JP5232500B2 - 自動船位保持装置およびその方法並びにプログラム - Google Patents
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Description
通常、定点保持の制御は、目標位置と現在位置との偏差をゼロにするように、スラスタ等のアクチュエータをフィードバック制御することにより行われる。より具体的には、船体の位置偏差及び方位偏差に対して、比例制御、微分制御、積分制御等を行うことで、スラスタ等のアクチュエータの制御量が算出され、この制御量に基づいてスラスタ等のアクチュエータがフィードバック制御されることにより、船体が定点に保たれる。
本発明は、制御定数を決定する制御定数決定部と、前記制御定数決定部によって決定された前記制御定数および船体の現在位置並びに現在方位を用いて、前記船体の位置および方位を一定に保持する船位保持制御を行う演算処理部とを備え、前記制御定数決定部は、基準となる所定の海象条件下における制御定数を記憶する記憶部と、海象条件によって変化する船体の位置または方位に関する物理量をパラメータとする関数を保持し、該関数を用いて現在の前記物理量に応じた係数を算出する係数算出部と、前記係数と前記記憶部に記憶されている前記制御定数とを用いて新たな制御定数を算出する定数算出部と、前記定数算出部によって算出された新たな制御定数を前記演算処理部に出力する出力部とを具備する自動船位保持装置を提供する。
このように、船位保持制御に用いられる制御定数を動的に更新するので、その時々の海象条件に応じた最適な制御定数を用いて船位保持制御を行うことが可能となる。これにより、オペレータの負担を軽減できるとともに、船位保持制御の精度を向上させることが可能となる。
上記所定の海象条件とは、例えば、凪の状態である。上記海象条件とは、例えば、船体の位置および方位に影響を与える海洋上の各要素であり、例えば、波、風、潮流等が挙げられる。海象条件によって変化する船体の位置または方位に関する物理量とは、例えば、波、風、潮流等の影響により変化する船体の位置または方位に関する物理量であり、例えば、ロール角、ピッチ角等が挙げられる。
上記自動船位保持装置において、前記演算処理部は、船体の目標位置および目標方位を保持しており、前記船体の現在位置と目標位置との偏差、および、前記船体の現在方位と目標方位との偏差がゼロになるように、前記船体の推進器を制御するための制御指令を生成するPID演算処理部を有し、前記制御定数決定部は、前記PID演算処理部によるPID制御に用いられるゲイン定数を決定することとしてもよい。
図1は、本実施形態に係る自動船位保持装置10が搭載された船舶の構成を示す側面図である。船体1には、4台の全旋回式推進器2が船首および船尾の左右両舷に各一台ずつ装備されている。
これら全旋回式推進器2は、各々に対応して船首および船尾の左右両舷に設けられている四台の駆動装置3によって駆動され、船体1を定点保持させるものである。各駆動装置3は、自動船位保持装置10から与えられる各全旋回式推進器2のプロペラ回転数、プロペラ翼角および旋回角度(向き)を示す指令信号に基づいて、各全旋回式推進器2を駆動する。
制御定数決定部11は、海象条件に応じて変化する船体1の物理量に基づいて、制御定数を算出し、算出した制御定数を演算処理部12に出力する。例えば、制御定数決定部11は、所定の時間間隔で、制御定数を算出し、これを演算処理部12に出力する。
演算処理部12は、制御定数決定部11によって決定された制御定数および船体の現在位置並びに現在方位を用いて、船体の位置および方位を一定に保持する船位保持制御を行う。
Memory)等の主記憶装置22、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk
Drive)等の補助記憶装置23を備えている。また、場合に応じて、キーボードやマウスなどの入力装置24、及びモニタやプリンタなどの出力装置25などを備えていてもよい。
補助記憶装置23には、各種プログラムが格納されており、CPU21が補助記憶装置23からRAMなどの主記憶装置22にプログラムを読み出し、実行することにより後述する種々の処理を実現させる。
偏差演算部31は、現在位置情報(X,Y)および現在方位情報ψを時間微分して速度(u,v)および回頭角速度rを算出し、さらに位置情報(X,Y)、方位情報ψ、速度(u,v)および回頭角速度rと、予め登録されている目標位置(X0,Y0)および目標方位ψ0とに基づいて、現在位置と目標位置との偏差を求めて合力演算部32に出力する。
なお、速度(u,v)および回頭角速度rについては、速度計等により別途計測することとしてもよい。
Fy=Kpy(Y−Y0)+Kdy・v+Kiy∫(Y−Y0)dt…(2)
Fn=Kpn(ψ−ψ0)+Kdn・r+Kin∫(ψ−ψ0)dt…(3)
作動指令演算部34は、推力配分演算部33で算出された各全旋回式推進器2の推力に基づいて、各全旋回式推進器2のプロペラ回転数、プロペラ翼角および旋回角度(向き)を算出し、これらの値に応じた各指令信号を指令出力部35に出力する。
指令出力部35は、作動指令演算部34から出力された各指令信号を対応する各駆動装置3にそれぞれ出力し、各駆動装置3は指令出力部35から入力された指令信号に応じて各全旋回式推進器2を駆動する。
図5は、制御定数決定部11が備える機能を展開して示した機能ブロック図である。図5に示されるように、制御定数決定部11は、記憶部41、係数算出部42、定数算出部43、および出力部44を備えている。
ここで、Fax,Fay,Fazはそれぞれ以下の通りである。
Fax=(m+mx)du/dt−(m+my)vr+Fhx
Fay=(m+my)dv/dt+(m+mx)ur+Fhy
Faz=(Izz+Jzz)dr/dt+Fhz
ただし、Fh=[Fhx Fhy Fhz]は船体に作用する流体力である。
Kpx(X−X0)+Kdx・u+Kix∫(X−X0)dt=Fax
Kpy(Y−Y0)+Kdy・v+Kiy∫(Y−Y0)dt=Fay
Kpn(ψ−ψ0)+Kdn・r+Kin∫(ψ−ψ0)dt=Faz
(ii)0≦|dθs/dt|<θ1、かつ、φ1≦|dφs/dt|<φ2ならば、h=h2
(iii)0≦|dθs/dt|<θ1、かつ、φ2≦|dφs/dt|ならば、h=h3
(iv)θ1≦|dθs/dt|<θ2、かつ、0≦|dφs/dt|<φ1ならば、h=h4
(v)θ1≦|dθs/dt|<θ2、かつ、φ1≦|dφs/dt|<φ2ならば、h=h5
(vi)θ1≦|dθs/dt|<θ2、かつ、φ2≦|dφs/dt|ならば、h=h6
(vii)θ2≦|dθs/dt|、かつ、0≦|dφs/dt|<φ1ならば、h=h7
(viii)θ2≦|dθs/dt|、かつ、φ1≦|dφs/dt|<φ2ならば、h=h8
(ix)θ2≦|dθs/dt|、かつ、φ2≦|dφs/dt|ならば、h=h9
ピッチ角θおよびロール角φの検出については、公知の手法を用いて検出、算出する。
運転モードとしては、例えば、主機(ディーゼルエンジン)運転モード、電動機運転モード等がある。例えば、主機運転モードの場合には、電動機運転モードに比べて回転数が高いため、上記ピッチ角θの最大値が小さくなる。このように、運転モードに応じてピッチ角θ、ロール角φ等の現れ方が異なるので、運転モードに応じてPIDゲインG´を算出することにより、更に制御精度の向上を図ることが可能となる。
また、上記実施形態においては、ジャイロコンパスから現在方位情報を取得することとしたが、これに限られることなく、例えば、磁石(コンパス)を用いて取得することとしてもよい。
また、ソフトウェアによる処理に限られず、例えば、専用の回路によって上記制御定数決定部および演算処理部が構成されていてもよく、また、一部が専用回路による処理、残りをソフトウェアによる処理により実現されるような構成とされていてもよい。
2 全回旋式推進器
3 駆動装置
4 GPS衛星
5 ジャイロコンパス
6 測位システム
10 自動船位保持装置
11 制御定数決定部
12 演算処理部
41 記憶部
42 係数算出部
43 定数算出部
44 出力部
Claims (7)
- 制御定数を決定する制御定数決定部と、
前記制御定数決定部によって決定された前記制御定数および船体の現在位置並びに現在方位を用いて、前記船体の位置および方位を一定に保持する船位保持制御を行う演算処理部と
を備え、
前記制御定数決定部は、
基準となる所定の海象条件下における制御定数を記憶する記憶部と、
海象条件によって変化する船体の位置または方位に関する物理量をパラメータとする関数を保持し、該関数を用いて現在の前記物理量に応じた係数を算出する係数算出部と、
前記係数と前記記憶部に記憶されている前記制御定数とを用いて新たな制御定数を算出する定数算出部と、
前記定数算出部によって算出された新たな制御定数を前記演算処理部に出力する出力部と
を具備する自動船位保持装置。 - 前記定数算出部は、前記記憶部から前記制御定数を読み出し、該制御定数を前記係数算出部によって算出された係数で除算することにより、新たな制御定数を算出する請求項1に記載の自動船位保持装置。
- 前記海象条件によって変化する船体の位置または方位に関する物理量は、前記船体のピッチ角およびロール角であり、
前記係数算出部は、前記関数に現在のピッチ角およびロール角を代入することで前記係数を得る請求項1または請求項2に記載の自動船位保持装置。 - 前記係数算出部は、一定期間における前記船体のピッチ角及びロール角の微分値の平均値を求め、各前記微分値の平均値に応じて係数を決定する請求項1から請求項3のいずれかに記載の自動船位保持装置。
- 前記演算処理部は、船体の目標位置および目標方位を保持しており、前記船体の現在位置と目標位置との偏差、および、前記船体の現在方位と目標方位との偏差がゼロになるように、前記船体の推進器を制御するための制御指令を生成するPID演算処理部を有し、
前記制御定数決定部は、前記PID演算処理部によるPID制御に用いられるゲイン定数を決定する請求項1から請求項4のいずれかに記載の自動船位保持装置。 - 制御定数を決定する制御定数決定工程と、
前記制御定数決定工程によって決定された前記制御定数および前記船体の現在位置並びに現在方位を用いて、前記船体の位置および方位を一定に保持する船位保持制御を行う演算処理工程と
を含み、
前記制御定数決定工程は、
海象条件によって変化する船体の位置または方位に関する物理量をパラメータとする関数を用いて、現在の前記物理量に応じた係数を算出する係数算出工程と、
予め記憶されている基準となる所定の海象条件下における制御定数と、前記係数算出工程において算出された係数とを用いて、新たな制御定数を算出する定数算出工程と、
前記定数算出工程において算出された新たな制御定数を前記演算処理工程に出力する出力工程と
を含む自動船位保持方法。 - 船体の位置および方位を一定に保持する自動船位保持制御に用いられる制御定数を決定するためのプログラムであって、
海象条件によって変化する船体の位置または方位に関する物理量をパラメータとする関数を用いて、現在の前記物理量に応じた係数を算出する係数算出処理と、
予め記憶されている基準となる所定の海象条件下における制御定数と、前記係数算出処理において算出された係数とを用いて、新たな制御定数を算出する定数算出処理と
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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