KR101301023B1 - Marine engine control device and method - Google Patents
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Abstract
선체, 주기, 프로펠러를 포함하는 제어 대상(10)을 시뮬레이트하는 옵저버(12)를 설치한다. 주기를 제어하기 위한 제어부(11)로부터의 거버너 지령(u)을 옵저버(12)의 입력으로 한다. 주기의 실 회전수(Ne)를 옵저버(12)로 피드백한다. 옵저버(12)에 있어서 추정되는 경년 열화 전의 선속(Vmo)을 메모리(13)에 보존한다. 경년 열화 후에 옵저버(12)에서 추정되는 선속(Vm)과 경년 열화 전의 선속(Vmo)의 차이에 기초하여 제어 파라미터를 보정한다. An observer 12 for simulating a control target 10 including a hull, a cycle, and a propeller is installed. The governor command u from the control unit 11 for controlling the cycle is input to the observer 12. The actual rotation speed Ne of the period is fed back to the observer 12. The line speed Vmo before aging deterioration estimated by the observer 12 is stored in the memory 13. The control parameter is corrected based on the difference between the ship speed Vm estimated by the observer 12 after aging and the ship speed Vmo before aging.
Description
본 발명은 선박 주기(主機)의 운전을 제어하는 엔진 제어 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an engine control apparatus for controlling the operation of a ship cycle.
선박 주기의 거버너(governor) 제어에서는 프로펠러 회전수(주기 회전수)를 일정값으로 유지하는 PID 제어가 널리 채용된다. 또한, 레이싱시에 있어서의 과회전을 방지하기 위해서 기관의 시뮬레이션 모델에 기초하여 PID 제어 파라미터를 변경하는 구성도 알려져 있다(특허문헌 1).In governor control of a ship cycle, PID control which keeps a propeller rotation speed (cycle rotation speed) to a constant value is employ | adopted widely. Moreover, the structure which changes PID control parameter based on the simulation model of an engine is also known in order to prevent over rotation at the time of racing (patent document 1).
특허문헌 1에서는 외란에 의한 회전수 변동을 시뮬레이션으로 예측하고 PID 제어 파라미터를 변경하는 것은 제안되어 있지만, 경년(經年; aging-degradation)적인 선체 저항의 증가, 프로펠러 효율의 저하, 엔진 성능의 열화 등에 대응하여 제어를 변경하는 구성은 채용되고 있지 않다. In
본 발명은 선박의 경년 변화에 맞춘 효율적인 주기의 운전을 행하는 것을 목적으로 하고 있다. An object of the present invention is to perform efficient cycle operation in accordance with the secular variation of a vessel.
본 발명의 선박용 엔진 제어 장치는 선박의 주기의 운전을 제어하는 제어부와, 주기 및 선체를 포함하는 선박을 제어 대상으로 하고, 제어부로부터의 조작량을 입력으로 하는 옵저버(observer)와, 제어 대상의 경년 변화의 영향을 받는 물리량을 옵저버에서 추정하고, 물리량의 경년 변화 전의 값과 경년 변화 후의 값에 기초하여 제어부의 제어 파라미터를 변경하는 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다. The engine control apparatus for ships of this invention makes the control object which controls the operation | movement of the ship's cycle, the observer which makes a control object the ship containing a period and a hull, inputs the operation amount from a control part, and the aging of a control object. And a correction means for estimating the physical quantity affected by the change by the observer and changing the control parameter of the controller based on the value before the secular change and the value after the secular change of the physical amount.
보정 수단은 물리량의 경년 변화 전의 값과 경년 변화 후의 값에 기초하여 옵저버의 시뮬레이터를 경년 변화 후의 제어 대상에 대응하는 수치 모델로 변경하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 보다 정확하게 제어 대상의 경년 변화를 추정할 수 있다. It is preferable that the correction means change the observer's simulator into a numerical model corresponding to the control object after the secular change based on the value before the secular change and the secular change of the physical quantity. Thereby, the secular variation of a control object can be estimated more correctly.
또한, 선박의 엔진 제어 장치는 물리량의 경년 변화 전의 값을 기록하는 메모리를 구비하는 것이 바람직하며, 보정 수단은 이 메모리에 기록된 물리량의 값과 경년 변화 후에 추정되는 물리량의 값에 기초하여 제어 파라미터의 변경을 행한다. 물리량은 예를 들면 선속이며, 보정 수단은 경년 변화 전후의 선속의 차이에 대응하여 제어 파라미터를 변경한다. 제어부는 예를 들면 PID 제어를 행하고, 보정 수단은 상기 선속 차이가 클수록 P 게인 및/또는 D 게인을 큰 값으로 변경한다. 또한, 보정 수단은, 예를 들면 상기 선속 차이가 클수록, I 게인을 작은 값으로 변경한다. 또한 엔진 제어 장치에서는, 예를 들면 주기의 회전수가 검출되고, 옵저버로 피드백된다. In addition, the engine control apparatus of the ship preferably includes a memory for recording a value before the secular change of the physical quantity, and the correction means is a control parameter based on the value of the physical quantity recorded in the memory and the value of the physical quantity estimated after the secular change. To change. The physical quantity is, for example, a ship speed, and the correction means changes the control parameter in response to the difference in ship speed before and after the secular change. The control unit performs PID control, for example, and the correction means changes the P gain and / or D gain to a larger value as the line speed difference becomes larger. Further, the correction means changes the I gain to a smaller value, for example, as the line speed difference becomes larger. Moreover, in the engine control apparatus, the rotation speed of a period is detected and fed back to an observer, for example.
본 발명의 선박은 상기 엔진 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하고 있다. The ship of this invention was equipped with the said engine control apparatus, It is characterized by the above-mentioned.
본 발명의 선박용 엔진 제어 방법은 주기 및 선체를 포함하는 선박을 제어 대상으로 하고, 주기의 운전을 제어하는 제어부로부터의 조작량을 입력으로 하는 옵저버에 있어서 제어 대상의 경년 변화의 영향을 받는 물리량을 추정하고, 물리량의 경년 변화 전의 값과 경년 변화 후의 값에 기초하여 주기의 운전을 제어하는 제어부의 제어 파라미터를 변경하는 것을 특징으로 하고 있다. In the ship engine control method of the present invention, a ship comprising a cycle and a hull is a control target, and an observer which inputs an operation amount from a control unit that controls the operation of the cycle is estimated a physical quantity affected by the secular variation of the control target. The control parameter of the control unit for controlling the operation of the cycle is changed based on the value before the secular change of the physical quantity and the value after the secular change of the physical quantity.
본 발명에 의하면, 선박의 경년 변화에 맞춘 효율적인 주기의 운전을 행할 수 있다. According to the present invention, it is possible to perform an efficient cycle operation in accordance with the secular variation of the vessel.
도 1은 본 발명의 실시형태인 엔진 제어 장치의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 제어 대상과 옵저버의 관계를 도시하는 블록도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the structure of the engine control apparatus which is embodiment of this invention.
2 is a block diagram showing a relationship between a control object and an observer.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to an accompanying drawing.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 선박용 엔진 제어 장치의 구성을 도시하는 제어 블록도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a control block diagram which shows the structure of the marine engine control apparatus which is one Embodiment of this invention.
제어 대상(10)에는 주기, 프로펠러, 선체 등이 포함되고, 주기에는 제어부(11)로부터 거버너 지령(u)이 주어진다. 제어부(11)는 예를 들면 회전수를 일정하게 하는 PID 제어를 행하는 거버너이다. 또한, 주기의 출력축(도시 생략)에는 주기의 실 회전수(Ne)를 계측하는 센서(도시 생략)가 설치되고, 실 회전수(Ne)는 제어부(11)의 입력측으로 음(負) 피드백된다. 즉, 제어부(11)에는 목표 회전수(No)와 실 회전수(Ne)의 편차가 입력되고, PID 연산을 거쳐 거버너 지령(u)이 출력된다. The
또한, 본 실시형태의 엔진 제어 장치는 제어 대상(10)을 수치 모델화한 옵저버(12)를 구비한다. 도 2는 제어 대상(10)과 옵저버(12)의 상세한 관계를 도시하는 블록도이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 옵저버(12)는 거버너 지령(u)을 입력으로 하고, 회전수(N)나 선속(대수 선속)(V) 등을 상태 변수로 한다. 본 실시형태에서는 실 회전수(Ne)가 계측되고 있기 때문에, 옵저버(12)에서는 실 회전수(Ne)와 시뮬레이터의 출력인 회전수(Nm)의 차이가 시뮬레이터로 피드백되어 각 상태 변수가 추정된다. 또한, 도 2의 A, B, C, K는 각 변수에 작용하는 연산자이다. Moreover, the engine control apparatus of this embodiment is equipped with the
또한, 엔진 제어 장치는 메모리(13)와 보정 연산부(14)를 구비한다. 보정 연산부(14)는 옵저버(12)로부터의 출력과 메모리(13)에 보존된 데이터를 사용하여 제어부(11)의 제어 파라미터를 실제 선박의 경년 변화에 대응하여 보정하는 보정량을 산출하는 연산부이다. 본 실시형태에서는 제어부(11)가 PID 제어를 행하기 때문에, 보정 대상이 되는 제어 파라미터는 PID 게인이며, 제어부(11)의 PID 게인은 보정 연산부(14)에서 산출된 보정량에 기초하여 갱신된다. The engine control device also includes a memory 13 and a
메모리(13)에는 전회(前回)의 제어 파라미터 갱신시에 옵저버(12)에서 산출된 선속(Vmo)이 기록되어 있다. 다음에 제어 파라미터의 갱신을 행할 때에는, 선속(Vmo)이 산출되었을 때와 동일한 조건하에, 예를 들면 회전수나 연료 투입량을 전회와 동일한 값으로 하여 배를 항행시키고, 현재의 선속(Vm)을 옵저버에서 산출한다. 보정 연산부(14)에는 옵저버(12)에서 추정되는 현재의 선속(Vm)과 메모리(13)에 기억되어 있는 과거의 선속(Vmo)이 입력되고, 이들 값에 기초하여 제어부(11)의 제어 파라미터의 보정량이 산출된다. The memory speed Vmo calculated by the
경년적으로 선체 저항은 증대되고, 프로펠러 효율은 저하되기 때문에, 해상(海象)이나 연료 공급량이 동일하여도, 선속은 전회의 갱신시(예를 들면 신조(新造)시)보다도 느려진다. 따라서, 옵저버(12)에서 추정되는 현재 선속(Vm)은 과거의 선속(Vmo)보다도 느려진다. Over time, the hull resistance increases and the propeller efficiency decreases, so that the ship speed is slower than the time of the last renewal (for example, new construction) even when the sea and fuel supply amount are the same. Therefore, the current ship speed Vm estimated by the
보정 연산부(14)에서는 예를 들면 과거의 선속(Vmo)과 현재의 선속(Vm)의 차이(Vmo-Vm)가 보정량으로서 산출되고, 제어부(11)에서는 (Vmo-Vm)의 값이 클수록 P 게인, D 게인이 크게 설정되고, 및/또는 I 게인은 작게 설정된다. 즉, 경년 변화가 일어나면 선체 저항이 증대되어 프로펠러 효율이 저하되기 때문에, 신조시와 같은 응답성을 얻기 위해서는, 차이(Vmo-Vm)의 값이 클수록 P 및/또는 D의 게인을 크게 취할 필요가 있다. 예를 들면 P, D의 게인은 (Vmo-Vm)의 증대에 비례하여 증대되고, I 게인은 역비례하여 저감된다. In the
또한, 이 때 보정 연산부(14)에서는 입력된 Vmo, Vm에 기초하여 옵저버(12)에 있어서의 상태 방정식에 관해서도 제어 대상의 경년 변화에 맞추어 보정이 행해지고, 옵저버(12)의 시뮬레이터(수치 모델)가 현재의 제어 대상에 대응하는 것으로 갱신된다. At this time, the
예를 들면, (N,V)t를 회전수(N) 및 속도(V)를 성분으로 하는 상태 벡터(t는 전치를 나타낸다), (N',V')t를 (N,V)t의 시간에 관한 1단 미분, 거버너 지령(u)을 입력으로 하는 동시에, 상태 벡터(N,V)t, 입력(u)에 각각 연산되는 2×2행렬, 2×1행렬의 요소를 {Aij}, {Bi}로 하여 시스템의 상태 방정식(일부)을 나타낼 때, A12가 프로펠러 회전의 저항을 포함하는 요소, A22가 선체 저항을 포함하는 요소가 된다. For example, a state vector (t represents a transposition), where (N, V) t is a rotational speed N and a speed V, and (N ', V') t is (N, V) t The first stage derivative with respect to the time of, the governor command (u) is input, and the elements of the 2x2 matrix and the 2x1 matrix respectively calculated on the state vector (N, V) t and the input (u) When ij } and {B i } are used to represent the state equation (partial) of the system, A 12 is an element containing a resistance of propeller rotation, and A 22 is an element containing a hull resistance.
이 때 A12 및 A22는 예를 들면 각각 A12·Vmo/Vm 및 A22·Vmo/Vm으로 갱신된다. 또한, 그 밖의 요소는 그 값 그대로 유지된다. 또한, 상기 상태 방정식에 있어서 주기 등에 관계되는 변수는 생략되어 있지만, 주기 밸브의 열화 등도 고려하는 구성으로 할 수도 있다. At this time, A 12 and A 22 are updated to A 12 .Vmo / Vm and A 22 .Vmo / Vm, respectively. In addition, the other elements remain at their values. In addition, although the variables related to a cycle etc. are abbreviate | omitted in the said state equation, it can also be set as the structure which considers deterioration of a periodic valve.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 선속을 실측하지 않고 선체나 프로펠러 등의 경년 변화를 추정하고, 이것에 맞추어 제어 파라미터를 갱신할 수 있기 때문에, 선박의 경년 변화에 맞춘 효율적인 주기의 운전을 항상 행할 수 있다. 또한, 이것에 의해 시 마진(sea margin)을 작게 할 수 있어, 신조(新造)시의 연비도 개선된다. As described above, according to the present embodiment, since the secular variation of the hull, the propeller and the like can be estimated without updating the ship speed and the control parameters can be updated accordingly, the operation of the efficient cycle according to the secular variation of the ship is always performed. I can do it. In addition, the sea margin can be reduced by this, and the fuel efficiency at the time of new construction is also improved.
또한, 거버너 지령(u)으로부터 경년 변화 전의 선속을 충분한 정밀도로 시뮬레이트할 수 있는 경우에는, 메모리에 보존된 과거의 선속이 아니라, 시뮬레이트된 경년 변화 전의 선속과 본 실시형태의 옵저버에서 추정되는 현재의 선속을 비교하여 제어부나 옵저버의 갱신을 행할 수도 있다. In addition, when the speed before a secular change from the governor command (u) can be simulated with sufficient precision, the speed of the simulated secular change and the current speed estimated by the observer of the present embodiment are not the past speeds stored in the memory. The control unit and the observer can be updated by comparing the ship speeds.
또한, 관측되는 상태 변수는 회전수로 한정되지 않고, 예를 들면 프로펠러 샤프트의 토크 등이라도 좋고, 복수의 물리량이라도 좋다. 또한, 경년 변화를 추정하기 위한 물리량으로서, 본 실시형태에서는 선속의 추정값을 사용했지만, 예를 들면 토크나 스러스트(thrust)를 옵저버에서 추정하고, 이것에 기초하여 경년 변화를 추정하여 제어 파라미터를 갱신하는 것도 가능하다. In addition, the observed state variable is not limited to the rotation speed, for example, may be a torque of the propeller shaft, or may be a plurality of physical quantities. In addition, although the estimated value of ship speed was used in this embodiment as a physical quantity for estimating aging change, for example, an observer estimates torque and thrust by an observer, and estimates aging change based on this, and updates a control parameter. It is also possible.
본 실시형태에서는 PID 제어를 예로 들어 설명을 행했지만, 그 이외의 제어방식에 있어서, 추정되는 선체나 프로펠러의 경년 변화에 맞추어, 경년 변화전의 응답성이 얻어지도록 제어 파라미터를 갱신하는 것도 가능하다. In the present embodiment, the PID control is taken as an example. However, in other control systems, the control parameter can be updated so that the response before the secular change can be obtained in accordance with the estimated secular change of the hull or propeller.
10 제어 대상
11 제어부(PID 연산부)
12 옵저버
13 메모리
14 보정 연산부 10 control target
11 Control unit (PID operation unit)
12 observers
13 memory
14 calibration calculator
Claims (9)
상기 주기 및 선체를 포함하는 선박을 제어 대상으로 하고, 상기 제어부로부터의 조작량을 입력으로 하는 옵저버(observer)와,
상기 제어 대상의 경년(經年) 변화의 영향을 받는 선속을 상기 옵저버에서 추정하고, 상기 선속의 경년 변화 전의 값과 경년 변화 후의 값에 기초하여 상기 제어부의 제어 파라미터를 변경하는 보정 수단을 구비하고,
상기 보정 수단은 상기 선속의 경년 변화 전의 값과 경년 변화 후의 값에 기초하여 상기 옵저버의 시뮬레이터를 경년 변화 후의 제어 대상에 대응한 수치 모델로 변경하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 제어 장치.A control unit for controlling the operation of the ship's cycle,
An observer for controlling a ship including the cycle and the hull as an input of an operation amount from the control unit;
And a correction means for estimating the ship speed affected by the secular variation of the control target by the observer and changing the control parameter of the control unit based on the value before the secular variation of the ship speed and the value after the secular variation. ,
And the correction means changes the simulator of the observer into a numerical model corresponding to the control object after the secular change based on the value before the secular change and the value after the secular change of the ship speed.
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