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.
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
ここで、母船10について説明する。
Here, the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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)
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.
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.
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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