JPH04321485A

JPH04321485A - 船舶の減揺装置

Info

Publication number: JPH04321485A
Application number: JP9073891A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Oda; 博行織田; Manabu Sasaki; 学佐々木; Yoshiyuki Seki; 佳之関
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1992-11-11
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JP2844268B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船舶の横揺れを低減さ
せる減揺装置に関するものである。

【従来の技術】船舶の横揺れの減揺装置としては、従来
から各種のものが使用され、それぞれ以下に述べる問題
点を有することは周知である。例えば、フィンスタビラ
イザによる手段は、船底近傍に装備するものであり、該
装置を制御するための複雑な油圧装置、該油圧装置を駆
動する動力などを必要とするなど、コストを要するとい
う問題がある。したがって、既存船舶に適用する場合に
は、大規模な改造工事が必要となり、コスト的に適用が
困難であるという問題がある。また、減揺水槽による手
段は、水槽の他に水を移動させる配管、バルブ、などの
設備と、動力とを必要とし、製造時にコストを要するば
かりでなく、保守にもコストを要し、また、前記と同様
に、既存の船舶に適用することが困難であるという問題
がある。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、操舵によっ
て航行する船舶が転針（変針）する際に、船体が傾く現
象（内方傾斜）に着目して成されたものであり、大規模
な船体設備を行うことなく、横揺れを減少させることが
できる船舶の減揺装置を提供することを目的としている
。

【０００３】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの本発明の船舶の減揺装置の構成は、船体の横揺れ検
出器、方位検出器、船速検出器、舵角検出器、進路設定
器、及び、制御装置を船体に取付け、該制御装置は、統
計的制御ゲイン作成手段、制御ゲイン記憶手段、及び、
制御実行手段を備え、前記統計的制御ゲイン作成手段は
、前記各検出器からの信号を読み込み、制御モデルを算
出し、該制御モデルについて制御ゲインを算出する手段
から成り、前記制御実行手段は、目標及び実方位、なら
びに、目標及び実横揺れ角速度を読み込み、目標値から
の実検出値の偏差を算出し、該偏差値から記憶制御ゲイ
ンを使用して舵角指令値を算出し、得られた舵角指令信
号を、舵を駆動するアクチュエータに出力するようにし
たものである。

【０００４】前記横揺れ検出器は、横揺れ角検出器、横
揺れ角速度検出器、複数の加速度検出器などを用いるこ
とができ、また、これらを併用することもできる。前記
制御モデルとしては、次の制御型多次元自己回帰モデル
を用いることができる。即ち、

【０００５】で表すことができる。ここで、Ｘ（ｎ）　は横揺れ角、
横揺れ角速度、又は方位角などの被制御変数であり、Ａ
（ｍ）　及びＢ（ｍ）　は係数、Ｕ（ｎ）　は補正項、
Ｙ（ｎ−ｍ）　は舵角など制御変数を表し、ｍは時間の
関数（例えば秒）、ｎは時刻を表す関数である。したが
って、ｎ−ｍは、時刻ｎからｍ（ｍ＝１〜Ｍ）秒前の時
刻を表し、Ｘ（ｎ）　は、過去１秒前からＭ秒前までの
データを用いた推定値を表している。即ち、目標横揺れ
角、横揺れ角速度、又は目標方位Ｘ（ｎ）　（通常はゼ
ロとする）にするための、前記各検出器の検出信号と舵
角Ｙとの相関係数を算出し、前記各係数Ａ，Ｂを決定す
る。本発明は、従来から使用されている他の減揺装置、
例えば、フィンスタビライザなどとの併用することがで
きる。

【０００６】

【実施例】以下添付の図を対照して、一実施例により本
発明を具体的に説明する。図１のブロック回路図に示す
ように、本実施例の減揺装置１の演算装置２は、他の操
舵装置、即ち、マニュアル操舵装置４、オートパイロッ
ト６と切替え器８によって切り替え可能に設けており、
これらの操舵装置２，４，６から出力する舵指令信号は
、切替え器８を通じて舵１０のアクチュエータ１２に与
えるようにしている。また方位検出器１４、横揺れ検出
器１６、船速検出器１８、舵角検出器２０、及び、進路
設定器２２が備えられており、これらから与えられる信
号は、それぞれ、方位表示器２４、横揺れ角及び横揺れ
角速度の表示器２６、船速表示器２８、舵角表示器３０
、及び、目標方位表示器３２に与えると同時に、前記切
替え器８を介して、演算装置２及びオートパイロット６
に与えるようにしている。なお、図の３４は、減揺装置
１の操作パネルであり、３５は制御装置１の表示装置で
ある。本実施例に使用した横揺れ検出器１６は、横揺れ
各検出器と横揺れ角速度検出器とを使用したが、図の煩
雑さを避けるために、これらを符号１６で一括して表示
するようにした。

【０００７】演算装置２は、各検出器１４，１６，１８
，２０，２２からの信号に基づき、マイクロコンピュー
タ（図示せず）の制御により作動する、統計的制御ゲイ
ン作成手段、及び、制御手段を備えている。また、マニ
ュアル操舵装置４、及び、オートパイロット６は、従来
から使用されている公知の装置を使用した。次に、演算
装置２の動作の一例を、図２〜図７に示すフローチャー
トによって説明する。本実施例の演算装置２は、制御モ
デル作成、指定制御モデルによる制御実行、及び、特定
モデルによる制御実行を選択できるように予めプログラ
ムを入力している。演算装置２が始動すると、図２のプ
ログラムがスタートし、ステップＰ１において、操作パ
ネル３４から入力されたプログラム指定内容を判別する
。該指定が、統計的制御ゲイン作成であるとＰ２以降の
各ステップが実行される。

【０００８】制御モデル作成プログラムが実行されると
、図２のステップＰ２において、データ読み込みが実行
される。データ読み込みステップＰ２は、図３に示すよ
うにステップＱ１において方位角検出器１４の検出信号
をディジタル変換された信号が１個読み込まれ、以下同
様に、ステップＱ２において横揺れ角検出信号が、ステ
ップＱ３において横揺れ角速度検出信号が、ステップＱ
４において船速検出信号が、また、ステップＱ５におい
て舵角検出信号が、それぞれ読み込まれる。次いで、ス
テップＰ３（図２）において、読み込みデータ数が、規
定の数Ｎ０　に達したか否かが判別され、否定結果が得
られるとステップＰ２に戻り、再度データ読み込みが行
われ、肯定結果が得られるとステップＰ４の制御モデル
計算が実行される。

【０００９】ステップＰ４が実行されると、図４に示す
ように、まず、ステップＲ１において舵角と方位の相関
関数を計算し、ステップＲ２において舵角と横揺角速度
との相関関数を計算し、これらの結果から、ステップＲ
３において前記式１の制御モデルを計算する。ステップ
Ｐ４が終了すると、ステップＰ５において、ステップＰ
４の計算結果から、ＣＲＴなどの表示装置上に前記式１
の制御モデルが表示される。操作担当者は、表示された
該予測結果が適切であるか否を判定し、該判定結果を操
作パネル３４から入力し、該判定内容が、ステップＰ６
で判別される。ステップＰ６で、制御モデルを可とする
結果が得られるとステップＰ７に移り、否とする結果が
得られると、ステップ２に戻り、再度データ読み込みか
らの操作を繰り返す。なお、本実施例では、前記ステッ
プ６の判別は、否定的操作が行われない限り、次のステ
ップに移行するようにプログラムを設定している。この
設定は、以下の各判別ステップにおいても、特に説明し
ない限り同様である。

【００１０】ステップＰ７では、予めメモリーに格納さ
れた外乱モデルを読み込み動作が行われる。本実施例の
外乱は、総ての周波数成分を含む白色ノイズを使用した
。ステップＰ８のシミュレーション計算（図５）は、外
乱として白色ノイズを使用し、方位、横揺れ角速度が、
舵角制御信号に対する動作の予測計算が行われる。即ち、図５において、ステップＳ１で方位角ゲインが、
ステップＳ２で横揺角速度ゲインが、また、ステップＳ
３で舵角ゲインが、それぞれ算出される。

【００１１】次に、ステップＰ９において、ステップＰ
８の計算結果を前記表示装置に表示する。操作担当者は
、該表示内容を見て、表示されたゲインの採否を判定し
、その判断結果を操作パネル３４から入力すると、ステ
ップＰ１０において、その入力内容を判別し、否と判別
された場合には再度ステップＰ８に戻り、シミュレーシ
ョン計算を繰り返す。肯定結果が得られると、ステップ
Ｐ１１に移る。

【００１２】ステップＰ１１において、算出されたゲイ
ン値をメモリーに格納すると、ステップＰ１２において
、該計算結果をフロッピーディスクなどの記憶媒体に記
憶させるか否かの選択を促す表示を、前記表示装置に表
示する。操作担当者が格納可否を操作パネル３４から入
力すると、その内容を、ステップＰ１３において判別し
、肯定結果が得られるとステップＰ１４でフロッピーデ
ィスクなどの外部記憶手段に格納し、ステップＰ１５が
実行される。また、ステップＰ１４で否定結果が得られた場合は、直
ちにステップＰ１５が実行される。

【００１３】ステップＰ１５は、該プログラムの実行を
継続するか否かの選択を判別するものであり、操作パネ
ル３４に制御モデル作成継続が入力されているとステッ
プＰ１に戻り、再度、制御モデル作成動作が繰替えされ
、継続が入力されていないと、ステップ１６において、
終了が入力されていない場合には、ステップ１に戻り、
終了が入力されていると、制御装置１の作動を終了させ
る。

【００１４】さて、前記ステップＰ１において、制御実
行と判別されると、ステップＰ１７において、メモリー
に予め指定されている優先制御モデルを自動的に呼出し
、該制御モデルによる図６の制御が実行される。また、
ステップＰ１において、特定の制御モデル、例えば、前
記ステップＰ１４でファイリングした制御モデルが指定
されると、ステップＰ１８において、指定された制御モ
デルを呼出し、該制御モデルによる図６の制御が実行さ
れる。

【００１５】図６のステップＴ１において、進路設定器
２２が出力する目標方位角信号を読み込み、ステップＴ
２において、目標横揺角速度が読み込まれる。本実施例
では、該目標横揺角速度は０ｒａｄ／ｓｅｃ　を採用し
た。次に、ステップＴ３において、方位検出器１４から
実方位を、また、ステップＴ４で、横揺角速度検出器１
６から実横揺角速度を１個づつ読み込み動作を、複数回
繰り返し制御が実効され、指令舵角計算を行うステップ
Ｔ５に移行する。

【００１６】舵角指令計算は、図７のフローチャートに
示すように、ステップＵ１において、目標方位角と実方
位角との偏差を算出し、ステップＵ２において、目標横
揺角速度と実横揺角速度との偏差を算出し、ステップＵ
３において、前記二つの偏差値を最小にする舵角を算出
する。次いで、ステップＴ６において、ステップＴ５で
得た指令舵角が、自動操舵に許容される限界舵角α０　
より小さいか否かを判別し、肯定結果が得られるとステ
ップＴ７を実行し、否定結果が得られると、ステップＴ
８において、指令舵角を限界舵角α０　に変更した後、
ステップＴ７を実行する。

【００１７】ステップＴ７において、前記指令舵角を表
示装置に表示する。操作担当者は、表示装置に表示され
た実横揺角速度、実方位などを監視し、制御ゲイン、方
位及び横揺れ角速度の目標値、制御ルーチンなどの変更
が必要と認めるときは、操作パネル３４から変更指令を
入力する。それぞれ、ステップＴ９，Ｔ１０，Ｔ１１に
おいて、これら変更の入力があったか否かが判別され、
肯定結果が得られると、プログラムはステップＰ１に戻
り、いずれも否定結果が得られると、ステップＴ１２に
おいて、制御動作が実行される。次いで、ステップＴ１
３において制御継続するか否かを判別し、制御終了操作
が行われると、ステップＴ１に戻り制御動作が継続され
、否定結果が得られると、ステップＴ１４において、プ
ログラムを終了させるか否かを判別され、終了が操作パ
ネル３４から入力されていると、制御装置１の作動は終
了し、終了が入力されていないと、プログラムはステッ
プＰ１（図２）に戻る。

【００１８】なお、図６のステップ１１の変形例として
、予め定めた実横揺れ角が、該設定角以下にならないと
判別されると、制御動作を実行しながら、図２の制御モ
デル作成プログラムが平行して実施され、更新された制
御モデルに基づき制御動作を継続させることができる。次に図８Ａ，図８Ｂによって、舵角制御により船舶が減
揺する原理を説明する。図８は、船尾側から見た船３６
を示しており、該船３６は、図に示すように波３８の上
で図の左側に傾斜する力を受ける。一旦傾くと、船３６
の固有振動数、波３８の周期などによって図に示す両矢
印のような横揺れを生じる。ところで、図８Ａと同様の
状態で、舵１０を図の右に傾ける（図８Ｂ）と、内方傾
斜により、船３６を右に傾ける力が働き、船３６は、２
点鎖線の状態から傾斜の少ない実線の状態になる。本発
明はこの原理を応用したものであり、減揺装置１（図１
）を作動させると、実横揺角速度、実方位を検出し、過
去の方位、横揺角速度、舵角などのデータから、目標方
位（設定方位）、目標横揺角速度（本実施例では０ｒａ
ｄ／ｓｅｃ　）に制御する舵角を統計的制御モデル作成
機能、及び、最適制御ゲイン作成機能により予測し、該
予測結果をアクチュエータ１２に出力して船３６の横揺
れは低減させることができる。

【００１９】図９に、従来から使用されているＰＩＤ動
作によるオートパイロットによる実際の揺れと、本実施
例の減揺装置１を作動させた場合の揺れとを、４００ｔ
級の船に実装して測定した結果を示す。なお、図９は、
両制御手段を適宜切り替えながら実測し、その結果を比
較するために繋ぎ合わせたものである。なお、図中αは
舵角、φは方位角偏差、θは横揺れ角、Ｒは横揺れ角速
度である。図から、本実施例の減揺装置１を使用した場
合には、舵角が、方位保持のみ制御するオートパイロッ
トより大きく変動しているにも関わらず、方位角偏差は
それ程大きく変動していないのに対し、横揺れ角、横揺
れ角速度は、共に、明確に変動が小さくなっていること
が分かる。以上の結果から、減揺効率は、３５０〜１０
００ｔの船舶に対し、２０〜５０％が期待できることが
分かった。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した本発明の船舶の減揺装置は
、統計的制御モデル作成機能と最適制御ゲイン作成機能
とを有する制御装置により操舵させることにより、目標
方位を維持しながら、横揺れ角について２０〜５０％の
減揺効率を得ることができる。しかも、横揺れ検出器と
マイクロコンピュータを搭載した制御装置以外は、総て
既存の装備をそのまま使用することができる。しかも、
制御装置は、演算部、入力部、操作部、検出部などをモ
ジュール化することによって小型とすることができるの
で、既存の船舶に対しても、大幅な改造などの必要がな
く、低コストで容易に取付けることができ、操作の習熟
も比較的簡単であり、コスト的にも有利である。また、
他の減揺装備と併用すると、減揺効果の重畳作用を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例による本発明の船舶の減揺装置の概要
説明図である。

【図２】図１の制御装置の統計的制御モデル作成と最適
制御ゲイン作成のフローチャートである。

【図３】図２のデータ読み込みステップの詳細図である
。

【図４】図２の制御モデル計算ステップの詳細図である
。

【図５】図２のシミュレーション計算ステップの詳細図
である。

【図６】図１の制御装置の制御動作のフローチャートで
ある。

【図７】図６の指令舵角計算ステップの詳細図である。

【図８】本発明の原理の説明図である。

【図９】図１の実施例の減揺装置と、従来のＰＩＤ制御
によるオートパイロットによる制御とを船舶に実装して
比較した結果のチャートである。

【符号の説明】

１　　減揺装置　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　２　　演算装置４　　舵輪　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　６　　オートパイロット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　船体の横揺れ検出器、方位検出器、船
速検出器、舵角検出器、進路設定器、及び、制御装置を
船体に取付け、該制御装置は、統計的制御ゲイン作成手
段、制御ゲイン記憶手段、及び、制御実行手段を備え、
前記統計的制御ゲイン作成手段は、前記各検出器からの
信号を読み込み、制御モデルを算出し、該制御モデルに
ついて制御ゲインを算出する手段から成り、前記制御実
行手段は、目標及び実方位、ならびに、目標及び実横揺
れ角速度を読み込み、目標値からの実検出値の偏差を算
出し、該偏差値から記憶制御ゲインを使用して舵角指令
値を算出し、得られた舵角指令信号を、舵を駆動するア
クチュエータに出力するようにした船舶の減揺装置。