KR100827396B1 - 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법 - Google Patents
선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100827396B1 KR100827396B1 KR1020060112166A KR20060112166A KR100827396B1 KR 100827396 B1 KR100827396 B1 KR 100827396B1 KR 1020060112166 A KR1020060112166 A KR 1020060112166A KR 20060112166 A KR20060112166 A KR 20060112166A KR 100827396 B1 KR100827396 B1 KR 100827396B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- parametric
- wave
- roll
- ship
- rudder
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 36
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 16
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 14
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 9
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 6
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 6
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 4
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 101100272667 Xenopus laevis ripply2.2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
- B63H25/06—Steering by rudders
- B63H25/38—Rudders
- B63H25/382—Rudders movable otherwise than for steering purposes; Changing geometry
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
- B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B2203/00—Communication means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
본 발명은 파라메트릭 횡동요 DB와 파라메트릭 횡동요 제어로직을 갖는 제어컴퓨터를 이용하여 파라메트릭 횡동요를 예측하고, 파라메트릭 횡동요의 발생을 미연에 방지할 수 있고, 파라메트릭 횡동요 발생 도중에 능률적으로 감쇄시킬 수 있는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치는 선박의 선미에 설치된 러더와; 상기 러더의 조타를 동작시키기 위한 스티어링장치와; 상기 스티어링장치에게 선박에 설치되어 있는 자이로콤파스로 부터의 선수각 및 선수각속도를 입력변수로 하여 오토파일럿 러더각(
)으로서 동작명령을 하달하여 선수각을 제어하는 오토파일럿과; 선박의 운항조건인 흘수, 메타센타높이(이하, GM이라 칭함)와 선속을 감시하는 운항조건감시부; 상기 선박의 항주 중에 만나는 파도를 감시하는 파도감시장치를 가지며, 이로부터 입력받은 파향, 파고, 파주기 및 조우주기 그리고 파라메트릭 횡동요 DB를 이용하여 파라메트릭 횡동요 경보부에서는 파라메트릭 횡동요를 예측하고, 상기 파라메트릭 횡동요를 감쇠하도록 피드백 제어를 이용해 산출된 조작변수 러더각(
)으로 상기 스티어링장치에 동작명령을 하달하는 파라메트릭 횡동요 제어컴퓨터와; 상기 제어컴퓨터에 접속되어 신호 변환 또는 정보 전달을 수행하는 통신컨버터와; 상기 선박의 횡동요각, 횡동요각속도를 계측하여 상기 통신컨버터를 통해 상기 제어컴퓨터에 전달하는 동요계측장비를 포함한다.
파라메트릭 횡동요, 파도감시장치, 오토파일럿, 방지장치
Description
도 1은 종래 기술에 따른 타를 이용한 선박의 횡동요감쇄방법 및 그 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2의 파라메트릭 횡동요 DB에 저장된 예시적인 파라메트릭 횡동요 현상 발생 영역도이다.
도 4는 GM 변화에 따른 불안정성 영역을 표시한 마티유 안정화도(Mathieu Stability Diagram)이다.
도 5는 도 2의 파라메트릭 횡동요 제어부의 피드백 제어에 의해 동요계측장비로부터 입력된 횡동요각 및 횡동요각속도에 대응하여 횡동요를 감쇄시키기 위한 러더제어와 그에 따른 실제 러더 움직임을 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 가동하지 않은 규칙파도중의 상태도이다.
도 7은 본 발명의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 초기부터 가동한 규칙파도 중의 상태도이다(파라메트릭 횡동요 방지 모드중 초기방지모드).
도 8은 본 발명의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 발생한 파라메트릭 횡동요 도중에 가동한 규칙파도중의 상태도이다(파라메트릭 횡동요 방지 모드중 발생감쇄모드).
도 9는 본 발명의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 가동하지 않은 불규칙파도 중의 상태도이다.
도 10은 본 발명의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 발생한 초기부터 가동한 불규칙파도중의 상태도이다(파라메트릭 횡동요 방지 모드중 초기방지모드).
도 11은 본 발명의 파라메트릭 횡동요 방지장치의 방지방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 선박 3 : 오토파일럿
3b : 자이로콤파스 4 : 스티어링장치
5 : 러더 10 : 제어컴퓨터
12a : 파도감시장치 15a : 동요계측장비
20 : 통신컨버터
본 발명은 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화물을 운송하는 선박은 대양에서 항주 중에 파도를 만나게 된다. 선박은 항상 움직이는 파도 중에 놓여 있기 때문에 파도에 의해 선박이 받게 되는 외력에 의한 운동, 또는 파도에 의한 동요를 하게 된다. 이러한 선박의 운동 또는 동요는 통상적으로 6-자유도 운동으로 설명될 수 있다.
6-자유도 운동은 도 1에 도시된 바와 같이, X축방향의 전후동요(Surge)와; Y축방향의 좌우동요(Sway)와; Z축방향의 상하동요(Heave)와; X축방향을 기준으로 좌우교대로 회전하려는 횡경사 운동인 횡동요(Roll)와; Y축방향을 기준으로 선박의 선수 및 선미가 상하로 교대로 회전하려는 운동인 종동요(Pitch)와; Z축방향을 기준으로 선수가 좌우 교대로 선회하려는 운동인 선수동요(Yaw)로 이루어져 있다.
여기서, 횡동요는 횡동요각(화이 : 
)으로 계측되고, 종동요는 종동요각(쎄타 : 
)으로 계측되고, 선수동요는 선수각(프사이 : 
)으로 계측된다.
횡동요는 파도에 의한 외력에 따라 운동량이 증가 또는 감소의 경향을 반복한다. 만일 선박이 선수파(head sea) 상태로 운항할 경우, 횡동요 운동을 유기할 수 있는 파도에 의한 외력을 작용 받지 않으므로, 횡동요 운동은 거의 발생하지 않는다.
종래 기술에 따른 타를 이용한 선박의 횡동요감쇄방법 및 그 장치는, 본 출원인에 의해 1996년 공개번호 제13933호로서 개시된 것으로서, 운항경로를 조정하기 위한 타(5)와; 이런 타(5)를 구비한 선박(1)과; 이런 선박(1)의 횡동요특성 감지에 대응하게 타(5)의 동작경보를 출력하는 횡동요분석기(2)와; 이런 횡동요분석 기(2)의 타(5)의 동작경보에 따라 타(5)를 작동시키는 오토파일럿(3)과, 상기 오토파일럿(3)과 상기 타(5)의 사이에서 타(5)에게 동력을 전달하도록 결합된 스티어링장치(4)를 포함한다.
여기서, 오토파일럿(3)은 선박(1)의 운동을 계측하는 장비로부터 얻어진 선수각(yaw angle) 및 선수각속도(yaw rate)를 이용하여 장주기로 선박(1)의 선수각을 제어하도록 되어 있다.
또한, 횡동요분석기(2)는 횡동요주기와 진폭을 측정하는 횡동요계측기(2a)와, 측정된 횡동요주기와 진폭에 대한 아날로그신호를 디지털데이터로 변환하는 A/D컨버터(2b)와; 변환된 디지털데이터에 대응하는 상기 타(5)의 동작을 결정하고 상기 결정된 상기 타(5)의 동작을 상기 오토파일럿(3)으로 출력하는 타의 동작정보 결정수단(2c)을 구비한다.
한편, 다른 종래 기술에는 파도에 의한 외력인 파강제력으로 인해 발생되는 횡동요(roll)를 감쇄 또는 저감시키기 위한 안정화장치가 선박에 사용되고 있다.
예컨대, 종래 기술에 따른 안정화장치에는, 수동장치인 빌지킬(bilge keel), 이동질량 감요장치(Mass Driving Anti-Rolling Device), 감요탱크(ART : Anti-Rolling Tank), 핀 안정화 장치(Fin Stabilizer System), 선박 횡동요 안정화기(Rudder Roll Stabilization), 선박의 감요장치(Rolling Reducing Device for Vessel), 선체의 감요 시스템(Rocking Reduction System for Hull) 등이 있다.
여기서, 종래 기술에 따른 핀 안정화 장치는 특수선인 500톤급 함정 등에 장착되어 있되, 선체의 양측에 설치된 유압유니트와, 유압유니트에 연결되어 회동 가 능한 핀 또는 핀 블레이드(fin blade)와, 상기 유압유니트를 제어하기 위한 핀 제어반을 포함하여, 함정속도와 연계하여 핀 각을 제어하는 방식으로 파랑 중 함정의 안정화를 도모하도록 구성되어 있다.
또한, 종래 기술에 따른 선박의 감요장치는 조타작동(steering operation)에 의해 발생되어 내측으로 기울어지려는 것을 활성화시키는 가운데 선박의 횡동요를 감쇄시키기 위한 계산부의 구성을 위해 통계적 제어이득(control gain) 준비수단과; 제어이득 저장수단과; 제어 실행수단으로 이루어져 있는 제어장치를 갖는다. 여기서, 통계적 제어이득 준비수단은 방위각센서, 횡동요센서, 선박속도센서, 조타각센서, 및 경로설정장치에 의해 주어진 신호로부터 제어모델의 제어이득을 연산하도록 되어 있고, 제어 실행수단은 목표에 대응한 실제 감지값의 편차값으로부터 조타각 명령값을 계산하도록 되어 있다. 따라서, 러더를 움직이는 액추에이터는 상기 계산된 조타각 명령값을 받아 작동한다.
또한, 종래 기술에 따른 선체의 동요감쇄 시스템은, 선택적으로 선박 조타조건과 해양 기상상태에 대응하여 최적의 동요감쇄제어를 수행하고, 동요를 최소로 줄이기 위한 동력 소모를 최소로 하는 대신, 능률적으로 선체의 거대한 동요를 줄이고자 시도하였다.
이를 위한 종래 기술에 따른 선체의 동요감쇄 시스템의 구성을 살펴보면, 선체의 동요감쇄 시스템은, 핀(fin)과 러더(rudder)를 선택적이면서 종합적으로 제어할 수 있는 통합제어장치와; 오직 핀을 기반으로 횡동요값을 제어하는 단일 동요감쇄제어 핀과; 횡동요값, 선수각 및 선수값(value)을 기반으로, 핀 제어를 실행하지 않는 대신 러더 제어만을 실행함에 따라 복합 동요감쇄 제어용 단일 러더와; 횡동요 값, 선수각 및 선수동요를 기반으로 동시에 핀제어와 러더제어를 실행하기 위한 통합 복합 동요제어로 이루어져 있다.
그러나, 종래 기술에서 언급된 안정화장치들은 모두 파도에 의한 외력인 파강제력으로 인해 발생되는 횡동요를 감쇄시키기 위한 수단을 제시할 뿐, 실질적으로 파강제력에 의한 횡동요와 다르게 이해되고 구별되는 자연 현상인 파라메트릭 횡동요(parametric rolling)와 관련된 내용을 포함하고 있지 않아, 파강제력에 의한 횡동요 보다 큰 파라메트릭 횡동요로부터 선박을 안전하게 보호할 수 없는 단점을 갖는다.
파라메트릭 횡동요는 선박 횡동요 고유주기의 반(half)이 되는 조우주기(이하, 파라메트릭 횡동요 주기라 칭함)의 파도를 선박이 만나는 경우에 발생되는 현상으로 이해된다. 이런 파라메트릭 횡동요는 선박의 운항 중에 선수미 선형의 변화가 심함에 따라, GM 이 급격하게 변화되어, 이에 따른 선박의 불안정성에 의해 발생하게 되며, 1분 이내의 짧은 시간에 각도 20 또는 25도 이상으로 급격히 발생된다. 여기서, GM은 선박의 무게중심인 CoG(Center of Gravity)와 모멘트의 중심인 M사이의 거리를 의미하는 것으로서, 선박의 복원력의 정도와 관련 있다.
따라서, 파라메트릭 횡동요는 선체에 적재하고 있는 화물에 손상을 주거나 선박의 안전에 해를 줄만큼 엄청난 위력을 갖고 있다.
그럼에도 불구하고, 핀안정화 장치와 감요장치를 제외한 종래 기술에 따른 안정화장치들은 파라메트릭 횡동요에 대항하여 적극적으로 선박 안정화를 도모할 수 있는 구성을 갖고 있지 않으므로, 실질적으로 파라메트릭 횡동요의 발생을 방지하거나 또는 발생된 파라메트릭 횡동요를 효과적으로 감쇄시킬 수 없는 단점을 갖는다.
또한, 종래 기술 중에서 핀안정화 장치와 감요장치는 발생된 파라메트릭 횡동요를 감쇄시키는데 사용할 수 있을지언정, 파라메트릭 횡동요를 예측할 수 있는 시스템을 갖고 있지 않아서, 파라메트릭 횡동요의 예측이 어렵기 때문에, 효과적으로 파라메트릭 횡동요를 제어하는 것이 불가능하다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명의 목적은, 파라메트릭 횡동요 DB, 파도정보를 입력받을 수 있는 파도감시장치, 선박의 운항정보를 입력받을 수 있는 운항감시장치, 동요 계측값을 입력받을 수 있는 동요계측장비와 파라메트릭 횡동요 제어로직을 갖는 제어컴퓨터를 이용하여 파라메트릭 횡동요를 예측하고, 파라메트릭 횡동요의 발생을 미연에 방지할 수 있는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 파도감시로직에 의해 입력받은 파도정보를 바탕으로 작동모드를 선택할 수 있는 작동모드(mode)선택 인터페이스와 파라메트릭 횡동요 경보부를 이용하여, 오토파일럿 제어로직, 파라메트릭 횡동요 제어로직 중 어느 하나를 선장으로 하여금 선택케 함에 따라, 러더 작동 동력의 효율적인 사용을 유도할 수 있고, 파라메트릭 횡동요 발생 도중에서도 파라메트릭 횡동요를 감쇄 및 제거시킬 수 있는 효과적인 선박의 파라메트릭 횡동요 방지방법을 제공한다.
앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적들은, 선박의 선미에 설치된 러더와; 상기 러더의 조타를 동작시키기 위한 스티어링장치와; 상기 스티어링장치에게 선수각을 제어하기 위한 조작변수 오토파일럿 러더각(
)으로 동작명령을 하달하는 오토파일럿과; 상기 선박의 항주 중에 만나는 파도를 감시하는 파도감시장치를 갖는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치에 있어서, 상기 파도감시장치로부터 파도감시부를 통해 입력받은 파향, 파고, 파주기, 조우주기 등의 파도정보, 운항조건감시부로부터 입력받은 흘수, GM, 선속 등의 운항정보와 상기 선박의 파라메트릭 횡동요 DB(데이터베이스)를 이용하여 파라메트릭 횡동요를 예측하고, 상기 파라메트릭 횡동요를 감쇠하도록 산출된 조작변수 러더각(
)으로 상기 스티어링장치를 제어하는 제어컴퓨터와; 상기 제어컴퓨터에 접속되어 신호 변환 또는 정보 전달을 수행하는 통신컨버터와; 상기 선박의 횡동요각, 횡동요각속도를 계측하여 상기 통신컨버터를 통해 상기 제어컴퓨터에 전달하는 동요계측장비를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 그에 의한 방지방법에 의해 실현된다.
또한, 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 파라메트릭 횡동요 방지장치에 따른 실시예는 선체(1)에 기 설치된 일반적인 구성요소와; 파라메트릭 횡동요 방지 또는 감쇄를 위한 구성요소로 구분될 수 있다.
기 설치된 일반적인 구성요소는, 선박(1)의 선미에 설치된 러더(5)와; 이런 러더(5)의 조타를 동작시키기 위한 스티어링장치(4)와; 이런 스티어링장치(4)에게 선박에 설치되어 있는 자이로콤파스(3b)로부터의 선수각 및 선수각속도를 입력변수로 하여 오토파일럿 러더각(
)으로서 동작명령을 하달하여 선수각을 제어하는 오토파일럿(3)과; 이런 오토파일럿(3)의 제반적인 작동 제어를 위한 오토파일럿 제어로직을 포함한다.
이와 함께 사용할 본 발명 관련 파라메트릭 횡동요 방지 또는 감쇄를 위한 장치적 구성요소는 선박(1)의 항주 중에 만나는 파도에 대한 파향, 파고, 파주기 등의 파도정보를 출력하는 파도감시장치(12a, 예 : 선박에 설치된 안테나 장치, X-band 레이다, 레이다 신호 변환장치, 입력받은 레이다 정보를 이용하여 파도정보 또는 파도조건을 산출하는 해석프로그램과 같은 구성을 갖는 장치로서 상품명 : Wavefinder 등을 의미함)를 포함한다.
또한, 다른 장치적 구성요소에는, 상기 파도감시장치(12a)로부터 파도감시부(12)를 통해 입력받은 파도 정보, 입력받은 운항조건 정보와 파라메트릭 횡동요 DB(19)를 이용하여, 파라메트릭 횡동요 발생영역을 파악하거나, 파라메트릭 횡동요를 예측하고, 이를 방지하거나 억제하도록 조작변수 러더각(
)으로 상기 스티어링장치(4)를 제어하는 제어컴퓨터(10)가 있다.
또 다른 장치적 구성요소에는 상기 제어컴퓨터(10)에 접속되어 신호 변환 또는 정보 전달을 수행하는 통신컨버터(20)가 있다.
그리고, 본 발명의 장치적 구성요소는 항주 중인 상기 선박(1)의 횡동요 각(
), 횡동요각속도(
)를 계측하여 상기 통신컨버터(20)를 통해 상기 제어컴퓨터(10)에 전달하는 동요계측장비(15a)를 포함한다.
또한, 본 발명에서 도시되어 있지 않지만, 실제로 러더(5)의 각도를 계측하는 별도의 러더각 계측기(도시 안됨)가 본 발명에서 더 사용될 수 있다.
제어컴퓨터(10)는 컴퓨터의 기본적인 연산, 출력, 통신 등의 구성요소를 갖되, 소프트웨어 또는 하드웨어로 더 구비되어 하기에 설명할 구성과 함께 파라메트릭 횡동요에 대하여 적극적인 방지 또는 감쇄제어를 수행하도록 되어 있다.
제어컴퓨터(10)는 조타실에 기 설치된 운항시스템에 접속되어 있어서, 선박 운항시에 검출 가능한 선박 운항 상태값[예 : 흘수, GM, 선속(선박속도) 등]을 운항조건 감시부를 통해 입력받도록 구성된다.
제어컴퓨터(10)는 작동모드선택 인터페이스(11), 파도감시부(12), 운항조건감시부(13), 파라메트릭 횡동요 경보부(14), 동요계측부(15), 파라메트릭 횡동요모드선택 인터페이스(16), 동요계측장비(15a)로부터 입력받는 동요계측 값을 가지고 피드백(feedback) 제어를 수행하기 위한 피드백제어부(17a, feedback controller)를 갖는 파라메트릭 횡동요 제어부(17), 데이터 입출력부(18), 파라메트릭 횡동요 DB(19)를 구비한다.
작동모드선택 인터페이스(11)는 가시적으로 제어컴퓨터(10)의 디스플레이패널에 GUI(Graphic User Interface)형식으로 표현되거나, 별도의 제어조작반 형식으로 구성되는 것으로서, 선박(1)의 선장에게 파라메트릭 횡동요 방지모드, 오토파일럿 작동모드 중에서 선택된 것에 대응한 모드선택신호를 입력처리하는 역할을 담당 한다.
또한, 작동모드선택 인터페이스(11)는 디스플레이패널을 통해 초기화면 또는 작동모드화면을 출력하면서, 해당 작동모드화면상에 각종 데이터 또는 정보를 표시한다.
예컨대, 작동모드선택 인터페이스(11)를 통해 보여질 각종 데이터는, 파라메트릭 횡동요 발생영역의 화상정보, 파도감시장치(12a)로부터 입력된 파도정보의 화상정보, 선박에 기 설치된 운항시스템에서 입력받은 운항조건을 표시하는 화상정보, 파라메트릭 횡동요 예측 및 경보를 위한 화상정보, 파라메트릭 횡동요 방지 작동 상태의 화상정보, 발생된 파라메트릭 횡동요의 감쇄를 비주얼하게 보여는 화상정보, 사전에 디자인된 화면 구성을 통해 배열되는 각종 시간별 계측값[예 : 선수각(
)에 관한 현재값 또는 목표값, 횡동요각(
)에 관한 현재값 또는 목표값]의 화상정보, 파라메트릭 횡동요 예측 및 경보를 위한 화상정보 등이다.
파라메트릭 횡동요 제어부(17)는 하기에 상세히 후술할 파라메트릭 횡동요 방지방법을 제어컴퓨터(10)에 의해 실현하도록 구성되어 있다.
또한, 파라메트릭 횡동요 제어부는 파라메트릭 횡동요모드선택 인터페이스(16)를 통해 입력되는 입력값에 대응하게 최종적으로 파라메트릭 횡동요를 제어할 방법을 결정하고, 가시적으로 작동모드선택 인터페이스(11)에서 추가로 활성화된 GUI형식으로 표현되어 있고, 작동모드선택을 위한 제어조작반 아래에 추가로 파라메트릭 횡동요모드선택 인터페이스를 위한 조작반의 형식으로 별도 구성될 수 있고, 결국, 선박(1)의 선장에게 파라메트릭 횡동요 방지모드중 초기방지모드, 발생 감쇄모드 중에서 선택된 것에 대응한 모드선택신호를 입력처리하는 역할을 담당한다.
또한, 파라메트릭 횡동요모드선택 인터페이스(16)는 디스플레이패널을 통해 작동모드선택 인터페이스(11)를 통해 활성화된 작동모드화면에 추가로 출력하면서, 해당 작동모드화면상에 각종 데이터 또는 정보를 표시한다.
피드백제어부(17a)는 제어컴퓨터(10)에 의해 PID 컨트롤러와 같은 피드백 제어를 수행하되, 파라메트릭 횡동요 제어로직에 저장된 파라메트릭 횡동요 방지 또는 감쇄를 위한 각도변화(예 : 현재값에서 목표값을 뺀 사이각)용 제어변수가중치, 각속도(rate)용 제어변수가중치, 각가속도용 제어변수 가중치와 각도보정용 제어변수 가중치를 가지고, 입력된 횡동요각(
) 및 횡동요각속도(
), 미분을 이용한 횡동요각가속도 그리고 적분을 이용한 횡동요각도보정값과의 피드백 제어 연산과정을 통해서, 파라메트릭 횡동요 방지 또는 감쇄 조작변수 러더각(
, 이하 조작변수 러더각이라 칭함)을 산출하는 작동을 수행한다.
피드백제어부(17a)는 동요계측장비(15a)로부터 전달된 횡동요각(
), 횡동요각속도(
)의 아날로그 신호가 데이터 입출력장치(18a)를 통해 제어컴퓨터(10)내에 설치된 A/D 변환장치(18b)로 올라오게 되고, 최종적으로 디지털 신호로 변환되어 횡동요각(
), 횡동요각속도(
)를 입력받도록 구성된다.
스티어링장치(4)에 전달되는 최종 러더각(
)은 조작변수 러더각(
)과, 오토파일럿(3)에 의해 산출된 러더각(
, 오토파일럿 러더각이라 칭함)의 합이 될 수 있다.
파도감시부(12)는 파도감시장치(12a)에게 요청한 데이터 형식의 파향, 파고, 파주기, 조우주기를 파도감시장치(12a)로부터 시간별로 입력받은 후, 파라메트릭 횡동요 제어부(17)와 파라메트릭 횡동요 경보부(14)에 시간(sec)별로 입력시키는 역할을 수행한다.
데이터 입출력부(18)는 앞서 언급한 각종 신호 또는 데이터의 입출력에 관여하는 것으로서, 미리 사전에 정해진 주지의 신호 또는 데이터 입출력 프로세스나, 작동모드선택 인터페이스(11)와 연계하여 사용자(예 : 선장)가 요구하는 데이터 또는 지시한 명령을 수령하여 파라메트릭 횡동요 제어부(17)에게 전달하는 역할을 수행한다.
또한, 데이터 입출력부(18)는 통신컨버터(20)를 통해 전달받거나 파도감시부(12)에서 수령된 각종 계측값을 제어컴퓨터(10)의 내부 시스템 버스를 통해 상호 전달시키는 역할을 수행한다.
또한, 데이터 입출력부(18)는 파라메트릭 횡동요 제어부(17)의 작동 도중에 피드백제어부(17a) 등이 산출한 값[예 : 조작변수 러더각(
)]을 A/D 변환장치(18b)를 통해 디지털 신호로 변환하고 이를 데이터 입출력장치(18a)로부터 출력된 신호가 통신컨버터(20)를 통해 스티어링장치(4)에게 전달하는 역할을 수행한다.
파라메트릭 횡동요 경보부(14)는 파도감시부(12)를 통해 파도감시장치(12a)로부터 입력받은 파향, 파고와 파주기 또는 파주기로부터 선박속도를 고려한 조우주기를 선박 횡동요 고유주기와 비교 체크하거나; 또는 선박 횡동요 고유주파수와 조우주파수를 비교 체크하는 방식을 이용해 파라메트릭 횡동요 발생영역 또는 발생 가능영역을 예측한 후, 이를 작동모드선택 인터페이스(11) 또는 주지의 경고수단(예 : 알람 스피커, 경광등)을 통해 출력시키면서 경고를 하는 역할을 수행한다.
특히, 파라메트릭 횡동요 경보부(14)는 조우주기를 선박 횡동요 고유주기에 비교하고, 그 선박 횡동요 고유주기의 반이 되는 값을 체크하는 방식으로 파라메트릭 횡동요 주기와 그에 대응한 파라메트릭 횡동요 발생영역을 파악한다.
파라메트릭 횡동요 DB(19)는 통상의 데이터베이스관리시스템(DBMS)과 같은 DB관리수단의 기록, 저장, 관리, 전달(passing), 가공 등의 기능에 의해서, 각종 실험값 항목, 화상정보 항목, 색인 항목(INDEX) 별로 관리될 수 있다.
예컨대, 실험값 항목에는 상기 선박에 대해서 흘수, GM, 선박 속도, 횡동요 고유주기, 파고, 파도 주기, 파향과 선수각의 차이인 회두각 등을 조합하여, 사전에 미리 반복된 실험(예 : 시뮬레이션, 대형수조실험, 수치해석 등)을 통해 파라메트릭 횡동요 현상을 분석하여 얻은 실험값이 저장된다. 예컨대, 실험값으로는 흘수, GM, 횡동요 고유주기, 선박속도, 파라메트릭 횡동요 주기, 파향, 선수각, 회두각, 파도 주기, 파고, 파라메트릭 횡동요 각도 등이 될 수 있다.
화상정보 항목에는 파라메트릭 횡동요 발생영역의 화상정보 또는 이와 유사하며 본원발명을 통해 제작 가능한 화상정보가 저장된다.
색인 항목에는 앞서 언급한 데이터의 검색, 적출, 저장, 가공을 위한 색인 정보가 저장된다.
통신컨버터(20)는 기본적으로 횡동요각(
), 횡동요각속도(
)와 같은 아날로그계측신호를 디지털데이터로 변환하여 제어컴퓨터(10)에게 전달하는 A/D컨버팅 기 능과; 제어컴퓨터(10)에서 산출된 조작변수 러더각(
)과 같은 디지털데이터를 스티어링장치(4)가 인식할 수 있는 통신규격으로 변환하여 전송하는 프로토콜 변환기능을 갖도록 제작되어 있다.
동요계측장비(15a)는 주지의 6축 자이로콤파스(3b) 등의 센서를 사용하여 선수동요, 횡동요 및 종동요 각도 그리고 각속도를 계측할 수 있으며, 데이터 입출력부(18) 및 통신컨버터(20)에 접속되어 있다.
이하, 파라메트릭 횡동요의 이해를 돕기 위해 더욱 상세하게 설명하도록 하겠다.
도 3에 도시된 예와 같이, 파라메트릭 횡동요 발생영역(Q)은 선박속도, 파고, 배길이로 무차원화한 파주기(Lw/LBP)에 따라서 넓은 영역에 분포하고 있다.
조우주기는 선박이 움직이는 도중에 만나는(encounter) 파의 주기로서, 파주기에 비해 선박속도만큼의 먼저 접하게 된다.
파라메트릭 횡동요각은 약 8∼25도(deg) 사이이다. 만일 GM 조건이 다른 경우 파라메트릭 횡동요각이 25도를 넘기도 한다.
이런 파라메트릭 횡동요는 선수미 현상의 변화가 심한 고속선(예 : 여객선, 컨테이너선 등)의 경우에 주로 발생하고 있으나, 대형 화물 선박에서도 선수미 선형의 변화가 심함에 따라 GM이 크게 변화될 경우, 불안정성에 대한 영역을 선박에게 제공한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 불안정성에 대한 영역은 마티유 안정화도(Mathieu Stability Diagram)로 표시될 수 있다. 이는 마티유 방정식에 의해 얻어진 분포도로서, 안정한 영역과 불안정한 영역으로 나뉘어진다. 도 4의 가로방향은 하기의 [수학식 1]인 조우주파수(
)와 선박 횡동요 고유주파수(
) 비의 제곱을 의미하고, 세로방향은 [수학식 2]같이 GM의 변화량과 관련이 있다.
여기서, 
는 파주파수(rad/sec), 
는 선박의 전진속도(m/sec), g는 중력가속도, 
는 회두각으로서 선박의 진행방향인 선수각과 입사파도 파향의 사이각이다.
도 4에 보이는 제1차성분 영역이 실제 해역에서 발생될 수 있고, 그러할 가능성이 가장 높다. 만일, 선박 횡동요 고유주파수(
)와 조우주파수(
) 비가 1/2일 때 비감쇠(un-damping)라면 항상 불안정하게 된다. 그리고, 감쇠(damping)가 있는 경우에는 GM의 변화가 있어야 불안정해짐을 알 수 있다.
부연 설명하면, 횡동요 감쇠가 없다면, 조우주기가 선박 횡동요 고유주기의 1/2일 때 횡동요 방정식은 불안정해지고, 결국 조그마한 입력에도 발산하는 상태가 된다.
또한, GM의 변화가 크다면, 조우주기가 공진주기의 1/2이 되지 않는 주기에서도 불안정한 영역이 존재함을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 조작변수 러더각()을 산출하고, 오토파일럿 러더각(
)을 고려하여 러더를 제어할 때 발생되는 순간적인 횡동요 모멘트를 파라메트릭 횡동요의 방지 또는 감쇄에 사용한다.
선박의 무게중심과 러더에서 작용하는 힘의 작용점은 서로 높이 방향으로 차이가 있으며, 러더에서 발생되는 직압력에 의해 순간적으로 상기 횡동요 모멘트가 발생된다. 따라서, 실제 선박에서 발생하고 있는 파라메트릭 횡동요의 반대방향으로 상기 횡동요 모멘트를 줄 수 있도록 제어하게 되면 선박에 가해진 파라메트릭 횡동요를 방지 또는 감쇄시킬 수 있다.
예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 파라메트릭 횡동요 제어를 위해서는, 앞서 언급한 동요계측장비의 계측값을 피드백제어부에서 사용하여 파라메트릭 횡동요에 대해 반대되는 방향으로 러더를 움직이게 한다.
이때, 선수각(
)을 제어하기 위해 러더를 사용하는 것과 다른 방식, 즉 하기에서 후술할 파라메트릭 횡동요 방지방법과 같이 피드백제어부에 정립된 제어방정식에 대응하게 조작변수 러더각(
)을 산출하고, 그 산출된 조작변수 러더각(
)에 대응하게 러더를 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 명령값과 실제값 사이의 러더각 편차는 주지의 보정을 통해 제어될 수 있다.
도 6에 보이듯이, 기존에 선박에 설치되어 있는 오토파일럿만을 이용하여 러더를 선수각 제어에만 사용하는 경우에는, 파라메트릭 횡동요 발생영역에서 선박이 규칙파 중에 큰 파라메트릭 횡동요를 갖게 됨을 알 수 있다.
이와 반면, 도 7에 보이듯이, 본 실시예의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 규 칙파 중에 선박의 운항 초기부터 가동시킬 경우, 파라메트릭 횡동요가 아예 발생되지 않아 방지되었음을 알 수 있다. 즉, 도 7은 도 6에서 도시한 결과와 동일한 파라메트릭 횡동요 발생영역에서 파라메트릭 횡동요 방지장치를 초기부터 가동한 결과이며, 도 6에서 나타난 큰 파라메트릭 횡동요를 방지하였다.
또한, 도 8의 좌측 영역(O)과 같이 규칙파 중의 선박의 운항 도중 파라메트릭 횡동요가 발생된 경우에도, 본 실시예의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 가동시킬 경우, 우측 영역(P)과 같이 파라메트릭 횡동요가 실질적으로 감쇠됨을 알 수 있다.
도 9에 보이듯이, 기존에 선박에 설치되어 있는 오토파일럿을 이용하여 러더를 선수각 제어에만 사용하는 경우에는, 불규칙파중에서 선박이 파라메트릭 횡동요 발생영역에서 큰 파라메트릭 횡동요를 가지게 됨을 알 수 있다.
이와 반면, 도 10에 보이듯이, 도 9에 나타낸 것과 동일한 불규칙 파도조건에서 본 실시예의 파라메트릭 횡동요 방지장치를 선박의 운항 초기부터 가동시킬 경우, 파라메트릭 횡동요가 대부분 방지되었음을 알 수 있다.
본 발명에서 사용한 파라메트릭 횡동요 제어부의 피드백 제어에는 [수학식 3] 과 같은 일반적인 다중 조작 변수(
, i=1,…,m)에 대한 PID 제어 방정식을 본 발명에 맞게 적용하여 사용하였다.
상기의 [수학식 3] 에서, 
는 변위 변화용 제어변수가중치, 
는 속도변화용 제어변수가중치, 
는 변위보정용 제어변수가중치, 
는 가속도 변화용 제어변수가중치를 의미하되, 이들 제어변수가중치 중 실제 제어에 사용되지 않는 것은 0으로 지정될 수 있어, 실제 제어에 사용되는 변수에 대해서만 
, 
, 
, 
를 선택적으로 사용함에 따라, 비교적 효율적이면서도 만족스러운 제어를 신속하게 유도할 수 있는 특성을 갖는다.
이런 특성을 본 발명에 적용하기 위해, 파라메트릭 횡동요 방지장치의 피드백제어부에 정립된 제어방정식은, [수학식 4]와 같은 피드백 제어의 실현을 위한 파라메트릭 횡동요 전용 PID컨트롤러서 새롭게 정의된다. 이런 [수학식 4]는 동요계측장비를 통해 계측된 계측값과 각 제어변수가중치와의 연산과정을 통해 조작변수 러더각(
)을 산출한다.
상기 [수학식 4]에서, 
은 파라메트릭 횡동요 관련 횡동요각에 관한 변위변화용 제어변수가중치, 
은 파라메트릭 횡동요 관련 횡동요각속도에 관한 각속도용 제어변수가중치, 
은 파라메트릭 횡동요 관련 횡동요각에 관한 변위보정 용 제어변수가중치, 
은 파라메트릭 횡동요 관련 횡동요각가속도에 관한 각가속도용 제어변수가중치를 의미하고, 각각의 제어변수가중치 들은 실험 또는 수치해석을 통해 결정된다.
또한, 
은 횡동요각에 관한 현재값에서 목표값을 뺀 횡동요사이각, 
는 현재값 기준 횡동요각속도, 
는 현재값 기준 횡동요각가속도를 의미한다.
여기서, 횡동요각에 관한 현재값으로부터 각각의 목표값까지 제어하기 위해 필요한 조작변수 러더각(
)은 상기 [수학식 4]로 정의되는 PID 컨트롤러에 의해 주어진 시간 단계에 따라 얻을 수 있다. 즉, 각 시간 단계에서의 조작변수 러더각(
)은 현 단계의 횡동요각(현재값)을 기준으로 목표값에 도달하기 위해 필요한 값으로 결정된다.
만일, 파라메트릭 횡동요 제어를 고려하지 않는 단순 오토파일럿 작동 도중에는 최종 러더각(
)은 선수각 제어를 위한 오토파일럿 러더각(
)이고, 파라메트릭 횡동요 제어를 고려한 경우에는 오토파일럿 러더각(
)에 파라메트릭 횡동요의 방지 또는 감쇄를 위한 조작변수 러더각(
)을 더한 값이 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 파라메트릭 횡동요 방지방법은 도 11을 통해 설명된다.
도 11을 참조하면, 전원공급에 따라 파라메트릭 횡동요 방지장치의 초기화단계가 진행된다.(S10)
파라메트릭 횡동요 방지장치는 작동 준비 상태로서, 제어컴퓨터의 디스플레이패널 상에 작동모드선택 인터페이스가 표시된다.이때, 작동모드선택 인터페이스 는 파라메트릭 횡동요 방지모드, 오토파일럿 작동모드를 액세스할 수 있는 초기화면을 갖는다.
제어컴퓨터는 작동모드선택 인터페이스를 통해서 모드선택신호를 입력받는 작동모드 선택단계를 수행한다.(S20)
제어컴퓨터는 초기화면을 없앤 후 해당 모드선택신호에 대응하게 작동모드화면을 표시한다. 이와 동시에, 파라메트릭 횡동요 방지모드를 위한 파라메트릭 횡동요 제어로직, 오토파일럿 작동모드를 위한 오토파일럿 제어로직 중 어느 하나를 해당 모드선택신호에 대응하게 시작한다.
여기서, 오토파일럿 작동모드의 선택이 이루어진 경우(S22), 기존 오토파일럿에 의해 자이로콤파스로부터 입력받는 선수각의 계측결과를 바탕으로 선수각을 유지하기 위한 오토파일럿 러더각(
)을 산출하는 오토파일럿 제어단계를 수행한다.(S24)
오토파일럿 제어로직에 의해 산출된 오토파일럿 러더각(
)이 최종 러더각 (
)이 되며, 이를 스티어링장치에 전달되어 러더를 움직이는 러더작동단계(S100)를 통해서 러더를 동작시킨다.
반면, 파라메트릭 횡동요 방지모드의 선택이 이루어진 경우, 파라메트릭 횡동요 제어로직이 실행된다.(S25)
파라메트릭 횡동요 제어로직은 앞서 언급한 피드백제어부, 파도감시부, 운항조건감시부, 파라메트릭 횡동요 경보부, 파라메트릭 횡동요 DB 및, 제어컴퓨터를 통해 접속된 조타실에 기 설치된 운항시스템을 연동시킨다.
이를 통해, 제어컴퓨터는 파도감시부를 통해 파도감시장치로부터 파향, 파고, 파주기, 조우주기 등과 같은 파도정보를 입력받는다.(S30)
또한, 제어컴퓨터는 운항시스템으로부터 선박 운항시에 검출된 선박 운항 상태값인 흘수, GM, 선박속도 등을 운항조건감시부를 통해 입력 받는다.(S31)
또한, 제어컴퓨터는 상기 입력받은 값을 파라메트릭 횡동요 경보부 에 입력시키고, 이후 파라메트릭 횡동요 경보부의 비교 체크프로세스에 필요한 데이터를 파라메트릭 횡동요 DB에서 검색하여, 파라메트릭 횡동요 경보부에 전달한다.(S32)
이에 따라, 파라메트릭 횡동요 경보부는 전달받은 데이터를 이용하여 선박이 파라메트릭 횡동요 발생영역에 있음을 판단하는 파라메트릭 횡동요 발생영역 판단단계를 수행한다.(S40)
파라메트릭 횡동요 경보부에서는 파도감시부를 통해 입력받은 파향, 파고, 파주기 등의 파도정보, 상기 운항시스템으로부터 입력받은 흘수, GM, 선속 등의 운항정보와 파라메트릭 횡동요 DB 내에 저장된 파라메트릭 횡동요 주기가 일치하는지의 판단 과정을 통해 선박이 파라메트릭 횡동요 발생영역을 운항하는지를 확인하게 된다.
즉, 파라메트릭 횡동요 경보부에 의해 수행되는 상기 파라메트릭 횡동요 발생영역 판단단계(S40)는, 파도의 조우주기를 선박 횡동요 고유주기에 비교하고, 그 선박 횡동요 고유주기의 반이 되는 값을 체크하는 방식으로 파라메트릭 횡동요 주기와 그에 대응한 파라메트릭 횡동요 발생영역을 파악하여, 미리 사전에 정한 허용범위 내에서 파주기와 파라메트릭 횡동요 주기가 일치 또는 불일치하는지를 확인한 다.
그리고, 파도감시부를 통해 입력받은 파도정보의 비교판단결과, 선박이 파라메트릭 횡동요 발생영역 내에 있다면, 이를 선장에게 작동모드선택 인터페이스를 통해 표시하거나 또는 파라메트릭 횡동요 발생경보를 주지의 경보수단을 통해 출력시킴에 따라 선장에게 알려주는 파라메트릭 횡동요 경보단계가 제어컴퓨터에 의해 수행된다.(S50)
파라메트릭 횡동요 경보부에서 파도감시부를 통해 입력받은 파주기와 파라메트릭 횡동요 주기의 차이가 사전에 정한 허용범위를 넘어서 일치하지 않음이 상기 S40단계에서 확인되었다면, 그 후 기존 오토파일럿에 의해 자이로콤파스로부터 입력받는 선수각의 계측결과를 바탕으로 선수각을 유지하기 위한 오토파일럿 러더각(
)을 산출하는 오토파일럿 제어단계가 수행된다.(S24)
그런 다음, 제어컴퓨터는 오토파일럿과 연동하여 앞서와 언급한 바와 같이 러더작동단계(S100)를 통해서, 상기 산출한 오토파일럿 러더각(
)에 대응하게 러더를 동작시킨다.
파라메트릭 횡동요 경보부로부터 선박이 파라메트릭 횡동요 발생영역에 있다는 판단이 내려져, S50 단계를 통해 선장에게 경보를 전달한다.
그럴 경우, 제어컴퓨터는 파라메트릭 횡동요를 방지 또는 감쇄하기 위한 제어모드의 선택을 선장에게 요구하는 파라메트릭 횡동요 방지모드 선택단계를 수행한다.(S55)
여기서, 상기 제어모드는 러더 작동 동력의 효율적인 사용을 유도하기 위한 것으로서 초기방지모드(S56)와 발생감쇄모드(S57)를 포함한다.
초기방지모드(S56)는 초기부터 파라메트릭 횡동요 제어로직을 운용하여 파라메트릭 횡동요 발생을 방지하는 프로세스이다.
발생감쇄모드(S57)는 파라메트릭 횡동요가 발생하고 난 후, 허용범위 이상의 횡동요로 증가시에 이를 감쇄하기 위한 프로세스이다.
만일, 선장 등에 의해 초기방지모드(S56)가 선택되는 경우, 동요계측장비(15a)는 횡동요각, 횡동요각속도를 미리 사전에 정한 시간당 빈도수에 따라 계측을 수행하는 계측단계를 수행한다.(S60) 여기서, 계측된 횡동요 값은 작동모드 화면을 통해 출력되어 선장에게 알려주게 된다.
이후, 파라메트릭 횡동요 제어로직은 횡동요각(
) 또는 상기 횡동요각속도(
)를 계측하되, 시간별 횡동요각(
)에 관한 계측값을 평균으로 산출한 횡동요 평균값(
)이 제1횡동요 임계값(
)보다 큰지를 비교 체크하여, 선장에게 파라메트릭 횡동요 방지장치의 가동을 계속 유지할지 또는 오토파일럿으로 변경할지 판단하도록 표시하는 판단단계를 수행한다.(S70)
이때, 횡동요 평균값(
)이 제1횡동요 임계값(
)에 비해 작을 경우, 오토파일럿 제어단계를 수행하여(S24), 선수각만을 제어하는 상태로 운항할 수 있다.
반면, 횡동요 평균값(
)이 제1횡동요 임계값(
)에 비해 클 경우, 피드백제어단계를 수행한다.(S80)
피드백제어단계인 S80단계에서 피드백제어부는 앞서 설명한 파라메트릭 횡동요 DB 및 [수학식 4]를 이용하여 조작변수 러더각(
)을 산출한다.
그런 다음, 제어컴퓨터는 상기 산출된 조작변수 러더각(
)과 오토파일럿(3)에 의해 산출된 오토파일럿 러더각(
)을 합하여 최종 러더각(
)을 결정한다.(S85)
이후, 결정된 최종 러더각(
)은 도 2에 보이는 바와 같은 A/D 변환장치(18b), 데이터 입출력장치(18a), 통신컨버터(20)를 통해 스티어링장치에게 전달된다.(S90)
이에 따라, 최종 러더각(
)에 대응하여 상기 러더작동단계(S100)가 제어컴퓨터에 의해 수행된다.
한편, 발생감쇄모드(S57)를 선택하는 경우, 동요계측장비(15a)는 횡동요각(
), 횡동요각속도(
)를 미리 사전에 정한 시간당 빈도수에 따라 계측을 수행하는 계측단계를 수행한다.(S65) 여기서, 횡동요각(
), 횡동요각속도(
) 등은 횡동요 관련값으로서 작동모드 화면을 통해 출력됨에 따라 선장에게 알려주게 된다.
이후, 파라메트릭 횡동요 제어로직은 상기 횡동요각(
), 횡동요각속도(
)의 계측에 따라 횡동요 평균값(
)이 제2횡동요 임계값(
)보다 큰지를 비교 체크하여 선장에게 파라메트릭 횡동요 방지장치의 가동을 계속 유지할지 또는 오토파일럿으로 변경할지 판단하도록 표시하는 판단단계를 수행한다.(S75)
이때, 횡동요 평균값(
)이 제2횡동요 임계값(
)에 비해 작을 경 우, 오토파일럿 제어단계를 수행하여(S24), 선수각만을 제어하는 상태로 운항할 수 있다.
반면, 횡동요 평균값(
)이 제2횡동요 임계값(
)에 비해 클 경우, 피드백제어단계를 수행한다.(S82)
피드백제어단계인 S82단계에서 피드백제어부는 역시 파라메트릭 횡동요 DB 및 [수학식 4]를 이용하여 조작변수 러더각(
)을 산출한다.
그런 다음, 제어컴퓨터는 상기 산출된 조작변수 러더각(
)과 오토파일럿(3)에 의해 산출된 오토파일럿 러더각(
)을 합하여 최종 러더각(
)을 결정한다.(S85)
이후, 결정된 최종 러더각(
)은 A/D 변환장치(18b), 데이터입출력장치(18a), 통신컨버터(20)를 통해 스티어링장치에게 전달된다.(S90)
이에 따라, 역시 최종 러더각(
)에 대응하여 상기 러더작동단계(S100)가 수행될 수 있다.
또한, 파라메트릭 횡동요 방지모드를 사용하는 중에는 미리 정한 시간 간격으로 파라메트릭 횡동요 경보부인 S40 단계로 되돌아가 파도감시부로 입력된 파도정보 및 운항정보를 바탕으로 파라메트릭 횡동요 발생영역인지를 판단한 후, 선택한 파라메트릭 횡동요 방지 모드를 지속할지 오토파일럿 모드로 변경할지를 선장에게 선택하게 하는 파라메트릭 횡동요 발생영역 확인단계가 수행된다.(S200)
이상, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법은 파라메트릭 횡동요를 미연에 예측하여, 파라메트릭 횡동요를 억제 또는 감쇠시키도록 피드백제어를 수행함에 따라, 파라메트릭 횡동요로부터 선박 및 화물을 안전하게 보호할 수 있는 이점이 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
Claims (5)
- 선박의 선미에 설치된 러더와; 상기 러더의 조타를 동작시키기 위한 스티어링장치와; 상기 스티어링장치에게 선수각을 제어하기 위한 조작변수 오토파일럿 러더각()으로 동작명령을 하달하는 오토파일럿과; 상기 선박의 항주 중에 만나는 파도를 감시하는 파도감시장치를 갖는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치에 있어서,
상기 파도감시장치로부터 파도감시부를 통해 입력받은 파향, 파고, 파주기, 조우주기 등의 파도정보, 운항조건감시부로부터 입력받은 흘수, GM, 선속 등의 운항정보를 이용하여, 파라메트릭 횡동요의 발생 조건을 체크하고, 횡동요의 고유 주기, 선속, 파향, 파장, 파고, 상기 파라메트릭 횡동요의 발생 확률, 및 횡동요가 발생했을 경우의 크기에 관한 정보를 포함하는 상기 선박의 파라메트릭 횡동요 DB를 이용하여 파라메트릭 횡동요를 예측하고, 상기 파라메트릭 횡동요를 감쇠하도록 산출된 조작변수 러더각()으로 상기 스티어링장치를 제어하는 제어컴퓨터와;
상기 제어컴퓨터에 접속되어 신호 변환 또는 정보 전달을 수행하는 통신컨버터와;상기 선박의 횡동요각, 횡동요각속도을 계측하여 상기 통신컨버터를 통해 상기 제어컴퓨터에 전달하는 동요계측장비;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치. - 제1항에 있어서,상기 조작변수 러더각()은 아래의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치.
[수학식]
여기서,은 파라메트릭 횡동요 관련 횡동요각에 관한 변위변화용 제어변수가중치,
은 파라메트릭 횡동요 관련 횡동요각속도에 관한 각속도용 제어변수가중치,
은 파라메트릭 횡동요 관련 횡동요각에 관한 변위보정용 제어변수가중치,
은 파라메트릭 횡동요 관련 횡동요각가속도에 관한 각가속도용 제어변수가중치,
은 횡동요각에 관한 현재값에서 목표값을 뺀 횡동요사이각,
는 현재값 기준 횡동요각속도,
는 현재값 기준 횡동요각가속도.
- 제어컴퓨터가, 작동모드선택 인터페이스를 통해 파라메트릭 횡동요 방지모드, 오토파일럿 작동모드를 액세스하기 위한 초기화면을 디스플레이하는 초기화단계와;상기 작동모드선택 인터페이스를 통해 상기 파라메트릭 횡동요 방지모드, 오토파일럿 작동모드 중 어느 하나를 수행시키는 작동모드 선택단계와;상기 제어컴퓨터의 파라메트릭 횡동요 경보부에 의해 선박이 파라메트릭 횡동요 발생영역에 있음을 판단케 하는 파라메트릭 횡동요 발생영역 판단단계와;상기 파라메트릭 횡동요 발생영역 판단단계의 비교판단결과에 대응하게 작동모드선택 인터페이스를 통해서 선장에게 선박이 파라메트릭 횡동요 발생영역 내에 있는 것을 표시하거나 파라메트릭 횡동요 발생경보를 경보수단을 통해 출력시키는 파라메트릭 횡동요 경보단계와;상기 파라메트릭 횡동요 발생경보를 바탕으로 파라메트릭 횡동요를 방지 또는 감쇄하기 위한 제어모드의 선택을 선장에게 요구하는 파라메트릭 횡동요 방지모드 선택단계와;상기 파라메트릭 횡동요 DB의 횡동요 평균값()과 횡동요 임계값(
,
)을 비교 체크하여 선장에게 파라메트릭 횡동요 방지장치의 가동을 계속 유지할지 또는 오토파일럿으로 변경할지 판단하도록 표시하는 판단단계와;
상기 횡동요 평균값()이 횡동요 임계값(
,
)에 비해 클 경우에 수행되는 피드백제어단계와;
상기 피드백제어단계에서 획득한 조작변수 러더각()을 이용하여 스티어링장치를 제어하는 러더작동단계를 포함하며,
상기 파라메트릭 횡동요 방지모드 선택단계에서, 상기 제어모드는 러더 작동 동력의 효율적인 사용을 유도하기 위한 것으로서 파라메트릭 횡동요가 발생하기 전에 파라메트릭 횡동요 제어로직을 작동하는 초기방지모드와; 파라메트릭 횡동요가 발생한 후에 파라메트릭 횡동요 제어로직을 작동하는 발생감쇄모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지방법. - 제3항에 있어서,상기 파라메트릭 횡동요 발생영역 판단단계는 상기 파라메트릭 횡동요 경보부가 상기 파도감시부를 통해 입력받은 파향, 파고, 파주기 등의 파도 정보와; 운 항시스템으로부터 입력받은 선박 운항 상태값과; 상기 선박의 파라메트릭 횡동요 DB의 데이터를 이용하여 파라메트릭 횡동요 고유주기와 파라메트릭 횡동요 발생영역을 파악하는 것을 특징으로 하는 선박의 파라메트릭 횡동요 방지방법.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060112166A KR100827396B1 (ko) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060112166A KR100827396B1 (ko) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100827396B1 true KR100827396B1 (ko) | 2008-05-07 |
Family
ID=39649656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060112166A KR100827396B1 (ko) | 2006-11-14 | 2006-11-14 | 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100827396B1 (ko) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2275342A1 (de) * | 2009-07-10 | 2011-01-19 | Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH | Verfahren zur Verminderung einer Vertikalbewegung eines Wasserfahrzeugs |
| KR101399937B1 (ko) * | 2012-09-19 | 2014-05-28 | 삼성중공업 주식회사 | 횡동요 감쇠탱크의 제어장치 및 방법 |
| KR101498214B1 (ko) * | 2012-09-19 | 2015-03-03 | 삼성중공업 주식회사 | 선박의 운항안정성 제어장치 및 방법 |
| KR101915379B1 (ko) * | 2017-01-24 | 2018-11-05 | 주식회사 리영에스엔디 | 선박용 전자식 경사계 |
| KR102633624B1 (ko) * | 2023-09-06 | 2024-02-05 | 한화시스템(주) | 함정 안전항해 권고 시스템 및 이의 동작 방법 |
| CN117831347A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-04-05 | 厦门天吴智能科技有限公司 | 一种集装箱船安全航行方案生成方法、装置、计算机设备和存储介质 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5152239A (en) | 1991-11-19 | 1992-10-06 | Raytheon Company | Autopilot having roll compensation capabilities |
| KR960013933A (ko) * | 1994-10-31 | 1996-05-22 | 경주현 | 타를 이용한 선박의 횡동요감쇄방법 및 그 장치 |
| JP2003104291A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | 自動操舵装置及び方法 |
| JP2004249879A (ja) | 2003-02-21 | 2004-09-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 船舶減揺装置 |
| JP2005280550A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Jfe Soldec Corp | パラメトリック横揺れ防止装置 |
-
2006
- 2006-11-14 KR KR1020060112166A patent/KR100827396B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5152239A (en) | 1991-11-19 | 1992-10-06 | Raytheon Company | Autopilot having roll compensation capabilities |
| KR960013933A (ko) * | 1994-10-31 | 1996-05-22 | 경주현 | 타를 이용한 선박의 횡동요감쇄방법 및 그 장치 |
| JP2003104291A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | 自動操舵装置及び方法 |
| JP2004249879A (ja) | 2003-02-21 | 2004-09-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 船舶減揺装置 |
| JP2005280550A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Jfe Soldec Corp | パラメトリック横揺れ防止装置 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2275342A1 (de) * | 2009-07-10 | 2011-01-19 | Howaldtswerke-Deutsche Werft GmbH | Verfahren zur Verminderung einer Vertikalbewegung eines Wasserfahrzeugs |
| KR101310247B1 (ko) * | 2009-07-10 | 2013-09-24 | 티센크루프 마린 시스템즈 게엠베하 | 선박의 수직이동을 감소시키기 위한 방법 및 이를 실행하기 위한 장치 |
| KR101399937B1 (ko) * | 2012-09-19 | 2014-05-28 | 삼성중공업 주식회사 | 횡동요 감쇠탱크의 제어장치 및 방법 |
| KR101498214B1 (ko) * | 2012-09-19 | 2015-03-03 | 삼성중공업 주식회사 | 선박의 운항안정성 제어장치 및 방법 |
| KR101915379B1 (ko) * | 2017-01-24 | 2018-11-05 | 주식회사 리영에스엔디 | 선박용 전자식 경사계 |
| KR102633624B1 (ko) * | 2023-09-06 | 2024-02-05 | 한화시스템(주) | 함정 안전항해 권고 시스템 및 이의 동작 방법 |
| CN117831347A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-04-05 | 厦门天吴智能科技有限公司 | 一种集装箱船安全航行方案生成方法、装置、计算机设备和存储介质 |
| CN117831347B (zh) * | 2024-02-26 | 2024-05-14 | 厦门天吴智能科技有限公司 | 一种集装箱船安全航行方案生成方法、装置、计算机设备和存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100827396B1 (ko) | 선박의 파라메트릭 횡동요 방지장치 및 방법 | |
| US10538299B2 (en) | Predictive sea state mapping for ship motion control | |
| Petrich et al. | Robust control for an autonomous underwater vehicle that suppresses pitch and yaw coupling | |
| US8899166B2 (en) | Active adaptive gyrostabiliser control system | |
| US9145191B2 (en) | Method and device for averting and damping rolling of a ship | |
| JP4640760B2 (ja) | 到来波浪の波形予測法および波浪中の航走体の運転制御方法 | |
| US20080167768A1 (en) | Control system for a vessel with a gyrostabilization system | |
| CN111813107B (zh) | 无人船控制方法、无人船控制装置及无人船 | |
| KR101034329B1 (ko) | 선박 및 해양 구조물의 위치 제어 시스템 및 방법 | |
| Perez et al. | Analysis of ship roll gyrostabiliser control | |
| Tannuri et al. | Higher order sliding mode control applied to dynamic positioning systems | |
| Holvik | Basics of dynamic positioning | |
| KR20230097064A (ko) | 선박 안정화를 위한 시스템들 및 방법들 | |
| WO2019088238A1 (ja) | 船舶管理装置、船舶、船舶管理システム、及び船舶管理方法 | |
| SE2150582A1 (en) | Method and controller unit for controlling motion of a hydrofoil watercraft | |
| Agostinho et al. | Sliding mode control applied to offshore dynamic positioning systems | |
| KR101036559B1 (ko) | 선박의 파라메트릭 횡동요 제어 장치 | |
| KR101498214B1 (ko) | 선박의 운항안정성 제어장치 및 방법 | |
| WO2006107017A1 (ja) | 制御方法、制御装置および無人ヘリコプタ | |
| JP2004291773A (ja) | 船体の減揺システム | |
| JP5296737B2 (ja) | 入射波の波高及び波向き推定方法、自動位置保持制御方法、自動位置保持システム及び船舶と洋上構造物 | |
| KR102576355B1 (ko) | 선박의 안전운항 지침 알고리즘 구현 방법 및 그 시스템, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 | |
| González et al. | An autonomous scale ship model for parametric rolling towing tank testing | |
| CN115214850B (zh) | 一种无人船艇及其保护方法、保护装置、介质 | |
| KR102227893B1 (ko) | 스러스터를 이용한 예인 안정성 부가시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment | ||
| FPAY | Annual fee payment | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190329 Year of fee payment: 12 |