JP6489641B2 - 船艇用モータの制御装置、制御方法、及び制御プログラム - Google Patents
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Description
まず、図1A、図1B及び図2を参照しながら、本発明の前提となる、船艇(電気推進船)の運動特性とモータの特性との関係を説明し、続いて、船艇の運動特性と運動曲線との関係について説明する。
図3ないし図5を参照しながら、本実施形態に係る制御装置について説明する。
次に、図6ないし図16を参照しながら、本実施形態に係る制御方法及び制御プログラムについて説明する。
次に、図7から図10を参照しながら、本実施形態において使用する各種データの内容について詳しく説明する。図7は、設定データ入力画面の一例を示す図である。設定データは、直接の制御対象となるモータ11の仕様と、モータ11によって回転力を与えられるプロペラ20の仕様と、プロペラ20の回転によって得られる推力によって速力を与えられる船体の仕様等に関する属性情報を含むデータである。一般的に、プロペラの属性情報としては、翼数、直径、ピッチ、及び材質等が仕様として提供されており、船体の属性情報としては、総トン数、排水量、水線長、及び船型等が、仕様として提供されている。これらは、船艇の推進性能を左右する重要な属性であるので、設定データとして利用する。ここでは、理解を容易にするために入力画面例を用いて各種の設定データについて説明するが、必ずしも入力画面から入力される必要はない。例えば、記憶媒体103に記憶された設定データを用いてもよい。設定データは、異なる走行モードに対応した複数の加速特性から選択された加速特性を特定するデータを含む。
図8は、特性データ表示画面の一例を示す図である。図8に示す表示画面例では、船体特性データとして、船速を横軸に示し、船速を得るために必要となるモータ出力を縦軸に示した船速−出力カーブを表示している。この船速−出力カーブは、上述した抵抗カーブに基づいて船体特性生成部131により生成されるデータであり、一般的に知られているように、船速と船体抵抗との積によってモータ出力を算出することができる。
次に、本実施形態において運動モデル生成部133によって生成される各種の運動モデルデータについて、より詳しく説明する。図9は、運動モデル生成処理を示すフローチャートである。
次に、本実施形態において生成されるモデル加速度曲線について説明する。モデル加速度曲線とは、走行モードに対応した加速特性を表す加速度曲線のことである。本実施形態では、図10に示すモード選択入力画面によりプルダウンメニューから走行モードを選択する。より詳しくは、加速感と乗り心地とのバランスを重視した「ノーマル」モード、なめらかな加速による乗り心地を重視した「ラグジュアリー」モード、加速感を重視した「スポーツ」モード、または、モータ11に対する加速制御を行わずに特性データを取得するための走行を行う「特性テスト」モードを選択することが可能である。操船者は、走行前にモバイル端末3を用いて走行モードを選択することが可能であり、選択された走行モードに対応した設定データが設定データ書込部112によりメモリ102または記憶媒体103に記憶される。
次に、船外機1のコントロールユニット100によるモータ11の制御方法について、図12に示すブロック線図を参照しながら説明する。
上記の実施形態では、モータ11のコントロールユニット100は、船外機1に実装するものとして説明したが、これに限らず、船内機もしくは船内外機に実装したり、あるいは、外付けのシステムとして構成してもよい。
2 動力源ユニット
3 モバイル端末
4 GPS
10 ドライブユニット
11 モータ
12 インバータ
20 プロペラ
30 スロットル
100 コントロールユニット
107 バス
110 データ書込部
120 データ取得部
130 特性データ取得部
140 トルク制御部
150 表示データ作成部
160 動力源制御部
Claims (26)
- 操作指示量に関する情報を示す指示量データ、及び船艇の走行状態に関する情報を示す走行データを取得するデータ取得部と、
船体及びプロペラに関する属性情報を含む設定データ及び前記走行データに基づいて、船体及びプロペラの特性情報を含む特性データを生成する特性データ生成部と、
船艇の運動曲線に関する情報を示す運動曲線データから特定される目標加速度と前記走行データから特定される実加速度との差分である差分加速度、及び前記特性データに基づいて、前記指示量データに対応する入力トルク指令を補正し、前記船艇のモータに対する出力トルク指令を生成するトルク制御部と、
を備えることを特徴とする船艇用モータの制御装置。 - 前記トルク制御部は、
前記入力トルク指令を取得する入力トルク指令取得部と、
前記走行データに基づいて実加速度を算出する実加速度算出部と、
前記運動曲線データに基づいて、前記目標加速度を特定する目標加速度曲線を生成する目標加速度曲線生成部と、
前記差分加速度及び前記特性データに基づいて補正トルクを算出し、前記補正トルク及び前記入力トルク指令に基づいて前記出力トルク指令の値を決定する出力トルク指令生成部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の船艇用モータの制御装置。 - 前記運動曲線データは、加速度の時間変化を無次元化したモデル加速度曲線を含み、
前記目標加速度曲線生成部は、前記入力トルク指令に対応する加速度及び前記入力トルク指令を補正する補正実行時間に基づいて、前記モデル加速度曲線を有次元化することにより前記目標加速度曲線を生成することを特徴とする請求項2に記載の船艇用モータの制御装置。 - 前記運動曲線データは、加速度曲線を示すデータであることを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の船艇用モータの制御装置。
- 前記設定データは、異なる走行モードに対応した複数の加速特性から選択された加速特性を特定するデータを含むことを特徴とする請求項1から4いずれかに記載の船艇用モータの制御装置。
- 前記運動曲線データは、前記入力トルク指令をステップ入力した場合の過渡特性を一次遅れ系で近似し、前記設定データ及び前記特性データを用いて生成した伝達関数に基づいて船速の時間変化を表した理論運動モデルにより生成されたものであることを特徴とする請求項1から5いずれかに記載の船艇用モータの制御装置。
- 前記特性データは、前記モータの特性情報を示すモータ特性データを含み、
前記入力トルク指令は、前記モータ特性データに基づいて決定されることを特徴とする請求項6に記載の船艇用モータの制御装置。 - 前記特性データは、前記プロペラの特性情報として、前記プロペラの回転によって発生するプロペラ推力を算出するためのプロペラ係数を含み、
前記トルク制御部は、前記プロペラ係数を用いて前記入力トルク指令を補正することを特徴とする請求項1から7いずれかに記載の船艇用モータの制御装置。 - 前記特性データは、前記船体の特性情報として、船速と船体抵抗との関係を表す抵抗カーブを含み、
前記トルク制御部は、前記船体抵抗を用いて前記入力トルク指令を補正することを特徴とする請求項1から7いずれかに記載の船艇用モータの制御装置。 - 前記トルク制御部は、前記入力トルク指令に基づいて加速操作が行われたか否かを判定し、加速操作が行われていると判定した場合には前記入力トルク指令を補正することを特徴とする請求項1から9いずれかに記載の船艇用モータの制御装置。
- 前記トルク制御部は、前記走行データに基づいて滑走状態か否か及び船速が定常値に達しているか否かを判定し、滑走状態と判定した場合及び船速が定常値に達したと判定した場合には、前記入力トルク指令に対する補正を終了し、前記入力トルク指令を前記出力トルク指令とすることを特徴とする請求項10に記載の船艇用モータの制御装置。
- 直流電力を供給する動力源ユニットをさらに備え、
前記動力源ユニットは、前記モータが要求する大電力の出力を瞬時に供給可能な蓄電ユニットを含むことを特徴とする請求項1から12いずれかに記載の船艇用モータの制御装置。 - 操作指示量に関する情報を示す指示量データ、及び船艇の走行状態に関する情報を示す走行データを取得するデータ取得ステップと、
船体及びプロペラに関する属性情報を含む設定データ及び前記走行データに基づいて船体及びプロペラの特性情報を含む特性データを生成する特性データ生成ステップと、
船艇の運動曲線に関する情報を示す運動曲線データから特定される目標加速度と前記走行データから特定される実加速度との差分である差分加速度、及び前記特性データに基づいて、前記指示量データに対応する入力トルク指令を補正し、前記船艇のモータに対する出力トルク指令を生成するトルク制御ステップと、
を備えることを特徴とする船艇用モータの制御方法。 - 前記トルク制御ステップは、
前記入力トルク指令を取得する入力トルク指令取得ステップと、
前記走行データに基づいて実加速度を算出する実加速度算出ステップと、
前記運動曲線データに基づいて、前記目標加速度を特定する目標加速度曲線を生成する目標加速度曲線生成ステップと、
前記差分加速度及び前記特性データに基づいて補正トルクを算出し、前記補正トルク及び前記入力トルク指令に基づいて前記出力トルク指令の値を決定する出力トルク指令生成ステップと、
を備えることを特徴とする請求項14に記載の船艇用モータの制御方法。 - 前記運動曲線データは、加速度の時間変化を無次元化したモデル加速度曲線を含み、
前記目標加速度曲線生成ステップでは、前記入力トルク指令に対応する加速度及び前記入力トルク指令を補正する補正実行時間に基づいて、前記モデル加速度曲線を有次元化することにより前記目標加速度曲線を生成することを特徴とする請求項15に記載の船艇用モータの制御方法。 - 前記運動曲線データは、加速度曲線を示すデータであることを特徴とする請求項14から16いずれかに記載の船艇用モータの制御方法。
- 前記設定データは、異なる走行モードに対応した複数の加速特性から選択された加速特性を特定するデータを含むことを特徴とする請求項14から17いずれかに記載の船艇用モータの制御方法。
- 前記運動曲線データは、前記入力トルク指令をステップ入力した場合の過渡特性を一次遅れ系で近似し、前記設定データ及び前記特性データを用いて生成した伝達関数に基づいて船速の時間変化を表した理論運動モデルにより生成されることを特徴とする請求項12から16いずれかに記載の船艇用モータの制御方法。
- 前記特性データは、前記モータの特性情報を示すモータ特性データを含み、
前記入力トルク指令は、前記モータ特性データに基づいて決定されることを特徴とする請求項19に記載の船艇用モータの制御方法。 - 前記特性データは、前記プロペラの特性情報として、前記プロペラの回転によって発生するプロペラ推力を算出するためのプロペラ係数を含み、
前記トルク制御ステップでは、前記プロペラ係数を用いて前記入力トルク指令を補正することを特徴とする請求項14から20いずれかに記載の船艇用モータの制御方法。 - 前記特性データは、前記船体の特性情報として、船速と船体抵抗との関係を表す抵抗カーブを含み、
前記トルク制御ステップでは、前記船体抵抗を用いて前記入力トルク指令を補正することを特徴とする請求項14から20いずれかに記載の船艇用モータの制御方法。 - 前記トルク制御ステップでは、前記入力トルク指令に基づいて加速操作が行われたか否かを判定し、加速操作が行われていると判定した場合には前記入力トルク指令を補正することを特徴とする請求項14から22いずれかに記載の船艇用モータの制御方法。
- 前記トルク制御ステップでは、前記走行データに基づいて滑走状態か否か及び船速が定常値に達しているか否かを判定し、滑走状態と判定した場合及び船速が定常値に達したと判定した場合には、前記入力トルク指令に対する補正を終了し、前記入力トルク指令を前記出力トルク指令とすることを特徴とする請求項23に記載の船艇用モータの制御方法。
- 請求項14から25いずれかに記載の船艇用モータの制御方法における各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする船艇用モータの制御プログラム。
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