JPH01148696A - 船舶の定点保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各種の海洋作業船などの船舶を所定の設定
方位および設定位置に保持する船舶の定点保持装置に関
する。

〔従来の技術〕

近年、各種の海洋作業船において、船体を所定の設定方
位および設定位置に保持する定点保持機能の需要が高ま
っているが、船舶を機械的に定点保持できない場合、風
浪および潮流の外乱がある洋上で船舶を定点保持するに
は、操船者に対して非常に複雑な操作が要求されること
になシ、しかも特開昭５４−１４４６９９号公報（Ｂｅ
ａＨ２５１０４）　　に記載のように、全方向に推力を
発生することの可能な２組の翼車プロベラや、船尾の横
方向の推力を発生させるスタンスラスタ、アクティブラ
ダーなどの特別な装置を装備しなければならない。

また、特開昭５５−４７９９５号公報（Ｂ６８Ｈ２５１
０４）に記載のように、フオイトーシュナイダー型のサ
イクロイド推進装置などの、デカルト座標に従って制御
可能な特殊な推進装置を用いることも考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前記した特開昭５４−１４４６９９号公報に
記載の如く翼車プロペラを用いる場合、翼車プロペラの
構造が複雑で、制御系も極めて複雑になシ、しかも推進
効率が悪いという問題点があり、スタンスラスタやアク
ティブラダーを装備する場合、これらを装備するための
大きなスペースが船尾部分に必要となシ、スタンスラス
ク、アクティブラダーだけでは船舶の定点保持が不可能
なために、船首の横方向の推力を発生させるバウスラス
タなどの他の推力発生機を必要とするという問題点があ
る。

また、特開昭５５−４７９９５号公報に記載の装置の場
合、目標位置に対する船舶の現在位置が一定の関係にな
るように、前記した推進装置をフィード、パック制御す
ることが記載されているが、単なるフィードバック制御
であるため、船舶の定点保持制御に遅れが生己、目標位
置に対し、船舶の位置をある範囲内に制御できても、制
御し得る範囲が大きくなシ、制御精度が悪いという問題
点がある。

そこで、この発明では、簡単かつ安価な構成により、船
舶を精度よく設定方位、設定位置に定点保持できるよう
にすることを技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そして、前記した従来技術の問題点を解決するための手
段を、実施例に対応する第１図を用いて説明する。

すなわち、船首に補助推進手段としてバウスラスタを備
え、主推進手段として可変ピッチプロペラを有する２台
の推進機を備えた船舶に設けられ、該船舶を所定の設定
方位および設定位置に保持する船舶の定点保持装置にお
いて、この発明では、前記船舶の方位および位置をそれ
ぞれ検出する方位検出手段（２）および位置測位手段（
３）と、前記方位検出手段（２１および位置測位手段（
３１によりそれぞれ検出された前記方位および位置と、
前記設定方位および設定位置との偏差を算出する算出手
段＋５１と、 前記算出手段により算出された前記偏差がゼロになるよ
う前記船舶の船首方向に加える制御力。

横方向に加える制御力、船首に加えるモーメントを導出
する導出手段としてのＰＩＤ制御器（６）と、前記ＰＩ
Ｄ制御器（６）により導出された前記両制御力およびモ
ーメントに、風信儀（７）により検出された風向、風速
からフィードフォワード補償手段＋８１により推定した
風圧力成分をそれぞれ加算処理する加算処理手段（９）
と、 前記加算処理手段（９）の出力から前記バウスラスタ、
可変ピッチプロペラおよび舵それぞれの制御操作量を算
出して前記バウスラスタ、可変ピッチプロペラおよび舵
を制御する分配器顛および操作量演算器０１１からなる
制御手段囮とを設けている。

〔作用〕

したがって、この発明によると、設定部（１）に設定さ
れた定点保持すべき設定方位および設定位置各々と、方
位検出手段Ｃ２）１位置側位手段＋３１により検出され
た船舶の現在方位および現在位置各々との偏差が、算出
手段（５）により算出され、ＰＩＤ制御器（６）により
前記偏差がゼロになるよう、船舶の船首方向に加える制
御力、横方向に加える制御力。

船首に加えるモーメントが導出されるとともに、風信儀
（７）により検出された風速および風向から、フィード
フォワード補償手段（８）により各風圧力成分が推定さ
れ、導出された制御力およびモーメントに、推定された
各風圧力成分が加算処理されてフィードフォワード補償
がなされる。

さらに、風圧力成分が加算された前記制御力およびモー
メントにそれぞれ釣合うバウスラスタ。

可変ピッチプロペラ、舵の所要推力が制御手段（２）の
分配器ｎｏにより算出され、算出された各推力を発生す
るのに要するバウスラスタ、可変ピッチプロペラおよび
舵の各操作量が、制御手段＠の操作量演算器０υにより
求められ、補助推進手段であるバウスラスタのピッチ角
または弁開度、主推進手段である両推進機の可変ピッチ
プロペラのピッチ角および回転数１両舷の舵角が、操作
量演算器Ｑｌｌにより求められた値になるように制御さ
れ、船舶の定点保持制御が行なわれる。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、そのｌ実施例を示した図面ととも
に詳細に説明する。なお、定点保持の対象となる船舶は
、船首に補助推進手段としてバウスラスタを備え、主推
進手段として可変ピッチプロペラを有する２台の推進機
を備えている。

構成を示す第１図において、（１１は図外の船舶を定点
保持すべき方位および位置が設定される設定部、（２）
は船舶の現在の方位を検出するジャイロコンパス等の方
位検出手段、（３１は船舶の現在の位置を検出するレー
ダ等の位置測位手段、（４）はローパスフィルタ（以下
ＬＰＦという）であシ、方位検出手段（２）および位置
測位手段（３）の出力信号を、それぞれフィルタリング
する。

（５１は設定部１１）に設定された設定方位および設定
位置それぞれと、方位検出手段（２）９位置側位手段（
３１により検出された検出方位および検出位置それぞれ
との偏差を算出する算出手段、（６）は導出手段として
のＰＩＤ制御器であシ、算出手段ｒ５１により算出され
た前記偏差がゼロになるよう、船舶の前後揺れに対し船
首方向に加える制御力、左右揺れに対し横方向に加える
制御力、船首揺れに対し船首に加えるモーメントをそれ
ぞれ導出する。

（７）は風速および風向を検出する風信儀、１８）は風
信儀（７）により検出された風速および風向から船舶に
前後揺れ、左右揺れ、船首揺れを及ぼす風圧力された前
記両制御力およびモーメントに、補償手段（８）により
算出された各風圧力成分をそれぞれ加算処理する。

Ｃ１Ｏは前記風圧力成分がそれぞれ加算された前記両制
御力およびモーメントに釣合う前記バウスラスタ、両可
変ピッチプロペラおよび両舷それぞれの所要推力を算出
する分配器、０１１は操作量演算器であり、分配器ｎｏ
により算出されたバウスラスタ。

両可変ピッチプロペラおよび両舷の各所要推力を発生す
るのに要するバウスラスタ、両可変ピッチプロペラおよ
び両舷それぞれの制御操作量を算出するようになってお
り、分配器α１および操作量演算器ＯＢにより、制御手
段＠が構成され、推進手段（至）の前記バウスラスタの
ピッチ角または弁開度が制御され、前記両推進機の可変
ピッチプロペラのピッチ角および回転数１両舷の舵角が
制御される。

そして、設定部（１）に設定された定点保持すべき設定
方位および設定位置各々と、方位検出手段（２）。

位置測位手段（３夛により検出された船舶の現在方位お
よび現在位置各々との偏差が、算出手段（５）により算
出され、ＰＩＤ制御器（６）により前記偏差がゼロにな
るよう、船舶の船首方向に加える制御力。

横方向に加える制御力、船首に加えるモーメントが導出
される。

このとき、第２図に示すように、ｘ−ｏ−ｙ絶対座標系
において、船舶を定点保持すべき設定方位が１２１１　
、設定位置のＸ、Ｙ座標がそれぞれＸｉ、Ｙｔであシ、
船舶の現在の方位が０３．現在位置のＸ。

Ｙ座標がそれぞれＸｓ　、　Ｙｓであるときに、船舶の
とのｘ−ｏ−ｙ座Ｓ系におけるＰＩＤ制御器（６）のそ
れぞれＫｌ’ｘ　、　ＫＰｙ　、　ＫＰＭ）とし、同様
にＰＩＤ制偏差のＸ、Ｙ軸方向成分ｅｘ　＋　ｅ”ｌお
よび現在方ｔと設定方位の偏差ｅψは、 ｅｘ　＝　（Ｘｔ　−Ｘｓ　）ｏｍｉｔｓ　−１−（Ｙ
ｔ　−Ｙｓ　）　ｓｉｎ　１２１ｓｅｙ　＝　−（Ｘｔ
　−Ｘｓ　）　ｓｆｎ　１ｌｌｓ＋＋（Ｙｔ　−Ｙｓ　
）　ａｍ１２）ｓｅψ＝　ａｔ−りＳ　　　　　　　　
　　　・・・■と表わされる。

さらに、ＰＩＤ制御器（６）により、前記０式で表わさ
れる偏差をゼロにするために船舶の横方向。

船首方向すなわちｘ’　、　ｙ’軸方向に加える制御力
Ｆｘ。

Ｆｙ、および船首に加えるモーメン）Ｍψは、一般的に と表わされ、前記０式に従ってＰＩＤ制御器（６）によ
り船舶に加えるべき制御力Ｔ？ｘ　、　Ｆｙおよびモー
メン）Ｍψが導出される。

つぎに、風信儀（７）により検出された風速および風向
、および予め対象船舶の風洞実験により求めておいた風
圧力係数（船舶に働く風圧力の各成分を風速の２乗で無
次元化した係数）から、船舶の現在位置でのｘ−ｏ、−
ｙ座標系における風圧力のＸ’、Ｙ軸方向成分、方位成
分が補償手段（８１により算出され、　　　　　　　　
　　　ＰＩＤ制御器（６）により前記■式に従って導出
された制御力ＦＸ。

Ｆｙおよびモーメント陶に、補償手段（８）による各風
圧力成分それぞれが加算処理手段（９１により加算処理
されてフィードフォワード補償がなされる。

さらに、前記０式より表わされる制御力Ｆｘ、Ｆｙおよ
びモーメン）Ｍ９＋に、前記した風圧力成分それぞれを
加算した後の制御力をＦ’Ｘ　、　Ｆｙ　、モーメント
を陶とすると、分配器（１０により、これらの制御メタ
９両可変ピッチプロペラおよび両舷の所要推力が、次式
の演算により算出される。

ＦＸ−ΣＴｐｘ　ｉ Ｆｙ　−Ｔｂｙ＋ΣＴｒｙｉ （ｉ−１，２）はそれぞれバウスラスタ、可変ピッチデ
ロベフ、舵の所要推力を表わし、Ｌｂｘ、Ｌｒｘｉはそ
れぞれ船体の重心からバウスラスタ、両舷の中心までの
符号つきの距離であり、Ｌｐｙｉは船体の中心線から両
可変ピッチプロペラのプロペラ軸までの距離であシ、添
字の１（＝１，２）は、１のとき右舷側、２のとき左舷
側を意味する。

ところが、前記した０式では、未知数が５個（舵が同じ
方向に同じ角度だけ連動する場合は４個）に対して方程
式が８個であるため、最適解を得るために、 Ｊ　＝　’ｒｂ）ｒ２＋ΣＴｐｘｉ２＋ΣＴｒｙｉ２・
・・■で表わされる評価関数Ｊを定め、この評価関数Ｊ
が最小となるよう、前記０式の方程式の演算を行なうよ
うにする。

そして、実際の前記０式の演算の際には、簡単のために で表わされるように、両舷の推力Ｔｒｙｉ　（ｉ＝１＠
　２　）が、舵の前方のプロペラの順転時にのみ作用し
。

かつそのときのプロベフ推力Ｔｐｘｉと舵角δに比例す
ると仮定し、しかも舵角δの条件として、１δ１乙８５
°かつ連動　　　　　　　　　・・・■を与え、次のよ
うな演算アルゴリズムに従って演算を行なうようにする
。

まず、第１ステツプにおいて、前記０式の条件を考慮せ
ずに、　゛ Ｔｒｙｉ　ｍ　−ＫＴｐｘｉ　Ｊ として評価関数Ｊを特徴とする請求め、得られた解が前
記０式を満足すれば最適解とし、前記０式を満足しない
場合は、第２ステツプにおいて、１＃ｌ　−８５°、　
ＴＰＸＩ　）　Ｏ＊　ＴＰ”＜　０と仮定して、評価関
数Ｊを特徴とする請求め、得られた解のうち、前記した
仮定に矛肩しないものがあれば、そのときの評価関数Ｊ
をＪ＋とする。

つぎに、第８ステツプにおいて、１δ１＝８５°、Ｔｐ
ｔ＋＜　Ｏ、ＴＰＸ２＞　０と仮定して、評価関数Ｊを
特徴とする請求め、得られた解のうち、前記した仮定に
矛盾しないものが°あれば、そのときの評価関数Ｊｆ：
Ｊｇとし、第４ステツプにおいて、前記した第２、第８
ステツプにおいて得られた評価開数Ｊｌ。

Ｊ２のうち、小さい方が得られるときの前記０式の各推
力Ｔｂｙ　、　Ｔｐｘｉ　、　Ｔｒｙｉ　（ｉ＝ｌ　、
　２　）を最適解とする。

さらに、このようにして得られた各推力を発生するのに
要するバウスラスタ、両可変ピッチプロベラおよび両舷
の各操作量が、水槽実験により予め求めた推力と操作量
との関係にもとづき、操作量演算器Ｑｌｌにより算出さ
れ、補助推進手段であるバウスラスタのピッチ角または
弁開度、主推進手段である両推進機の可変ピッチプロペ
ラのピッチ角および回転数９両舷の舵角が、演算器ａｎ
により求められた値になるように制御される。

ところで、前記した定点保持装置を用いて、水槽実験を
行なったところ、第８図ないし第８図に示すような結果
が得られた。

ここで、第８図、第５図、第７図において、各図（ａ）
はＸ−０，−Ｙ座標系における船舶のＸ軸、Ｙ軸方向へ
の偏位およびヨー角の時間変化を示し、各図（ｂ）　、
　（ｅ）　、　（ｄ）はそれぞれバウスラスタ９両可変
ピツチデロベフ、舵の制御量の時間変化を示し、各図（
ｂ）　、　（Ｃ３）ではバウスラスタおよび可変ピッチ
プロペラの制御能力の制限値を１ｏｏＬＮとしており、
各図（ｂ）中のＰ、８は左舷、右舷側のプロペラを示し
ている。

また、第４図、第６図、第８図は、それぞれ定点保持制
御開始からの船舶の位置軌跡であシ、流速（（！ＵＲＲ
ＥＮＴ：］　、風速および風量（ＷＩＮＤ）　、波高（
ＷＡＶＥ）は設定条件を示し、矢印は船舶に作用する風
浪の方向を示す。

そして、第１の設定条件として、流速２ｋｔ相当の潮流
を右舷前方２５°方向から船舶に作用させた場合、船舶
の偏位、ヨー角およびバウスラスタ等の各アクチュエー
タの制御量の時間変化はそれぞれ第８図（ａ）〜（ｄ）
に示すようになシ、船舶の位置軌跡はｊＪｒ１４図に示
すようになシ、この場合、制御開始当初、潮流により船
舶は約１゜５ｍ流されるが、約８分後に原位置であるｘ
−ｏ−ｙ座標系の原点０に復帰しておシ、潮流に対して
良好な定点保持制御が行なわれていることがわかる。

つぎに、第２の設定条件として、平水中で静止している
状態の船舶に、実船換算で有義波高１．８ｍの不規則波
外乱を、船舶の斜め前方６０°から作用させた場合、船
舶の偏位、ヨー角および各アクチュエータの制御量の時
間変化はそれぞれ第５図（ａ）〜（ｄ）に示すようにな
シ、船舶の位置軌跡は第６図に示すようになシ、この場
合、船舶の位置変動の軌跡が原位置を中心とする半径１
ｍの円内に収まっており、不規則波外乱に対しても良好
な定点保゛　　持制御が行なわれていることがわかる。

さらに、第３の設定条件として、流速２ｋｔ相当船舶の
真横方向から作用させた場合、船舶の偏位。

ヨー角および各アクチュエータの制御量の時間変化はそ
れぞれ第７図（ａ）〜（ｄ）に示すようになシ、船舶の
位置軌跡は第８図に示すようになり、この場合、制御開
始直後は、船舶が外乱に流されて位置偏位が４ｍ程度と
なるが、その後徐々に偏位が小さくなっている。

したがって、前記実施例によると、船舶を定点保持する
ために従来のように操船者が複雑な操船を行なう必要が
なく、自動的に船舶を定点保持することができ、操船者
の負担を大幅に軽減することができる。

さらに、従来のような翼車プロペラやスタンスラスク、
アクティブラダーなどの特殊な推進設備を設ける必要が
なく、船舶に設けられる通常のバウスラスタを利用して
、簡単かつ安価な構成により定点保持を行なうことがで
きる。

また、風外乱に対するフィードフォワード補償を行なう
ため、船舶を応答性よくしかも高精度に定点保持するこ
とが可能となる。

なお、この発明は、前記実施例に限らないのは、言うま
でもない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の船舶の定点保持装置定点保持
することができ、各種の海洋作業船に極めて有効であり
、とくにバウスラスタを装備した２機２軸船に対して、
容易に定点保持機能を付加することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の船舶の定点保持装置の１実施例を示
し、第１図はブロック図、第２図は船舶の設定方位およ
び設定位置と現在方位および現在位置との偏差の説明図
、第８図ないし第８図は動作説明図であシ、第３図、第
５図および第７図において、各図（ａ）は船舶の原位置
からの偏位およびヨー角の時間変化を示し、各図（ｂ）
　、　（Ｃ）　、　（ｄ）はそれぞれバウスラスタ、可
変ピンチプロペラ、舵の制御量の時間変化を示し、第４
図、第６図および第８図はそれぞれ船舶の位置軌跡を示
す図である。 （２）・・・方位検出手段、（３し・位置測位手段、Ｃ
５）・・・算出手段、（６）・・・ＰＩＤ制御器、（７
）・・・風信儀、（９）・・・加算処理手段、（２）・
・・制御手段、（至）・・・推進手緩。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）船首に補助推進手段としてバウスラスタを備え、
   主推進手段として可変ピッチプロペラを有する２台の推
   進機を備えた船舶に設けられ、該船舶を所定の設定方位
   および設定位置に保持する船舶の定点保持装置において
   、 前記船舶の方位および位置をそれぞれ検出する方位検出
   手段および位置測位手段と、 前記方位検出手段および位置測位手段によりそれぞれ検
   出された前記方位および位置と、前記設定方位および設
   定位置との偏差を算出する算出手段と、 前記算出手段により算出された前記偏差がゼロになるよ
   う前記船舶の船首方向に加える制御力、横方向に加える
   制御力、船首に加えるモーメントを導出する導出手段と
   、 前記導出手段により導出された前記両制御力およびモー
   メントに、風信儀により検出された風向、風速から推定
   した風圧力成分をそれぞれ加算処理する加算処理手段と
   、 前記加算処理手段の出力から前記バウスラスタ、可変ピ
   ッチプロペラおよび舵それぞれの制御操作量を算出して
   前記バウスラスタ、可変ピツチプロペラおよび舵を制御
   する制御手段と を備えたことを特徴とする船舶の定点保持装置。