JPH0443840B2 - - Google Patents
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- JPH0443840B2 JPH0443840B2 JP60252241A JP25224185A JPH0443840B2 JP H0443840 B2 JPH0443840 B2 JP H0443840B2 JP 60252241 A JP60252241 A JP 60252241A JP 25224185 A JP25224185 A JP 25224185A JP H0443840 B2 JPH0443840 B2 JP H0443840B2
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- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000005477 standard model Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
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- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、船舶用自動操舵装置（以下、オート
パイロツトと称す）に関する。
パイロツトと称す）に関する。
従来のオートパイロツトの一例を、第２及び第
３図を参照して説明しよう。尚、第２図及び第３
図はオートパイロツトに省エネルギ制御ユニツト
を付加した場合の斜視図及びその内部のブロツク
線図を示している。
３図を参照して説明しよう。尚、第２図及び第３
図はオートパイロツトに省エネルギ制御ユニツト
を付加した場合の斜視図及びその内部のブロツク
線図を示している。
まず第２図において、１０１はオートパイロツ
トスタインドの筐体で、その上面中央には、図示
せずもジヤイロコンパスの追従指示器１０２が配
置され、その中央部には針路設定ダイアル１０３
が設けられている。追従指示器１０２の右側に
は、非常用レバーコントロールへの切替スイツチ
１０４及び非常用舵角コントロール用レバー１０
５が取付けられている。また筐体１０１の前面に
は、舵輪１０６が配設されており、舵輪１０６の
下方には、切替スイツチ１０７が配設され、操舵
モードの切替えを行うようになつている。筐体１
０１の側面には、省エネルギ制御ユニツト１０８
が設けられ、省エネルギ制御ユニツト１０８に
は、マイクロプロセツサ１０９、入出力信号イン
ターフエイス１１０等が内蔵されている。省エネ
ルギ制御ユニツト１０８の上面には、船舶の満載
状態とバラスト状態との切替スイツチ１１１、波
浪除去フイルターのチユーニングダイヤル１１
２、各種表示灯及び押釦１１３が配設されてい
る。
トスタインドの筐体で、その上面中央には、図示
せずもジヤイロコンパスの追従指示器１０２が配
置され、その中央部には針路設定ダイアル１０３
が設けられている。追従指示器１０２の右側に
は、非常用レバーコントロールへの切替スイツチ
１０４及び非常用舵角コントロール用レバー１０
５が取付けられている。また筐体１０１の前面に
は、舵輪１０６が配設されており、舵輪１０６の
下方には、切替スイツチ１０７が配設され、操舵
モードの切替えを行うようになつている。筐体１
０１の側面には、省エネルギ制御ユニツト１０８
が設けられ、省エネルギ制御ユニツト１０８に
は、マイクロプロセツサ１０９、入出力信号イン
ターフエイス１１０等が内蔵されている。省エネ
ルギ制御ユニツト１０８の上面には、船舶の満載
状態とバラスト状態との切替スイツチ１１１、波
浪除去フイルターのチユーニングダイヤル１１
２、各種表示灯及び押釦１１３が配設されてい
る。
次に第３図において、一点鎖線で囲んだ部分
は、第２図における省エネルギ制御ユニツト１０
８を全体として示している。省エネルギ制御ユニ
ツト１０８の主体をなす破線ブロツクで示すマイ
クロプロセツサ１０９は、モード設定プログラム
処理装置１０９ａ、同定プログラム処理装置１０
９ｂ、省エネルギ最適制御プログラム処理装置１
０９ｃ、フイルタプログラム処理装置１０９ｄ及
び操舵直接デイジタル制御プロクラム処理装置
（以下DDCプログラム処理装置という）１０９ｅ
より構成されている。１１４は船速計、１１５は
舵取機である。
は、第２図における省エネルギ制御ユニツト１０
８を全体として示している。省エネルギ制御ユニ
ツト１０８の主体をなす破線ブロツクで示すマイ
クロプロセツサ１０９は、モード設定プログラム
処理装置１０９ａ、同定プログラム処理装置１０
９ｂ、省エネルギ最適制御プログラム処理装置１
０９ｃ、フイルタプログラム処理装置１０９ｄ及
び操舵直接デイジタル制御プロクラム処理装置
（以下DDCプログラム処理装置という）１０９ｅ
より構成されている。１１４は船速計、１１５は
舵取機である。
モード設定プログラム処理装置１０９ａは、切
替スイツチ１１１に接続されることにより、満載
状態又はバラスト状態の航行モードを、省エネル
ギ最適制御プログラム処理装置１０９ｃに出力す
る。同定プログラム処理装置１０９ｂは、ジヤイ
ロ方位信号ψ及び舵角信号δが舵取機１１５より
入力され、機関および海象に応じた船体特性の推
定を行い、その結果を省エネルギ最適制御プログ
ラム制御装置１０９ｃに出力する。省エネルギ最
適制御プログラム処理装置１０９ｃは、モード設
定プログラム処理装置１０９ａから積荷状態を、
同定プログラム処理装置１０９ｂから船体特性を
それぞれ入力するとともに、船速計１１４から船
速を入力し、エネルギ評価基準Ｊに基づいて省エ
ネルギ最適制御方式を決定して、これを操舵
DDCプログラム処理装置１０９ｅに出力する。
フイルタプログラム処理装置１０９ｄは、波浪除
去フイルタのチユーニングダイアル１１２からチ
ユーニングパラメータを入力し、ジヤイロ方位の
偏差信号の高周波成分を除去して、操舵DDC処
理装置１０９ｅに出力する。操舵DDC処理装置
１０９ｅで演算された舵角指令信号δは、Ｄ／Ａ
コンバータ１０８ａでアナログ信号に変換された
後、切替スイツチ１０７を経て舵取機１１５を駆
動し、舵角δを与える。
替スイツチ１１１に接続されることにより、満載
状態又はバラスト状態の航行モードを、省エネル
ギ最適制御プログラム処理装置１０９ｃに出力す
る。同定プログラム処理装置１０９ｂは、ジヤイ
ロ方位信号ψ及び舵角信号δが舵取機１１５より
入力され、機関および海象に応じた船体特性の推
定を行い、その結果を省エネルギ最適制御プログ
ラム制御装置１０９ｃに出力する。省エネルギ最
適制御プログラム処理装置１０９ｃは、モード設
定プログラム処理装置１０９ａから積荷状態を、
同定プログラム処理装置１０９ｂから船体特性を
それぞれ入力するとともに、船速計１１４から船
速を入力し、エネルギ評価基準Ｊに基づいて省エ
ネルギ最適制御方式を決定して、これを操舵
DDCプログラム処理装置１０９ｅに出力する。
フイルタプログラム処理装置１０９ｄは、波浪除
去フイルタのチユーニングダイアル１１２からチ
ユーニングパラメータを入力し、ジヤイロ方位の
偏差信号の高周波成分を除去して、操舵DDC処
理装置１０９ｅに出力する。操舵DDC処理装置
１０９ｅで演算された舵角指令信号δは、Ｄ／Ａ
コンバータ１０８ａでアナログ信号に変換された
後、切替スイツチ１０７を経て舵取機１１５を駆
動し、舵角δを与える。
次に、YRW（Yaw Rate Wheel）と称される
旋回角速度指令操舵方式を説明する。これは、舵
輪により発令された旋回角速度ψIに一致する様、
自動的に舵を制御する方式である。YRWで操船
する場合のブロツク図を第４図に示す。この
YRWは、舵輪Ｒにより旋回角速度ψIを指令する
ため、船の動きを予測することが容易なため、非
熟練者でも簡単に操船ができるという特長があ
る。特に、第５図Ａに示す様な旋回特性を有する
針路不安定船に対して、YRW方式の有効性が証
明されている。
旋回角速度指令操舵方式を説明する。これは、舵
輪により発令された旋回角速度ψIに一致する様、
自動的に舵を制御する方式である。YRWで操船
する場合のブロツク図を第４図に示す。この
YRWは、舵輪Ｒにより旋回角速度ψIを指令する
ため、船の動きを予測することが容易なため、非
熟練者でも簡単に操船ができるという特長があ
る。特に、第５図Ａに示す様な旋回特性を有する
針路不安定船に対して、YRW方式の有効性が証
明されている。
今後、乗組員の減少により予想される平均的な
操船技量の低下を考えると、手動操舵に代わり
YRW方式が使用される局面が増えるのは確実で
ある。従つて、手動操舵と同様に、YRW方式に
於いても船体操縦性能を推定する必要がある。
尚、第５図Ｂは針路安定船の旋回特性を示す図で
ある。
操船技量の低下を考えると、手動操舵に代わり
YRW方式が使用される局面が増えるのは確実で
ある。従つて、手動操舵と同様に、YRW方式に
於いても船体操縦性能を推定する必要がある。
尚、第５図Ｂは針路安定船の旋回特性を示す図で
ある。
しかしながら、上述のような従来のオートパイ
ロツトにあつては、調整を自動化するために、同
定プログラムにより、船体の舵効きを示す操縦性
能を推定する必要があるが、この同定プログラム
が自動操舵に於いてのみ作動し、且つ海象推定手
段を持たない構成となつていたため、次の様な問
題点があつた。
ロツトにあつては、調整を自動化するために、同
定プログラムにより、船体の舵効きを示す操縦性
能を推定する必要があるが、この同定プログラム
が自動操舵に於いてのみ作動し、且つ海象推定手
段を持たない構成となつていたため、次の様な問
題点があつた。
即ち、特別な試験を行うことなく、通常の運航
状態で船体操縦機能を推定するためには、ある程
度大きな舵をとり、船が旋回している時のデータ
が必要である。自動操舵が使用されるのは、大洋
航海中であり、それは船を直進させるための保針
動作がほとんどであり、船を旋回させる変針動作
はまれで、且つ変針したとしても、変針角の小さ
なものである。船舶の運航上、変針動作が最も多
いのは入出港時であるが、安全上の観点から、入
出港時には手動操舵を使用するのが慣例となつて
いる。従つて、船体操縦性能を推定するために
は、手動操舵に於いて同定プログラムを作動させ
る必要があるという問題点がある。
状態で船体操縦機能を推定するためには、ある程
度大きな舵をとり、船が旋回している時のデータ
が必要である。自動操舵が使用されるのは、大洋
航海中であり、それは船を直進させるための保針
動作がほとんどであり、船を旋回させる変針動作
はまれで、且つ変針したとしても、変針角の小さ
なものである。船舶の運航上、変針動作が最も多
いのは入出港時であるが、安全上の観点から、入
出港時には手動操舵を使用するのが慣例となつて
いる。従つて、船体操縦性能を推定するために
は、手動操舵に於いて同定プログラムを作動させ
る必要があるという問題点がある。
次に、オートパイロツトで推定しようとする船
体操縦性能とは、舵に対する船体の応答であるか
ら、理想を言えば、船体運動には舵に対する応答
成分のみが含まれていることが望ましい。しかし
ながら、実際の航海ではたえず風浪等の影響を受
け、船体運動には、舵に対する対応だけでなく、
風浪等による応答成分も含まれてくる。これら風
浪等による応答成分は、船体操縦性能の推定精度
を劣化させる要因となる。特に海象が荒れた場
合、推定制度が大幅に劣化するという問題点があ
つた。
体操縦性能とは、舵に対する船体の応答であるか
ら、理想を言えば、船体運動には舵に対する応答
成分のみが含まれていることが望ましい。しかし
ながら、実際の航海ではたえず風浪等の影響を受
け、船体運動には、舵に対する対応だけでなく、
風浪等による応答成分も含まれてくる。これら風
浪等による応答成分は、船体操縦性能の推定精度
を劣化させる要因となる。特に海象が荒れた場
合、推定制度が大幅に劣化するという問題点があ
つた。
上記問題は、YRW方式の場合も、同様に生じ
て来る。
て来る。
本発明は上記問題点を解決せんとするもので、
その手段は、例えば、第１図に示されるように船
舶Ｓに搭載されたジヤイロコンパス１０の方位信
号ψを微分して旋回角速度信号ψ・を得、これを基
に海象の荒れ具合いを推定して海象情報QRを出
力する海象推定手段２と、船舶Ｓの舵角信号δ、
船速信号Ｖ、方位信号ψおよび上記海象情報QR
を基に、手動操舵、自動操舵および旋回角速度指
令操舵の各操舵において、船舶Ｓの操縦特性SR
と変針用フイードバツクゲインKp、TD、Kiとを
推定して出力する同定手段３と、海象情報QRと
操縦特性SRに基づき、方位信号ψをフイルタリ
ングして推定船首方位信号ψ^と推定旋回速度ψ・と
を出力するフイルタ手段４と、設定針路部７ａか
ら出力される設定針路信号ψと上記推定船首方
位信号ψ^とから推定方位偏差信号ψ^eを計算して出
力する方位偏差演算部７ｂと、評価関数Ｊ、船速
信号Ｖ、操縦特性SR、変針用フイードバツクゲ
インKp、TD、Ki、推定方位偏差信号ψ^eおよび推
定旋回角速度信号ψ・が供給されて、評価関数Ｊ、
船速信号Ｖおよび操縦特性SRに基づき保針用フ
イードバツクゲインKp、TD、Kiを計算するとと
もに、保針モード／変針モードにより上記保針フ
イードバツクゲインKp、TD、Kiと上記変針用フ
イードバツクゲインKp、TD、Kiとを自動的に切
り替える最適制御手段５とを備え、同定手段３
は、供給される海象情報QRが設定値以上の値で
あつた場合には、船舶Ｓの操縦特性SRと変針用
フイードバツクゲインKp、TD、Kiの推定を中止
し、かつ中止直前における船舶Ｓの操縦特性SR
と変針用フイードバツクゲインKp、TD、Kiとを
保持して出力するようにした船舶用自動操舵装置
である。
その手段は、例えば、第１図に示されるように船
舶Ｓに搭載されたジヤイロコンパス１０の方位信
号ψを微分して旋回角速度信号ψ・を得、これを基
に海象の荒れ具合いを推定して海象情報QRを出
力する海象推定手段２と、船舶Ｓの舵角信号δ、
船速信号Ｖ、方位信号ψおよび上記海象情報QR
を基に、手動操舵、自動操舵および旋回角速度指
令操舵の各操舵において、船舶Ｓの操縦特性SR
と変針用フイードバツクゲインKp、TD、Kiとを
推定して出力する同定手段３と、海象情報QRと
操縦特性SRに基づき、方位信号ψをフイルタリ
ングして推定船首方位信号ψ^と推定旋回速度ψ・と
を出力するフイルタ手段４と、設定針路部７ａか
ら出力される設定針路信号ψと上記推定船首方
位信号ψ^とから推定方位偏差信号ψ^eを計算して出
力する方位偏差演算部７ｂと、評価関数Ｊ、船速
信号Ｖ、操縦特性SR、変針用フイードバツクゲ
インKp、TD、Ki、推定方位偏差信号ψ^eおよび推
定旋回角速度信号ψ・が供給されて、評価関数Ｊ、
船速信号Ｖおよび操縦特性SRに基づき保針用フ
イードバツクゲインKp、TD、Kiを計算するとと
もに、保針モード／変針モードにより上記保針フ
イードバツクゲインKp、TD、Kiと上記変針用フ
イードバツクゲインKp、TD、Kiとを自動的に切
り替える最適制御手段５とを備え、同定手段３
は、供給される海象情報QRが設定値以上の値で
あつた場合には、船舶Ｓの操縦特性SRと変針用
フイードバツクゲインKp、TD、Kiの推定を中止
し、かつ中止直前における船舶Ｓの操縦特性SR
と変針用フイードバツクゲインKp、TD、Kiとを
保持して出力するようにした船舶用自動操舵装置
である。
本発明によれば、船舶Ｓのジヤイロコンパス１
０よりの方位信号ψを微分して旋回角速度信号ψ・
を得、この信号ψ・を基に海象を推定する海象情報
QRを得、又、ジヤイロコンパス１０よりの方位
信号ψ、舵取機１２よりの舵角信号δ、船速計１
１よりの船速信号Ｖ及び海象情報QRを基に、手
動操舵（HAND）、自動操舵（AUTO）及び旋
回角速度指令操舵（YRW）に於て船体の操縦特
性SRと変針用フイードバツクゲインKp、TD、
Kiとを推定し、これ等情報QR、SRに基づきジ
ヤイロコンパス１０よりの方位信号ψをフイルタ
リングして推定船首方位信号ψ^及び推定旋回角速
度信号ψ・を出力し、更に情報SR及び評価関数Ｊ
に基づいて最適フイードバツクゲインKP等を計
算し、且つ保針モード／変針モードを自動的に切
替えて、最適舵角命令δを得るようにするととも
に、海象情報QRが設定値以上の値であつた場合
には、船舶Ｓの操縦特性SRと変針用フイードバ
ツクゲインKp、TD、Kiの推定を中止し、かつ中
止直前における船舶Ｓの操縦特性SRと変針用フ
イードバツクゲインKp、TD、Kiとを保持して出
力し、最適舵角命令δを得るようにしたものであ
る。
０よりの方位信号ψを微分して旋回角速度信号ψ・
を得、この信号ψ・を基に海象を推定する海象情報
QRを得、又、ジヤイロコンパス１０よりの方位
信号ψ、舵取機１２よりの舵角信号δ、船速計１
１よりの船速信号Ｖ及び海象情報QRを基に、手
動操舵（HAND）、自動操舵（AUTO）及び旋
回角速度指令操舵（YRW）に於て船体の操縦特
性SRと変針用フイードバツクゲインKp、TD、
Kiとを推定し、これ等情報QR、SRに基づきジ
ヤイロコンパス１０よりの方位信号ψをフイルタ
リングして推定船首方位信号ψ^及び推定旋回角速
度信号ψ・を出力し、更に情報SR及び評価関数Ｊ
に基づいて最適フイードバツクゲインKP等を計
算し、且つ保針モード／変針モードを自動的に切
替えて、最適舵角命令δを得るようにするととも
に、海象情報QRが設定値以上の値であつた場合
には、船舶Ｓの操縦特性SRと変針用フイードバ
ツクゲインKp、TD、Kiの推定を中止し、かつ中
止直前における船舶Ｓの操縦特性SRと変針用フ
イードバツクゲインKp、TD、Kiとを保持して出
力し、最適舵角命令δを得るようにしたものであ
る。
以下、本発明の一実施例を、第１図を参照して
説明する。同図において、１は船舶Ｓに設置した
ジヤイロコンパス１０から出力される方位信号ψ
を微分し、旋回角速度信号ψ・を得る旋回角速度計
算部である。２は旋回角速度計算部１で、得られ
る旋回角速度信号ψ・を基に、海象状態を表わすパ
ラーメータ（海象情報）QRを算出する海象状態
推定部である。これは、旋回速度信号ψ・の分散値
と海象状態との間に相関関係があることを利用
し、また出力される海象情報QRとしては、例え
ばカルマンフイルタに用いられるシステムノイズ
の分算値及び観測ノイズの分散値がある。点線ブ
ロツク３は、ジヤイロコンパス１０から出力され
る方位信号ψ、旋回角速度計算部１から出力され
る旋回角速度信号ψ・、海象推定部２から出力され
る海象情報QR、船舶Ｓに設置した船速計１１よ
り出力される船速信号Ｖ、操舵モード切替スイツ
チ９を介して入力される設定針路部７ａよりの設
定針路信号ψI、舵輪８よりの旋回角速度命令ψ・I
或は舵取機１２より出力される舵角信号δを基
に、船体操縦性能SR及びフイードバツクのゲイ
ンKp、TD、Ki（それぞれ比例要素、微分要素及
び積分要素の係数に対応する）を出力する同定部
である。この同定部３には、例えばモデル規範形
適応制御方式（以下MRACSと称す）が用いら
れ、これは規範モデル３ａ、船体動特性推定部３
ｂ、ゲイン調整部３ｃから構成される。規範モデ
ル３ａには、望ましい応答を示す船の特性がセツ
トされており、これには船速信号Ｖが入力され、
船速に応じて望ましい応答を示すようになつてい
る。また、この規範モデル３ａには、操舵モード
切替スイツチ９を介して手動操舵時には舵角信号
δ、自動操舵時には設定針路ψI、及びYRW操縦
時には旋回角速度命令信号ψ・Iが入力され、それ
ぞれの入力に応じ望ましい応答−方位信号ψm及
び旋回角速度信号ψ・ｍ−を示す。船体動特性推定
部３ｂでは、規範モデル３ａの出力−方位信号
ψmと旋回角速度信号ψ・ｍ−と実際の船舶Ｓの動
き−方位信号ψ、旋回角速度信号ψ・−から船体操
縦特性SRを計算し、出力する。また、ゲイン調
整部３ｃでは、自動操舵及びYRW操舵時に、船
舶Ｓが規範モデル３ａと同じ動きをするためのフ
イードバツクゲインが計算され出力される。また
船体動特性推定部３ｂには、海象推定部２より出
力される海象情報QRが入力され、海象状態が設
定値以上荒れた場合、船体操縦性能の推定精度が
大幅に劣化するため、演算を中止し、前の値を保
持する機能を有している。これにより、海象が荒
れても精度良い船体操縦性能推定値を出力するこ
とができる。４は適応カルマンフイルタ部であ
り、海象推定部２から出力される海象情報QR、
船速計１１より出力される船速信号Ｖ、舵取機１
２より出力される舵角信号δ、及び同定部から出
力される船体操縦性能QRを基に、ジヤイロコン
パス１０より出力される方位信号ψから、波浪に
よる高周波成分を除去した推定船首方位信号ψ^及
び推定旋回角速度信号ψ・を出力する。これは、波
浪の高周波成分に対して舵は追従するが、舵の高
周波運動に対して船体が追従しきれないため、無
駄舵となるのを避けるためである。７ｂは設定針
路部７ａから出力される設定針路信号ψIと、適応
カルマンフイルタ部４からの出力ψ^から推定方位
偏差信号ψ^eを計算する方位偏差演算部である。
６は船舶の航行において、蛇行することによる消
費エネルギ増加を表わす評価関数部であり、この
値Ｊが大きい程、蛇行による消費エネルギが多い
ことを示している。５は最適制御部で、最適ゲイ
ン計算部５ａ、舵角命令計算部５ｂ及びゲイン切
替スイツチ５ｃよりなつている。最適ゲイン計算
部５ａは、船速計１１よりの船速信号Ｖ、同定部
３よりの船体操縦性能SR及び評価関数部６の出
力Ｊを基に、オートパイロツトによる自動保針時
に、評価関数部６の値Ｊを最小とする−蛇行によ
るエネルギ増加を最小とする−フイードバツクゲ
インKP、TD、Kiを算出する。ゲイン切替スイツ
チ５ｃでは、最適ゲイン計算部５ａから出力され
る自動保針用フイードバツクゲインと、同定部３
から出力される自動変針あるいはYRW操舵にお
けるフイードバツクゲインとを、操舵モードに応
じて自動的に切替え、舵角命令計算部５ｂへ出力
する。これにより、自動保針時には省エネルギの
観点から最適な、また自動変針及びYRW時に規
範モデル３ａの出力−望ましい変針特性を示す−
に一致させる様、船舶Ｓを制御することができ
る。舵角命令計算部５ｂは、適応カルマンフイル
タ４よりの推定旋回角速度信号ψ・、方位偏差演算
部７ｂよりの推定方位偏差信号ψ^e及びゲイン切
替スイツチ５ｃよりのフイードバツクゲインを基
に、最適な舵角命令δ*を計算し、舵取機１２へ出
力する。又、減算器１３は、最適制御部５から出
力される舵角命令δ*から舵取機１２より出力され
る舵角信号δを減算し、偏差信号δeを舵取機１２
へ出力する。これにより、舵取機１２は偏差信号
δeが０になる様に舵をとる。
説明する。同図において、１は船舶Ｓに設置した
ジヤイロコンパス１０から出力される方位信号ψ
を微分し、旋回角速度信号ψ・を得る旋回角速度計
算部である。２は旋回角速度計算部１で、得られ
る旋回角速度信号ψ・を基に、海象状態を表わすパ
ラーメータ（海象情報）QRを算出する海象状態
推定部である。これは、旋回速度信号ψ・の分散値
と海象状態との間に相関関係があることを利用
し、また出力される海象情報QRとしては、例え
ばカルマンフイルタに用いられるシステムノイズ
の分算値及び観測ノイズの分散値がある。点線ブ
ロツク３は、ジヤイロコンパス１０から出力され
る方位信号ψ、旋回角速度計算部１から出力され
る旋回角速度信号ψ・、海象推定部２から出力され
る海象情報QR、船舶Ｓに設置した船速計１１よ
り出力される船速信号Ｖ、操舵モード切替スイツ
チ９を介して入力される設定針路部７ａよりの設
定針路信号ψI、舵輪８よりの旋回角速度命令ψ・I
或は舵取機１２より出力される舵角信号δを基
に、船体操縦性能SR及びフイードバツクのゲイ
ンKp、TD、Ki（それぞれ比例要素、微分要素及
び積分要素の係数に対応する）を出力する同定部
である。この同定部３には、例えばモデル規範形
適応制御方式（以下MRACSと称す）が用いら
れ、これは規範モデル３ａ、船体動特性推定部３
ｂ、ゲイン調整部３ｃから構成される。規範モデ
ル３ａには、望ましい応答を示す船の特性がセツ
トされており、これには船速信号Ｖが入力され、
船速に応じて望ましい応答を示すようになつてい
る。また、この規範モデル３ａには、操舵モード
切替スイツチ９を介して手動操舵時には舵角信号
δ、自動操舵時には設定針路ψI、及びYRW操縦
時には旋回角速度命令信号ψ・Iが入力され、それ
ぞれの入力に応じ望ましい応答−方位信号ψm及
び旋回角速度信号ψ・ｍ−を示す。船体動特性推定
部３ｂでは、規範モデル３ａの出力−方位信号
ψmと旋回角速度信号ψ・ｍ−と実際の船舶Ｓの動
き−方位信号ψ、旋回角速度信号ψ・−から船体操
縦特性SRを計算し、出力する。また、ゲイン調
整部３ｃでは、自動操舵及びYRW操舵時に、船
舶Ｓが規範モデル３ａと同じ動きをするためのフ
イードバツクゲインが計算され出力される。また
船体動特性推定部３ｂには、海象推定部２より出
力される海象情報QRが入力され、海象状態が設
定値以上荒れた場合、船体操縦性能の推定精度が
大幅に劣化するため、演算を中止し、前の値を保
持する機能を有している。これにより、海象が荒
れても精度良い船体操縦性能推定値を出力するこ
とができる。４は適応カルマンフイルタ部であ
り、海象推定部２から出力される海象情報QR、
船速計１１より出力される船速信号Ｖ、舵取機１
２より出力される舵角信号δ、及び同定部から出
力される船体操縦性能QRを基に、ジヤイロコン
パス１０より出力される方位信号ψから、波浪に
よる高周波成分を除去した推定船首方位信号ψ^及
び推定旋回角速度信号ψ・を出力する。これは、波
浪の高周波成分に対して舵は追従するが、舵の高
周波運動に対して船体が追従しきれないため、無
駄舵となるのを避けるためである。７ｂは設定針
路部７ａから出力される設定針路信号ψIと、適応
カルマンフイルタ部４からの出力ψ^から推定方位
偏差信号ψ^eを計算する方位偏差演算部である。
６は船舶の航行において、蛇行することによる消
費エネルギ増加を表わす評価関数部であり、この
値Ｊが大きい程、蛇行による消費エネルギが多い
ことを示している。５は最適制御部で、最適ゲイ
ン計算部５ａ、舵角命令計算部５ｂ及びゲイン切
替スイツチ５ｃよりなつている。最適ゲイン計算
部５ａは、船速計１１よりの船速信号Ｖ、同定部
３よりの船体操縦性能SR及び評価関数部６の出
力Ｊを基に、オートパイロツトによる自動保針時
に、評価関数部６の値Ｊを最小とする−蛇行によ
るエネルギ増加を最小とする−フイードバツクゲ
インKP、TD、Kiを算出する。ゲイン切替スイツ
チ５ｃでは、最適ゲイン計算部５ａから出力され
る自動保針用フイードバツクゲインと、同定部３
から出力される自動変針あるいはYRW操舵にお
けるフイードバツクゲインとを、操舵モードに応
じて自動的に切替え、舵角命令計算部５ｂへ出力
する。これにより、自動保針時には省エネルギの
観点から最適な、また自動変針及びYRW時に規
範モデル３ａの出力−望ましい変針特性を示す−
に一致させる様、船舶Ｓを制御することができ
る。舵角命令計算部５ｂは、適応カルマンフイル
タ４よりの推定旋回角速度信号ψ・、方位偏差演算
部７ｂよりの推定方位偏差信号ψ^e及びゲイン切
替スイツチ５ｃよりのフイードバツクゲインを基
に、最適な舵角命令δ*を計算し、舵取機１２へ出
力する。又、減算器１３は、最適制御部５から出
力される舵角命令δ*から舵取機１２より出力され
る舵角信号δを減算し、偏差信号δeを舵取機１２
へ出力する。これにより、舵取機１２は偏差信号
δeが０になる様に舵をとる。
手動操舵、自動操舵及び旋回角速度指令操舵に
於いて、船体操縦性能の推定を行うことにより、
特別な試験を実施することなく、通常の運航状態
で推定が可能となる。海象推定手段により得られ
る情報を基に、海象の荒れ具合を判定し、荒天時
には船体操縦性能推定機能を自動的に保持するこ
とにより、推定精度の劣化を防ぐことができる。
同定部より得られる船体操縦性能推定値を基に、
適応カルマンフイルタ及び最適制御を行うことに
より、どんな海象状態に於いても保針時には省エ
ネルギの観点に立つた最適な操舵、または変針時
にはその船に応じた理想的な変針が可能となる。
於いて、船体操縦性能の推定を行うことにより、
特別な試験を実施することなく、通常の運航状態
で推定が可能となる。海象推定手段により得られ
る情報を基に、海象の荒れ具合を判定し、荒天時
には船体操縦性能推定機能を自動的に保持するこ
とにより、推定精度の劣化を防ぐことができる。
同定部より得られる船体操縦性能推定値を基に、
適応カルマンフイルタ及び最適制御を行うことに
より、どんな海象状態に於いても保針時には省エ
ネルギの観点に立つた最適な操舵、または変針時
にはその船に応じた理想的な変針が可能となる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は従来のオートパイロツトの一例の斜視
図、第３図はその内部のブロツク線図、第４図は
旋回角速度指令操舵に於ける制御部のブロツク
図、第５図Ａ及びＢは夫々船の定常旋回性能の例
を示す線図である。 図に於いて、１は旋回角速度計算部、２は海象
状態推定部、３は同定部、４は適応カルマンフイ
ルタ部、５は最適制御部、６は評価関数部、７ａ
は設定針路部、７ｂは方位偏差演算部、８は舵
輪、９はスイツチ、Ｓは船舶、１０はジヤイロコ
ンパス、１１は船速計、１２は舵取機を夫々示
す。
第２図は従来のオートパイロツトの一例の斜視
図、第３図はその内部のブロツク線図、第４図は
旋回角速度指令操舵に於ける制御部のブロツク
図、第５図Ａ及びＢは夫々船の定常旋回性能の例
を示す線図である。 図に於いて、１は旋回角速度計算部、２は海象
状態推定部、３は同定部、４は適応カルマンフイ
ルタ部、５は最適制御部、６は評価関数部、７ａ
は設定針路部、７ｂは方位偏差演算部、８は舵
輪、９はスイツチ、Ｓは船舶、１０はジヤイロコ
ンパス、１１は船速計、１２は舵取機を夫々示
す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 船舶に搭載されたジヤイロコンパスの方位信
号を微分して旋回角速度信号を得、これを基に海
象の荒れ具合いを推定して海象情報を出力する海
象推定手段と、 上記船舶の舵角信号、船速信号、上記方位信号
および上記海象情報を基に、手動操舵、自動操舵
および旋回角速度指令操舵の各操舵において、上
記船舶の操縦特性と変針用フイードバツクゲイン
とを推定して出力する同定手段と、 上記海象情報と上記操縦特性に基づき、上記方
位信号をフイルタリングして推定船首方位信号と
推定旋回角速度信号とを出力するフイルタ手段
と、 設定針路部から出力される設定針路信号と上記
推定船首方位信号とから推定方位偏差信号を計算
して出力する方位偏差演算部と、 評価関数、上記船速信号、上記操縦特性、上記
変針用フイードバツクゲイン、上記推定方位偏差
信号および上記推定旋回角速度信号が供給され
て、上記評価関数、上記船速信号および上記操縦
特性に基づき保針用フイードバツクゲインを計算
するとともに、保針モード／変針モードにより上
記保針用フイードバツクゲインと上記変針用フイ
ードバツクゲインとを自動的に切り替える最適制
御手段とを備え、 上記同定手段は、供給される海象情報が設定値
以上の値であつた場合には、上記船舶の操縦特性
と変針用フイードバツクゲインの推定を中止し、
かつ中止直前における上記船舶の操縦特性と変針
用フイードバツクゲインとを保持して出力するよ
うにしたことを特徴とする船舶用自動操舵装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25224185A JPS62113695A (ja) | 1985-11-11 | 1985-11-11 | 船舶用自動操舵装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25224185A JPS62113695A (ja) | 1985-11-11 | 1985-11-11 | 船舶用自動操舵装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62113695A JPS62113695A (ja) | 1987-05-25 |
| JPH0443840B2 true JPH0443840B2 (ja) | 1992-07-17 |
Family
ID=17234474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25224185A Granted JPS62113695A (ja) | 1985-11-11 | 1985-11-11 | 船舶用自動操舵装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62113695A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10141983A (ja) * | 1996-11-12 | 1998-05-29 | Yokogawa Denshi Kiki Kk | 航法支援装置 |
| JP2005261323A (ja) * | 2004-03-19 | 2005-09-29 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | エレクトロポレーションによる遺伝子導入法 |
| JP5232500B2 (ja) * | 2008-02-28 | 2013-07-10 | 三菱重工業株式会社 | 自動船位保持装置およびその方法並びにプログラム |
| JP5388777B2 (ja) * | 2009-09-25 | 2014-01-15 | ジャパン・ハムワージ株式会社 | 舵取機の作動監視方法 |
| JP2014193706A (ja) | 2013-02-27 | 2014-10-09 | Furuno Electric Co Ltd | 自動操舵装置、自動操舵方法及び自動操舵プログラム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5433493A (en) * | 1977-08-16 | 1979-03-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of steering of variable evaluation function |
-
1985
- 1985-11-11 JP JP25224185A patent/JPS62113695A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5433493A (en) * | 1977-08-16 | 1979-03-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method of steering of variable evaluation function |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62113695A (ja) | 1987-05-25 |
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Legal Events
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