KR101266024B1 - 선박의 엔진 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

제어 대상(10)인 선박 주기의 회전수(Ne)를 피드백하여, 목표 회전수(No)와의 편차를 구하고, 제어부(11)에 입력한다. 제어부(11)에 있어서, 주기 회전수(Ne)를 목표 회전수(No)로 유지하기 위해 PID 연산을 행하여 거버너 지령을 출력한다. 제어 대상(10)에 있어서 키 각을 검출한다. 연산부(12)에 있어서 검출되는 키 각에 기초하여 거버너 지령의 보정량을 산출한다. 산출된 보정량에 기초하여 거버너 지령을 보정한다. 보정량은 검출된 키 각이 클수록 거버너 지령을 큰 값으로 하도록 산출된다.

Description

선박의 엔진 제어 장치 및 방법{SHIP ENGINE CONTROL DEVICE AND SHIP ENGINE CONTROL METHOD}

본 발명은 선박의 주기(主機) 회전수를 일정한 목표 회전수로 유지하는 엔진 제어 장치에 관한 것이다.

선박에서는 프로펠러 회전수(주기 회전수)를 일정값으로 유지하는 회전수 일정 제어가 널리 채용된다. 즉, 선박 주기의 거버너 제어에서는 PID 제어에 의해 실회전수가 목표 회전수로 유지된다. 또한, 레이싱시에 있어서의 과회전을 방지하기 위해서 기관의 시뮬레이션 모델에 기초하여 PID 제어 파라미터를 변경하는 구성도 알려져 있다(특허문헌 1).

일본 공개특허공보 제(평)8-200131호

그러나, 종래의 회전수 일정 제어에서는 조타에 의한 선체 저항의 증대를 고려한 것은 없고, 키를 틀었을 때에 선체 저항의 변동에 의해 주기 회전수가 변동되어 연비가 악화된다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 선박의 주기 회전수를 일정하게 하는 제어에 있어서, 조타에 의한 연비의 악화를 방지하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 선박의 엔진 제어 장치는 키 각(角)에 관련되는 키 각 정보를 검출하는 검출 수단과, 키 각 정보에 기초하여 주기의 회전수의 변동을 예측하고, 연료 공급량을 보정하여 변동을 방지하는 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

키 각 정보에는 예를 들면 키 각 또는 그 각속도가 포함된다. 보정 수단은 예를 들면 각속도가 클수록 연료 공급량을 증대시키는 보정을 행한다. 또한, 보정 수단은 예를 들면 키 각이 클수록 연료 공급량을 증대시키는 보정을 행한다.

예를 들면 상기 보정에 있어서, 주기의 조작단으로 출력되는 거버너 지령이 직접 보정된다. 또한 예를 들면 주기의 조작단으로 출력되는 거버너 지령이 제어부에서의 PID 연산에 의해 구해지고, 상기 보정에 의해 PID 연산의 P 게인 또는 D 게인이 변경된다.

본 발명의 선박은 상기 엔진 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 선박의 엔진 제어 방법은 키 각에 관련되는 키 각 정보를 검출하고, 키 각 정보에 기초하여 주기의 회전수의 변동을 예측하고 연료 공급량을 보정하여 변동을 방지하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 선박의 주기 회전수를 일정하게 하는 제어에 있어서, 조타에 의한 연비의 악화를 방지할 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태의 엔진 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 제 2 실시형태의 엔진 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 엔진 제어 장치의 구성을 도시하는 제어 블록도이다.

도 1에 있어서, 제어 대상(10)은 프로펠러에 연결된 주기(도시 생략) 및 키(도시 생략)를 포함하는 선체의 추진에 관련되는 주요한 기관이다. 주기의 거버너 제어는 예를 들면 PID 제어에 의한 회전수 일정 제어이며, 목표 회전수(No)는 조종자에 의해 설정된다. 주기(도시 생략)에는 엔진 회전수를 검출하기 위한 센서가 형성되고, 실회전수(Ne)가 검출된다. 실회전수(Ne)는 입력측으로 피드백되고, 목표 회전수(No)와의 편차가 구해지고, PID 연산을 행하는 제어부(11)에 입력된다.

제어부(11)로부터는 PID 연산에서 얻어진 거버너 지령이 제어 대상(10)의 주기의 조작단에 출력되고, 주기로의 연료 공급량이 제어된다. 또한, 제어 대상(10)에는 키 각 및/또는 그 각속도를 검출하는 센서가 형성되고, 키 각에 관련되는 정보(키 각 및/또는 그 각속도)는 연산부(12)에 있어서 거버너 지령의 보정량으로 변환된다.

키를 틀었을 때, 일반적으로 선체 저항은 증대되고, 이것에 따라 주기의 실회전수(Ne)는 저하된다. 또한, 선체 저항의 증대에 의한 실회전수(Ne)의 변동(감속) 폭은 선체 저항의 증대 속도가 빠를수록 크다. 선체 저항의 증대는 키 자체의 저항 증가에 의한 것과 사항(斜航)하는 선체의 저항 증가에 의한 것으로 분류된다. 키를 튼 직후에는, 선체는 직진을 계속하여 키 자체의 저항만이 증대되기 때문에 선체 저항의 증대 속도는 상대적으로 작다. 한편, 선체가 선회하기 시작하면 사항 선체에 의한 저항이 발생하여 선체 저항의 증대 속도는 상대적으로 커지지만, 키에 의한 저항은 약간 저하된다. 또한, 선회의 각 가속도가 크면 사항에 의한 저항은 증대되고, 선회의 각속도가 일정해지면 선체 저항은 일정해진다.

즉, 키를 튼 후 선체 저항이 크게 증대하기까지는 지연이 있기 때문에, 제 1 실시형태에서는 키 각 등의 정보로부터 선체 저항의 증대를 예측하고, 연산부(12)에 있어서 거버너 지령의 보정량을 산출하여 연료 공급량의 보정을 행한다.

다음에 연산부(12)에 있어서의 기본적인 거버너 지령의 보정 방법에 관해서 설명한다. 제 1 방법은 키의 각속도가 클수록, 거버너 지령의 보정량을 증대시키고, 연료 공급량을 증대시키는 것이다. 이것은 키의 각속도가 크면, 보다 단시간에 선체 저항이 증가하기 때문에(증대 속도 큼), 실회전수(Ne)의 보다 큰 저감이 예측되기 때문이다.

또한, 제 2 방법은 키 각이 클수록, 거버너 지령의 보정량을 증대시키고, 연료 공급량을 증대시키는 것이다. 즉, 키 각이 클 때에는, 선회 반경이 작아지기 때문에 선회의 각 가속도가 보다 커져, 선체 저항의 급격한 증대가 예측되고, 실회전수(Ne)의 대폭적인 저하가 예측되기 때문이다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 방법은 단독으로 이용하는 것도 가능하지만, 조합하여 이용할 수도 있다.

또한, 보정량을 증대시키는 타이밍은 키를 틀었을 때부터 조금 늦은, 선회가 개시되는 타이밍이며, 이 타이밍은 선박의 형상이나 선박의 질량(적하를 포함) 등, 선체의 관성을 고려하여 결정할 수 있다.

일례로서는, 키 각(θ), 키 각속도(ω), 선체 질량(적하를 포함)(M), n개의 선체 형상 파라미터(α_i)를 포함하는 파라미터, 또는 그 일부의 파라미터(적어도 θ 또는 ω은 포함)에 기초하여 시간(t)에 관한 선체 저항(f)(t; θ, ω, M, α_i)을 시뮬레이션(예를 들면 MMG 모델 등을 이용)이나 실험 등을 사용하여 구하고, 그 도함수(df/dt)에 상관시켜 보정량을 산출한다. 이 경우, 연산부(12)에서는 근사식이나 메모리(도시 생략)에 기억된 룩업 테이블 등을 사용하여 보정량이 산출된다.

이상과 같이, 제 1 실시형태에 의하면, 키를 틀었을 때에, 키 각이나 그 각속도로부터 주기 실회전수의 저하를 예측하고, 연료 공급량을 미리 증대시킴으로써 실회전수의 변동을 방지하여, 연료 소비를 억제할 수 있다.

또한, 제 1 실시형태에서는 거버너 지령을 직접 보정했지만, 연산부에 의한 보정을 회전수 편차에 가하는 형식이라도 좋다.

다음에 도 2를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시형태의 엔진 제어 장치에 관해서 설명한다. 또한, 도 2는 제 2 실시형태의 엔진 제어 장치의 구성을 도시하는 제어 블록도이다.

제 1 실시형태에서는 키 각이나 키의 각속도에 기초하여 거버너 지령이 직접 보정되었지만, 제 2 실시형태의 엔진 제어 장치에서는 제어부(11)의 게인이 연산부(13)에 의해 변경된다. 또한, 그 이외의 구성은 제 1 실시형태와 같다.

제 2 실시형태에서는 제어부(11)의 PID 연산에 있어서의 P, D의 게인을 제 1 실시형태의 제 1, 제 2 방법에 대응하는 제 3, 제 4 방법으로 변경한다. 즉, 제 3 방법에서는, 키의 각속도가 보다 클 때에 P의 게인 및/또는 D의 게인을 보다 크게 하고, 회전수 변동에 대해 민감한 제어를 행한다. 또한 제 4 방법에서는, 키 각이 보다 클 때에 P의 게인 및/또는 D의 게인을 보다 크게 설정한다.

이상과 같이, 제 2 실시형태에 있어서도, 제 1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제 1 실시형태에서 설명된 각 구성은 기술적으로 모순되지 않는 한에 있어서 제 2 실시형태에 있어서도 적용할 수 있다.

또한, 제어부에는 PID 제어로 한하지 않고, 현대 제어 이론, 적용 제어, 학습 제어 등에도 적용 가능하다.

10 제어 대상
11 제어부(PID 연산부)
12 연산부
13 연산부

Claims (12)

1. 키 각에 관련되는 키 각 정보를 검출하는 검출 수단과,
   상기 키 각 정보에 기초하여 주기(主機)의 회전수의 변동을 예측하고, 연료 공급량을 보정하여 상기 변동을 방지하는 보정 수단을 구비하고,
   상기 보정의 타이밍이 선체 형상 및 중량에 기초하여 지연되는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 키 각 정보에 상기 키 각 또는 그 각속도가 포함되는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 보정 수단은 상기 각속도가 클수록 상기 연료 공급량을 증대시키는 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 보정 수단은 상기 키 각이 클수록 상기 연료 공급량을 증대시키는 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 보정 수단은 상기 키 각이 클수록 상기 연료 공급량을 증대시키는 보정을 행하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 보정에 있어서, 상기 주기의 조작단으로 출력되는 거버너 지령(governor command)이 직접 보정되는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 보정에 있어서, 상기 주기의 조작단으로 출력되는 거버너 지령이 직접 보정되는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
8. 제 3 항에 있어서, 상기 주기의 조작단으로 출력되는 거버너 지령이 제어부에서의 PID 연산에 의해 구해지고, 상기 보정에 의해 상기 PID 연산의 P 게인 또는 D 게인이 변경되는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
9. 제 4 항에 있어서, 상기 주기의 조작단으로 출력되는 거버너 지령이 제어부에서의 PID 연산에 의해 구해지고, 상기 보정에 의해 상기 PID 연산의 P 게인 또는 D 게인이 변경되는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
10. 제 5 항에 있어서, 상기 주기의 조작단으로 출력되는 거버너 지령이 제어부에서의 PID 연산에 의해 구해지고, 상기 보정에 의해 상기 PID 연산의 P 게인 또는 D 게인이 변경되는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 엔진 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박.
12. 키 각에 관련되는 키 각 정보를 검출하고, 상기 키 각 정보에 기초하여 주기의 회전수의 변동을 예측하고 연료 공급량을 보정함으로써, 상기 변동을 방지하고, 상기 보정의 타이밍을 선체 형상 및 중량에 기초하여 지연하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 방법.
    

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