JPS5996097A - 船舶などの操縦装置 - Google Patents

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】 本発明に、たとえば作業船や支援船などが他の静止船舶
あるいに陸上施設に対して作業を行なう際に必要な船舶
などの操縦装置に関する。

横推力指令装置は、回転中心設定器、回転力設定器、推
力演算配分器−および拘束条件設定器から成り、船舶の
回転中心を任意に定め、予め設定した方位まで回転保持
させるものである。回転中心設定器に、船舶の回転中心
を船首尾軸上の任意の位置に設定さｎる。

回転力設定器に、船舶の方位設定器と方位検出器とから
の出力信号？受信し、所定の演算を施して出力さ几る方
位偏差信号を受けて作動し、該回転中心のまわりに該方
位偏差信号により駆動さｎる。

推力演算配分器は、回転中心設定器から出力さｎる回転
中心設定信号、および回転力設定器から出力び几る回転
力設定信号を入力し、船舶を予め設定さ几た回転中心の
まわりに、予め設定さｎた回転力で回転さ几るために６
横推力発生装置に各推力を発生させるための演算と、風
波々どの外乱による横推力への影響を修正する演算全実
行し、６横推力発生装置に対し各推力指令信号を出力す
る。

このような横推力指令装置か復奴個設けらｎ、先行技術
でに、船舶の運転員がこれらの横推力指令装置を個々に
操作することによって、船舶の操縦が行なわｎ、しかも
その操縦に非常に繁雑である。

本発明の目的は、上述の繁雑さを解消し、操縦を間車化
する詣舶などの操縦装置を提供することである。

本発明の詳細な説明する。ｇｔＪ述のような作業を行な
う船舶の回転動作は極めて微速でなさｎるものであるか
ら船舶の動作に比べ海水からの受側的な外力およびモー
メントに無視することができる。

捷た風、潮流および波浪による能動的な外力およびその
モーメントの影９ｔｒｓ無視することができるものとす
る。

船舶の運ｗＪに、剛体の平面運ω１において、船舶に装
備さｎた横推力発生装置群の操作指令と、その動特性に
依存する台推力およびそのモーメントに支配さ几る慣性
運動とになることに明らかである。

第１図の船体の平面図において、軸心Ｘ上Ｃ重心Ｇから
距離ｒｉ（ｉ＝：１ｊ２．・＝ｓｎ）ＫＦｉ（１＝１，
２．・・・、ｎ）なる横推力を発生する推力発生装置か
配役さ几るとすると、お体の挙動に次の２つの式で表わ
せる。

Ｍ　（ｖ（ｒ）　−ｖ（０））　＝　ｆ　？″（ΣＦｉ
）ｄｔ＝（ΣＦｉ）ｒ・・・ｉｌ＋ Ｉ　（ω（ｒｌ−ω（０））　＝　ｆ　ｌΣＦｉｅｒｉ
）ｄｔ＝（ΣＦｉ書ｒｉ）ｒ・・・（２） ただしＭに付加質量を加味した船舶の質量で、■に重心
回りの慣性能率である。また船舶の並進速度を（ｖ）　
ｔ　、重心回りの角速度をω（１）とし、■（０）およ
びω（０）ｌｌ−１ｃ初期値を表わし、Ｖ（τ）および
ω（τ）に時開τ゛経過したときの値である。第１式お
よび第２式のＦｉ　に、１時間に働いた力Ｆｉ（ｔ）　
　の時間平均値であり、τｎ　Ｆ　１（ｔ）の１作時間
の最大値（＆学的πにτ→ｏｏ）である。

点Ｐを重心Ｇから測った距離ｒだけ＠ｎた軸心Ｘ上の任
意の位置とし、この点Ｐを回転時の不動点（回転中心）
と仮定すると、第２式の両辺にｒを乗じて、第３式を得
る。

Ｉｒ（ａ＋（ｔ）　　ａ＋（０１）＝Ｉ（ｖ（ｒ）−ｖ
（０））＝（ΣＦｉ＠ｒｉ）ｒｒ・・・（３） 点Ｐが不ｊｌｆｆ７点となるにに、並列速度と回転によ
るＰ点での接線速度ｖＩ７）絶対［直とが等しく、また
逆方間になることが十分条件である。したがって第１式
と第３式により、１＝０〜τ　グ〕間でこｎが成立する
にぼ、仄１７’）第４ａ式またに第４ｂ式より導びかｎ
た第４式の関係が必要である。

ただし第４式のＲ［４船舶の重心回りの回転半径で２、
は合力の中心である。またＲに第５式の関係があり５．
に第６式の関係かあ、る。

回転中心点Ｐのまわりに回る回転力Ｎに、第７式になる
。

Ｎ＝ΣＦｉ　（ｒ　−ｒｉ　）　　　　　　　　　−＋
７１第４式のＲは船舶の形状により固有の値をとる。

また重心Ｇから距離ｒだけ離れた軸心Ｘ上の点Ｐに、重
心Ｇから各横推カ発生装置までの名距離ｒｉが予め決っ
ている場合、名横推カ発生装置から発生する名推力百を
操作す、ることにより任意に決定することができる。

たとえばｉ＝１、すなわち重心Ｇがら距１１ｊｆｆｉｒ
ｌだけ離几た点Ｐｉπ横推カ発生装置が設置されており
、横推力丙　を出す場＠−ぽ、第８式によってｒに−を
町に決定さた、さらにこの場合の回転中心点Ｐのまわり
に働く回転力Ｎに、第９式 ％式％］ このように一台の横推カ発生装置が出す推力だばでも、
その推力を可変することにより一回転力に任意に変更で
きる。Ｌ　７）、　Ｌながら、回転中心点次ＶＣｉ　＝
　２すなわち第２図に示すように、重心Ｇ　カラＪ　％
　ｒ　１．　＃　ｒ　２だけ離ｎた軸心Ｘ上の各位１醒
ＰＩ、Ｐ２に横推カ発生装置をそ几ぞｎ、設置し、名横
推力Ｆｌ、Ｆ２を出す場合を考える。船体を均質で一様
な太さの棒と考え、重心Ｇがら距離ｒだけＡ［ｎた点、
すなわち回転中心点Ｐにおいて第１０式が成立する。

２ Ｆｌ　　＋　Ｆ２ さらに（ロ）伝中心点Ｐのまわりの回転力Ｎに、第７式
から Ｎ＝Ｆｌ（ｒ−ｒｌ）十Ｆ２（ｒ−Ｆ２）　　　・＝ｎ
＋と表わされる。第１０式および第ｌ１式より明らかな
ようにＦｌおよびＦ２を決めるとｒ、Ｎが一意的；Ｐ：
ｎ、ぞｎ決定さｎる。すなわち推力Ｆｌ　、Ｆ２を操作
すると、回転中心ｒおよび回転力Ｎが推力Ｆｌ、Ｆ２に
対応してそｎぞれ変化することがわかる。

次にｉ≧３の場合には、一般に第４式および第７式で名
ｒ　、　Ｎが決定孕几るが、所望のｒ、Ｎを得るためＶ
こぽ、Ｆｉ（ｉ＝１．２、−＝、ｎ　）ｉ−一意的は決
１らず、より決定自由度が増すから任意の制御条件の解
を拘束条件として自由度（ｎ−２）個分だけ導入するこ
とができる。このＦｉ（ｉ＝１．２．・・・、ｆｌ）、
’に決定するための拘束条件の一つとして、名横推力発
生装置の発生する推力Ｆｉの２栄和を最小πしてもよく
、このこトニ、第１２式で表わさ几る。

以上、複奴個の横推力発生装置を有する船舶の回転中心
点を任惹π定める本発明の原理について説明したが、こ
のような各横推力発生装置の名推力を個々に操作するの
に非常に難しい。そこで本発明に、所望の回転中心のま
わりに所望の回転力で冷１１１８を回転させるために、
重心Ｇがら回転中心までの距離と回転力とを設定するこ
とにより、各横推力発生装置が所望の推力を発生させる
ための各推力指令信号を出力する構成を有する。

本発明の一実施例を第３図に示す。回転中心設定器１１
に、船（１日の重心Ｇから回転中心点Ｐまでσ〕距離ｒ
を設定し、ライン１２を介して回転中心設定１′目号ｒ
、ｓを推力演算配分器１３に入力する。

回転力設定器１２に、回転中心１わりに回転する船舶の
回転力Ｎを設定し、ライン１１を介して回転力設定信号
Ｎｓを推力演算配分器１３に入力する。推力演算配分器
１３に、回転中心設定信号ｒｓおよび回転力設定信号Ｎ
ｓｉ入力して、次の第１３式および第１４式を満足きせ
る演算を実行する。

および 第１３式のδぼ、外乱により回転中心がず几ることを防
止するためのイし正信号発生器３４からの修正信号であ
る。

第１３式および第１４式を満足させる演算全行ないその
結果を横推力発生装置群２０名推力発生装置２１〜２ｎ
Ｖｃ対し、推力演算配分器１３にラインｉｓ、２ｓ、・
・・Ｎｓ全介し名推力指令何号Ｆｉｓ（ｉ＝＝１．２．
・・・、ｎ）を出力するに当り、ｉ≧３の場合には、（
ｎ−２）個の自由度を有するので、各推力指令信号Ｆｉ
ｓ（ｉ＝１　、２　、＝　＃　ｎ　）’に一意的に決定
することかで久ない。拘束条件設定器１４からの出力は
ライン１３を介して推力演算配分器１３に入力さｎ、推
力演算配分器１３かちの出力にライン１４”ｋ介して拘
束条件設定器１４に入力さ几る。拘束条件設定器１４π
おいて設定さ几でいる拘束条件にしｆｃかつて、６推力
指令信号Ｆｉｓ（１＝＝１．２　、・・・、ｎ）に確定
され出力さｎる。拘束条件はｉ≧３の場合、スラスタの
数により人聞が定めたり、あるいけ−スラスタか改障し
た場合、自ω１的に定めらｎたりする。

以上のように横推力指令装Ｍｌの推力演算配分器１３か
らラインＩｓ、２ｓ、・・・、Ｎｓｌ介して横推力発生
装置ぼ群２へ出力する各推力信’１ｊＦｉｓ（ｉ　＝　
１　、２　、・・・ａ　ｎ　）に、横推力指令装置直群
２の各推力発生装置２ｉ　（ｉ＝１，２．・・・ｓ　ｎ
　）に入力さｆｌ−２名推力発生装置２１（ｉ＝１，２
．・・・、ｎ）は名推力Ｆｉ（ｉ＝＝１．２．・・・、
ｎ）全発生する。その結果、船舶に、重心Ｇ距離ｒ（＝
ｒｓ）離ｎ、た回伝中心部全中心に回転力Ｎ（＝Ｎｓ）
で回転させることができる。

本発明の他の実施例を第４図に示す。横推力指令装置１
、横推力発生装置群２、およびイ６正信号発生器３４に
第３図の実施例と同じ構成である。

方間偏差演算装置３に、船舶の船首方位を設定する船首
力位設定器３１と船首方位検出器３２と方位偏差演算器
３３とから構成び几ている。船首方位設定器３１で設定
された方位設定信号θＳに、ラインｉ！５を介して力位
偏差演算器３３に入力さ几る。船首方位検出器３２で検
出さｎた方位検出信号θに、ライン６を介して方位偏差
演算器３３に入力さｎる。方位偏差演算器３３では、方
位設定信号θＳと方位検出信号θとを比較減算し、さら
に比例、積分および微分などの所定の演算を実行し、方
位偏差信号εヶ出力する。

その方位偏差信号εにライン１７を介して回転力設定器
１２に入力さｎる。回転力設定器１２でに、力位偏差信
号εに対応した回転力設定信号Ｎｓをライン１Ｂ’！介
して推力演算配分器１３ｖｃ入力する。船舶に、回転中
心設定器１１で設定された回転中心点Ｐを中心に回転し
ながら、船首を船首方位設定器３１で設定した船首方位
に保持するように、横推力指令装置ｌの推力演算配分器
１３からの名推力指令イｇ号Ｆｉｓ（ｉ＝１　、２　、
−　、　ｎ　）７５玉、ライン１ｓ−Ｎｓを介して名横
推力発生装置２ｉ（１”’　ｌ　ｓ　２　ｍ・・・、ｎ
）に入力さ几る・　したが９１名名推力発生装置２１に
６推力指令信号Ｆｉｓに対応した推カケ発生し、し念が
って船舶に予め定めら几た方位に回転し保持する。

本発り」の−実施例の横推力指４！−装置１に、ミニコ
ンピユータやマイクロコンピュータなどぴ〕１ｔｉ−１
（１用計算機で簡単に構成；ｎる。また別途でアナログ
電気回路でも構成することができる。

以上のように本発明によれば、複数の横推力指令装＠を
同時に制御することかできるので、船舶の操Ｍは簡単に
なり作業のためぴ〕船舶の移動力にしやすく々る。また
こｎような操縦に、乗組員の経験をあまり必要としない
ので莱員の確保に容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図に本発明の詳細な説明するための船
舶の上面図、第３図に本発明の一実施例いブロック図、
第４図に本発明の池の実施例のブロック図である。 １・・・横」１［力指令装置、２・・・横推力発生装置
群、３・・・方位偏恩＠算装置、１．　ｌ・・・回転中
心設定器−１２・・・回転力設定器、１３・・・推力演
算配分幸代理人　　　弁理士　四教圭一部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１）横推力指令装置からの出力に応答して船舶を回転
   させるための推力を発生きせる複数の横推力発生装置を
   有する船舶において、 横推力指令装置に、 船舶の回転中心を船首尾軸上の任意の位１１に設定する
   回転中心設定器と、 船舶を該回転中心のまわりに回転させる回転力を設定す
   る回転力設定器と、 該回転中心設定器および該回転力設定器からの各段定信
   号を交信し、船舶を設定さ几た回転中心のまわりに設定
   さｆｌ、友回転力で回転させるために各横推力発生装置
   に対し必要な推力を発生６せるための演算と、風波など
   の外乱ｖｃ、ｌ：る償推力への影響を修正する演算とを
   実行し、各横推力発生装置に対し名横推力指令信号を出
   力する推力演算配分器とを含むことを特徴とする船舶な
   どの操縦装置。 （２）船舶を予め設定した回転中心のまわりに、予め設
   定した方位まで回転させ、その方向を保持するように方
   位偏差信号を横推力指令装置に出力する方位偏差演算装
   置を具備することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の船舶などの操縦装置。