JPH08119197A - 自動操舵装置 - Google Patents

自動操舵装置

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JPH08119197A
JPH08119197A JP26063894A JP26063894A JPH08119197A JP H08119197 A JPH08119197 A JP H08119197A JP 26063894 A JP26063894 A JP 26063894A JP 26063894 A JP26063894 A JP 26063894A JP H08119197 A JPH08119197 A JP H08119197A
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JP
Japan
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turning
course
radius
ship
turning center
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JP26063894A
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English (en)
Inventor
Takashi Morimoto
隆 森本
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Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Original Assignee
Yokogawa Denshikiki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動操舵装置において、滑らかで安定な自動
変針を実現する。 【構成】 目標針路とともに入力された回転半径に応じ
て旋回中心を平面座標軸上に演算設定する。その旋回中
心に対して自船軌跡が前記回転半径による円弧を描くよ
うに舵角を調節する。このとき、速度ベクトルから回転
半径の最小値を演算し表示してもよい。 【効果】 自動変針軌道を正確に予測することができ
る。自動変針時の無駄な動きを低減させ消費燃料の節約
をはかることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は船舶の自動操舵に利用す
る。本発明は掃海艇に利用するに適する。特に、旋回中
または旋回後の針路安定化技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来例を図5を参照して説明する。図5
は従来例の自動操舵装置のブロック構成図である。図5
に示すように、従来例の自動操舵装置は、目標針路(ψ
C2)をマニュアルで設定して、現在の自船針路(ψm
との方位偏差(ψC2−ψm =δψ)が0になるようにP
(比例)−I(積分)−D(微分)コントローラ10で
船を自動操舵する。このとき、当初の方位偏差(δψ)
が大きいときは、指令舵角uC は大きな値が出力される
ためリミッタ12が設けてあり、ある規定値以上の値に
ついては、実際の船の操舵に規定以上の負荷がかからな
いようにしてある。
【0003】リミッタ12の出力〔外1〕がアクチュエ
ータ14に伝わり実舵角uδが出力され外乱要素wδと
加え合わされた後、船体18の舵に伝えられる。船の運
動は、ジャイロコンパス20により方位角ψm として測
定される。
【0004】
【外1】 このψm と、この微分値〔外2〕がP−I−Dコントロ
ーラ10へのフィードバック信号となる。
【0005】
【外2】
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来例の問題点を図6
を参照して説明する。図6は従来例の変針の状況および
変針後の方位偏差の振動の状況を示す図である。図6
(a)に示すように、従来例の自動操舵装置では、大き
な方位偏差の目標針路を設定するとリミッタ12の限界
値にしたがって旋回を行う。変針後は、図6(b)に示
すように、定常偏差およびオーバーシュートが発生し滑
らかな自動変針を実現することができない。
【0007】このことは、浮遊する障害物その他の回避
すべき海域が存在するとき、当初に予測した旋回軌道と
異なる軌道を実際には通過する可能性があり、安全変針
を実現できないという点で大きな問題がある。そのため
に、このような海域での変針には、自動操舵装置に頼ら
ずに操舵手の負担による変針を行う必要が生じ、操舵手
への負担が大きくなる。
【0008】本発明は、このような背景に行われたもの
であり、滑らかで安定な自動変針を実現することができ
る自動操舵装置を提供することを目的とする。本発明
は、自動変針軌道を正確に予測することができる自動操
舵装置を提供することを目的とする。本発明は、自動変
針時の無駄な動きを低減させ消費燃料の節約をはかるこ
とができる自動操舵装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力された目
標針路(ψC2)と現在の自船針路(ψC1)との差分が零
になるように舵角を調節する手段を備えた自動操舵装置
である。
【0010】ここで、本発明の特徴とするところは、前
記目標針路(ψC2)とともに回転半径(RT ) および平
面座標軸上の旋回中心(XT ,YT )を蓄積する手段
と、自船位置からその旋回中心までの距離が前記回転半
径に等しくなったときから自船針路が前記目標針路に達
するまでその旋回中心に対して自船軌跡が前記回転半径
による円弧を描くように舵角を調節する手段を備えると
ころにある。
【0011】前記蓄積する手段に蓄積された目標針路
(ψC2)、回転半径(RT ) および旋回中心(XT ,Y
T )を変更する割込制御手段を備えることが望ましい。
【0012】船体重心系の速度ベクトル値を制御パラメ
タとして取込み前記舵角を演算する手段を含むことが望
ましい。
【0013】
【作用】目標針路(ψC2)とともに回転半径(RT ) お
よび旋回中心を平面座標軸上にあらかじめ蓄積情報とし
て設定する。その旋回中心に対して自船軌跡が前記回転
半径(RT ) による円弧を描くように舵角を調節する。
【0014】船体重心系の速度ベクトル値を制御パラメ
タとして取込み前記舵角を演算するようにしてもよい。
例えば、針路を横切る方向からの海流があるとき、船体
は海流の影響を受けて横流れする。この横流れによる位
置のずれを補う操舵を行うため、船首方位と針路とは必
ずしも一致しない。このような場合には、船首方位では
なく、船体重心系の速度ベクトル値を制御パラメタとし
て取込み舵角を演算するようにすることがよい。
【0015】
【実施例】本発明実施例の構成を図1を参照して説明す
る。図1は本発明実施例装置のブロック構成図である。
【0016】本発明は、入力された目標針路(ψC2)と
現在の自船針路(ψC1)との差分が零になるように舵角
を調節する手段としてのコントローラ1を備えた自動操
舵装置である。
【0017】ここで、本発明の特徴とするところは、前
記目標針路(ψC2)とともに回転半径(RT ) および平
面座標軸上の旋回中心(XT ,YT )を蓄積する手段と
しての旋回中心設定部23と、自船位置からその旋回中
心までの距離が前記回転半径に等しくなったときから自
船針路が前記目標針路に達するまでその旋回中心に対し
て自船軌跡が前記回転半径による円弧を描くように舵角
を調節する手段としての定旋回コントローラ9を備える
ところにある。
【0018】旋回中心設定部23に蓄積された目標針路
(ψC2)、回転半径(RT ) および旋回中心(XT ,Y
T )は、現場の天候、障害物の有無その他の要因に応じ
てあらかじめ蓄積された値の他に新たな値を割込み設定
することができる。また、回転半径RT を表示する手段
としての表示部13を備えている。
【0019】次に、本発明実施例の動作を図2ないし図
4を参照して説明する。図2は本発明実施例の動作を示
すフローチャートである。図3は本発明実施例における
保針制御を行っているときの自動操舵装置のブロック構
成図である。図4は本発明実施例の変針の状況および変
針後の方位偏差の振動の状況を示す図である。滑らかな
自動変針を実現するため本発明実施例の自動変針は四つ
のモードから構成されている。
【0020】モード1は、いきなり定速度(定角速
度)、定半径旋回に入らないように設けられたもので、
旋回中心位置(XT 、YT )から自船位置(X、Y)ま
でのレンジと所望の旋回半径RT との差の絶対値をモニ
タし、これがある値ΔRcと等しいか、小さくなったら
自動旋回に入るようにしたものである(S1)。
【0021】モード2は、自船が許容レンジ(|R−R
T |≦Ri)内に入り、定半径、定速度旋回を実行する
ものである(S2〜S6)。モード2の定旋回コントロ
ーラ9では設定ターンレート〔外3〕、指令旋回半径R
T 、自船の船体ピッチ軸方向速度(横流速度)uyb等の
情報を受けて指令舵角uC
【0022】
【数1】 のように計算する(S2)。(1)式で第一項目|R−
T |は旋回半径と指令旋回半径との差の絶対値であり
−KR |R−RT |はR=RT にするためのフィードバ
ック項でKR はフィードバックゲインである。
【0023】
【外3】 〔外4〕は自船のターンレートのカルマンフィルタ21
の出力の推定値であり、
【0024】
【数2】
【0025】
【数3】 にするためのフィードバック項で〔外5〕はフィードバ
ックゲインである。−Kv ybはuyb=0にするための
フィードバック項でKv はフィードバックゲインであ
る。
【0026】
【外4】
【0027】
【外5】 ここでRは、 R=√〔(X−XT 2 +(Y−YT 2 〕 …(2) であり、X、Y、uxb、uyb、〔外6〕は次式に従う。
【0028】
【外6】
【0029】
【数4】 ここで、CIbは、
【0030】
【数5】 により示す。φ、θ、ψはそれぞれ船体のロール角、ピ
ッチ角、ヨー角である。以上により、(xb、yb)は
船体重心座標系であり、uを船体速度ベクトルとして
(uxb、uyb)は船体座標系での速度(ログ出力)であ
る。X、Yは航法装置の航法座標系である。X0 、Y0
は初期位置である。〔外6〕はジャイロ出力である。図
4に示す横流れ角αは、 α=tan-1(uxb/uyb) である。指令舵角uc の上限値はリミッタ上限値、下限
値〔外7〕と〔外8〕とで規定される。リミッタ出力
〔外1〕はアクチュエータに伝わり(S3)、実舵角u
δとして出力される。これが外乱wδとともに船体に伝
わり(S4)、船体運動はジャイロコンパス20によっ
てψm として検出され(S5)、カルマンフィルタ21
の入力となる(S6)。このカルマンフィルタ21は
〔外9〕(方位角推定値)と〔外4〕(ターンレート推
定値)を出力する。モード2の主機能は、定半径旋回、
定速度(ターンレート一定)旋回であり(1)式で表わ
される。
【0031】
【外7】
【0032】
【外8】
【0033】
【外9】 このモード2が終了したか否かは、
【0034】
【数6】 となって、方位角指定値と変針後の設定方位ψc2との差
の絶対値が許容範囲Δψc 以内に入ればモード2は終了
となりモード4に入る。もし、
【0035】
【数7】 となって、Δψc より大きければモード2に戻る(S
7)。この判断機能がモード3である。
【0036】モード4は、モード2に入る前のP−I−
D制御コントローラと同じであり(S10〜S14)、
【0037】
【数8】 で示す最適制御ゲインKp (比例)、KD (微分)、K
I (積分)により構成される。このKp 、KD 、K
I は、
【0038】
【数9】 で表す評価関数を最小にするように決定される最適ゲイ
ンである。ここで、Xは、
【0039】
【数10】 の行列である。図3に保針制御図を示す。図3は本発明
実施例の保針制御を行うブロック構成図である。従来例
の図5で示した自動操舵装置とほぼ同じ構成である。微
分にカルマンフィルタ21を備えている。
【0040】また、θ、rは適当な重み行列と重み定数
であり、Kp 、KD 、KI は最適制御でよく知られてい
る最適レギュレータの解で与えられる。本発明実施例装
置で実行される変針時の方位偏差は、図4(a)に示す
ように非常に滑らかで、図4(b)に示すように、従来
例(図6)のようなオーバーシュートは発生しない。し
たがって、操舵において好ましくないあて舵をとること
もない。
【0041】また、目標旋回中心までの距離計算を本発
明のように自動操舵装置の中で計算せずに、航法計算部
で計算しておき、ここから情報としてもらっても同様な
効果が得られる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
滑らかで安定な自動変針を実現することができる。変針
コースを正確に予測することができる。自動変針時の無
駄な動きを低減させ消費燃料の節約をはかることができ
る。
【0043】特に、定半径、定速度旋回の自動化により
掃海艇のような目的の艦艇において、効果的な掃海業務
を遂行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例装置のブロック構成図。
【図2】本発明実施例の動作を示すフローチャート。
【図3】本発明実施例における保針制御を行っていると
きの自動操舵装置のブロック構成図。
【図4】本発明実施例の変針の状況および変針後の方位
偏差の振動の状況を示す図。
【図5】従来例の自動操舵装置のブロック構成図。
【図6】従来例の変針の状況および変針後の方位偏差の
振動の状況を示す図。
【符号の説明】
1 コントローラ 8、16 加算器 10 P−I−Dコントローラ 11 回転半径演算部 12 リミッタ 13 表示部 14 アクチュエータ 18 船体 20 ジャイロコンパス 21 カルマンフィルタ 23 旋回中心設定部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力された目標針路(ψC2)と現在の自
    船針路(ψC1)との差分が零になるように舵角を調節す
    る手段を備えた自動操舵装置において、 前記目標針路(ψC2)とともに回転半径(RT ) および
    平面座標軸上の旋回中心(XT ,YT )を蓄積する手段
    と、自船位置からその旋回中心までの距離が前記回転半
    径に等しくなったときから自船針路が前記目標針路に達
    するまでその旋回中心に対して自船軌跡が前記回転半径
    による円弧を描くように舵角を調節する手段を備えたこ
    とを特徴とする自動操舵装置。
  2. 【請求項2】 前記蓄積する手段に蓄積された目標針路
    (ψC2)、回転半径(RT ) および旋回中心(XT ,Y
    T )を変更する割込制御手段を備えた請求項1記載の自
    動操舵装置。
  3. 【請求項3】 船体重心系の速度ベクトル値を制御パラ
    メタとして取込み前記舵角を演算する手段を含む請求項
    1または2記載の自動操舵装置。
JP26063894A 1994-10-25 1994-10-25 自動操舵装置 Pending JPH08119197A (ja)

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