JPH0379497A - 船舶の航路保持制御装置 - 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〕 本発明は船賃方位を所定の航路に向け、一定船速で航路
を保持し航行する船舶の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来は、船首方位を所定の進路に向ける制御のみで、船
速、航路保持の制御はなされていなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

公海上を航行する従来の船舶においては、船首方位を決
められた航路に向けるのみで、航路の保持および船速の
制御をする必要がなかったが、特殊な用途に用いられる
船舶例えば海洋甥査船などでは、船速、航路、船首方位
の保持が必要とされる。しかし従来の技術では、このよ
うな制御を行うことができないという開閉があった。本
発明は、これらの問題を解決する制御装置を？供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る船舶の航路保持制御装置は舵と複数の推進
機を備えた船舶を所定の航路に保持する制御装置におい
て、設定航路上に制御周期Δ苔とＩ’ｆ設定船速で定ま
る設定点を設け、船首の方位Ｖの制御系統と船舶の位置
１．７の制御系統を具備し、前記各制御系統には、偏差
演算器と増幅器とリミッタを設け、位置Ｘの制御系統と
位置ｙの制御系統の偏差演算器は、前記設定点と船舶の
位置との偏差ΔｘｉたはΔｙと、設定船速と船速との偏
差ｕ！またはＵアを演算し、方位Ｖの制御系統の偏差演
算器は、設定方位と船首方位の偏差ΔΨと、回頭角速度
γを演算し、位置Ｘの制御系統および位置ｙの制御系統
は、それぞれ位置の偏差ΔｘまたはΔｙの増幅値と船速
の偏差ｕｘまたはＵアの増幅値の差をリミッタ１１又は
１２に入力し、前記リミッタの出力を推力分配器３を介
して推進機４に入力し、方位Ｖの制御系統は船首の方位
の偏差ΔΨの増幅値と回頭角速度γの増幅値の差をリミ
ッタ１３に入力するとともに、船舶の位置の偏差Δｙが
制限値をこえる場合には位置の偏差Δｙの増幅値をもリ
ミッタ１３に入力し、リミッタ１３の出力を舵５に入力
することを特徴とする。

〔作用〕

設定点と船舶の位置との偏差、設定船速と船速との偏差
を偏差演算器で演算し、この演算で得られた情報によっ
て、上記船舶の位置、船速、航路を保持するために必要
な推力を推力分配器で主軸グロペ２、サドス２スタ、ア
ジマスラスタ等の推進器及び舵に配分することによシ最
小のパワーで船舶の位置、船速、航路を保持する。

〔実ＩＩｆＪ例〕

本発明の実施例を第１図〜第３図に示す。

本発明は、第１図に示すように設定航路上に、制御周期
Δｔと設定船速できまる設定点を設けておき、その設定
点に船舶が移動するように、各推進器および舵を操作す
るものである。この制御ブロック線図を第２図に示す。

第１図に示す設定点’Ｃａｔ７８？と船舶の位置Ｘ　＊
　Ｆ　（ＸＢＴ　ｅ　ｒａｙ　＋　１　＋　３’は固定
座標系）の偏差を船体座標系に変換したものをΔｘ、々
（Δｘ、Δｙは船体座標系）とすると、Δｘ　＝　（ｘ
ｓＴ−ｘ）　ｃｏｓ　Ｆ＋　（ｙｓＴ−ｙ）　ｄａ　ｔ
　　　（１）Δ、　＝−（ｘ、？−ｘ　）　＊　Ｆ十（
ｙ、、　−ｙ）　ｃｏｓ　Ｆ　　　（２）この偏差をな
くすように、船体座標系のＸ軸。

ｙ軸方向く必要な力を次のように求める。

Ｆｘ、＝＝に、−Δｘ　−Ｋｕ、　　・ｕｘ（３）ｊ”
、ｏ＝％−ΔΨ−Ｋｕｙ　　ｕｙ　　　　　　（４）ζ
こで、ｕｘ、　ｕアは船体座標系のＸ軸方向速度、ｙ軸
方向速度、Ｋ、　Ｉ　Ｋ、　、　Ｋｕ、　、　Ｋｕ、は
増幅器の制御ｒインである。このＦ　　、Ｆ　　は、船
舶のＸｘａ　　　　　ｙａ 軸、ｙ軸方向に発生しうる最大推カＦｍ工、Ｆｔｎアに
よ〕、制限される、（第２図のリミッタ入次に、装備さ
れた推進器によ＃）、軸、ｙ軸方向に必要な推力Ｆ３Ｃ
ｅ　”７ｅを発生させるために、推力分配器３によシ推
力の配分を行う、いま、船体座標系のＸ軸方向に推力を
発生できる推進器の数をｎ、その推力をＦ、工１とし、
ｙ軸方向に推力を発生できる推進器の数をｍ、その推力
をＦｐｙｉとすると、ＦｘｃＦ、、　、　Ｆ、□、Ｆ、
アｌは次の関係が成シ立っ。

各推進器の／ｌワーが最小となるように、次の評価関数
を最小にし、かつ（５）　、　（６）式が成り立っＦｐ
ｘｉ’Ｆ、ア、を求める。

ここで、Ｆｐｍｌはその推進器で発生し得る最大推力で
ある。求められた各推進器の推力Ｆｐｘ　ｉ　”ｐｙ　
１は、実際に推力を発生させるために操作する変数θｘ
１．θア、の関数となっている。

Ｆｐｘｉ　”　’ｘ　（θｘｉ）（８）Ｆｐｙ、−ｆア
（θア、　＞　　　　　　　　　　（９）この（８）　
、　（９）式を解いて操作端入力を決定する。

また、船首の方位制御は、設定方位Ｖ／Ｓ　Ｅ　Ｔと船
首方位Ｖの偏差をとヤ、この偏差がなくなるように舵を
操作する。舵角は、次のようにして決定する。

δ＝ＫＢ　（Ｆ、、　−Ｆ　）　−Ｋνγ＋にδｙ（Δ
ｙ−１ｇｎ（’）’ｔ１ｍ＋４’ｌ）四 ここで、Ｋδ、　Ｋ；５　、　Ｋδアは制御ゲインで、
γは回頭角速度である。９１式の最後の項は、各推進器
によシ航路を保持しようとしても、外力（風、波など）
が大きい場合、航路からずれてしまうことがあるので、
それを舵力によシ航路に復帰できるようにするためのも
のである。偏差Δｙが許容偏差Δｙｔｉｍを越えた場合
のみ、第２図に示すスイッチ２がＯＮとなり、ｏｎ式の
最後の項が働いて、舵操作によシ航路にもどす。（ト）
式の最後の項のｓｇｎは。

絶対値がΔｙｔｉｍで、符号がΔｙと同じであることを
意味する。このような制御装置によシ、船舶の航路を保
持しつつ、一定船速で船首方位を航路に向けて航行させ
ることができる。

風、波などの外乱下で、本発明の制御装置を用いてシミ
ーレージ１ン計算した結果を第３図に示す。

第３図においてＬＰＰは船体の長さを示し、船舶の各位
置における３本の線は、それぞれ船首方位、速度ベクト
ル、および舵の方向を示す。

本発明によれば第３図に示すような方向から風。

波、潮流を受けても、はぼ航路に沿って航行できること
がわかる。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように構成されているので、本発ｑＫよ
＃）、最小の／４ワーで航路を保持しつつ、船速、船首
方位を一定に保つことが要求される船舶の航行が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、航路と船舶の位置関係および制御偏差をめら
れす図、第２図は１本発明の制御ブロック線図、＃ＩＪ
３図は、本発明の一実施例のシミ、レージ肩ン計算結果
を示す図である。 １・・・船体、２・・・スイッチ、３・・・推力分配器
、４・・・推進機（グロペ２、サイドスラスタ、等）、
５・・・舵、１１．１２．１３番・・リミッタ、２１〜
２７・・・増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 舵と複数の推進機を備えた船舶を所定の航路に保持する
   制御装置において、設定航路上に制御周期（Δｔ）と設
   定船速で定まる設定点を設け、船首の方位（Ψ）の制御
   系統と船舶の位置（ｘ、ｙ）の制御系統を具備し、 前記各制御系統には、偏差演算器と増幅器とリミッタを
   設け、位置ｘの制御系統と位置ｙの制御系統の偏差演算
   器は、前記設定点と船舶の位置との偏差（ΔｘまたはΔ
   ｙ）と、設定船速と船速との偏差（ｕ＿ｘまたはｕ＿ｙ
   ）を演算し、 方位（Ψ）の、制御系統の偏差演算器は、 設定方位と船首方位の偏差（ΔΨ）と、 回頭角速度（γ）を演算し、 位置ｘの制御系統および位置ｙの制御系統は、それぞれ
   位置の偏差（ΔｘまたはΔｙ）の増幅値と船速の偏差（
   ｕ＿ｘまたはｕ＿ｙ）の増幅値の差をリミッタ（１１又
   は１２）に入力し、前記リミッタの出力を推力分配器（
   ３）を介して推進機（４）に入力し、 方位（Ψ）の制御系統は船首の方位の偏差（ΔΨ）の増
   幅値と回頭角速度（γ）の増幅値の差をリミッタ（１３
   ）に入力するとともに、船舶の位置の偏差（Δｙ）が制
   限値をこえる場合には位置の偏差（Δ＿ｙ）の増幅値を
   もリミッタ（１３）に入力し、リミッタ（１３）の出力
   を舵（５）に入力することを特徴とする 船舶の航路保持制御装置。