JP5713934B2 - 水中航走体 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、制御装置の制御方法、および水中航走体に関する。

従来から、入力される制御量に応じた動作をする動作手段を備える制御装置が知られている。例えば、特許文献１には、前部に配置された水平舵を駆動するアクチュエータと、後部に配置された水平舵を駆動するアクチュエータを備える水中航走体が開示されている。
特許文献１に開示された水中航走体は、前部と後部に配置した水平舵を同時に制御して、水中航走体の進行方向と機首方向（ピッチ角度）を独立に制御することが可能である。

特開平１―２４０３９８号公報

特許文献１に記載された水中航走体のように、進行方向と機首方向を独立に制御する場合、進行方向を制御するための制御量と、機首方向を制御するための制御量をそれぞれ算出し、算出した制御量を合計した合計制御量を、水平舵を駆動するアクチュエータへ入力する。
一般的に、水平舵の可動範囲には制限があるので、前述した合計制御量は、水平舵の可動範囲に収まるように調整される必要がある。

例えば、水平舵の可動範囲が±２０度の範囲に制限される場合、進行方向を制御するための制御量を±１０度の範囲に制限し、機首方向を制御するための制御量を±１０度の範囲に制限する方法が考えられる。このようにすれば、例えば、進行方向を制御するための制御量と機首方向を制御するための制御量がそれぞれ＋１０度となっても、合計制御量が＋２０度となる。また、例えば、進行方向を制御するための制御量と機首方向を制御するための制御量がそれぞれ−１０度となっても、合計制御量が−２０度となる。
従って、合計制御量による可動範囲が±２０度の範囲に制限されることとなる。

しかしながら、この方法では、進行方向を制御するための制御量の範囲が、水平舵の可動範囲である±２０度の範囲の半分に制限されてしまう。同様に、機首方向を制御するための制御量の範囲が、水平舵の可動範囲である±２０度の範囲の半分に制限されてしまう。

従って、水平舵の可動範囲である±２０度の範囲を十分に活用することができず、進行方向の制御と、機首方向の制御を迅速に行うことができないという問題が発生する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、入力される制御量に応じた動作をする動作手段を備える制御装置において、第１制御則に応じた第１最終制御量と第２制御則に応じた第２最終制御量を適切に配分しつつ、それらの合計制御量が、動作手段が動作可能な最大制御量を超えないようにして、最大制御量の範囲を十分に活用することを可能にした制御装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の参考例に係る制御装置は、入力される制御量に応じた動作をする動作手段と、第１制御則に基づいて第１中間制御量を算出する第１算出手段と、前記第１制御則とは異なる第２制御則に基づいて第２中間制御量を算出する第２算出手段と、前記第１算出手段により算出された第１中間制御量および前記第２算出手段により算出された第２中間制御量に基づいて、前記第１制御則に応じた第１最終制御量および前記第２制御則に応じた第２最終制御量を決定し、該第１最終制御量および該第２最終制御量の合計制御量を前記動作手段に入力して前記動作手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が、前記第１中間制御量が、前記動作手段が動作可能な最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、前記第１保証制御量以上となるように前記第１最終制御量を決定し、前記第２中間制御量が、前記最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、前記第２保証制御量以上となるように前記第２最終制御量を決定し、前記合計制御量が前記最大制御量を超えないように前記第１最終制御量および前記第２最終制御量を決定することを特徴とする。

本発明の参考例に係る制御装置は、第１制御則に基づいて第１中間制御量を算出し、第２制御則に基づいて第２中間制御量を算出し、それら中間制御量に基づいて第１制御則に応じた第１最終制御量と第２制御則に応じた第２最終制御量を決定し、それらの合計制御量を動作手段に入力して動作手段を制御する。その際に、第１中間制御量が、動作手段が動作可能な最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、第１保証制御量以上となるように第１最終制御量を決定し、第２中間制御量が、最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、第２保証制御量以上となるように第２最終制御量を決定する。また、合計制御量が最大制御量を超えないように第１最終制御量および第２最終制御量を決定する。

このようにすることで、入力される制御量に応じた動作をする動作手段を備える制御装置において、第１制御則に応じた第１最終制御量を第１保証制御量以上とし、第２制御則に応じた第２最終制御量を第２保証制御量以上とすることを可能にしつつ、第１最終制御量と第２最終制御量の合計制御量が、動作手段が動作可能な最大制御量を超えないよう制限することができる。従って、動作手段が動作可能な最大制御量の範囲を十分に活用し、動作手段を迅速に動作させることが可能な制御装置を提供することができる。

本発明の参考例の第１態様の制御装置は、前記制御手段が、前記第１中間制御量に前記第２中間制御量を加算した値が前記最大制御量より少ない場合、前記第１中間制御量を前記第１最終制御量として決定し、前記第２中間制御量を前記第２最終制御量として決定することを特徴とする。このようにすることで、第１中間制御量に第２中間制御量を加算した値が最大制御量より少ない場合には、それぞれの中間制御量を最終制御量として決定することで、それぞれの制御則に従って適切に動作手段を制御することができる。

本発明の参考例の第２態様の制御装置は、前記制御手段が、前記第１中間制御量が、前記最大制御量から前記第２保証制御量を減算して得られる減算制御量以上である場合は、前記減算制御量を前記第１最終制御量として決定し、前記第１中間制御量が、前記減算制御量よりも少ない場合は、前記第１中間制御量を前記第１最終制御量として決定することを特徴とする。このようにすることで、第１制御則に基づいて算出された第１中間制御量を優先的に第１最終制御量として配分しつつ、第２最終制御量として第２保証制御量を配分することが可能となる。

本発明の参考例の第２態様の制御装置においては、前記制御手段が、前記減算制御量を前記第１最終制御量として決定した場合において、前記第２中間制御量が前記第２保証制御量以上である場合は、前記第２保証制御量を前記第２最終制御量として決定してもよい。

本発明の参考例の第３態様の制御装置は、前記第１保証制御量および前記第２保証制御量が、前記最大制御量の半分より少ない制御量であることを特徴とする。このようにすることで、第１制御則および第２制御則の双方が、最大制御量より十分に少ない保証制御量を確保することを可能にしつつ、それぞれの制御則に応じた最終制御量を適切に決定することができる。

本発明の参考例の第４態様の制御装置は、前記第１保証制御量が、前記第２保証制御量とは異なる制御量であることを特徴とする。このようにすることで、第１制御則と第２制御則とで、それぞれの制御則に応じた適切な量の保証制御量を確保することが可能となる。

本発明の参考例の制御装置の制御方法は、入力される制御量に応じた動作をする動作手段を備える制御装置の制御方法であって、第１制御則に基づいて第１中間制御量を算出する第１算出工程と、前記第１制御則とは異なる第２制御則に基づいて第２中間制御量を算出する第２算出工程と、前記第１中間制御量が、前記動作手段が動作可能な最大動作量より少ない第１保証制御量以上である場合、前記第１中間制御量および前記第２中間制御量に基づいて、前記第１保証制御量以上となるように前記第１制御則に応じた第１最終制御量を決定する第１決定工程と、前記第２中間制御量が前記最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合、前記第１中間制御量および前記第２中間制御量に基づいて、前記第２保証制御量以上となるように前記第２制御則に応じた第２最終制御量を決定する第２決定工程と、前記第１最終制御量および前記第２最終制御量の合計制御量を前記動作手段に入力して前記動作手段を制御する制御工程と、を備え、前記第１決定工程および前記第２決定工程は、前記合計制御量が前記最大制御量を超えないように前記第１最終制御量および前記第２最終制御量を決定することを特徴とする。

本発明の参考例に係る制御装置の制御方法は、第１制御則に基づいて第１中間制御量を算出し、第２制御則に基づいて第２中間制御量を算出し、それら中間制御量に基づいて第１制御則に応じた第１最終制御量と第２制御則に応じた第２最終制御量を決定し、それらの合計制御量を動作手段に入力して動作手段を制御する。その際に、第１中間制御量が、動作手段が動作可能な最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、第１保証制御量以上となるように第１最終制御量を決定し、第２中間制御量が、最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、第２保証制御量以上となるように第２最終制御量を決定する。また、合計制御量が最大制御量を超えないように第１最終制御量および第２最終制御量を決定する。

このようにすることで、入力される制御量に応じた動作をする動作手段を備える制御装置の制御方法において、第１制御則に応じた第１最終制御量を第１保証制御量以上とし、第２制御則に応じた第２最終制御量を第２保証制御量以上とすることを可能にしつつ、第１最終制御量と第２最終制御量の合計制御量が、動作手段が動作可能な最大制御量を超えないよう制限することができる。従って、動作手段が動作可能な最大制御量の範囲を十分に活用し、動作手段を迅速に動作させることが可能な制御装置の制御方法を提供することができる。

本発明に係る水中航走体は、水中航走体の前方に設けられた前方水平舵と、前記前方水平舵を回動させる第１駆動手段と、前記水中航走体の後方に設けられた後方水平舵と、前記後方水平舵を回動させる第２駆動手段と、前記水中航走体の深度を制御する深度制御則に基づいて、前記第１駆動手段に対応する第１中間制御量と、前記第２駆動手段に対応する第３中間制御量とを算出する第１算出手段と、前記水中航走体の機首方向を制御するピッチ制御則に基づいて、前記第１駆動手段に対応する第２中間制御量と、前記第２駆動手段に対応する第４中間制御量とを算出する第２算出手段と、前記第１算出手段により算出された前記第１中間制御量および前記第２算出手段により算出された前記第２中間制御量に基づいて、前記深度制御則に応じた第１最終制御量および前記ピッチ制御則に応じた第２最終制御量を決定し、前記第１最終制御量および前記第２最終制御量の合計制御量を前記第１駆動手段に入力して前記前方水平舵を制御する第１制御手段と、前記第１算出手段により算出された前記第３中間制御量および前記第２算出手段により算出された前記第４中間制御量に基づいて、前記深度制御則に応じた第３最終制御量および前記ピッチ制御則に応じた第４最終制御量を決定し、前記第３最終制御量および前記第４最終制御量の合計制御量を前記第２駆動手段に入力して前記後方水平舵を制御する第２制御手段と、を備え、前記第１制御手段は、前記第１中間制御量が、前記前方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第１最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、前記第１保証制御量以上となるように前記第１最終制御量を決定し、前記第２中間制御量が、前記第１最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、前記第２保証制御量以上となるように前記第２最終制御量を決定し、前記第１最終制御量と前記第２最終制御量の合計制御量が前記第１最大制御量を超えないように前記第１最終制御量および前記第２最終制御量を決定し、前記第２制御手段は、前記第３中間制御量が、前記後方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第２最大制御量より少ない第３保証制御量以上である場合は、前記第３保証制御量以上となるように前記第３最終制御量を決定し、前記第４中間制御量が、前記第２最大制御量より少ない第４保証制御量以上である場合は、前記第４保証制御量以上となるように前記第４最終制御量を決定し、前記第３最終制御量と前記第４最終制御量の合計制御量が前記第２最大制御量を超えないように前記第３最終制御量および前記第４最終制御量を決定することを特徴とする。

本発明に係る水中航走体は、深度制御則に基づいて前方水平舵を回動させる第１駆動手段に対応する第１中間制御量と後方水平舵を回動させる第２駆動手段に対応する第３中間制御量とを算出し、ピッチ制御則に基づいて第１駆動手段に対応する第２中間制御量と第２駆動手段に対応する第４中間制御量とを算出する。そして、第１中間制御量と第２中間制御量とに基づいて深度制御則に応じた第１最終制御量とピッチ制御則に応じた第２最終制御量を決定し、それらの合計制御量を第１駆動手段に入力して前方水平舵を制御する。また、第３中間制御量と第４中間制御量とに基づいて深度制御則に応じた第３最終制御量とピッチ制御則に応じた第４最終制御量を決定し、それらの合計制御量を第２駆動手段に入力して後方水平舵を制御する。

その際に、第１中間制御量が、前方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第１最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、第１保証制御量以上となるように第１最終制御量を決定し、第２中間制御量が、第１最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、第２保証制御量以上となるように第２最終制御量を決定する。また、合計制御量が第１最大制御量を超えないように第１最終制御量および第２最終制御量を決定する。

また、その際に、第３中間制御量が、後方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第２最大制御量より少ない第３保証制御量以上である場合は、第３保証制御量以上となるように第３最終制御量を決定し、第４中間制御量が、第２最大制御量より少ない第４保証制御量以上である場合は、第４保証制御量以上となるように第４最終制御量を決定する。また、合計制御量が第２最大制御量を超えないように第３最終制御量および第４最終制御量を決定する。

このようにすることで、水中航走体の前方に設けられた前方水平舵と水中航走体の後方に設けられた後方水平舵とを備える水中航走体において、深度制御則に応じた第１最終制御量を第１保証制御量以上とし、ピッチ制御則に応じた第２最終制御量を第２保証制御量以上とし、深度制御則に応じた第３最終制御量を第３保証制御量以上とし、ピッチ制御則に応じた第４最終制御量を第４保証制御量以上とすることを可能にする。また、第１最終制御量と第２最終制御量の合計制御量が、前方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第１最大制御量を超えないよう制限し、第３最終制御量と第４最終制御量の合計制御量が、後方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第２最大制御量を超えないよう制限することができる。従って、前方水平舵と後方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する最大制御量の範囲を十分に活用し、前方水平舵および後方水平舵を迅速に回動させることが可能な水中航走体を提供することができる。

本発明に係る水中航走体は、水中航走体の前方に設けられた前方垂直舵と、前記前方垂直舵を回動させる第１駆動手段と、前記水中航走体の後方に設けられた後方垂直舵と、前記後方垂直舵を回動させる第２駆動手段と、前記水中航走体の方位を制御する方位制御則に基づいて、前記第１駆動手段に対応する第１中間制御量と、前記第２駆動手段に対応する第３中間制御量とを算出する第１算出手段と、前記水中航走体の機首方向を制御するヨー制御則に基づいて、前記第１駆動手段に対応する第２中間制御量と、前記第２駆動手段に対応する第４中間制御量とを算出する第２算出手段と、前記第１算出手段により算出された前記第１中間制御量および前記第２算出手段により算出された前記第２中間制御量に基づいて、前記方位制御則に応じた第１最終制御量および前記ヨー制御則に応じた第２最終制御量を決定し、前記第１最終制御量および前記第２最終制御量の合計制御量を前記第１駆動手段に入力して前記前方垂直舵を制御する第１制御手段と、前記第１算出手段により算出された前記第３中間制御量および前記第２算出手段により算出された前記第４中間制御量に基づいて、前記方位制御則に応じた第３最終制御量および前記ヨー制御則に応じた第４最終制御量を決定し、前記第３最終制御量および前記第４最終制御量の合計制御量を前記第２駆動手段に入力して前記後方垂直舵を制御する第２制御手段と、を備え、前記第１制御手段は、前記第１中間制御量が、前記前方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第１最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、前記第１保証制御量以上となるように前記第１最終制御量を決定し、前記第２中間制御量が、前記第１最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、前記第２保証制御量以上となるように前記第２最終制御量を決定し、前記第１最終制御量と前記第２最終制御量の合計制御量が前記第１最大制御量を超えないように前記第１最終制御量および前記第２最終制御量を決定し、前記第２制御手段は、前記第３中間制御量が、前記後方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第２最大制御量より少ない第３保証制御量以上である場合は、前記第３保証制御量以上となるように前記第３最終制御量を決定し、前記第４中間制御量が、前記第２最大制御量より少ない第４保証制御量以上である場合は、前記第４保証制御量以上となるように前記第４最終制御量を決定し、前記第３最終制御量と前記第４最終制御量の合計制御量が前記第２最大制御量を超えないように前記第３最終制御量および前記第４最終制御量を決定することを特徴とする。

本発明に係る水中航走体は、方位制御則に基づいて前方垂直舵を回動させる第１駆動手段に対応する第１中間制御量と後方垂直舵を回動させる第２駆動手段に対応する第３中間制御量とを算出し、ヨー制御則に基づいて第１駆動手段に対応する第２中間制御量と第２駆動手段に対応する第４中間制御量とを算出する。そして、第１中間制御量と第２中間制御量とに基づいて方位制御則に応じた第１最終制御量とヨー制御則に応じた第２最終制御量を決定し、それらの合計制御量を第１駆動手段に入力して前方垂直舵を制御する。また、第３中間制御量と第４中間制御量とに基づいて方位制御則に応じた第３最終制御量とヨー制御則に応じた第４最終制御量を決定し、それらの合計制御量を第２駆動手段に入力して後方垂直舵を制御する。

その際に、第１中間制御量が、前方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第１最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、第１保証制御量以上となるように第１最終制御量を決定し、第２中間制御量が、第１最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、第２保証制御量以上となるように第２最終制御量を決定する。また、合計制御量が第１最大制御量を超えないように第１最終制御量および第２最終制御量を決定する。

また、その際に、第３中間制御量が、後方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第２最大制御量より少ない第３保証制御量以上である場合は、第３保証制御量以上となるように第３最終制御量を決定し、第４中間制御量が、第２最大制御量より少ない第４保証制御量以上である場合は、第４保証制御量以上となるように第４最終制御量を決定する。また、合計制御量が第２最大制御量を超えないように第３最終制御量および第４最終制御量を決定する。

このようにすることで、水中航走体の前方に設けられた前方垂直舵と水中航走体の後方に設けられた後方垂直舵とを備える水中航走体において、方位制御則に応じた第１最終制御量を第１保証制御量以上とし、ヨー制御則に応じた第２最終制御量を第２保証制御量以上とし、方位制御則に応じた第３最終制御量を第３保証制御量以上とし、ヨー制御則に応じた第４最終制御量を第４保証制御量以上とすることを可能にする。また、第１最終制御量と第２最終制御量の合計制御量が、前方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第１最大制御量を超えないよう制限し、第３最終制御量と第４最終制御量の合計制御量が、後方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第２最大制御量を超えないよう制限することができる。従って、前方垂直舵と後方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する最大制御量の範囲を十分に活用し、前方垂直舵および後方垂直舵を迅速に回動させることが可能な水中航走体を提供することができる。

本発明によれば、入力される制御量に応じた動作をする動作手段を備える制御装置において、第１制御則に応じた第１最終制御量と第２制御則に応じた第２最終制御量を適切に配分しつつ、それらの合計制御量が、動作手段が動作可能な最大制御量を超えないようにして、最大制御量の範囲を十分に活用することを可能にした制御装置およびその制御方法を提供することができる。

第１実施形態の水中航走体の構成を示す側面図である。 第１実施形態の前方水平舵および後方水平舵の回動状態を示す図である。 第１実施形態の水中航走体の制御構成を示すブロック図である。 深度制御則に基づいて、第１中間制御量と第３中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。 ピッチ制御則に基づいて、第２中間制御量と第４中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。 前方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。 前方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。 前方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。 後方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。 後方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。 後方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の前方垂直舵および後方垂直舵の回動状態を示す図である。 方位制御則に基づいて、第１中間制御量と第３中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。 ヨー制御則に基づいて、第２中間制御量と第４中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。

〔第１実施形態〕
以下、第１実施形態の水中航走体について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態の水中航走体の構成を示す側面図である。
第１実施形態の水中航走体１は、機体２と、推進器３と、前方水平舵４と、後方水平舵５と、前方垂直舵６と、後方垂直舵７とを備える。

機体２は、推進器３と、前方水平舵４と、後方水平舵５と、前方垂直舵６と、後方垂直舵７とを駆動するための駆動源を内部に備えている。駆動源としては、例えば、電力を蓄電するバッテリーと、バッテリーからの電力により駆動する電動モータなどがあるが、他の種類の駆動源であってもよい。また、機体２は、機体軸Ａ１に直交する平面における断面形状が略円形である。

水中航走体１は、図１中の矢印で示す方向を進行方向とし、推進器３が備えるプロペラ３ｂを機体２の内部の駆動源により回転させることにより推進力を得て水中を航走する。なお、プロペラ３ｂを正回転させる場合には図１中の矢印方向に進行し、プロペラ３ｂを逆回転させる場合には図１中の矢印方向とは反対方向に進行する。プロペラ３ｂの周囲には断面形状が略円形のダクト３ａが配置されており、プロペラ３ｂの推進力を機体軸Ａ１方向に集中させる機能を果たす。

前方水平舵４および後方水平舵５（「昇降舵」ともいう。）は、断面視翼型を有する板状の部材である。前方水平舵４は、機体２の前部から機体２の左右方向（幅方向）に延びる図示しない水平軸に沿って、左右に一枚ずつ設けられている。同様に、後方水平舵５は、機体２の後部から機体２の左右方向（幅方向）に延びる図示しない水平軸に沿って、左右に一枚ずつ設けられている。

前方水平舵４および後方水平舵５は、機体２の内部に設けられた駆動源（不図示）により、機体２の左右方向に延びる水平軸線（不図示）まわりに回動するように構成されている。図２に示すように、前方水平舵４は、実線で示す位置ｂ（０°）を中心とし、破線で示す位置ａ（＋２０°）と、同じく破線で示す位置ｃ（−２０°）との間の範囲で回動するように構成されている。また、後方水平舵５も、実線で示す位置ｅ（０°）を中心とし、破線で示す位置ｄ（＋２０°）と、同じく破線で示す位置ｆ（−２０°）との間の範囲で回動するように構成されている。

ここで、前方水平舵４の位置と、後方水平舵５の位置と、水中航走体１の姿勢（機首方向）および進行方向の関係は、下記に示す通りとなる。なお、下記では前方水平舵４および後方水平舵５の回動範囲の上限（＋２０°）と下限（−２０°）の例について示した。しかしながら、水中航走体１は、前方水平舵４および後方水平舵５の角度を上限と下限の間の範囲の任意の角度に制御して、姿勢および進行方向を制御することが可能である。
前方水平舵４の位置 後方水平舵５の位置 姿勢 進行方向
ｂ（０°） ｅ（０°） 水平 水平
ａ（＋２０°） ｄ（＋２０°） 水平 上昇
ｃ（−２０°） ｆ（−２０°） 水平 下降
ａ（＋２０°） ｆ（−２０°） 機首上げ 水平
ｃ（−２０°） ｄ（＋２０°） 機首下げ 水平

前方垂直舵６および後方垂直舵５（「方向舵」ともいう。）は、断面視翼型を有する板状の部材である。前方垂直舵６は、機体２の前部から機体２の上下方向（高さ方向）に延びる前方水平軸Ａ３に沿って、上下に一枚ずつ設けられている。同様に、後方垂直舵７は、機体２の後部から機体２の上下方向（高さ方向）に延びる後方水平軸Ａ４に沿って、上下に一枚ずつ設けられている。

前方垂直舵６は、機体２の内部に設けられた駆動源（不図示）により、前方水平軸Ａ３まわりに回動するように構成されている。また、後方垂直舵７は、機体２の内部に設けられた駆動源（不図示）により、後方水平軸Ａ４まわりに回動するように構成されている。前方垂直舵６と後方垂直舵７を制御することにより、水中航走体１の左右方向の進行方向および機首の方向（ヨー角度）を任意に制御することができる。

次に、第１実施形態の水中航走体（制御装置）１の制御構成について図３を用いて説明する。図３は、水中航走体１の制御構成を示すブロック図である。
制御部３０は、水中航走体１の全体を制御するものであり、例えばＣＰＵ等により構成されている。制御部３０は、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等のプログラム格納部２０に格納されたプログラムをＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）６０に読み出して実行することにより、水中航走体１の各部を制御する。なお、制御部３０から各部への制御信号の送信や、各部からの制御部３０への信号の送信は、制御バス５０を介して行われる。

プロペラ駆動部４０は、推進器３が備えるプロペラ３ｂを回転させる駆動モータ（不図示）を制御するものである。制御部３０は、プロペラ駆動部４０に制御信号を送信することにより、推進器３が備えるプロペラ３ｂを回転させる駆動モータ（不図示）を制御する。

前方水平舵駆動部４１は、前方水平舵４を回動させる駆動モータ（不図示）を制御するものである。制御部３０は、前方水平舵駆動部４１に制御信号を送信することにより、前方水平舵４を回動させる駆動モータ（不図示）を制御する。

後方水平舵駆動部４２は、後方水平舵５を回動させる駆動モータ（不図示）を制御するものである。制御部３０は、後方水平舵駆動部４２に制御信号を送信することにより、後方水平舵５を回動させる駆動モータ（不図示）を制御する。

前方垂直舵駆動部４３は、前方垂直舵６を回動させる駆動モータ（不図示）を制御するものである。制御部３０は、前方垂直舵駆動部４３に制御信号を送信することにより、前方垂直舵６を回動させる駆動モータ（不図示）を制御する。

後方垂直舵駆動部４４は、後方垂直舵７を回動させる駆動モータ（不図示）を制御するものである。制御部３０は、後方垂直舵駆動部４４に制御信号を送信することにより、後方垂直舵７を回動させる駆動モータ（不図示）を制御する。

機体深度センサ７０は、図２に示される水中航走体１の中心位置Ｃの、水面からの深度を機体深度として検出可能なセンサである。制御部３０が機体深度センサ７０に対して機体深度の取得を指示すると、機体深度センサ７０は、機体深度を検出して制御部３０に通知する。

機体姿勢センサ８０は、水中航走体１の姿勢を検出するセンサである。機体姿勢センサ８０は、水平方向に対する機体軸Ａ１の角度（ピッチ角度）と、機体軸Ａ１を中心とした機体２の回転角度（ロール角度）と、中心位置Ｃを通過する機体軸Ａ１に直交する中心軸Ａ２を中心とした機体軸Ａ１の角度（ヨー角度）とを検出可能である。

航走速度センサ９０は、水中航走体１の航走速度を検出するセンサである。後述するように、航走速度は、機体位置インデックスを算出するために用いられるが、機体位置インデックスの算出は、一定のサンプリング周期Ｔ毎に行われる。航走速度センサ９０は、制御部３０から航走速度の取得指示を受信すると、現在時刻ｔよりサンプリング１周期分の期間Ｔだけ過去の時点から、現在時刻ｔまでの、平均航走速度を算出して制御部３０に通知する。

次に、図４から図１１を用いて、第１実施形態における前方水平舵および後方水平舵の回動状態の制御方法について説明する。
図４は、深度制御則に基づいて、前方水平舵に対応する第１中間制御量と、後方水平舵に対応する第３中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。図５は、ピッチ制御則に基づいて、前方水平舵に対応する第２中間制御量と、後方水平舵に対応する第４中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。
図６から図８は、第１最終制御量および第２最終制御量を決定して前方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。図９から図１１は、第３最終制御量および第４最終制御量を決定して後方水平舵を制御する処理を示すフローチャートである。

図４を用いて、深度制御則に基づいて中間制御量を算出する処理について説明する。
図４のステップＳ４０１で、制御部３０は、水中航走体１の目標深度を設定する。また、ステップＳ４０２で、制御部３０は、現在の機体深度ｄを検出する。具体的には、制御部３０が、機体深度センサ７０に水面から機体２の中心位置Ｃまでの深度（機体深度）の検出を指示する。機体深度センサ７０は、機体深度ｄを検出して制御部３０に通知する。

ステップＳ４０３で、制御部３０は、目標深度と現在の機体深度ｄの差分を算出し、差分に応じた制御量（第１中間制御量）を深度制御則に基づいて算出する。第１中間制御量は、前方水平舵４を駆動する前方水平舵駆動部４１に対応する制御量である。
ここで、深度制御則とは、現在の機体深度ｄが目標深度から離れている場合に、水中航走体１の深度を目標深度に近づけるようにする制御則をいう。例えば、現在の機体深度ｄが目標深度より低い場合は、前方水平舵４に対応する第１中間制御量を正の値とし、水中航走体１を上昇させるようにする。

ステップＳ４０４で、制御部３０は、目標深度と現在の機体深度ｄの差分に応じた制御量（第３中間制御量）を深度制御則に基づいて算出する。第３中間制御量は、後方水平舵５を駆動する後方水平舵駆動部４２に対応する制御量である。
例えば、現在の機体深度ｄが目標深度より低い場合は、後方水平舵５に対応する第３中間制御量を正の値とし、水中航走体１を上昇させるようにする。
以上の図４の処理により、深度制御則に基づいて、前方水平舵４を駆動する前方水平舵駆動部４１に対応する第１中間制御量と、後方水平舵５を駆動する後方水平舵駆動部４２に対応する第３中間制御量が算出される。
なお、深度制御則に基づいて算出される第１中間制御量は、前方水平舵４の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となる。同様に、深度制御則に基づいて算出される第３中間制御量は、後方水平舵５の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となる。

次に、図５を用いて、ピッチ制御則に基づいて中間制御量を算出する処理について説明する。
図５のステップＳ５０１で、制御部３０は、水中航走体１の目標ピッチ角度を設定する。また、ステップＳ５０２で、制御部３０は、現在の機体２のピッチ角度θを検出する。具体的には、制御部３０が、機体姿勢センサ８０に機体２のピッチ角度θの検出を指示する。そして、機体姿勢センサ８０が、ピッチ角度θを検出して制御部３０に通知する。

ステップＳ５０３で、制御部３０は、目標ピッチ角度と現在のピッチ角度θの差分を算出し、差分に応じた制御量（第２中間制御量）をピッチ制御則に基づいて算出する。第２中間制御量は、前方水平舵４を駆動する前方水平舵駆動部４１に対応する制御量である。
ここで、ピッチ制御則とは、現在のピッチ角度θが目標ピッチ角度から離れている場合に、水中航走体１の機首方向を目標ピッチ角度に近づけるようにする制御則をいう。例えば、現在のピッチ角度θが目標ピッチ角度より大きい場合は、前方水平舵４に対応する第２中間制御量を負の値とし、水中航走体１の機首を下げるようにする。

ステップＳ５０４で、制御部３０は、目標ピッチ角度と現在のピッチ角度θの差分に応じた制御量（第４中間制御量）をピッチ制御則に基づいて算出する。第４中間制御量は、後方水平舵５を駆動する後方水平舵駆動部４２に対応する制御量である。
例えば、現在のピッチ角度θが目標ピッチ角度より大きい場合は、後方水平舵５に対応する第４中間制御量を正の値とし、水中航走体１の機首を下げるようにする。
以上の図５の処理により、ピッチ制御則に基づいて、前方水平舵４を駆動する前方水平舵駆動部４１に対応する第２中間制御量と、後方水平舵５を駆動する後方水平舵駆動部４２に対応する第４中間制御量が算出される。
なお、ピッチ制御則に基づいて算出される第２中間制御量は、前方水平舵４の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となる。同様に、ピッチ制御則に基づいて算出される第４中間制御量は、後方水平舵５の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となる。

次に、図６から図８を参照して、第１最終制御量および第２最終制御量を決定して前方水平舵４を制御する処理について説明する。
図６のステップＳ６０１からステップＳ６０３では、第１中間制御量と第２中間制御量が正の値であるかどうかが判定される。
制御部３０は、第１中間制御量と第２中間制御量のいずれも正である場合（Ｓ６０１でＹＥＳかつＳ６０２でＹＥＳ）、“１”で示される図７のステップＳ６０８に処理を進める。

また、制御部３０は、第１中間制御量と第２中間制御量のいずか一方が正で、他方が負である場合（Ｓ６０１でＹＥＳかつＳ６０２でＮＯ、または、Ｓ６０１でＮＯかつＳ６０３でＹＥＳ）、ステップＳ６０３で算出された第１中間制御量を第１最終制御量として決定する（ステップＳ６０４）。また、ステップＳ６０３で算出された第２中間制御量を第２最終制御量として決定する（ステップＳ６０５）。
このようにしているのは、第１中間制御量と第２中間制御量のいずか一方が正で、他方が負である場合、第１中間制御量と第２中間制御量を合計した合計制御量が、前方水平舵４の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となるからである。
制御部３０は、ステップＳ６０５が終了した後に“３”で示される図７のステップＳ６１５に処理を進める。

また、制御部３０は、第１中間制御量と第２中間制御量のいずれも負である場合（Ｓ６０１でＮＯかつＳ６０３でＮＯ）、負の値である第１中間制御量を正の値に変換するとともに（ステップＳ６０６）、負の値である第２中間制御量を正の値に変換し（ステップＳ６０７）、“１”で示されるステップＳ６０８に処理を進める。
このようにしているのは、ステップＳ６０８からステップＳ６１４までの処理において、中間制御量の値が負になることによる不具合を解消するためである。ただし、後述するように、ステップＳ６０６とステップＳ６０７が実行される場合には、図７のステップＳ６１６の処理を異ならせるようにする。

図７のステップＳ６０８で、制御部３０は、深度制御則の優先度とピッチ制御則の優先度を比較し、深度制御則の優先度が高い場合は“２”で示される図８のステップＳ６１７に処理を進め、そうでなければステップＳ６０９に処理を進める。
深度制御則の優先度とピッチ制御則の優先度は、予め決められたものであっても良いし、水中航走体１の操作者が任意に決定できるものとしても良い。また例えば、水中航走体１の深度が深くなって水底に近づいた場合に深度制御則の優先度をピッチ制御則の優先度より高くし、水中航走体１の深度が浅くなって水底から遠ざかった場合にピッチ制御則の優先度を深度制御則の優先度より高くするようにしても良い。

ステップＳ６０９で、制御部３０は、ピッチ制御則に対応する制御量である第２中間制御量が、前方水平舵４の最大制御量である２０°から第１保証制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部３０は、第２中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップＳ６１０へ処理を進め、そうでなければステップＳ６１１に処理を進める。
ここで、第１保証制御量とは、前方水平舵４の最大制御量である２０°よりも少ない制御量であり、好ましくは最大制御量の半分よりもさらに少ない制御量である。

ステップＳ６１０で、制御部３０は、最大制御量から第１保証制御量を減算した減算制御量を、第２最終制御量として決定する。
また、ステップＳ６１１で、制御部３０は、第２中間制御量を第２最終制御量として決定する。
ステップＳ６１０とステップＳ６１１のように第２最終制御量を決定することで、ピッチ制御則（第２最終制御量に対応）を優先した場合であっても深度制御則（第１最終制御量に対応）が少なくとも第１保証制御量を最終制御量として確保することが可能となる。

ステップＳ６１２で、制御部３０は、深度制御則に対応する制御量である第１中間制御量が、前方水平舵４の最大制御量である２０°から第２最終制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部３０は、第１中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップＳ６１３へ処理を進め、そうでなければステップＳ６１４に処理を進める。

ステップＳ６１３で、制御部３０は、最大制御量から第２最終制御量を減算した減算制御量を、第１最終制御量として決定する。
また、ステップＳ６１４で、制御部３０は、第１中間制御量を第１最終制御量として決定する。
ステップＳ６１３とステップＳ６１４のように第１最終制御量を決定することで、深度制御則に応じた第１最終制御量とピッチ制御則に応じた第２最終制御量の合計制御量が、前方水平舵４の最大制御量である２０°を超えないようにすることができる。

ステップＳ６１５で、制御部３０は、第１最終制御量と第２最終制御量を合計して合計制御量を算出する。
そして、ステップＳ６１６で、合計制御量を、前方水平舵４を駆動する前方水平舵駆動部４１に入力して前方水平舵４を制御する。
なお、ステップＳ６０６およびステップＳ６０７を実行せずにステップＳ６１６が実行される場合は、ステップＳ６１５で算出された合計制御量がそのまま前方水平舵駆動部４１に入力される。
一方、ステップＳ６０６およびステップＳ６０７を実行してステップＳ６１６が実行される場合は、ステップＳ６１５で算出された合計制御量を負の値に変換して前方水平舵駆動部４１に入力される。
従って、第１中間制御量と第２中間制御量の双方が正の値である場合は前方水平舵４が正の角度となるように制御される。一方で、第１中間制御量と第２中間制御量の双方が負の値である場合は前方水平舵４が負の角度となるように制御される。

ピッチ制御則よりも深度制御則の優先度が高い場合、図８に示される処理が実行される。
ステップＳ６１７で、制御部３０は、深度制御則に対応する制御量である第１中間制御量が、前方水平舵４の最大制御量である２０°から第２保証制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部３０は、第１中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップＳ６１８へ処理を進め、そうでなければステップＳ６１９に処理を進める。
ここで、第２保証制御量とは、前方水平舵４の最大制御量である２０°よりも少ない制御量であり、好ましくは最大制御量の半分よりもさらに少ない制御量である。

ステップＳ６１８で、制御部３０は、最大制御量から第２保証制御量を減算した減算制御量を、第１最終制御量として決定する。
また、ステップＳ６１９で、制御部３０は、第１中間制御量を第１最終制御量として決定する。
ステップＳ６１８とステップＳ６１９のように第１最終制御量を決定することで、深度制御則（第１最終制御量に対応）を優先した場合であってもピッチ制御則（第２最終制御量に対応）が少なくとも第２保証制御量を最終制御量として確保することが可能となる。

ステップＳ６２０で、制御部３０は、ピッチ制御則に対応する制御量である第２中間制御量が、前方水平舵４の最大制御量である２０°から第１最終制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部３０は、第２中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップＳ６２１へ処理を進め、そうでなければステップＳ６２２に処理を進める。

ステップＳ６２１で、制御部３０は、最大制御量から第１最終制御量を減算した減算制御量を、第２最終制御量として決定する。
また、ステップＳ６２２で、制御部３０は、第２中間制御量を第２最終制御量として決定する。
ステップＳ６２１とステップＳ６２２のように第２最終制御量を決定することで、ピッチ制御則に応じた第２最終制御量と深度制御則に応じた第１最終制御量の合計制御量が、前方水平舵４の最大制御量である２０°を超えないようにすることができる。
そして、制御部３０は、ステップＳ６２１またはステップＳ６２２を実行した後は、“３”で示される図７のステップＳ６１５に処理を進め、前述したステップＳ６１５およびステップＳ６１６を実行する。

次に、図９から図１１を参照して、第３最終制御量および第４最終制御量を決定して後方水平舵５を制御する処理について説明する。
図９のステップＳ９０１からステップＳ９０３では、第３中間制御量と第４中間制御量が正の値であるかどうかが判定される。
制御部３０は、第３中間制御量と第４中間制御量のいずれも正である場合（Ｓ９０１でＹＥＳかつＳ９０２でＹＥＳ）、“４”で示されるステップＳ９０８に処理を進める。

また、制御部３０は、第３中間制御量と第４中間制御量のいずか一方が正で、他方が負である場合（Ｓ９０１でＹＥＳかつＳ９０２でＮＯ、または、Ｓ９０１でＮＯかつＳ９０３でＹＥＳ）、ステップＳ４０４で算出された第３中間制御量を第３最終制御量として決定する（ステップＳ９０４）。また、ステップＳ５０４で算出された第４中間制御量を第４最終制御量として決定する（ステップＳ９０５）。
このようにしているのは、第３中間制御量と第４中間制御量のいずか一方が正で、他方が負である場合、第３中間制御量と第４中間制御量を合計した合計制御量が、後方水平舵５の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となるからである。
制御部３０は、ステップＳ９０５が終了した後に“６”で示される図１０のステップＳ９１５に処理を進める。

また、制御部３０は、第３中間制御量と第４中間制御量のいずれも負である場合（Ｓ９０１でＮＯかつＳ９０３でＮＯ）、負の値である第３中間制御量を正の値に変換するとともに（ステップＳ９０６）、負の値である第４中間制御量を正の値に変換し（ステップＳ９０７）、“４”で示される図１０のステップＳ９０８に処理を進める。
このようにしているのは、ステップＳ９０８からステップＳ９１４までの処理において、中間制御量の値が負になることによる不具合を解消するためである。ただし、後述するように、ステップＳ９０６とステップＳ９０７が実行される場合には、ステップＳ９１６の処理を異ならせるようにする。

図１０のステップＳ９０８で、制御部３０は、深度制御則の優先度とピッチ制御則の優先度を比較し、深度制御則の優先度が高い場合は“５”で示される図１１のステップＳ９１７に処理を進め、そうでなければステップＳ９０９に処理を進める。
深度制御則の優先度とピッチ制御則の優先度は、予め決められたものであっても良いし、水中航走体１の操作者が任意に決定できるものとしても良い。また例えば、水中航走体１の深度が深くなって水底に近づいた場合に深度制御則の優先度をピッチ制御則の優先度より高くし、水中航走体１の深度が浅くなって水底から遠ざかった場合にピッチ制御則の優先度を深度制御則の優先度より高くするようにしても良い。

ステップＳ９０９で、制御部３０は、ピッチ制御則に対応する制御量である第３中間制御量が、後方水平舵５の最大制御量である２０°から第３保証制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部３０は、第３中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップＳ９１０へ処理を進め、そうでなければステップＳ９１１に処理を進める。
ここで、第３保証制御量とは、後方水平舵５の最大制御量である２０°よりも少ない制御量であり、好ましくは最大制御量の半分よりもさらに少ない制御量である。

ステップＳ９１０で、制御部３０は、最大制御量から第３保証制御量を減算した減算制御量を、第４最終制御量として決定する。
また、ステップＳ９１１で、制御部３０は、第４中間制御量を第４最終制御量として決定する。
ステップＳ９１０とステップＳ９１１のように第４最終制御量を決定することで、ピッチ制御則（第４最終制御量に対応）を優先した場合であっても深度制御則（第３最終制御量に対応）が少なくとも第３保証制御量を最終制御量として確保することが可能となる。

ステップＳ９１２で、制御部３０は、深度制御則に対応する制御量である第３中間制御量が、後方水平舵５の最大制御量である２０°から第４最終制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部３０は、第３中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップＳ９１３へ処理を進め、そうでなければステップＳ９１４に処理を進める。

ステップＳ９１３で、制御部３０は、最大制御量から第４最終制御量を減算した減算制御量を、第３最終制御量として決定する。
また、ステップＳ９１４で、制御部３０は、第３中間制御量を第３最終制御量として決定する。
ステップＳ９１３とステップＳ９１４のように第３最終制御量を決定することで、深度制御則に応じた第３最終制御量とピッチ制御則に応じた第４最終制御量の合計制御量が、後方水平舵５の最大制御量である２０°を超えないようにすることができる。

ステップＳ９１５で、制御部３０は、第３最終制御量と第４最終制御量を合計して合計制御量を算出する。
そして、ステップＳ９１６で、合計制御量を、後方水平舵５を駆動する後方水平舵駆動部４２に入力して後方水平舵５を制御する。
なお、ステップＳ９０６およびステップＳ９０７を実行せずにステップＳ９１６が実行される場合は、ステップＳ９１５で算出された合計制御量がそのまま後方水平舵駆動部４２に入力される。
一方、ステップＳ９０６およびステップＳ９０７を実行してステップＳ９１６が実行される場合は、ステップＳ９１５で算出された合計制御量を負の値に変換して後方水平舵駆動部４２に入力される。
従って、第３中間制御量と第４中間制御量の双方が正の値である場合は後方水平舵５が正の角度となるように制御される。一方で、第３中間制御量と第４中間制御量の双方が負の値である場合は後方水平舵５が負の角度となるように制御される。

ピッチ制御則よりも深度制御則の優先度が高い場合、図１１に示される処理が実行される。
ステップＳ９１７で、制御部３０は、深度制御則に対応する制御量である第３中間制御量が、後方水平舵５の最大制御量である２０°から第４保証制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部３０は、第３中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップＳ９１８へ処理を進め、そうでなければステップＳ９１９に処理を進める。
ここで、第４保証制御量とは、後方水平舵５の最大制御量である２０°よりも少ない制御量であり、好ましくは最大制御量の半分よりもさらに少ない制御量である。

ステップＳ９１８で、制御部３０は、最大制御量から第４保証制御量を減算した減算制御量を、第３最終制御量として決定する。
また、ステップＳ９１９で、制御部３０は、第３中間制御量を第３最終制御量として決定する。
ステップＳ９１８とステップＳ９１９のように第３最終制御量を決定することで、深度制御則（第３最終制御量に対応）を優先した場合であってもピッチ制御則（第４最終制御量に対応）が少なくとも第４保証制御量を最終制御量として確保することが可能となる。

ステップＳ９２０で、制御部３０は、ピッチ制御則に対応する制御量である第４中間制御量が、後方水平舵５の最大制御量である２０°から第３最終制御量を減算した減算制御量よりも多いかどうかを判定する。制御部３０は、第４中間制御量が減算制御量よりも多い場合はステップＳ９２１へ処理を進め、そうでなければステップＳ９２２に処理を進める。

ステップＳ９２１で、制御部３０は、最大制御量から第３最終制御量を減算した減算制御量を、第４最終制御量として決定する。
また、ステップＳ９２２で、制御部３０は、第４中間制御量を第４最終制御量として決定する。
ステップＳ９２１とステップＳ９２２のように第４最終制御量を決定することで、ピッチ制御則に応じた第４最終制御量と深度制御則に応じた第３最終制御量の合計制御量が、後方水平舵５の最大制御量である２０°を超えないようにすることができる。
そして、制御部３０は、ステップＳ９２１またはステップＳ９２２を実行した後は、“６”で示される図１０のステップＳ９１５に処理を進め、前述したステップＳ９１５およびステップＳ９１６を実行する。

以上説明したように、第１実施形態の水中航走体１（制御装置）は、深度制御則に基づいて第１中間制御量を算出し、ピッチ制御則に基づいて第２中間制御量を算出し、それら中間制御量に基づいて深度制御則に応じた第１最終制御量とピッチ制御則に応じた第２最終制御量を決定し、それらの合計制御量を前方水平舵駆動部４１に入力して前方水平舵４を制御する。その際に、第１中間制御量が、前方水平舵４が回動可能な最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、第１保証制御量以上となるように第１最終制御量を決定し、第２中間制御量が、最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、第２保証制御量以上となるように第２最終制御量を決定する。また、合計制御量が最大制御量を超えないように第１最終制御量および第２最終制御量を決定する。

このようにすることで、入力される制御量に応じた回動をする前方水平舵４を備える水中航走体１において、深度制御則に応じた第１最終制御量を第１保証制御量以上とし、ピッチ制御則に応じた第２最終制御量を第２保証制御量以上とすることを可能にしつつ、第１最終制御量と第２最終制御量の合計制御量が、前方水平舵４が回動可能な最大制御量を超えないよう制限することができる。従って、前方水平舵４が動作可能な最大制御量の範囲を十分に活用し、前方水平舵４を迅速に動作させることが可能な水中航走体１を提供することができる。

また、第１実施形態の水中航走体１（制御装置）は、深度制御則に基づいて第３中間制御量を算出し、ピッチ制御則に基づいて第４中間制御量を算出し、それら中間制御量に基づいて深度制御則に応じた第３最終制御量とピッチ制御則に応じた第４最終制御量を決定し、それらの合計制御量を後方水平舵駆動部４２に入力して後方水平舵５を制御する。その際に、第３中間制御量が、後方水平舵５が回動可能な最大制御量より少ない第３保証制御量以上である場合は、第３保証制御量以上となるように第３最終制御量を決定し、第４中間制御量が、最大制御量より少ない第４保証制御量以上である場合は、第４保証制御量以上となるように第４最終制御量を決定する。また、合計制御量が最大制御量を超えないように第３最終制御量および第４最終制御量を決定する。

このようにすることで、入力される制御量に応じた回動をする後方水平舵５を備える水中航走体１において、深度制御則に応じた第３最終制御量を第３保証制御量以上とし、ピッチ制御則に応じた第４最終制御量を第４保証制御量以上とすることを可能にしつつ、第３最終制御量と第４最終制御量の合計制御量が、後方水平舵５が回動可能な最大制御量を超えないよう制限することができる。従って、後方水平舵５が動作可能な最大制御量の範囲を十分に活用し、後方水平舵５を迅速に動作させることが可能な水中航走体１を提供することができる。

また、第１実施形態の水中航走体１は、制御部３０が、第１中間制御量に第２中間制御量を加算した値が最大制御量より少ない場合、第１中間制御量を第１最終制御量として決定し、第２中間制御量を第２最終制御量として決定する。このようにすることで、第１中間制御量に第２中間制御量を加算した値が最大制御量より少ない場合には、それぞれの中間制御量を最終制御量として決定することで、それぞれの制御則に従って適切に前方水平舵４を制御することができる。

また、第１実施形態の水中航走体１は、制御部３０が、第３中間制御量に第４中間制御量を加算した値が最大制御量より少ない場合、第３中間制御量を第３最終制御量として決定し、第４中間制御量を第４最終制御量として決定する。このようにすることで、第３中間制御量に第４中間制御量を加算した値が最大制御量より少ない場合には、それぞれの中間制御量を最終制御量として決定することで、それぞれの制御則に従って適切に後方水平舵５を制御することができる。

また、第１実施形態の水中航走体１は、制御部３０が、第１中間制御量が、最大制御量から第２保証制御量を減算して得られる減算制御量以上である場合は、減算制御量を第１最終制御量として決定し、第１中間制御量が、減算制御量よりも少ない場合は、第１中間制御量を第１最終制御量として決定する。このようにすることで、深度制御則に基づいて算出された第１中間制御量を優先的に第１最終制御量として配分しつつ、第２最終制御量として第２保証制御量を配分することが可能となる。

また、第１実施形態の水中航走体１は、制御部３０が、第３中間制御量が、最大制御量から第４保証制御量を減算して得られる減算制御量以上である場合は、減算制御量を第３最終制御量として決定し、第３中間制御量が、減算制御量よりも少ない場合は、第３中間制御量を第３最終制御量として決定する。このようにすることで、深度制御則に基づいて算出された第３中間制御量を優先的に第３最終制御量として配分しつつ、第４最終制御量として第４保証制御量を配分することが可能となる。

また、第１実施形態の水中航走体１は、第１保証制御量、第２保証制御量、第３保証制御量、および第４保証制御量が、最大制御量の半分より少ない制御量である。このようにすることで、深度制御則およびピッチ制御則の双方が、最大制御量より十分に少ない保証制御量を確保することを可能にしつつ、それぞれの制御則に応じた最終制御量を適切に決定することができる。

また、第１実施形態の水中航走体１は、第１保証制御量が、第２保証制御量とは異なる制御量であり、第３保証制御量が、第４保証制御量とは異なる制御量である。このようにすることで、深度制御則とピッチ制御則とで、それぞれの制御則に応じた適切な量の保証制御量を確保することが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第１実施形態は、水中航走体１の前方水平舵４および後方水平舵５を、深度制御則およびピッチ制御則に基づいて制御するものであった。
それに対して、第２実施形態は、水中航走体１の前方垂直舵６および後方垂直舵７を、方位制御則およびヨー制御則に基づいて制御するものである。
なお、以下では第１実施形態と同一符号のものは構成が同一であるものとし、説明を省略する。また、以下で特に説明する部分を除き、第１実施形態と同様であるものとする。

前方垂直舵６および後方垂直舵７は、機体２の内部に設けられた駆動源（不図示）により、機体２の上下方向に延びる垂直軸線まわりに回動するように構成されている。図１２に示すように、前方垂直舵６は、実線で示す位置ｈ（０°）を中心とし、破線で示す位置ｇ（＋２０°）と、同じく破線で示す位置ｉ（−２０°）との間の範囲で回動するように構成されている。また、後方垂直舵７も、実線で示す位置ｋ（０°）を中心とし、破線で示す位置ｊ（＋２０°）と、同じく破線で示す位置ｌ（−２０°）との間の範囲で回動するように構成されている。

ここで、前方垂直舵６の位置と、後方垂直舵７の位置と、水中航走体１の姿勢（機首方向）および進行方向の関係は、下記に示す通りとなる。なお、下記では前方垂直舵６および後方垂直舵７の回動範囲の上限（＋２０°）と下限（−２０°）の例について示した。しかしながら、水中航走体１は、前方垂直舵６および後方垂直舵７の角度を上限と下限の間の範囲の任意の角度に制御して、姿勢および進行方向を制御することが可能である。
前方垂直舵６の位置 後方垂直舵７の位置 姿勢 進行方向
ｈ（０°） ｋ（０°） 水平 水平
ｇ（＋２０°） ｊ（＋２０°） 水平 左方向
ｉ（−２０°） ｌ（−２０°） 水平 右方向
ｇ（＋２０°） ｌ（−２０°） 左向き 水平
ｉ（−２０°） ｊ（＋２０°） 右向き 水平

次に、図１３および図１４を用いて、第２実施形態における前方垂直舵６および後方垂直舵７の回動状態の制御方法について説明する。
図１３は、方位制御則に基づいて、前方垂直舵に対応する第１中間制御量と、後方垂直舵に対応する第３中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。図１４は、ヨー制御則に基づいて、前方垂直舵６に対応する第２中間制御量と、後方垂直舵７に対応する第４中間制御量を算出する処理を示すフローチャートである。

図１３を用いて、方位制御則に基づいて中間制御量を算出する処理について説明する。
図１３のステップＳ１３０１で、制御部３０は、水中航走体１の目標方位を設定する。また、ステップＳ１３０２で、制御部３０は、現在の機体方位を検出する。具体的には、制御部３０が、機体方位センサ（不図示）に機体２の中心位置Ｃの方位（緯度および経度）の検出を指示する。機体方位センサは、機体方位を検出して制御部３０に通知する。

ステップＳ１３０３で、制御部３０は、目標方位と現在の機体方位の差分を算出し、差分に応じた制御量（第１中間制御量）を方位制御則に基づいて算出する。第１中間制御量は、前方垂直舵６を駆動する前方垂直舵駆動部４３に対応する制御量である。
ここで、方位制御則とは、現在の機体方位が目標方位から離れている場合に、水中航走体１の方位を目標方位に近づけるようにする制御則をいう。例えば、目標方位が現在の機体方位より機体軸の左側にある場合は、前方垂直舵６に対応する第１中間制御量を正の値とし、水中航走体１を左方向に移動させるようにする。

ステップＳ１３０４で、制御部３０は、目標方位と現在の機体方位の差分に応じた制御量（第３中間制御量）を方位御則に基づいて算出する。第３中間制御量は、後方垂直舵５を駆動する後方垂直舵駆動部４４に対応する制御量である。
例えば、目標方位が現在の機体方位より機体軸の左側にある場合は、後方垂直舵７に対応する第３中間制御量を正の値とし、水中航走体１を左方向に移動させるようにする。
以上の図１３の処理により、方位制御則に基づいて、前方垂直舵６を駆動する前方垂直舵駆動部４３に対応する第１中間制御量と、後方垂直舵７を駆動する後方垂直舵駆動部４４に対応する第３中間制御量が算出される。
なお、方位制御則に基づいて算出される第１中間制御量は、前方垂直舵６の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となる。同様に、方位制御則に基づいて算出される第３中間制御量は、後方垂直舵７の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となる。

次に、図１４を用いて、ヨー制御則に基づいて中間制御量を算出する処理について説明する。
図１４のステップＳ１４０１で、制御部３０は、水中航走体１の目標ヨー角度を設定する。また、ステップＳ１４０２で、制御部３０は、現在の機体２のヨー角度を検出する。具体的には、制御部３０が、機体姿勢センサ８０に機体２のヨー角度の検出を指示する。そして、機体姿勢センサ８０が、ヨー角度を検出して制御部３０に通知する。

ステップＳ１４０３で、制御部３０は、目標ヨー角度と現在のヨー角度の差分を算出し、差分に応じた制御量（第２中間制御量）をヨー制御則に基づいて算出する。第２中間制御量は、前方垂直舵６を駆動する前方垂直舵駆動部４３に対応する制御量である。
ここで、ヨー制御則とは、現在のヨー角度が目標ヨー角度から離れている場合に、水中航走体１の機首方向を目標ヨー角度に近づけるようにする制御則をいう。例えば、現在のヨー角度が目標ヨー角度より大きい場合は、前方垂直舵６に対応する第２中間制御量を負の値とし、水中航走体１の機首を右方向に向けるようにする。

ステップＳ１４０４で、制御部３０は、目標ヨー角度と現在のヨー角度の差分に応じた制御量（第４中間制御量）をヨー制御則に基づいて算出する。第４中間制御量は、後方垂直舵７を駆動する後方垂直舵駆動部４４に対応する制御量である。
例えば、現在のヨー角度が目標ヨー角度より大きい場合は、後方垂直舵７に対応する第４中間制御量を正の値とし、水中航走体１の機首を右方向に向けるようにする。
以上の図１４の処理により、ヨー制御則に基づいて、前方垂直舵６を駆動する前方垂直舵駆動部４３に対応する第２中間制御量と、後方垂直舵７を駆動する後方垂直舵駆動部４４に対応する第４中間制御量が算出される。
なお、ヨー制御則に基づいて算出される第２中間制御量は、前方垂直舵６の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となる。同様に、ヨー制御則に基づいて算出される第４中間制御量は、後方垂直舵７の回動範囲である＋２０°から−２０°までの範囲の値となる。

図１３および図１４の処理により、第１中間制御量、第２中間制御量、第３中間制御量、および第４中間制御量が算出される。
そして、第１実施形態の図６から図８の処理を実行することにより、第１中間制御量と第２中間制御量に基づいて、第１最終制御量と第２最終制御量を決定するとともに、それらの合計制御量を算出する。
図６から図８の処理の詳細については、第１実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。ただし、第１実施形態の図７のステップＳ６１６では前方水平舵４を制御したが、第２実施形態では前方垂直舵６を制御する。

また、第１実施形態の図９から図１１の処理を実行することにより、第３中間制御量と第４中間制御量に基づいて、第３最終制御量と第４最終制御量を決定するとともに、それらの合計制御量を算出する。
図９から図１１の処理の詳細については、第１実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。ただし、第１実施形態の図１０のステップＳ９１６では後方水平舵５を制御したが、第２実施形態では後方垂直舵７を制御する。

以上説明したように、第２実施形態の水中航走体１（制御装置）は、方位制御則に基づいて第１中間制御量を算出し、ヨー制御則に基づいて第２中間制御量を算出し、それら中間制御量に基づいて方位制御則に応じた第１最終制御量とヨー制御則に応じた第２最終制御量を決定し、それらの合計制御量を前方垂直舵駆動部４３に入力して前方垂直舵６を制御する。その際に、第１中間制御量が、前方垂直舵６が回動可能な最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、第１保証制御量以上となるように第１最終制御量を決定し、第２中間制御量が、最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、第２保証制御量以上となるように第２最終制御量を決定する。また、合計制御量が最大制御量を超えないように第１最終制御量および第２最終制御量を決定する。

このようにすることで、入力される制御量に応じた回動をする前方垂直舵６を備える水中航走体１において、方位制御則に応じた第１最終制御量を第１保証制御量以上とし、ヨー制御則に応じた第２最終制御量を第２保証制御量以上とすることを可能にしつつ、第１最終制御量と第２最終制御量の合計制御量が、前方垂直舵６が回動可能な最大制御量を超えないよう制限することができる。従って、前方垂直舵６が動作可能な最大制御量の範囲を十分に活用し、前方垂直舵６を迅速に動作させることが可能な水中航走体１を提供することができる。

また、第１実施形態の水中航走体１（制御装置）は、方位制御則に基づいて第３中間制御量を算出し、ヨー制御則に基づいて第４中間制御量を算出し、それら中間制御量に基づいて方位制御則に応じた第３最終制御量とヨー制御則に応じた第４最終制御量を決定し、それらの合計制御量を後方垂直舵駆動部４４に入力して後方垂直舵７を制御する。その際に、第３中間制御量が、後方垂直舵７が回動可能な最大制御量より少ない第３保証制御量以上である場合は、第３保証制御量以上となるように第３最終制御量を決定し、第４中間制御量が、最大制御量より少ない第４保証制御量以上である場合は、第４保証制御量以上となるように第４最終制御量を決定する。また、合計制御量が最大制御量を超えないように第３最終制御量および第４最終制御量を決定する。

このようにすることで、入力される制御量に応じた回動をする後方垂直舵７を備える水中航走体１において、方位制御則に応じた第３最終制御量を第３保証制御量以上とし、ヨー制御則に応じた第４最終制御量を第４保証制御量以上とすることを可能にしつつ、第３最終制御量と第４最終制御量の合計制御量が、後方垂直舵７が回動可能な最大制御量を超えないよう制限することができる。従って、後方垂直舵７が動作可能な最大制御量の範囲を十分に活用し、後方垂直舵７を迅速に動作させることが可能な水中航走体１を提供することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第１実施形態および第２実施形態では、水中航走体１が、前方水平舵４、後方水平舵５、前方垂直舵６、および後方垂直舵７の回動状態を制御するものであったが、他の態様であってもよい。
例えば、４輪を備える車両が、各車輪に設けられたサスペンションの変位を制御するものであっても良い。ここで、各車輪に設けられたサスペンションとは、例えば、油圧により伸縮可能なピストンロッドを備えるものである。ピストンロッドの一端が車体に回動可能に固定されるとともに、ピストンロッドの他の一端が車輪に回動可能に固定される。

各車輪のサスペンションを制御することにより、各車輪に対する車体の取り付け位置の高さを任意に制御することができる。そして、４つの車輪に取り付けられた４つのサスペンションを独立して制御することにより、車輪の接地面に対する車体の高さ、車体の前後方向の傾斜角度（ピッチ角度）、および車体の左右方向の傾斜角度（ロール角度）を制御することが可能である。

この場合、第１実施形態の図４に示される処理と同様の処理により、車体の高さを制御する制御則（高さ制御則）に基づいて、車体の前方右側のサスペンションを制御するための第１中間制御量と、車体の前方左側のサスペンションを制御するための第４中間制御量と、車体の後方右側のサスペンションを制御するための第７中間制御量と、車体の後方左側のサスペンションを制御するための第１０中間制御量が算出される。

また、第１実施形態の図４に示される処理と同様の処理により、車体のピッチ角度を制御する制御則（ピッチ制御則）に基づいて、車体の前方右側のサスペンションを制御するための第２中間制御量と、車体の前方左側のサスペンションを制御するための第５中間制御量と、車体の後方右側のサスペンションを制御するための第８中間制御量と、車体の後方左側のサスペンションを制御するための第１１中間制御量が算出される。

また、第１実施形態の図４に示される処理と同様の処理により、車体のロール角度を制御する制御則（ロール制御則）に基づいて、車体の前方右側のサスペンションを制御するための第３中間制御量と、車体の前方左側のサスペンションを制御するための第６中間制御量と、車体の後方右側のサスペンションを制御するための第９中間制御量と、車体の後方左側のサスペンションを制御するための第１２中間制御量が算出される。

次に、第１実施形態の図６から図８に示される処理と同様の処理により、第１〜第３中間制御量に基づいて、車体の前方右側のサスペンションを制御するための第１〜第３最終制御量を決定し、それらの合計制御量を車体の前方右側のサスペンションを制御する制御部（不図示）へ入力する。

また、第１実施形態の図６から図８に示される処理と同様の処理により、第４〜第６中間制御量に基づいて、車体の前方左側のサスペンションを制御するための第４〜第６最終制御量を決定し、それらの合計制御量を車体の前方左側のサスペンションを制御する制御部（不図示）へ入力する。

また、第１実施形態の図６から図８に示される処理と同様の処理により、第７〜第９中間制御量に基づいて、車体の後方右側のサスペンションを制御するための第７〜第９最終制御量を決定し、それらの合計制御量を車体の後方右側のサスペンションを制御する制御部（不図示）へ入力する。

また、第１実施形態の図６から図８に示される処理と同様の処理により、第１０〜第１２中間制御量に基づいて、車体の後方左側のサスペンションを制御するための第１０〜第１２最終制御量を決定し、それらの合計制御量を車体の後方左側のサスペンションを制御する制御部（不図示）へ入力する。

以上のように、第３実施形態では、高さ制御則、ピッチ制御則、およびロール制御則の３つの制御則に基づいて、４つのサスペンションを制御することができる。従って、４つのサスペンションのそれぞれが、動作可能な最大制御量の範囲を十分に活用し、４つのサスペンションを迅速に動作させることが可能な車両を提供することができる。

１ 水中航走体
２ 機体
３ 推進器
４ 前方水平舵
５ 後方水平舵
６ 前方垂直舵
７ 後方垂直舵
３０ 制御部
４１ 前方水平舵駆動部
４２ 後方水平舵駆動部
４３ 前方垂直舵駆動部
４４ 後方垂直舵駆動部

Claims (2)

1. 水中航走体の前方に設けられた前方水平舵と、
   前記前方水平舵を回動させる第１駆動手段と、
   前記水中航走体の後方に設けられた後方水平舵と、
   前記後方水平舵を回動させる第２駆動手段と、
   前記水中航走体の深度を制御する深度制御則に基づいて、前記第１駆動手段に対応する第１中間制御量と、前記第２駆動手段に対応する第３中間制御量とを算出する第１算出手段と、
   前記水中航走体の機首方向を制御するピッチ制御則に基づいて、前記第１駆動手段に対応する第２中間制御量と、前記第２駆動手段に対応する第４中間制御量とを算出する第２算出手段と、
   前記第１算出手段により算出された前記第１中間制御量および前記第２算出手段により算出された前記第２中間制御量に基づいて、前記深度制御則に応じた第１最終制御量および前記ピッチ制御則に応じた第２最終制御量を決定し、前記第１最終制御量および前記第２最終制御量の合計制御量を前記第１駆動手段に入力して前記前方水平舵を制御する第１制御手段と、
   前記第１算出手段により算出された前記第３中間制御量および前記第２算出手段により算出された前記第４中間制御量に基づいて、前記深度制御則に応じた第３最終制御量および前記ピッチ制御則に応じた第４最終制御量を決定し、前記第３最終制御量および前記第４最終制御量の合計制御量を前記第２駆動手段に入力して前記後方水平舵を制御する第２制御手段と、を備え、
   前記第１制御手段は、
   前記第１中間制御量が、前記前方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第１最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、前記第１保証制御量以上となるように前記第１最終制御量を決定し、
   前記第２中間制御量が、前記第１最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、前記第２保証制御量以上となるように前記第２最終制御量を決定し、
   前記第１最終制御量と前記第２最終制御量の合計制御量が前記第１最大制御量を超えないように前記第１最終制御量および前記第２最終制御量を決定し、
   前記第２制御手段は、
   前記第３中間制御量が、前記後方水平舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第２最大制御量より少ない第３保証制御量以上である場合は、前記第３保証制御量以上となるように前記第３最終制御量を決定し、
   前記第４中間制御量が、前記第２最大制御量より少ない第４保証制御量以上である場合は、前記第４保証制御量以上となるように前記第４最終制御量を決定し、
   前記第３最終制御量と前記第４最終制御量の合計制御量が前記第２最大制御量を超えないように前記第３最終制御量および前記第４最終制御量を決定することを特徴とする水中航走体。
2. 水中航走体の前方に設けられた前方垂直舵と、
   前記前方垂直舵を回動させる第１駆動手段と、
   前記水中航走体の後方に設けられた後方垂直舵と、
   前記後方垂直舵を回動させる第２駆動手段と、
   前記水中航走体の方位を制御する方位制御則に基づいて、前記第１駆動手段に対応する第１中間制御量と、前記第２駆動手段に対応する第３中間制御量とを算出する第１算出手段と、
   前記水中航走体の機首方向を制御するヨー制御則に基づいて、前記第１駆動手段に対応する第２中間制御量と、前記第２駆動手段に対応する第４中間制御量とを算出する第２算出手段と、
   前記第１算出手段により算出された前記第１中間制御量および前記第２算出手段により算出された前記第２中間制御量に基づいて、前記方位制御則に応じた第１最終制御量および前記ヨー制御則に応じた第２最終制御量を決定し、前記第１最終制御量および前記第２最終制御量の合計制御量を前記第１駆動手段に入力して前記前方垂直舵を制御する第１制御手段と、
   前記第１算出手段により算出された前記第３中間制御量および前記第２算出手段により算出された前記第４中間制御量に基づいて、前記方位制御則に応じた第３最終制御量および前記ヨー制御則に応じた第４最終制御量を決定し、前記第３最終制御量および前記第４最終制御量の合計制御量を前記第２駆動手段に入力して前記後方垂直舵を制御する第２制御手段と、を備え、
   前記第１制御手段は、
   前記第１中間制御量が、前記前方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第１最大制御量より少ない第１保証制御量以上である場合は、前記第１保証制御量以上となるように前記第１最終制御量を決定し、
   前記第２中間制御量が、前記第１最大制御量より少ない第２保証制御量以上である場合は、前記第２保証制御量以上となるように前記第２最終制御量を決定し、
   前記第１最終制御量と前記第２最終制御量の合計制御量が前記第１最大制御量を超えないように前記第１最終制御量および前記第２最終制御量を決定し、
   前記第２制御手段は、
   前記第３中間制御量が、前記後方垂直舵が回動可能な範囲の上限および下限に対応する第２最大制御量より少ない第３保証制御量以上である場合は、前記第３保証制御量以上となるように前記第３最終制御量を決定し、
   前記第４中間制御量が、前記第２最大制御量より少ない第４保証制御量以上である場合は、前記第４保証制御量以上となるように前記第４最終制御量を決定し、
   前記第３最終制御量と前記第４最終制御量の合計制御量が前記第２最大制御量を超えないように前記第３最終制御量および前記第４最終制御量を決定することを特徴とする水中航走体。

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