JPH0911983A - 水中航走体の操縦制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音波を利用して航走体の操縦制御を行う際に
おける制御コマンドの遅れを解消する。 【構成】 航走体１に対して操縦制御装置２から制御コ
マンドＣを送信しようとするタイミングにおいて、目標
位置データＤ１と航走体の現位置データＤ５とで制御コ
マンドＣを出力し、かつこの制御コマンドＣに基づいて
航走体１の計算上の現位置データＤ３を計算する。この
現位置データＤ３を外乱因子による補正値Ｄ４、音波の
到達時間ｔに基づく修正を行って制御コマンドが到達す
る時刻の航走体の予測位置を計算する。この予測位置を
前記現位置データＤ５として使用することで、航走体に
対して時間遅れのない適切な制御コマンドを送信するこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水中航走体の操縦制御に
関し、特に航走体を遠隔で制御を行うための操縦制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】海中での探査や水槽中での検査等を行う
ために水中航走体を遠隔操縦することが要求される。従
来の水中航走体の操縦制御方式は、図３に示すように、
航走体１と操縦制御装置２Ａとをケーブル１１で接続
し、航走体１から位置センサデータＤ２を取り込む一方
で、操縦制御装置２から制御コマンドを航走体１に出力
し、航走体１の推進器や操舵を操作するように構成され
ている。すなわち、操縦制御装置２では、目標位置デー
タＤ１から航走体１の位置センサデータＤ２を減算器４
にて減算して、その減算結果を比例計算部５と積分計算
部６にそれぞれ出力し、これら比例計算部５と積分計算
部６の計算結果を加算器７にて加算して制御コマンドを
発生していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来の操縦制御方
式では、水中航走体に対して制御コマンドを伝送するた
めのケーブルが必要であるために、航走体の運用範囲が
ケーブルの長さにより制限を受け、広い範囲での運用が
難しいという問題がある。また、ケーブルの流体抵抗に
よって航走体の運動に抵抗を受け、航走体の運動性能が
安定しないという問題もある。

【０００４】このため、無線信号で操縦制御を行うこと
が考えられるが、水中では電波の利用は難しい。一方、
音波の利用は考えられるが、音波は水中を伝播する際に
時間がかかるため、制御コマンドに遅れが生じ、航走体
をリアルタイムで制御することが難しいという問題があ
る。したがって、無線信号での操縦制御を実現すること
ができないのが実情である。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は、音波を利用した操縦制
御を行い、かつその際における制御コマンドの遅れを解
消して好適な制御を可能にした水中航走体の操縦制御装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の操縦制御装置
は、制御コマンドを音波として水中音響伝送部から出力
する操縦制御装置と、この音波を受信して前記制御コマ
ンドに基づく操縦制御が行われる航走体とで構成される
操縦制御方式において、操縦制御装置は、航走体の現位
置データと目標位置データとから航走体に対する制御コ
マンドを出力する手段と、この制御コマンドに基づいて
計算上の現在位置を計算する手段と、計算された位置デ
ータと航走体からの位置データとで航走体に対する外乱
因子を補正値として求める手段と、計算された前記航走
体の位置と前記補正値と音波の到達時間とに基づいて前
記制御コマンドが到達する時刻の航走体の位置を予測す
る手段とを備え、この航走体の予測位置データを前記航
走体の現位置データとして使用する構成とされる。

【０００７】

【作用】航走体に対して制御コマンドを送信しようとす
るタイミングにおいて、目標位置データと航走体の現位
置データとで制御コマンドを出力し、かつこの制御コマ
ンドに基づいて航走体の計算上の現位置データを計算す
る。そして、この現位置データを航走体に対する外乱因
子や、音波の到達時間等に基づく修正を行って制御コマ
ンドが到達する時刻の航走体の予測位置を計算する。こ
の予測位置を前記現位置データとして使用することで、
航走体に対して遅れが生じることがない適切な制御コマ
ンドを送信することが可能となる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例のブロック図であり、航
走体１と操縦制御装置２とは音波によって接続され、こ
の音波を利用して各種データや制御コマンドの送受信を
行うように構成される。すなわち、航走体１と、操縦制
御装置２の水中音響伝送部３とは、それぞれに図示を省
略する音波を送受信する送受信器が設けられ、相互に音
波を送受するように構成されている。

【０００９】目標位置データＤ１は、減算器４において
後述する航走体予測位置計算部３５からの出力とで位置
の差が求められ、比例計算部５及び積分計算部６に出力
される。比例計算部５は入力された前記位置の差に比例
した計算を行い加算器７に出力する。積分計算部６は前
記位置の差が微小でも長時間続く場合の補正として計算
を行い前記加算器７に出力する。

【００１０】前記加算器７は前記比例計算部５と積分計
算部６の出力を加算し、この加算結果を前記水中音響伝
送部３及び運動計算部８にそれぞれ推進器の制御コマン
ドとして出力する。そして、前記したように、前記水中
音響伝送部３は加算器７の出力を推進器の制御コマンド
として、音波を使用して航走体１へ送信し、航走体１を
所定の位置にまで移動させ、かつ所要の制御を実行させ
る。

【００１１】一方、運動計算部８に入力された加算器７
の出力は航走体１の位置を計算するために利用される。
この運動計算部８は、加算器７の出力から推進器の回転
数を計算する推進器回転数計算部８１と、この結果に基
づいて推進器の発生する力を計算する推進器発生力計算
部８２と、推進器の発生する力から航走体の航走速度を
計算する航走体速度計算部８３と、航走体の速度計算結
果から航走体の位置を計算する航走体位置計算部８４と
で構成される。

【００１２】そして、この航走体位置計算部８４は、計
算された航走体の位置データを補正処理部９と航走体予
測位置計算部１０へ出力する。この補正処理部９では、
航走体１の計算された位置データと水中音響伝送部３か
ら出力される航走体１の位置センサデータからの位置デ
ータＤ２とを比較し、両者の差から航走体１が実際に水
中で移動される際に影響を受ける外乱因子を補正値Ｄ４
として算出する。この外乱因子とは、水中での航走体１
の速度や操舵方向に変動を与える、例えば水流方向や水
流速度である。

【００１３】この補正値は航走体予測位置計算部１０に
入力される。この航走体予測位置計算部１０は、前記運
動計算部８からの航走体の位置データＤ３と、前記補正
値Ｄ４と、前記水中音響伝送部３から航走体１までの音
波の到達時間ｔとに基づいて演算を行い、これから制御
コマンドＣを送信した際に実際に航走体１がこれを受信
する時刻での航走体１の位置を計算する。そして、この
計算した航走体の位置データＤ５を前記減算器４に対し
て出力する。

【００１４】このように構成された操縦制御装置２で
は、航走体１に対して制御コマンドを送信しようとする
タイミングにおいて、目標位置データＤ１と航走体予測
位置計算部１０からの航走体位置データＤ５とを減算器
４において位置の差を求め、さらに比例計算部５及び積
分計算部６の各出力を加算器７において加算し、この加
算結果を制御コマンドＣとして水中音響伝送部３に出力
する。水中音響伝送部３はこの制御コマンドＣを音波を
使用して航走体１へ送信し、所要の制御を実行させる。

【００１５】このとき、加算器７からの制御コマンドＣ
の一部は運動計算部８に入力され、推進器回転数計算部
８１、推進器発生力計算部８２、航走体速度計算部８
３、航走体位置計算部８４を経て航走体の位置データＤ
３を計算する。そして、この位置データＤ３を補正処理
部９に送出し、ここで航走体１に対する外乱因子を補正
値Ｄ４として算出する。また、計算された航走体の位置
データＤ３は航走体予測位置計算部１０において、補正
値Ｄ４と、音波の到達時間ｔとに基づいて修正が加えら
れ、その結果、前記制御コマンドＣが到達される時刻に
おける航走体の予測位置Ｄ５が算出される。

【００１６】したがって、前記した制御コマンドＣは、
図２に示すように、航走体１の予測位置に基づいて送信
が行われることになり、航走体は目標位置にまで移動さ
れた時点で制御コマンドを受信し、制御コマンドに基づ
いた動作を実行することになる。これにより、音波の到
達時間による制御コマンドの遅れが解消され、アットタ
イムでの操縦制御が実現されることになる。

【００１７】これにより、図３に示した従来技術のよう
に操縦制御にケーブルを用いる必要がなくなり、ケーブ
ルが原因とされる広い範囲での運用が難しいという問題
や、ケーブルの流体抵抗によって航走体の運動に抵抗を
受け、航走体の運動性能が安定しないという問題を解消
することが可能となる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、目標位置
データと航走体の現位置データとで制御コマンドを出力
し、かつこの制御コマンドに基づいて航走体の計算上の
現位置データを計算し、さらにこの現位置データを航走
体に対する外乱因子や、音波の到達時間等に基づく修正
を行って制御コマンドが到達する時刻の航走体の予測位
置を計算する。したがって、この予測位置を前記現位置
データとして使用することで、航走体に対して遅れを生
じることなく適切な制御コマンドを送信することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の操縦制御装置の一実施例のブロック構
成図である。

【図２】本発明の動作を説明するための図である。

【図３】従来の操縦制御装置の一例のブロック構成図で
ある。

【符号の説明】 １ 航走体 ２ 操縦制御装置 ３ 水中音響伝送部 ４ 減算器 ８ 運動計算部 ９ 補正処理部 １０ 航走体予測位置計算部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御コマンドを音波として水中音響伝送
   部から出力する操縦制御装置と、この音波を受信して前
   記制御コマンドに基づく操縦制御が行われる航走体とで
   構成される操縦制御方式において、前記操縦制御装置
   は、航走体の現位置データと目標位置データとから航走
   体に対する制御コマンドを出力する手段と、この制御コ
   マンドに基づいて計算上の現在位置を計算する手段と、
   計算された位置データと航走体からの位置データとで航
   走体に対する外乱因子を補正値として求める手段と、計
   算された前記航走体の位置と前記補正値と音波の到達時
   間とに基づいて前記制御コマンドが到達する時刻の航走
   体の位置を予測する手段とを備え、この航走体の予測位
   置データを前記航走体の現位置データとして使用するこ
   とを特徴とする水中航走体の操縦制御装置。
2. 【請求項２】 制御コマンドを出力する手段は、目標位
   置データから航走体の現位置データを減算する減算器
   と、その減算結果データから比例計算を行う比例計算部
   と、前記減算結果データから積分計算を行う積分計算部
   と、前記比例計算部及び積分計算部それぞれの出力を加
   算する加算器を有する請求項１の水中航走体の操縦制御
   装置。
3. 【請求項３】 航走体の計算上の現在位置を計算する手
   段は、加算器の出力に基づいて航走体の推進器回転数を
   計算する推進器回転数計算部と、推進器回転数から推進
   部の発生する力を計算する推進器発生力計算部と、推進
   器の発生する力から航走体の速度を計算する航走体速度
   計算部と、航走体の速度から航走体の位置を計算する航
   走体位置計算部から構成される運動計算部として構成さ
   れる請求項２の水中航走体の操縦制御装置。
4. 【請求項４】 補正値を求める手段は、運動計算部から
   出力される航走体位置データと、水中音響伝送部からの
   航走体の位置センサデータにより算出を行う補正処理部
   である請求項２または３の水中航走体操縦制御装置。
5. 【請求項５】 航走体の位置を予測する手段は、運動計
   算部から出力される航走体位置データと、補正処理部か
   らの補正値と、水中音響伝送部からの音波の到達時間と
   に基づいて計算を行う航走体予測位置計算部であり、こ
   の計算出力を堰減算部に現位置データとして出力する請
   求項４の水中航走体の操縦制御装置。