JPS61263895A - Auto pilot for ship - Google Patents

Auto pilot for ship

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JPS61263895A
JPS61263895A JP60104863A JP10486385A JPS61263895A JP S61263895 A JPS61263895 A JP S61263895A JP 60104863 A JP60104863 A JP 60104863A JP 10486385 A JP10486385 A JP 10486385A JP S61263895 A JPS61263895 A JP S61263895A
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JP
Japan
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turn rate
heading
value
rudder angle
estimated
Prior art date
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Pending
Application number
JP60104863A
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Japanese (ja)
Inventor
Kengo Takeda
謙吾 武田
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Publication of JPS61263895A publication Critical patent/JPS61263895A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain optimum control of a steering gear with disturbance and noise removed, and save a fuel consumption, by utilizing a Kalman filter and a comparator for input of an actual rudder angle and computation of estimates of a bow azimuth and a turn rate as well as computation of an instruction rudder angle. CONSTITUTION:An actual rudder angle delta is input into a hull motion predicting section 12 for computing respective predictors psiP and psiP' of a bow azimuth psiand a turn rate psi'. The predictors psiP and psiP' are corrected according to a Kalman gain K computed from a system noise covariance Q and an observed noise covariance R, thereby obtaining respective estimates psiD and psiD'. The estimates psiD and psiD' are filtered by an estimating section 16 to output an estimated bow azimuth psi and an estimated turn rate psi', which are then compared with set values psim and psim', respectively. According to the result of comparison, an instruction rudder angle Ud for controlling a steering gear 8 is computed by a controller 7. In the course of computation, disturbance and noise which will inadvertently affect a steering operation are removed to thereby obtain high performance of course change and course maintenance and minimize a fuel consumption.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、船体の実舵角とカルマンゲインを用いて、船
体のターンレートと船首方位に含まれる有害な外乱やノ
イズ等をフィルタリングした上で比較器で設定値と比較
し、この比較結果から最適な命令舵角をコントローラで
演算する構成の舶用オートパイロットに関する。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention uses the actual rudder angle of the hull and the Kalman gain to filter harmful disturbances, noise, etc. contained in the hull turn rate and heading. This invention relates to a marine autopilot in which a comparator compares a set value with a set value, and a controller calculates an optimal commanded rudder angle based on the comparison result.

〈従来の技術〉 以下、図面を用いて従来の技術を説明する。<Conventional technology> The conventional technology will be described below with reference to the drawings.

第6図は、従来の舶用オートパイロットのブロック線図
である。
FIG. 6 is a block diagram of a conventional marine autopilot.

第6図において、1は船体、2は船首方位ψを出力する
ジャイロコンパス、3はターンレートφ(・は1階微分
を表わす)を出力するターンレート演算部(図では船首
方位ψを微分回路を用いて別途ターンレートメータ(図
省略)を用いてもよい)、4はターンレートψと船首方
位ψを入力してこれ等に含まれる複雑な外乱要素(波・
潮流・風等による外乱)やノイズ等の内操舵に有害な影
響を及ぼす高周波成分を取り除く(フィルタリングする
)−次遅れ又は二次遅れローパスフィルり等から成るフ
ィルタ部である。尚、ローパスフィルタのカットオフ周
波数はフィルタ時定数により変更することができる。即
ち、外部の入力装置であらかじめ手動設定されたフィル
タ設定値Mfが入力フィルタ部4に入力し、この値に基
づいて夫々の入力値がフィルタリングされる。5は入カ
フと例えば外部から機械的に設定された設定ターンレー
トφmとの差を取り推定ターンレート偏差ΔX\ ψを出力する減算器、6は入力フィルタ部4でフハ イルタリングされた推定船首方位ψと例えば外部から機
械的に設定された設定船首方位ψmとの差へ 差Δψを入力してこれ等に例えば比例・積分・微分(P
ID)演算を施して命令舵角Udoを出力するコントロ
ーラ、8は命令舵角UdoS−基づいて舵9を駆動させ
る舵機である。
In Fig. 6, 1 is the ship's hull, 2 is a gyro compass that outputs the heading ψ, and 3 is a turn rate calculation unit that outputs the turn rate φ (. represents the first-order differential) (in the figure, a differential circuit that calculates the heading ψ). (You may also use a separate turn rate meter (not shown)), and in step 4, enter the turn rate ψ and heading ψ to calculate the complex disturbance elements (waves, etc.) included in these.
This is a filter section that removes (filters) high-frequency components that have a harmful effect on internal steering, such as disturbances caused by tidal currents, wind, etc., noise, etc. - This is a filter section that consists of a second-order lag or second-order lag low-pass filter. Note that the cutoff frequency of the low-pass filter can be changed by changing the filter time constant. That is, a filter setting value Mf manually set in advance using an external input device is input to the input filter section 4, and each input value is filtered based on this value. 5 is a subtractor that takes the difference between the input cuff and a set turn rate φm set mechanically from the outside and outputs an estimated turn rate deviation ΔX\ψ; 6 is an estimated bow filtered by the input filter section 4; Input the difference Δψ between the heading ψ and the set heading ψm set mechanically from the outside, and calculate the proportional, integral, differential (P
ID) A controller which performs calculations and outputs the commanded rudder angle Udo, and 8 is a rudder machine which drives the rudder 9 based on the commanded rudder angle UdoS.

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、この様な構成の舶用オートパイロットには、
次の様な問題点があった。
<Problems to be solved by the invention> By the way, a marine autopilot with such a configuration has
There were the following problems.

入力フィルタ部4は一次遅れ又は二次遅れフィルタで構
成されているので、船首方位ψに含まれる複雑な外乱や
ノイズ等を除去する十分なフィルタリング効果を期待す
ることができにくい。即ち、フィルタ時定数を大きくす
ると入力フィルタ部4のカットオフ周波数が小さくなり
、外乱やノイズ等を除去する周波数帯域は広がるが、入
力信号に対する出力信号の位相遅れが大きくなり、オー
トパイロット全体の安定性が劣化してしまう。この為、
入力フィルタ部4のカットオフ周波数は船体自体が持つ
カットオフ周波数に比べ高い周波数帯にしか設定できな
い。このことを図に示すと、第7図のフィルタ特性図の
様になる。
Since the input filter section 4 is configured with a first-order lag filter or a second-order lag filter, it is difficult to expect a sufficient filtering effect to remove complex disturbances, noise, etc. included in the heading ψ. That is, when the filter time constant is increased, the cutoff frequency of the input filter section 4 is decreased, and the frequency band for removing disturbances and noise is expanded, but the phase delay of the output signal with respect to the input signal is increased, which reduces the stability of the entire autopilot. The quality deteriorates. For this reason,
The cutoff frequency of the input filter section 4 can only be set in a frequency band higher than the cutoff frequency of the hull itself. This can be illustrated in a diagram as shown in the filter characteristic diagram of FIG.

第7図において、横軸は周波数、縦軸はゲイン、Aは船
体自体が持つカットオフ周波数、Bは入力フィルタ部4
のカットオフ周波数、では船体1のカットオフ周波数A
と入力フィルタ部4のカットオフ周波数Bの差を表わす
帯域幅である。
In Fig. 7, the horizontal axis is the frequency, the vertical axis is the gain, A is the cutoff frequency of the hull itself, and B is the input filter section 4.
, then the cutoff frequency A of hull 1 is
and the cutoff frequency B of the input filter section 4.

従来の技術においては、帯域幅τに含まれる外乱やノイ
ズ成分等についてもオートパイロットが働くので、実際
は無駄舵をとってしまっていることになり(帯域幅τで
の操舵は船体1が応答しない)、パイロットシステムの
省エネ化(省燃費化)を達成することが困難である。
In the conventional technology, the autopilot also works for disturbances, noise components, etc. included in the bandwidth τ, so in reality, the steering is wasted (hull 1 does not respond to steering in the bandwidth τ). ), it is difficult to achieve energy savings (improvement in fuel efficiency) of the pilot system.

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みて成された
ものであり、ターンレートと船首方位をフィルタリング
するに際してオートパイロット自体の安定性を劣化させ
ることなく、操舵に有害な影響を及ぼす外乱やノイズ等
を実舵角とカルマンゲインを用いることで取除き、常に
最適運航が可能な操舵を行ない燃料消費量を最少にする
舶用オートパイロットを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is capable of filtering turn rate and heading without deteriorating the stability of the autopilot itself, and which eliminates disturbances that have a detrimental effect on steering. The purpose of the present invention is to provide a marine autopilot that eliminates noise, noise, etc. by using the actual steering angle and Kalman gain, performs steering that always enables optimal navigation, and minimizes fuel consumption.

く問題点を解決するための手段〉 上述した目的を達成するため、本発明の舶用オートパイ
ロットは、船体の実舵角を入力して船首方位予測値及び
ターンレート予測値を演算し、システムノイズ共分散値
と観測ノイズ共分散値とから得られたカルマンゲインに
基づいて先に演算して得た船首方位予測値及びターンレ
ート予測値を夫々修正演算し、この修正演算した値に基
づいて入力される船体のターンレートと船首方位の推定
値である推定船首方位及び推定ターンレートを夫々演算
するカルマンフィルタを利用して成る構成のフィルタリ
ング装置と、このフィルタリング装置でフィルタリング
して得た推定船首方位及び推定ターンレートと設定値と
を比較する比較器と、この比較結果に基づいて舵機を制
御する命令舵角を演算するコントローラと、で構成した
ことを特徴とする。
Means for Solving the Problems> In order to achieve the above-mentioned object, the marine autopilot of the present invention inputs the actual steering angle of the hull, calculates a predicted heading value and a predicted turn rate value, and reduces system noise. Based on the Kalman gain obtained from the covariance value and the observed noise covariance value, the predicted heading value and predicted turn rate that were previously calculated are respectively corrected and input based on the corrected values. A filtering device configured using a Kalman filter that calculates an estimated heading and an estimated turn rate, which are estimated values of the turning rate and heading of the ship, respectively, and an estimated heading and heading obtained by filtering with this filtering device. The present invention is characterized by comprising a comparator that compares the estimated turn rate and a set value, and a controller that calculates a command rudder angle for controlling the rudder based on the comparison result.

くフィルタリング装置の概要〉 外乱等のノイズが存在する場合は、例えば演算した船首
方位及びターンレートと、実測した船首方位φ及Uター
ンレートψとの間には差が生じる。
Overview of Filtering Device> When noise such as disturbance is present, a difference occurs between, for example, the calculated heading and turn rate and the actually measured heading φ and U-turn rate ψ.

外乱は周期的な動き(ヨーイング)となって船体に発生
するが、その動きに対してその都度前を切っているとか
えって抵抗の増加となり、エネルギーロスとなる。しか
し、低周期の外乱に対しては、ある程度舵を切ってやら
ないと、船体はとんでもない方向に進んでしまう恐があ
る。カルマンフィルタは、船首方位とターンレートに関
し、本当に船体によるものと、外乱ヤノイズによるもの
とを分離し、本当の船体の動きによるものと外乱による
ものの内、操舵に有害な^周波成分を取り除き、低周期
の外乱と操舵に必要な値を取り出して船首方位予811
111及びターンレート予測値を得、この予測値をカル
マンゲイン演算部からのカルマンゲインで修正演算した
上で入力値をフィルタリングして夫々の推定値を出力す
る。
Disturbances occur in the hull as periodic movements (yawing), but if the hull is cut in front each time, resistance increases and energy is lost. However, in response to low-period disturbances, unless the ship is steered to a certain extent, there is a risk that the ship will move in an unexpected direction. Regarding the heading and turn rate, the Kalman filter separates what is really caused by the ship's hull from what is caused by disturbances and noise.The Kalman filter removes the frequency components that are harmful to steering between what is caused by the actual movement of the ship and what is caused by disturbances, and Predict the ship's heading by extracting the disturbances and values necessary for steering.
111 and turn rate predicted values are obtained, the predicted values are corrected using the Kalman gain from the Kalman gain calculation section, and the input values are filtered to output respective estimated values.

〈実施例〉 以下、上述した構成の具体的実施例を図面を用いて説明
する。尚、以下の図面において、第6図と重複する部分
は同一の番号を付してその説明は省略する。
<Example> Hereinafter, a specific example of the above-described configuration will be described using the drawings. In the following drawings, parts that overlap with those in FIG. 6 are given the same numbers, and their explanations will be omitted.

第1図は本発明の具体的実施例を示す舶用オートパイロ
ットのブロック線図である。
FIG. 1 is a block diagram of a marine autopilot showing a specific embodiment of the present invention.

第1図において、10はフィルタリング装置である。こ
のフィルタリング装置10は、船体1の実舵角(アナロ
グ値)δを入力してデジタル値の実舵角δDに変換する
アナログデジタル変換機能(以下rADC機能」という
)を有する実舵角入力インターフェイス(以下II/F
Jと略称する)11と、実舵角δ0を入力してその時の
時刻(例えばn)から先(例えばn+1)の時刻の船首
方位ψとターンレートφの予測値である船首方位予測値
△           へ ψPとターンレート予測値ψPを演算する船体運動予測
部12と、この実施例においては固定値であるシステム
ノイズ共分散値Q(船体に係わるノイズ)と観測ノイズ
共分散値R(観測器に係わるノイズ)とを入力してその
時の時刻(例えばn)のカルマンゲインKを演算するカ
ルマンゲイン演算部13と、船首方位(アナログ値)ψ
を入力してデジタル値の船首方位φ0に変換する船首方
位人力I / F 14と、船首方位ψDを時開微分し
てターンレートψ0を演算するターンレート演算部15
と、船首方位ψ0とターンレートψDとカルマンゲイン
にと船首方位予測値ψPとターンレート予測値A( ψPを入力し、カルマンゲインKに基づいて船首修正演
算し、この修正演算した値に基づいてそのジタル値をア
ナログ値に変換して出力するデジタルアナログ変換機能
(以下rDAcIIlllJという)1/F17に出力
されると共に船体運動予測部12にフィードバックされ
る。このフィルタリング装置△ 10でフィルタリングして得た推定船首方位ψは化機8
を制御する命令舵角Udを演算するコントローラ7に導
かれる。
In FIG. 1, 10 is a filtering device. This filtering device 10 has an actual rudder angle input interface (hereinafter referred to as rADC function) that has an analog-to-digital conversion function (hereinafter referred to as rADC function) that inputs the actual rudder angle (analog value) δ of the hull 1 and converts it into a digital value of the actual rudder angle δD. Below II/F
11 (abbreviated as J) and the actual rudder angle δ0, go to the predicted heading value △ which is the predicted value of the heading ψ and turn rate φ from the current time (e.g. n) to the next time (e.g. n+1). A ship motion prediction unit 12 that calculates ψP and turn rate predicted value ψP, and a system noise covariance value Q (noise related to the ship) and an observation noise covariance value R (noise related to the observation device) which are fixed values in this embodiment. a Kalman gain calculation unit 13 that calculates the Kalman gain K at the current time (for example, n) by inputting the noise), and the heading (analog value) ψ
A heading human input I/F 14 inputs and converts the heading into a digital value of heading φ0, and a turn rate calculation unit 15 calculates a turn rate ψ0 by time-varying differentiation of the heading ψD.
Then, enter the heading ψ0, turn rate ψD, Kalman gain, predicted heading value ψP, and predicted turn rate A (ψP, calculate the bow correction based on the Kalman gain K, and calculate the calculated value based on the corrected value. The digital-to-analog conversion function (hereinafter referred to as rDAcIIllJ) that converts the digital value into an analog value and outputs it is output to 1/F17 and is also fed back to the hull motion prediction unit 12. Estimated heading ψ is 8
The command is guided to a controller 7 which calculates a command steering angle Ud.

ところで、フィルタリング装置10をマイクロプロセッ
サで構成した場合のハードウェアは第2図に示すように
なる。
By the way, the hardware when the filtering device 10 is constituted by a microprocessor is shown in FIG.

小 ンレートψ0等を演算する演算機能、102はランダム
アクセスメモリ(RAM)、103はリードオンリメモ
リ(ROM) 、+04は船首方位ψのアナログ値を入
力しデジタル値に変換するADCII能を有する船首方
位r/F、105は実舵角δのアナログ値を入力しデジ
タル値に変換するADC機能ナログ値に変換して出力す
るDACIll能を有する出力17Fである。
102 is a random access memory (RAM), 103 is a read-only memory (ROM), +04 is a heading that has an ADC II function that inputs an analog value of the heading ψ and converts it into a digital value. r/F 105 is an output 17F having an ADC function which inputs an analog value of the actual steering angle δ and converts it into a digital value, and a DAC Ill function which converts it into an analog value and outputs it.

第3図は第1図のフローシートである。FIG. 3 is a flow sheet of FIG. 1.

以下に第1乃至第3図に基づいて本発明のフィルタリン
グ装!!10を構成している各部の機能を詳細に説明す
る。
The filtering device of the present invention will be described below based on FIGS. 1 to 3. ! The functions of each part constituting 10 will be explained in detail.

一般にある角度に舵を切った場合、船体1は徐々に旋回
を開始し、一定のターンレートψに達した所で定常旋回
を続ける。操舵角の初期設定値は、一定角速度に対しそ
の約63%に到達するまでの時間である追従性指数Ts
と、操舵角の1度辺りのターンレートである旋回性指数
Kgから求めることができる(一般に、船速に対して、
追従性指数T5は反比例し、旋回性指数に3は正比例す
る)。
Generally, when the rudder is turned to a certain angle, the hull 1 gradually starts turning, and continues turning steadily when it reaches a certain turn rate ψ. The initial setting value of the steering angle is the followability index Ts, which is the time it takes to reach approximately 63% of a constant angular velocity.
can be determined from the turning index Kg, which is the turn rate per degree of steering angle (in general, for the ship speed,
The followability index T5 is inversely proportional, and 3 is directly proportional to the turning index).

フィルタリング装置10のアルゴリズムは以下の様にな
る。
The algorithm of the filtering device 10 is as follows.

追従性指数TgIと旋回性指数Kgを使って、船体1の
動き(船体の運動方程式)を近似的に表わすと、 Ts・ψ+ψ−Ks・δ        ・・・(1)
となる。但し、φは回頭角加速度である(・・は2階微
分を表わす)。ここで(り式の(1/Ts)をα、(K
s/Ts )をβとした上で行列に変換すると、 と表わすことができる。ここで、 X−F−X+8 ・δ               
・・・(4)Y−H−X              
      ・・・(5)となる。ここにF、B、Hは
船体の動特性を示す行列、Xは船体運動の状S量、Yは
人の観測量、Hは観測行列である。従ってフィルタリン
グ装置9=H−金          ・・・(7)と
なる。但し、’9’&tフイ/L、 *リング後。観測
値工となる。この(8)、(9)式を得るための各部の
アルゴリズムを以下に説明する。
Using the tracking index TgI and the turning index Kg, the movement of the hull 1 (equation of motion of the hull) can be expressed approximately as follows: Ts・ψ+ψ−Ks・δ (1)
becomes. However, φ is the turning angular acceleration (... represents the second-order differential). Here, (1/Ts) of the equation is α, (K
s/Ts) as β and then converting it into a matrix, it can be expressed as follows. Here, X-F-X+8 ・δ
...(4) Y-H-X
...(5). Here, F, B, and H are matrices indicating the dynamic characteristics of the ship, X is the amount S of the ship's motion, Y is the amount observed by humans, and H is the observation matrix. Therefore, the filtering device 9=H-gold (7). However, '9'& tfi/L, *After the ring. Becomes an observation value engineer. The algorithm of each part for obtaining the equations (8) and (9) will be explained below.

く船体運動予測部〉 船体運動予測部12は、時刻nの時に、実舵角δに基づ
いて1つ先の時刻(n+1)での船体運動である船首方
位ψとターンレートφを予測する。
Hull Motion Prediction Unit> At time n, the hull motion prediction unit 12 predicts the bow direction ψ and turn rate φ, which are the hull motion at the next time (n+1), based on the actual rudder angle δ.

これを(8)式に対応したアルゴリズムの行列式で表に
\ ト予測値φpは現在時刻nから1つ先の値である。
This is expressed in a table using the determinant of the algorithm corresponding to equation (8). The predicted value φp is the value one step ahead from the current time n.

くカルマンゲイン演算部〉 カルマンゲイン演算部13で演算されるアルゴリ ゛ズ
ムは、 K−PHマR″雷             ・・・0
0P−FP+PFマ −PH’ R→ HP+Q・−(
12)となる。但し、(’)は転置であり、カルマンゲ
インにはシステムノイズ及びIQIIIノイズによる推
定誤差の分散を最小にするものであり、Pは推定値の誤
差共分散で上記マ]・リックスリカッチ方程式を解くと
によって得られる。
Kalman gain calculation section> The algorithm calculated by the Kalman gain calculation section 13 is K-PH MAR''...0
0P-FP+PFma -PH' R→ HP+Q・-(
12). However, (') is the transposition, the Kalman gain is the one that minimizes the variance of the estimation error due to system noise and IQIII noise, and P is the error covariance of the estimated value, which solves the above Ma] Rick-Riccati equation. It is obtained by

く推定部〉 推定部16では、時刻nの時に前回の時刻(n−△ 1)で予測された船首方位予測値ψpとターンレ仝 一ト予測値ψpをカルマンゲインKを用いて修正で予測
された。mである。この修正演算された値に基づいて、
入力される船体1のターンレートψと船首方位ψの推定
値を演算して(13)、(9)式の結果を得て出力する
Estimating Unit> The estimating unit 16 corrects and predicts the predicted heading value ψp and predicted turn rate ψp predicted at the previous time (n-△1) at time n using the Kalman gain K. Ta. It is m. Based on this corrected value,
The estimated values of the input turn rate ψ and heading ψ of the hull 1 are calculated (13), and the result of equation (9) is obtained and output.

ところで、このフィルタリング装置10は11図の構成
に限定されるものではない。
By the way, this filtering device 10 is not limited to the configuration shown in FIG. 11.

例えば、第1図においては、システムノイズ共分散Q、
I測ノイズ共分散Rをフィルタリング内において固定値
とした場合で説明したが、第4図(システムノイズ共分
散Qを外部の設定器から入力できるようにしたブロック
縮図)に示すように、システムノイズ共分散Qを外部の
設定器から入力できるようにして、フィルタリング装置
10に手動天候調m*°能を付加するように構成しても
よい。
For example, in FIG. 1, the system noise covariance Q,
Although we have explained the case where the I-measured noise covariance R is set to a fixed value within filtering, as shown in Figure 4 (a block diagram in which the system noise covariance Q can be input from an external setting device), the system noise It is also possible to configure the filtering device 10 so that the covariance Q can be inputted from an external setting device, thereby adding a manual weather adjustment m*° function.

ここで、(4)式の両辺をラプラス変換してX1%まと
めると、 X−(Bδ+KY)/(s十(F+K))・ (13)
となる。但し、Sはラプラス演算子、(F+K)はフィ
ルタのカットオフ周波数である。(12)式において、
Qを大きくするとKや(F+K)が大きくなり、逆にQ
を小さくするとKや(F+K)が小さくなることが判る
Here, if both sides of equation (4) are Laplace-transformed and summarized by X1%, we get:
becomes. However, S is the Laplace operator and (F+K) is the cutoff frequency of the filter. In equation (12),
When Q increases, K and (F+K) increase, and conversely, Q
It can be seen that when , K and (F+K) become smaller.

又、観測ノイズ共分散Rを以下の(14) 、  (1
5)式のように定義することにより自動天候調整機能を
実現することもできる。この具体的構成のブロック縮図
は第5図に示すようになる。
In addition, the observation noise covariance R is expressed as follows (14), (1
An automatic weather adjustment function can also be realized by defining as shown in equation 5). A block diagram of this specific configuration is shown in FIG.

R−R+[Y−令12       ・・・(14)K
−PH”  [HPH’ +l(] ’     ・・
・(15)ハ 荒天時Y−Yの値は大きくなる故にカルマンゲインKが
小さくなり、  (13)式のカットオフ周波数△ が小さくなり、逆に平水時Y−Yの値は小きくなり、カ
ットオフ周波数が大きくなることが(14)。
R-R+[Y-Rei12...(14)K
-PH"[HPH' +l(] '...
・(15) Since the value of Y-Y during stormy weather becomes large, the Kalman gain K becomes small, and the cutoff frequency △ in equation (13) becomes small, and conversely, the value of Y-Y during calm water becomes small, The cutoff frequency increases (14).

(15)式から判る。It can be seen from equation (15).

尚、フィルタリング装置10は、第2図に示すようにマ
イクロコンピュータによる実現手段に限定されるもので
はなく、従来のディスクリュートな回路要素によっても
実現可能ものである。
Note that the filtering device 10 is not limited to implementation by a microcomputer as shown in FIG. 2, but can also be implemented by conventional discrete circuit elements.

〈発明の効果〉 以上、実j1鍔と共に具体的に本発明を説明したように
、システムノイズ共分散値と観測ノイズ共分散値から御
られるカルマンゲインに基づいて実舵角から演算した船
首方位予測値とターンレート予測値を夫々修正演算し、
この修正演算した値に基づいて実測されるターンレート
と船首方位をフィルタリングして推定船首方位及び推定
ターンレートを得るカルマンフィルタ構成のフィルタリ
ング装置を設け、このフィルタリング装置からの推定船
首方位と推定ターンレートと夫々の設定値とを比較した
上でコントローラで命令舵角を演算する構成の本発明の
舶用オートパイロットによれば、カルマンフィルタは入
力信号に対する出力信号の位相遅れが無いために、操舵
に悪影響を及ぼす外乱やノイズ等をオートパイロットシ
ステムの安定性を損ねることなく除去できるので、無駄
舵を防ぐことができ、高い変針能力と高い保針能力が豐
られ、船舶輸送に対して高信頼性が御られる。故に、高
い保針性を満足しつつ燃料消費量を最小にすることがで
きる。又、その他の実施例に示すように、手動又は自動
天候調整*i*を付加できるので、海象条件に合せたフ
ィルタリング特性を得ることができる。等の効果が得ら
れる。
<Effects of the Invention> As described above, the present invention has been specifically explained with reference to the real j1 tsuba. Correct calculations are made for the value and turn rate prediction value respectively,
A filtering device having a Kalman filter configuration is provided to obtain an estimated heading and turn rate by filtering the actually measured turn rate and heading based on the corrected values, and the estimated heading and turn rate from this filtering device are According to the marine autopilot of the present invention, which has a configuration in which the commanded rudder angle is calculated by the controller after comparing the respective set values, the Kalman filter does not have a phase delay of the output signal with respect to the input signal, so it has a negative effect on the steering. Disturbances, noise, etc. can be removed without compromising the stability of the autopilot system, which prevents unnecessary rudder.It has high course changing and course keeping abilities, and is highly reliable for ship transportation. . Therefore, fuel consumption can be minimized while satisfying high course keeping performance. Further, as shown in other embodiments, manual or automatic weather adjustment *i* can be added, so that filtering characteristics tailored to sea conditions can be obtained. Effects such as this can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

115!は本発明の具体的実施例を示ず舶用オートバイ
ロットのブロック線図、Wi2図はフィルタリング装置
をマイクロプロセッサで構成したハードウェアのブロッ
ク縮図、第3図は第1図のフィルタリング装置のフロー
シート、第4図及び第5図は本発明の他の実施例を示す
図、第68は従来の舶用オートパイロットのブロック線
図、第7図はフィルタ特性図である。 1・・・船体、2・・・ジャイロコンパス、3・・・タ
ーンレート演算部、4−・・フィルタ部、7・・・コン
トローラ、10・・・フィルタリング装置、11・・・
寅舵角入カインターフェイス、12・・・船体運動予測
部、13・・・カルマンゲイン演算部、15・・・ター
ンレート演算部、16・・・推定部、17・・・出力1
/F。
115! 2 shows a block diagram of a marine motorcycle lot without showing a specific embodiment of the present invention, FIG. 4 and 5 are diagrams showing other embodiments of the present invention, FIG. 68 is a block diagram of a conventional marine autopilot, and FIG. 7 is a filter characteristic diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Hull, 2... Gyro compass, 3... Turn rate calculation part, 4-... Filter part, 7... Controller, 10... Filtering device, 11...
Tiger rudder angle input interface, 12... Hull motion prediction unit, 13... Kalman gain calculation unit, 15... Turn rate calculation unit, 16... Estimation unit, 17... Output 1
/F.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 船体のターンレートとジャイロコンパスから得られる船
首方位とをフィルタリングした後に比較器で設定値と比
較、この比較結果に基づいてコントローラで舵機を制御
する命令舵角を演算する構成の舶用オートパイロットに
おいて、 前記船体の実舵角から演算した船首方位予測値及びター
ンレート予測値を、システムノイズ共分散値と観測ノイ
ズ共分散値とから得られたカルマンゲインに基づいて修
正演算し、この修正演算した値に基づいて入力される前
記船体のターンレートと船首方位の夫々の推定値である
推定船首方位及び推定ターンレートを演算し前記比較器
に出力する構成のフィルタリング装置を具備したことを
特徴とする舶用オートパイロット。
[Claims] After filtering the turn rate of the ship and the heading obtained from the gyro compass, a comparator compares it with a set value, and based on the comparison result, a controller calculates a command rudder angle to control the rudder. In the marine autopilot of the above configuration, the predicted heading value and predicted turn rate calculated from the actual steering angle of the hull are corrected based on the Kalman gain obtained from the system noise covariance value and the observed noise covariance value. and a filtering device configured to calculate an estimated heading and an estimated turn rate, which are estimated values of the turn rate and heading of the hull input based on the corrected calculated values, and output them to the comparator. A marine autopilot that is characterized by:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006321455A (en) * 2005-05-20 2006-11-30 Tokimec Inc Automatic steering device for vessel
JP2014012491A (en) * 2012-07-05 2014-01-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Apparatus, method, and program for position control of hull

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