JPS6255293A - 船舶の旋回制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、アンカーハンドリングタグリプライベッセル
のような複数の推進機器を有する作業船の操船に用いら
れる船舶の旋回制御装置に関し、特にバウスラスタ−１
２軸主プロペラ及び２舵の制御により船体中央を中心と
して船位を保持したまま旋回させる船舶の旋回制御装置
に関する。

（従来技術） 従来、アンカーハンドリングタグサ１ライベツセンとし
て知られた石油掘削リグへの資材運搬に用いられる作業
船にあっては、例えば第５図に承りように、２舵１１−
、　Ｉ　Ｒ，２輔可変ピツブプ日ベラ２ｍ、２Ｒ１更に
船首左右方向の横推力を得るバウスラスタ−３３をＲＩ
Ｍしており、これら５つの推力機器は名々独立したレバ
ーによって制御されている。

このような作業船に要求される作業には、石油掘削リグ
に近接した状態でのリグへの資材供給、リグのクレーン
による資材の荷役、またリグを移動、係留するためのア
ンカーハンドリング等があり、これら作業は、風や潮流
等の外乱の中で、その場での旋回、横移動、斜断、定点
保持、そして船首方位の保持等の低速での微妙な操船が
要求されている。

この要求に対し操船者は、ＩＡｔＭｉされている５つの
推力機器の能力を考えつつ、それぞれの制御レバーを状
況に合わせて調整しながら、長時間に口って作業を続（
プることとなり、熟練した操船者にとっても、かなりの
精神的りつ肉体的な０１０を伴なうこととなっていた。

そこで操船者の負担を軒減するため、例えば旋回制御に
ついては、第６図に示すように方位設定ノブ４を設け、
方位設定ノブ４の設定方位ψｉとジャイロコンパス８で
検出したＩ；）体７の船首方位ψとの偏差ψｅを加粋点
５で求め、この方位偏差ψｅを零とするようにＰＩＤ制
御部６によりハウスライター３のピッチ角ｐｂを可変し
て推力Ｔｂを制御する閉ループを構成した装置が考えら
れている。

（発明が解決しＪ：うとする問題点） しかしながら、このようイ【従来の旋回制御装置にあっ
ては、船の前進、後進、斜断等を行なうための操作レバ
ーの伯に旋回制御のための方位設定ノブが必要であり、
また中に設定方位に船首が向くようにバウスラスタ−に
よって旋回させるにＪぎないことから、アンカーハンド
リングタグリプライベラ廿ルにのような作業船に要求さ
れる石油掘削リグに近接した状態で船の（１／Ｍを変え
ずに旋回さＵるという特有の旋回制御を行なうことがで
きず、更に旋回速度を変えることもできないという問題
があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、横推力を発生する船首側のバウスラスタ−１船尾
側に２軸主プロペラ及び２舵を備えた船舶を対象とし、
操作手段として１本のジョイステックレバーのみを備え
、このジョイステックレバーの操作で船位を保持したま
ま自動制御により船体中央を中心に旋回させることがで
きるようにした船舶の旋回制御装置を提供することを目
的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、まずジョイ
ステックレバーの操作で設定される旋回方向（右又は左
）と設定旋回角速度４＞　ｉとに基づいて主プロペラ及
び舵に横移動時の推力及び舵力を発生さｌ！る。

このような横移動時の縦方向の推力バランスを保った状
態でバウスラスタ−に横移動時と逆向きの推力を発生さ
せ、横移動時のモーメントバランスを崩すことで旋回制
御を行なう。この旋回制御は、設定旋回角速度φ１とジ
ャイロコンパスからの船首方位ψを微分して得られる船
体の旋回角速度列との偏差必ｅに基づく角速度制御（Ｐ
Ｉ制御）でバウスラスタ−の推力を制御し、ジョイステ
ックレバーの操作量に応じた旋回速度を得る。

更に、バウスラスタ−と舵によるの旋回制御で−〇　− 横流れか発生することから、横流れを起す見掛は上の前
進推力を打ち消すため、旋回角速度ψの絶対値１ψ１に
比例した後進推７ＪΔ丁を前記横移動制御で後進ＨＦ力
を発生している側の主プロペラに１）０え合わｔ！て発
生さｕｌこれらの制■１をもって船体中央を中心に船位
を保持したまま旋回させるようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例水したブロック図であり、第
５図に示したと同様なバウスラスタ−１２軸主プロペラ
及び２舵を備えた船舶を対象とした制御ブロックを示す
。

まず構成を説明すると、１０はジョイステック入力装置
であり、ジョイステックレバー’１０ａの左右の操作方
向及び操作量（レバー傾斜角）に応じて設定旋回角速度
φｉを出力する。尚、旋回方向については、設定旋回角
速度φｉ信月の信号棒１ノ１等で決まる。

ジョイステック入力装置１０からの設定旋回角速度φｉ
は、横移動制御手段としての機能を持つ左舷ピッチ命令
発生器１２Ｌ、右舷ピッヂ命令発生器１２Ｒ及び舵角発
生器１４のそれぞれに与えられ、横移動時の■カバラン
ス条件を主プロペラ及び舵に与える。

この横移動制御の原理を第２図を参照して説明すると次
のようになる。

第２図は右旋回に利用される左舷方向への横移動制御の
推力及び舵力の発生状態を示す。即ち、左方向への横移
動では、まずバウスラスタ−３に左方向の推力Ｔｂを与
え、同時に移動側に位置する左舷主プロペラ２１−に前
進推力Ｔｐｉを与え、前進推力Ｔｐ１の推力発生により
左舷主プロペラ２Ｌからプロペラ噴流を受ける左側の舵
１Ｌに面舵となる舵角δＯを与え、バウスラスタ−３の
推力Ｔｂによる船体７の旋回モーメントを打ち消すだめ
の旋回舵力「ｎを発生させる。更に右舷１１日ペラ２Ｒ
に後進１１［力Ｔｓｉを与えることによって左舷子プ［
１ペラ２Ｉ−による前進１ｆｆ力と舵抵抗「ｄ及び船体
が横方向に移動する時に動く縦方向力を打ち消し、船体
７を横方向にのみ移動さ１！る。

このＪ：うな横移動制御における前進推力ＴＤｉを発生
するための左舷ピッヂ命令Ｐｐ１が左舷ピッチ命令発生
器１２＋−から出力され、また横移動時の後進推力ＴＳ
１を発生させる右舷ピッチ命令ＰＳｉが右舷ピッチ命令
発生器１２Ｒから出力され、更に横移動時の旋回舵力「
ｎを発生するための舵角命令δＯが舵角発生器１７１か
ら出力されるようになる。

このように主プロペラ２１，２Ｒ及び舵ＩＬ。

１Ｒに横移動制御時の推力及び舵力発生条件を設定する
理由は、本発明にお【）る船体中央を中心とした船体制
御が第２図に示した横移動の状態でバウスラスタ−３の
推力Ｔｂを小さくしていき、更に逆側となる横推力を与
えるように変えたときのモーメン１〜バランスの崩れを
利用して旋回制御を行なわせることに起因する。

このにうな横移動の縦方向の推力・抵抗バランスを保ち
ながらバウスラスタ−３の横方向推力を変えて旋回制御
するため、第１図の実施例においては、ジョイステック
入力装置１０からの設定旋回角速度φｉを目標値として
入力した加締点］８、ＰＩ副制御行なう角速度制御部２
０、バウスラスタ−３、船体７、船体７の船首方４Ｃ１
を検出するジャイロコンパス８、船首方位ψを微分して
船体７の旋回角速度ψを加締点１８に出力する微分アン
プ２２で成る角速度制御ループが設けられる。

第３図はバウスラスタ−推力Ｔｂの角速度制御による右
旋回の制御状態を示した説明図であり、第２図の横移動
時の推力バランスに対し、バウスラスタ−３は逆側とな
る横推力Ｔｂを発生しており、このため横移動における
縦方向のバランスを保持しモーメントバランスを崩すの
で、船体７を重心Ｇを旋回中心として右回りに旋回を起
こす。

このバウスラスタ−３の角速度制御による旋回ＩＪ１バ
ウスラスタ−３に対覆るバウスラスタ−ピッチ命令Ｐｂ
ｏが、角速度制御部２０により設定片ｅに基づいて出力
されることから、ジョイステック１０ａの操作量に応じ
た速度で旋回させることができる。

次に第３図に示したようにバウスラスタ−３の横推力Ｔ
ｂにより旋回させた場合には、バウスラスタ−推力Ｔｂ
により船体７が横流れを起こし、この横流れしながら旋
回することによる見かけ上の前進推力を受けて、前進し
ながら旋回運動を起こすようになる。

そこで横流れによる旋回時の前進を打ち消すため、第１
図の実施例では後進！ｉｌｌ［１１１部２４、分配器２
６及び加算点２８ｍ、２８Ｒで成る後進推力制御部を設
け、バウスラスタ−３による旋回で生ずる横流れを防ぐ
。

ここでバウスラスタ−のみで旋回したときの横流れを説
明すると次のようになる。

第４図は船体固定座標Ｘ、Ｖをもって船の操縦運動方程
式を１ｑるための座標系を示した説明図である。

まず船体中央を原点とした船体固定座標Ｘ、■における
船の運動方程式は、 ■　（ｊ＋　−ｖｒ−ｘＯｒ”　　）　−Ｘ　　　　　
　　・・・（３）ｍ　　（ｖ　＋ｕｒ＋ｘｇｒ　）　−
Ｙ　　　　　　　　　　−（４＞（Ｔｚｚ＋ｍｘｏ”　
　＞　ｒ　＋ｍｘｏ　　（ｖ　＋ｕｒ）　−Ｎ−（５）
で表ねりことができる。尚、ｘＯは船体中央を原点とし
たＸ、■座標における重心Ｇの×座標値であり、またＪ
ＺＺＩにＺｌ軸回の慣性モーメントを表す。

ここで第（３）式に注目してみると、バウスラスタ−３
に推力を与えて旋回さ−Ｖると、バウスラスタ−３によ
る横力Ｙが第（４）式で与えられ、横流れ速度Ｖが生ず
る。また第（５）式からｌ軸回りの旋回モーメントを生
ずるので、旋回角速度ｒが出力される。

このように船体が横流れを起こしながら旋回すると、第
（３）式で示されるｖｒの慣性項が支配的となる。そこ
で、慣性項ｍｖｒをも辺に移項すると、ｍ　　（Ｃ＋−
ｘｇｒ２）　−Ｘ＋ｍｖｒ　　　　　　−（５）となり
、ｖｒ＞　ｏとなるため、この慣性項によって船に大き
な前進力Ｘが働く。

そこで主プロペラによって、慣性項による前進推力を打
ち消すように後進推力Δ丁を加えることで、 ｍ　　（ｊ＋−Ｘ（ｌｒ２＞−Ｘ＋ｍｖｒ＋ΔＴ　　　
−（７）となる関係を持たせ、旋回時の横流れによる前
進推力を後進推力へＴによって防ぎ、船体中央を中心と
した旋回を行なう。

従って、横流れによる前進推力を打ら消すための後進推
力へＴは、第３図のも旋回で後進推力を発生している主
プロペラ２Ｒに上乗せし、後進推力（Ｔ　ｓｉ＋Δ丁）
とすれば良い。

この後進推力へＴについては、右舷主プロペラ２Ｒに対
するピッチ命令ΔＰとして送り出すことができる。従っ
て、後進推力を作り出すピッチ命令ΔＰは、 八Ｐ＝−ＫＦ　１ｖｒｌ　　　　　　　−（８）として
得られる。しかしながら、一般に横流れ速度Ｖは検出し
ずらいので旋回の局面では、Ｖ　（ψ と考え、例えば、 八Ｐ−−Ｋｆ　　ｌψ１　　　　　　・・・（９）のよ
うに旋回角速度１φ１に比例定数Ｋｆｔ！ｊ：１ｌｌ−
け合わせた後進ピッチ命令ΔＰを発生する。

以上の説明で明らかにされたバウスラスタ−による旋回
で生ずる前進推力を打ち消すための後進ピッチ命令ΔＰ
は、第１図の後進制御部２４により、微分アンプ２２か
ら得られた船体７の旋回角速度１φ１に比例した値とし
て出力され、分配器２６に与えられる。分配器２６１ま
、右旋回と左旋回で後進ピッチ命令ΔＰを加締点２Ｆ３
Ｒと２８１−に振り分（）、例えば第３図に示した右旋
回では、分配器２６は加締点２８　Ｒに後進ピッチ命令
ΔＰを出力し、右舷ピッチ命令発生器１２Ｒから出力さ
れた後進ピッチ命令Ｐｓｉに後進ピッチ命令ΔＰを加え
合わ１！た（Ｆ〕Ｓｉ＋ΔＰ）どなる後進ピッチ角命令
Ｐｓを右舷主プロペラ２Ｒに与え、推力ＴＳを得る。ま
た左旋回の際には、分配器２６は後進ピッチ命令ΔＰを
加瞳点２８１−に出力し、左舷ピッチ命令発生器１２ｍ
からの後進ピッチ命令ＰｐｉにΔＰを加えた（Ｐｒｌｉ
＋ΔＰ）となる後進ピッチ命令Ｐｐを、左舷主プロペラ
２Ｌに与えるようになる。

このように第１図の実施例にあっては、主プロペラ及び
舵に対する横移動制御、バウスラスタ−に対する旋回制
御、更に主プロペラに対する後進制御１１１となる３つ
の制御の組み合わけをもって、船体中央を中心とした旋
回制御を行なわ」ジることとなる。このような旋回制御
１こおける推力機器と旋回モードの関係を取りまとめる
と、次表−１のようになる。尚、矢印は舵角Ｏ°を表ず
。

次に第１図の実施例における旋回制御を第３図の右旋回
を例にとって説明する。

ジョイステック入力装置１０におけるジョイステックレ
バー１０ａを右側に倒すと、ジョイステックレバー１０
ａの傾斜角に比例した大きさの設定旋回角速度φｉが出
力される。この設定旋回角速度φｉを受けて左舷ピッチ
命令発生器１２ｍは前進ピッチ命令Ｐｐｉを発生し、ま
た右舷ピッチ命令発生器１２Ｒは後進ピッチ命令ＰＳｉ
を発生ずる。

更に舵角発生器１４は、前進推力を発生する左舷主プロ
ペラ２Ｌ側に舵１Ｌに対する舵角命令δＯを発生して舵
取機１６に与える。勿論、これらのピッヂ命令Ｐｐｉ、
　Ｐｓｉ及び舵角命令δＯは、第２図に示した横移動時
の値をとる。

一方、加締点１８からは、設定旋回角速度φｉと船体７
の旋回角速度φとの偏差φｅが出力され、角速度制御部
２０は偏差φｅに応じたＰＩ制御をもってハウスラスタ
ーに横推力を発生するためのバウスラスタ−ピッチ命令
Ｐｈｏｔ与え、バウスラスタ−推力Ｔｂを与えて船体７
の旋回を開始する。

一方、船体７の旋回で得られる旋回角速度ψに基づいて
後進制御部２４からは、その絶対値１φ１に比例した後
進ピッチ命令ΔＰが出力され、この右旋回時にあっては
、分配器２６は加締点２８Ｒ側に切換っているため、右
舷ピッチ命令発生器１２Ｒからの後進ピッヂ命令ＰＳｉ
にΔＰを加え合ねせた後進ピッチ命令ｐｓ　　（＝ｐｓ
ｉ十ΔＰ）を右舷主プロペラ２Ｒに供給し、バウスラス
タ−３の旋回による横流れで生ずる前進推力を打ち消し
、この結果、船体７の中央を中心としだも旋回が前後左
右いずれの方向への移動を起こすことなく定点位置で行
なわれる。

次に左旋回のためにジョイステックレバー１０ａを左側
に倒したとすると、前記衣−１に示したような主プロペ
ラ及び舵の制御状態となり、右旋回の場合と同様にして
船位を保持しながら船体中央を中心とした左旋回を行な
うことができる。

尚、上記の実施例にあっては、主プロペラ及びバウスラ
スタ−のピッチ角の制御で旋回のための推力条件を作り
出しているが、固定ピッチのバウスラスタ−及び主プロ
ペラを使用しても良く、固定ピッチの場合には旋回方向
に応じてプロペラ回転方向を切換えると共に、プロペラ
回転数の制御で可変ピッチの場合と同様な推力条件を作
り出せば良い。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、設定旋回角速
度として与えられる旋回指令に対し、横移動時の推力及
び旋回舵力を主プロペラ及び舵によって作り出した状態
でバウスラスタ−の推力を制御し、１つバウスラスタ−
及び舵の使用等による横方向力により発生した横流れし
ながら旋回することによる児かｉＪ」−の前進推力を旋
回角速度の絶対値に比例した後進１１を力の付加で打６
ｔＨすようにしたため、ジョイステックレバー１本の操
作で船体中央を中心とした旋回制御を船位を保持したま
ま行なうことができ、石油掘削リグ等に対する荷物の積
み下ろしで定点を保持しながら、船体の向きを自由に変
えることができるため、荷役作業が極めて行ない易く、
また操作者もレバー１本の操作で位置を変えることがで
きるため、その労力負担を大幅に軽減することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロック図、第２図
は横移動時（左方向）の推力状態の説明図、第３図は右
旋回における推力状態の説明図、第４図ＩＪ、船体の運
動方程式を得るための座標説明図、第５図は２軸主プロ
ペラ、２舵及びバウスラスタ−を備えた船の説明図、第
６図は従来の旋回制御装置を示したブロック図である。 １１．１Ｒ：舵 ２Ｌ：左舷主プロペラ ２Ｒ：右舷主プロペラ ３：バウスラスタ− １０：ジョイステック入力装置 １０ａ：ジョイステックレバー １２Ｍ左舷ピッチ命令発生器 １２Ｒ：右舷ピッチ命令発生器 １４：舵角発生器 １６：舵取機 １８．２８Ｌ、２８Ｒ：加眸点 ２０：角速度制御部 ２２：微分アンプ ２４：後進制御部 ２６：分配器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 船首側に左右方向の横推力を発生するバウスラスターを
   備えると共に船尾側に前後推力を発生する一対の主プロ
   ペラ及びプロペラ噴流を受けて旋回舵力を発生する一対
   の舵を備え、該バウスラスター、主プロペラ及び舵の制
   御により船体中央を中心に船位を保持したまま旋回させ
   る船舶の旋回制御装置に於いて、 ジョイステックレバーの操作に応じ旋回方向および設定
   旋回角速度を出力する旋回角速度設定手段と、 該旋回角速度設定手段の旋回方向に応じて前記主プロペ
   ラの一方に前記設定旋回角速度に応じた横移動時の前進
   推力を発生させると共に主プロペラの他方に横移動時の
   後進推力を発生させ、更に、横移動時の前進推力を発生
   する主プロペラ側の舵に横移動時のバウスラスター発生
   推力による旋回モーメント打消用の旋回舵力を発生する
   舵角を与える横移動制御手段と、 前記設定旋回角速度とジャイロコンパスからの船首方位
   を微分して得た船体の旋回角速度との偏差に応じて前記
   バウスラスターに横移動時とは逆向きの横推力を発生さ
   せる旋回制御手段と、前記船体の旋回角速度の絶対値に
   比例した後進推力を前記横移動制御手段により後進推力
   を発生している側の主プロペラに加え合わせて発生させ
   る後進推力制御手段とを備えたことを特徴とする船舶の
   旋回制御装置。