JP7349670B2 - Engine control method, engine control system, and ship - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン性能を改善できるエンジン制御方法、エンジン制御システム、及び船舶に関する。 The present invention relates to an engine control method, an engine control system, and a ship that can improve engine performance.

EEDI(エネルギー効率設計指標)規制やCO排出規制の強化に応じ、舶用エンジンは船舶の大きさに比べ小型化する傾向にある。エンジンの小型化が更に進むと、現状のガバナによる回転数フィードバック制御だけでは、実海域におけるプロペラ負荷変動によるエンジンへの悪影響を避けることはできない。
従来、負荷変動の大きさに応じて、ガバナのゲインを変えて制御したり、設定回転数を予め下げたりする調整が行われているが、プロペラ負荷変動のエンジンへの影響を小さくし燃費を最適にする制御はできていない。
In response to stricter EEDI (Energy Efficiency Design Index) regulations and CO2 emission regulations, marine engines are becoming smaller compared to the size of ships. As engines become more compact, it will not be possible to avoid the negative effects on the engines due to propeller load fluctuations in actual sea conditions using only the current speed feedback control by governors.
Conventionally, adjustments have been made by changing the governor gain or lowering the set rotation speed in advance depending on the magnitude of load fluctuations, but this method reduces the impact of propeller load fluctuations on the engine and improves fuel efficiency. There is no control to optimize it.

ここで、特許文献1には、主機に連結された主軸の実回転数を検出し、回転数指令及び実回転数の偏差に対し制御演算部においてPID演算を施し、PID演算により得られたガバナ指令をガバナに出力し、主機へ供給される燃料量を制御し、更に、ガバナ指令および実回転数を制御対象のオブザーバに入力しプロペラ流入速度変動を推定し、演算部においてプロペラ流入速度変動に所定ゲインを掛け回転数指令に加算し、回転数指令を補正する舶用エンジン制御システムが開示されている。
また、特許文献2には、様々な波高、波周期、対水船速、船舶の重量等の組合せに対して船体運動を考慮したプロペラ流入速度をシミュレーションにより算出し、算出されたプロペラ流入速度の変動から主機回転数の変動を算出してその標準偏差を求め、これらの結果を基準偏差データベースとし、基準偏差データベースを参照して航行中の波高、波周期、対水船速、船舶の重量から標準偏差を求め許容回転数偏差を算出し、制御部において主機のPID制御を行い、ゲインの異なる複数の制御モードを設け、比較部における回転数偏差と許容回転数偏差の比較に基づいて制御部の制御モードを切り替える船舶の主機制御システムが開示されている。
また、特許文献3には、回転数指令と実測された主軸又は主機の回転数の偏差をPID演算部に入力して燃料噴射装置から主機へ供給される燃料の量をフィードバック制御し、プロペラへのプロペラ流入速度を検出し演算部に入力し、プロペラ流入速度の変動に対応して制御ポイントが効率曲線に沿って移動するように回転数指令を修正する舶用エンジン制御システムが開示されている。
また、特許文献4には、排気弁と燃料調節手段を備えたエンジンをエンジンモデルによりエンジン状態を推定するエンジン状態観測器を用いて制御するエンジン制御方法であって、少なくともエンジンの回転数を検出してエンジン状態観測器に入力し、エンジン状態観測器でエンジン状態として少なくとも空気過剰率を推定し、推定した空気過剰率に基づいて制御対象として少なくとも排気弁を制御することが開示されている。
Here, in Patent Document 1, the actual rotation speed of the main shaft connected to the main engine is detected, a control calculation unit performs a PID calculation on the deviation between the rotation speed command and the actual rotation speed, and the governor obtained by the PID calculation is The command is output to the governor to control the amount of fuel supplied to the main engine, and the governor command and actual rotation speed are input to the observer to be controlled to estimate the propeller inflow speed fluctuation, and the calculation unit calculates the propeller inflow speed fluctuation. A marine engine control system has been disclosed that corrects the rotation speed command by multiplying the rotation speed command by a predetermined gain.
Furthermore, in Patent Document 2, propeller inflow speeds are calculated by simulation in consideration of ship motion for various combinations of wave height, wave period, ship speed relative to water, ship weight, etc., and the calculated propeller inflow speeds are Calculate the fluctuation of the main engine rotation speed from the fluctuation and find its standard deviation, use these results as a standard deviation database, and refer to the standard deviation database to calculate the wave height, wave period, speed over water, and weight of the ship during navigation. The standard deviation is determined and the allowable rotation speed deviation is calculated, the control section performs PID control of the main engine, a plurality of control modes with different gains are provided, and the control section calculates the allowable rotation speed deviation based on the comparison between the rotation speed deviation and the allowable rotation speed deviation in the comparison section. Disclosed is a main engine control system for a ship that switches between control modes.
In addition, Patent Document 3 discloses that the deviation between the rotational speed command and the actually measured rotational speed of the main shaft or main engine is input into a PID calculation unit to feedback control the amount of fuel supplied from the fuel injection device to the main engine, and then to the propeller. A marine engine control system is disclosed in which a propeller inflow speed is detected and inputted to a calculation unit, and a rotation speed command is corrected so that a control point moves along an efficiency curve in response to fluctuations in the propeller inflow speed.
Further, Patent Document 4 discloses an engine control method for controlling an engine equipped with an exhaust valve and a fuel adjustment means using an engine state observation device that estimates the engine state using an engine model, and detects at least the engine rotation speed. It is disclosed that the engine state observation device estimates at least an excess air ratio as an engine state, and controls at least an exhaust valve as a control target based on the estimated excess air ratio.

特開2012-57523号公報JP2012-57523A 特開2011-214471号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-214471 特開2010-236463号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-236463 特開2019-19783号公報JP 2019-19783 Publication

特許文献1~特許文献3は、いずれもエンジンに対してフィードフォワード制御を行うものではない。
また、特許文献4は、エンジン状態として空気過剰率を推定し、推定した空気過剰率に基づいて排気弁の制御を行うものであるが、フィードフォワード制御についての詳細説明は見当たらない。
そこで本発明は、フィードフォワード制御によりエンジン性能を改善するエンジン制御方法、エンジン制御システム、及びエンジン制御システムを搭載した船舶を提供することを目的とする。
None of Patent Documents 1 to 3 performs feedforward control on the engine.
Further, in Patent Document 4, an excess air ratio is estimated as an engine state, and an exhaust valve is controlled based on the estimated excess air ratio, but no detailed explanation of feedforward control is found.
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an engine control method, an engine control system, and a ship equipped with the engine control system that improve engine performance through feedforward control.

請求項1記載に対応したエンジン制御方法においては、エンジンのエンジンモデルを設定するエンジンモデル設定ステップと、エンジンの設定回転数を取得する設定回転数取得ステップと、エンジンの負荷変動を予測するためのパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、取得したパラメータをエンジンモデルに適用し、エンジンの負荷変動を含む状態観測を行う状態観測ステップと、状態観測による負荷変動の予測結果と、エンジンの設定回転数に基づきエンジンを制御するためのフィードフォワード制御パラメータを導出する制御パラメータ導出ステップと、導出したフィードフォワード制御パラメータをエンジンの制御に適用するエンジン制御ステップとを実行することを特徴とする。
請求項1に記載の本発明によれば、状態観測を行なうことにより負荷変動を予測したフィードフォワード制御をエンジンに対して行い、エンジン性能を改善することができる。
なお、エンジンモデルを設定することには、最初からエンジンモデルの条件を取得し、さらにモデル内変数を取得しエンジンモデルを構築すること、既に設定されたエンジンモデルのモデル内変数を取得すること、既にモデルパラメータも入力された他の装置やコンピュータと連係させること等を含むものとする。
The engine control method according to claim 1 includes an engine model setting step for setting an engine model of the engine, a set rotation speed obtaining step for obtaining a set engine speed, and a step for predicting engine load fluctuations. A parameter acquisition step that acquires parameters, a state observation step that applies the acquired parameters to the engine model and observes the state including engine load fluctuations, and a state observation step that applies the acquired parameters to the engine model and observes the state including engine load fluctuations. The present invention is characterized by executing a control parameter deriving step of deriving a feedforward control parameter for controlling the engine based on the engine, and an engine control step of applying the derived feedforward control parameter to engine control.
According to the first aspect of the present invention, it is possible to perform feedforward control on the engine in which load fluctuations are predicted by observing the state, thereby improving engine performance.
Note that setting the engine model involves obtaining the conditions of the engine model from the beginning, further obtaining the variables within the model to build the engine model, and obtaining the variables within the model of the engine model that have already been set. This includes linking with other devices and computers to which model parameters have already been input.

請求項2記載の本発明は、パラメータ取得ステップで取得するパラメータは、エンジン回転数と燃料供給量であることを特徴とする。
請求項2に記載の本発明によれば、状態観測による負荷変動の予測結果の精度を向上させ、ひいてはフィードフォワード制御パラメータの精度を向上させることができる。
The present invention as set forth in claim 2 is characterized in that the parameters acquired in the parameter acquisition step are engine rotational speed and fuel supply amount.
According to the second aspect of the present invention, it is possible to improve the accuracy of the prediction results of load fluctuations based on state observation, and further improve the accuracy of feedforward control parameters.

請求項3記載の本発明は、状態観測ステップにおいて、パラメータをエンジンモデルに適用して得られるエンジン負荷の推定結果に基づいて、負荷変動の予測結果を得ることを特徴とする。
請求項3に記載の本発明によれば、推定したエンジン負荷を負荷変動の予測結果に反映することができる。
The present invention according to claim 3 is characterized in that, in the state observation step, a prediction result of load fluctuation is obtained based on an estimation result of the engine load obtained by applying parameters to the engine model.
According to the third aspect of the present invention, the estimated engine load can be reflected in the prediction result of load fluctuation.

請求項4記載の本発明は、制御パラメータ導出ステップにおいて、システム伝達関数モデルに負荷変動の予測結果と設定回転数を適用し、フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする。
請求項4に記載の本発明によれば、システム伝達関数モデルを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。
The present invention according to claim 4 is characterized in that, in the control parameter deriving step, a predicted result of load fluctuation and a set rotation speed are applied to a system transfer function model to derive feedforward control parameters.
According to the fourth aspect of the present invention, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy by using a system transfer function model.

請求項5記載の本発明は、制御パラメータ導出ステップにおいて、負荷変動の予測結果と設定回転数をカルマンフィルターに基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする。
請求項5に記載の本発明によれば、カルマンフィルターを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。
The present invention according to claim 5 is characterized in that, in the control parameter deriving step, feedforward compensation is performed on the predicted result of load fluctuation and the set rotational speed based on a Kalman filter, and feedforward control parameters are derived.
According to the present invention as set forth in claim 5, by using a Kalman filter, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy.

請求項6記載の本発明は、制御パラメータ導出ステップにおいて、負荷変動の予測結果と設定回転数をファジイ推論に基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする。
請求項6に記載の本発明によれば、ファジイ推論を用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。
The present invention as set forth in claim 6 is characterized in that in the control parameter deriving step, feedforward compensation is performed on the predicted result of load fluctuation and the set rotational speed based on fuzzy inference, and feedforward control parameters are derived.
According to the present invention as set forth in claim 6, by using fuzzy inference, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy.

請求項7記載の本発明は、エンジン制御ステップにおいて、エンジンに設けたガバナにフィードフォワード制御パラメータとして指令回転数を出力することを特徴とする。
請求項7に記載の本発明によれば、負荷変動に対するエンジンの応答を速め、無駄な動きを小さくすることで燃費を向上させる制御を行うことができる。
The present invention as set forth in claim 7 is characterized in that, in the engine control step, a command rotation speed is outputted as a feedforward control parameter to a governor provided in the engine.
According to the seventh aspect of the present invention, control can be performed to improve fuel efficiency by speeding up the response of the engine to load fluctuations and reducing unnecessary movements.

請求項8記載の本発明は、エンジンの負荷変動は、エンジンに連結されるプロペラの外乱による変動であることを特徴とする。
請求項8に記載の本発明によれば、エンジンの負荷変動に影響の大きいプロペラ負荷変動を予測した制御を行うことができる。
なお、請求項1から請求項8のいずれかにおける、エンジンモデル設定ステップ、設定回転数取得ステップ、パラメータ取得ステップ、状態観測ステップ、制御パラメータ導出ステップ、エンジン制御ステップをコンピュータのプログラムとして実行させることもできる。また、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であっても、コンピュータを機能させることにより、その作用と効果は、同様に発揮できる。
The present invention according to claim 8 is characterized in that the engine load fluctuation is a fluctuation due to disturbance of a propeller connected to the engine.
According to the eighth aspect of the present invention, control can be performed that predicts propeller load fluctuations that have a large influence on engine load fluctuations.
Note that the engine model setting step, the set rotation speed obtaining step, the parameter obtaining step, the state observation step, the control parameter deriving step, and the engine control step in any one of claims 1 to 8 may be executed as a computer program. can. Furthermore, even a computer-readable recording medium on which a program is recorded can have the same effects and effects by operating a computer.

請求項9記載に対応したエンジン制御システムにおいては、エンジンと、エンジンの回転数を設定する回転数設定手段と、エンジンの負荷変動を予測するためのパラメータを取得するパラメータ取得手段と、エンジンのエンジンモデルを設定するエンジンモデル設定部、取得したパラメータをエンジンモデルに適用しエンジンの負荷変動を含む状態観測を行う状態観測部、及び状態観測による負荷変動の予測結果と回転数設定手段で設定された設定回転数に基づきエンジンを制御するためのフィードフォワード制御パラメータを導出する制御パラメータ導出部を有した制御手段とを備え、導出したフィードフォワード制御パラメータに基づいてエンジンを制御することを特徴とする。
請求項9に記載の本発明によれば、状態観測を行なうことにより負荷変動を予測したフィードフォワード制御をエンジンに対して行い、エンジン性能を改善することができる。
An engine control system according to claim 9 includes an engine, a rotation speed setting means for setting the rotation speed of the engine, a parameter acquisition means for acquiring a parameter for predicting engine load fluctuation, and an engine of the engine. An engine model setting section that sets the model, a state observation section that applies the acquired parameters to the engine model and observes the state including engine load fluctuations, and a rotation speed setting means that uses the predicted results of load fluctuations based on the state observation. The present invention is characterized in that it includes a control means having a control parameter derivation unit that derives feedforward control parameters for controlling the engine based on the set rotation speed, and controls the engine based on the derived feedforward control parameters.
According to the present invention as set forth in claim 9, it is possible to perform feedforward control on the engine in which load fluctuations are predicted by observing the state, thereby improving engine performance.

請求項10記載の本発明は、パラメータ取得手段は、エンジン回転数センサと燃料供給量センサであることを特徴とする。
請求項10に記載の本発明によれば、状態観測部における負荷変動の予測結果の精度を向上させ、ひいては制御パラメータ導出部におけるフィードフォワード制御パラメータの導出精度を向上させることができる。
The present invention as set forth in claim 10 is characterized in that the parameter acquisition means is an engine rotation speed sensor and a fuel supply amount sensor.
According to the present invention as set forth in claim 10, it is possible to improve the accuracy of the prediction result of load fluctuation in the state observation section, and further improve the derivation accuracy of the feedforward control parameter in the control parameter derivation section.

請求項11記載の本発明は、状態観測部において、パラメータをエンジンモデルに適用して得られるエンジン負荷の推定結果に基づいて、負荷変動の予測結果を得ることを特徴とする。
請求項11に記載の本発明によれば、推定したエンジン負荷を負荷変動の予測結果に反映することができる。
The present invention as set forth in claim 11 is characterized in that the condition observation unit obtains a prediction result of load fluctuation based on an estimation result of the engine load obtained by applying parameters to the engine model.
According to the eleventh aspect of the present invention, the estimated engine load can be reflected in the prediction result of load fluctuation.

請求項12記載の本発明は、制御パラメータ導出部において、システム伝達関数モデルに負荷変動の予測結果と設定回転数を適用し、フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする。
請求項12に記載の本発明によれば、システム伝達関数モデルを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。
The present invention as set forth in claim 12 is characterized in that the control parameter deriving section applies the load fluctuation prediction result and the set rotation speed to the system transfer function model to derive the feedforward control parameter.
According to the present invention as set forth in claim 12, by using a system transfer function model, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy.

請求項13記載の本発明は、制御パラメータ導出部において、負荷変動の予測結果と設定回転数をカルマンフィルターに基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする。
請求項13に記載の本発明によれば、カルマンフィルターを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。
The present invention as set forth in claim 13 is characterized in that the control parameter deriving section performs feedforward compensation on the predicted result of load fluctuation and the set rotational speed based on a Kalman filter, and derives the feedforward control parameter.
According to the thirteenth aspect of the present invention, by using a Kalman filter, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy.

請求項14記載の本発明は、制御パラメータ導出部において、負荷変動の予測結果と設定回転数をファジイ推論に基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする。
請求項14に記載の本発明によれば、ファジイ推論を用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。
The present invention as set forth in claim 14 is characterized in that the control parameter deriving section performs feedforward compensation on the predicted result of load fluctuation and the set rotational speed based on fuzzy inference, and derives the feedforward control parameter.
According to the fourteenth aspect of the present invention, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy by using fuzzy inference.

請求項15記載の本発明は、制御手段は、エンジンに設けたガバナをフィードフォワード制御パラメータとしての指令回転数で制御することを特徴とする。
請求項15に記載の本発明によれば、負荷変動に対するエンジンの応答を速め、無駄な動きを小さくすることで燃費を向上させる制御を行うことができる。
A fifteenth aspect of the present invention is characterized in that the control means controls a governor provided in the engine using a command rotation speed as a feedforward control parameter.
According to the fifteenth aspect of the present invention, control can be performed to improve fuel efficiency by speeding up the response of the engine to load fluctuations and reducing unnecessary movements.

請求項16記載に対応した船舶においては、エンジン制御システムを、エンジンにより駆動されるプロペラ手段を有した船舶に搭載したことを特徴とする。
請求項16に記載の本発明によれば、エンジン性能を改善するエンジン制御システムが搭載された船舶を提供することができる。
A ship according to claim 16 is characterized in that the engine control system is mounted on a ship having propeller means driven by the engine.
According to the present invention as set forth in claim 16, it is possible to provide a ship equipped with an engine control system that improves engine performance.

請求項17記載の本発明は、プロペラ手段の外乱による変動を状態観測部におけるエンジンの負荷変動として状態観測を行なうことを特徴とする。
請求項17に記載の本発明によれば、エンジンの負荷変動に影響の大きいプロペラ負荷変動を予測した制御を行うことができる。
The present invention as set forth in claim 17 is characterized in that the state observation is performed by treating the fluctuations of the propeller means due to disturbances as engine load fluctuations in the state observation section.
According to the seventeenth aspect of the present invention, control can be performed that predicts propeller load fluctuations that have a large influence on engine load fluctuations.

本発明のエンジン制御方法によれば、状態観測を行なうことにより負荷変動を予測したフィードフォワード制御をエンジンに対して行い、エンジン性能を改善することができる。 According to the engine control method of the present invention, it is possible to perform feedforward control on the engine in which load fluctuations are predicted by observing the state, thereby improving engine performance.

また、パラメータ取得ステップで取得するパラメータは、エンジン回転数と燃料供給量である場合には、状態観測による負荷変動の予測結果の精度を向上させ、ひいてはフィードフォワード制御パラメータの精度を向上させることができる。 In addition, if the parameters acquired in the parameter acquisition step are the engine rotation speed and fuel supply amount, it is possible to improve the accuracy of the load fluctuation prediction results based on condition observation and, in turn, improve the accuracy of the feedforward control parameters. can.

また、状態観測ステップにおいて、パラメータをエンジンモデルに適用して得られるエンジン負荷の推定結果に基づいて、負荷変動の予測結果を得る場合には、推定したエンジン負荷を負荷変動の予測結果に反映することができる。 In addition, in the condition observation step, when obtaining load fluctuation prediction results based on engine load estimation results obtained by applying parameters to the engine model, the estimated engine load is reflected in the load fluctuation prediction results. be able to.

また、制御パラメータ導出ステップにおいて、システム伝達関数モデルに負荷変動の予測結果と設定回転数を適用し、フィードフォワード制御パラメータを導出する場合には、システム伝達関数モデルを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。 In addition, in the control parameter derivation step, when deriving feedforward control parameters by applying the load fluctuation prediction results and set rotation speed to the system transfer function model, the feedforward control parameters can be calculated by using the system transfer function model. can be derived with more precision.

また、制御パラメータ導出ステップにおいて、負荷変動の予測結果と設定回転数をカルマンフィルターに基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出する場合には、カルマンフィルターを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。 In addition, in the control parameter derivation step, feedforward compensation is performed on the load fluctuation prediction result and the set rotation speed based on the Kalman filter, and when the feedforward control parameters are derived, the feedforward control is performed by using the Kalman filter. Parameters can be derived with higher accuracy.

また、制御パラメータ導出ステップにおいて、負荷変動の予測結果と設定回転数をファジイ推論に基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出する場合には、ファジイ推論を用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。 In addition, in the control parameter derivation step, feedforward compensation is performed on the load fluctuation prediction result and set rotation speed based on fuzzy inference, and when feedforward control parameters are derived, feedforward control is performed using fuzzy inference. Parameters can be derived with higher accuracy.

また、エンジン制御ステップにおいて、エンジンに設けたガバナにフィードフォワード制御パラメータとして指令回転数を出力する場合には、負荷変動に対するエンジンの応答を速め、無駄な動きを小さくすることで燃費を向上させる制御を行うことができる。 In addition, in the engine control step, when outputting the command rotation speed as a feedforward control parameter to a governor installed in the engine, control is performed to improve fuel efficiency by speeding up the engine's response to load fluctuations and reducing unnecessary movement. It can be performed.

また、エンジンの負荷変動は、エンジンに連結されるプロペラの外乱による変動である場合には、エンジンの負荷変動に影響の大きいプロペラ負荷変動を予測した制御を行うことができる。 Further, if the engine load fluctuation is caused by a disturbance in the propeller connected to the engine, control can be performed that predicts the propeller load fluctuation that has a large influence on the engine load fluctuation.

また、本発明のエンジン制御システムによれば、状態観測を行なうことにより負荷変動を予測したフィードフォワード制御をエンジンに対して行い、エンジン性能を改善することができる。 Furthermore, according to the engine control system of the present invention, feedforward control that predicts load fluctuations can be performed on the engine by observing the state, thereby improving engine performance.

また、パラメータ取得手段は、エンジン回転数センサと燃料供給量センサである場合には、状態観測部における負荷変動の予測結果の精度を向上させ、ひいては制御パラメータ導出部におけるフィードフォワード制御パラメータの導出精度を向上させることができる。 In addition, when the parameter acquisition means is an engine rotation speed sensor and a fuel supply amount sensor, it improves the accuracy of the load fluctuation prediction result in the condition observation section, and further improves the derivation accuracy of feedforward control parameters in the control parameter derivation section. can be improved.

また、状態観測部において、パラメータをエンジンモデルに適用して得られるエンジン負荷の推定結果に基づいて、負荷変動の予測結果を得る場合には、推定したエンジン負荷を負荷変動の予測結果に反映することができる。 In addition, when the condition observation unit obtains a load fluctuation prediction result based on the engine load estimation result obtained by applying parameters to the engine model, the estimated engine load is reflected in the load fluctuation prediction result. be able to.

また、制御パラメータ導出部において、システム伝達関数モデルに負荷変動の予測結果と設定回転数を適用し、フィードフォワード制御パラメータを導出する場合には、システム伝達関数モデルを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。 In addition, in the control parameter derivation section, when the feedforward control parameters are derived by applying the predicted load fluctuation results and the set rotation speed to the system transfer function model, the feedforward control parameters can be calculated by using the system transfer function model. can be derived with more precision.

また、制御パラメータ導出部において、負荷変動の予測結果と設定回転数をカルマンフィルターに基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出する場合には、カルマンフィルターを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。 In addition, in the control parameter derivation section, feedforward compensation is performed on the load fluctuation prediction result and the set rotation speed based on the Kalman filter, and when the feedforward control parameters are derived, the feedforward control is performed using the Kalman filter. Parameters can be derived with higher accuracy.

また、制御パラメータ導出部において、負荷変動の予測結果と設定回転数をファジイ推論に基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出する場合には、ファジイ推論を用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出することができる。 In addition, the control parameter derivation section performs feedforward compensation on the load fluctuation prediction result and set rotation speed based on fuzzy inference, and when deriving feedforward control parameters, feedforward control is performed using fuzzy inference. Parameters can be derived with higher accuracy.

また、制御手段は、エンジンに設けたガバナをフィードフォワード制御パラメータとしての指令回転数で制御する場合には、負荷変動に対するエンジンの応答を速め、無駄な動きを小さくすることで燃費を向上させる制御を行うことができる。 In addition, when the control means controls the governor provided in the engine using the command rotation speed as a feedforward control parameter, the control means improves fuel efficiency by speeding up the response of the engine to load fluctuations and reducing unnecessary movements. It can be performed.

また、本発明の船舶によれば、エンジン性能を改善するエンジン制御システムが搭載された船舶を提供することができる。 Further, according to the ship of the present invention, it is possible to provide a ship equipped with an engine control system that improves engine performance.

また、プロペラ手段の外乱による変動を状態観測部におけるエンジンの負荷変動として状態観測を行なう場合には、エンジンの負荷変動に影響の大きいプロペラ負荷変動を予測した制御を行うことができる。 Further, when the condition is observed by using the engine load fluctuation in the condition observation section as a result of the disturbance caused by the propeller means, control can be performed in which the propeller load fluctuation, which has a large influence on the engine load fluctuation, is predicted.

本発明の実施形態によるエンジン制御システムのブロック図Block diagram of an engine control system according to an embodiment of the invention 同エンジン制御方法のフロー図Flow diagram of the engine control method 同フィードフォワード制御の例として、システム伝達関数モデルを用いる場合の説明図An explanatory diagram when using a system transfer function model as an example of feedforward control. 同フィードフォワード制御の例として、カルマンフィルターを用いる場合の説明図An explanatory diagram when using a Kalman filter as an example of the same feedforward control 同フィードフォワード制御の例として、ファジイ推論を用いる場合の説明図An explanatory diagram when using fuzzy inference as an example of the same feedforward control

以下に、本発明の実施形態によるエンジン制御方法、エンジン制御システム、及び船舶について説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the engine control method, engine control system, and ship by embodiment of this invention are demonstrated.

図1は本実施形態によるエンジン制御システムのブロック図である。
エンジン制御システムは、ガバナ11が設けられたエンジン10と、エンジン10の回転数を設定する回転数設定手段20と、エンジン10の負荷変動を予測するためのパラメータを取得するパラメータ取得手段30と、制御手段40を備える。
制御手段40は、エンジン10のエンジンモデル41を設定するエンジンモデル設定部42と、取得したパラメータをエンジンモデル41に適用しエンジン10の負荷変動を含む状態観測を行う状態観測部43と、状態観測による負荷変動の予測結果及び回転数設定手段20で設定された設定回転数に基づきエンジン10を制御するためのフィードフォワード制御パラメータを導出する制御パラメータ導出部44を有する。
エンジン制御システムは、エンジン10により駆動されるプロペラ手段(プロペラ)12を有した船舶に搭載されている。
エンジン制御システムは、制御パラメータ導出部44が導出したフィードフォワード制御パラメータに基づいてエンジン10を制御する。状態観測を行なうことにより負荷変動を予測したフィードフォワード制御をエンジン10に対して行い、エンジン性能を改善することができる。
FIG. 1 is a block diagram of an engine control system according to this embodiment.
The engine control system includes an engine 10 provided with a governor 11, a rotation speed setting means 20 for setting the rotation speed of the engine 10, and a parameter acquisition means 30 for acquiring parameters for predicting load fluctuations of the engine 10. A control means 40 is provided.
The control means 40 includes an engine model setting section 42 that sets an engine model 41 of the engine 10, a state observation section 43 that applies acquired parameters to the engine model 41 and observes the state including load fluctuations of the engine 10, and a state observation section 43 that performs state observation including load fluctuations of the engine 10. It has a control parameter derivation unit 44 that derives feedforward control parameters for controlling the engine 10 based on the prediction result of the load fluctuation and the set rotation speed set by the rotation speed setting means 20.
The engine control system is mounted on a ship having propeller means (propeller) 12 driven by an engine 10.
The engine control system controls the engine 10 based on the feedforward control parameters derived by the control parameter derivation unit 44. By observing the state, feedforward control that predicts load fluctuations can be performed on the engine 10 to improve engine performance.

パラメータ取得手段30は、エンジン10のエンジン回転数(エンジン速度)を検出するエンジン回転数センサ31と、エンジン10への燃料供給量を検出する燃料供給量センサ32を有する。なお、燃料供給量の検出には、燃料ポンプラック位置の検出や、燃料流量計測等が含まれる。 The parameter acquisition means 30 includes an engine rotation speed sensor 31 that detects the engine rotation speed (engine speed) of the engine 10 and a fuel supply amount sensor 32 that detects the amount of fuel supplied to the engine 10. Note that detection of the fuel supply amount includes detection of the fuel pump rack position, fuel flow rate measurement, and the like.

回転数設定手段20、パラメータ取得手段30及び制御手段40は、エンジン制御プログラムを有するコンピュータ50とインターフェースを介して接続されている。
なお、コンピュータ50は、制御手段40の一部、又は全てを含むことができる。コンピュータ50が、制御手段40の一部を含む場合は、他の部分は他のコンピュータやハード回路を用いて構成される。
The rotation speed setting means 20, the parameter acquisition means 30, and the control means 40 are connected via an interface to a computer 50 having an engine control program.
Note that the computer 50 can include part or all of the control means 40. When the computer 50 includes a part of the control means 40, other parts are constructed using other computers and hardware circuits.

図2は本実施形態によるエンジン制御方法のフロー図である。
まず、エンジンモデル設定部42を用いて、エンジン10のエンジンモデル41を設定する(エンジンモデル設定ステップS1)。
エンジンモデル41は、エンジン10の構成要素ごとの応答を表す物理モデルを組み合わせたモデルである。物理モデルには、エンジン10の構成要素の状態を数学的に表現した物理数学モデル、機械学習(ML)モデル、非線形回帰(NLR)モデル、伝達関数(TF)モデル等がある。ここで、物理数学モデルは、モデル作成のデータがあればエンジン10を忠実に再現できる。また、機械学習(ML)モデルは、構成が若干複雑であるが、計測手段40の計測精度が十分でありモデル作成のデータがあればエンジン10に忠実である。非線形回帰(NLR)モデルは、構成は簡単であるが、計測手段30による多くの計測値があっても精度がやや劣る。 伝達関数(TF)モデルは、構成は簡単であるが、主機10の構成要素(例えば冷却器等)によっては、これで十分な場合もある。これらモデルは一長一短があるものの、入手できるデータ項目や量に応じて使い分けることが望ましい。
ここでは、代表例として舶用ディーゼルエンジンの物理数学モデルのみで物理モデルを構成する例を述べる。
まず、エンジン回転数の調速のためのガバナ11のモデルが挙げられる。ガバナ11はエンジントルク発生のための燃料投入量を定められた制御設定に応じて決定するものであり、機械式ガバナを対象とする場合は制御上の設定が反映された時定数や比例ゲイン係数を含んだ一次の微分方程式で表されるモデルであることが多く、電子ガバナの場合はPID制御則に則ったモデルとなる。エンジントルク発生モデルは燃料燃焼によるエンジントルク発生をモデル化したものであり、ガバナモデルから出力される燃料投入量やエンジン回転数及び過給機回転数が変数となり、発生したパワートルクと軸系の摩擦を差し引いたモデルとなることが一般的である。過給機回転数が計測されない場合は過給機回転数モデルにより値を計算する。このモデルは過給機のタービントルクとコンプレッサートルクを外力項とした軸運動微分方程式によって求めることが多く、タービントルクやコンプレッサートルクの計算に燃焼室の掃気及び排気を考慮した特性方程式の計算を行う。これらの計算には燃焼問題をシリンダごとに個別に扱う計算法や、全てのシリンダの燃焼問題を1回転サイクルの平均値に代表させて取り扱う計算法もある。エンジン回転数の応答モデルはエンジントルクとプロペラトルク等の外力負荷トルクを外力項とした推進軸系の軸運動微分方程式によって求める。
舶用ディーゼルエンジンの物理モデルを物理数学モデルで構成する場合は以上の構成が一般的である。
なお、エンジンモデル設定部42は、制御手段40に含めずに、他のコンピュータ等で構成し、このエンジンモデル設定部42を用いて、予め制御手段40にエンジンモデル41を設定しておくこともできる。
制御手段40がコンピュータ(コンピュータ50で構成される場合を含む)で構成されている場合、エンジンモデル設定部42は、エンジンモデル41の入力された条件を取得し、さらにモデル内変数を取得しエンジンモデル41を構築して設定すること、既に設定されたエンジンモデル41の入力されたモデル内変数を取得し設定すること、既にモデルパラメータも入力された他のコンピュータや装置のエンジンモデル41と連係させることを含む。
モデル内変数(係数・定数)を同定するためには、エンジン10と同型のエンジンの陸上運転結果などの船舶就航前に収集可能なデータを用いるか、就航後に取得できるデータを用いる。就航後に取得したデータを用いモデル内変数を更新することで、エンジン制御システムの経年劣化に対応できる。
FIG. 2 is a flow diagram of the engine control method according to this embodiment.
First, the engine model 41 of the engine 10 is set using the engine model setting section 42 (engine model setting step S1).
The engine model 41 is a combination of physical models representing responses of each component of the engine 10. The physical model includes a physical-mathematical model that mathematically expresses the states of the components of the engine 10, a machine learning (ML) model, a nonlinear regression (NLR) model, a transfer function (TF) model, and the like. Here, the physical/mathematical model can faithfully reproduce the engine 10 if data for creating the model is available. Further, although the machine learning (ML) model has a slightly complicated configuration, it is faithful to the engine 10 if the measurement accuracy of the measuring means 40 is sufficient and data for creating the model is available. Although the nonlinear regression (NLR) model has a simple configuration, its accuracy is somewhat inferior even though there are many measured values by the measuring means 30. Although the transfer function (TF) model has a simple configuration, it may be sufficient depending on the components of the main engine 10 (for example, a cooler, etc.). Although these models have advantages and disadvantages, it is desirable to use them appropriately depending on the data items and amount available.
Here, as a representative example, we will discuss an example in which a physical model is constructed only from a physical-mathematical model of a marine diesel engine.
First, there is a model of a governor 11 for controlling the engine speed. The governor 11 determines the amount of fuel input to generate engine torque according to predetermined control settings, and when a mechanical governor is used, it determines the time constant and proportional gain coefficient that reflect the control settings. It is often a model expressed by a first-order differential equation that includes, and in the case of an electronic governor, it is a model based on the PID control law. The engine torque generation model is a model of engine torque generation due to fuel combustion, and the variables are the fuel input amount output from the governor model, engine rotation speed, and supercharger rotation speed, and the generated power torque and shaft system It is common to use a model that subtracts friction. If the supercharger rotation speed is not measured, calculate the value using the supercharger rotation speed model. This model is often calculated using an axial motion differential equation with the turbocharger's turbine torque and compressor torque as external force terms, and a characteristic equation is calculated that takes into account scavenging and exhaust air from the combustion chamber when calculating the turbine torque and compressor torque. . These calculations include a calculation method in which the combustion problem is handled individually for each cylinder, and a calculation method in which the combustion problem for all cylinders is represented by the average value of one rotation cycle. The engine rotational speed response model is determined by the axial motion differential equation of the propulsion shaft system, with engine torque and external force load torque such as propeller torque as external force terms.
The above configuration is common when a physical model of a marine diesel engine is configured using a physical-mathematical model.
Note that the engine model setting section 42 may not be included in the control means 40, but may be constituted by another computer, etc., and the engine model 41 may be set in the control means 40 in advance using this engine model setting section 42. can.
When the control means 40 is constituted by a computer (including a case where it is constituted by a computer 50), the engine model setting section 42 acquires the input conditions of the engine model 41, further acquires the variables within the model, and sets the engine model. Build and set the model 41, obtain and set the input model variables of the already set engine model 41, and link with the engine model 41 of another computer or device to which model parameters have already been input. Including.
In order to identify the variables (coefficients/constants) within the model, data that can be collected before the ship enters service, such as land operation results of an engine of the same type as the engine 10, is used, or data that can be obtained after the ship enters service is used. By updating the variables in the model using data acquired after the aircraft enters service, it is possible to cope with aging deterioration of the engine control system.

次に、回転数設定手段20で設定されたエンジン10の設定回転数を取得する(設定回転数取得ステップS2)。
取得した設定回転数は、制御手段40へ送信される。
Next, the set rotation speed of the engine 10 set by the rotation speed setting means 20 is acquired (set rotation speed acquisition step S2).
The acquired set rotation speed is transmitted to the control means 40.

次に、パラメータ取得手段30を用いて、エンジン10の負荷変動を予測するためのパラメータを取得する(パラメータ取得ステップS3)。
パラメータ取得ステップS3において取得するパラメータは、エンジン回転数センサ31によって取得するエンジン回転数と、燃料供給量センサ32によって取得するエンジン10への燃料供給量であることが好ましい。これにより、状態観測による負荷変動の予測結果の精度を向上させ、ひいてはフィードフォワード制御パラメータの精度を向上させることができる。なお、エンジン回転数センサ31はエンジン10の回転数を直接検出(フォトカプラ、ロータリーエンコーダ等)、また間接的に検出(プロペラ軸回転計等)する各種のセンサが採用し得る。
Next, parameters for predicting load fluctuations of the engine 10 are acquired using the parameter acquisition means 30 (parameter acquisition step S3).
The parameters acquired in the parameter acquisition step S3 are preferably the engine rotation speed acquired by the engine rotation speed sensor 31 and the amount of fuel supplied to the engine 10 acquired by the fuel supply amount sensor 32. Thereby, it is possible to improve the accuracy of the results of predicting load fluctuations based on state observation, and in turn, it is possible to improve the accuracy of feedforward control parameters. Note that the engine rotation speed sensor 31 may be any of various sensors that directly detect the rotation speed of the engine 10 (photocoupler, rotary encoder, etc.) or indirectly detect it (propeller shaft tachometer, etc.).

次に、状態観測部43において、パラメータ取得手段30を用いて取得したパラメータをエンジンモデル41に適用し、計算を行ってエンジン10の負荷変動を含む状態観測を行う(状態観測ステップS4)。
状態観測部43においては、パラメータをエンジンモデル41に適用して得られるエンジン負荷の推定結果に基づいて、負荷変動の予測結果を得ることが好ましい。これにより、推定したエンジン負荷を負荷変動の予測結果に反映することができる。
また、本実施形態では、エンジン10の負荷変動は、エンジン10に連結されるプロペラ手段12の外乱による変動としている。これにより、エンジン10の負荷変動に影響の大きいプロペラ負荷変動を予測した制御を行うことができる。
Next, the condition observation unit 43 applies the parameters acquired using the parameter acquisition means 30 to the engine model 41, performs calculations, and performs condition observation including load fluctuations of the engine 10 (condition observation step S4).
In the state observation unit 43, it is preferable to obtain a prediction result of load fluctuation based on an estimation result of the engine load obtained by applying the parameters to the engine model 41. Thereby, the estimated engine load can be reflected in the load fluctuation prediction result.
Further, in this embodiment, the load fluctuation of the engine 10 is caused by a disturbance in the propeller means 12 connected to the engine 10. Thereby, control can be performed that predicts propeller load fluctuations that have a large influence on engine 10 load fluctuations.

次に、制御パラメータ導出部44を用いて、状態観測部43における状態観測による負荷変動の予測結果と、エンジン10の設定回転数に基づき、エンジン10を制御するためのフィードフォワード制御パラメータを導出する(制御パラメータ導出ステップS5)。 Next, using the control parameter derivation unit 44, feedforward control parameters for controlling the engine 10 are derived based on the load fluctuation prediction result based on the state observation in the state observation unit 43 and the set rotation speed of the engine 10. (Control parameter derivation step S5).

次に、制御手段40は、導出したフィードフォワード制御パラメータをエンジン10の制御に適用する(エンジン制御ステップS6)。
エンジン10の制御として例えば、制御パラメータ導出部44がフィードフォワード制御パラメータとして指令回転数を導出し、制御手段40は、エンジン10に設けたガバナ11をフィードフォワード制御パラメータとしての指令回転数で制御する。これにより、負荷変動に対するエンジン10の応答を速め、無駄な動きを小さくすることで燃費を向上させる制御を行うことができる。
なお、フィードフォワード制御パラメータとして指令回転数を導出し、ガバナ11を制御することは、回転数設定手段20で設定されたエンジン10の設定回転数を指令回転数に置き換えて予測制御することになる。
Next, the control means 40 applies the derived feedforward control parameters to the control of the engine 10 (engine control step S6).
To control the engine 10, for example, the control parameter derivation unit 44 derives a commanded rotation speed as a feedforward control parameter, and the control means 40 controls the governor 11 provided in the engine 10 using the commanded rotational speed as the feedforward control parameter. . Thereby, it is possible to perform control that improves fuel efficiency by speeding up the response of the engine 10 to load fluctuations and reducing unnecessary movements.
Note that deriving the command rotation speed as a feedforward control parameter and controlling the governor 11 means performing predictive control by replacing the set rotation speed of the engine 10 set by the rotation speed setting means 20 with the command rotation speed. .

図3は本実施形態によるフィードフォワード制御の例として、システム伝達関数モデルを用いる場合の説明図である。
図3(a)はエンジン制御システムの構成を示している。なお、プロペラ手段12、回転数設定手段20、パラメータ取得手段30、エンジンモデル設定部42、及びコンピュータ50については図示を省略している。
エンジンモデル41及び状態観測部43には、パラメータ取得手段30で取得したエンジン10のパラメータ(エンジン回転数n、燃料供給量h、過給機回転数nTC、掃気圧P、及び平均有効圧力P)が入力される。なお、過給機回転数nTC、掃気圧P、及び平均有効圧力Pは、エンジンモデル41を用いて推定してもよい。
状態観測部43は、取得したパラメータをエンジンモデル41に適用して状態観測を行い、エンジン10の負荷変動の予測結果としてプロペラ流入速度(プロペラ外乱)の推定値u(「uは上部に「~」付)を出力する。
制御パラメータ導出部44は、システム伝達関数モデルにプロペラ流入速度の推定値u(「uは上部に「~」付)と設定回転数を適用し、フィードフォワード制御パラメータを導出する。システム伝達関数モデルを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出し、燃費の向上等に繋げることができる。
FIG. 3 is an explanatory diagram when a system transfer function model is used as an example of feedforward control according to this embodiment.
FIG. 3(a) shows the configuration of the engine control system. Note that illustration of the propeller means 12, rotation speed setting means 20, parameter acquisition means 30, engine model setting section 42, and computer 50 is omitted.
The engine model 41 and the state observation unit 43 include parameters of the engine 10 acquired by the parameter acquisition means 30 (engine rotation speed n e , fuel supply amount h p , supercharger rotation speed n TC , scavenging pressure P s , and average The effective pressure P e ) is input. Note that the supercharger rotation speed n TC , scavenging pressure P s , and average effective pressure P e may be estimated using the engine model 41.
The condition observation unit 43 observes the condition by applying the acquired parameters to the engine model 41, and obtains an estimated value u p of the propeller inflow speed (propeller disturbance) as a prediction result of the load fluctuation of the engine 10 ("u" is written at the top). ) is output.
The control parameter deriving unit 44 applies the estimated value of the propeller inflow speed u p ("u" has "~" at the top) and the set rotation speed to the system transfer function model, and derives the feedforward control parameters. By using a system transfer function model, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy, leading to improvements in fuel efficiency, etc.

図3(b)はシステム伝達関数モデルを示す図である。図3(b)において、「nsp」はエンジン10の設定回転数、「FF」はフィードフォワードフィルタ、「W」はガバナ応答(伝達)機能、「W」はガバナが出力する燃料供給量hからエンジン回転数nへの伝達関数、「W」は外乱u(「uは上部に「~」付)からエンジン回転数nへの伝達関数、「Wnt」は過給機からエンジン回転数nへの伝達関数、「Wne」はエンジン回転数nから過給機への伝達関数、「Wth」はガバナ11から過給機への伝達関数である。
出力Yは、伝達関数Wssに状態Xを乗じることで求められる。また、設定回転数nspの制御値Δnspは、伝達関数Wssの逆数にプロペラ流入速度の推定値u(「uは上部に「~」付)を乗じることで求められる。
FIG. 3(b) is a diagram showing a system transfer function model. In FIG. 3(b), "n sp " is the set rotation speed of the engine 10, "FF" is the feedforward filter, "W G " is the governor response (transmission) function, and "W h " is the fuel supply output by the governor. ``W u'' is the transfer function from the quantity h p to the engine speed ne , ``W u '' is the transfer function from the disturbance u p (``u'' is marked with ``~'' above) to the engine speed ne , and ``W nt '' is the A transfer function from the charger to the engine speed ne , "W ne " is a transfer function from the engine speed ne to the supercharger, and "W th " is a transfer function from the governor 11 to the supercharger.
The output Y is obtained by multiplying the transfer function W ss by the state X. Further, the control value Δn sp of the set rotational speed n sp is obtained by multiplying the reciprocal of the transfer function W ss by the estimated value u p of the propeller inflow speed (“u” has “~” attached above).

制御手段40は、フィードフォワード制御パラメータとしての指令回転数norderをガバナ11へ送信する。ガバナ11は指令回転数norderに基づいて燃料供給量hを調整する。これにより、プロペラ流入速度uの変動による外乱を補償して過給機の速度が安定する。このことは、燃料消費量に大きな影響を与える。また、制御手段40は、制御パラメータ導出部44のフィードフォワードフィルタのゲインを調整して、エンジン回転数nへの悪影響を減らすことができる。ここでゲインとは、制御パラメータである制御値Δnspを大きく変えるかどうかを決める値(比例ゲイン)である。The control means 40 transmits the command rotation speed n order as a feedforward control parameter to the governor 11 . The governor 11 adjusts the fuel supply amount hp based on the command rotation speed n order . This compensates for disturbances caused by fluctuations in the propeller inflow speed up and stabilizes the speed of the supercharger. This has a significant impact on fuel consumption. Furthermore, the control means 40 can adjust the gain of the feedforward filter of the control parameter deriving section 44 to reduce the negative influence on the engine speed ne . Here, the gain is a value (proportional gain) that determines whether the control value Δn sp , which is a control parameter, is to be changed significantly.

図4は本実施形態によるフィードフォワード制御の例として、カルマンフィルターを用いる場合の説明図である。なお、プロペラ手段12、回転数設定手段20、パラメータ取得手段30、エンジンモデル設定部42、及びコンピュータ50については図示を省略している。
エンジンモデル41及び状態観測部43には、パラメータ取得手段30で取得したエンジン10のパラメータ(エンジン回転数n、燃料供給量h、過給機回転数nTC、掃気圧P、及び平均有効圧力P)が入力される。なお、過給機回転数nTC、掃気圧P、及び平均有効圧力Pは、エンジンモデル41による計算結果を用いて推定してもよい。
状態観測部43は、取得したパラメータをエンジンモデル41に適用して計算により状態観測を行い、エンジン10の負荷変動の予測結果としてプロペラ流入速度(プロペラ外乱)の推定値u(「uは上部に「~」付)を出力する。
制御パラメータ導出部44は、プロペラ流入速度の推定値u(「uは上部に「~」付)と設定回転数nspをカルマンフィルターに基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出する。カルマンフィルターを用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出し、燃費の向上等に繋げることができる。なお、カルマンフィルターとしては、拡張カルマンフィルター(EKF)、又はアンセンテッドカルマンフィルター(UKF)等を用いることができる。
FIG. 4 is an explanatory diagram when a Kalman filter is used as an example of feedforward control according to this embodiment. Note that illustration of the propeller means 12, rotation speed setting means 20, parameter acquisition means 30, engine model setting section 42, and computer 50 is omitted.
The engine model 41 and the state observation unit 43 include parameters of the engine 10 acquired by the parameter acquisition means 30 (engine rotation speed n e , fuel supply amount h p , supercharger rotation speed n TC , scavenging pressure P s , and average The effective pressure P e ) is input. Note that the supercharger rotation speed n TC , the scavenging pressure P s , and the average effective pressure P e may be estimated using calculation results by the engine model 41.
The condition observation unit 43 applies the acquired parameters to the engine model 41 to observe the condition by calculation, and obtains an estimated value u p of the propeller inflow speed (propeller disturbance) as a prediction result of the load fluctuation of the engine 10 ("u is the upper (with “~”) is output.
The control parameter deriving unit 44 performs feedforward compensation on the estimated propeller inflow speed u p (“u” is marked with “~” above) and the set rotation speed n sp based on a Kalman filter, and derives feedforward control parameters. do. By using a Kalman filter, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy, leading to improvements in fuel efficiency, etc. Note that as the Kalman filter, an extended Kalman filter (EKF), an unscented Kalman filter (UKF), or the like can be used.

フィードフォワード制御パラメータは下式(1)により導出する。
ここで、h’は燃料供給量補正値、Kはカルマンゲイン、Pは状態共分散である。
The feedforward control parameters are derived from the following equation (1).
Here, h' p is the fuel supply amount correction value, K G is the Kalman gain, and P i is the state covariance.

制御手段40は、フィードフォワード制御パラメータとしての指令回転数norderをガバナ11へ送信する。ガバナ11は、回転数設定手段20で設定された設定回転数を予測制御指令回転数norderに置き換えて燃料供給量hを調整する。これにより、プロペラ流入速度uの変動による外乱を補償することができる。The control means 40 transmits the command rotation speed n order as a feedforward control parameter to the governor 11 . The governor 11 replaces the set rotation speed set by the rotation speed setting means 20 with the predicted control command rotation speed n order and adjusts the fuel supply amount h p . This makes it possible to compensate for disturbances caused by fluctuations in the propeller inflow speed up .

図5は本実施形態によるフィードフォワード制御の例として、ファジイ推論を用いる場合の説明図である。
図5(a)はエンジン制御システムの構成を示している。なお、プロペラ手段12、回転数設定手段20、パラメータ取得手段30、エンジンモデル設定部42、及びコンピュータ50については図示を省略している。
エンジンモデル41及び状態観測部43には、パラメータ取得手段30で取得したエンジン10のパラメータ(エンジン回転数n、燃料供給量h、過給機回転数nTC、掃気圧P、及び平均有効圧力P)が入力される。なお、過給機回転数nTC、掃気圧P、及び平均有効圧力Pは、エンジンモデル41による計算結果を用いて推定してもよい。
状態観測部43は、取得したパラメータをエンジンモデル41に適用して計算により状態観測を行い、エンジン10の負荷変動の予測結果としてプロペラ流入速度(プロペラ外乱)の推定値u(「uは上部に「~」付)を出力する。
制御パラメータ導出部44は、プロペラ流入速度の推定値u(「uは上部に「~」付)と設定回転数nspをファジイ推論に基づいてフィードフォワード補償をし、フィードフォワード制御パラメータを導出する。ファジイ推論を用いることで、フィードフォワード制御パラメータをより精度よく導出し、燃費の向上等に繋げることができる。
FIG. 5 is an explanatory diagram when fuzzy inference is used as an example of feedforward control according to this embodiment.
FIG. 5(a) shows the configuration of the engine control system. Note that illustration of the propeller means 12, rotation speed setting means 20, parameter acquisition means 30, engine model setting section 42, and computer 50 is omitted.
The engine model 41 and the state observation unit 43 include parameters of the engine 10 acquired by the parameter acquisition means 30 (engine rotation speed n e , fuel supply amount h p , supercharger rotation speed n TC , scavenging pressure P s , and average The effective pressure P e ) is input. Note that the supercharger rotation speed n TC , the scavenging pressure P s , and the average effective pressure P e may be estimated using calculation results by the engine model 41.
The condition observation unit 43 applies the acquired parameters to the engine model 41 to observe the condition by calculation, and obtains an estimated value u p of the propeller inflow speed (propeller disturbance) as a prediction result of the load fluctuation of the engine 10 ("u is the upper (with “~”) is output.
The control parameter deriving unit 44 performs feedforward compensation on the estimated propeller inflow speed u p (“u” is marked with “~” above) and the set rotation speed n sp based on fuzzy reasoning, and derives feedforward control parameters. do. By using fuzzy inference, feedforward control parameters can be derived with higher accuracy, leading to improvements in fuel efficiency, etc.

図5(b)はファジイ推論に基づくフィードフォワード制御パラメータの導出を示す図である。図5(b)において、「&」はAND演算、「||」はOR演算である。
制御パラメータ導出部44は、エンジントルクとプロペラトルクを組み合わせ、プロペラトルクとエンジントルクとの不均衡に基づいてファジイ推論を使用しフィードフォワード制御パラメータを導出する。
FIG. 5(b) is a diagram showing derivation of feedforward control parameters based on fuzzy inference. In FIG. 5(b), "&" is an AND operation, and "||" is an OR operation.
The control parameter deriving unit 44 combines engine torque and propeller torque, and derives feedforward control parameters using fuzzy inference based on the imbalance between propeller torque and engine torque.

制御手段40は、フィードフォワード制御パラメータとしての指令回転数norderをガバナ11へ送信する。ガバナ11は、回転数設定手段20で設定された設定回転数を指令回転数norderに置き換えて燃料供給量hを調整する。指令回転数norderを変更することによってプロペラ流入速度uの変動による外乱を補償することができる。
なお、上記の例ではエンジン10の負荷変動の予測結果としてプロペラ流入速度(プロペラ外乱)の推定値uを用いたが、プロペラ流入速度uを直接計測して用いフィードフォワード制御パラメータを導出することもできる。
The control means 40 transmits the command rotation speed n order as a feedforward control parameter to the governor 11 . The governor 11 replaces the set rotation speed set by the rotation speed setting means 20 with the command rotation speed n order and adjusts the fuel supply amount hp . By changing the command rotation speed n order , it is possible to compensate for disturbances caused by fluctuations in the propeller inflow speed up .
Note that in the above example, the estimated value u p of the propeller inflow speed (propeller disturbance) was used as the prediction result of the load fluctuation of the engine 10, but the propeller inflow speed u p is directly measured and used to derive the feedforward control parameters. You can also do that.

以上の説明は、本開示による典型的な実施の形態の説明のためのものであり、限定するためのものではない。本開示が、本明細書に明示的に記載された形態と異なる形態で実施されてもよく、請求の範囲と一致する範囲で、様々な修正、最適化及び変形が、当業者によって実現され得る。 The above description is illustrative of exemplary embodiments according to the present disclosure and is not intended to be limiting. The present disclosure may be implemented in forms different from those expressly described herein, and various modifications, optimizations, and variations may be realized by those skilled in the art to the extent consistent with the claims. .

[付記]
なお、本発明は、次のように表現することも可能である。
(付記1)
コンピュータに、
エンジンのエンジンモデルを設定するエンジンモデル設定ステップと、
前記エンジンの設定回転数を取得する設定回転数取得ステップと、
前記エンジンの負荷変動を予測するためのパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
前記取得した前記パラメータを前記エンジンモデルに適用し、前記エンジンの前記負荷変動を含む状態観測を行う状態観測ステップと、
前記状態観測による前記負荷変動の予測結果と、前記エンジンの前記設定回転数に基づき前記エンジンを制御するためのフィードフォワード制御パラメータを導出する制御パラメータ導出ステップと、
導出した前記フィードフォワード制御パラメータを前記エンジンの制御に適用するエンジン制御ステップと
を実行させることを特徴とするエンジン制御プログラム。
(付記2)
前記パラメータ取得ステップで取得する前記パラメータは、エンジン回転数と燃料供給量であることを特徴とする付記1に記載のエンジン制御プログラム。
(付記3)
前記状態観測ステップにおいて、前記パラメータを前記エンジンモデルに適用して得られるエンジン負荷の推定結果に基づいて、前記負荷変動の前記予測結果を得ることを特徴とする付記1又は付記2に記載のエンジン制御プログラム。
(付記4)
前記制御パラメータ導出ステップにおいて、システム伝達関数モデルに前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数を適用し、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする付記1から付記3のいずれか1項に記載のエンジン制御プログラム。
(付記5)
前記制御パラメータ導出ステップにおいて、前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数をカルマンフィルターに基づいてフィードフォワード補償をし、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする付記1から付記3のいずれか1項に記載のエンジン制御プログラム。
(付記6)
前記制御パラメータ導出ステップにおいて、前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数をファジイ推論に基づいてフィードフォワード補償をし、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする付記1から付記3のいずれか1項に記載のエンジン制御プログラム。
(付記7)
前記エンジン制御ステップにおいて、前記エンジンに設けたガバナに前記フィードフォワード制御パラメータとして指令回転数を出力することを特徴とする付記1から付記6のいずれか1項に記載のエンジン制御プログラム。
(付記8)
前記エンジンの前記負荷変動は、前記エンジンに連結されるプロペラの外乱による変動であることを特徴とする付記1から付記7のいずれか1項に記載のエンジン制御プログラム。
(付記9)
付記1から付記8のいずれか1項に記載のエンジン制御プログラムを記録したことを特徴とするエンジン制御プログラムの記録媒体。
[Additional notes]
Note that the present invention can also be expressed as follows.
(Additional note 1)
to the computer,
an engine model setting step for setting an engine model of the engine;
a set rotation speed obtaining step of obtaining a set rotation speed of the engine;
a parameter acquisition step of acquiring parameters for predicting load fluctuations of the engine;
a state observation step of applying the acquired parameters to the engine model and observing the state of the engine including the load fluctuation;
a control parameter deriving step of deriving a feedforward control parameter for controlling the engine based on the prediction result of the load fluctuation based on the state observation and the set rotation speed of the engine;
An engine control program comprising: an engine control step of applying the derived feedforward control parameters to control of the engine.
(Additional note 2)
The engine control program according to appendix 1, wherein the parameters acquired in the parameter acquisition step are engine rotation speed and fuel supply amount.
(Additional note 3)
The engine according to appendix 1 or 2, wherein in the state observation step, the prediction result of the load fluctuation is obtained based on the engine load estimation result obtained by applying the parameter to the engine model. control program.
(Additional note 4)
Any one of Supplementary Notes 1 to 3, wherein in the control parameter deriving step, the predicted result of the load fluctuation and the set rotation speed are applied to a system transfer function model to derive the feedforward control parameter. The engine control program described in section.
(Appendix 5)
Supplementary Notes 1 to 3, wherein in the control parameter deriving step, feedforward compensation is performed on the prediction result of the load fluctuation and the set rotation speed based on a Kalman filter, and the feedforward control parameter is derived. The engine control program according to any one of the items.
(Appendix 6)
Supplementary notes 1 to 3, wherein in the control parameter deriving step, feedforward compensation is performed on the prediction result of the load fluctuation and the set rotation speed based on fuzzy inference, and the feedforward control parameter is derived. The engine control program according to any one of the items.
(Appendix 7)
The engine control program according to any one of Supplementary Notes 1 to 6, wherein in the engine control step, a command rotation speed is outputted as the feedforward control parameter to a governor provided in the engine.
(Appendix 8)
The engine control program according to any one of appendices 1 to 7, wherein the load fluctuation of the engine is a fluctuation due to disturbance of a propeller connected to the engine.
(Appendix 9)
A recording medium for an engine control program, characterized in that the engine control program according to any one of Supplementary Notes 1 to 8 is recorded thereon.

本発明は、舶用エンジン又はその他のエンジンについて、フィードフォワード制御により負荷変動を予測して性能を改善し、燃費を向上させることができる。また、本発明は、エンジン制御の方法、システムの他、ブログラム、プログラムを記録した記録媒体として展開可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can improve performance and fuel efficiency of marine engines or other engines by predicting load fluctuations through feedforward control. Furthermore, the present invention can be developed as an engine control method and system, as well as a program and a recording medium on which a program is recorded.

10 エンジン
11 ガバナ
12 プロペラ手段(プロペラ)
20 回転数設定手段
30 パラメータ取得手段
31 エンジン回転数センサ
32 燃料供給量センサ
40 制御手段
41 エンジンモデル
42 エンジンモデル設定部
43 状態観測部
44 制御パラメータ導出部
50 コンピュータ
S1 エンジンモデル設定ステップ
S2 設定回転数取得ステップ
S3 パラメータ取得ステップ
S4 状態観測ステップ
S5 制御パラメータ導出ステップ
S6 エンジン制御ステップ
燃料供給量
エンジン回転数
order 指令回転数
sp 設定回転数
10 Engine 11 Governor 12 Propeller means (propeller)
20 Rotation speed setting means 30 Parameter acquisition means 31 Engine rotation speed sensor 32 Fuel supply amount sensor 40 Control means 41 Engine model 42 Engine model setting section 43 Condition observation section 44 Control parameter derivation section 50 Computer S1 Engine model setting step S2 Setting rotation speed Acquisition step S3 Parameter acquisition step S4 Condition observation step S5 Control parameter derivation step S6 Engine control step h p Fuel supply amount n e Engine rotation speed n Order command rotation speed n sp Set rotation speed

Claims (17)

エンジンのエンジンモデルを設定するエンジンモデル設定ステップと、
前記エンジンの設定回転数を取得する設定回転数取得ステップと、
前記エンジンの負荷変動を予測するためのパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
前記取得した前記パラメータを前記エンジンモデルに適用し、前記エンジンの前記負荷変動を含む状態観測を行う状態観測ステップと、
前記状態観測による前記負荷変動の予測結果と、前記エンジンの前記設定回転数に基づき前記エンジンを制御するためのフィードフォワード制御パラメータを導出する制御パラメータ導出ステップと、
導出した前記フィードフォワード制御パラメータを前記エンジンの制御に適用するエンジン制御ステップと
を実行することを特徴とするエンジン制御方法。
an engine model setting step for setting an engine model of the engine;
a set rotation speed obtaining step of obtaining a set rotation speed of the engine;
a parameter acquisition step of acquiring parameters for predicting load fluctuations of the engine;
a state observation step of applying the acquired parameters to the engine model and observing the state of the engine including the load fluctuation;
a control parameter deriving step of deriving a feedforward control parameter for controlling the engine based on the prediction result of the load fluctuation based on the state observation and the set rotation speed of the engine;
An engine control method characterized by executing an engine control step of applying the derived feedforward control parameter to control of the engine.
前記パラメータ取得ステップで取得する前記パラメータは、エンジン回転数と燃料供給量であることを特徴とする請求項1に記載のエンジン制御方法。 The engine control method according to claim 1, wherein the parameters acquired in the parameter acquisition step are an engine rotation speed and a fuel supply amount. 前記状態観測ステップにおいて、前記パラメータを前記エンジンモデルに適用して得られるエンジン負荷の推定結果に基づいて、前記負荷変動の前記予測結果を得ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジン制御方法。 According to claim 1 or claim 2, in the state observation step, the prediction result of the load fluctuation is obtained based on the engine load estimation result obtained by applying the parameter to the engine model. engine control method. 前記制御パラメータ導出ステップにおいて、システム伝達関数モデルに前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数を適用し、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のエンジン制御方法。 4. In the control parameter deriving step, the feedforward control parameter is derived by applying the predicted result of the load fluctuation and the set rotation speed to a system transfer function model. The engine control method according to item 1. 前記制御パラメータ導出ステップにおいて、前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数をカルマンフィルターに基づいてフィードフォワード補償をし、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のエンジン制御方法。 In the control parameter deriving step, feedforward compensation is performed on the prediction result of the load fluctuation and the set rotation speed based on a Kalman filter, and the feedforward control parameter is derived. 3. The engine control method according to any one of 3. 前記制御パラメータ導出ステップにおいて、前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数をファジイ推論に基づいてフィードフォワード補償をし、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のエンジン制御方法。 In the control parameter deriving step, feedforward compensation is performed on the prediction result of the load fluctuation and the set rotation speed based on fuzzy inference, and the feedforward control parameter is derived. 3. The engine control method according to any one of 3. 前記エンジン制御ステップにおいて、前記エンジンに設けたガバナに前記フィードフォワード制御パラメータとして指令回転数を出力することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のエンジン制御方法。 7. The engine control method according to claim 1, wherein in the engine control step, a command rotation speed is outputted as the feedforward control parameter to a governor provided in the engine. 前記エンジンの前記負荷変動は、前記エンジンに連結されるプロペラの外乱による変動であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のエンジン制御方法。 8. The engine control method according to claim 1, wherein the load fluctuation of the engine is a fluctuation due to disturbance of a propeller connected to the engine. エンジンと、前記エンジンの回転数を設定する回転数設定手段と、前記エンジンの負荷変動を予測するためのパラメータを取得するパラメータ取得手段と、前記エンジンのエンジンモデルを設定するエンジンモデル設定部、前記取得した前記パラメータを前記エンジンモデルに適用し前記エンジンの前記負荷変動を含む状態観測を行う状態観測部、及び前記状態観測による前記負荷変動の予測結果と前記回転数設定手段で設定された設定回転数に基づき前記エンジンを制御するためのフィードフォワード制御パラメータを導出する制御パラメータ導出部を有した制御手段とを備え、導出した前記フィードフォワード制御パラメータに基づいて前記エンジンを制御することを特徴とするエンジン制御システム。 an engine, a rotation speed setting means for setting the rotation speed of the engine, a parameter acquisition means for acquiring parameters for predicting load fluctuations of the engine, an engine model setting section for setting an engine model of the engine; a state observation unit that applies the acquired parameters to the engine model and observes the state of the engine including the load fluctuation; and a set rotation set by the rotation speed setting means based on the prediction result of the load fluctuation based on the state observation. and a control means having a control parameter deriving unit that derives a feedforward control parameter for controlling the engine based on the number of feedforward control parameters, and the engine is controlled based on the derived feedforward control parameter. Engine control system. 前記パラメータ取得手段は、エンジン回転数センサと燃料供給量センサであることを特徴とする請求項9に記載のエンジン制御システム。 The engine control system according to claim 9, wherein the parameter acquisition means is an engine rotation speed sensor and a fuel supply amount sensor. 前記状態観測部において、前記パラメータを前記エンジンモデルに適用して得られるエンジン負荷の推定結果に基づいて、前記負荷変動の前記予測結果を得ることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載のエンジン制御システム。 11. The state observation unit obtains the prediction result of the load fluctuation based on the engine load estimation result obtained by applying the parameter to the engine model. engine control system. 前記制御パラメータ導出部において、システム伝達関数モデルに前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数を適用し、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載のエンジン制御システム。 12. The control parameter deriving section applies the predicted result of the load fluctuation and the set rotational speed to a system transfer function model to derive the feedforward control parameter. The engine control system according to item 1. 前記制御パラメータ導出部において、前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数をカルマンフィルターに基づいてフィードフォワード補償をし、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載のエンジン制御システム。 The control parameter deriving section performs feedforward compensation on the prediction result of the load fluctuation and the set rotational speed based on a Kalman filter, and derives the feedforward control parameter. 12. The engine control system according to any one of Item 11. 前記制御パラメータ導出部において、前記負荷変動の前記予測結果と前記設定回転数をファジイ推論に基づいてフィードフォワード補償をし、前記フィードフォワード制御パラメータを導出することを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載のエンジン制御システム。 The control parameter deriving unit performs feedforward compensation on the prediction result of the load fluctuation and the set rotation speed based on fuzzy inference, and derives the feedforward control parameter. 12. The engine control system according to any one of Item 11. 前記制御手段は、前記エンジンに設けたガバナを前記フィードフォワード制御パラメータとしての指令回転数で制御することを特徴とする請求項9から請求項14のいずれか1項に記載のエンジン制御システム。 The engine control system according to any one of claims 9 to 14, wherein the control means controls a governor provided in the engine using a command rotation speed as the feedforward control parameter. 請求項9から請求項15のいずれか1項に記載のエンジン制御システムを、前記エンジンにより駆動されるプロペラ手段を有した船舶に搭載したことを特徴とする船舶。 A ship, characterized in that the engine control system according to any one of claims 9 to 15 is mounted on a ship having propeller means driven by the engine. 前記プロペラ手段の外乱による変動を前記状態観測部における前記エンジンの前記負荷変動として状態観測を行なうことを特徴とする請求項16に記載の船舶。 17. The marine vessel according to claim 16, wherein the condition of the propeller means is observed as the load variation of the engine in the condition observation section.
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