JP5226355B2 - １軸１舵バウスラスタ船の定点保持システムおよび定点保持方法 - Google Patents

Description

本発明は、斜め前方に移動した時でも、斜め後方の目標点（定点）に効率よく復帰できるトンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システム及び定点保持方法に関する。

観測船や調査船等では、定点観測（又は調査）をするために、洋上の定点の近傍に船体の位置を維持することが必要であり、多くの自動定点保持装置や定点保持方法が提案されてきている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

これらの自動定点保持では、幾つかの推進器やサイドスラスターを備えて、船体に関して全方位の方向に対して推力（制御力）を発生できるように構成しており、船体の方位を保持しながら、定点である目標点への移動方向に対する推力を発生し、船体を定点に戻している。

一方、トンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船も数多く製造され、観測や調査に使用されてきた。図５に示すように、この１軸１舵バウスラスタ船１では、プロペラ２と舵３とにより後方と斜め前方向と横方向の第１制御力Ｆ１を発生し、バウスラスタ４により横方向の第２制御力Ｆ２を発生する。この第１制御力Ｆ１と第２制御力Ｆ２との合成制御力Ｆａは、前後方向と、斜め前方方向と、横方向のいずれかとなり、この範囲において合成制御力Ｆａを発生することが可能であるが、次の理由から、斜め後方向に対しては合成制御力Ｆａを発生することができない。

舵３により発生する揚力は、舵３へ流入する流れの速度の２乗に比例するので、この斜め後方向に制御力を発生させようとして、プロペラ２を後進とし、舵３を横に切っても、後進時にはプロペラ２の水流が船首方向に流れるため、舵３に流入する流れは、概略後進速度に等しい。そのため、定点保持時には後進速度が遅いため、後進時に舵角を取っても、発生する横力は小さく、後進しながら横力を発生することができず、斜め後方へは移動できない。つまり、斜め後方向に対しては合成制御力Ｆａを発生できない。

なお、トンネル型バウスラスタでなく、バウスラスタの方向を船体に対して回転可能なアジマス型バウスラスタでは、バウスラスタの方向を変えることにより、斜め後方への推進力を発生することも可能である。

そのため、定点保持制御（ＤＰＳ制御）は行われず、図６に示すように、定点ＤＰを中心とする所定の許容範囲円ＤＰＲ２を逸脱した場合に、船首を定点ＤＰに向かうように回頭して目標範囲円ＤＰＲ１内に戻る自動定点復帰制御（ＤＰＲ制御）が行われてきた（例えば、特許文献３参照。）。

この自動定点復帰制御では、図６に示すように、風力Ｆｗ、潮流力Ｆｔ等からなる外力によって船体１が定点位置の状態（Ａ０）から後方に移動し、許容範囲ＤＰＲ２から逸脱したとすると（図６のＡ１〜Ａ３）、目標点（定点）ＤＰに船体１の方位を向けてから（Ａ３〜Ａ４〜Ａ５）、プロペラ回転により前進し（Ａ５〜Ａ６〜Ａ７）、目標範囲ＤＰＲ１内に入ってから、船体１の方位を所定の方位に向けるように回頭し（Ａ７〜Ａ８〜Ａ９）、これにより復帰する。

一方、外力の方向が変化し、船体１の後方から外力が作用し、船体１が定点位置の状態（Ａ０）から前方又は斜め前方に移動してしまった場合には（Ｂ１）、後進や斜め後方に進むのではなく、プロペラ、舵、バウスラスターを利用して、船体１を反転して船首を復帰ＤＰに船体１の方位を向けてから（Ｂ２〜Ｂ３〜Ｂ４）、プロペラ回転により前進して（Ｂ４〜Ｂ５〜Ｂ６）、目標範囲ＤＰＲ１内に入った後で、バウスラスタを駆動して船体１の方位を戻している。

つまり、後方又は斜め後方に戻るには、復帰方向に船首を回頭してから、前進することにより目標範囲内に到達し、更に、回頭することにより船首を所定方向に向けている。このような制御が、斜め後方への制御力を発生できない船舶のために従来技術で行われて来た自動定点復帰制御である。

しかしながら、最近、このトンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船においても、水深３０００ｍを超える観測（又は調査）を行う場合も少なくなく、その間は船の位置と方位を保つ操船が要求され、そのような操船を長時間行うことは操船者にとって大きな負担となっており、定点保持制御が求めらる様になってきている。特に、観測中においては、観測機器を海中に入れていたり、引っ張っていたりするため、船体の方位を変更することや船体を回頭することは嫌われ、従来の自動定点復帰制御では、対応が不十分になってきている。

一方、洋上で、従来技術の斜め後方にも移動する船舶の定点保持制御を行うためには、全方位への移動を可能とするアクチュエータの構成が必要となる。特に、斜め後方への制御力を得るためには、船体に対して制御力の方向を変更できるアジマス型スラスタ等が必要とされ、舵とプロペラで発生できる制御力の方向が、前方から真横までと、後方向に限られている１軸１舵バウスラスタ船では、斜め後方への移動を含む定点保持制御は難しいとされている。
特開２００５−２５４９５６号公報 特開平７−１６５１８９号公報 特開平７−２２３５９１号公報

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、定点保持では、直接その方向への推進力が必要であるとの従来からの先入観を打破して、後方推進と横方向推進に分解して２段階で斜め後方への移動をする制御を行うことにより、トンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船においても、斜め前方に移動した時に、斜め後方の定点に復帰できる１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システムおよび定点保持方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システムは、トンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システムにおいて、該定点保持システムの制御装置が、船体の前方または斜め前方の目標点に戻る場合に、目標点を直接目指す方向の制御力を算出し、この算出した制御力を外乱による力に抗しながら発生するように、プロペラと舵とトンネル型バウスラスタを制御して、船体を前記目標点に戻す前方移動制御と、船体の後方または斜め後方の目標点に戻る場合に、あるいは、演算された制御力が船体の後方又は斜め後方の場合に、船体と前記目標点との距離の後方向成分に対応した後方向進力を算出し、この算出した後方向制御力を外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラを制御する後進移動制御と、前記目標点が船体から見て正横から前方になる位置に到達してからは、船体と前記目標点との距離の横方向成分に対応した横方向制御力を算出し、この算出した横方向制御力を外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラと舵とバウスラスタを制御する横進移動制御との２段階の制御を行う後方移動制御を備えて構成される。

この構成によれば、従来技術では困難と考えられていたトンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船において、斜め後方の目標点（定点）に、従来技術のように船体を回頭することなく、最初に後方推進（後進）し、その後横方向推進（横進）することにより、斜め後方の目標点に船体を戻すことができる。

特に、後進した後に横進することにより、後進停止時に、後進中よりもプロペラ推力を増加するので、プロペラ後流の速度が大きくなり、舵による横方向力の発生量が大きくなるので、この舵による横方向力とバウスラスタの横方向力とを利用して横進を効率よく行うことができる。

上記の１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システムにおいて、前記制御装置が、目標点に戻るために必要な制御力を算出した時に、船体後方への制御力成分が含まれていない時には、前記前方移動制御を行い、船体後方への制御力成分が含まれている時には、前記後方移動制御を行うように構成される。

または、上記の１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システムにおいて、前記制御装置が、目標点を算出した時に、該目標点が船体の前方または斜め前方である時には、前記前方移動制御を行い、前記目標点が船体の後方または斜め後方である時には、前記後方移動制御を行うように構成される。

これらの構成により、後方推進と横方向推進の２段階推進による斜め後方位置への後方移動制御を、直接その方向への推進力を算出して、この算出された制御力を各推進機器に分配する前方移動制御から切り離すことができ、後方推進を含む場合の定点移動制御を単純化できるので、全体としての定点保持制御を簡略化できる。

この後方移動制御では、後進方向成分に対応した後方進力を発生させ、その後、横方向制御力を発生させることになる。なお、この後進用制御力は固定ピッチプロペラ（ＦＰＰ）では、船を後方に推す外力（風力、潮流力等）がある場合には回転数を減少してプロペラによる推進力を減少したり、プロペラを逆転してプロペラによる後進用制御力を得るが、可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）ではプロペラ翼のピッチを変更することで、プロペラによる推進力を前進から後進まで簡単に得ることができる。

また、横方向制御力は、前進方向のプロペラ回転によって生じる水流を舵に当てて横方向に向けることにより、この部分で横方向の第１制御力を発生させると共に、バウスラスタにより船首部分で横方向の第２制御力を発生させて、その合成制御力により横方向に進むことができる。また、実際には後進速度がある状態で横移動を開始するために、一時的に斜め後ろに移動することになり、制御性能を向上させる効果も得られる。

なお、実際の運用では定点保持制御を行う際は、外乱を船首方向に受けて実施することが多く、後方移動制御は頻繁に行うことは少ないので、このような後方移動制御でもトンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船でも安定的に定点保持が可能となる。

また、上記の目的を達成するための１軸１舵バウスラスタ船の定点保持方法は、トンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船の定点保持方法において、船体の後方又は斜め後方の目標点に戻る時に、船体と前記目標点との距離の後方向成分に対応した後方向推力を算出し、この算出した後方向制御力を外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラを制御する後進移動制御を行い、船体の後方向に移動して前記目標点が船体から見て正横から前方になる位置に到達した後に、船体と前記目標点との距離の横方向成分に対応した横方向制御力を算出し、この算出した横方向制御力を外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラと舵とバウスラスタを制御する横進移動制御を行って、前記目標点に向かって船体の横方向に移動して前記目標点に戻る自動定点保持を行うことを特徴とする。

この方法によれば、定点保持制御において、斜め後方に移動する時に、前後方向の制御と横方向の制御を、順次切り換えて行うこととしている。つまり、斜め後方の目標点に移動する場合に、最初に、船の後方向移動のみを行い、目標点の横位置に移動してから、横方向に移動する制御を行うことで、定点保持を行う。このような方法で制御することによって、制御目標地点付近で斜め後から外乱を受ける場合でも、後方向移動と横方向移動の制御を繰り返すことによって、制御目標地点（定点）付近から大きく逸脱することなく、効率よく定点保持することが可能となる。

本発明の１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システム及び定点保持方法によれば、斜め後方の目標点（定点）に、従来技術のように船体を回頭することなく、最初に後方推進し、その後、横方向推進することにより、斜め後方の目標点に船体を戻させることができる。

特に、後進した後に横進することにより、後進停止時に、後進中よりもプロペラ推力を増加するので、プロペラ後流の速度が大きくなり、舵による横方向力の発生量が大きくなるので、バウスラスタの横方向力と舵による横方向力とを利用して横進を効率よく行うことができる。

また、定点保持制御において、後方推進を含む場合の定点移動制御は単純化でき、また、後方推進と横方向推進の２段階推進による斜め後方位置への後方移動制御を、直接その方向への推進力を算出して、この算出された制御力を各推進機器に分配する前方移動制御から切り離すことができる。そのため、全体としての定点保持制御を簡略化できる。

以下図面を参照して本発明に係る１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システム及び定点保持方法の実施の形態について説明する。なお、ここでは、説明を簡略化するための、力とモーメントを含めて、また、その大きさと方向も含めて、風力、潮流力、外力、推力、制御力等としている。

図１に示すように、この１軸１舵バウスラスタ船１は、船尾部にプロペラ２と舵３とを有し、船首部にトンネル型バウスラスタ（以下バウスラスタという）４を備えた構成される。また、定点保持制御（ＤＰＳ制御）では、風力Ｆｗや潮流力Ｆｔ等の外力Ｆｂが作用する状況下で、１軸１舵バウスラスタ船１の方位を所定の方位αに保ちながら、１軸１舵バウスラスタ船１の特定の部分の位置ＳＧが目標点である定点ＤＰの近傍にあるように制御する。この定点保持制御においても、頻繁な制御を避けるため、定点ＤＰを中心とする位置保持許容範囲ＤＰＳが設けられる。この位置保持許容範囲ＤＰＳは観測目的や調査目的等によって、予め設定されるものである。

また、この１軸１舵バウスラスタ船１は、図２に示すような定点保持システムを含む制御システム１０を有して構成される。この制御システム１０では、プロペラ２の推力と舵３の舵角とバウスラスタ４の推力を制御する。プロペラ２は図２では可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）で構成され、主機（エンジン）５により減速機６を介して駆動される。このプロペラ２のピッチ角制御、主機５の回転数制御、減速機６の減速の制御等は、機関監視制御盤１１によって行われ、プロペラ回転数Ｎｅ１あるいはピッチ角β１が制御される。

また、舵３は、大きな横力を発生することができるように、フラップ付舵や大角度の舵切りができる特殊舵が使用され、操舵機７により舵角γが制御される。この操舵機７は、舵制御盤１２によって制御される。バウスラスタ４はトンネル型で形成され、可変ピッチプロペラを内部に有して構成される。このバウスラスタ４は、スラスタ制御盤１３により回転数Ｎｅ２あるいはピッチ角β２を制御される。

これらの制御の指令Ｎｅ１，Ｎｅ２（あるいはβ１、β２）、γ等は、制御演算処理を行う制御盤２１から出力される。この制御盤２１にはマスター表示パネル２２ａを備えたマスタースイッチパネル２２、コネクタ２３ｂに接続される延長ケーブル２３ａにより船橋から離れた場所でも操作可能な遠隔操作パネル２３等と接続され、操作員の操作によって諸指示が入力される。

また、制御盤２１には、１軸１舵バウスラスタ船１が装備しているＧＰＳセンサ（全地球測位システムを利用する測位センサ）３１の船体の位置情報（船位情報）、風向風速計３２の風向・風速情報、船速計３３の船速情報、ジャイロコンパス３４の船首方位等の各種センサの情報も入力される。この入力に際しては、入力したデータが異常か否かをチェックするデータチェックを行ったり、フィルタリングを行ったりする。

この制御盤２１、マスタースイッチパネル２２、遠隔操作パネル２３等で制御部２０が構成され、この制御部２０では、マスターパネルスイッチパネル２２、表示パネル２２ａ、遠隔操作パネル２３からの操作情報、各種センサ情報を取り込み、船体の移動、回頭、方位保持、船位保持等に必要な制御力を算出し、この制御力をプロペラ２、舵３、バウスラスタ４に対して適切な推力配分量を算出し、それぞれへの指令信号を出力する。なお、この指令信号の出力に際しては、プロペラ２、舵３、バウスラスタ４に過負荷が加わるのを防止するための推力変動軽減処理を行う。

マスタースイッチパネル２２はジョイスティック、回頭ダイヤル、押しボタン及びブザー等を備えており、タッチパネルで形成されるマスター表示パネルでの各種モード切替、各種表示機能及び操作信号の入出力処理と制御盤の間の通信処理を行う。また、遠隔操作パネル２３は、ジョイスティック、回頭ダイヤル、各種モード表示灯、押しボタン及びブザー等を備えており、操作信号の入出力処理と制御盤の間の通信処理を行う。

この制御システム１０は、定点保持モードでの自動定点保持機能以外にも、スタンバイモードでのスタンバイ機能、ＪＯＹモードでのジョイスティック操船機能、方位保持モードでの自動方位保持機能、個別モードでの個別制御機能等がある。

本発明においては、この定点保持モードでの自動定点保持機能を次のように構成する。この自動定点保持機能は、方位を保持しながら、船位を目標位置に保持する機能であり、図１に示すように、船首方位に関してはジャイロコンパス３４からの信号を基に設定方位αとの偏差がゼロになるようにフィードバック制御し、船位に関しては、ＧＰＳセンサ３１等の位置センサからの信号を基に設定位置（定点）ＤＰとの偏差がゼロになるように制御する。また、目標点ＤＰとの偏差が大きくなった時には注意喚起信号を出すための位置保持許容範囲ＤＰＳを設けている。

この自動定点保持は、図３に例示するような制御フローに従って行われる。この自動定点保持機能の定点保持モードが選択されると、図３の制御フローがスタートする。この制御フローがスタートすると、図３のステップＳ１１で定点ＤＰへの移動を行う。このステップＳ１１の制御で、所定の定点ＤＰに船首を向けて前進して定点ＤＰに到着したら、次のステップＳ１２で船首方位を所定の方位αに保持する。

この自動定点保持における方位保持に関しては、外乱により船首方位が変化し、この方位変化をジャイロコンパス（方位角検出器）３４からの信号で検知したら、船首方位と設定方位との偏差を基に、この偏差がゼロになるように、プロペラ２と舵３との第１方位保持用制御力（大きさと方向を含む）Ｆ１ｄとバウスラスタ４の第２方位保持用制御力（大きさのみ）Ｆ２ｄを算出し、この算出結果を基に、バウスラスタ４とプロペラ２と舵３を操作するＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行う。これにより、船首方位を設定方位に保持する。

また、ステップＳ１２で方位保持できたら、次のステップＳ１３で、船位保持を行う。この自動定点保持における船位保持に関しては、風向風速計３１から風向・風速の情報を得て、予め用意した風力データから、方位保持した状態の船体１に作用する風力Ｆｗを算出し、外力Ｆｂを算出する。この外力Ｆｂに対抗する船位保持用制御力（回頭モーメントも含む：以下同様）Ｆａｓを算出する。更に、必要であれば、この船位保持用制御力Ｆａｓに第１方位保持用制御力Ｆ１ｄと第２方位保持用制御力Ｆ２ｄの合成力を加えて、方位保持用制御力も含む新たな船位保持用制御力Ｆａｓとする。

この船位保持用制御力Ｆａｓに対して、予め用意した推力分配データに基づいて、プロペラ２と舵３とが発生すべき第１船位保持用制御力Ｆ１ｓとバウスラスタ４が発生すべき第２船位保持用制御力Ｆ２ｓと算出する。この第１船位保持用制御力Ｆ１ｓからプロペラ２の回転数Ｎｅ１（あるいはプロペラのピッチ角β１）と、舵３の舵角γを算出する。また、第２船位保持用制御力Ｆ２ｓからバウスラスタ４の回転数Ｎｅ２（あるいはプロペラのピッチ角β２）を算出する。更に、この算出した回転数Ｎｅ１，Ｎｅ２（あるいはプロペラのピッチ角β１，β２）、舵角γの指令値を各制御盤１１、１２、１３に出力して、全体制御力Ｆａを発生し、外力Ｆｂに対抗させて、船位ＳＧの移動を抑制する。

しかしながら、風向、風速、潮流等の外乱は変化するため、船体１の全体制御力Ｆａが外力Ｆｂに負けて船体１が流されたり、あるいは、船体１の全体制御力Ｆａが外力Ｆｂより勝ってて船体１が移動したりする。この移動量をステップＳ１４でチェックする。

そして、このステップＳ１４のチェックで、船体１が位置保持許容範囲ＤＰＳ内にある間は（ＹＥＳ）、移動用の制御は行わないが、船体１が位置保持許容範囲ＤＰＳ外に逸脱したこと（ＮＯ）を、ＧＰＳセンサ３１により検知すると、ステップＳ２０に行き、移動用の制御を行う。このステップＳ２０の移動用の制御では、船位ＳＧと定点ＤＰとの偏差（方向と距離）が算出され、この方向へ船体１を移動させるための全体移動用制御力Ｆａｍが算出され、ステップＳ２１で、前方移動制御とするか否かがチェックされる。

このステップＳ２１のチェックで、全体移動用制御力Ｆａｍが船体１の前方成分を有している場合（前方又は斜め前方の力である場合）、及び横方向成分のみである場合（横方向の力である場合）には（ＹＥＳ）、その方向へに対して制御力を発生できるので、ステップＳ２２のステップＳ２２ａで、直接定点方向に移動する前方移動制御が行われる。

この前方移動制御では、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離を基に全体移動用制御力Ｆａｍを算出する。より具体的には、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離の大きさに比例させたり、距離の変化量に比例させたりして、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離がゼロになるようにフィードバック制御する。この全体移動用制御力Ｆａｍと全体船位保持用制御力Ｆａｓとを合成して（ベクトルでの足し合わせをして）、全体制御力Ｆａを算出する。

この全体制御力Ｆａに対して、予め用意した推力分配データに基づいて、プロペラ２と舵３とが発生すべき第１制御力Ｆ１ｔとバウスラスタ４が発生すべき第２制御力Ｆ２ｔと算出する。この第１制御力Ｆ１ｔからプロペラ２の回転数Ｎｅ１（あるいはプロペラのピッチ角β１）と、舵３の舵角γを算出する。また、第２制御力Ｆ２ｔからバウスラスタ４の回転数Ｎｅ２（あるいはプロペラのピッチ角β２）を算出する。

更に、この算出した回転数Ｎｅ１，Ｎｅ２（あるいはプロペラのピッチ角β１，β２）、舵角γの指令値を各制御盤１１、１２、１３に出力して、全体制御力Ｆａを発生し、外力Ｆｂに抗しながら、船体１を定点ＤＰの方向に移動する。定点ＤＰに近づくに連れて、全体移動用制御力Ｆａｍの算出値は小さくなるように制御されるので、船体１は位置保持許容範囲ＤＰＳ内に入る。ステップＳ２２ｂで、船体１が位置保持許容範囲ＤＰＳ内に入ったか否かを判定し、入っていなければ（ＮＯ）、ステップＳ２２ａに戻り、入っていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に戻り、そこで方位保持と船位保持の制御がなされる。

一方、ステップＳ２１のチェックで、図４に示すように、船位ＳＧと定点（目標点）ＤＰとの偏差（方向と距離）Ｌに基づいて算出された全体移動用制御力Ｆａｍが、船体１の後方成分を有している場合、即ち、船位ＳＧの後方又は斜め後方に定点ＤＰがある場合には（ＮＯ）、斜め後方への制御力を発生できないので、ステップＳ２３に行き、次のように、ステップＳ２３ａの第１段階の後進移動制御とステップＳ２３ｃの第２段階の横進移動制御の２段階に分けて移動する後方移動制御が行われる。

ステップＳ２３ａの第１段階の後進移動制御では、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離Ｌの船体１の後方向成分Ｌｘに基づいて、後進用制御力Ｆｃｍのみが算出される。この段階では船位ＳＧと定点ＤＰとの距離Ｌの船体１の横方向成分Ｌｙは無視される。この後進用制御力Ｆｃｍを全体移動用制御力Ｆａｍとする。より具体的には、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離の後方向成分Ｌｘの大きさに比例させたり、後方向成分Ｌｘの変化量に比例させたりして、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離の後方向成分Ｌｘがゼロになるようにフィードバック制御する。この全体移動用制御力Ｆａｍと全体船位保持用制御力Ｆａｓとを合成して、全体制御力Ｆａを算出する。

この全体制御力Ｆａに対して、予め用意した推力分配データに基づいて、プロペラ２と舵３とが発生すべき第１制御力Ｆ１ｔとバウスラスタ４が発生すべき第２制御力Ｆ２ｔと算出する。この第１制御力Ｆ１ｔからプロペラ２の回転数Ｎｅ１（あるいはプロペラのピッチ角β１）と、舵３の舵角γを算出する。また、第２制御力Ｆ２ｔからバウスラスタ４の回転数Ｎｅ２（あるいはプロペラのピッチ角β２）を算出する。更に、この算出した回転数Ｎｅ１，Ｎｅ２（あるいはプロペラのピッチ角β１，β２）、舵角γの指令値を各制御盤１１、１２、１３に出力して、全体制御力Ｆａを発生し、外力Ｆｂに抗しながら、船体１を後進させて直接定点ＤＰの側方に移動する。船位ＳＧと定点ＤＰとの間の船体の後方向成分Ｌｘがゼロに近づくに連れて、後進用制御力Ｆｃｍのみの全体移動用制御力Ｆａｍの算出値は小さくなるように制御されるので、船体１は定点ＤＰの側方まで後退する。ステップＳ２３ｂで船体１が定点ＤＰの側方に到達したか否かがチェックされ、到達していれば（ＹＥＳ）、次のステップＳ２３ｃの横進移動制御に行き、到達していなければ（ＮＯ）、ステップＳ２３ａの後進移動制御に戻る。

ステップＳ２３ｂで、船体１が定点ＤＰの側方まで後退したことを、ＧＰＳセンサ３１によって検出すると、ステップＳ２３ｃの第２段階の横進移動制御に移行する。この第２段階の横進移動制御では、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離の船体１の横方向成分Ｌｙに基づいて、横進用制御力Ｆｄｍのみが算出される。この段階では船位ＳＧと定点ＤＰとの距離Ｌの船体１の後方向成分Ｌｘは無視される。より具体的には、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離Ｌの横方向成分Ｌｙの大きさに比例させたり、横方向成分Ｌｙの変化量に比例させたりして、船位ＳＧと定点ＤＰとの距離Ｌの横方向成分Ｌｙがゼロになるようにフィードバック制御する。この横進用制御力Ｆｄｍを全体移動用制御力Ｆａｍとする。この全体移動用制御力Ｆａｍと全体位置保持用制御力Ｆａｓとを合成して、全体制御力Ｆａを算出する。

この全体制御力Ｆａに対して、予め用意した推力分配データに基づいて、プロペラ２と舵３とが発生すべき第１制御力Ｆ１ｔとバウスラスタ４が発生すべき第２制御力Ｆ２ｔと算出する。この第１制御力Ｆ１ｔからプロペラ２の回転数Ｎｅ１（あるいはプロペラのピッチ角β１）と、舵３の舵角γを算出する。また、第２制御力Ｆ２ｔからバウスラスタ４の回転数Ｎｅ２（あるいはプロペラのピッチ角β２）を算出する。

この算出した回転数Ｎｅ１，Ｎｅ２（あるいはプロペラのピッチ角β１，β２）、舵角γの指令値を各制御盤１１、１２、１３に出力して、全体制御力Ｆａを発生し、外力Ｆｂに抗しながら、船体１を横進させて定点ＤＰに移動する。船位ＳＧと定点ＤＰとの間の船体１の横方向成分Ｌｙがゼロに近づくに連れて、言い換えれば、定点ＤＰに近づくに連れて、横進用制御力Ｆｄｍのみの全体移動用制御力Ｆａｍの算出値は小さくなるように制御されるので、船体１は位置保持許容範囲ＤＰＳ内に入る。ステップＳ２３ｄで、船体１が位置保持許容範囲ＤＰＳ内に入ったか否かを判定し、入っていなければ（ＮＯ）、ステップＳ２３ｃに戻り、入っていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に戻り、そこで、方位保持と船位保持の制御がなされる。

この前方移動制御と後方移動制御を行うことにより、定点ＤＰが船体１の前方向、斜め前方向、横方向及び真後方向にあるときは、直接その方向に移動して、また、定点ＤＰが船体１の斜め後方向にあるときは、第１段階の後進移動制御とその後の第２段階の横進移動制御とにより、２段階でその定点ＤＰ方向に移動して、位置保持許容範囲ＤＰＳ内に入り、そこで、船位保持制御に移行する。

なお、上記では、ステップＳ２１のチェックで、定点（目標点）ＤＰに戻るために必要な制御力（全体移動用制御力）Ｆａｍを算出した時に、船体後方への制御力成分が含まれていない時には、前方移動制御を行い、船体後方への制御力成分が含まれている時には、後方移動制御を行うように構成したが、目標点ＤＰを算出した時に 目標点ＤＰが船体１の前方または斜め前方である時には、前方移動制御を行い、目標点ＤＰが船体１の後方または斜め後方である時には、後方移動制御を行うように構成しても良く、この場合は、目標点ＤＰが船体１の後方または斜め後方にある時には、最初の全体移動用制御力Ｆａｍの算出を省略して、後進用制御力Ｆｃｍの算出を行うので、その分制御を簡略化できる。

定点保持モードが選択されている間は、上記のステップＳ１２〜Ｓ２２ｂまたはステップＳ１２〜Ｓ２３ｄ等の各ステップの制御が繰り返し行われるが、定点保持モード以外の選択が行われると、制御の途中で、割り込みが生じ、リターンに移行し、図３の制御フローを終了する。

なお、スタンバイ機能は、各アクチュエータに対し、プロペラ２のピッチ角を船体停止翼角に、舵３の舵角をゼロに、バウスラスタ４の推力をゼロにする指令を出力する機能である。ジョイスティック操船機能は、ジョイスティック及び回頭ダイヤルにより操船する機能であり、ジョイスティックと回頭ダイヤルの操作の組み合わせにより船の前後進、旋回、斜め前方移動、回頭、横移動等ができる。なお、この機能には方位の自動保持機能はないので、外乱や船の移動に伴い方位が変化する。

自動方位保持機能は、ジャイロコンパス３４からの信号を基に設定方位との偏差がゼロとなるようにフィードバック制御する機能であり、船位は、ジョイスティック操作により方位を保持したまま倒した方向へ船が移動するように制御力を発生させる。移動可能な方向は、ジョイスティック操船機能と同じである。個別制御機能は、ジョイスティックの前後操作でプロペラ２のプロペラの翼角を、回頭ダイヤルの操作で舵３の舵角をそれぞれ個別に制御する機能である。

上記の構成によれば、１軸１舵バウスラスタ船１の定点保持システムは前方移動制御と、後進移動制御と横進移動制御との２段階の制御を行う後方移動制御を備えて構成される。

そして、定点保持システムの制御装置２０が、船体１の前方または斜め前方の目標点（定点）ＤＰに戻る場合に、目標点ＤＰを直接目指す方向の制御力を算出し、この算出した制御力を外乱による力（外力）Ｆｂに抗しながら発生するように、プロペラ２と舵３とトンネル型バウスラスタ４を制御して、船体１を目標点ＤＰに戻す前方移動制御を行う。

また、船体１の後方または斜め後方の目標点ＤＰに戻る場合に、船体１と目標点ＤＰとの距離Ｌの後方向成分Ｌｘに対応した後進用制御力Ｆｃｍを算出し、この算出した後進用制御力Ｆｃｍを外乱による力（外力）Ｆｂに抗しながら発生するようにプロペラ２を制御する後進移動制御と、船体１が目標点ＤＰの側方に到達してからは、船体１と目標点ＤＰとの距離Ｌの横方向成分Ｌｙに対応した横進用制御力Ｆｄｍを算出し、この算出した横進用制御力Ｆｄｍを外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラ２と舵３とバウスラスタ４を制御する横進移動制御を行う。

これらの制御により、１軸１舵バウスラスタ船の定点保持方法において、船体１の後方又は斜め後方の目標点ＤＰに戻る時に、船体１の後方向に移動して目標点ＤＰの側方に到達した後に、目標点ＤＰに向かって船体１の横方向に移動して目標点ＤＰに戻ることができる。

従って、上記の１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システム及び定点保持方法によれば、斜め後方の目標点（定点）ＤＰに、従来技術のように船体１を回頭することなく、最初に後方推進し、その後、横方向推進することにより、斜め後方の目標点ＤＰに船体を戻させることができる。

特に、後進した後に横進することにより、後進停止時に、後進中よりもプロペラ推力を増加するので、プロペラ後流の速度が大きくなり、舵による横力の発生量が大きくなる。そのため、バウスラスタの横力と舵による横力とを利用して横進を効率よく行うことができる。

また、定点保持制御において、後方推進を含む場合の定点移動制御は単純化でき、また、後方推進と横方向推進の２段階推進による斜め後方位置への後方移動制御を、直接その方向への推進力を算出して、この算出された制御力を各推進機器に分配する前方移動制御から切り離すことができる。そのため、全体としての定点保持制御を簡略化できる。

本発明に係る実施の形態の１軸１舵バウスラスタ船の構成と定点保持制御の方位と定点と船位の関係を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態の１軸１舵バウスラスタ船の制御システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の定点保持制御の制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態の後方移動制御を説明するための図である。 トンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船の進行可能な方向を示す図である。 従来技術の自動定点復帰制御を説明するための図である。

符号の説明

１ １軸１舵バウスラスタ船
２ プロペラ
３ 舵
４ トンネル型バウスラスタ
１０ 制御システム（定点保持システムを含む）
２０ 制御部
２１ 制御盤
３１ ＧＰＳセンサ
３２ 風向風速計
３３ 船速計
３４ ジャイロコンパス
ＤＰ 定点（目標点）
ＤＰＳ 位置保持許容範囲
Ｆａ 全体制御力
Ｆａｍ 全体移動用制御力
Ｆａｓ 船位保持用制御力
Ｆｂ 外力
Ｆｃｍ 後進用制御力
Ｆｄｍ 横進用制御力
Ｆ１ｄ 第１方位保持用制御力
Ｆ１ｓ 第１船位保持用制御力
Ｆ１ｔ 第１制御力
Ｆ２ｄ 第２方位保持用制御力
Ｆ２ｓ 第２船位保持用制御力
Ｆ２ｔ 第２制御力
Ｆｔ 潮流力
Ｆｗ 風力
Ｎｅ１ プロペラ回転数（プロペラ）
Ｎｅ２ プロペラ回転数（バウスラスタ）
ＳＧ 船位（船体の特定の部分の位置）
α 所定の方位（設定方位）
β１ ピッチ角（プロペラ）
β２ ピッチ角（バウスラスタ）
γ 舵角

Claims (4)

1. トンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システムにおいて、該定点保持システムの制御装置が、船体の前方または斜め前方の目標点に戻る場合に、目標点を直接目指す方向の制御力を算出し、この算出した制御力を外乱による力に抗しながら発生するように、プロペラと舵とトンネル型バウスラスタを制御して、船体を前記目標点に戻す前方移動制御と、
   船体の後方または斜め後方の目標点に戻る場合に、あるいは、演算された制御力が船体の後方又は斜め後方の場合に、船体と前記目標点との距離の後方向成分に対応した後方向進力を算出し、この算出した後方向制御力を外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラを制御する後進移動制御と、前記目標点が船体から見て正横から前方になる位置に到達してからは、船体と前記目標点との距離の横方向成分に対応した横方向制御力を算出し、この算出した横方向制御力を外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラと舵とバウスラスタを制御する横進移動制御との２段階の制御を行う後方移動制御を備えて構成されたことを特徴とする１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システム。
2. 前記制御装置が、目標点に戻るために必要な制御力を算出した時に、船体後方への制御力成分が含まれていない時には、前記前方移動制御を行い、船体後方への制御力成分が含まれている時には、前記後方移動制御を行うことを特徴とする請求項１記載の１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システム。
3. 前記制御装置が、目標点を算出した時に、該目標点が船体の前方または斜め前方である時には、前記前方移動制御を行い、前記目標点が船体の後方または斜め後方である時には、前記後方移動制御を行うことを特徴とする請求項１記載の１軸１舵バウスラスタ船の定点保持システム。
4. トンネル型バウスラスタを備えた１軸１舵バウスラスタ船の定点保持方法において、 船体の後方又は斜め後方の目標点に戻る時に、船体と前記目標点との距離の後方向成分に対応した後方向推力を算出し、この算出した後方向制御力を外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラを制御する後進移動制御を行い、船体の後方向に移動して前記目標点が船体から見て正横から前方になる位置に到達した後に、
   船体と前記目標点との距離の横方向成分に対応した横方向制御力を算出し、この算出した横方向制御力を外乱による力に抗しながら発生するようにプロペラと舵とバウスラスタを制御する横進移動制御を行って、前記目標点に向かって船体の横方向に移動して前記目標点に戻る自動定点保持を行うことを特徴とする１軸１舵バウスラスタ船の定点保持方法。