を高めるために、船舶の前後左右方向への移動及び回頭の操船を、ジョイスティックレバーの操作でコントロールすることが行われるようになってきている。   Further, in recent years, in a ship equipped with the bow thruster as described above, the operability at the time of berthing and berthing of the ship is improved, or the operability when adjusting the position and heading of the ship such as a work ship is improved. Therefore, it is becoming possible to control the movement of the ship in the front-rear and left-right directions and the turning of the boat by operating the joystick lever.

この種のジョイスティックレバーを用いた船舶のコントロールは、一般に、ジョイスティックレバーを、船舶の移動を希望する前後、左右、斜め方向へ傾けて操作することにより、その傾けた方向に応じて、船舶を回頭させることなく船首方位を保持させた状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させることができるようにすると共に、上記ジョイスティックレバーを傾けて操作するときの傾斜量(傾斜角度)に応じて、上記船舶を前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させるときの移動速度を調整できるようにしてある。   Control of a ship using this type of joystick lever is generally performed by tilting the joystick lever in the forward / backward, left / right, or diagonal directions when desired to move the ship, and turning the ship according to the tilted direction. It is possible to move in the desired direction of front / rear, left / right, and oblique directions while maintaining the heading without any change, and according to the amount of inclination (inclination angle) when operating the joystick lever by tilting Thus, it is possible to adjust the moving speed when the ship is moved in the desired direction of front and rear, left and right, and diagonal directions.

更に、上記ジョイスティックレバーを、左右方向へ回転させることが可能なグリップ部を具備してなる構成として、該グリップ部を、船舶の回頭を希望する左右いずれかの方向へ回転させる操作を行うことにより、その回転させた方向に応じて、船舶を左右の希望する方向へ回頭させることができるようにすると共に、上記グリップ部を左右方向へ回転操作するときの操作量(回転角度)に応じて、上記船舶を左右の希望する方向へ回頭させるときの回頭速度を調整できるようにしてある。   Furthermore, as a configuration comprising a grip portion that can rotate the joystick lever in the left-right direction, by performing an operation of rotating the grip portion in either the left-right direction in which the ship is desired to turn. According to the rotated direction, the ship can be turned in the left and right desired directions, and according to the operation amount (rotation angle) when the grip portion is rotated in the left and right direction, The turning speed when the ship is turned in the desired direction on the left and right can be adjusted.

又、上記ジョイスティックレバーに左右方向へ回転可能なグリップ部を備える構成に代えて、船舶の回頭をコントロールするための回頭ダイヤルを上記ジョイスティックレバーとは別途装備してなる構成として、該回頭ダイヤルを回転操作するときの方向と、その操作量(回転角度)に応じて、船舶を左右の希望する方向へ回頭させると共に、その回頭速度を調整できるようにすることも行われている。   Moreover, instead of the configuration in which the joystick lever is provided with a grip portion that can be rotated in the left-right direction, a turning dial for controlling the turning of the ship is provided separately from the joystick lever, and the turning dial is rotated. Depending on the direction of operation and the amount of operation (rotation angle), the ship is turned in the desired direction on the left and right, and the turning speed can be adjusted.

ところで、複数の推進用のアクチュエータを備えた船舶の1つに、船体の船尾部の左右両舷側に左右1対の旋回式スラスタを備えると共に、船首部にバウスラスタを装備してなる型式のものがある。この種の型式の船舶の船首方位を保持したままの移動や、回頭等の動きは、上記左右両舷側の旋回式スラスタで発生させる推力(スラスト)と、バウスラスタで発生させる推力が複合されることによって決定される。したがって、上述したようなジョイスティックレバーによる船舶のコントロールを、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に適用する場合は、ジョイスティックレバーの傾動操作に応じて、上記船舶を船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させるために船体に作用させることが要求される前後方向の力(以下、前後力と云う)及び左右方向の力(以下、横力と云う)と、上記ジョイスティックレバーのグリップ部や、回頭ダイヤルの回転操作に応じて、船舶を左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される回頭モーメントとを、上記左右両舷側の旋回式スラスタで発生させるべき推力と、バウスラスタで発生させるべき推力とに適切に配分する必要がある。   By the way, one type of ship equipped with a plurality of actuators for propulsion is of a type comprising a pair of left and right turning thrusters on the left and right sides of the stern of the hull and a bow thruster on the bow. is there. The movement of this type of ship while maintaining the heading and the movement of turning, etc., is a combination of the thrust (thrust) generated by the swivel thrusters on the left and right sides and the thrust generated by the bow thruster. Determined by. Therefore, when the above-described control of the ship by the joystick lever is applied to the biaxial ship having the bow thruster and the turning thruster, the ship is kept in the heading direction according to the tilting operation of the joystick lever. The longitudinal force (hereinafter referred to as the longitudinal force) and the lateral force (hereinafter referred to as the lateral force) required to be applied to the hull in order to move in the desired direction in the forward / backward, left / right and diagonal directions. And the turning required to act on the hull in order to turn the ship in the desired direction to the left and right at the desired turning speed in response to the rotation of the grip part of the joystick lever and the turning dial. The moment to be generated by the above-mentioned left and right swivel thrusters and the thrust to be generated by the bow thruster It is necessary to appropriately distributed.

更に、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船にて、上記のようなジョイスティックレバーとそのグリップ部や、ジョイスティックレバーと回頭ダイヤルの手動操作を介した船舶の手動操船に代えて、船舶が到達すべき船位や方位をオートパイロットに予め設定して、該オートパイロットにより、上記設定された船位や設定された方位に応じて、船舶を自動操船して、該船舶を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向へ移動させたり、左右方向へ回頭させる場合が考えられ、この場合にも、上記のような動きを行わせるために船体に作用させることが要求される前後力、横力、回頭モーメントを、該船舶に装備されている左右両舷側の旋回式スラスタの推力と、バウスラスタの推力とに適切に配分する必要がある。   Furthermore, in a biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster, the ship arrives instead of the manual maneuvering of the ship via manual operation of the joystick lever and its grip part as described above and the joystick lever and turning dial. The ship position and direction to be set in advance in the autopilot, and the autopilot automatically operated the ship according to the set ship position and the set direction, and the ship was kept in the heading. It may be possible to move it back and forth, left and right, diagonally, or turn it to the left and right. In this case as well, the longitudinal force and side force required to be applied to the hull to perform the above-mentioned movement It is necessary to appropriately distribute the force and the turning moment to the thrust of the swivel thruster on both the left and right sides and the thrust of the bow thruster installed in the ship.

なお、複数の推力発生装置を備えた船舶における各推力発生装置の制御を行うための手法としては、以下に示すような推力配分方法が従来提案されている。   As a method for controlling each thrust generator in a ship having a plurality of thrust generators, a thrust distribution method as described below has been conventionally proposed.

すなわち、これは、操作量に対応する推力を発生する複数の推力発生装置を備える航走体を、与えられた目標推力で航走又は定点保持させるために、それぞれの推力発生装置に与える操作量を演算して、航走体の推力配分を行う推力配分方法において、それぞれの推力発生装置の非線形特性に基いて、それぞれの推力発生装置が発生する推力及び航走体の推力に関する力及びモーメントのバランス関係を予め定めておく一方、推力発生装置が発生する推力を可及的に小さくするための、それぞれの推力発生装置の状態に関する状態量及び/又は発生推力に関する所定の評価関数を規定して、上記バランス関係と評価関数とに基いて、上記目標推力との間で該バランス関係を満たし、且つ上記評価関数に対して所定の条件を満たすそれぞれの推力発生装置の操作量を演算するようにした手法とされている。更に、この手法は、上記推力発生装置を旋回式スラスタとする場合についても適用できるとされている(たとえば、特許文献1参照)。   In other words, this is the amount of operation given to each thrust generator in order to cause a traveling body including a plurality of thrust generators that generate thrust corresponding to the operation amount to travel or hold a fixed point with a given target thrust. In the thrust distribution method for calculating the thrust of the traveling body, the thrust and the force and moment related to the thrust of the traveling body are calculated based on the nonlinear characteristics of each thrust generator. While preliminarily determining the balance relationship, a predetermined evaluation function related to the state quantity and / or generated thrust for each thrust generator is defined to reduce the thrust generated by the thrust generator as much as possible. Based on the balance relationship and the evaluation function, each of the predictions satisfying the balance relationship with the target thrust and satisfying a predetermined condition for the evaluation function. Is that so as to calculates the amount of operation of the generator approaches. Furthermore, this method is also applicable to the case where the thrust generating device is a turning thruster (see, for example, Patent Document 1).

特開2004−42885号公報JP 2004-42885 A

しかし、上記特許文献1に記載されている推力配分方法は、制御則を導くために、最適問題を解くための複雑な演算制御を行う必要がある。そのため、船舶の実際の運用時に、たとえば、ジョイスティックレバーなどの操作によって定める船舶の希望する動きと、実際の船舶の動きにずれが発生した場合には、このずれを修正するための手間が嵩むため、現場の状況に即応することが困難であるという問題がある。更に、万一、一部の装置に故障が生じた場合にも即応することは困難である。   However, the thrust distribution method described in Patent Document 1 needs to perform complex arithmetic control for solving an optimal problem in order to derive a control law. For this reason, during actual operation of the ship, for example, if a deviation occurs between the desired movement of the ship determined by operating the joystick lever and the actual movement of the ship, it takes time to correct this deviation. There is a problem that it is difficult to immediately respond to the situation in the field. Furthermore, it is difficult to respond immediately even if a failure occurs in some devices.

したがって、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させた状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向に希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向に希望する回頭速度で回頭させるために、バウスラスタと、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力を、容易な演算で制御則を導くことができる制御方法が望まれるが、従来は提案されていないというのが実状である。   Therefore, a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster is moved at a desired moving speed in the desired direction of front / rear, left / right, and oblique directions while maintaining the heading direction, or desired in the desired direction of the left / right. In order to rotate at the revolving speed, there is a demand for a control method that can easily derive the control law for the thrust to be generated by the bow thruster and the left and right swivel thrusters, but no proposal has been made in the past. That is the case.

すなわち、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船では、上記したような希望する動きを行わせるために船体に作用させることが要求される力の自由度は、前後力と横力と回頭モーメントの3自由度であるにもかかわらず、推進用のアクチュエータ側の自由度は、バウスラスタの推力、及び、左舷側の旋回式スラスタの首振り角(推力の向き)と推力、及び、右舷側の旋回式スラスタの首振り角(推力の向き)と推力であって、5自由度となっている。このために、上記船体に作用させることが要求される前後力と横力と回頭モーメントを基に、上記バウスラスタと左右両舷側の旋回式スラスタの最適な操作を行うための解を導こうとしても、変数の方が未知数よりも少ないため、未知数の解を1つに定めることができないのである。このため、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に、或る1つの希望する動きを行わせる場合であっても、この1つの動き(出力)を行わせるためのバウスラスタと左右両舷側の旋回式スラスタの操作の組み合わせ(入力)が多数存在するために、制御が多入力1出力系となってしまう。   That is, in a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster, the degree of freedom of force required to be applied to the hull in order to perform the desired movement as described above is such that the longitudinal force, lateral force, and turning moment are: In spite of the three degrees of freedom, the degree of freedom on the actuator side for propulsion is the thrust of the bow thruster, the swing angle (direction of thrust) and thrust of the swivel thruster on the starboard side, and the swivel on the starboard side. It is the swing angle (direction of thrust) and thrust of the thruster, and has 5 degrees of freedom. For this reason, even if an attempt is made to derive a solution for optimal operation of the bow thruster and the swivel thrusters on both sides based on the longitudinal force, lateral force and turning moment required to act on the hull. Because there are fewer variables than unknowns, it is not possible to determine a single solution for unknowns. For this reason, even when a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster performs a certain desired motion, the bow thruster and the swivel on both the left and right sides for performing this one motion (output) Since there are many combinations (inputs) of the operation of the expression thruster, the control becomes a multi-input single-output system.

しかし、ジョイスティックレバー等で操船を行う場合には、レバーを倒す方向と、船舶の移動方向が1対1に対応する1入力1出力系でなければならない。   However, when maneuvering with a joystick lever or the like, the direction in which the lever is tilted and the moving direction of the ship must be a one-input one-output system corresponding to one-to-one.

そのために、従来は、左右両舷側の旋回式スラスタの首振り角を、希望する移動方向に沿う方向に固定する等、各旋回式スラスタの自由度を予め減らしてから制御を行う必要が生じていた。   Therefore, conventionally, it is necessary to perform control after reducing the degree of freedom of each swivel thruster in advance, such as fixing the swing angle of the swivel thrusters on the left and right sides in a direction along the desired moving direction. It was.

そこで、本発明は、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、ジョイスティックレバーの操作等に伴って船首方位を保持させた状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させることができようにするために船体に作用させることが要求される力が与えられると、左右両舷側の旋回式スラスタと、バウスラスタの操作についての1つの解を導くことができる1入力1出力系の制御を構築でき、しかも、万一、上記左右両舷側の旋回式スラスタや、バウスラスタのいずれかに故障が生じても、即応することが可能なバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置を提供しようとするものである。   Therefore, the present invention moves a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster in the desired direction of front / rear, left / right, and oblique directions while maintaining the heading in accordance with the operation of the joystick lever, etc. Given the force required to act on the hull to allow it to turn in the desired direction, it will lead to a solution for swivel thrusters on both sides and bow thrusters. In addition, it is possible to construct a control of a 1-input 1-output system that can be operated, and in the unlikely event that any of the above-mentioned swivel thrusters on both sides and the bow thruster fails, a bow thruster and a swivel thruster that can respond immediately It is intended to provide a thrust control method and apparatus for a biaxial ship having

本発明は、上記課題を解決するために、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の船体固定座標上における左右両舷側の旋回式スラスタと、バウスラスタの幾何学的な配置を基に、バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、バウスラスタの推力を最大推力の値に固定した条件の下で、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示すバウスラスタの飽和時用の行列式を求めておき、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントが与えられると、該船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記前者の行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、上記バウスラスタで発生させるべき推力と、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を求めるようにし、このときに、バウスラスタで発生させるべき推力が飽和に達した場合は、バウスラスタで発生させるべき推力を最大推力に固定すると共に、上記バウスラスタ飽和時用行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を再計算するようにするバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is based on the geometric arrangement of the left and right swivel thrusters on the hull fixed coordinates of a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster, and the geometric arrangement of the bow thruster. In addition to the determinants that represent the transmission of thrust, the components in the x-axis direction and the y-axis direction of the thrust of the swivel thrusters on the left and right sides, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that each thrust gives to the hull , Under the condition that the thrust of the bow thruster is fixed at the maximum thrust value, the x-axis and y-axis components of the thrust of the left and right swivel thrusters, the longitudinal force and lateral force that each thrust exerts on the hull , to previously obtain the matrix equation for the saturation time of the bow thruster illustrating the transmission of a turning moment, the two axes ship having the bow thruster and the turning thrusters, longitudinal while keeping holding the heading, left and right, of the desired oblique direction A longitudinal force as a three-way component of a force required to be applied to the hull in order to move in the desired direction at a desired moving speed, or to turn at a desired turning speed in the desired direction on the left and right sides, a lateral force, When a turning moment is given, based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment required to be applied to the hull, an equation obtained by solving the inverse problem of the former determinant by minimum right transformation is used. Then, the thrust to be generated by the bow thruster and the respective components in the x-axis direction and y-axis direction of the thrust to be generated by the swivel thrusters on both the left and right sides are obtained. At this time, the thrust to be generated by the bow thruster When reaches saturation, the thrust to be generated by the bow raster is fixed at the maximum thrust, and the inverse problem of the bow thruster saturation determinant is solved by the minimum right transformation. And the turning thrusters of the left and right both broadside and thrust control method and apparatus for biaxially ship having a bow thruster and pivoting thruster to recalculate the components in the x-axis direction and the y-axis direction of the thrust to be generated respectively .

更に、上記各構成において、バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、該行列式よりバウスラスタの関連項を除いたバウスラスタ不使用時用の行列式や、右舷側の旋回式スラスタの関連項を除いた右舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式や、左舷側の旋回式スラスタの関連項を除いた左舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式を求めておき、バウスラスタが使用できない場合、右舷側の旋回式スラスタが使用できない場合、左舷側の旋回式スラスタが使用できない場合は、それぞれ対応するバウスラスタ不使用時用行列式、右舷側旋回式スラスタ不使用時用行列式、左舷側旋回式スラスタ不使用時用行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記バウスラスタと左右両舷側の旋回式スラスタのうち、正常運転可能な2つのスラスタでそれぞれ発生させるべき推力を求めるようにするバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置とする。 Further, in each of the above configurations, the thrust of the bow thruster, the components of the thrust of the left and right swivel thrusters in the x-axis direction and the y-axis direction, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that the thrust exerts on the hull. In addition to the determinant indicating transmission, the determinant when the bow thruster is not used from which the related term of the bow raster is removed from the determinant, or when the starboard swivel thruster is not used, excluding the related term of the starboard swivel thruster If the determinant for the portside swivel thruster is not used, except for the determinants for the port and the starboard swivel thruster, and the bow thruster cannot be used, the starboard swivel thruster cannot be used. When the port side swivel thruster cannot be used, the corresponding bowus raster non-use determinant, starboard side swivel thruster non-use determinant, and port side swivel thruster non-use Based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment required to be applied to the hull, using the formula obtained by solving the inverse problem of the determinant by the minimum right transformation, the bow thruster and the swivel thrusters on both sides Among them, a thrust control method and apparatus for a two-shaft ship having a bow thruster and a swivel thruster for obtaining thrusts to be generated respectively by two thrusters capable of normal operation .

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
(1)バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の船体固定座標上における左右両舷側の旋回式スラスタと、バウスラスタの幾何学的な配置を基に、バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式を求め、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントが与えられると、該船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、上記バウスラスタで発生させるべき推力と、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を求めるようにしてあるので、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きを行わせるために船体に作用させることが要求される前後力、横力、回頭モーメントの3つの変数を基にして、5つの未知数である上記バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を一意に算出することができて、各バウスラスタと左右両舷側の旋回式スラスタの最小限の推力の組み合わせを得ることができる。これにより、バウスラスタと左右両舷側の旋回式スラスタの最小限の推力を組み合わせて、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ、希望する移動速度で移動させることができると共に、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させることができるようになる。
(2)バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きを行わせるために船体に作用させることが要求される力の3方向成分である前後力、横力、回頭モーメントのそれぞれについて、個別に制御することが可能な3つの1入力1出力系の制御系を構築できることから、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、ジョイスティックレバーを用いて操船することが可能になる。更に、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きと、操船時の実際の動きにずれが生じた場合であっても、上記船体に作用させることが要求される前後力と横力と回頭モーメントのそれぞれについて、個別にフィードバック制御することが可能となるため、ずれの修正を容易に行うことができて、制御性を高いものとすることができる。
(3)更に、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の制御系を、1入力1出力系に簡素化することができるため、実績や信頼性の高い古典制御アルゴリズムを適用することが可能になる。
(4)更に、本発明のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置は、上記(1)の構成におけるバウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、バウスラスタの推力を最大推力の値に固定した条件の下で、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示すバウスラスタ飽和時用の行列式を求めておき、船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、上記バウスラスタで発生させるべき推力と、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を求めるときに、バウスラスタで発生させるべき推力が飽和に達した場合は、バウスラスタで発生させるべき推力を最大推力に固定すると共に、上記バウスラスタ飽和時用行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を再計算するようにしてあるので、バウスラスタの推力が飽和に達する場合であっても、この飽和に達したバウスラスタの推力と共に船体に作用させることで、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きを行わせることができる左右両舷側の旋回式スラスタの推力の組み合わせを、容易に且つ確実に求めることができる。
(5)更に、バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、該行列式よりバウスラスタの関連項を除いたバウスラスタ不使用時用の行列式や、右舷側の旋回式スラスタの関連項を除いた右舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式や、左舷側の旋回式スラスタの関連項を除いた左舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式を求めておき、バウスラスタが使用できない場合、右舷側の旋回式スラスタが使用できない場合、左舷側の旋回式スラスタが使用できない場合は、それぞれ対応するバウスラスタ不使用時用行列式、右舷側旋回式スラスタ不使用時用行列式、左舷側旋回式スラスタ不使用時用行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記バウスラスタと左右両舷側の旋回式スラスタのうち、正常運転可能な2つのスラスタでそれぞれ発生させるべき推力を求めるようにしてあるので、万一、上記バウスラスタ、右舷側の旋回式スラスタ、左舷側の旋回式スラスタのうちのいずれか1つが使用できない場合であっても、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きを行わせるために船体に作用させることが要求される前後力、横力、回頭モーメントを、正常運転可能な2つのスラスタの推力に適切に且つ確実に配分することができる。よって、万一、上記バウスラスタ、右舷側の旋回式スラスタ、左舷側の旋回式スラスタのうちのいずれか1つが、故障等によって使用できなくなる事態が生じても、即時対応することが可能になる。
According to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) Based on the geometrical layout of the left and right swivel thrusters and the bow thruster on the hull fixed coordinates of a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster, the thrust of the bow thruster and the swivel thrusters on the left and right sides A determinant representing the transmission of each component of the thrust in the x-axis direction and y-axis direction and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that each thrust exerts on the hull, and two axes having the bow thruster and the swivel thruster To move the ship in the desired direction of movement in the forward / backward, left / right, and diagonal directions while maintaining the heading, or to act on the hull to turn in the desired turning speed in the left / right desired direction. When given longitudinal force, lateral force, and turning moment as the three-direction components of the required force, longitudinal force, lateral force, and turning moment required to act on the hull Based on the equation obtained by solving the inverse problem of the determinant by the minimum right transformation, the thrust to be generated by the bow thruster and the thrust to be generated by the swivel thrusters on both the left and right sides are respectively x-axis direction and y-axis because are so as to obtain each component of direction, longitudinal force exerting on the hull in order to perform the movement desired biaxial ship having the bow thruster and pivotally thruster is required, the lateral force, the turning moment Based on the three variables, it is possible to uniquely calculate the x-axis and y-axis components of the thrust that should be generated by the five thrust thrusts of the bow thruster and the left and right swivel thrusters. Thus, a combination of the minimum thrusts of each bow thruster and the left and right swivel thrusters can be obtained. This combines the minimum thrust of the bow thruster and the swivel thrusters on the left and right sides of the biaxial ship with the bow thruster and the swivel thruster in the desired direction in the front, rear, left, and right directions while maintaining the heading. Thus, the robot can be moved at a desired moving speed and can be turned at a desired turning speed in the desired direction on the left and right.
(2) For each of the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment that are the three-way components of the force required to act on the hull in order to make the biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster perform the desired movement, Since it is possible to construct a control system of three one-input one-output systems that can be individually controlled, it becomes possible to operate the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster by using a joystick lever. Further, even if there is a deviation between the desired movement of the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster and the actual movement during maneuvering, the longitudinal force and lateral force required to be applied to the hull are described. Since each of the force and the turning moment can be individually feedback controlled, the deviation can be easily corrected and the controllability can be improved.
(3) Furthermore, since the control system of a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster can be simplified to a one-input one-output system, it is possible to apply a classical control algorithm with high results and reliability. Become.
(4) Furthermore, the thrust control method and apparatus for a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster according to the present invention is directed to the x-axis direction of the thrust of the bow thruster and the thrust of the swivel thrusters on the left and right sides in the configuration of (1) above. In addition to the determinants that show the transmission of each component in the y-axis direction and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that each thrust gives to the hull, under the condition that the thrust of the bow thruster is fixed at the maximum thrust value A determinant for bow thruster saturation indicating the transmission of thrust components of the swivel thrusters on the left and right sides in the x-axis direction and y-axis direction, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that the thrust exerts on the hull. Based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment that are required to be applied to the hull, the inverse problem of the above determinant is solved by the minimum right transformation and is generated by the bow thruster. Thrust to be made When the thrust to be generated in the x-axis direction and the y-axis direction of the thrust to be generated by the swivel thrusters on both the left and right sides is obtained and the thrust to be generated by the bow thruster reaches saturation, the thrust to be generated by the bow thruster Is fixed to the maximum thrust, and the x-axis direction and the y-axis of the thrust to be generated by the swivel thrusters on the left and right sides using the formula obtained by solving the inverse problem of the bow thruster saturation matrix equation by the minimum right transformation. because are to be recalculated each component in the direction, even when the thrust of the bow thruster reaches saturation, by acting on the hull with the thrust of the bow thruster reaches this saturation, the bow thruster and the pivot thrusters Easily and reliably finding a combination of thrusts on the left and right swivel thrusters that allows the two-axis ship to have the desired movement It is possible.
(5) Furthermore, transmission of the thrust of the bow thruster, each component in the x-axis direction and y-axis direction of the thrust of the swivel thruster on the left and right sides, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that each thrust gives to the hull. In addition to the determinant shown, the determinant when the bow thruster is not used from which the related term of the bow raster is removed, or the starboard side swivel thruster is excluded when the related term of the starboard side swivel thruster is excluded. Determining the determinant and the determinant for when the portside swivel thruster is not used, excluding the related terms of the starboard swivel thruster, if the bow thruster cannot be used, or if the starboard swivel thruster cannot be used, If the port side swivel thruster cannot be used, the corresponding determinants when the bow thruster is not used, the star determinant when the star swivel thruster is not used, and the determinant when the port side swivel thruster is not used are reversed. Based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment required to be applied to the hull using the formula obtained by solving the minimum right conversion, normal operation among the bow thruster and the swivel thrusters on both sides Since the thrust to be generated by each of the two possible thrusters is obtained , in the unlikely event that any one of the bow thruster, starboard side swivel thruster, and port side swivel thruster cannot be used. Even if there are two thrusters that can operate normally, the longitudinal force, lateral force, and turning moment that are required to be applied to the hull in order to make the biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster perform the desired movement. The thrust can be distributed appropriately and reliably. Therefore, even if any one of the bow thruster, the starboard side swivel thruster, and the port side swivel thruster becomes unusable due to a failure or the like, an immediate response can be made.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1乃至図2は本発明のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置を示すもので、概説すると、図2に示す如く、船体1の船尾部における左右両舷側に左右1対の旋回式スラスタ2a,2bを備えると共に、船首部にバウスラスタ3を備えてなるバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の船体1上に、重心を原点として船首尾方向をx軸方向とし且つ左右船幅方向をy軸方向とする船体固定座標を定める。該船体固定座標上における上記左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2bと、バウスラスタ3の幾何学的配置を基に、バウスラスタ3の推力F、左舷側の旋回式スラスタ2aの推力のx軸方向成分Tとy軸方向成分T、及び、右舷側の旋回式スラスタ2bの推力のx軸方向成分Tとy軸方向成分Tを要素とする(F,T,T,T,T(右肩のtは転置を表す。以下同様。)と、上記各推力F及びT,T,T,Tが船体1に与える前後力Xと横力Yと回頭モーメントNを要素とする(X,Y,N)との伝達を示す行列式を求める。次いで、最小右変換(Minimum Right Inverse)により上記行列式の逆問題を解くことで、(X,Y,N)より、(F,T,T,T,Tへの伝達を示す行列式を導いておく。その後、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、ジョイスティックレバー4の操作等に応じて船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体1に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNが与えられると、この要求される力の3方向成分を要素とする(X,Y,N)を、上記最小右変換により導かれた行列式に代入することで、上記バウスラスタ3で発生させるべき推力F、及び、左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2bでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向成分T,Tとy軸方向成分T,Tを求めるようにする。 FIGS. 1 and 2 show a thrust control method and apparatus for a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster according to the present invention. In general, as shown in FIG. On a hull 1 of a biaxial ship having a bow thruster 2 having a bow thruster 3 at the bow and a swivel thruster with a pair of swivel thrusters 2a and 2b, the bow tail direction is defined as the x axis direction with the center of gravity as the origin. And the hull fixed coordinate which makes a right-and-left ship width direction the y-axis direction is defined. Based on the geometrical arrangement of the left and right swivel thrusters 2a and 2b and the bow thruster 3 on the hull fixed coordinates, the thrust F b of the bow thruster 3 and the x-axis direction of the thrust of the swivel thruster 2a on the starboard side The component T 1 and the y-axis direction component T 2 , and the x-axis direction component T 3 and the y-axis direction component T 4 of the thrust of the starboard-side swivel thruster 2 b are used as elements (F b , T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ) t (where t on the right shoulder represents transposition, the same applies hereinafter), and the thrust F b and the longitudinal force X and lateral force that T 1 , T 2 , T 3 , T 4 exert on the hull 1. A determinant indicating the transmission between the force Y and the turning moment N and (X, Y, N) t is obtained. Next, by solving the inverse problem of the above determinant by Minimum Right Inverse, from (X, Y, N) t to (F b , T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ) t Determining the determinant indicating the transmission of Thereafter, the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster is moved in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading according to the operation of the joystick lever 4 or the like. When the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N are given as the three-way components of the force required to act on the hull 1 to turn in the direction, the three-way component of the required force (X, Y, N) t is substituted into the determinant derived by the minimum right transformation, the thrust F b to be generated by the bow thruster 3 and the swivel thrusters on both the left and right sides The x-axis direction components T 1 and T 3 and the y-axis direction components T 2 and T 4 of the thrust to be generated in 2a and 2b are obtained.

以下、詳述する。   Details will be described below.

最初に、本発明のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法の導出について説明する。   First, derivation of a thrust control method for a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster according to the present invention will be described.

先ず、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の船体1上におけるバウスラスタ3と、左右両舷側の各旋回式スラスタ2a,2bの幾何学的な配置を、図2に示すように、船体の重心をGとして、該重心Gを原点として船体中心線に沿う船首尾方向をx軸方向とし、これと直行する左右の船幅方向をy軸方向とする船体固定座標上に定める。具体的には、上記左右両舷側の旋回式スラスタ2aと2bは、上記重心Gより後方へlx離れた位置で、且つ船体中心線より左右両側にそれぞれlyずつ離れた位置にそれぞれ配設してあるものとする。又、上記バウスラスタ3は、上記重心Gよりも前方へlb離れた位置の船体中心線上に配設してあるものとする。   First, the geometrical arrangement of the bow thruster 3 on the hull 1 of a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster and the swivel thrusters 2a and 2b on both the left and right sides is shown in FIG. Is defined on the hull fixed coordinates with the center of gravity G as the origin and the fore-and-aft direction along the hull center line as the x-axis direction and the right and left ship width directions perpendicular thereto as the y-axis direction. Specifically, the swivel thrusters 2a and 2b on the left and right sides are arranged at positions separated by lx rearward from the center of gravity G and at positions separated by ly on the left and right sides of the hull center line. It shall be. Further, the bow thruster 3 is arranged on the hull center line at a position lb away from the center of gravity G.

これにより、上記船体固定座標上における上記左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2bと、バウスラスタ3の幾何学的配置から、バウスラスタ3の推力F、左舷側の旋回式スラスタ2aの推力のx軸方向成分Tとy軸方向成分T、及び、右舷側の旋回式スラスタ2bの推力のx軸方向成分Tとy軸方向成分Tを要素とする(F,T,T,T,Tと、上記各推力F及びT,T,T,Tが船体1に与える前後力Xと横力Yと回頭モーメントNを要素とする(X,Y,N)との伝達を示す行列式は、以下のようになる。

Figure 0005151168
上記におけるRBTは、バウスラスタ3に要求される推力Fを軽減するための係数である。すなわち、一般に、バウスラスタ3の方が、主推進器となる左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2bよりも最大推力が小さいので、この係数RBTを1よりも小さい正の数に設定することで、バウスラスタ3の負担を軽減することが可能になる。 Thus, from the geometrical arrangement of the left and right swivel thrusters 2a and 2b and the bow thruster 3 on the hull fixed coordinates, the thrust F b of the bow thruster 3 and the x axis of the thrust of the swivel thruster 2a on the starboard side are obtained. The direction component T 1 and the y-axis direction component T 2 , and the x-axis direction component T 3 and the y-axis direction component T 4 of the thrust of the starboard side swivel thruster 2b are elements (F b , T 1 , T 2). , T 3 , T 4 ) t, and the longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N applied to the hull 1 by the thrusts F b and T 1 , T 2 , T 3 , T 4 (X, Y, N) The determinant showing the transmission with t is as follows:
Figure 0005151168
R BT in the above is a coefficient for reducing the thrust F b required for the bow thruster 3. That is, in general, the bow thruster 3 has a smaller maximum thrust than the swivel thrusters 2a and 2b on the left and right sides of the main propulsion unit. Therefore, the coefficient RBT is set to a positive number smaller than 1. Thus, the burden on the bow thruster 3 can be reduced.

ここで、単純に上記(1)式の逆問題を解いて、左辺の各成分(X,Y,N)を変数として、右辺における(F/RBT,T,T,T,Tを未知数として求める場合について考えると、変数X,Y,Nの方が、未知数F,T,T,T,Tよりも少なくなってしまう。したがって、この場合には、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体1に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNが与えられても、バウスラスタ3で発生させるべき推力Fと、左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bでそれぞれ発生させるべき推力の船体固定座標上のx軸方向成分T及びTと、y軸方向成分T及びTの配分は一意には定まらない。 Here, the inverse problem of the above equation (1) is simply solved, and each component (X, Y, N) t on the left side is used as a variable, and (F b / R BT , T 1 , T 2 , T 3 on the right side). , T 4 ) Considering the case of obtaining t as an unknown number, the variables X, Y, and N are less than the unknown numbers F b , T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 . Therefore, in this case, a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster is moved in the desired direction in the front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading direction, or turned in the desired direction in the left / right direction. Even if a longitudinal force X, a lateral force Y, and a turning moment N as the three-direction components of the force required to be applied to the hull 1 are applied, the thrust F b to be generated by the bow thruster 3 and both left and right The distributions of the x-axis direction components T 1 and T 3 and the y-axis direction components T 2 and T 4 on the hull fixed coordinates of the thrust to be generated by the swivel thrusters 2a and 2b are not uniquely determined.

そこで、本発明では、最小右変換を用いて上記(1)式の逆問題を解くこととした。   Therefore, in the present invention, the inverse problem of the above equation (1) is solved using the minimum right transformation.

具体的に述べると、上記最小右変換は、連立方程式の無数の解のうち、解のノルム(ベクトル要素の2乗和)を最小にするものを求める手法で、xをn次、yをm次、Fをm×n次のマトリクスとし、xとyの関係を以下の(2)式で表したときに、下記の(3)式で与えられる。

Figure 0005151168
Figure 0005151168
More specifically, the minimum right transformation is a technique for finding a solution that minimizes the norm (sum of squares of vector elements) of an infinite number of simultaneous equations, wherein x is nth order and y is m Next, when F is an m × n-order matrix and the relationship between x and y is expressed by the following equation (2), it is given by the following equation (3).
Figure 0005151168
Figure 0005151168

上記最小右変換を、上記(1)式に適用すると、具体的な計算式として次式が得られる。

Figure 0005151168
When the minimum right transformation is applied to the above equation (1), the following equation is obtained as a specific calculation equation.
Figure 0005151168

上記(4)式を用いるようにすると、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体1に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNを要素とする(X,Y,N)が与えられれば、(F/RBT,T,T,T,Tが一意に定まるため、バウスラスタ3で発生させることが要求される推力Fと、左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bでそれぞれ発生させることが要求される推力の船体固定座標上のx軸方向成分T及びTと、y軸方向成分T及びTの1つの配分が定まることとなる。このとき、上記各推力F,T,T,T,Tのノルムが最小となっているため、各スラスタ2a,2b,3の最小限の推力の組み合わせが得られることになる。 By using the above formula (4), a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster can be moved in the desired direction of front / rear, left / right, and diagonal directions while maintaining the heading direction, or the desired direction of left / right (X, Y, N) t, which includes the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N as the three components of the force required to be applied to the hull 1 in order to turn to the side, is given. For example, (F b / R BT , T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ) t is uniquely determined, so that the thrust F b required to be generated by the bow thruster 3 and the swivel thrusters on the left and right sides One distribution of the x-axis direction components T 1 and T 3 and the y-axis direction components T 2 and T 4 on the hull fixed coordinates of the thrust required to be generated in 2a and 2b, respectively, is determined. At this time, since the norms of the thrusts F b , T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 are minimum, a combination of the minimum thrusts of the thrusters 2a, 2b, and 3 is obtained. .

その後、左右両舷側の旋回式スラスタ2aと2bについては、上記のようにして発生させることが要求される推力のx軸方向成分T,Tと、y軸方向成分T,Tが求められれば、以下の各式により、その合力と偏角から、各旋回式スラスタ2aと2bで個別に発生させることが要求される左舷推力T及び右舷推力Tと、左舷側の旋回式スラスタ2aの首振り角θと、右舷側の旋回式スラスタ2bの首振り角θをそれぞれ導くことが可能となる。

Figure 0005151168
Figure 0005151168
Figure 0005151168
Figure 0005151168
Thereafter, for the swivel thrusters 2a and 2b on the left and right sides, the x-axis direction components T 1 and T 3 and the y-axis direction components T 2 and T 4 of the thrust required to be generated as described above are obtained. if wanted, by each of the following formulas, from the argument and its force, a port thrust T L and starboard thrust T R that is required to be generated separately for each swivel thruster 2a and 2b, the port side of the pivoting a swing angle theta L thruster 2a, it is possible to guide the swing angle theta R starboard side of the pivoting thruster 2b, respectively.
Figure 0005151168
Figure 0005151168
Figure 0005151168
Figure 0005151168

これにより、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体1に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNの値について或る1つの組み合わせが与えられると、バウスラスタ3の推力F、左舷側の旋回式スラスタ2aの首振り角度θ及び左舷推力T、右舷側の旋回式スラスタ2bの首振り角度θ及び右舷推力Tが、一意に定まることとなる。 As a result, the hull 1 can be used to move the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster in the desired direction of the front / rear, left / right, and diagonal directions while keeping the heading, and to turn in the desired direction of the left / right. Given a certain combination of the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N as the three-direction components of the force required to act on the thrust, the thrust F b of the bow thruster 3, the port side The swinging angle θ L and port side thrust T L of the swivel thruster 2a and the swing angle θ R and starboard thrust T R of the starboard side thruster 2b are uniquely determined.

更に、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体1に作用させることが必要とされる力の3方向成分としての前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNは、それぞれ対応する方向へ移動する場合の速度信号のフィードバックで与えることができると考えられることから、次式で与えられる。

Figure 0005151168
上記におけるuは前後方向の速度、vは横方向の速度、rは回頭角速度であり、添え字cは各々への指令値を表す。又、kgx、kgy、kgrは、各々のフィードバックゲインを示す。 Furthermore, it acts on the hull 1 to move a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster in the desired direction of front / rear, left / right, and diagonal directions while keeping the heading, and to turn in the desired direction of left / right. It is considered that the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N as the three-direction components of the force required to be applied can be given by feedback of the velocity signal when moving in the corresponding directions. Therefore, it is given by the following equation.
Figure 0005151168
In the above, u is the speed in the front-rear direction, v is the speed in the horizontal direction, r is the turning angular velocity, and the suffix c represents the command value for each. Also, k gx , k gy , and k gr indicate the respective feedback gains.

以上により、左右両舷側の旋回式スラスタ2aと2b、及び、バウスラスタ3の操作を、上記船体1を希望する方向へ移動させるために船体1に作用させることが要求される前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNについて個別に制御することが可能な3つの1入力1出力系の制御系に置き換えることが可能になる。したがって、ジョイスティックレバー4のポジションに対して適切な(u,v,r)と(kgx,kgy,kgr)を設定することにより、ジョイスティックレバー4による操船が可能となる。更に、上記において導かれた制御系は1入力1出力系となっているので、信頼性のある古典制御アルゴリズムを適用することも可能になる。 As described above, the lateral force X required to be applied to the hull 1 in order to move the hull 1 in the desired direction by the operation of the swivel thrusters 2a and 2b and the bow thruster 3 on the left and right sides, and the side It is possible to replace the control system with three one-input one-output systems that can individually control the force Y and the turning moment N. Therefore, by setting (u c , v c , r c ) and (k gx , k gy , k gr ) appropriate for the position of the joystick lever 4, the joystick lever 4 can be used for maneuvering. Furthermore, since the control system derived in the above is a 1-input 1-output system, it is possible to apply a reliable classical control algorithm.

ところで、上記(4)式を導く際には、予め、(1)式にて係数RBTを用いることにより、バウスラスタ3に要求される推力Fを軽減できるようにしてあるが、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体1に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力Xと横力Yと回頭モーメントNの組み合わせによっては、これらの値を基に上記(4)式を用いて各推力F,T,T,T,Tを導くと、バウスラスタ3の推力Fの値が、該バウスラスタ3で出力し得る最大推力(±Fmax)に達して飽和してしまうことがある。この場合は、バウスラスタ3の推力Fに対する要求値を、±Fmaxの値を越えて設定することはできないため、上記(1)式のマトリクスの要素におけるバウスラスタ推力Fの値を、未知数ではなく、定数(F=±Fmax)と置いた(固定した)条件の下で、左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2bの推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T,T及びT,Tと、該各推力T,T,T,Tが船体1に与える前後力X、横力Y、回頭モーメントNとの伝達を示すバウスラスタ飽和時用の行列式を求めた後、該バウスラスタ飽和時用行列式の逆問題を、上記(4)式を導く場合と同様にして最小右変換により解くことで下記の(10)式を得ることができる。

Figure 0005151168
By the way, when deriving the above equation (4), the thrust Rb required for the bow thruster 3 can be reduced by using the coefficient RBT in the equation (1) in advance. As a three-way component of the force required to act on the hull 1 in order to move a biaxial ship having a thrust thruster in the desired direction while maintaining the heading, or to turn in the desired direction on the left and right Depending on the combination of the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N, the thrusts F b , T 1 , T 2 , T 3 , T 4 can be derived using the above equation (4) based on these values. The value of the thrust F b of the bow raster 3 may reach the maximum thrust (± F b max) that can be output by the bow raster 3 and become saturated. In this case, since the required value for the thrust F b of the bow raster 3 cannot be set exceeding the value of ± F b max, the value of the bow thrust thrust F b in the matrix element of the above equation (1) is set to an unknown number. Instead, each component T 1 in the x-axis direction and y-axis direction of the thrusts of the swivel thrusters 2a, 2b on the left and right sides under a constant (fixed) condition (F b = ± F b max) , T 3, T 2 , T 4, and the thrust of the thrust thrust T 1 , T 2 , T 3 , T 4 indicating the transmission of the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N applied to the hull 1. After the determinant is obtained, the inverse equation of the bow raster saturation determinant is solved by the minimum right transformation in the same manner as in the case of deriving the above equation (4), whereby the following equation (10) can be obtained. .
Figure 0005151168

したがって、本発明では、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体1に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力Xと横力Yと回頭モーメントNが与えられると、先ず、上記(4)式を用いて各推力F,T,T,T,Tを導くようにする。次いで、上記(4)式で導かれるバウスラスタ3の推力Fが、飽和(±Fmax)に達している場合には、バウスラスタ3の推力Fを±Fmax(定数)に固定した後、上記(10)式を用いて再計算することで、左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2bに要求される推力の船体固定座標上におけるx軸方向成分T,Tと、y軸方向成分T,Tを導くようにしてある。 Therefore, in the present invention, a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster can be applied to the hull 1 in order to move it in a desired direction while maintaining the heading or to turn it in the desired direction on the left and right. When the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N as the three directions components of the required force are given, first, the thrusts F b , T 1 , T 2 , T 3 , to direct the T 4. Next, when the thrust F b of the bow thruster 3 derived by the above equation (4) has reached saturation (± F b max), the thrust F b of the bow raster 3 is fixed to ± F b max (constant). Thereafter, by recalculating using the above equation (10), the x-axis direction components T 1 and T 3 on the hull fixed coordinates of the thrust required for the left and right swivel thrusters 2a and 2b, and the y-axis Direction components T 2 and T 4 are derived.

又、上記(4)式及び(10)式は、いずれも、左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2b及びバウスラスタ3がすべて正常運転可能であることを前提に導いた式である。そのために、上記左舷側の旋回式スラスタ2a、又は、右舷側の旋回式スラスタ2b、又は、バウスラスタ3のうち、いずれか1つに故障等による使用不能な事態が生じた場合には、上記(4)式や(10)式を用いて上記各スラスタ2a,2b,3の推力を算出しても、実際には適用することができなくなってしまう。   In addition, the above equations (4) and (10) are equations that are derived on the assumption that the swivel thrusters 2a and 2b and the bow thruster 3 on both the left and right sides can be normally operated. Therefore, if any one of the starboard side swivel thruster 2a, starboard side swivel thruster 2b, or bow thruster 3 is unusable due to a failure or the like, Even if the thrusts of the thrusters 2a, 2b, and 3 are calculated using the equations (4) and (10), they cannot actually be applied.

そこで、本発明では、上記(1)式のマトリクスの要素から、バウスラスタ3に関連する項を除いたバウスラスタ不使用時用の行列式を求めた後、該バウスラスタ不使用時用行列式の逆問題について、上記(4)式を導く場合と同様にして最小右変換により解くことで、以下のように、バウスラスタ3を使用しない条件の場合に採用する(11)式を予め求めておくようにする。

Figure 0005151168
Therefore, in the present invention, after obtaining a determinant for when the bow raster is not used, excluding the terms related to the bow raster 3 from the matrix elements of the above equation (1), the inverse problem of the matrix equation for when the bow raster is not used is obtained. As in the case of deriving the above equation (4), the equation (11) used in the case where the bow raster 3 is not used is obtained in advance as follows. .
Figure 0005151168

又、上記(1)式のマトリクスの要素から、右舷側の旋回式スラスタ2bに関連する項を除いた右舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式を求めた後、該右舷側旋回式スラスタ不使用時用行列式の逆問題について、上記と同様にして最小右変換により解くことで、以下のように、右舷旋回式スラスタ2bを使用しない条件の場合に採用する(12)式を予め求めておくようにする。

Figure 0005151168
Further, after obtaining a determinant when the starboard side swivel thruster is not used from the elements of the matrix of the formula (1) except for the terms related to the starboard side swivel thruster 2b, the starboard side swivel thruster is obtained. By solving the inverse problem of the non-use determinant by the minimum right transformation in the same manner as described above, the following formula (12) is adopted in the case where the starboard turning thruster 2b is not used as follows. To keep.
Figure 0005151168

更に、上記(1)式のマトリクスの要素から、左舷側の旋回式スラスタ2aに関連する項を除いた左舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式を求めた後、該左舷側旋回式スラスタ不使用時用行列式の逆問題について、上記と同様にして最小右変換により解くことで、以下のように、左舷旋回式スラスタ2aを使用しない条件の場合に採用する(13)式を予め求めておくようにする。

Figure 0005151168
Further, after obtaining a determinant for the time when the port side swivel thruster is not used from the matrix element of the above formula (1) except for the terms related to the port side swivel thruster 2a, the port side swivel thruster is used. By solving the inverse problem of the non-use determinant by the minimum right transformation in the same manner as described above, Equation (13) to be employed in the case where the port-side swirl thruster 2a is not used is obtained as follows. To keep.
Figure 0005151168

そして、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体1に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNが与えられるときに、各スラスタ2a,2b又は3のうち、バウスラスタ3が万一の故障等によって使用できない場合には、上記(11)式を用いて、正常運転可能な左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bで発生させるべき推力のx軸方向成分T,Tと、y軸方向成分をT,Tを導くことができるようにしてある。又、右舷側の旋回式スラスタ2bが故障等により使用できない場合には、上記(12)式を用いることで、正常運転可能な左舷側の旋回式スラスタ2aで発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T及びTと、バウスラスタ3で発生させるべき推力Fとを導くことが可能となるようにしてある。更に、左舷側の旋回式スラスタ2aが故障等により使用できない場合には、上記(13)式を用いることにより、正常運転可能な右舷側の旋回式スラスタ2bで発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T及びTと、バウスラスタ3で発生させるべき推力Fとを導くことが可能となるようにしてある。 Then, a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster is moved on the hull 1 in order to move it in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading, and to turn in the desired direction on the left and right. When the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N as the three-direction components of the force required to be applied are given, the bow thruster 3 should be out of order among the thrusters 2a, 2b or 3 In the y-axis direction using the above equation (11), the x-axis direction components T 1 and T 3 of the thrust to be generated by the swivel thrusters 2a and 2b on the left and right sides that can be operated normally, and the y-axis direction The components can be derived as T 2 and T 4 . Further, when the starboard side swivel thruster 2b cannot be used due to a failure or the like, by using the above equation (12), the x axis direction of the thrust to be generated by the starboard side swivel thruster 2a capable of normal operation and The components T 1 and T 2 in the y-axis direction and the thrust F b to be generated by the bow raster 3 can be derived. Further, when the port-side swivel thruster 2a cannot be used due to a failure or the like, by using the above equation (13), the x-axis direction of the thrust to be generated by the starboard-side swivel thruster 2b capable of normal operation and The components T 3 and T 4 in the y-axis direction and the thrust F b to be generated by the bow raster 3 can be derived.

次に、本発明のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置の具体的な構成について説明する。   Next, a specific configuration of a thrust control method and apparatus for a biaxial ship having a bow thruster and a turning thruster according to the present invention will be described.

本発明の推力制御装置は、図2に示す如く、手動操船用のジョイスティックレバー4を備えると共に、該ジョイスティックレバー4の操作方向と操作量を、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために、船体1に作用させることが要求される力と回頭モーメントに変換して出力できるようにした操作量・要求力変換器5を備える。なお、上記ジョイスティックレバー4は、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の回頭を操作するための回転可能なグリップ部を備えた形式又は回頭ダイヤルを併設した形式のいずれであってもよい。   As shown in FIG. 2, the thrust control device of the present invention includes a joystick lever 4 for manual boat maneuvering, and controls the operation direction and the operation amount of the joystick lever 4 with respect to a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster. It is required to act on the hull 1 in order to move it in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions at the desired moving speed, and to turn it in the desired left / right direction at the desired turning speed. The operation amount / required force converter 5 is provided so that it can be converted into an output force and a turning moment and output. The joystick lever 4 may be either of a type having a rotatable grip portion for operating the turning of a biaxial ship having a bow thruster and a turning thruster, or a type having a turning dial.

又、自動操船を行うために、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の到達を希望する船位や方位を予め設定すると、該設定船位や設定方位と、実際の船位や船首方位との差分をフィードバックすることで、上記設定船位や設定方位に到達するために船体1に作用させることが要求される力と回頭モーメントとを出力する機能を有するオートパイロット6を備える。   In addition, in order to perform automatic maneuvering, if the ship position and direction desired to reach a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster are set in advance, the difference between the set ship position and setting direction and the actual ship position and heading is calculated. An autopilot 6 having a function of outputting a force and a turning moment required to be applied to the hull 1 in order to reach the set ship position and set direction by feedback is provided.

更に、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の手動操船又は自動操船を開始するために、上記操作量・要求力変換器5の出力信号、又は、上記オートパイロット6の出力信号のいずれか一方を制御装置8へ入力させるように切り替えるための入力切替部7を備えると共に、該入力切替部7の下流側に、制御部8を備える。   Further, either an output signal of the manipulated variable / required force converter 5 or an output signal of the autopilot 6 is used to start manual or automatic maneuvering of a biaxial ship having the bow thruster and the turning thruster. An input switching unit 7 for switching one of them to be input to the control device 8 is provided, and a control unit 8 is provided on the downstream side of the input switching unit 7.

上記制御部8は、上記操作量・要求力変換器5又は上記オートパイロット6より、上記入力切替部7を介して、船体1に作用させることが要求される力と回頭モーメントの情報が入力されると、後述する図1のステップ2(S2)〜ステップ8(S8)の制御手順に従って、船体1に作用させることが要求される力の船体固定座標上におけるx軸方向成分である前後力Xと、y軸方向成分である横力Yと、要求される回頭モーメントNの3方向成分を基に、上記(4)式、(10)式、(11)式、(12)式、(13)式のいずれかを用いて、左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向成分T,T及びy軸方向成分T,Tと、バウスラスタ3にて発生させるべき推力Fとを、一意に求めることができるようにしてある。 The control unit 8 receives information about the force and turning moment required to be applied to the hull 1 from the operation amount / required force converter 5 or the autopilot 6 via the input switching unit 7. Then, according to the control procedure of step 2 (S2) to step 8 (S8) in FIG. 1 described later, the longitudinal force X, which is the x-axis direction component on the hull fixed coordinates of the force required to be applied to the hull 1 On the basis of the lateral force Y that is the y-axis direction component and the required three-direction component of the turning moment N, the above formulas (4), (10), (11), (12), (13 ), The x-axis direction components T 1 , T 3 and the y-axis direction components T 2 , T 4 of the thrust to be generated by the left and right swivel thrusters 2 a and 2 b, and the bow thruster 3, respectively. And the thrust F b to be generated You can ask for it.

上記制御部8の下流側には、推力演算・首振り角指令部9を備える。該推力演算・首振り角指令部9では、上記制御部8で求められた左舷側の旋回式スラスタ2aで発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T及びTを基に、前述の(5)式と(6)式を用いて該左舷側の旋回式スラスタ2aにて発生させることが要求される左舷推力Tと、該左舷側の旋回式スラスタ2aの首振り角θを演算するようにしてある。又、同様に、上記制御部8で求められた右舷側の旋回式スラスタ2bで発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T及びTを基に、前述の(7)式と(8)式を用いて該右舷側の旋回式スラスタ2bにて発生させることが要求される右舷推力Tと、該右舷側の旋回式スラスタ2bの首振り角θを演算するようにしてある。更に、該推力演算・首振り角指令部9は、上記のようにして求めた左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bにて発生させるべき左舷推力T及び右舷推力Tと、上記制御部8で求められたバウスラスタ3の推力Fを、下流側に設けた推力・回転数変換器10へ推力指令c1として与える機能を有するようにしてある。更に又、上記のように求めた左舷側の旋回式スラスタ2aの首振り角θの指令c2を、左舷側の旋回式スラスタ2aの首振り角を制御する左舷主機首振り角制御器11aへ、又、上記のように求めた右舷側の旋回式スラスタ2bの首振り角θの指令を、右舷側の旋回式スラスタ2bの首振り角を制御する右舷主機首振り角制御器11bへ、それぞれ発する機能を有するようにしてある。 A thrust calculation / swing angle command unit 9 is provided on the downstream side of the control unit 8. The thrust calculation / swing angle command unit 9 uses the components T 1 and T 2 in the x-axis direction and the y-axis direction of the thrust to be generated by the port-side swivel thruster 2 a obtained by the control unit 8. In addition, the port thrust thrust TL required to be generated by the port side swivel thruster 2a using the above-described equations (5) and (6), and the swinging of the port side swivel thruster 2a the angle theta R are as computed. Similarly, based on the components T 3 and T 4 in the x-axis direction and y-axis direction of the thrust to be generated by the starboard-side swivel thruster 2b obtained by the control unit 8, (7) as for calculating the starboard thrust T R that is required to be generated by said right broadside of pivoting thruster 2b, and swing angle theta R of the turning thrusters 2b of the right broadside using formulas and (8) It is. Furthermore,該推force calculation and swing angle command unit 9, a port thrust T L and starboard thrust T R to be generated at the turning thrusters 2a and 2b of the right and left broadside obtained as described above, the control unit the thrust F b of the bow thruster 3 obtained in 8, are to have a function of providing a thrust command c1 to thrust and rotational speed transducer 10 which is provided on the downstream side. Furthermore, the command c2 of the swing angle theta L of pivoting thruster 2a of the port side obtained as described above, the port main nose swing angle controller 11a for controlling the swing angle of the swing-thruster 2a of the port side also commands the swing angle theta R of the turning thrusters 2b starboard determined as described above, to the starboard main nose swing angle controller 11b for controlling the swing angle of the starboard side of the pivoting thruster 2b, Each has a function to emit.

上記推力・回転数変換器10は、上記推力演算・首振り角指令部9にて求められた左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bでそれぞれ発生させるべき左舷推力T及び右舷推力Tと、バウスラスタ3で発生させるべき推力Fに関する推力指令c1が入力されると、該各推力T,T,Fを得るために必要とされる上記左舷側の旋回式スラスタ2aの回転数と、右舷側の旋回式スラスタ2bの回転数と、バウスラスタ3の回転数を、それぞれ算出する。その後、上記各スラスタの2aと2bと3についての回転数の算出結果を、回転数指令c4と、c5と、c6として、左舷側の旋回式スラスタ2aを駆動する左舷側主機(図示せず)の運転を制御する左舷主機制御器12aと、右舷側の旋回式スラスタ2bを駆動する右舷側主機(図示せず)の運転を制御する右舷主機制御器12bと、バウスラスタ3の運転を制御するバウスラスタ制御器13へそれぞれ与えることができるようにしてある。 The thrust and rotational speed converter 10 includes a port thrust T L and starboard thrust T R to be generated respectively by the swirl thruster 2a and 2b of the right and left broadside obtained in the thrust calculation and swing angle command unit 9 When thrust command c1 relates thrust F b to be generated by the bow thruster 3 are input, respective thrust T L, T R, the rotational speed of the port side of the pivoting thruster 2a which is required to obtain the F b Then, the rotation speed of the starboard-side swivel thruster 2b and the rotation speed of the bow thruster 3 are respectively calculated. Thereafter, the rotational speed calculation results for the thrusters 2a, 2b, and 3 are set as rotational speed commands c4, c5, and c6, and the port side main engine (not shown) that drives the port side swivel thruster 2a. A starboard main machine controller 12a that controls the operation of the starboard side, a starboard main machine controller 12b that controls the operation of the starboard side main machine (not shown) that drives the starboard side turning thruster 2b, and a bow thruster that controls the operation of the bow thruster 3. Each can be given to the controller 13.

以上の構成としてある推力制御装置を用いて、本発明のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法を実施する場合は、図1にフローを示す如き手順で行うようにする。   When implementing the thrust control method for a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster according to the present invention using the thrust control device having the above-described configuration, the thrust control device is performed according to the procedure shown in the flow chart of FIG.

すなわち、先ず、入力切替部7を、手動操船を行う場合には、ジョイスティックレバー4に接続してある操作量・要求力変換器5側に、又、自動操船を行わせる場合には、オートパイロット6側に切り替えて、いずれか一方より出力される、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ、希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために、船体1に作用させることが要求される力と回頭モーメントの情報を、制御部8へ入力させる(ステップ1:S1)。   That is, first, the input switching unit 7 is operated to the operation amount / required force converter 5 connected to the joystick lever 4 when performing manual maneuvering. Switch to 6 side and move the biaxial ship with bow thruster and swivel thruster output from either one at the desired moving speed in the forward / backward, left / right and diagonal directions while maintaining the heading Information on the force and the turning moment required to be applied to the hull 1 is input to the control unit 8 in order to make it turn or turn in the desired direction in the left and right directions (step 1: S1).

次に、上記制御部8では、図1におけるステップ2(S2)〜ステップ8(S8)に示した操作を行うようにしてある。具体的には、先ず、該制御部8に、船体1に作用させることが要求される力と回転モーメントに関する情報が入力されると、上記要求される力の船体固定座標上におけるx軸方向成分としての前後力Xと、y軸方向成分としての横力Yと、要求される回転モーメントNとを求める(ステップ2:S2)。   Next, the control unit 8 performs the operations shown in Step 2 (S2) to Step 8 (S8) in FIG. Specifically, first, when information on the force and rotational moment required to act on the hull 1 is input to the control unit 8, the x-axis direction component on the hull fixed coordinates of the required force is input. As the longitudinal force X, the lateral force Y as the y-axis direction component, and the required rotational moment N are obtained (step 2: S2).

次いで、船体1に装備されている左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2bと、バウスラスタ3のすべてが運転可能な正常の状態か、又は、上記各スラスタ2a,2b,3のいずれか1つが故障等によって使用できない異常状態であるかを判断する(ステップ3:S3)。   Next, the right and left swivel thrusters 2a and 2b and the bow thruster 3 installed in the hull 1 are all in a normal operating state, or one of the thrusters 2a, 2b and 3 has failed. It is determined whether or not it is an abnormal state that cannot be used (step 3: S3).

次に、上記ステップ3(S3)において、各スラスタ2a,2b,3がいずれも正常に運転可能であると判断された場合には、上記ステップ2(S2)で求めた前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNとを基に、前述の(4)式を用いて、バウスラスタ3にて出力すべき推力Fと、左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bにてそれぞれ出力すべき推力のx軸方向成分T及びTと、y軸方向成分T及びTとを計算する(ステップ4:S4)。 Next, when it is determined in step 3 (S3) that each thruster 2a, 2b, 3 can be operated normally, the longitudinal force X obtained in step 2 (S2) and the lateral force X are calculated. and force Y, based on the turning moment N, using the aforementioned equation (4), to be outputted and the thrust F b to be output at the bow thruster 3 at left and right broadside of pivoting thruster 2a and 2b The x-axis direction components T 1 and T 3 and the y-axis direction components T 2 and T 4 of the thrust are calculated (step 4: S4).

次いで、上記ステップ4(S4)で求められたバウスラスタ3の推力Fについて、飽和(±Fmax)に達しているか否かの判断を行い(ステップ5:S5)、飽和に達していない場合は、ステップ8(S8)へ進んで、上記ステップ4(S4)にて算出された各推力、すなわち、バウスラスタ3の推力Fと、左舷側の旋回式スラスタ2aの推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T及びTと、右舷側の旋回式スラスタ2bの推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T及びTを、推力演算・首振り角指令部9へ出力する。 Next, it is determined whether or not the thrust F b of the bow thruster 3 obtained in step 4 (S4) has reached saturation (± F b max) (step 5: S5). , the program proceeds to a step 8 (S8), each thrust calculated in the step 4 (S4), i.e., the thrust F b of the bow thruster 3, the thrust of the port side of the pivoting thruster 2a x-axis direction and y The axial components T 1 and T 2 and the x-axis and y-axis components T 3 and T 4 of the thrust of the starboard side swivel thruster 2 b are output to the thrust calculation / swing angle command unit 9. To do.

一方、上記ステップ5(S5)にて、上記ステップ4(S4)で求められたバウスラスタ3の推力Fが、飽和(±Fmax)に達していると判断された場合には、ステップ6(S6)へ進んで、バウスラスタ3の推力Fを、F=±Fmaxと置いた条件の下で、上記(4)式に代えて前述の(10)式を用いて、左舷側の旋回式スラスタ2aで出力すべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T及びTと、右舷側の旋回式スラスタ2bで出力すべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分T及びTについての再計算を行う。しかる後、上記ステップ8(S8)へ進んで、上記(10)式により得られた各推力F(F=±Fmax),T,T,T,Tを、推力演算・首振り角指令部9へ出力させるようにする。 On the other hand, if it is determined in step 5 (S5) that the thrust F b of the bow thruster 3 obtained in step 4 (S4) has reached saturation (± F b max), step 6 Proceeding to (S6), under the condition that the thrust F b of the bow thruster 3 is set as F b = ± F b max, the above equation (10) is used instead of the above equation (4), and the port side each of the x-axis direction and the y-axis components T 1 and T 2 of the direction of thrust to be output by the swivel thruster 2a, the starboard side of the pivoting thrust to be output by the thruster 2b x-axis and y-axis directions Recalculate for components T 3 and T 4 . Thereafter, the process proceeds to step 8 (S8), and the thrusts F b (F b = ± F b max), T 1 , T 2 , T 3 , T 4 obtained by the above formula (10) are converted into thrusts. Output to the calculation / swing angle command section 9.

更に、上記ステップ3(S3)において、左右の旋回式スラスタ2a又は2b、もしくは、バウスラスタ3のいずれかが、故障等により使用できない状態となっていると判断された異常時には、ステップ7(S7)へ進み、使用できないスラスタがバウスラスタ3の場合には、上記(1)式に代えて前述の(11)式を用いて、又、右舷側の旋回式スラスタ2bが使用できない場合には、前述の(12)式を用いて、又、左舷側の旋回式スラスタ2aが使用できない場合には、前述の(13)式を用いるようにして、上記ステップ2(S2)で求められた前後力Xと、横力Yと、回頭モーメントNとを基に、正常運転が可能な2つのスラスタについて、それぞれ出力すべき推力を計算する。その後は、ステップ8(S8)に進み、上記ステップ7(S7)で正常運転可能な2つのスラスタについて得られた推力の計算結果を、上記推力演算・首振り角指令部9へ出力させるようにする。   Further, when it is determined in step 3 (S3) that either the left and right swivel thrusters 2a or 2b or the bow thruster 3 is in an unusable state due to a failure or the like, step 7 (S7) If the thruster that cannot be used is the bow thruster 3, use the above equation (11) instead of the above equation (1), and if the starboard side swivel thruster 2b cannot be used, If the port-side swivel thruster 2a cannot be used using the equation (12), the longitudinal force X obtained in step 2 (S2) and the above-described equation (13) are used. Based on the lateral force Y and the turning moment N, the thrust to be output is calculated for each of the two thrusters capable of normal operation. Thereafter, the process proceeds to step 8 (S8), and the thrust calculation results obtained for the two thrusters capable of normal operation in step 7 (S7) are output to the thrust calculation / swing angle command unit 9. To do.

その後、上記推力演算・首振り角指令部9では、上記制御部8より各推力F,T,T,T,Tの値が入力されると、上記推力TとTの値を基に、前述の(5)式と(6)式を用いて、左舷側の旋回式スラスタ2aに要求される左舷推力Tと、該左舷側の旋回式スラスタ2aの首振り角θを演算する。同様に、上記推力TとTの値を基に、前述の(7)式と(8)式を用いて、右舷側の旋回式スラスタ2bにて発生させることが要求される右舷推力Tと、該右舷側の旋回式スラスタ2bの首振り角θを演算するようにする(ステップ9:S9)。更に、該推力演算・首振り角指令部9により、上記のようにして求めた左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bにて発生させるべき左舷推力T及び右舷推力Tは、上記制御部8で求められたバウスラスタ3の推力Fと一緒に、推力・回転数変換器10へ推力指令c1として与える。一方、左舷と右舷側の旋回式スラスタ2a及び2bについて求めたそれぞれの首振り角θ及びθは、左舷主機首振り角制御器11a及び右舷主機首振り角制御器11bへ、それぞれ首振り角指令c2及びc3として与えるようにする(ステップ10:S10)。 Thereafter, in the thrust calculation / swing angle command unit 9, when the values of the thrusts F b , T 1 , T 2 , T 3 , T 4 are input from the control unit 8, the thrusts T 1 and T 2 are input. Based on the above value, the port thrust thrust TL required for the port-side swivel thruster 2a and the swing angle of the port-side swivel thruster 2a are calculated using the above equations (5) and (6). θ L is calculated. Similarly, based on the value of the thrust T 3 and T 4, using the above equation (7) and (8), the starboard thrust T that can be generated at the starboard side of the pivoting thruster 2b is required and R, so as to calculate the swing angle theta R of the turning thrusters 2b of the right broadside (step 9: S9). Furthermore, the該推force calculation and swing angle command unit 9, the port thrust T L and starboard thrust T R left to be generated at both broadside of pivoting thruster 2a and 2b obtained as described above, the control unit Along with the thrust F b of the bow thruster 3 obtained in 8, it is given to the thrust / rotation speed converter 10 as a thrust command c 1. On the other hand, the respective swing angles θ L and θ R obtained for the port side and starboard side swivel thrusters 2a and 2b are respectively swung to the port side main unit swing angle controller 11a and the starboard side main unit swing angle controller 11b. The angle commands c2 and c3 are given (step 10: S10).

上記推力・回転数変換器10では、上記推力演算・首振り角指令部9より推力指令c1が入力されると、左舷側の旋回式スラスタ2aに要求されている左舷推力Tを得るために必要とされる左舷側の旋回式スラスタ2aの回転数と、右舷側の旋回式スラスタ2bに要求されている右舷推力Tを得るために必要とされる右舷側の旋回式スラスタ2bの回転数と、バウスラスタ3に要求されている推力Fを得るために必要とされるバウスラスタ3の回転数をそれぞれ求めた後(ステップ11:S11)、該各回転数の算出値を、左舷主機制御器12aと、右舷主機制御器12bと、バウスラスタ制御器13へ、それぞれ回転数指令c4とc5とc6として与えるようにする(ステップ12:S12)。 When the thrust command c1 is input from the thrust calculation / swing angle command unit 9, the thrust / rotation speed converter 10 obtains the port thrust TL required for the port-side swivel thruster 2a. the rotation speed of the port side of the pivoting thruster 2a required, the rotational speed of the starboard side of the pivoting thruster 2b which is required to obtain the starboard thrust T R that is required on the starboard side of the pivoting thruster 2b When, after obtaining respectively the rotational speed of the bow thruster 3 required to obtain a thrust force F b, which is required for the bow thruster 3 (step 11: S11), the calculated value of the respective rotational speed, port main engine controller 12a, the starboard main machine controller 12b, and the bow raster controller 13 are supplied as the rotation speed commands c4, c5, and c6, respectively (step 12: S12).

以上により、上記左舷側と右舷側の各旋回式スラスタ2aと2bは、上記推力演算・首振り角指令部9より入力する首振り角指令c2とc3にそれぞれ応じた首振り角θとθとなるように旋回させられた状態で、上記推力・回転数変換器10より入力する回転数指令c4とc5にそれぞれ応じた回転数で運転されるようになる。又、上記バウスラスタ3も、上記推力・回転数変換器10より入力する回転数指令c6に応じた回転数で運転されるようになる。したがって、上記バウスラスタ3では、上記制御部8におけるバウスラスタ推力Fの算出値と同様のバウスラスタ推力Fを発生させることができる。又、左舷側の旋回式スラスタ2aでは、上記制御部8にて算出されたx軸方向成分Tとy軸方向成分Tに分解可能な左舷推力Tを発生させることができ、同様に、右舷側の旋回式スラスタ2bでは、上記制御部8にて算出されたx軸方向成分Tとy軸方向成分Tに分解可能な右舷推力Tを発生させることができるようになる。よって、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の船体1に対しては、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ、希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体1に作用させることが要求される前後力X、横力Y、回頭モーメントNに応じた前後力X、横力Y、回頭モーメントNを作用させることができる。しかも、上記船体1に作用させることが要求される前後力X、横力Y、回頭モーメントNが与えられると、上記バウスラスタ3の回転数と、左右両舷側の旋回式スラスタ2aと2bの首振り角度θとθ、及び、それぞれの回転数を、一意的に導くことができるようになることから、1入力1出力系の制御系を構築できる。これにより、上記ジョイスティックレバー4の操作による手動操船を行う場合、又は、オートパイロットに予め設定した設定船位、設定方位に応じて自動操船を行わせる場合のいずれの場合にも、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ、希望する移動速度で移動させることができると共に、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させることができるようになる。 As described above, the swivel thrusters 2a and 2b on the starboard side and starboard side have the swing angles θ L and θ corresponding to the swing angle commands c2 and c3 input from the thrust calculation / swing angle command unit 9, respectively. In a state where the vehicle is turned to R , the engine is operated at the rotation speeds corresponding to the rotation speed commands c4 and c5 input from the thrust / rotation speed converter 10, respectively. The bow raster 3 is also operated at a rotational speed corresponding to the rotational speed command c6 input from the thrust / rotational speed converter 10. Therefore, the bow raster 3 can generate the bow raster thrust F b similar to the calculated value of the bow raster thrust F b in the controller 8. Further, the port side of the pivoting thruster 2a, it is possible to generate a resolvable port thrust T L in the x-axis direction component T 1 and y-axis direction component T 2 calculated by the control unit 8, similarly in starboard pivotal thruster 2b, it is possible to generate a resolvable starboard thrust T R in the x-axis direction component T 3 and the y-axis direction component T 4 calculated by the control unit 8. Therefore, the hull 1 of the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster can be moved at a desired moving speed in the desired direction of front / rear, left / right, and oblique directions while maintaining the heading direction. The longitudinal force X, the lateral force Y, and the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N that are required to be applied to the hull 1 in order to turn in the desired direction at the desired turning speed, Can act. Moreover, when the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N required to be applied to the hull 1 are given, the rotational speed of the bow thruster 3 and the swinging thrusters 2a and 2b on the left and right sides are swung. Since the angles θ L and θ R and the respective rotation speeds can be uniquely derived, a control system of one input and one output system can be constructed. As a result, the bow thruster and the swivel thruster can be used in either case where manual maneuvering is performed by operating the joystick lever 4 or automatic maneuvering is performed in accordance with a preset ship position and orientation set in advance by the autopilot. A biaxial ship with a heading can be moved in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading, and at the desired turning speed in the right / left direction. To be able to.

このように、本発明のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置によれば、船体固定座標上における左右両舷側の旋回式スラスタ2a,2bと、バウスラスタ3の幾何学的配置を基に、バウスラスタ3と左右両舷側の各旋回式スラスタ2a,2bの各推力を要素とする(F,T,T,T,Tと、該各推力F,T,T,T,Tが船体1に与える前後力Xと横力Yと回頭モーメントNを要素とする(X,Y,N)との伝達を示す行列式((1)式)を求め、該(1)式の逆問題を最小右変換によって解いた(4)式を用いることで、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きを行わせるために船体1に作用させることが要求される前後力X、横力Y、回頭モーメントNの3つの変数を基にして、5つの未知数である上記バウスラスタ3の推力F、左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bの各々の推力T,T及びT,Tを一意に算出することができる。したがって、上記前後力X、横力Y、回頭モーメントNの3方向成分のそれぞれについて、1入力1出力系の制御系を構築できることから、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、ジョイスティックレバー5を用いて操船することが可能になる。更に、ジョイスティックレバー4の操作や、オートパイロットに予め設定してある設定船位、設定方位に基いた操船を行う場合に、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きと、操船時の実際の動きにずれが生じた場合であっても、船体に作用させることが要求される前後力Xと横力Yと回頭モーメントNのそれぞれについて、個別にフィードバック制御することができるため、ずれの修正を容易に行うことができて、制御性を高いものとすることができる。 Thus, according to the thrust control method and apparatus for a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster according to the present invention, the geometric characteristics of the swivel thrusters 2a and 2b on the left and right sides and the bow thruster 3 on the fixed coordinates of the hull. Based on the arrangement, (F b , T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ) t having the thrusts of the bow thruster 3 and the swivel thrusters 2a, 2b on the left and right sides as elements, and the thrusts F b , T 1 , T 2 , T 3 , T 4 determinant (X, Y, N) determinant showing the transmission of (X, Y, N) t with longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N applied to the hull 1 In order to make the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster perform the desired movement by using the equation (4) obtained by solving the inverse problem of the equation (1) by the minimum right transformation. Longitudinal force X and lateral force Y required to act on the hull 1 Based on three variables turning moment N, thrust F b of the bow thruster 3 is a five unknowns, the thrust T 1 of the respective left and right broadside of pivoting thruster 2a and 2b, T 2 and T 3, T 4 Can be calculated uniquely. Therefore, since a control system of one input and one output system can be constructed for each of the three direction components of the longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N, the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster can be used as a joystick lever. 5 can be used for maneuvering. Furthermore, when operating the joystick lever 4 or maneuvering based on a preset ship position and orientation set in advance for the autopilot, the desired movement for the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster, and Even if there is a deviation in the actual movement, the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N that are required to be applied to the hull can be individually feedback-controlled. Can be easily corrected, and controllability can be improved.

更に、上記(1)式のマトリクスの要素におけるバウスラスタ推力Fの値を、未知数ではなく、最大推力となる定数(F=±Fmax)とした条件の下で、最小右変換を行うことで求めた(10)式を予め備えてあるため、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きを行わせるために船体1に作用させることが要求される前後力X、横力Y、回頭モーメントNを基に、上記(4)式によって算出されるバウスラスタ3の推力Fが飽和に達する場合には、該バウスラスタ3の推力Fを最大推力(F=±Fmax)においた条件の下で、左右両舷側の旋回式スラスタ2a及び2bにて出力することが要求される推力T,T及びT,Tを、上記(10)式を用いて容易に且つ確実に求めることができる。 Further, the value of the bow thruster thrust F b in the elements of the matrix of the equation (1), rather than the unknowns, under the conditions the maximum thrust and made constant (F b = ± F b max ), performs the minimum right conversion Since the equation (10) obtained in advance is provided in advance, the longitudinal force X and the lateral force that are required to be applied to the hull 1 in order to cause the biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster to perform desired movements. Y, based on the turning moment N, if the thrust F b of the bow thruster 3 calculated by equation (4) reaches saturation, maximum thrust thrust F b of the bow thruster 3 (F b = ± F b max ) The thrusts T 1 , T 2 and T 3 , T 4 required to be output by the swivel thrusters 2a and 2b on the left and right sides are easily obtained using the above equation (10). To ask for It can be.

更に又、上記(1)式のマトリクスの要素から、バウスラスタ3に関連する項を除いて最小右変換を解くことで求めた(11)式と、同様に、右舷側の旋回式スラスタ2bに関連する項を除いて最小右変換を解くことで求めた(12)式と、左舷側の旋回式スラスタ2aに関連する項を除いて最小右変換を解くことで求めた(13)式とを予め備えてあるため、上記バウスラスタ3、右舷側の旋回式スラスタ2b、左舷側の旋回式スラスタ2aのうち、いずれか1つが使用できない場合であっても、バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船に希望する動きを行わせるために船体1に作用させることが要求される前後力X、横力Y、回頭モーメントNを、正常運転可能な2つのスラスタの推力に適切に且つ確実に配分することができる。よって、上記バウスラスタ3、右舷側の旋回式スラスタ2b、左舷側の旋回式スラスタ2aのうちのいずれか1つに故障等による使用不能な事態が生じても、上記(4)式に代えて、使用不能となったスラスタに関連する項を予め除いて求めてある上記(11)式、(12)式、(13)式のいずれかを用いることで、即時対応することが可能になる。   Furthermore, similarly to the equation (11) obtained by solving the minimum right transformation from the elements of the matrix of the equation (1) except the terms related to the bow thruster 3, it is related to the starboard side swivel thruster 2b. Equation (12) obtained by solving the minimum right transformation excluding the term to be obtained and Equation (13) obtained by solving the minimum right transformation excluding the term related to the port side swivel thruster 2a Therefore, even if one of the bow thruster 3, starboard side swivel thruster 2b, and port side swivel thruster 2a cannot be used, the biaxial ship having the bow thruster and the swivel thruster is used. Appropriate and reliable distribution of the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N that are required to be applied to the hull 1 in order to perform the desired movement, to the thrust of the two thrusters that can be operated normally. it can. Therefore, even if any one of the bow thruster 3, starboard side swivel thruster 2b, and port side swivel thruster 2a is unusable due to a failure or the like, instead of the above equation (4), By using any one of the above formulas (11), (12), and (13) obtained by removing the terms related to the unusable thrusters in advance, it is possible to take immediate action.

更には、上述したように、本発明のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の制御方法では、制御系が1入力1出力系に簡素化することができるため、実績や信頼性の高い古典制御アルゴリズムをベースとした制御系によっても複雑な多入力多出力系のシステムを制御する場合に有効なものとすることができる。   Furthermore, as described above, in the control method for a biaxial ship having a bow thruster and a turning thruster according to the present invention, the control system can be simplified to a one-input one-output system. Even a control system based on a control algorithm can be effective in controlling a complex multi-input multi-output system.

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、ジョイスティック4を介した手動操船と、オートパイロット6による自動操船の双方を実施できるようにしたものを示したが、ジョイスティック4を介した手動操船、又は、オートパイロット6による自動操船のいずれか一方のみによって船首方位を保持した状態での前後、左右、斜め方向の移動や、左右方向への回頭を行うようにしてある形式のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and a manual voyage via the joystick 4 and an automatic voyage by the autopilot 6 are shown. This type is designed to perform forward / backward, left / right, diagonal movement, and left / right turn in a state where the heading is maintained only by either manual maneuvering via an automatic pilot or automatic maneuvering by the autopilot 6. Of course, the present invention can be applied to a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法及び装置の実施の一形態を示すもので、制御操作のフローを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a control operation flow according to an embodiment of a thrust control method and apparatus for a biaxial ship having a bow thruster and a turning thruster according to the present invention. 図1の推力制御方法の実施に用いる装置構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the apparatus structure used for implementation of the thrust control method of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 船体
2a,2b 旋回式スラスタ
3 バウスラスタ
8 制御部
X 前後力
Y 横力
N 回頭モーメント
左舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向成分
左舷側の旋回式スラスタの推力のy軸方向成分
右舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向成分
右舷側の旋回式スラスタの推力のy軸方向成分
バウスラスタの推力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hull 2a, 2b Swivel thruster 3 Bow thruster 8 Control part X Longitudinal force Y Lateral force N Turning moment T 1 X-axis direction component of thrust of port side swivel thruster T 2 Y axis of thrust of port side swivel thruster direction component T 3 starboard pivotal thrust in the y-axis direction component F b bow thruster thrust of pivoting thrusters x-axis direction component T 4 starboard thrust of thrusters

Claims (5)

バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の船体固定座標上における左右両舷側の旋回式スラスタと、バウスラスタの幾何学的な配置を基に、バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、バウスラスタの推力を最大推力の値に固定した条件の下で、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示すバウスラスタの飽和時用の行列式を求めておき、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントが与えられると、該船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記前者の行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、上記バウスラスタで発生させるべき推力と、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を求めるようにし、このときに、バウスラスタで発生させるべき推力が飽和に達した場合は、バウスラスタで発生させるべき推力を最大推力に固定すると共に、上記バウスラスタ飽和時用行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を再計算するようにすることを特徴とするバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法。 Based on the geometrical layout of the left and right swivel thrusters and the bow thruster on the hull fixed coordinates of a biaxial ship with a bow thruster and a swivel thruster, the thrust of the bow thruster and the thrust of the swivel thruster on the left and right sides Conditions in which the thrust of the bow thruster is fixed to the maximum thrust value in addition to the determinants that indicate the transmission of the components in the x-axis direction and y-axis direction and the longitudinal force, lateral force, and turning force that each thrust gives to the hull. Under saturation of the bow thruster indicating the transmission of the thrust thrust thrust force on the left and right sides of the swivel thruster in the x-axis direction and y-axis direction and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that the thrust exerts on the hull. to previously obtain the determinant of use, or a biaxial ship having the bow thruster and the turning thrusters, longitudinal while keeping holding the heading, left and right, are moved at a moving speed of the desired direction of the desired oblique direction When a longitudinal force, lateral force, and turning moment are applied as the three-way components of the force required to be applied to the hull in order to turn it to the right and left desired directions at the desired turning speed, it acts on the hull. Based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment that are required to be generated, the thrust that should be generated by the bow thruster using the formula obtained by solving the inverse problem of the former determinant by the minimum right transformation, Each component in the x-axis direction and y-axis direction of the thrust that should be generated by the swivel thrusters on both sides is obtained. At this time, if the thrust that should be generated by the bow thruster reaches saturation, it is generated by the bow thruster. The thrust to be generated is fixed at the maximum thrust, and the left and right swivel thrusters are used to solve the inverse problem of the bow thruster saturation matrix equation by the minimum right transformation. Bow thruster and the thrust control method of biaxial ship with pivoting thruster, characterized in that is to recalculate the x-axis direction and the component in the y-axis direction of the thrust to be generated. バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、バウスラスタの飽和時用の行列式を求めておくことに代えて、上記行列式に加えて、該行列式よりバウスラスタの関連項を除いたバウスラスタ不使用時用の行列式を求めておき、バウスラスタが使用できない場合は、船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記バウスラスタ不使用時用行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を求めるようにする請求項1記載のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法。 In addition to the determinant that shows the transmission of the thrust of the bow thruster, the components in the x-axis direction and y-axis direction of the thrust of the swivel thrusters on both sides, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that each thrust gives to the hull Instead of obtaining the determinant for saturation of the bow raster, in addition to the above determinant , the determinant for when the bow raster is not used is obtained by removing the relevant term of the bow raster from the determinant, When the bow thruster cannot be used, an equation that solves the inverse problem of the matrix equation when the bow thruster is not used is solved by the minimum right transformation based on the longitudinal force, lateral force, and turning force required to act on the hull. used, biaxial ship having a bow thruster and pivoting thruster of claim 1 Symbol placement to determine a x-axis direction and the component in the y-axis direction of the thrust to be generated respectively by the swirl thruster left and right broadside Thrust control method. バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、バウスラスタの飽和時用の行列式を求めておくことに代えて、上記行列式に加えて、該行列式より右舷側の旋回式スラスタの関連項を除いた右舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式を求めておき、右舷側の旋回式スラスタが使用できない場合は、船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記右舷側旋回式スラスタ不使用時用行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、バウスラスタで発生させるべき推力と、左舷側の旋回式スラスタで発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を求めるようにする請求項1記載のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法。 In addition to the determinant that shows the transmission of the thrust of the bow thruster, the components in the x-axis direction and y-axis direction of the thrust of the swivel thrusters on both sides, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that each thrust gives to the hull In addition to obtaining the determinant for the saturation of the bow thruster, in addition to the above determinant , when the starboard side swivel thruster is not used, the related terms of the starboard side swivel thruster are excluded from the determinant. If the starboard-side swivel thruster cannot be used, the starboard-side swivel thruster is calculated based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment required to act on the hull. Using the formula obtained by solving the inverse problem of the unused determinant by the minimum right transformation, each of the thrust to be generated by the bow thruster and the thrust to be generated by the port side swivel thruster in the x-axis direction and the y-axis direction As the component is calculated Thrust control method of biaxial ship having a bow thruster and pivoting thruster of claim 1 Symbol placement that. バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、バウスラスタの飽和時用の行列式を求めておくことに代えて、上記行列式に加えて、該行列式より左舷側の旋回式スラスタの関連項を除いた左舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式を求めておき、左舷側の旋回式スラスタが使用できない場合は、船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記左舷側旋回式スラスタ不使用時用行列式の逆問題を最小右変換により解いた式を用いて、バウスラスタで発生させるべき推力と、右舷側の旋回式スラスタで発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を求めるようにする請求項1記載のバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御方法。 In addition to the determinant that shows the transmission of the thrust of the bow thruster, the components in the x-axis direction and y-axis direction of the thrust of the swivel thrusters on both sides, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that each thrust gives to the hull In addition to obtaining the determinant for the saturation of the bow thruster, in addition to the above determinant , when the port side swivel thruster is not used, excluding the related terms of the swivel thruster on the starboard side from the determinant If the port side swivel thruster cannot be used, the port side swivel thruster is calculated based on the longitudinal force, lateral force, and turning force required to act on the hull. Using the formula obtained by solving the inverse problem of the unused determinant by the minimum right transformation, the thrust to be generated by the bow thruster and the thrust to be generated by the starboard side turning thruster in the x-axis direction and the y-axis direction As the component is calculated Thrust control method of biaxial ship having a bow thruster and pivoting thruster of claim 1 Symbol placement that. バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される力の3方向成分としての前後力、横力、回頭モーメントを与える装置、及び、上記バウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の船体固定座標上における左右両舷側の旋回式スラスタとバウスラスタの幾何学的な配置を基にした、バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、該各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、バウスラスタの推力を最大推力の値に固定した条件の下で、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、該各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示すバウスラスタ飽和時用の行列式を求めておくと共に、上記バウスラスタの推力、左右両舷側の旋回式スラスタの推力のx軸方向とy軸方向の各成分と、上記各推力が船体に与える前後力、横力、回頭モーメントとの伝達を示す行列式に加えて、該行列式よりバウスラスタの関連項を除いたバウスラスタ不使用時用の行列式や、上記右舷側の旋回式スラスタの関連項を除いた右舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式や、左舷側の旋回式スラスタの関連項を除いた左舷側旋回式スラスタ不使用時用の行列式を求めておいて、各行列式の逆問題を最小右変換により解いた式のいずれかを用いて、上記装置より与えられる船体に作用させることが要求される前後力と、横力と、回頭モーメントから、上記バウスラスタで発生させるべき推力と、左右両舷側の旋回式スラスタでそれぞれ発生させるべき推力のx軸方向及びy軸方向の各成分を求めるようにする制御部を備えてなる構成を有することを特徴とするバウスラスタと旋回式スラスタを有する2軸船の推力制御装置。 A biaxial ship with a bow thruster and a swivel thruster is moved in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading direction, or at the desired turning speed in the left / right desired direction. On the hull fixed coordinates of a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster, and a device for giving longitudinal force, lateral force, turning moment as three direction components of force required to act on the hull for turning The thrust of the bow thruster based on the geometrical arrangement of the swivel thrusters and bow thrusters on both the left and right sides in FIG. 5, the x-axis and y-axis components of the thrust of the swivel thrusters on the left and right sides, and the thrusts There longitudinal force applied to the hull, the lateral force, in addition to the determinant indicating the transmission of a turning moment, under conditions with a fixed thrust bow thruster on the value of the maximum thrust, the turning of the left and right broadside Determining a determinant for the bow thruster saturation indicating each component of the thrust of the thruster in the x-axis direction and the y-axis direction, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that the thrust exerts on the hull. In addition to the determinant that shows the transmission of the thrust of the bow thruster, the components in the x-axis direction and y-axis direction of the thrust of the swivel thrusters on both sides, and the longitudinal force, lateral force, and turning moment that each thrust gives to the hull A determinant for when the bow thruster is not used from which the related term of the bow raster is removed from the determinant, a determinant for when the starboard side swivel thruster is not used, excluding the related term of the starboard side swivel thruster, keep seeking port side of the pivoting thruster Related terms excluding the determinant of the port side pivoting thruster nonuse for time, the inverse problem of the matrix equation using either equation obtained by solving the minimum right conversion The ship given by the above device From the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment required to act on the thrust, the thrust to be generated by the bow thruster and the thrust to be generated by the swivel thrusters on the left and right sides, respectively, in the x-axis direction and the y-axis direction A thrust control device for a biaxial ship having a bow thruster and a swivel thruster, characterized in that it has a configuration comprising a control unit that obtains each of the components.
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