JP6780528B2 - Position holding method and moving body - Google Patents

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Description

本発明は、水中や水上を移動する移動体に位置保持を行わせる位置保持方法、および、該方法の実施に用いる移動体に関するものである。 The present invention relates to a position holding method for causing a moving body moving in water or water to hold a position, and a moving body used for carrying out the method.

水上を移動する移動体として船舶が知られている。 Ships are known as mobiles that move on the water.

船舶に定点保持を行わせるための手段としては、従来、船舶用位置保持制御装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a position holding control device for ships has been proposed as a means for causing a ship to hold a fixed point (see, for example, Patent Document 1).

これは、基本的には、船舶に作用する外乱の方向を推定し、その結果得られる外乱推定方位に目標方位を設定して、この目標方位に向くように船体の方位制御を行うものとされている。 Basically, the direction of the disturbance acting on the ship is estimated, the target direction is set to the estimated disturbance direction obtained as a result, and the direction of the hull is controlled so as to face this target direction. ing.

また、自立航走型の移動体としては、AUV(Autonomous Underwater Vehicle)あるいはUUV(Unmanned Underwater Vehicle)と呼ばれる水中航走体が知られている。 Further, as an autonomous underwater vehicle, an underwater vehicle called an AUV (Autonomous Underwater Vehicle) or a UUV (Unmanned Underwater Vehicle) is known.

この種の移動体も、使用目的や使用計画に応じて、一定の位置を保持する運用が望まれることがある。 It may be desired that this type of mobile body also be operated to maintain a certain position depending on the purpose of use and the plan of use.

特開2010−173589号公報JP-A-2010-173589

ところで、水上の移動体には、潮流と風などが外乱として作用する。また、水中の移動体には、潮流が外乱として作用する。 By the way, tidal currents and winds act as disturbances on moving objects on the water. In addition, the tidal current acts as a disturbance on the moving body in the water.

ところが、潮流の方向は、時間経過に従って変化する場合がある。また、風向は、時間経過により変化することが多い。そのため、移動体に外乱が作用する方向は、時間経過とともに変化する。特に、外乱が軽微な場合は、外乱が作用する方向に変化が生じやすい。 However, the direction of the tidal current may change over time. In addition, the wind direction often changes with the passage of time. Therefore, the direction in which the disturbance acts on the moving body changes with the passage of time. In particular, when the disturbance is slight, the direction in which the disturbance acts is likely to change.

また、外乱が作用する方向の推定には、必ず誤差が伴う。 In addition, there is always an error in estimating the direction in which the disturbance acts.

そのため、外乱が軽微であればあるほど、わずかな推定の誤差や、外乱が作用する方向の変化に起因して、推定される外乱推定方位が大きく変化する。 Therefore, the smaller the disturbance, the larger the estimated disturbance estimation direction changes due to a slight estimation error or a change in the direction in which the disturbance acts.

したがって、特許文献1に示された、外乱推定方位に設定される目標方位を向くように船体の方位制御を行う手法では、外乱が軽微なときには、目標方位が短時間で大きく変化したり、目標方位の変化が頻繁に生じたりする虞がある。このように、目標方位の短時間での大きな変化や、目標方位の頻繁な変化が生じると、目標方位に従って実施する船舶の方位制御の処理や動作が煩雑になるというのが実情である。 Therefore, in the method of controlling the hull direction so as to face the target direction set in the disturbance estimation direction shown in Patent Document 1, when the disturbance is slight, the target direction changes significantly in a short time or the target. There is a risk that the orientation will change frequently. As described above, when a large change in the target direction in a short time or a frequent change in the target direction occurs, the actual situation is that the processing and operation of the direction control of the ship to be performed according to the target direction become complicated.

そこで、本発明は、外乱の大きさがどのような場合であっても、移動体の目標方位に短時間での大きな変化や頻繁な変化が生じることを抑制できて、移動体の方位制御を安定させた状態で移動体に位置保持を行わせることができる位置保持方法、および、該方法の実施に用いる移動体を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention can suppress a large change or a frequent change in the target direction of the moving body in a short time regardless of the magnitude of the disturbance, and can control the direction of the moving body. It is an object of the present invention to provide a position holding method capable of causing a moving body to hold a position in a stabilized state, and a moving body used for carrying out the method.

本発明は、前記課題を解決するために、水中または水上を移動する移動体の機体前後方向の推進力と、機体左右方向の方位制御推進力を発生するアクチュエータへ制御出力を与える制御装置にて、目標位置と、基準方位の初期値が設定される処理と、前記移動体の自機の位置の情報を取得する処理と、前記移動体の機体の向く方位の情報を取得する処理と、前記移動体の自機に外乱が作用する方位を推定する処理と、前記移動体の自機の位置について、前記目標位置からの機体左右方向に関する偏差が、設定されたしきい値以上となる状態が設定された時間以上継続するという再設定条件が満たされるか否かを判断する処理と、前記再設定条件が満たされないと判断される場合は、その時点で設定されている前記基準方位を目標方位として、前記機体の向く方位を該目標方位に合わせ、前記自機の位置を前記目標位置に保持するための制御出力を前記アクチュエータへ与える処理と、前記再設定条件が満たされると判断される場合は、基準方位を、その時点で推定される前記自機に外乱が作用する方位に対向する方位に再設定し、次いで、再設定された前記基準方位を目標方位として、前記機体の向く方位を該目標方位に合わせ、前記自機の位置を前記目標位置に保持するための制御出力を前記アクチュエータへ与える処理と、を行う位置保持方法とする。 In order to solve the above problems, the present invention is a control device that gives a control output to an actuator that generates a propulsive force in the front-rear direction of a moving body moving underwater or on the water and a directional control propulsive force in the left-right direction of the machine. , The process of setting the target position and the initial value of the reference direction, the process of acquiring the information of the position of the moving body's own machine, the process of acquiring the information of the direction of the moving body's body, and the above. The process of estimating the direction in which the disturbance acts on the moving body's own machine and the state in which the deviation of the moving body's own machine from the target position in the left-right direction of the machine is equal to or greater than the set threshold value. The process of determining whether or not the reset condition of continuing for a set time or longer is satisfied, and if it is determined that the reset condition is not satisfied, the reference direction set at that time is set as the target direction. When it is determined that the process of adjusting the directional direction of the aircraft to the target directional direction and giving the actuator a control output for holding the position of the own aircraft at the target position and the resetting condition are satisfied. Resets the reference direction to the direction opposite to the direction in which the disturbance acts on the own aircraft estimated at that time, and then sets the reset reference direction as the target direction and sets the direction in which the aircraft faces. It is a position holding method that performs a process of giving a control output for holding the position of the own machine to the target position to the actuator according to the target direction.

前記移動体として、水中航走体を用いる方法としてある。 As the moving body, there is a method of using an underwater vehicle.

また、水中または水上を移動する移動体であって、前記移動体の自機の位置の情報を取得する手段と、前記移動体の機体の向く方位の情報を取得する手段と、前記移動体の機体前後方向の推進力と、機体左右方向の方位制御推進力を発生するアクチュエータと、制御装置とを備え、前記制御装置は、目標位置と、基準方位の初期値が設定される機能と、前記移動体の自機に外乱が作用する方位を推定する機能と、前記移動体の自機の位置について、前記目標位置からの機体左右方向に関する偏差が、設定されたしきい値以上となる状態が設定された時間以上継続するという再設定条件が満たされるか否かを判断する処理を行う機能と、前記判断処理にて、再設定条件が満たされないと判断される場合は、その時点で設定されている前記基準方位を目標方位として、前記機体の向く方位を該目標方位に合わせ、前記自機の位置を前記目標位置に保持するための制御出力を前記アクチュエータへ与える処理を行う機能と、前記判断処理にて、前記再設定条件が満たされると判断される場合は、基準方位を、その時点で推定される前記自機に外乱が作用する方位に対向する方位に再設定し、次いで、再設定された前記基準方位を目標方位として、前記機体の向く方位を該目標方位に合わせ、前記自機の位置を前記目標位置に保持するための制御出力を前記アクチュエータへ与える処理を行う機能と、を備えるものとした構成を有する移動体とする。 Further, a moving body that moves underwater or on water, a means for acquiring information on the position of the moving body's own machine, a means for obtaining information on the orientation of the moving body's body, and a means for the moving body. The control device includes an actuator that generates a propulsive force in the front-rear direction of the aircraft, a directional control propulsive force in the left-right direction of the aircraft, and a control device. The control device has a function of setting a target position and an initial value of a reference direction, and the above. The function of estimating the direction in which the disturbance acts on the moving body's own machine and the state in which the deviation of the moving body's own machine from the target position in the left-right direction of the machine is equal to or greater than the set threshold value. A function that determines whether or not the reset condition of continuing for a set time or longer is satisfied, and if the determination process determines that the reset condition is not satisfied, it is set at that time. The function of performing a process of adjusting the direction in which the aircraft faces to the target direction and giving a control output for holding the position of the own machine at the target position to the actuator, with the reference direction as the target direction, and the above-mentioned If it is determined by the determination process that the resetting condition is satisfied, the reference direction is reset to the direction opposite to the direction in which the disturbance acts on the own machine estimated at that time, and then reset. A function of performing a process of giving a control output to the actuator for holding the position of the own machine at the target position by adjusting the direction of the aircraft to the target direction with the set reference direction as the target direction. It is a moving body having a configuration in which the above is provided.

本発明の位置保持方法によれば、外乱の大きさがどのような場合であっても、移動体の目標方位に短時間での大きな変化や頻繁な変化が生じることを抑制できて、移動体の方位制御を安定させた状態で移動体に位置保持を行わせることができる。 According to the position holding method of the present invention, it is possible to suppress a large change or a frequent change in the target direction of the moving body in a short time regardless of the magnitude of the disturbance, and the moving body can be suppressed. It is possible to make the moving body hold the position while the directional control of the above is stabilized.

また、本発明の移動体によれば、前記位置保持方法を実現することができる。 Further, according to the moving body of the present invention, the position holding method can be realized.

位置保持方法の実施に用いる移動体の第1実施形態を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the 1st Embodiment of the moving body used for carrying out the position holding method. 図1の移動体における制御装置を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the control device in the moving body of FIG. 図2の制御装置における基準方位設定部の動作フローを示す図である。It is a figure which shows the operation flow of the reference direction setting part in the control device of FIG. 移動体の位置保持動作の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline of the position holding operation of a moving body. 位置保持方法の実施に用いる移動体の第2実施形態を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the 2nd Embodiment of the moving body used for carrying out the position holding method. 図5の移動体における制御装置を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the control device in the moving body of FIG.

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1乃至図4は、位置保持方法および移動体の第1実施形態として、位置保持の対象となる移動体を、水中航走体とした例を示すものである。
[First Embodiment]
1 to 4 show an example in which the moving body to be the target of the position holding is an underwater navigating body as the position holding method and the first embodiment of the moving body.

図1は本実施形態で位置保持方法の実施に用いる水中航走体を示す概要図である。図2は、図1における制御装置の構成を示す概要図である。図3は、図2の制御装置の基準方位設定部における処理を示すフロー図である。図4は、位置保持制御の実施による水中航走体の動作を示すもので、図4(a)(b)(c)は、それぞれ大きさと方位の異なる外乱が作用する状態を示す概要図、図4(d)は、図4(c)の外乱を受けた水中航走体が目標位置に復帰する状態を示す概要図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an underwater vehicle used for carrying out the position holding method in the present embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing the configuration of the control device in FIG. FIG. 3 is a flow chart showing processing in the reference direction setting unit of the control device of FIG. FIG. 4 shows the operation of the underwater vehicle by implementing the position holding control, and FIGS. 4 (a), (b), and (c) are schematic views showing a state in which disturbances of different sizes and directions act. FIG. 4D is a schematic view showing a state in which the underwater vehicle subjected to the disturbance of FIG. 4C returns to the target position.

本実施形態の移動体としての水中航走体は、図1に符号1で示すものである。 The underwater vehicle as a moving body of the present embodiment is shown by reference numeral 1 in FIG.

水中航走体1は、アクチュエータとして、機体後部に配置されたメインスラスタ2と、機体前部に配置された水平スラスタ3と、機体後部に配置された舵4とを備えた構成とされている。これにより、水中航走体1は、機体前後方向には、メインスラスタ2による推進力を有し、機体左右方向には、水平スラスタ3と舵4とにより、機体前後方向の推進力に比して弱い推進力と方位制御推進力を備えるものとされている。 The underwater navigation body 1 includes, as actuators, a main thruster 2 arranged at the rear part of the airframe, a horizontal thruster 3 arranged at the front part of the airframe, and a rudder 4 arranged at the rear part of the airframe. .. As a result, the underwater navigating body 1 has the propulsive force of the main thruster 2 in the front-rear direction of the machine, and the horizontal thruster 3 and the steering wheel 4 in the left-right direction of the body compared with the propulsion force of the front-back direction of the body. It is supposed to have a weak propulsion force and a directional control propulsion force.

また、水中航走体1は、たとえば、機体前方に配置された垂直スラスタ5を備えて、垂直スラスタに5より、機体上下方向についての推進力や姿勢制御用推進力を備える構成とされていてもよい。 Further, the underwater vehicle 1 is provided with, for example, a vertical thruster 5 arranged in front of the airframe, and the vertical thruster is configured to have a propulsive force in the vertical direction of the airframe and a propulsive force for attitude control from the vertical thruster 5. May be good.

水中航走体1は、更に、位置検出手段6と、速度計測手段としてのドップラー速度計7と、通信機としての音響通信機8と、制御装置9とを備えた構成とされている。 The underwater vehicle 1 is further configured to include a position detecting means 6, a Doppler speedometer 7 as a speed measuring means, an acoustic communication device 8 as a communication device, and a control device 9.

位置検出手段6は、水中航走体1の自機の位置Aと、水中航走体1の機体の向く方位Bと、機体の姿勢Cとを計測する機能を備えている。位置検出手段6は、慣性航法装置を使用するか、または、慣性航法装置を他の計測機器と組み合わせて用いる構成とすることが好ましい。なお、位置検出手段6は、水中航走体1についての位置Aと方位Bと姿勢Cを計測する機能が実現できれば、慣性航法装置を備える構成に限定されるものではない。 The position detecting means 6 has a function of measuring the position A of the own aircraft of the underwater vehicle 1, the orientation B of the underwater vehicle 1 facing the aircraft, and the attitude C of the aircraft. It is preferable that the position detecting means 6 uses an inertial navigation system or is configured to use the inertial navigation system in combination with another measuring device. The position detecting means 6 is not limited to the configuration provided with the inertial navigation system as long as the function of measuring the position A, the direction B, and the attitude C of the underwater navigation body 1 can be realized.

位置検出手段6で計測された水中航走体1の位置Aと方位Bと姿勢Cの情報は、制御装置9へ与えられる。 The information on the position A, the direction B, and the attitude C of the underwater vehicle 1 measured by the position detecting means 6 is given to the control device 9.

ドップラー速度計7は、水中航走体1の対地速度Dおよび対水速度Eを計測する機能を備えている。ドップラー速度計7で計測された対地速度Dと対水速度Eは、制御装置9へ与えられる。 The Doppler speedometer 7 has a function of measuring the ground speed D and the water speed E of the underwater vehicle 1. The ground speed D and the water speed E measured by the Doppler speedometer 7 are given to the control device 9.

音響通信機8は制御装置9に接続されている。音響通信機8は、母船10に備えられた通信機としての音響通信機11を通信対象として、コマンドの受信を行う機能を備えている。 The acoustic communication device 8 is connected to the control device 9. The acoustic communication device 8 has a function of receiving a command from the acoustic communication device 11 as a communication device provided in the mother ship 10 as a communication target.

ここで、母船10について説明する。 Here, the mother ship 10 will be described.

本実施形態の水中航走体1は、母船10と共に運用されるものである。母船10は、図示しないオペレータが操作する操作端末12を備え、この操作端末12が音響通信機11に接続された構成を備えている。 The underwater vehicle 1 of the present embodiment is operated together with the mother ship 10. The mother ship 10 includes an operation terminal 12 operated by an operator (not shown), and the operation terminal 12 is connected to the acoustic communication device 11.

母船10では、オペレータが操作端末12を用いて水中航走体1の位置保持を望む目標位置Fを設定すると、その目標位置Fについてのコマンドが、音響通信機11から送信される。 In the mother ship 10, when the operator uses the operation terminal 12 to set a target position F for which the position of the underwater vehicle 1 is desired to be maintained, a command for the target position F is transmitted from the acoustic communication device 11.

水中航走体1は、音響通信機8が目標位置Fのコマンドを受信すると、そのコマンドが制御装置9に送られる。これにより、制御装置9では、水中航走体1の位置保持を行う目標位置Fが設定される。 When the acoustic communication device 8 receives the command of the target position F, the underwater vehicle 1 sends the command to the control device 9. As a result, the control device 9 sets the target position F for holding the position of the underwater vehicle 1.

また、母船10の操作端末12は、オペレータにより、基準方位再設定指令Gを入力する機能を備えるようにしてもよい。この基準方位再設定指令Gは、水中航走体1の制御装置9に対し、後述する基準方位Qの強制的な再設定(更新)を実行させるための指令である。 Further, the operation terminal 12 of the mother ship 10 may be provided with a function of inputting the reference direction reset command G by the operator. This reference direction reset command G is a command for causing the control device 9 of the underwater vehicle 1 to forcibly reset (update) the reference direction Q, which will be described later.

オペレータが操作端末12を用いて基準方位再設定指令Gを入力すると、基準方位再設定指令Gについてのコマンドが、音響通信機11から送信される。 When the operator inputs the reference direction reset command G using the operation terminal 12, the command for the reference direction reset command G is transmitted from the acoustic communication device 11.

水中航走体1では、音響通信機8が基準方位再設定指令Gのコマンドを受信すると、そのコマンドが制御装置9に送られる。水中航走体1の制御装置9が基準方位再設定指令Gを受けた場合の処理については、後述する。 In the underwater vehicle 1, when the acoustic communication device 8 receives the command of the reference direction reset command G, the command is sent to the control device 9. The process when the control device 9 of the underwater vehicle 1 receives the reference direction reset command G will be described later.

水中航走体1における制御装置9は、メインスラスタ2、水平スラスタ3、舵4、および、垂直スラスタ5に、自機が目標位置Fで位置保持を行うための指令(制御入力)を与える機能を備えている。 The control device 9 in the underwater vehicle 1 has a function of giving a command (control input) to the main thruster 2, the horizontal thruster 3, the rudder 4, and the vertical thruster 5 for the aircraft to hold the position at the target position F. It has.

具体的には、制御装置9は、メインスラスタ2に回転数指令値Hを与え、水平スラスタ3に回転数指令値Iを与え、舵4に舵角指令値Jを与え、垂直スラスタ5に回転数指令値Kを与える機能を備えている。 Specifically, the control device 9 gives a rotation speed command value H to the main thruster 2, a rotation speed command value I to the horizontal thruster 3, a rudder angle command value J to the rudder 4, and rotates to the vertical thruster 5. It has a function to give a number command value K.

一方、制御装置9に対する動作状況のフィードバックとして、メインスラスタ2は、回転数計測値Lを制御装置9へ与える機能を備えている。また、水平スラスタ3は、回転数計測値Mを制御装置9へ与える機能を備えている。舵4は、舵角計測値Nを制御装置9へ与える機能を備えている。垂直スラスタ5は、回転数計測値Oを制御装置9へ与える機能を備えている。 On the other hand, the main thruster 2 has a function of giving the rotation speed measurement value L to the control device 9 as feedback of the operation status to the control device 9. Further, the horizontal thruster 3 has a function of giving the rotation speed measurement value M to the control device 9. The rudder 4 has a function of giving a rudder angle measurement value N to the control device 9. The vertical thruster 5 has a function of giving a rotation speed measurement value O to the control device 9.

更に、制御装置9は、図2に示すように、外乱推定部13と基準方位設定部14と制御出力演算部15とを、ソフトウェアモジュールにより備えた構成とされている。 Further, as shown in FIG. 2, the control device 9 is configured to include a disturbance estimation unit 13, a reference direction setting unit 14, and a control output calculation unit 15 by a software module.

外乱推定部13は、制御装置9がドップラー速度計7から対地速度Dと対水速度Eの情報を受け取ると、対水速度Eと対地速度Dとの差を基に、水中航走体1に作用している外乱の方向、すなわち、水中航走体1を基準として外乱が到来する方向を推定する機能を備えている。この外乱推定部13で推定された外乱の方向は、以下、外乱推定方位Pという。 When the control device 9 receives the information of the ground speed D and the ground speed E from the Doppler speedometer 7, the disturbance estimation unit 13 sets the underwater vehicle 1 based on the difference between the ground speed E and the ground speed D. It has a function of estimating the direction of the disturbance on which it is acting, that is, the direction in which the disturbance arrives with reference to the underwater vehicle 1. The direction of the disturbance estimated by the disturbance estimation unit 13 is hereinafter referred to as a disturbance estimation direction P.

外乱推定部13は、更に、外乱の速度(大きさ)を推定する機能を備えていてもよい。 The disturbance estimation unit 13 may further have a function of estimating the velocity (magnitude) of the disturbance.

外乱推定部13で求められた外乱推定方位Pの情報は、基準方位設定部14へ与えられる。 The information of the disturbance estimation direction P obtained by the disturbance estimation unit 13 is given to the reference direction setting unit 14.

基準方位設定部14は、母船10からコマンドとして与えられる目標位置Fと、位置検出手段6から与えられる水中航走体1の現在の位置Aおよび方位Bの情報と、外乱推定部13から与えられる外乱推定方位Pの情報とを受け取り、図3にフロー図を示す処理を行って、基準方位Qを定める機能を備えている。 The reference direction setting unit 14 is given by the target position F given as a command from the mother ship 10, the current position A and the direction B of the underwater vehicle 1 given by the position detecting means 6, and the disturbance estimation unit 13. It has a function of receiving the information of the disturbance estimation direction P and performing the process of showing the flow diagram in FIG. 3 to determine the reference direction Q.

すなわち、基準方位設定部14は、図3に示すように、目標位置Fでの水中航走体1の位置保持が開始されると、先ず、位置保持の開始時点での水中航走体1の方位Bを、基準方位Qの初期値に設定する(ステップS1)。 That is, as shown in FIG. 3, when the position holding of the underwater vehicle 1 at the target position F is started, the reference direction setting unit 14 first starts holding the position of the underwater vehicle 1 at the start of the position holding. The direction B is set to the initial value of the reference direction Q (step S1).

なお、このステップS1では、基準方位Qの初期値は、位置保持開始時点での水中航走体1の方位Bに基づいて定めるものとしたが、これに代えて、図示しないオペレータの指令により基準方位Qの初期値を定めるようにしてもよいことは勿論である。 In this step S1, the initial value of the reference direction Q is determined based on the direction B of the underwater vehicle 1 at the start of holding the position, but instead of this, the reference is made by a command of an operator (not shown). Of course, the initial value of the orientation Q may be determined.

次に、基準方位設定部14は、目標位置Fと、水中航走体1の現在の位置Aの情報を基に、水中航走体1の現在の位置Aについて、目標位置Fからの機体左右方向に関する偏差ΔXを求める(ステップS2)。 Next, the reference direction setting unit 14 refers to the current position A of the underwater vehicle 1 based on the information of the target position F and the current position A of the underwater vehicle 1, and the aircraft left and right from the target position F. The deviation ΔX with respect to the direction is obtained (step S2).

次いで、基準方位設定部14は、前記ステップS2で求められた機体左右方向の偏差ΔXについて、設定されたしきい値Xt以上となる状態が設定された時間以上継続する、という再設定条件が満たされるか否かを判断する(ステップS3)。 Next, the reference direction setting unit 14 satisfies the resetting condition that the deviation ΔX in the left-right direction of the aircraft obtained in step S2 continues for a set time or longer in a state of being equal to or higher than the set threshold value Xt. It is determined whether or not it is possible (step S3).

なお、前記ステップS3において、再設定条件に、「しきい値Xt以上となる状態が設定された時間以上継続する」、という時間に関する条件を含めたのは、水中航走体1が受ける外乱に潮流に加えて波浪の成分が含まれている場合などには、水中航走体1に周期的な位置変化が生じる可能性があることを考慮したものであり、不感帯を備えるためである。したがって、偏差ΔXがしきい値Xtを超えたとしても、偏差ΔXが設定時間よりも短い時間でしきい値Xtの前後で変化している間は、基準方位設定部14は、後述するステップS5には進まない。 In step S3, the resetting condition includes the time-related condition that "the state of being equal to or higher than the threshold value Xt continues for the set time or longer" because of the disturbance received by the underwater vehicle 1. This is because it is considered that the underwater vehicle 1 may undergo a periodic position change when a wave component is included in addition to the tidal current, and a dead zone is provided. Therefore, even if the deviation ΔX exceeds the threshold value Xt, while the deviation ΔX changes before and after the threshold value Xt in a time shorter than the set time, the reference orientation setting unit 14 may perform step S5 described later. Does not proceed.

基準方位設定部14は、前記ステップS3で再設定条件が満たされていないと判断された場合は、ステップS4へ進み、基準方位Qの情報を、制御出力演算部15へ与える処理を行う。 If it is determined in step S3 that the resetting condition is not satisfied, the reference direction setting unit 14 proceeds to step S4 and performs a process of giving the information of the reference direction Q to the control output calculation unit 15.

一方、前記ステップS3で再設定条件が満たされていると判断された場合は、基準方位設定部14は、ステップS5に進み、その時点で外乱推定部13から与えられる外乱推定方位Pに対向する方位を、基準方位Qに設定する。 On the other hand, if it is determined in step S3 that the resetting condition is satisfied, the reference direction setting unit 14 proceeds to step S5 and faces the disturbance estimation direction P given by the disturbance estimation unit 13 at that time. The direction is set to the reference direction Q.

基準方位設定部14は、ステップS5の後は、ステップS4へ進み、基準方位Qの情報を、制御出力演算部15へ与える処理を行う。 After step S5, the reference direction setting unit 14 proceeds to step S4 and performs a process of giving information on the reference direction Q to the control output calculation unit 15.

したがって、前記ステップS3で再設定条件が満たされていないと判断された場合は、基準方位設定部14から制御出力演算部15へ与えられる基準方位Qは、従前のままとなる。一方、前記ステップS3で再設定条件が満たされていると判断された場合は、基準方位設定部14から制御出力演算部15へ与えられるのは、その時点での外乱推定方位Pを基に再設定(更新)された基準方位Qとなる。 Therefore, when it is determined in step S3 that the resetting condition is not satisfied, the reference direction Q given from the reference direction setting unit 14 to the control output calculation unit 15 remains the same as before. On the other hand, when it is determined in step S3 that the resetting condition is satisfied, the reference direction setting unit 14 gives the control output calculation unit 15 again based on the disturbance estimation direction P at that time. It becomes the set (updated) reference direction Q.

基準方位設定部14は、ステップS4の後は、ステップS6へ進み、水中航走体1の位置保持が終了か否かを判断し、位置保持が終了していない場合は、ステップS2へ戻る。 After step S4, the reference direction setting unit 14 proceeds to step S6, determines whether or not the position holding of the underwater vehicle 1 is completed, and returns to step S2 if the position holding is not completed.

これにより、基準方位設定部14は、水中航走体1の位置保持が終了するまで、ステップS2からステップS6の処理ループを繰り返し実施して、ステップS4に到達する毎に、基準方位Qを制御出力演算部15へ与える処理を順次行う。 As a result, the reference direction setting unit 14 repeatedly executes the processing loops from step S2 to step S6 until the position holding of the underwater vehicle 1 is completed, and controls the reference direction Q each time the step S4 is reached. The processing given to the output calculation unit 15 is sequentially performed.

なお、前記したように母船10の操作端末12でオペレータが基準方位再設定指令Gを入力すると、水中航走体1の制御装置9が基準方位再設定指令Gを受ける構成とする場合は、基準方位設定部14は、ステップ3で以下の処理を行うようにすればよい。 As described above, when the operator inputs the reference direction reset command G on the operation terminal 12 of the mother ship 10, the control device 9 of the underwater vehicle 1 receives the reference direction reset command G. The orientation setting unit 14 may perform the following processing in step 3.

この場合、基準方位設定部14は、ステップS3では、前記した機体左右方向の偏差ΔXが設定されたしきい値Xt以上となる状態が、設定された時間以上継続する、という再設定条件と、基準方位再設定指令Gを受けた、という再設定条件の双方が共に満たされないときにはステップS4に進み、少なくとも一方の再設定条件が満たされる場合は、ステップS5に進む処理を行う。 In this case, in step S3, the reference direction setting unit 14 has a reset condition that the state in which the deviation ΔX in the left-right direction of the aircraft is equal to or higher than the set threshold value Xt continues for the set time or longer. If both of the resetting conditions that the reference direction resetting command G has been received are not satisfied, the process proceeds to step S4, and if at least one of the resetting conditions is satisfied, the process proceeds to step S5.

これにより、基準方位設定部14は、母船10の操作端末12でオペレータから基準方位再設定指令Gが入力されると、基準方位Qを、基準方位再設定指令Gを受けた時点の外乱推定方位Pに対向する方位に再設定(更新)して、制御出力演算部15へ与える処理を行う。 As a result, when the reference direction reset command G is input from the operator at the operation terminal 12 of the mother ship 10, the reference direction setting unit 14 sets the reference direction Q to the disturbance estimation direction at the time when the reference direction reset command G is received. The direction facing P is reset (updated), and the process of giving to the control output calculation unit 15 is performed.

制御出力演算部15は、コマンドによる目標位置Fと、位置検出手段6からの位置A、方位B、姿勢Cと、ドップラー速度計7からの対地速度D、対水速度Eと、舵4からの舵角計測値Nと、各スラスタ2,3,5からの回転数計測値L,M,Oと、基準方位設定部14からの基準方位Qを受け取ると、以下の演算と指令を行う機能を備えている。 The control output calculation unit 15 includes a target position F by a command, a position A from the position detecting means 6, an orientation B, an attitude C, a ground speed D from the Doppler speedometer 7, a water speed E, and a rudder 4. Upon receiving the rudder angle measurement value N, the rotation speed measurement values L, M, O from the thrusters 2, 3 and 5, and the reference direction Q from the reference direction setting unit 14, the function of performing the following calculation and command is performed. I have.

すなわち、制御出力演算部15は、基準方位Qを目標方位として水中航走体1の方位Bを制御すると共に、水中航走体1の位置Aを目標位置Fに保持する制御出力を得るために必要となる各スラスタ2,3,5の回転数、および、舵4の舵角を演算する機能を備えている。 That is, the control output calculation unit 15 controls the direction B of the underwater vehicle 1 with the reference direction Q as the target direction, and obtains a control output for holding the position A of the underwater vehicle 1 at the target position F. It has a function to calculate the required number of rotations of each thruster 2, 3 and 5, and the steering angle of the rudder 4.

更に、制御出力演算部15は、演算結果に基づく回転数指令値H,I,Kおよび舵角指令値Jを、それぞれ対応する各スラスタ2,3,5および舵4に指令する機能を備えている。 Further, the control output calculation unit 15 has a function of commanding the rotation speed command values H, I, K and the rudder angle command value J based on the calculation result to the corresponding thrusters 2, 3, 5 and the rudder 4, respectively. There is.

これにより、水中航走体1では、回転数指令値Hに従うメインスラスタ2の運転と、回転数指令値Iに従う水平スラスタ3の運転と、回転数指令値Kに従う垂直スラスタ5の運転と、舵角指令値Jに従う舵4の舵角制御が行われる。したがって、水中航走体1は、機体の位置Aと方位Bを、目標位置Fと基準方位Qに合わせるように制御することができる。 As a result, in the underwater vehicle 1, the operation of the main thruster 2 according to the rotation speed command value H, the operation of the horizontal thruster 3 according to the rotation speed command value I, the operation of the vertical thruster 5 according to the rotation speed command value K, and the rudder The rudder angle of the rudder 4 is controlled according to the angle command value J. Therefore, the underwater vehicle 1 can control the position A and the direction B of the aircraft so as to match the target position F and the reference direction Q.

以上の構成としてある本実施形態の水中航走体1を用いて位置保持方法を実施すると、水中航走体1は、図4(a)(b)(c)(d)に示すように動作するようになる。 When the position holding method is carried out using the underwater vehicle 1 of the present embodiment having the above configuration, the underwater vehicle 1 operates as shown in FIGS. 4 (a), (b), (c) and (d). Will come to do.

まず、水中航走体1は、図4(a)に示すように、目標位置Fに自機の位置Aを合わせた状態で、位置保持を開始する。このとき、水中航走体1の方位Bを合わせる目標方位は、その時点での前記方位Bに応じて設定された基準方位Qとなる。 First, as shown in FIG. 4A, the underwater vehicle 1 starts holding the position in a state where the position A of the own machine is aligned with the target position F. At this time, the target direction for matching the direction B of the underwater vehicle 1 is the reference direction Q set according to the direction B at that time.

この状態で、たとえば、基準方位Qと対向する方向以外の方向から、図4(a)に矢印で示すような外乱16が作用すると、水中航走体1には、図4(a)に二点鎖線で示すように、目標位置Fからの変位が生じる。 In this state, for example, when a disturbance 16 as shown by an arrow in FIG. 4A acts from a direction other than the direction facing the reference direction Q, the underwater vehicle 1 is affected by the disturbance 16 shown in FIG. 4A. As shown by the dotted line, the displacement from the target position F occurs.

この際、外乱16に含まれている水中航走体1の機体前後方向に沿う方向の成分の作用により、水中航走体1には、目標位置Fからの機体前後方向に関する偏差ΔYが生じる。また、外乱16に含まれている水中航走体1の機体の左右方向に沿う方向の成分の作用により、水中航走体1には、目標位置Fからの機体左右方向に関する偏差ΔXが生じる。 At this time, due to the action of the components of the underwater navigation body 1 included in the disturbance 16 in the direction along the front-rear direction of the aircraft, the underwater navigation body 1 has a deviation ΔY with respect to the front-rear direction of the aircraft from the target position F. Further, due to the action of the components in the direction along the left-right direction of the underwater navigation body 1 included in the disturbance 16, the underwater navigation body 1 has a deviation ΔX with respect to the left-right direction of the aircraft from the target position F.

水中航走体1に作用する外乱16が軽微な場合は、図4(a)に示すように、水中航走体1に生じる偏差ΔXおよび偏差ΔYも軽微である。この場合は、偏差ΔXがしきい値Xtに達しないので、水中航走体1は、機体の方位Bを基準方位Qに保持した状態で、水中航走体1の位置Aが目標位置Fに復帰するように移動する。 When the disturbance 16 acting on the underwater vehicle 1 is slight, the deviation ΔX and the deviation ΔY generated in the underwater vehicle 1 are also slight, as shown in FIG. 4A. In this case, since the deviation ΔX does not reach the threshold value Xt, the underwater vehicle 1 sets the position A of the underwater vehicle 1 to the target position F while holding the direction B of the aircraft at the reference direction Q. Move to return.

次に、図4(b)に示すように、外乱16aが大きくなる場合であっても、水中航走体1に外乱16aが作用する方位が、基準方位Qからの角度のずれが小さい場合は、水中航走体1に生じる目標位置Fからの機体前後方向の偏差ΔYは大きくなるが、機体左右方向の偏差ΔXは、しきい値Xtに達しない程度に小さい状態になる。 Next, as shown in FIG. 4B, even when the disturbance 16a becomes large, when the direction in which the disturbance 16a acts on the underwater vehicle 1 has a small deviation from the reference direction Q, The deviation ΔY in the front-rear direction of the aircraft from the target position F generated in the underwater vehicle 1 becomes large, but the deviation ΔX in the left-right direction of the aircraft becomes small enough not to reach the threshold value Xt.

ところで、水中航走体1は、機体前後方向の推進力は機体左右方向の推進力よりも強く、また、一般的に、水中航走体1の機体は、機体前後方向に関する水の抵抗が機体左右方向の抵抗よりも小さくなっている。そのため、水中航走体1は、図4(b)に示したように、外乱16aの影響により目標位置Fに対する機体前後方向の偏差ΔYが大きくなったとしても、外乱16aに逆らって偏差ΔYを解消するように機体前後方向の位置制御を行うことは容易である。 By the way, in the underwater navigation body 1, the propulsion force in the front-rear direction of the airframe is stronger than the propulsion force in the left-right direction of the airframe, and in general, the airframe of the underwater airframe 1 has the resistance of water in the front-rear direction of the airframe. It is smaller than the resistance in the left-right direction. Therefore, as shown in FIG. 4B, the underwater vehicle 1 has a deviation ΔY against the disturbance 16a even if the deviation ΔY in the front-rear direction of the aircraft with respect to the target position F becomes large due to the influence of the disturbance 16a. It is easy to control the position of the aircraft in the front-rear direction so as to eliminate the problem.

よって、この場合は、偏差ΔXがしきい値Xtに達していないので、水中航走体1は、機体の方位Bを基準方位Qに保持した状態で、水中航走体1の位置Aが目標位置Fに復帰するように移動する。 Therefore, in this case, since the deviation ΔX has not reached the threshold value Xt, the underwater vehicle 1 targets the position A of the underwater vehicle 1 while holding the azimuth B of the aircraft at the reference direction Q. It moves so as to return to the position F.

次いで、図4(c)に示すように、外乱16bが大きくなる場合であって、水中航走体1に外乱16bが作用する方位の基準方位Qからの角度のずれが大きい場合は、水中航走体1に生じる目標位置Fからの機体左右方向の偏差ΔXが大きくなり、しきい値Xtに達するようになる。 Next, as shown in FIG. 4C, when the disturbance 16b becomes large and the deviation of the angle from the reference direction Q of the direction in which the disturbance 16b acts on the underwater vehicle 1 is large, the underwater navigation The deviation ΔX in the left-right direction of the aircraft from the target position F generated in the running body 1 becomes large, and the threshold value Xt is reached.

具体的には、水中航走体1に外乱16bの影響により目標位置Fからの機体左右方向の偏差ΔXと機体前後方向の偏差ΔYが生じたときから、図4(a)、図4(b)の場合と同様に、偏差ΔYを解消するとともに、偏差ΔXも解消するための水中航走体1の機体前後方向と機体左右方向に関する位置制御は開始される。しかし、水中航走体1は、機体左右方向の推進力は機体前後方向の推進力よりも弱く、また、一般的に、水中航走体1の機体は、機体左右方向に関する水の抵抗が機体前後方向の抵抗よりも大きい。そのため、水中航走体1に生じた目標位置Fに対する機体左右方向の偏差ΔXは、機体前後方向の偏差ΔYのように容易に解消することはできない。 Specifically, when the deviation ΔX in the left-right direction of the aircraft and the deviation ΔY in the front-rear direction of the aircraft from the target position F occur due to the influence of the disturbance 16b on the underwater vehicle 1, FIGS. 4 (a) and 4 (b). ), The position control of the underwater vehicle 1 in the front-rear direction and the left-right direction of the underwater vehicle 1 for eliminating the deviation ΔY and also eliminating the deviation ΔX is started. However, in the underwater navigation body 1, the propulsion force in the left-right direction of the airframe is weaker than the propulsion force in the front-rear direction of the airframe, and in general, the airframe of the underwater airframe 1 has water resistance in the left-right direction of the airframe. Greater than anterior-posterior resistance. Therefore, the deviation ΔX in the left-right direction of the aircraft with respect to the target position F generated in the underwater vehicle 1 cannot be easily eliminated like the deviation ΔY in the front-rear direction of the aircraft.

よって、外乱16bが継続して作用している場合は、機体左右方向の偏差ΔXを解消できない状態が継続するため、偏差ΔXが蓄積してしきい値Xtに達するようになる。 Therefore, when the disturbance 16b is continuously acting, the state in which the deviation ΔX in the left-right direction of the airframe cannot be eliminated continues, so that the deviation ΔX accumulates and reaches the threshold value Xt.

この場合、機体左右方向の偏差ΔXが設定されたしきい値Xt以上となる状態が、設定された時間以上継続すると、水中航走体1では、制御装置9の外乱推定部13により水中航走体1に作用している外乱16bの方向が推定され、図4(d)に示すように、その推定により得られた外乱推定方位Pに対向する方向に基準方位Qが再設定される。 In this case, if the state in which the deviation ΔX in the left-right direction of the aircraft is equal to or higher than the set threshold value Xt continues for the set time or longer, the underwater vehicle 1 is underwater by the disturbance estimation unit 13 of the control device 9. The direction of the disturbance 16b acting on the body 1 is estimated, and as shown in FIG. 4D, the reference direction Q is reset in the direction facing the disturbance estimation direction P obtained by the estimation.

これにより、水中航走体1は、再設定後の基準方位Qを目標方位として機体の方位Bを合わせるようにしながら、水中航走体1の位置Aが目標位置Fに復帰するように移動する。 As a result, the underwater vehicle 1 moves so that the position A of the underwater vehicle 1 returns to the target position F while adjusting the direction B of the aircraft with the reset reference direction Q as the target direction. ..

その結果、水中航走体1は、目標位置Fに自機の位置Aを合わせた状態で、且つ水中航走体1に外乱16bが作用する方位と対向するように機体の方位Bを保持しながら、位置保持を行うことができる。この状態は、水中航走体1の方位Bを基準とすれば、図4(a)と同じ状態である。 As a result, the underwater navigating body 1 holds the direction B of the aircraft in a state where the position A of the own machine is aligned with the target position F and faces the direction in which the disturbance 16b acts on the underwater navigating body 1. However, the position can be held. This state is the same as that in FIG. 4A, based on the direction B of the underwater vehicle 1.

その後は、外乱16,16a,16bの大きさと、外乱16,16a,16bの基準方位Qに対する相対的な角度に応じて、水中航走体1は、前記図4(a)、図4(b)、図4(c)(d)と同様の動作を行うことで、目標位置Fでの位置保持を継続して行うことができる。 After that, depending on the magnitude of the disturbances 16, 16a and 16b and the relative angles of the disturbances 16, 16a and 16b with respect to the reference direction Q, the underwater vehicle 1 is subjected to the above-mentioned FIGS. 4 (a) and 4 (b). ), By performing the same operations as in FIGS. 4 (c) and 4 (d), the position can be continuously held at the target position F.

このように、本実施形態の位置保持方法、および、本実施形態の水中航走体1によれば、外乱16,16a,16bの大きさがどのような場合であっても、水中航走体1の機体の方位Bに短時間での大きな変化や頻繁な変化が生じることを抑制できて、水中航走体1の方位制御を安定させた状態で水中航走体1に位置保持を行わせることができる As described above, according to the position holding method of the present embodiment and the underwater vehicle 1 of the present embodiment, the underwater vehicle can be used regardless of the size of the disturbances 16, 16a, 16b. It is possible to suppress large changes and frequent changes in the orientation B of the aircraft 1 in a short period of time, and the underwater navigation body 1 is made to hold the position while the orientation control of the underwater navigation body 1 is stabilized. be able to

なお、本実施形態では、水中航走体1に生じる目標位置Fからの機体左右方向の偏差ΔXの大きさに着目して、水中航走体1の方位Bを合わせる基準となる基準方位Qの再設定を行うようにしているので、水中航走体1に備えたアクチュエータとしてのメインスラスタ2、水平スラスタ3、舵4によって発生させる推進力や姿勢制御用推進力の条件に応じた位置保持のための制御を、効率よく行うことができる。 In the present embodiment, paying attention to the magnitude of the deviation ΔX in the left-right direction of the aircraft from the target position F generated in the underwater navigation body 1, the reference direction Q as a reference for matching the direction B of the underwater navigation body 1 Since the resetting is performed, the position is maintained according to the conditions of the propulsive force generated by the main thruster 2, the horizontal thruster 3, and the steering 4 as actuators provided in the underwater vehicle 1 and the propulsive force for attitude control. Control for this can be performed efficiently.

[第2実施形態]
図5および図6は、位置保持方法および移動体の第2実施形態として、位置保持の対象となる移動体を、船舶とした例を示すものである。
[Second Embodiment]
5 and 6 show an example in which the moving body to be held in position is a ship as the second embodiment of the position holding method and the moving body.

図5は本実施形態で位置保持方法の実施に用いる船舶を示す概要図である。図6は、図5における制御装置の構成を示す概要図である。 FIG. 5 is a schematic view showing a ship used for carrying out the position holding method in the present embodiment. FIG. 6 is a schematic view showing the configuration of the control device in FIG.

なお、図5、図6において、第1実施形態に示したものと同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。 In FIGS. 5 and 6, the same reference numerals as those shown in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

本実施形態の移動体としての船舶は、図5に符号17で示すものである。 The ship as a moving body of the present embodiment is shown by reference numeral 17 in FIG.

船舶17は、アクチュエータとして、船体後部に配置されたメインスラスタ18と、船体前部に配置された水平スラスタ19と、船体後部に配置された舵20とを備えた構成とされている。これにより、船舶17は、機体前後方向には、メインスラスタ18による推進力を有し、機体左右方向には、水平スラスタ19と舵20とにより、船体前後方向の推進力に比して弱い推進力と方位制御推進力を備えるものとされている。 The ship 17 includes, as actuators, a main thruster 18 arranged at the rear part of the hull, a horizontal thruster 19 arranged at the front part of the hull, and a rudder 20 arranged at the rear part of the hull. As a result, the ship 17 has a propulsive force by the main thruster 18 in the front-rear direction of the hull, and a horizontal thruster 19 and a steering wheel 20 in the left-right direction of the hull make the ship 17 weaker than the propulsion force in the front-rear direction of the hull. It is supposed to have power and directional control propulsion.

船舶17は、更に、位置検出手段21と、速度計測手段22と、制御装置23と、操作端末24とを備えた構成とされている。 The ship 17 is further configured to include a position detecting means 21, a speed measuring means 22, a control device 23, and an operation terminal 24.

位置検出手段21は、船舶17の自船の位置Aと、船舶17の船体の向く方位Bと、船体の姿勢Cとを計測する機能を備えている。速度計測手段22は、船舶17の速度として、対地速度Dと対水速度Eとを検出する機能を備えている。 The position detecting means 21 has a function of measuring the position A of the own ship of the ship 17, the direction B of the ship 17 facing the hull, and the attitude C of the hull. The speed measuring means 22 has a function of detecting the ground speed D and the water speed E as the speed of the ship 17.

位置検出手段21と速度計測手段22は、たとえば、GPSのような全地球航法衛星システム(GNSS)と、慣性航法装置とを組み合わせたものを使用するようにすればよい。なお、位置検出手段21と速度計測手段22は、船舶17についての位置Aと方位Bと姿勢C、および、対地速度Dと対水速度Eの情報を得ることができれば、既存の船舶で採用されている任意の位置検出手段21と速度計測手段22としてもよいことは勿論である。 As the position detecting means 21 and the speed measuring means 22, for example, a combination of a global navigation satellite system (GNSS) such as GPS and an inertial navigation system may be used. The position detecting means 21 and the speed measuring means 22 are adopted in an existing ship if information on the position A, the direction B and the attitude C, and the ground speed D and the water speed E for the ship 17 can be obtained. Of course, any position detecting means 21 and speed measuring means 22 may be used.

位置検出手段21と速度計測手段22で得られた船舶17についての位置Aと方位Bと姿勢C、および、対地速度Dと対水速度Eの情報は、制御装置23に与えられる。 Information on the position A, the direction B, the attitude C, and the ground speed D and the water speed E about the ship 17 obtained by the position detecting means 21 and the speed measuring means 22 is given to the control device 23.

操作端末24は、第1実施形態の操作端末12と同様に、船舶17の位置保持を望む目標位置Fの設定と、必要に応じて基準方位再設定指令Gの入力を行うためのものである。操作端末24で設定される目標位置Fの情報と、基準方位再設定指令Gは、制御装置23に与えられる。 Similar to the operation terminal 12 of the first embodiment, the operation terminal 24 is for setting the target position F for which the position of the ship 17 is desired to be maintained and inputting the reference direction reset command G as necessary. .. The information of the target position F set by the operation terminal 24 and the reference direction reset command G are given to the control device 23.

制御装置23は、メインスラスタ18、水平スラスタ19、および、舵20に、船舶17が目標位置Fで位置保持を行うための指令(制御入力)を与える機能を備えている。 The control device 23 has a function of giving a command (control input) to the main thruster 18, the horizontal thruster 19, and the rudder 20 for the ship 17 to hold the position at the target position F.

具体的には、制御装置23は、メインスラスタ18に回転数指令値Hを与え、水平スラスタ19に回転数指令値Iを与え、舵20に舵角指令値Jを与える機能を備えている。 Specifically, the control device 23 has a function of giving a rotation speed command value H to the main thruster 18, a rotation speed command value I to the horizontal thruster 19, and a rudder angle command value J to the rudder 20.

一方、制御装置23に対する動作状況のフィードバックとして、メインスラスタ18は、回転数計測値Lを制御装置23へ与える機能を備えている。また、水平スラスタ19は、回転数計測値Mを制御装置23へ与える機能を備えている。舵20は、舵角計測値Nを制御装置23へ与える機能を備えている。 On the other hand, as feedback of the operation status to the control device 23, the main thruster 18 has a function of giving the rotation speed measurement value L to the control device 23. Further, the horizontal thruster 19 has a function of giving the rotation speed measurement value M to the control device 23. The rudder 20 has a function of giving a rudder angle measurement value N to the control device 23.

更に、制御装置23は、図6に示すように、外乱推定部13aと基準方位設定部14aと制御出力演算部15aとを、ソフトウェアモジュールにより備えた構成とされている。 Further, as shown in FIG. 6, the control device 23 is configured to include a disturbance estimation unit 13a, a reference direction setting unit 14a, and a control output calculation unit 15a by a software module.

外乱推定部13aは、制御装置23が位置検出手段21からの方位Bと、速度計測手段22からの対地速度D、対水速度Eと、舵20からの舵角計測値Nと、各スラスタ18,19からの回転数計測値L,Mとを受け取ると、各スラスタ18,19および舵20によって船体に作用させている推進力および方位制御推進力と、船舶17の実際の方位Bおよび対地速度D、対水速度Eとの差を基に、外乱推定方位Pを推定する機能を備えている。 外乱推定部13aで求められた外乱推定方位Pの情報は、基準方位設定部14aへ与えられる。 In the disturbance estimation unit 13a, the control device 23 includes the direction B from the position detecting means 21, the ground speed D from the speed measuring means 22, the water speed E, the rudder angle measured value N from the rudder 20, and each thruster 18. When the rotation speed measurement values L and M from, 19 are received, the propulsive force and the azimuth control propulsive force acting on the hull by the thrusters 18, 19 and the rudder 20, and the actual azimuth B and ground velocity of the ship 17 It has a function to estimate the disturbance estimation direction P based on the difference between D and the water velocity E. The information of the disturbance estimation direction P obtained by the disturbance estimation unit 13a is given to the reference direction setting unit 14a.

基準方位設定部14aは、操作端末24より入力される目標位置Fおよび基準方位再設定指令Gと、位置検出手段21から与えられる船舶17の位置Aおよび方位Bの情報と、外乱推定部13aから与えられる外乱推定方位Pの情報とを受け取ると、第1実施形態における基準方位設定部14と同様に、図3に示したフロー図に従う処理を行って、基準方位Qを定める機能を備えている。なお、本実施形態では、第1実施形態にて行った図3の処理の説明において、水中航走体1を船舶17に置き換えるようにすればよい。 The reference direction setting unit 14a receives the target position F and the reference direction reset command G input from the operation terminal 24, the information on the position A and the direction B of the ship 17 given by the position detecting means 21, and the disturbance estimation unit 13a. Upon receiving the information of the given disturbance estimation direction P, it has a function of determining the reference direction Q by performing the process according to the flow chart shown in FIG. 3 as in the reference direction setting unit 14 in the first embodiment. .. In the present embodiment, in the description of the process of FIG. 3 performed in the first embodiment, the underwater vehicle 1 may be replaced with the ship 17.

制御出力演算部15aは、目標位置Fと、位置検出手段21からの位置A、方位B、姿勢Cと、速度計測手段22からの対地速度D、対水速度Eと、舵20からの舵角計測値Nと、各スラスタ18,19からの回転数計測値L,Mと、基準方位設定部14aからの基準方位Qを受け取ると、第1実施形態の制御出力演算部15と同様の演算を行い、演算結果に基づく回転数指令値H,Iおよび舵角指令値Jを、それぞれ対応する各スラスタ18,19および舵20に指令する機能を備えている。 The control output calculation unit 15a has a target position F, a position A from the position detecting means 21, an orientation B, an attitude C, a ground speed D from the speed measuring means 22, a water speed E, and a rudder angle from the rudder 20. When the measured value N, the rotation speed measured values L and M from the thrusters 18 and 19, and the reference direction Q from the reference direction setting unit 14a are received, the same calculation as the control output calculation unit 15 of the first embodiment is performed. It has a function of commanding the rotation speed command values H and I and the rudder angle command value J based on the calculation result to the corresponding thrusters 18, 19 and the rudder 20, respectively.

これにより、船舶17では、回転数指令値Hに従うメインスラスタ18の運転と、回転数指令値Iに従う水平スラスタ19の運転と、舵角指令値Jに従う舵20の舵角制御が行われる。したがって、船舶17は、船体の位置Aと方位Bを、目標位置Fと基準方位Qに合わせるように制御することができる。 As a result, in the ship 17, the operation of the main thruster 18 according to the rotation speed command value H, the operation of the horizontal thruster 19 according to the rotation speed command value I, and the rudder angle control of the rudder 20 according to the steering angle command value J are performed. Therefore, the ship 17 can control the position A and the direction B of the hull so as to match the target position F and the reference direction Q.

以上の構成としてある本実施形態の船舶17によれば、第1実施形態と同様の位置保持方法を実施して、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the ship 17 of the present embodiment having the above configuration, the same position holding method as that of the first embodiment can be carried out, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

なお、本発明は前記各実施形態にのみ限定されるものではない。 The present invention is not limited to each of the above embodiments.

たとえば、移動体に備えるアクチュエータとして、第1実施形態の水中航走体1では、メインスラスタ2と水平スラスタ3と舵4および垂直スラスタ5を例示し、また、第2実施形態の船舶17では、メインスラスタ18と水平スラスタ19と舵20を例示した。これに対し、移動体の機体前後方向に推進力を有し、機体左右方向には、機体前後方向の推進力に比して弱い推進力や方位制御推進力を有するようにしてあれば、水中や水上を移動する移動体に従来採用されているか、あるいは従来提案されている任意の形式のアクチュエータを備える構成としてもよい。たとえば、移動体の機体前部と後部に水平スラスタを備える構成としてもよい。また、機体中心線を挟んだ左右両側に、発生させる推進力を個別に制御可能なスラスタを対で備える構成としてもよい。 For example, as an actuator provided on a moving body, the underwater vehicle 1 of the first embodiment exemplifies the main thruster 2, the horizontal thruster 3, the rudder 4, and the vertical thruster 5, and the ship 17 of the second embodiment. The main thruster 18, the horizontal thruster 19, and the rudder 20 are illustrated. On the other hand, if the moving body has a propulsive force in the front-rear direction of the aircraft and a weak propulsion force or a directional control propulsion force in the left-right direction of the aircraft as compared with the propulsion force in the front-rear direction of the aircraft, it is underwater. It may be configured to include an actuator of any type conventionally adopted or conventionally proposed for a moving body moving on or on water. For example, horizontal thrusters may be provided at the front and rear of the moving body. Further, a pair of thrusters capable of individually controlling the generated propulsive force may be provided on both the left and right sides of the center line of the machine body.

第1実施形態における外乱推定部13は、水中航走体1の対水速度Eと対地速度Dとの差を基に外乱推定方位Pを推定する機能を有するものとし、第2実施形態における外乱推定部13aは、メインスラスタ18、水平スラスタ19および舵20によって船体に作用させている推進力および方位制御推進力と、船舶17の実際の方位Bおよび対地速度D、対水速度Eとの差を基に、外乱推定方位Pを推定する機能を有するものとして説明した。これに対し、第2実施形態にて、第1実施形態と同様の外乱推定手法を採用してもよい。また、第1実施形態にて、第2実施形態と同様の外乱推定手法を採用してもよい。更に、たとえば、移動体の位置と方位とアクチュエータの運転状況とから推定する手法や、移動体の速度と方位とアクチュエータの運転状況とから推定する手法や、位置保持中の移動体の位置偏差から推定する手法や、移動体の自機の速度、加速度と、アクチュエータの発生している推進力とから推定する手法や、移動体の自機と他の移動体の速度や方位情報を組み合わせて推定する手法、その他、水中や水上の移動体について、従来使用されているか、あるいは従来提案されている外乱推定手法を採用してもよいことは勿論である。 The disturbance estimation unit 13 in the first embodiment has a function of estimating the disturbance estimation direction P based on the difference between the ground speed E and the ground speed D of the underwater hull 1, and the disturbance in the second embodiment. The estimation unit 13a is the difference between the propulsive force and the directional control propulsive force acting on the hull by the main thruster 18, the horizontal thruster 19 and the rudder 20, and the actual directional B, the ground speed D, and the water speed E of the ship 17. Based on the above, it has been described as having a function of estimating the disturbance estimation direction P. On the other hand, in the second embodiment, the same disturbance estimation method as in the first embodiment may be adopted. Further, in the first embodiment, the same disturbance estimation method as in the second embodiment may be adopted. Further, for example, a method of estimating from the position and orientation of the moving body and the operating condition of the actuator, a method of estimating from the speed and orientation of the moving body and the operating condition of the actuator, and a method of estimating from the position deviation of the moving body while holding the position. Estimate by combining the method of estimating, the method of estimating from the speed and acceleration of the moving body's own machine and the propulsive force generated by the actuator, and the speed and orientation information of the moving body's own machine and other moving bodies. It goes without saying that the disturbance estimation method that has been conventionally used or has been proposed may be adopted for the method to be used and other moving objects in water or on water.

第1実施形態では、水中航走体1と母船10との間の通信を行うための通信機として、音響通信機8,11を例示したが、電波による無線通信や、光ファイバーなどを介した有線通信、あるいは光通信による通信機を用いてもよい。 In the first embodiment, acoustic communication devices 8 and 11 are exemplified as communication devices for communicating between the underwater vehicle 1 and the mother ship 10, but wireless communication by radio waves or wired communication via an optical fiber or the like is used. A communication device by communication or optical communication may be used.

第1実施形態では、移動体として水中航走体1を例示したが、移動体は、有人の潜水艇や潜水艦であってもよい。この場合は、操作端末12は移動体の機内に備えるようにすればよい。 In the first embodiment, the underwater navigation body 1 is illustrated as the moving body, but the moving body may be a manned submersible or a submarine. In this case, the operation terminal 12 may be provided in the mobile body.

第2実施形態では、移動体として、船舶17を例示し、船舶17はオペレータが操作する操作端末を備えるものとして説明したが、水上を移動する移動体としては、ASV(Autonomous Surface Vehicle)あるいはUSV(Unmanned Surface Vehicle)と呼ばれる自立航走型の水上航走体であってもよい。この場合は、第1実施形態の母船10と同様に、水上航走体に目標位置Fや基準方位再設定指令Gを通信により与える母船10を共に運用すればよい。 In the second embodiment, the ship 17 is illustrated as the moving body, and the ship 17 is described as having an operation terminal operated by the operator. However, as the moving body moving on the water, ASV (Autonomous Surface Vehicle) or USV It may be a self-propelled surface vehicle called (Unmanned Surface Vehicle). In this case, similarly to the mother ship 10 of the first embodiment, the mother ship 10 that gives the target position F and the reference direction reset command G to the surface navigation body by communication may be operated together.

移動体は、水中や水上を移動する形式の移動体であれば、形状やサイズは任意でよい。 The shape and size of the moving body may be arbitrary as long as it is a moving body that moves underwater or on water.

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

1 水中航走体(移動体)、2 メインスラスタ(アクチュエータ)、3 水平スラスタ(アクチュエータ)、4 舵(アクチュエータ)、6 位置検出手段(手段)、9 制御装置、16,16a,16b 外乱、17 船舶(移動体)、21 位置検出手段、23 制御装置、A 位置、B 方位、F 目標位置、P 外乱推定方位(外乱が作用する方位)、Q 基準方位、ΔX 偏差、Xt しきい値 1 Underwater vehicle (moving body), 2 Main thruster (actuator), 3 Horizontal thruster (actuator), 4 Rudder (actuator), 6 Position detection means (means), 9 Control device, 16, 16a, 16b Disturbance, 17 Ship (moving body), 21 position detection means, 23 control device, A position, B direction, F target position, P disturbance estimation direction (direction on which disturbance acts), Q reference direction, ΔX deviation, Xt threshold

Claims (3)

水中または水上を移動する移動体の機体前後方向の推進力と、機体左右方向の方位制御推進力を発生するアクチュエータへ制御出力を与える制御装置にて、
目標位置と、基準方位の初期値が設定される処理と、
前記移動体の自機の位置の情報を取得する処理と、
前記移動体の機体の向く方位の情報を取得する処理と、
前記移動体の自機に外乱が作用する方位を推定する処理と、
前記移動体の自機の位置について、前記目標位置からの機体左右方向に関する偏差が、設定されたしきい値以上となる状態が設定された時間以上継続するという再設定条件が満たされるか否かを判断する処理と、
前記再設定条件が満たされないと判断される場合は、その時点で設定されている前記基準方位を目標方位として、前記機体の向く方位を該目標方位に合わせ、前記自機の位置を前記目標位置に保持するための制御出力を前記アクチュエータへ与える処理と、
前記再設定条件が満たされると判断される場合は、基準方位を、その時点で推定される前記自機に外乱が作用する方位に対向する方位に再設定し、次いで、再設定された前記基準方位を目標方位として、前記機体の向く方位を該目標方位に合わせ、前記自機の位置を前記目標位置に保持するための制御出力を前記アクチュエータへ与える処理と、を行うこと
を特徴とする位置保持方法。
A control device that gives control output to the actuator that generates the propulsive force in the front-rear direction of the moving body moving underwater or on the water and the directional control propulsive force in the left-right direction of the machine.
The process of setting the target position and the initial value of the reference direction,
The process of acquiring the position information of the moving body's own machine and
The process of acquiring information on the orientation of the moving body and
The process of estimating the direction in which the disturbance acts on the moving body's own machine, and
Whether or not the resetting condition that the deviation of the moving body's own machine from the target position in the left-right direction of the machine continues to be equal to or higher than the set threshold value for the set time or longer is satisfied. And the process of determining
When it is determined that the resetting condition is not satisfied, the reference direction set at that time is set as the target direction, the direction in which the aircraft faces is adjusted to the target direction, and the position of the own machine is set as the target position. The process of giving the control output to the actuator to hold it in
When it is determined that the resetting condition is satisfied, the reference direction is reset to the direction opposite to the direction at which the disturbance acts on the own aircraft estimated at that time, and then the reset reference is set. A position characterized by performing a process of adjusting the direction in which the aircraft faces to the target direction and giving a control output to the actuator to hold the position of the own machine at the target position, with the direction as the target direction. Holding method.
前記移動体として、水中航走体を用いる
請求項1記載の位置保持方法。
The position holding method according to claim 1, wherein an underwater vehicle is used as the moving body.
水中または水上を移動する移動体であって、
前記移動体の自機の位置の情報を取得する手段と、
前記移動体の機体の向く方位の情報を取得する手段と、
前記移動体の機体前後方向の推進力と、機体左右方向の方位制御推進力を発生するアクチュエータと、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、
目標位置と、基準方位の初期値が設定される機能と、
前記移動体の自機に外乱が作用する方位を推定する機能と、
前記移動体の自機の位置について、前記目標位置からの機体左右方向に関する偏差が、設定されたしきい値以上となる状態が設定された時間以上継続するという再設定条件が満たされるか否かを判断する処理を行う機能と、
前記判断処理にて、再設定条件が満たされないと判断される場合は、その時点で設定されている前記基準方位を目標方位として、前記機体の向く方位を該目標方位に合わせ、前記自機の位置を前記目標位置に保持するための制御出力を前記アクチュエータへ与える処理を行う機能と、
前記判断処理にて、前記再設定条件が満たされると判断される場合は、基準方位を、その時点で推定される前記自機に外乱が作用する方位に対向する方位に再設定し、次いで、再設定された前記基準方位を目標方位として、前記機体の向く方位を該目標方位に合わせ、前記自機の位置を前記目標位置に保持するための制御出力を前記アクチュエータへ与える処理を行う機能と、を備えること
を特徴とする移動体。
A mobile body that moves underwater or on water
A means for acquiring information on the position of the moving body's own machine,
A means for acquiring information on the orientation of the moving body and
An actuator that generates propulsive force in the front-rear direction of the moving body and directional control propulsive force in the left-right direction of the machine.
Equipped with a control device
The control device is
The function to set the target position and the initial value of the reference direction,
The function of estimating the direction in which the disturbance acts on the moving body's own machine, and
Whether or not the resetting condition that the deviation of the moving body's own machine from the target position in the left-right direction of the machine continues to be equal to or higher than the set threshold value for the set time or longer is satisfied. And the function to judge
If it is determined in the determination process that the resetting condition is not satisfied, the reference direction set at that time is set as the target direction, the direction in which the aircraft faces is adjusted to the target direction, and the own machine is used. A function of performing a process of giving a control output for holding the position to the target position to the actuator, and
If it is determined by the determination process that the resetting condition is satisfied, the reference direction is reset to the direction opposite to the direction at which the disturbance acts on the own aircraft estimated at that time, and then the reference direction is reset. With the reset reference direction as the target direction, the direction in which the aircraft faces is adjusted to the target direction, and a process of giving a control output for holding the position of the own machine at the target position to the actuator is performed. A moving body characterized in that it comprises.
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