JPH0339876B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、アンカーハンドリングタグサプライ
ベツセルのような複数の推進機器を有する作業船
の操船に用いられる船舶の旋回制御装置に関し、
特に２軸２舵の制御により船首を中心として船位
を保持したまま旋回させる船舶の旋回制御装置に
関する。 （従来技術） 従来、アンカーハンドリングタグサプライベツ
セルとして知られた石油掘削リグへの資材運搬に
用いられる作業船にあつては、例えば第４図に示
すように、２舵１Ｌ，１Ｒ、２軸可変ピツチプロ
ペラ２Ｌ，２Ｒ、更に船首左右方向の推力を得る
バウスラスター３を装備しており、これら５つの
推力機器は各々独立したレバーによつて制御され
ている。 このような作業船に要求される作業には、石油
掘削リグに近接した状態でのリグへの資材供給、
リグのクレーンによる資材の荷役、またリグを移
動、係留するためのアンカーハンドリング等があ
り、これら作業は、風や潮流等の外乱の中で、そ
の場での旋回、横移動、斜航、定点保持、そして
船首方向の保持等の低速での微妙な操船が要求さ
れている。 この要求に対し操船者は、装備されている５つ
の推力機器の能力を考えつつ、それぞれの制御レ
バーを状況に合わせて調整しながら、長時間に亘
つて作業を続けることとなり、熟練した操船者に
とつても、かなりの精神的且つ肉体的な負担を伴
なうことになつていた。 そこで操船者の負担を軽減するため、例えば旋
回制御については、第５図に示すように方位設定
ノブ４を設け、方位設定ノブ４の設定方位ψiとジ
ヤイロコンパス８で検出した船体７の船首方位ψ
との偏差ψeを加算点５で求め、この方位偏差ψe
を零とするようにPID制御部６によりバウスライ
ター３のピツチ角Poを可変して推力Tbを制御す
る閉ループを構成した装置が考えられている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の旋回制御装置
にあつては、船の前進、後進、斜航等を行なうた
めの操作レバーの他に旋回制御のための方位設定
ノブが必要であり、また単に設定方位に船首が向
くようにバウスラスターによつて旋回させるにす
ぎないことから、アンカーハンドリングタグサプ
ライベツセルにのような作業船に要求される石油
掘削リグに近接した状態で船の位置を変えずに旋
回させるという特有の旋回制御を行なうことがで
きず、更に旋回速度を変えることもできないとい
う問題があつた。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたもので、２軸主プロペラ及び２舵を少なく
とも備えた船舶を対象とし、操作手段として１本
のジヨイステツクレバーのみを備え、このジヨイ
ステツクレバーの操作で船体位置を保持したまま
自動制御により船首を中心に旋回させることがで
きるようにした船舶の旋回制御装置を提供するこ
とを目的とする。 この目的を達成するため本発明にあつては、ま
ずジヨイステツクレバーの操作で設定される旋回
方向（右又は左）と設定旋回角速度ψiとに基づい
て一対の主プロペラの一方に前進推力を発生させ
ると共に主プロペラの他方に後進推力を発生さ
せ、設定方向の旋回力を作り出す。 同時に、設定旋回角速度ψiとジヤイロコンパス
からの船首方位ψを微分して得られる船体の旋回
角速度ψ〓との偏差ψ〓eに基づく角速度制御（PI制
御）で前進推力を発生している側の舵を制御して
ジヨイステツクレバーの操作量に応じた旋回舵力
を発生させる。 更に、旋回舵力の制御で生じた舵抵抗Fnで後
進推力Fdが発生することから、舵抵抗による後
進推力Fdを打ち消すため、船体の旋回角速度ψ〓の
絶対値｜ψ〓｜に比例した前進推力ΔPを後進推力
を発生している側の主プロペラで発生させる。具
体的には後進推力を前進推力ΔP分だけ減少させ
る制御を行なうようにしたものである。 （実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロツク図
であり、第４図に示したように、２軸可変ピツチ
主プロペラ２Ｌ，２Ｒ及び２舵１Ｌ，１Ｒ及びバ
ウスラスター３を備えた船舶を対称としている。 まず構成を説明すると、１０はジヨイステツク
入力装置であり、ジヨイステツクレバー１０ａの
操作方向と操作量（傾斜角）に応じた設定旋回角
速度ψ〓iを出力する。例えば、ジヨイステツクレバ
ー１０ａを右に倒すと右旋回を指令するための設
定旋回角速度ψ〓iを出力し、ジヨイステツクレバー
１０ａを左側に倒すと左旋回の設定旋回角速度ψ〓i
を出力し、旋回方向は出力信号の極性等で定ま
る。 ジヨイステツク入力装置１０からの設定旋回角
速度ψ〓iは、左舷ピツチ命令発生器１２Ｌ及び右舷
ピツチ命令発生器１２Ｒに与えられ、左舷及び右
舷ピツチ命令発生器１２Ｌ，１２Ｒは、指令され
た旋回方向と旋回角速度ψ〓iに基づいた前進または
後進推力を発生するための主プロペラ２Ｌ，２Ｒ
に対するピツチ角命令Ppi及びPsiを出力する。 例えば第２図に示すようにジヨイステツク入力
装置１０から左旋回が指令されたとすると、左舷
ピツチ命令発生器１２Ｌからは左舷主プロペラ２
Ｌに後進推力Tpiを発生させるための逆ピツチ命
令Ppiを発生し、同時に右舷ピツチ命令発生器１
２Ｒは、右舷主プロペラ２Ｒに順ピツチによる前
進推力Tsiを発生させるためのピツチ命令Psiを
発生する。 逆にジヨイステツク入力装置１０から右旋回の
指令出力が得られた時には第３図に示すように、
左舷ピツチ命令発生器１２Ｌからは左舷主プロペ
ラ２Ｌに対し前進推力Tpiを発生させるためのピ
ツチ命令Ppiを出力し、同じに右舷ピツチ命令発
生器１２Ｒからは右舷主プロペラ２Ｒに逆ピツチ
による後進推力Tsiを発生させるためのピツチ命
令Psiを出力するようになる。 即ち、本発明による船首を中心とした旋回制御
は、まず旋回方向に応じて左右の主プロペラ２Ｌ
と２Ｒで逆方向となる推力を発生させ、この逆向
きの推力の発生で船体７の旋回モーメントを作り
出す。従つて、左舷ピツチ命令発生器１２Ｌ及び
右舷ピツチ命令発生器１２Ｒによるピツチ命令
Ppi及びPsiは同じ大きさの推力命令であり、且つ
その方向が互いに逆となつている。 次にジヨイステツク入力装置１０からの設定旋
回角速度ψ〓iは加算点１４に与えられる。更に加算
点１４には、ジヤイロコンパス８で検出した船体
７の船首方位ψを微分器１６で微分して得た船体
７の旋回角速度ψ〓が与えられており、このため加
算点１４からは両者の差となる旋回角速度の偏差
ψ〓eが出力される。この旋回角速度の偏差ψ〓eは、
比例積分制御を行なう角速度制御部１８に与えら
れ、角速度制御部１８は比例制御演算で偏差ψ〓e
に応じて求めた舵角命令δoを舵取器２０に出力
する。舵角命令δoを受けた舵取器２０による舵
１Ｌ，１Ｒの制御は、例えば第２図に示した左旋
回の場合には、前進推力Tsを発生している右舷
主プロペラ２Ｒ側の舵１Ｒの舵角命令δoに応じ
て、左回りの旋回舵力Fnを発生するように制御
する。即ち、舵１Ｒを取舵となるように制御す
る。また、第３図に示すように右旋回の場合に
は、同様に前進推力Tpを発生している左舷主プ
ロペラにＬ側の舵１Ｌを舵角命令δoに応じて右
回りの旋回舵力Fnを発生するように制御する。
即ち、舵１Ｌを面舵とする。 このような角速度制御ループによる舵角命令
δoに基づいた前進推力を発生している主プロペ
ラ先の舵の制御でジヨイステツク入力装置１０の
レバー操作量（傾斜角）に応じた旋回舵力を発生
して船首を中心とした旋回制御を行なうことがで
きる。 次に角速度制御ループにより旋回舵力を発生さ
せた場合には、例えば第２図の左旋回に示すよう
に、舵１Ｒの舵角δoで得られた旋回舵力Fnの分
力として、船体７の後進力として作用する舵抵抗
Fdが発生し、この舵抵抗Fdによる後進力の作用
で船は旋回しながら後進してしまい船首を定点と
した旋回制御ができなくなる。 そこで後進推力を与えている側の主プロペラ、
例えば第２図の左旋回にあつては、左舷主プロペ
ラ２Ｌに対するピツチ命令Psiに船体７の旋回角
速度ψ〓の絶対値｜ψ〓｜に比例した前進ピツチ命令
ΔPを上乗せし、左舷主プロペラ２Ｌの後進ピツ
チ命令Psiを減少させることによつて、舵１Ｒの
舵抵抗Fdで発生した後進推力を打消すようにす
る。 この後進推力の打消しのため第１図の実施例に
あつては、前進制御部２２、分配器２４及び加算
点２６Ｌ，２６Ｒが設けられる。 即ち、前進制御部２２は、微分器１６からの旋
回角速度ψ〓を入力し、この旋回角速度ψ〓の絶対値
｜ψ〓｜に比例した前進ピツチ命令ΔPを出力する。 ここで前進ピツチ命令ΔPはΔP＝Kf｜ψ〓｜で与
えられるが、これは次の理由による。 第２図に示した左旋回を例にとると、後進推力
となる舵抵抗Fdは、旋回舵力Fnの正舷成分であ
り、Sinθは極く小さく、また舵角δoは角速度制
御部１８による偏差ψ〓eによる比例制御成分が大
部分を占めるため、次式の関係に簡略化すること
ができる。 Fd＝FnSinδo≒Fnδo≒FnKpψ〓e∝｜ψ〓｜ ……(1) 従つて、第１図の実施例では、舵抵抗Fdによ
る後進推力を打消すための前進ピツチ命令ΔPと
して、船体７の旋回角速度ψ〓の絶対値｜ψ〓｜に比
例定数Kfを掛け合わせた値として求めている。 分配器２４はジヨイステツク入力装置１０から
出力された設定旋回角速度ψiの信号極性に基づい
た旋回方向に応じて、前進制御部２２からの前進
ピツチ命令ΔPを加算点２６Ｌまたは２６Ｒに振
り分ける機能を有する。即ち、第２図に示す左旋
回にあつては、分配器２４は後進推力を発生して
いる左舷主プロペラ２Ｌ側の加算点２６Ｌに前進
ピツチ命令ΔPを与え、一方、第３図に示す右旋
回の場合には、後進推力を発生している右舷主プ
ロペラ２Ｒ側の加算点２６Ｒに前進推力ΔTを与
えるための前進ピツチ命令ΔPを出力する。 以上の左舷及び右舷主プロペラ２Ｌ，２Ｒ及び
舵２Ｌ，２Ｒの右または左旋回における制御パタ
ーンを取りまとめると次表−１のようになる。

【表】 次に第１図の実施例による旋回制御を第２，３
図における推力及び舵力を中心に説明する。 まず第２図に示す左旋回については、左舷ピツ
チ命令発生器１２Ｌから逆ピツチとなるピツチ命
令Ppiが出力され、同時に右舷ピツチ命令発生器
１２Ｒから順ピツチとなるピツチ命令Psiが出力
され、両者のピツチ角の大きさは同じであること
から、右舷主プロペラ２Ｒは前進推力Tsiを発生
し、また左舷主プロペラ２Ｌは後進推力Tpiを発
生する。この左右逆向きの推力の発生で、船体７
には左回りとなる旋回力が発生する。 一方、角速度制御部１８は船体７の角速度ψ〓と
設定旋回角速度ψ〓iとの偏差ψ〓eに応じた比例積分
制御出力として舵角命令δoを舵取器２０に出力
し、前進推力を発生している右舷主プロペラ２Ｒ
側の舵１Ｒを舵角命令δoとなるように取り舵制
御し、旋回舵力Fnを発生する。 この旋回舵力Fnにより船体７はジヨイステツ
クレバー１０ａの操作量に応じた旋回速度で、船
首を中心に左旋回を起こすようになる。 更に旋回舵力Fnの発生で後進推力となる舵抵
抗Fdを生ずることから、前進制御部２２からは
船体７の旋回角速度ψ〓の絶対値｜ψ〓｜に比例した
前進ピツチ命令ΔPが出力され、分配器２４を介
して加算点２６Ｌに与えられることで左舷ピツチ
命令発生器１２Ｌから出力されている逆ピツチと
なるピツチ命令Ppiに加え合わされ、左舷主プロ
ペラ２Ｌの逆ピツチが前進ピツチ命令ΔP分だけ
減少し、前進ピツチ命令ΔPに応じた前進推力を
与えたと等価になることから、その前進推力によ
り舵抵抗Fdによる後進推力が打ち消され、船体
７は船首中心を保持したまま左旋回を行なう。 以上のような前進推力制御、旋回舵力の角速度
制御及び舵抵抗で生じた後進推力を打ち消す制御
を取りまとめると、次式で表わされる３つの制御
が同時に行なわれる。 δo＝Kpψ〓e＋Ki∫ψ〓edt Pp＝Ppi＋ΔP＝Ppi＋Kf｜ψ〓｜ Ps＝Psi ……(2) 一方、第３図に示す右旋回については、前記表
−１に示したように左右の主プロペラ及び舵の制
御関係が逆に切換わるだけで制御そのものは第２
図の左旋回と同じであり、この場合の３つの制御
は次式で表わすことができる。 δo＝Kpψ〓e＋Ki∫ψ〓edt Pp＝Ppi Ps＝Psi＋ΔP＝Psi＋Kf｜ψ〓｜ ……(3) 以上のような左右主プロペラによる前後推力の
発生、角速度制御ループによる旋回舵力の発生、
更に旋回舵力で生じた舵抵抗による後進推力を打
ち消すための前進制御をもつて、船首を定点とし
た左右の旋回が可能となる。 尚、上記の実施例にあつては、主プロペラのピ
ツチ制御を例にとるものであつたが、固定ピツチ
主プロペラを備えた場合には、ピツチ角の代りに
回転方向及び回転数を制御して、同様な船首を中
心とした旋回制御を行なえば良い。 （発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、船尾
側に一対の主プロペラ及び舵を少なくとも備えた
船舶につき、前後進及び斜航制御に使用されるジ
ヨイステツクレバーを利用して、ジヨイステツク
レバーの操作で設定される旋回方向と設定旋回角
速度に基づいて一対の主プロペラの一方に前進推
力を発生させると共に、主プロペラの他方に後進
推力を発生させ、同時に設定旋回角速度と船体の
旋回角速度との偏差に基づく角速度制御ループを
もつて、前進推力を発生している側の舵を制御し
てジヨイステツクレバーの操作量に応じた旋回速
度を作り出し、更に旋回舵力の制御で生じた舵抵
抗による後進推力を打ち消す前進制御を行なうよ
うにしたため、船首を旋回中心として定点保持し
たまま船体を右または左旋回させることができ、
ジヨイステツクレバー１本の操作であることから
旋回操作が極めて容易であると共に、装置構成も
簡単であり、更に定点位置での旋回であることか
ら石油リグ等へ接近した状態で船の向きを簡単に
変えることができ、荷物の積み降ろし作業を極め
て容易とし、操船者に対する労力の大幅な低減を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロツク
図、第２図は左旋回における推力機器の作動状態
の説明図、第３図は右旋回における推力機器の作
動状態の説明図、第４図は２軸主プロペラ、２舵
及びバウスラスターを備えた船の説明図、第５図
は従来の旋回制御装置を示したブロツク図であ
る。 １Ｌ，１Ｒ：舵、２Ｌ：左舷主プロペラ、２
Ｒ：右舷主プロペラ、３：バウスラスター、１
０：ジヨイステツク入力装置、１０ａ：ジヨイス
テツクレバー、１２Ｌ：左舷ピツチ命令発生器、
１２Ｒ：右舷ピツチ命令発生器、１４，２６Ｌ，
２６Ｒ：加算点、１６：微分器、１８：角速度制
御部、２０：舵取器、２２：前進制御部、２４：
分配器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 船尾側に一対の主プロペラ及び舵を備え、該
   主プロペラおよび舵の制御により船首を中心に船
   体位置を保持したまま旋回させる船舶の旋回制御
   装置に於いて、 ジヨイステツクレバーの操作に応じ旋回方向お
   よび設定旋回角速度を出力する旋回角速度設定手
   段と、 該旋回角速度設定手段の旋回方向に応じて前記
   主プロペラの一方に前記設定旋回角速度に応じた
   前進推力を発生させる共に主プロペラの他方に同
   じ大きさの後進推力を発生させる旋回推力制御手
   段と、 前記設定旋回角速度とジヤイロコンパスからの
   船首方位を微分して得た船体の旋回角速度との偏
   差に応じて前進推力を発生している主プロペラ側
   の舵を制御して旋回舵力を発生させる旋回舵力制
   御手段と、 前記船体の旋回角速度の絶対値に比例した前進
   推力を前記旋回推力制御手段により後進推力を発
   生している側の主プロペラに発生させる前進推力
   制御手段とを備えたことを特徴とする船舶の旋回
   制御装置。