JPS59102692A - 推力発生装置の過負荷保護装置 - Google Patents

推力発生装置の過負荷保護装置

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JPS59102692A
JPS59102692A JP57213740A JP21374082A JPS59102692A JP S59102692 A JPS59102692 A JP S59102692A JP 57213740 A JP57213740 A JP 57213740A JP 21374082 A JP21374082 A JP 21374082A JP S59102692 A JPS59102692 A JP S59102692A
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JP
Japan
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thrust
overload
prime mover
signal
generator
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JP57213740A
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English (en)
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Ryuichi Sagawa
佐川 隆一
Osamu Nagata
修 永田
Hajime Yamada
一 山田
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Kawasaki Jukogyo KK
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/21Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

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】 本発明は、プロペラおよびスラスタなどの推力などにお
いて、各推力発生装置の各推力発生器を駆動させる原動
機が過負荷に陥ることを防止する推力発生装置の過負荷
保護装置に関する。
先行技術の推力発生装置において、駆動用の原動機の過
負荷を防止する目的で、各原動機に個別的対応して過負
荷保護装置がそれぞれ設けられて、各原動機の保護を図
っている。
船舶などの操縦装置は、複数個の推力発生装置から発生
する推力のベクトル和である合成推力、および各推力に
より生ずる回転力の和である回顧モーメントを指令し、
指令された合成推力および指令され九回頭モーメントを
実現するように各推力発生装置に必要な推力指令値を配
分する機能を有する。このような操縦装置において、個
々の推力発生装置の推力発生器を駆動させる各原動機ご
とに過負荷保護装置をそれぞれ設けることは、操船上得
策とはならない。また個々の原動機が個別に過負荷保護
を図、す、各推力発生装置の各推力発生器を駆動させる
各原動機の出力を制限した場合には、合成推力お上び回
頭モーメントのいずれもが複雑な影響を受は操船が困鼎
になる。
本発明の目的は、前述の技術的課題を解決し、操船には
影響を与えないような推力発生装置の過負荷保護装置を
提供することである。
第1図を参照して船舶の推力発生装置の構成を説明する
。船体100は、推力発生装置の推力発生器であるバウ
スラスタ101,102、プロペラ103、およびスタ
ーンスラスタ104と、舵105とを装備する。操縦装
置106は、本発明の一実施例である過負荷保護装置を
具備し、前記各推力発生装置および舵105に対し指令
を与える。方位検出器107は、船体100の方位を検
出するだめのものである。
第2図を参照して、推力発生装置200と推力発生装置
200の推力発生器201を駆動させる原動機203と
の系統を説明する。原動機203は推力発生装置200
の推力発生器201を駆動させ、回転数設定器202は
原動機203に回転数を指令する。推力発生装置200
は、プロペラやスラスタなどの推力発生器201と、推
力発生器201の翼角を指令する翼角設定器204と、
翼角設定器204の指令に従って推力発生器201の翼
角を駆動する変節装置205と、推力発生器201を駆
動させる原動機203とから成る。
出力検出器206は、原動1”Q203からの出力を検
出する。回転数検出器207は、原動機203の回転数
を検出する。推力発生装置200においては、変節装置
)J 205が推力発生器201の翼角を翼角設定器2
04で設定した角度に制御し、原動機203が推力発生
器201を駆動することにより、推力発生器201が推
力Tを発生する。出力検出器206は原動機203の駆
動出力を検出し、駆動出力に対応した出力信号を送出す
る。回転数検出器207は原動機203の回転数を検出
し、回転数に対応した回転数信号を送出する。
また、推力発生装置としては、翼角設定器204と変節
装置205を有しないものもあるが、その場合には回転
数設定器202により原動機203の回転数を操作して
推力発生器201が発生する推力を制御する。
その他の推力発生装置には1個の推力発生器を複数の原
動機で駆動する場合や、1個の原動機にて複数の推力発
生器を駆動する場合もあるが、いずれの場合についても
本発明の過負荷保護装置によって原動機を過負荷から保
腸するととができる。
第3図は本発明の一実施例である過負荷防止装置を含む
操縦装置106の詳細を示す図である。
複数個のプロペラおよびスラスタを有する船舶などに使
用される各推力発生装置の各推力発生器を駆動させる原
動機の過負荷を防止する過負荷防止装置は、推力配分演
算器3と最大出力設定器71〜74と過負荷修正率演算
器8′と推力修正器4とから成る。推力配分演算器3は
、船舶などの操縦上の要求を満足させるに必要な推力お
よび回転力を指令する合成推力指令信号および口頭モー
メント指令信号を受信し、各推力発生装置に対し必要な
推力指令信号に分解し配分する。最大出力設定器71〜
74は、各推力発生装置の各推力発生器を駆動させる各
原動機111〜114ごとに許容最大出力を設定する。
過負荷修正率演算器8は、各最大出力設定器71〜74
から送出される許容最大出力信号と、各推力発生装置を
駆動させる各原動機111〜114から送出される出力
信号とを比較し、各原動機111〜114ごとに過負荷
保蒔に必要な各修正率を演算するとともに、この過負荷
保護に必要な各修正率のうち最大の過負荷保護を必要と
する修正率を選択し、最大過負荷修正率信号として送出
する。推力修正器4は、推力配分演算器3から各推力発
生装置に対して配分される推力指令信号を受信し、さら
に過負荷修正率演算器8から送信される最大過負荷修正
率信号により各推力発生装置の各推力発生器を駆動させ
る各原動機111〜114が過負荷とならないように修
正演算な施し、修正推力指令信号を送出する。この修正
推力指令信号により各推力発生装置の発生推力を制御し
て、各推力発生装置の各推力発生器を駆動させる各原動
機111〜114が過渡的にも定常的にも過負荷に陥る
ことを防止するとともに、合成推力指令信号で指令した
推力の方向と、各推力発生装置の発生推力を合成した推
力の方向とに差異が生ずるのを防止する。
次に操縦装置106を説明する。推力設定器1は、合成
推力の船体中心線方向であるX軸成分の指令信号x1お
よびX軸と直交するY軸成分である指令信号yをライン
t1およびラインt2にそれぞれ送出する。方位制御器
2は、船体100の方位を指令する方位設定器21と、
方位設定器21からラインj3に送出される方位指令信
号θBと方位検出器107からラインj4に送出される
船体100の方位信号θを比較し、比例、精分、微分な
どの演算を実行することにより、回頭モーメント指令信
号Nをライン15に送出する方位演算器22とから成る
推力配分演算器−器3は、推力設定器1から送出される
合成推力指令信号X r 7をラインt1.z2を介し
てそれぞれ受信し、方位制御器2から送出される回頭モ
ーメント指令信号Nをラインj5を介して受信し、適切
な演算を実行することにより推力指令信号のX軸成分の
総和が合成推力指令信号Xに等しく、推力指令信号のY
軸成分の総和が合成推力指令信号yに等しく、かつ各推
力指令信号により生ずる回転力の和か回頭モーメント指
令信号Nに等しくなるように、各推力発生装置および舵
に対して推力指令信号Tls〜T5sをライン16〜j
lOを介して推力修正器4にそれぞれ与える。
推力修正器4は、過負荷修正率演算器8からの最大過負
荷修正率信号ξをライン116を介して受信し推力指令
信号T15xT58にそれぞれ対応する修正推力指令信
号Tls〜T4sを2インt11〜115に送出する。
修正推力指令信号Tls〜T5s法推力指令信号Tl5
−T5sに最大過負荷修正率信号ξを乗じたものである
。推力制御器51社、ライン111を介して修正推力指
令信号T1g  を受信し、推力制御器52はライン1
12を介して修正推力指令信号T28 を受信する。推
力制御器53はライン113を介して修正推力指令信号
T3s  を受信し、推力制御器54はライン114を
介して修正推力指令信号57を受信する。各推力制御器
51〜54は、各修正推力指令信号Tls〜T4sに対
応した推力を発生するために必要な各推力発生装置の翼
角を演算し、各翼角指令信号θ1s〜θ48としてライ
ンt17〜t20に送出する。舵角演算器6は、ライン
$13を介して修正推力指令信号か を受信し、ライン
115を介して修正推力指令信号f6を受信し、舵に作
用するY軸方向の力の大きさがT5sに対応するように
舵角を演算し、ラインt21に舵角指令信号θ5sを送
出する。修正推力指令信号T3gは、舵105の前方に
設置されるプロペラ103の推力を修正するだめのもの
である。
バウスラスタ101,102は1個の原動機111で駆
動され、バウスラスタ101は翼角設定器や参Φ噂を介
して翼角指令信号01slC対応した信号を受信し、バ
ウスラスタ102は興角設定器物手令中を介して翼角指
令信号02Bに対応した信号を受信する。プロペラ10
3は2個の原動機112,113で駆動され、翼角設定
器#≠傘傘を介して翼角指令信号θ3sに対応した信号
を受信する。スターンスラスタ104は原1beit4
で駆動され、翼角設定器上*味ネを介して翼角指令信号
θ48に対応した信号を受信するっバウスラスタ101
け翼角指令信号θ1sに、バウスラスタ102は翼角指
令信号θ28に、プロペラ103は翼角指令信号θ3s
に、スターンスラスタ104は翼角指令信号04sにそ
れぞれ対応した推力を船体100に与える。
舵105では舵角演算器6から出力される舵角指令信号
θ58をライン121を介して受信し、舵角指令信号0
5sKよって舵角を制御し、修正推力指令信号T5sに
対応した推力を船体100に与える。
最大出力設定器71〜74は、各原動機111〜114
の許容最大出力を設定するものである。
過負荷修正演算器8は、各原動機111〜114からの
出力信号P1〜P4をライ゛ン122〜t25を介して
受信し、最大出力設定器71〜74からの許容最大出力
信号PIMAX−P4MAX  をラインt27〜13
0を介して受信する。過負荷修正演算器8からの最大過
負荷修正率信号ξは、ライン116を介して推力修正器
4に与えられる。
推力配分演算器βの詳細な説明をする。推力配分演算器
3の出力である推力指令信号は、推力指令信号のX軸方
向成分の和、Y軸方向成分の和、および各推力指令信号
により生ずる回転力の和が合成推力指令信号x、yおよ
び回頭モーメント指令信号Nにそれぞれ等しくなるよう
に配分されている。推力配分演算器3は、推力指令信号
Tls〜T5gと合成推力指令信号x、yおよび回頭モ
ーメント指令信号Nの関係を表わす下記の第1式〜第3
式に基づき演算し、合成推力指令信号X。
yおよび口頭モーメン)Nを与えて推力指令信号T 1
 s w T 5 gを送出する。
X“T3g                ・・・(
1)y = Tl s+T2 s+T4 s+T5 s
       ・−・+21N =  gl−Ti9−
1−42・T2s+j3・T38+t4 ・T4s+1
5 ・T5g−13)ただし第3式におけるt1〜15
は、各推力発生装置および舵が各推力指令信号T1g−
T5sに対応した推力を発生した場合に生ずる回頭モー
メントに寄与する係数を示し、第3式のNは各推力発生
装置および舵による回転力を示す。
WJ1式〜第3式は推力指令信号Tls−T5gについ
ての線形連立方程式であり、これらの方程式を適当な拘
束条件の下で解くことによって推力指令信号T、l s
〜T5gを求めることができる。たとえばこのような拘
束条件として推力指令信号Tls推力指令信号Tl5−
T5sは行列(T)Kより次の第4式で与えられる。
したがってこの場合には推力配分演算器3における演算
は、予め与えられた5×3行列による行列演算となる。
推力配分演算器3による推力指令信号Tls〜T58の
配分演算は、すべて推力発生装置および舵についてなさ
れたものである。しだがって各推力発生装置の各推力発
生器を駆動させる各原動機の負荷については考慮されて
おらず、各原動機の負荷は各原動機が動作し得る範囲に
制限されないと運転に支障をきたす恐れがある。また、
推力配分器3による推力指令信号Tls〜T5sの配分
演算はすべて定常的な推力配分を規定するものであシ、
船体100の加減速などに伴う過渡的な変化についても
考慮されていない。これらの問題を考慮したものが過負
荷修正率演算器8であり、過負荷修正率演算器8は、各
推力発生装置の各推力発生器を駆動させる各原動機の負
荷を定常的にも過渡的にも各原動機が許容し得るように
制限する最大過負荷修正率信号を送出する。
第4図に過負荷修正率演算器8の詳細な構成を示す。過
負荷制御器801〜804は、ラインL22〜t25か
ら送られてくる、各原動機111〜114からの出力信
号PI−P4と、ライン127〜430から送られてく
る最大出方設定器71〜74からの許容最大出力信号P
IMAX NP4MAX とを受信し、比例、微分、積
分など予め定められた演算を実行することにより、各原
動機111〜114に対応する過負荷制御信号PIC〜
P4eをラインt31〜134にそれぞれ送出する。加
算器811〜814は、各過負荷制御器801〜804
からの過負荷制御信号P1c=P4cをラインt31〜
134を介してそれぞれ受信し、また最大出力設定器7
1〜74からの許容最大出力信号P I MAX −P
 4 MAXをラインt27〜乏30を介してそれぞれ
受信する。加算器811は、過負荷制御信号Pleと許
容最大出力信号P IMAX とを加算し、加算器81
2は、過負荷制御信号P2cと許容最大出力信号P 2
 MAXとを加算する。加算器813は過負荷制御信号
P3cと許容最大出力信号P3MAX とを加算し、加
算器814は過負荷制御信号P4cと許容最大出力信号
P 4 MAX とを加算する。
除算器821は、ジインt35を介して加算器811か
らの出力信号PIAを受信し、ラインt27を介して許
容最大出力信号P IMAXを受信し、過負荷修正率信
号ξ1を送出する。除算器822ti、ライン136を
介して加算器812からの出力信号P2Aを受信し、ラ
イン128を介して許容最大出力信号P2MAXを受信
し、過負荷修正率信号ξ2を送出する。除算器823は
、ラインt37を介して加算器813からの出力信号P
3Aを受信し、ライン129を介して許容最大出力信号
P3MAX を受信し、過負荷修正率信号ξ3を送出す
る。除算器824は、ライン138を介して加算器81
4からの出力信号P4Aを受信し、ライン130を介し
て許容最大出力信号P4MAXを受信し、過負荷修正率
信号ξ4を送出する。各過負荷修正率信号ξ1〜ξ4は
、各許容最大出力信号P I MAX −P 4 MA
Xを各加算器811〜814からの出力信号PIA−P
4Aでそれぞれ割ったものである。
低位選択器800は、ラインt39〜142を介して過
負荷修正率信号ξ1〜ξ4をそれぞれ受信し、過負荷修
正率信号ξ1〜ξ4の中で最も小さい信号すなわち過負
荷制御信号の許容最大出力信号に対する比率が最大の信
号を最大過負荷修正率信号ξとして送出する。
過負荷修正率演算器8において、各原動機111〜11
4からの出力信号P1〜P4がすべて各最大出力設定器
71〜74からの許容最大出力信号P I MAX −
P 4 MAXよシ十分小さく過負荷に対する保護が不
要の場合には、過負荷制御器801〜804からの過負
荷制御信号PIC−P4Cはすべて零となり、加算器8
11〜814からは許容最大出力信号P I MAX 
−P 4 MAXと同じ信号が送出される。この結果、
除算器821〜824からの過負荷修正率信号ξ1〜ξ
4はすべてlとなり、最大過、)荷修正率信号ξ=1と
なる。すなわち、推力指令信号T1s□〜T5sは、推
力修正器4で何ら縮小されることなく、修正推力指令信
号Tls〜T5gとして送出される。
各出力信号P1〜P4が過負荷に対する保護が必要な状
態となると、過負荷制御器SOt〜804からの過負荷
制御信号PIC−P4Cは各瞬時ごとの各原動機111
〜114に対する過負荷保護の必鷹、の種変に応じた信
号となる。このため除算器821〜824からの過負荷
修正率信号ξ1〜ξ4は次の第5式のようになる。
第5式によって過負荷修正率信号ξ1〜ξ4は、それに
対応する過負荷保護の必要な原動機はど小さくなシ、低
位選択器800で最も小さい過負荷修正率信号すなわち
、その時点で過負荷保護の最も必要な原動機に対応する
過負荷修正率信号が最大過負荷修正率信号ξとして選択
される。推力配分演算器3から送出される推力指令信号
Tls〜T4sは、推力修正器4において最大過負荷修
正率信号ξに応じて同一比率で縮小されることになる。
このようにして、各推力発生装置に対する推力指令信号
が同一比率で縮小されることKより、各推力発生装置の
発生推力も同一比率で減少する。
この発生推力の減少は翼角を低下させることによってな
されるため、発生推力の減少により各推力発生装置の各
推力発生器を駆動させる各原動機111〜114の負荷
が軽減され、過渡的にも定常的にも各原動機111〜1
14を過負荷から保筒できる。
過負荷保護が働いた場合には、修正推力指令信号Tls
〜T5sにより各推力発生装置および舵力;発生する推
力は、もはや合成推力指令信号X + 3’および回頭
モーメント指令信号Nに見合ったものではなくなる。こ
のような場合においても、修正推力指令信号T1s=T
5gが推力指令信号Tls〜T5s  に一定の最大過
負荷修正率信号ξを乗じたものであることから第6式 で示すようになり、各推力発生装置および舵が発生する
合成推力の方向は、合成推力指令信号X。
yで指令した方向と同じになる。
第5図は本発明の他の実施例を示す図である。
バウスラスタ101A?102A、プロペラ103 A
 tおよびスターンスラスタ104Aは、第2図で示す
構成のうち、翼角設定器204および変節装置205を
もたない構成の推力発生装置を使用する。また原動機1
11A〜114Aは各推力発生装置ごとに1個ずつ設け
る。推力配分演算器3および推力修正器4における演算
は、前述の実施例と同じ動作をする。
推力制御器51A〜54Aでは、推力修正器4からの修
正推力指令信号T 1 a、、= T 4 sをライン
t51〜t54を介して受信して、この修正推力指令信
号に対応した推力を発生するために必要な回転数を演算
し、回転数指令信号Nls〜N4sを送出する。
111H%111A〜114Aにおいては、回転数指令
信号Nls〜N4sをラインj55〜158を介して受
信し、この回転数指令信号N15=N4sに従って各回
転数設定器を駆動させる。さらに各原動機111A〜1
14Aは、各原動機111A〜114Aの出力信号P1
〜P4および回転数信号N1〜N4を送出する。
最大出力設定器71A〜74Aにおいては、各推力発生
装置の各推力発生器を駆動させる原動機111A〜11
4Aの回転数信号N1〜N4を受信し、各回転数に応じ
た許容最大出力信号PIMAX、P 4 MAX  を
演算し、送出する。前記の実施例と同様にして過負荷修
正率演算器8から送出される最大過負荷修正率信号ξに
応じて、各推力発生装置に対する推力指令信号が同一比
率で縮小されることになるが、本実施例においてはこの
推力指令信号の減少は、回転数指令信号N1s−N4S
を低下させることになる。このような回転数指令信号N
 1 s ”N 4 sの低下により各推力発生装置の
各推力発生器を駆動させる各原動機111A〜114A
の回転数を低下させ、その結果として各原動機111A
〜114Aの負荷が軽減され、各原動機111A〜11
4Aの過負荷保護がなされるのである。また、本実施例
においても前記の第6式が成立し、各推力発生装置およ
び舵が発生する合成推力の方向が、合成推力指令信号X
 r 7で指令した方向と一致することになる。
過負荷保護装置は、各推力発生装置の各推力発生器を駆
動させる各原動機111A〜114Aの回転数を検出し
、この回転数に応じて各推力発生装置の各推力発生器を
駆動させる各原動機111A〜114Aに対する許容最
大出力を演算し、各許容最大出力信号として送出する最
大出力設定器71A〜74Aを有するので、回転数に応
じて各原動機111A〜114Aを一過負荷から保護で
きる。
本件実施例では、バウスラスタ、プロペラ、スターンス
ラスタ、および、舵を装備する船舶について説明したが
、このような構成に限定されるものではなく、他の種類
の推力発生装置を使用してもよい。また過負荷保護装置
として、電気式、電子式、および機械式などの演算要素
を個別に組合せるだけでなく、一部もしくは全部の演算
を電子計算機にて行わせるようにしてもよい。
以上のように本発明によれば、1個の原動機で1個の推
力発生装置の推力発生器を駆動させる場合だけでなく、
1個の推力発生装置の推力発生器を複数の原動機で駆動
する場合にも、まだ1個の原動機で複数の推力発生装置
の推力発生器を駆動する場合にも各原動機を過負荷から
保護できることによって原動機の故障が少なくなり、安
全に船舶が航海することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は船舶の推力発生装置の構成を説明するだめの系
統図、第2図は本発明の一実施例の推力9へ主装置20
0ブロック図、第3図は本発明の一実施例の過負荷防止
装置を含む操縦装置のブロック図、第4図は本発明の一
実施例の過負荷修正率演算器8のブロック図、第5図は
本発明の他の実施例の操縦装置のブロック図である。 3・・・推力配分演算器、4・・・推力修正器、71〜
74・・・最大出力設定器、8・・・過負荷修正率演算
器代理人   弁理士 西教圭一部 第1図 05A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)プロペラおよびスラスタなどの推力発生器と、原
    動機とを含む推力発生装置を複数個有する船舶などの推
    力発生装置の過負荷保護装置において、船舶などの操縦
    上の要求を満足させるに必要な各推力発生装置による合
    成推力を指令する合成推力指令信号、および回転力を指
    令する回頭モーメント指令信号を受信し、各推力発生装
    置に対し必要な推力指令信号に分解し配分する推力配分
    演算器と、 各推力発生装置の各推力発生器を駆動させる各原動機に
    個別的対応した許容最大出力を設定する最大出力設定器
    と、 この各最大出力設定器から送信される許容最大出力信号
    と、各原動機から送出される出力信号とを比較し、各原
    動機の過負荷保護に必要な各修正工率のうち最大の過負
    荷保護を必要とする修正率を選択し、最大過負荷修正率
    演算器と、前記推力配分演算器から各推力発生装置に対
    して配分される推力指令信号を受信し、さらに前記過負
    荷修正率演算器から送出される最大負荷修正率信号によ
    り、各原動機が過負荷となることを防止するように修正
    演算を施し、修正推力指令信号を推力発生装置の推力を
    制御する制御手段に送出する推力修正器とを含むことを
    特徴とする推力発生装置の過負荷保護装置。
  2. (2)各推力発生装置の各推力発生器を駆動させる各原
    動機の回転数を検出し、回転数に応じて各原動機に対す
    る許容最大出力を演算し、各許容最大出力信号として過
    負荷修正率演算器に与える最大出力設定器を具備するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の推力発生装
    置の過負荷保護装置。
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