JP6253205B2

JP6253205B2 - 制御装置、船及び制御方法

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Publication number: JP6253205B2
Application number: JP2015020272A
Authority: JP
Inventors: 良太黒岩; 邦昭大和; 政憲恩塚
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: JP2016141336A

Description

本発明は、減揺装置の制御装置、船及び制御方法に関する。

航行中および海上での停船中における船の横揺れ運動を抑えるために、フィンスタビライザと減揺タンクを備える船が存在する。フィンスタビライザは、航行中に横揺れを検出し、フィン翼角を制御することでフィン翼に揚力を発生させ、揚力モーメントにより船体の横揺運動を抑え込もうとする。減揺タンクには、両舷側のウイングタンクの間に流路が設けられ、ウイングタンク内に漲られた定格量の液体が船体の横揺れ運動によりウイングタンク間を移動することで横揺れを抑える減揺モーメントを発生させる。また、減揺タンクには動力等を用いて積極的にウイングタンク内の液体を移動させる能動型と船体の揺れによる液体の移動を利用する受動型のタイプがあり、受動型においては例えば最も頻度が高い揺れ状態の周期を想定して設計される。

なお、関連する技術として、特許文献１には、船の横揺れを防止する横揺対策用回路と、船の転覆防止のための復原力対策用回路を備えたフィンスタビライザの制御装置において、それらの回路を切り替えてフィン翼角を制御することにより、横揺れ低減のみならず、緊急な復原力の増加を図ることが出来るフィンスタビライザの制御方法が記載されている。
また、特許文献２には、ウイングタンクを複数に分割し、それらの分割タンク間を連結する液体通路と、液体通路内にダンパを設け、ダンパを開閉することで複数の分割タンクを組み合わせた状態のタンクを形成することで、減揺タンクの固有周期を可変にすることができる減揺タンクについて記載されている。特許文献２に記載の減揺タンクによれば、１つの減揺タンクで複数の固有周期を得ることによって、さまざまな横揺周期に対応することが可能になる。

特開昭６３−０３８０９４号公報特開２００３−０５４４９０号公報

ところで、減揺タンクは、船体の横揺れ周期特性に基づいて減揺効果を得るための減揺装置である。一方、従来のフィンスタビライザの制御では、船の横揺れ周期を考慮した減揺効果を得ることはできなかった。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる減揺装置の制御装置、船、制御方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、船の横揺れによる姿勢の変化を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、前記姿勢情報取得部が取得した姿勢情報から船の横揺れ周期を算出する揺れ周期算出部と、前記揺れ周期算出部が算出した横揺れ周期と、予め定められた船体の横揺れ周期特性と、に基づいて、前記船体の横揺れ周期特性が示す最も船体の横揺れ角を低減できる横揺れ周期を特定し、前記特定した横揺れ周期に応じてフィンスタビライザを動作させるフィンスタビライザ制御部と、を備える制御装置である。

本発明の第２の態様における制御装置は、船の速度を取得する速度情報取得部と、前記速度情報取得部が取得した船の速度が所定の速度を上回る場合に、前記船体の横揺れ周期特性に含まれる減揺タンクの作動時および非作動時における周期特性に基づいて、前記算出した横揺れ周期を、前記減揺タンクの作動時の周期特性に基づく横揺れ角が最も小さくなるときの第一横揺れ周期と前記減揺タンクの非作動時の周期特性に基づく横揺れ角が最も小さくなるときの第二横揺れ周期のそれぞれと比較し、前記算出した横揺れ周期が第一横揺れ周期により近い場合に減揺タンクを作動させ、前記算出した横揺れ周期が第二横揺れ周期により近い場合に減揺タンクを非作動とする、減揺タンク制御部と、をさらに備え、前記フィンスタビライザ制御部は、前記速度情報取得部が取得した船の速度が所定の速度を上回る場合に、前記特定した横揺れ周期に応じてフィンスタビライザを動作させる。

本発明の第３の態様における前記減揺タンク制御部は、前記速度情報取得部が取得した船の速度が所定の速度以下の場合に、前記船体の横揺れ周期特性に含まれる減揺タンクの作動時および非作動時における周期特性に基づいて、前記算出した横揺れ周期における減揺タンクの作動時の横揺れ角と、前記算出した横揺れ周期における減揺タンクの非作動時の横揺れ角と、を比較し、減揺タンクの作動時の横揺れ角が小さい場合に減揺タンクを作動させ、減揺タンクの非作動時の横揺れ角が小さい場合に減揺タンクを非作動とする。

本発明の第４の態様における制御装置は、波の状態を示す波浪情報を取得する波浪情報取得部と、船の排水量とメタセンタ高さを取得する船体情報取得部と、前記姿勢情報取得部が取得した情報と、前記速度情報取得部が取得した情報と、前記波浪情報取得部が取得した情報と、前記船体情報取得部が取得した情報と、予め定められた波浪中の船体応答データと、予め定められた減揺タンク性能データと、予め定められたフィンスタビライザ性能データと、に基づいて、減揺タンクとフィンスタビライザのうち少なくとも１つを動作させたときの横揺れ角度と横揺れ角加速度とのうち少なくとも一方を算出する揺れ状態算出部と、前記揺れ状態算出部が算出した横揺れ角度と横揺れ角加速度とのうち少なくとも一方に基づいて、減揺タンクとフィンスタビライザとのうち少なくとも一方の動作を決定する動作モード決定部と、をさらに備える。

本発明の第５の態様は、船の横揺れによる姿勢の変化を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、船の速度を取得する速度情報取得部と、波の状態を示す波浪情報を取得する波浪情報取得部と、船の排水量とメタセンタ高さを取得する船体情報取得部と、前記姿勢情報取得部が取得した情報と、前記速度情報取得部が取得した情報と、前記波浪情報取得部が取得した情報と、前記船体情報取得部が取得した情報と、予め定められた波浪中の船体応答データと、予め定められた減揺タンク性能データと、予め定められたフィンスタビライザ性能データと、に基づいて、減揺タンクとフィンスタビライザのうち少なくとも１つを動作させたときの横揺れ角度と横揺れ角加速度とのうち少なくとも一方を算出する揺れ状態算出部と、前記揺れ状態算出部が算出した横揺れ角度と横揺れ角加速度とのうち少なくとも一方に基づいて減揺タンクとフィンスタビライザとのうち少なくとも一方の動作を決定する動作モード決定部と、を備える制御装置である。

本発明の第６の態様は、上記の何れかに記載の制御装置を備える、船である。

本発明の第７の態様は、船体の横揺れによる姿勢の変化を示す船体の姿勢情報を取得し、前記取得した船体の姿勢情報から船体の横揺れ周期を算出し、前記算出した横揺れ周期と、予め定められた船体の横揺れ周期特性と、に基づいて、前記船体の横揺れ周期特性が示す最も船体の横揺れ角を低減できる横揺れ周期を特定し、前記特定した横揺れ周期に応じてフィンスタビライザを動作させる、制御方法である。

本発明によれば、船の横揺れ特性を考慮して、フィンスタビライザによる減揺効果を得ることが出来る。

本発明に係る第一実施形態における制御装置の一例を示すブロック図である。減揺タンクとフィンスタビライザの配置の一例を示す船の背面図である。本発明に係る第一実施形態における横揺れ周期の算出を説明する第一の図である。本発明に係る第一実施形態における横揺れ周期の算出を説明する第二の図である。本発明に係る第一実施形態における減揺制御を説明する第一の図である。本発明に係る第一実施形態における減揺制御を説明する第二の図である。本発明に係る第一実施形態における制御処理のフローチャートの一例である。本発明に係る第二実施形態における制御装置の一例を示すブロック図である。本発明に係る第二実施形態における制御処理のフローチャートの一例である。

＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による位置制御装置を図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態における制御装置の一例を示すブロック図である。
制御装置１０は、巡視船などの船に設けられた減揺装置であるフィンスタビライザおよび減揺タンク（ＡＲＴ：anti rolling tank）の制御を行う。特にフィンスタビライザの制御において、従来のようにフィンスタビライザによって揚力を発生させ、船体の横揺れ（ロール方向の揺れ）を相殺するのではなく、船の揺れ周期が減揺タンクの減揺効率が最も高くなる周期となるように動作させる。また、減揺タンクを作動しない場合、その状態で船の揺れの周期が最も揺れない周期となるように動作させる。

制御装置１０は、図１に示すように、姿勢情報取得部１１と、速度情報取得部１２と、揺れ周期算出部１３と、フィンスタビライザ制御部１４と、減揺タンク制御部１５と、記憶部１６とを備えている。制御装置１０は、例えば、１台または複数台のコンピュータ装置で構成されている。
姿勢情報取得部１１は、横揺れによる船の姿勢の変化を示す姿勢情報（船のロール方向の傾き）を、所定の時間間隔で、例えば船に設けられた加速度センサの検出結果に基づいて取得する。
速度情報取得部１２は、船の速度を、例えば電磁ログやドップラーログなどから取得する。
揺れ周期算出部１３は、姿勢情報取得部１１が時間の経過とともに順次取得した船の姿勢情報から船の横揺れ周期を算出する。
フィンスタビライザ制御部１４は、揺れ周期算出部１３が算出した横揺れ周期と、予め定められた船体の横揺れ周期特性曲線と、に基づいて、船体の横揺れ周期が、横揺れ周期特性曲線が示す最も横揺れ角を小さくできる横揺れ周期に近づけるようにフィンスタビライザの動作を制御する。
減揺タンク制御部１５は、減揺タンクの作動時および非作動時における船の揺れ周期特性曲線に基づいて、減揺タンクの作動と非作動を切り替える。
記憶部１６は、船体の横揺れ周期特性曲線など、制御に必要な種々の情報を記憶する。

図２は、減揺タンクとフィンスタビライザの配置の一例を示す船の背面図である。
本実施形態に係る船１は、図２に示すように、フィンスタビライザ３と減揺タンク４を備えている。フィンスタビライザ３は、船１の船底湾曲部に斜め下方に突出するように配置されている。フィンスタビライザ３は、フィン軸２を有しており、フィンスタビライザ制御部１４の指示に基づきフィン軸２を中心に回動することが出来る。フィンスタビライザ制御部１４は、フィンスタビライザ３の回動する角度（フィン翼角）を調整することによって船の進行によって生じる水流に応じた揚力（矢印３Ａ）を発生させ、船体の横揺れを防止する。フィンスタビライザ３によって発生する揚力の大きさは、翼角の大きさと船１の進行にともなう水流の速さに基づいて定められる。
減揺タンク４は、一対のウイングタンク５を備えており、一対のウイングタンク５は、流路６を介して連通状態とされる。ウイングタンク５内には、水（例えば清水や海水）が収容されており、減揺タンク４を作動させると、この水は、船の横揺れに対して位相遅れを持って一方のウイングタンク５から他方のウイングタンク５へ移動する。この移動によって、横波によって生じるモーメントを打ち消すモーメントが生じ減揺効果を得ることが出来る。なお、図２のφは、船１の横揺れ角を示している。

また、上述のようにフィンスタビライザは、船の進行によって生じる水流を用いて揚力を発生させる。フィンスタビライザの性質として船が所定の速度に満たない場合は、横揺れ減衰効果を得ることが出来ない。

ここで、フィンスタビライザと減揺タンクを作動させた場合のフィンスタビライザの一般的な制御について説明すると、船体が横揺れしたときの、横揺れ角などをセンサで検出して、横揺れ角が０になることを目標としてフィン翼角を制御していた。従来のフィンスタビライザの制御においては、船体の横揺れ周期については考慮していなかった為、例えば、減揺タンクとフィンスタビライザを併用する場合においても、船体の横揺れ周期が、減揺タンクの性能が最大となる横揺れ周期から離れている可能性があった。
これに対し、本実施形態では、フィンスタビライザのフィン翼を、船の横揺れ周期が最小となるような横揺れ周期に近づけるように制御することで横揺れの低減を図る。次に図３〜図７を用いて本実施形態における減揺タンクおよびフィンスタビライザの制御について説明する。

図３は、本発明に係る第一実施形態における横揺れ周期の算出を説明する第一の図である。
図４は、本発明に係る第一実施形態における横揺れ周期の算出を説明する第二の図である。
図３の縦軸は、船体の横揺れ角（φ）であり、横軸は、時間（ｔ）である。姿勢情報取得部１１は、所定の時間間隔で取得した船体の横揺れ角を、取得時刻と対応付けて記憶部１６に記録する。図３のグラフは、姿勢情報取得部１１が記録した時系列における横揺れ角をグラフ化したものである。
図４において、縦軸はスペクトル（ＳＰ）、横軸は横揺れ周期（Ｔｗ）である。揺れ周期算出部１３は、姿勢情報取得部１１が記録した時間経過に応じた横揺れ角を読み込んでフーリエ変換により、所定時間における横揺れをその周期ごとに分解し、どのような横揺れ周期によって形成されているかを解析（スペクトル解析）する。揺れ周期算出部１３は、解析結果から最も成分分布の多い周波数を、解析対象となった期間における横揺れ周期として決定する。図４の場合、揺れ周期算出部１３は、当該時間の船の横揺れ周期をＴｗ１と決定する。

図５は、本発明に係る第一実施形態における減揺制御を説明する第一の図である。
図５では、フィンスタビライザを作動させない場合の減揺制御を説明する。フィンスタビライザ制御部１４は、速度情報取得部１２が取得した船の速度の測定値と、予め記憶部１６に記録されたフィンスタビライザ有効船速とを比較して、船の速度の測定値がフィンスタビライザ有効船速に満たない場合、例えばフィンスタビライザを船体に格納するなどして、フィンスタビライザの制御を行わない。一方、減揺タンク制御部１５は、減揺タンクの作動、非作動を決定する。

図５において、曲線４１は、減揺タンクを作動させた場合における横揺れ周期と横揺れ角の関係（横揺れの周期特性曲線）を示している。曲線４２は、減揺タンクを作動させない場合における横揺れ周期と横揺れ角の関係（横揺れの周期特性曲線）を示している。これらの船体における横揺れの周期特性曲線は、予めシミュレーション等によって求められ記憶部１６に記録されているものとする。
図５で例示する周期特性曲線を有する減揺タンクの場合、減揺タンクを作動させない場合に最も横揺れ角が大きくなる横揺れ周期において、最も減揺効果が表れるように設計されている。また、図の周期Ｔｗ１のように横揺れ周期によっては、減揺タンクを作動させない方が横揺れ角を小さくすることができる。このような場合、減揺タンク制御部１５は、減揺タンクを作動させないよう制御する。具体的には、減揺タンク制御部１５は、記憶部１６に記録された船体における横揺れの周期特性曲線を用いて、揺れ周期算出部１３が算出した現在の船の横揺れ周期Ｔｗ１に対応する減揺タンクが作動した場合の横揺れ角（φ１）と、減揺タンクが作動していない場合の横揺れ角（φ２）とを求める。減揺タンク制御部１５は、これらの横揺れ角を比較し、減揺タンクが作動した場合の横揺れ角が小さければ、減揺タンクを作動させる。また、減揺タンク制御部１５は、減揺タンクを作動させない場合の横揺れ角が小さければ、減揺タンクを非作動とする。図５の場合、φ１＞φ２なので、減揺タンク制御部１５は、減揺タンクを非作動とする。

図６は、本発明に係る第一実施形態における減揺制御を説明する第二の図である。
図６では、フィンスタビライザを作動させる場合の減揺制御を説明する。つまり、図６を用いて説明する制御は、速度情報取得部１２が取得した船の速度の測定値が、予め記憶部１６に記録されたフィンスタビライザ有効船速を上回る場合の制御である。記憶部１６に記録された船体における横揺れの周期特性曲線は、図５のものと同様であるとする。
フィンスタビライザを作動させる場合、減揺タンク制御部１５は、記憶部１６に記録された船体における横揺れの周期特性曲線を用いて、揺れ周期算出部１３が決定した現在の船の横揺れ周期を、減揺タンクが作動した場合の横揺れ角が最も小さくなるときの横揺れ周期（第一横揺れ周期：図のＴｗ１＊）、および、減揺タンクが作動していない場合の横揺れ角が最も小さくなるときの横揺れ周期（第二横揺れ周期：図のＴｗ２＊）と比較する。そして、減揺タンク制御部１５は、揺れ周期算出部１３が決定した現在の横揺れ周期に近い方の横揺れ周期を特定し、特定した横揺れ周期に対応する動作（ＯＮまたはＯＦＦ）へ減揺タンクの動作を切り替える。

例えば、図６の場合、揺れ周期算出部１３が決定した横揺れ周期がＴｗ１だとすると、減揺タンク制御部１５は、｜Ｔｗ１−Ｔｗ１＊｜と｜Ｔｗ１−Ｔｗ２＊｜を比較する。この場合、｜Ｔｗ１−Ｔｗ１＊｜の方が値が小さくなるので、減揺タンク制御部１５は、横揺れ周期Ｔｗ１＊において横揺れ角が最小となる「減揺タンクＯＮ」の動作を選択し、減揺タンクを作動させる。また、揺れ周期算出部１３が決定した横揺れ周期がＴｗ２だとすると、減揺タンク制御部１５は、｜Ｔｗ２−Ｔｗ１＊｜と｜Ｔｗ２−Ｔｗ２＊｜を比較する。この場合、｜Ｔｗ２−Ｔｗ２＊｜の方が値が小さくなるので、減揺タンク制御部１５は、横揺れ周期Ｔｗ２＊において横揺れ角が最小となる「減揺タンクＯＦＦ」の動作を選択し、減揺タンクを非作動とする。

また、フィンスタビライザ制御部１４は、減揺タンク制御部１５と同様にして、船体における横揺れの周期特性曲線に基づいた、減揺タンク作動時と非作動時のそれぞれにおける横揺れ角が最小となる横揺れ周期を求め、求めた横揺れ周期のうち、揺れ周期算出部１３が決定した横揺れ周期により近い方を特定し、船体の横揺れ周期が、特定した横揺れ周期に近づくようにフィンスタビライザを動作させる。例えば、揺れ周期算出部１３が決定した横揺れ周期がＴｗ１だとすると、フィンスタビライザ制御部１４は、船体の横揺れ周期がＴｗ１＊となるようにフィンスタビライザを動作させる。また、揺れ周期算出部１３が決定した横揺れ周期がＴｗ２だとすると、フィンスタビライザ制御部１４は、船体の横揺れ周期がＴｗ２＊となるようにフィンスタビライザを動作させる。フィンスタビライザの動作方法については、例えば、船体の横揺れ周期がＴｗ１＊となるようにする場合、フィンスタビライザ制御部１４は、フィン翼角をＸ度〜Ｙ度まで回動させて、再び、Ｙ度〜Ｘ度に戻す動作を、Ｔｗ１＊が示す周期分の時間をかけて行う。フィンスタビライザ制御部１４は、船体の両舷に設けられたフィンスタビライザ３を目標とする横揺れ周期Ｔｗ１＊に合わせて揺らすことによって、船体を傾斜させるようにフィンスタビライザの揚力モーメントが横揺れ周期Tw1＊で作用するため船体の横揺れ周期を、目標横揺れ周期Ｔｗ１＊に近づけることが出来る。このフィンスタビライザの動作については、シミュレーションや実機での実験結果により、船速や横揺れ周期ごとに回動させる角度や動作周期が予め記憶部１６に記録されており、フィンスタビライザ制御部１４は、この記録に基づいて動作を行ってもよい。

このようなフィンスタビライザ制御部１４の制御により、減揺タンクを作動させた場合は、船体の横揺れ周期を減揺タンクの設計周期に近づけることができ、減揺タンクの減揺効果により船体の横揺れを抑えることが出来る。従来は、フィンスタビライザを船の横揺れ周期に関係なく制御していたところ、フィンスタビライザによる減揺効果と減揺タンクによる減揺効果の両立という点で最適な制御となっていない場合があった。本実施形態によれば、フィンスタビライザを使って船の横揺れ周期を減揺タンクの減揺効果が最大となる横揺れ周期に近づけることで、減揺タンクの減揺効果を最大限に発揮させることができる。また、本実施形態によれば、従来採用していたフィンスタビライザより、小さなサイズで同等の減揺性能を得ることが出来るのでコスト削減につながる。また、フィンスタビライザを作動させる場合、フィンスタビライザを張り出すこととなり、これが推進抵抗となるが、サイズを小さく出来ることで抵抗減となり、燃費の改善につながる。

また、減揺タンクを作動させない場合であっても、フィンスタビライザを使って船の横揺れ周期を船体の横揺れ特性に基づく、最も横揺れ角が小さくなる横揺れ周期に近づけることで、船体の横揺れを抑えることが出来る。

図７は、本発明に係る第一実施形態における制御処理のフローチャートの一例である。
図７を用いて本実施形態の減揺制御の処理手順について説明する。
まず、姿勢情報取得部１１が、例えば船内に設けられた加速度センサから所定の時間間隔で、加速度の検出情報を取得する。姿勢情報取得部１１は、例えば、重力加速度の変化から船体の傾きを算出し、船体の横揺れ角（ロール方向の傾き角度）を求める（ステップＳ１１）。姿勢情報取得部１１は、算出した横揺れ角と時刻とを対応付けて記憶部１６に記録する。次に、揺れ周期算出部１３は、スペクトラム解析によって船の横揺れ周期を算出する（ステップＳ１２）。揺れ周期算出部１３は、算出した船の横揺れ周期をフィンスタビライザ制御部１４と減揺タンク制御部１５に出力する。

次に、速度情報取得部１２は、船に設けられた電磁ログなどから船速を取得し（ステップＳ１３）、フィンスタビライザ制御部１４に出力する。次にフィンスタビライザ制御部１４は、記憶部１６からフィンスタビライザ有効船速を読み出して、速度情報取得部１２から取得した船速と比較する（ステップＳ１４）。速度情報取得部１２から取得した船速がフィンスタビライザ有効船速以下となった場合（ステップＳ１４＝Ｎｏ）、フィンスタビライザ制御部１４は、フィンスタビライザを使用しないことを決定し、フィンスタビライザを船体に格納するなどの制御を行う。また、フィンスタビライザ制御部１４は、フィンスタビライザを使用しないことを減揺タンク制御部１５に通知する。すると、減揺タンク制御部１５は、記憶部１６に記録された船体の横揺れ特性曲線を読み出し、ステップＳ１２で揺れ周期算出部１３から取得した現在の船の横揺れ周期に対応する減揺タンク作動時の横揺れ角と、同じく揺れ周期算出部１３から取得した現在の船の横揺れ周期に対応する減揺タンク非作動時の横揺れ角を比較する。減揺タンク制御部１５は、減揺タンク作動時の横揺れ角が小さければ、減揺タンクを作動させる制御信号を出力し、減揺タンク非作動時の横揺れ角が小さければ、減揺タンクを非作動とする制御信号を出力する（ステップＳ１５）。これにより、減揺タンクを作動させた方が有効な場合は、減揺タンクによる減揺効果を得ることが出来る。

一方、速度情報取得部１２から取得した船速がフィンスタビライザ有効船速を上回る場合（ステップＳ１４＝Ｙｅｓ）、フィンスタビライザ制御部１４は、フィンスタビライザを使用することを減揺タンク制御部１５に通知する。すると、減揺タンク制御部１５は、記憶部１６に記録された船体の横揺れ特性曲線を読み出し、ステップＳ１２で揺れ周期算出部１３から取得した現在の船の横揺れ周期が、減揺タンク作動時の横揺れ角が最も小さくなるときの横揺れ周期と減揺タンク非作動時の横揺れ角が最も小さくなるときの横揺れ周期とのうちどちらに近いかを求め、減揺タンクの動作（作動か非作動）を横揺れ周期が近い方の動作に切り替える（ステップＳ１６）。次に、フィンスタビライザ制御部１４は、フィンスタビライザの動作を目標とする横揺れ周期に応じて制御する（ステップＳ１７）。具体的には、フィンスタビライザ制御部１４は、減揺タンク制御部１５と同様にして、減揺タンク作動時および非作動時のうち、横揺れ角が最も小さくなるときの横揺れ周期が、揺れ周期算出部１３の算出した横揺れ周期に近い方の横揺れ周期を求め、船速と求めた横揺れ周期に応じてフィンスタビライザを動作させる。例えば、フィンスタビライザ制御部１４は、求めた横揺れ周期と同じ周期で、船速と横揺れ周期ごとに定められた角度だけフィン翼を回動させる。これにより、フィンを強制動揺させ船体の横揺れ周期を、横揺れ角が最小となる周期に合わせることが出来る。つまり、ステップＳ１６において減揺タンクを作動させた場合は、減揺タンクが最大限の減揺効果を発揮する横揺れ周期とすることで、船の横揺れを抑えることが出来る。また、ステップＳ１６において減揺タンクを作動させない場合は、減揺タンク非作動時の船体の横揺れ特性に基づいて最も船体が揺れない横揺れ周期とすることで、船の横揺れを抑えることが出来る。

なお、第一実施形態のフィンスタビライザの制御方法は、減揺タンクを備えていない船においても適用することが出来る。

＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による制御装置を図８〜図９を参照して説明する。
図８は、本発明に係る第二実施形態における制御装置の一例を示すブロック図である。
本実施形態の制御装置１０は、図８に示すように、姿勢情報取得部１１と、速度情報取得部１２と、揺れ周期算出部１３と、フィンスタビライザ制御部１４と、減揺タンク制御部１５と、記憶部１６と、波浪情報取得部１７と、船体情報取得部１８と、揺れ状態算出部１９と、動作モード決定部２０と、を備えている。

姿勢情報取得部１１は、船体の横揺れ角の他に、横揺れ角加速度を取得する。
フィンスタビライザ制御部１４は、第一実施形態と同様の船体の横揺れ周期を調整する制御の他に、従来のフィンスタビライザ制御も行う。従来の制御とは、例えば、フィンスタビライザによって揺れを抑え込む揚力モーメントを発生させ、姿勢情報取得部１１から取得する横揺れ角が０となることを目標にするフィードバック制御である。
記憶部１６は、船体の横揺れ周期特性曲線のほか、排水量や波高などと船体の横揺れの関係を規定したテーブル（船体応答データ）、排水量やＧＭ（メタセンタ高さ）などと減揺タンクの減揺性能の関係を規定したテーブル（減揺タンク性能データ）、船速や排水量などとフィンスタビライザの減揺性能の関係を規定したテーブル（フィンスタビライザ性能データ）などを記憶する。

波浪情報取得部１７は、船体に設けられた波高・波向センサから波浪情報を取得する。波浪情報とは、波高、波周期、波向などである。
船体情報取得部１８は、例えば船員から排水量、ＧＭなどの船体の状態に関する情報を取得する。船員は、船への積み荷が終わった段階で、公知の積付計算により、排水量、ＧＭを計算し、それらの値を制御装置１０へ入力する。船体情報取得部１８は、入力された情報の入力を受け付ける。

揺れ状態算出部１９は、姿勢情報取得部１１が取得した情報と、速度情報取得部１２が取得した情報と、波浪情報取得部１７が取得した情報と、船体情報取得部１８が取得した情報と、予め定められた波浪中の船体応答データと、予め定められた減揺タンク性能データと、予め定められたフィンスタビライザ性能データと、に基づいて、減揺タンクとフィンスタビライザのうち少なくとも１つを動作させたときの、船体の横揺れ角度と横揺れ角加速度のうち少なくとも一つを算出する。
動作モード決定部２０は、揺れ状態算出部１９の算出結果に基づいて、減揺タンクまたはフィンスタビライザの動作を決定する。
他の構成については第一実施形態と同様である。

第一実施形態の方法に限らず、フィンスタビライザや減揺タンクによる減揺効果は、船の状態（排水量、ＧＭ）や海象の変化によって様々であり、そのときの状況において最も有効な減揺制御が選択できることが好ましい。そこで、本実施形態では、複数の減揺方法の中から最も効果的な減揺方法を選択し、その方法によって船の横揺れを低減させる。ここで複数の減揺方法とは、（１）減揺タンク非作動＋第一実施形態によるフィンスタビライザ制御、（２）減揺タンク作動＋第一実施形態によるフィンスタビライザ制御、（３）減揺タンク作動＋従来のフィンスタビライザ制御、（４）減揺タンク非作動＋従来のフィンスタビライザ制御、（５）減揺タンク作動＋フィンスタビライザ非作動、（６）減揺タンク非作動＋フィンスタビライザ非作動である。

図９は、本発明に係る第二実施形態における制御処理のフローチャートの一例である。
図９を用いて第二実施形態の減揺制御について説明する。
まず、船体情報取得部１８が、船員から排水量とＧＭの入力を受け付け、これらの値を記憶部１６に記録する（ステップＳ２１）。次に速度情報取得部１２が、電磁ログなどから船速情報を取得し、船速情報を記憶部１６に記録する（ステップＳ２２）。次に波浪情報取得部１７が、波高・波向センサから波浪情報を取得し、波浪情報を記憶部１６に記録する（ステップＳ２３）。

次に、揺れ状態算出部１９は、上記の（１）〜（６）の各動作モードについての運動モデルを使ってシミュレーションを行うことにより、船体の横揺れ角と横揺れ角加速度を計算する（ステップＳ２４）。具体的には、揺れ状態算出部１９は、船体の運動モデルとなる船体運動方程式を作成する。船体運動方程式は、例えば以下の式（１）で表される。

式（１）において、φは船体横揺れ角、θは波傾斜角、δはフィン翼角、ζは減揺タンクの水位角である。また、式（１）左辺の第１項は慣性項、第２項は減衰項、第３項は復元性項である。式（１）右辺の第１項は波浪外力項、第２項はフィンスタビライザによるモーメントを示す項、第３項は減揺タンクによるモーメントを示す項である。揺れ状態算出部１９は、ステップＳ２１〜２３で記憶部１６に記録した排水量、ＧＭ、船速、波高、波周期、波向の各パラメータを用いて、波浪中船体応答データから船体の揺れを求める。また、揺れ状態算出部１９は、波周期と波高から波傾斜角θを計算する。また、揺れ状態算出部１９は、波浪中船体応答データに基づく船体の揺れと波傾斜角θとから予め記憶部１６に記録された船体に加わる波浪外力を求める関数ｆ１を得る。また、揺れ状態算出部１９は、記憶部１６に記録した排水量、ＧＭ、船速を用いて、フィンスタビライザ性能データからフィンスタビライザの性能特性を求め、予め記憶部１６に記録されたフィンスタビライザによるモーメントを求める関数ｆ２を得る。また、揺れ状態算出部１９は、記憶部１６に記録した排水量、ＧＭを用いて、減揺タンク性能データから減揺タンクの性能特性を求め、予め記憶部１６に記録された減揺タンクによるモーメントを求める関数ｆ３を得る。また、左辺の各係数ａ_１、ａ_２、ａ_３は、予め記憶部１６に記録されており、揺れ状態算出部１９は、記憶部１６からこれらの値を取得する。例えば、「（４）減揺タンク非作動＋従来のフィンスタビライザ制御」の船体運動方程式の場合、上記の式（１）は、右辺の第３項が無い式となる。「（５）減揺タンク作動＋フィンスタビライザ非作動」、「（６）減揺タンク非作動＋フィンスタビライザ非作動」の場合も同様である。また、「（１）減揺タンク非作動＋第一実施形態によるフィンスタビライザ制御」と「（３）減揺タンク作動＋従来のフィンスタビライザ制御」における右辺第２項の関数ｆ２は異なる関数となる。なお、δ、ζはシミュレーションにより変化させるパラメータであるが、定常状態においては一意に定まる。

揺れ状態算出部１９は、上記の（１）〜（６）の各動作モードの定常状態における式（１）の船体運動方程式をシミュレーションによって求め、各方程式を船体横揺れ角φについて解き、横揺れ角と横揺れ角加速度を求める。揺れ状態算出部１９は、（１）〜（６）の動作モードごとに、計算した横揺れ角と横揺れ角加速度を記憶部１６に記録する。次に、姿勢情報取得部１１は、加速度センサの検出情報に基づいて、船体の横揺れ角、横揺れ角加速度を算出し取得する（ステップＳ２５）。姿勢情報取得部１１は、横揺れ角と角加速度を動作モード決定部２０に出力する。

次に動作モード決定部２０は、最適な動作モードを決定する（ステップＳ２６）。具体的には、動作モード決定部２０は、（１）〜（６）の動作モードごとの横揺れ角と角加速度を記憶部１６から読み出して、これらのうち、例えば、最も横揺れ角の小さい動作モード、または、最も横揺れ角加速度の値が小さい動作モードを選択する。横揺れ角を比較するか、横揺れ角加速度を比較するかは、例えば、船員により予め設定された値が記憶部１６に記録されていて、動作モード決定部２０は、その記録に基づいて決定する。横揺れ角で比較すると、揺れが最も小さい動作モードが選択され、横揺れ角加速度で比較すると、揺れが速い動作モードが選択される。船員は、航行の条件や目的に応じて、例えば、横揺れが多少大きくても、横揺れ周期が速い方が良い場合などに横揺れ角加速度による比較を選択することができる。

次に動作モード決定部２０は、横揺れ角によって動作モードを選択した場合、選択した動作モードでの横揺れ角と、姿勢情報取得部１１から取得した横揺れ角を比較する。また、動作モード決定部２０は、横揺れ角加速度によって動作モードを選択した場合、選択した動作モードでの横揺れ角加速度と、姿勢情報取得部１１から取得した横揺れ角加速度を比較する。横揺れ角によって動作モードを選択した場合であって、姿勢情報取得部１１から取得した横揺れ角が選択した動作モードでの横揺れ角よりも小さい場合、他の動作モードに切り替えると横揺れ角が大きくなる可能性が高いため、動作モード決定部２０は、現在の動作モードを継続することを決定する。姿勢情報取得部１１から取得した横揺れ角が選択した動作モードでの横揺れ角よりも大きい場合、動作モード決定部２０は、各動作モードの中から選択した動作モードで減揺制御を行うことを決定する。横揺れ角加速度によって動作モードを選択した場合についても同様である。

また、動作モード決定部２０は、ステップＳ２４のシミュレーションの正確さを検証する。具体的には、動作モード決定部２０は、姿勢情報取得部１１から取得した横揺れ角と現在の動作モードにおける船体運動方程式によって得た横揺れ角を比較する。同様に、動作モード決定部２０は、姿勢情報取得部１１から取得した横揺れ角加速度と現在の動作モードにおける船体運動方程式によって得た横揺れ角加速度を比較する。例えば、現在、減揺タンク非作動、フィンスタビライザ非作動で動作している場合、姿勢情報取得部１１から取得した横揺れ角および角加速度を、上述の動作モード（６）について船体運動方程式を解いて求めた横揺れ角および横揺れ角加速度と比較する。これらの比較において、両者の値が所定の閾値以上乖離していた場合は、動作モード決定部２０は、ステップＳ２４のシミュレーション結果に問題があると判定し、現在の動作モードを継続することを決定する。あるいは、再度、ステップＳ２４からの処理を繰り返してもよい。

動作モードを決定すると、動作モード決定部２０は、決定した動作モードの識別情報をフィンスタビライザ制御部１４と減揺タンク制御部１５に出力する。フィンスタビライザ制御部１４は、取得した動作モードに従ってフィンスタビライザの制御を行う。減揺タンク制御部１５は、取得した動作モードに従って減揺タンクの作動と非作動を制御する。

本実施形態によれば、船体の状態、海象、船速に応じて減揺効果が最適な減揺方法を選ぶことが出来る。なお、上記の動作モード（１）〜（６）は一例であって、これに限定されない。例えば、動作モード（３）〜（６）のみを対象にして最適な動作モードを選択してもよい。また、最も横揺れ角または横揺れ角加速度が小さい動作モードを選択する場合を例に説明を行ったがこれに限定されない。例えば横揺れ角が所定の閾値１以下、且つ、横揺れ角加速度が所定の閾値２以下となる動作モードを選択するようにしてもよい。

なお、上述した制御装置１０における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを制御装置１０のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
また、制御装置１０は、１台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１・・・船
２・・・フィン軸
３・・・フィンスタビライザ
４・・・減揺タンク
５・・・ウイングタンク
６・・・流路
１０・・・制御装置
１１・・・姿勢情報取得部
１２・・・速度情報取得部
１３・・・揺れ周期算出部
１４・・・フィンスタビライザ制御部
１５・・・減揺タンク制御部
１６・・・記憶部
１７・・・波浪情報取得部
１８・・・船体情報取得部
１９・・・揺れ状態算出部
２０・・・動作モード決定部

Claims

船の横揺れによる姿勢の変化を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
前記姿勢情報取得部が取得した姿勢情報から船の横揺れ周期を算出する揺れ周期算出部と、
前記揺れ周期算出部が算出した横揺れ周期と、予め定められた船体の横揺れ周期特性と、に基づいて、前記船体の横揺れ周期特性が示す最も船体の横揺れ角を低減できる横揺れ周期を特定し、前記特定した横揺れ周期に応じてフィンスタビライザを動作させるフィンスタビライザ制御部と、
を備える制御装置。
船の速度を取得する速度情報取得部と、
前記速度情報取得部が取得した船の速度が所定の速度を上回る場合に、前記船体の横揺れ周期特性に含まれる減揺タンクの作動時および非作動時における周期特性に基づいて、前記算出した横揺れ周期を、前記減揺タンクの作動時の周期特性に基づく横揺れ角が最も小さくなるときの第一横揺れ周期と前記減揺タンクの非作動時の周期特性に基づく横揺れ角が最も小さくなるときの第二横揺れ周期のそれぞれと比較し、前記算出した横揺れ周期が第一横揺れ周期により近い場合に減揺タンクを作動させ、前記算出した横揺れ周期が第二横揺れ周期により近い場合に減揺タンクを非作動とする、減揺タンク制御部と、
をさらに備え、
前記フィンスタビライザ制御部は、前記速度情報取得部が取得した船の速度が所定の速度を上回る場合に、前記特定した横揺れ周期に応じてフィンスタビライザを動作させる、
請求項１に記載の制御装置。
前記減揺タンク制御部は、前記速度情報取得部が取得した船の速度が所定の速度以下の場合に、前記船体の横揺れ周期特性に含まれる減揺タンクの作動時および非作動時における周期特性に基づいて、前記算出した横揺れ周期における減揺タンクの作動時の横揺れ角と、前記算出した横揺れ周期における減揺タンクの非作動時の横揺れ角と、を比較し、減揺タンクの作動時の横揺れ角が小さい場合に減揺タンクを作動させ、減揺タンクの非作動時の横揺れ角が小さい場合に減揺タンクを非作動とする、
請求項２に記載の制御装置。
波の状態を示す波浪情報を取得する波浪情報取得部と、
船の排水量とメタセンタ高さを取得する船体情報取得部と、
前記姿勢情報取得部が取得した情報と、前記速度情報取得部が取得した情報と、前記波浪情報取得部が取得した情報と、前記船体情報取得部が取得した情報と、予め定められた波浪中の船体応答データと、予め定められた減揺タンク性能データと、予め定められたフィンスタビライザ性能データと、に基づいて、減揺タンクとフィンスタビライザのうち少なくとも１つを動作させたときの横揺れ角度と横揺れ角加速度とのうち少なくとも一方を算出する揺れ状態算出部と、
前記揺れ状態算出部が算出した横揺れ角度と横揺れ角加速度とのうち少なくとも一方に基づいて、減揺タンクとフィンスタビライザとのうち少なくとも一方の動作を決定する動作モード決定部と、
をさらに備える請求項３に記載の制御装置。
船の横揺れによる姿勢の変化を示す姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
船の速度を取得する速度情報取得部と、
波の状態を示す波浪情報を取得する波浪情報取得部と、
船の排水量とメタセンタ高さを取得する船体情報取得部と、
前記姿勢情報取得部が取得した情報と、前記速度情報取得部が取得した情報と、前記波浪情報取得部が取得した情報と、前記船体情報取得部が取得した情報と、予め定められた波浪中の船体応答データと、予め定められた減揺タンク性能データと、予め定められたフィンスタビライザ性能データと、に基づいて、減揺タンクとフィンスタビライザのうち少なくとも１つを動作させたときの横揺れ角度と横揺れ角加速度とのうち少なくとも一方を算出する揺れ状態算出部と、
前記揺れ状態算出部が算出した横揺れ角度と横揺れ角加速度とのうち少なくとも一方に基づいて減揺タンクとフィンスタビライザとのうち少なくとも一方の動作を決定する動作モード決定部と、
を備える制御装置。
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御装置を備える、船。
船体の横揺れによる姿勢の変化を示す船体の姿勢情報を取得し、
前記取得した船体の姿勢情報から船体の横揺れ周期を算出し、
前記算出した横揺れ周期と、予め定められた船体の横揺れ周期特性と、に基づいて、前記船体の横揺れ周期特性が示す最も船体の横揺れ角を低減できる横揺れ周期を特定し、前記特定した横揺れ周期に応じてフィンスタビライザを動作させる、
制御方法。