KR101409627B1 - 해양 선박의 제어와 관련된 개선 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 2개 이상의 워터젯 유닛을 선박의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박용 동적 제어 시스템으로서, 동적 제어 모드에 있을 때 선박의 위치 또는 속도를 유지하기 위한 해양 선박용 동적 제어 시스템에 관한 것이며, 이것은 위성 기반 위치설정 시스템 표시기 또는 상대 위치 표시기인 가속도계와 같은, 선박 위치 또는 속도, 또는 선박 위치 또는 속도의 편차를 표시하기 위한 위치 또는 속도 표시기와; 절대 진로 표시기인 컴퍼스 또는 상대 진로 표시기인 요레이트 센서와 같은, 선박 진로 또는 요레이트, 또는 선박 진로 또는 요레이트의 편차를 표시하기 위한 진로 표시기와; 동적 제어 모드가 실행될 때 실질적으로 선박 위치 또는 속도 및 선박 진로 또는 요레이트를 유지하기 위해 워터젯 유닛의 작동을 제어하는 제어기를 포함한다.
선박, 동적 제어 시스템, 워터젯, 위치, 속도, 진로, 요레이트

Description

해양 선박의 제어와 관련된 개선{IMPROVEMENTS RELATING TO CONTROL OF MARINE VESSELS}
본 발명은 워터젯 추진식 해양 선박의 제어에 관한 것이며, 구체적으로 그러나 비제한적으로, 다중 워터젯 해양 선박의 동적 제어에 관한 것이다.
동적 위치설정은 대체로 선박을 계류 또는 정박하지 않고 고정된 위치에 유지하는 자동화된 방법을 지칭한다. 시추선과 같은 대형 선박에 동적 위치설정을 채용한 시스템들이 현재 사용 가능하다. 이들 시스템은 일반적으로 해저의 고정된 지점 위의 깊은 물속에 선박 스테이션을 종종 장기간 유지하는데 사용된다. 이들 시스템은 복잡하고, 일반적으로 다목적용으로 제공된 드롭 다운 아지무스(azimuth) 추진기를 사용한다.
미국 특허 제5,491,636호는 보트를 선택된 정박 지점에 동적으로 유지하기 위해 트롤링 모터와 같은 조향가능한 선수 추진기를 사용하는 동적 위치설정 시스템을 개시한다.
본 발명의 목적은 워터젯 추진식 해양 선박을 위한 동적 위치설정 및 동적 속도 제어 중 어느 하나 또는 모두를 제공하고 그리고/또는 적어도 유용한 선택지를 제공하는 것이다.
제1 태양에서, 본 발명은 대체로 조향 편향기 및 반전 덕트를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동 가능한 2개 이상의 워터젯 유닛을 선박의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박용 동적 제어 시스템으로서, 동적 제어 모드에 있을 때 선박의 위치 또는 속도를 유지하기 위한 해양 선박용 동적 제어 시스템으로 구성되며, 이것은 선박 위치 또는 속도, 또는 선박 위치 또는 속도의 편차를 표시하기 위한 위치 또는 속도 표시기와, 선박 진로 또는 요레이트(yaw rate), 또는 선박 진로 또는 요레이트의 편차를 표시하기 위한 진로 표시기 수단과, 동적 제어 모드가 실행될 때 실질적으로 선박 위치 및 진로를 유지하기 위해 워터젯 유닛의 조향 편향기 및 반전 덕트의 작동을 제어하거나 또는 실질적으로 선박 속도 및 요레이트를 유지하기 위해 워터젯 유닛의 작동을 제어하는 제어기를 포함한다.
본원에서 기술된 2개 이상의 워터젯 유닛에 의해 추진되는 해양 선박용 동적 제어 시스템은, 동적 제어 모드를 실행하고 명령된 선박 위치 또는 속도를 설정하기 위한 입력 수단과, 선박 위치 또는 속도, 또는 선박 위치 또는 속도의 편차를 표시하기 위한 위치 또는 속도 표시기와, 선박 진로 또는 요레이트, 또는 선박 진로 또는 요레이트의 편차를 표시하기 위한 진로 표시기와, 명령된 선박 위치 또는 속도에 대한 위치 또는 속도 편차를 모니터링하고, 명령된 선박 진로 또는 요레이트에 대한 진로 또는 요레이트를 모니터링하며, 동적 제어 모드가 실행될 때 워터젯 유닛의 작동을 제어하여 위치 또는 속도 오차 및 진로 또는 요레이트 오차를 최소화하도록 구성되는 제어기를 포함한다.
일반적으로, 원하는 선박 위치 또는 속도, 및 원하는 선박 진로 또는 요레이트는 동적 제어 시스템이 실행될 때의 선박의 위치 또는 속도 및 진로 또는 요레이트이다(이하에서는 현재 위치 또는 속도 및 진로 또는 요레이트로 지칭되기도 함). 입력 수단은 동적 제어 모드를 수행하고 현재의 선박 위치 및 진로 또는 속도 및 진로 또는 요레이트를 명령된 위치 및 진로 또는 속도 및 진로 또는 요레이트로 설정하기 위한 하나 이상의 버튼 또는 스위치 등일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 입력 수단은 현재의 선박 위치 및 진로 또는 속도 및 진로 및/또는 요레이트와 상이한 명령된 위치 및/또는 진로, 또는 속도 및/또는 진로 또는 요레이트의 입력을 실행할 수 있다.
바람직하게는, 명령된 선박 위치 및 진로 또는 속도 및 진로 또는 요레이트는 예를 들어 조이스틱, 조타륜, 및/또는 스로틀 레버와 같은 제어 장치를 사용하여 동적 제어 모드가 실행되는 동안 변경될 수 있다.
위치 또는 속도 표시기는 예를 들어 GPS(Global Position System) 또는 DGPS(differential GPS)와 같은 위성 기반 위치설정 시스템을 통해 절대 선박 그라운드 위치 또는 속도를 표시할 수 있다. 대안적으로, 위치 또는 속도 표시기는 초기 위치 또는 속도에 대한 상대적인 선박의 움직임을 표시하도록 구성된 하나 이상의 센서를 통해, 명령된 선박 기준 위치도는 속도에 대한 상대적인 선박 위치 또는 속도의 편차를 표시함으로써 상대 위치 또는 속도를 표시할 수 있다. 역시 대안적으로, 위치 또는 속도 표시기는 바위 또는 정박소와 같이 정지된, 또는 이동 표면 또는 잠수 선박 또는 수면 아래로 이동하는 다이버와 같이 이동하는 다른 물체에 대한 선박의 위치 또는 속도를 예를 들어 레이더, 음파, 또는 레이저 거리 확인 기술을 통해 표시할 수 있다.
진로 표시기 수단은 컴퍼스를 통해 절대 진로를 표시하거나, 선박 진로의 상대적인 변화를 감지하는 진로 센서를 통해, 명령된 선박 진로에 대한 상대적인 진로의 변화를 표시함으로써 상대 진로를 표시할 수 있다. 진로 표시기 수단은 일 실시예에 있어서 명령된 요레이트에 대한 상대적인 요레이트의 변화를 표시할 수 있는 요레이트 센서를 포함할 수 있다.
일반적으로, 제어기는 워터젯 유닛의 엔진 스로틀, 조향 편향기 및 반전 덕트(reverse duct)를 제어가능하게 작동시키도록 구성된다. 제어기는 워터젯 유닛의 조향 편향기들을 동조식으로 작동시키고, 반전 덕트들을 동조식으로 또는 차동식으로 작동시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
제2 태양에서, 본 발명은 대체로 조향 편향기 및 반전 덕트를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능하고 선박의 주 추진 시스템인 2개 이상의 워터젯 유닛에 의해 추진되는 해양 선박을 동적으로 제어하기 위한 컴퓨터 실행 방법으로 구성되고, 이 방법은 (a) 명령된 선박 위치 또는 속도 및 명령된 선박 진로 또는 요레이트를 판단하는 단계와, (b) 위치 또는 속도 판단 수단을 사용하여 현재 선박의 위치 또는 속도를 판단하는 단계와, (c) 진로 또는 요레이트 판단 수단을 사용하여 현재 선박의 진로 또는 요레이트를 판단하는 단계와, (d) 실질적으로 명령된 선박 위치 및 진로를 유지하기 위해 워터젯 유닛의 적어도 조향 편향기 및 반전 덕트를 제어하거나 또는 실질적으로 명령된 선박 속도 및 요레이트를 유지하기 위해 워터젯 유닛을 제어하는 단계를 포함한다.
명령된 선박 위치 또는 속도 및 진로 또는 요레이트는 동적 제어 시스템이 실행될 때의 위치 및 진로 또는 속도 및 진로 또는 요레이트일 수 있거나, 또는 동적 제어의 시작시에 또는 그 후에, 명령된 위치 및 진로 또는 속도 및 진로 또는 요레이트로서 제어 시스템에 입력된 상이한 선박 위치 및 진로 또는 속도 및 진로 또는 요레이트 일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 방법은 또한 (e) 명령된 선박 위치 또는 속도, 및 명령된 선박 진로 또는 요레이트를 수신하는 단계와, (f) 명령된 선박 위치 또는 속도와 현재의 선박 위치 또는 속도 사이의 차이에 기초하여 위치 또는 속도 오차를 계산하는 단계와, (g) 명령된 선박 진로 또는 요레이트와 현재의 선박 진로 또는 요레이트 사이의 차이에 기초하여 진로 또는 요레이트 오차를 계산하는 단계와, (h) 위치 및/또는 진로 오차, 또는 속도 및/또는 요레이트 오차를 최소화하도록 워터젯 유닛을 제어하는 단계를 포함한다.
위치 또는 속도 오차를 계산하는 단계는 절대 선박 위치 또는 속도에 대한, 또는 초기 선박 위치 또는 속도에 대한 차이를 계산하는 단계를 포함한다. 진로 또는 요레이트 오차를 계산하는 단계는 절대 진로 또는 요레이트에 대한, 또는 초기 진로 또는 요레이트에 대한 진로 또는 요레이트 오차를 계산하는 단계를 포함한다.
제3 태양에서, 본 발명은 대체로 조향 편향기 및 반전 덕트를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능한 2개 이상의 워터젯 유닛을 선박의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박용 동적 제어 시스템으로서, 동적 위치 제어 모드에 있을 때 선박 위치를 유지하고 동적 속도 제어 모드에 있을 때 선박 속도를 유지하기 위한 해양 선박용 동적 제어 시스템으로 구성되며, 이것은 선박 위치 및 속도, 또는 선박 위치 또는 속도의 편차를 표시하기 위한 위치 및 속도 표시기, 또는 선박 위치 및 속도 모두, 또는 선박 위치 및 속도 모두에 대한 편차를 표시하기 위한 조합된 표시기와, 선박 진로 및 요레이트, 또는 선박 진로 및 요레이트의 편차를 표시하기 위한 진로 표시기 수단, 또는 선박 진로 및 요레이트 모두, 또는 선박 진로 및 요레이트 모두에 대한 편차를 표시하기 위한 조합된 표시기와, 동적 제어 모드가 실행될 때 실질적으로 선박 위치 및 진로를 유지하도록 조향 편향기 및 반전 덕트의 작동을 제어하거나 또는 실질적으로 선박 속도 및 요레이트를 유지하도록 워터젯 유닛의 작동을 제어하는 제어기를 포함한다.
제4 태양에서, 본 발명은 대체로 조향 편향기 및 반전 덕트를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능한 2개 이상의 워터젯 유닛을 선박의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박용 동적 제어 시스템으로서, 동적 위치 제어 모드에 있을 때 적어도 선박 위치를 유지하기 위한 해양 선박용 동적 제어 시스템으로 구성되며, 이것은 위성 기반 위치설정 시스템을 통해 선박 위치의 편차를 표시하는 위치 표시기와, 선박 진로의 편차를 표시하기 위한 컴퍼스 및 요레이트 센서와, 동적 제어 모드가 실행될 때 실질적으로 선박 위치 및 진로를 유지하도록 워터젯 유닛의 적어도 조향 편향기 및 반전 덕트의 작동을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.
제5 태양에서, 본 발명은 대체로 조향 편향기 및 반전 덕트를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능한 2개 이상의 워터젯 유닛을 선박의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박용 동적 제어 시스템으로서, 동적 위치설정 모드일 때 적어도 선박의 위치를 유지하기 위한 해양 선박용 동적 제어 시스템으로 구성되며, 이것은 선박 위치의 편차를 표시하도록 구성된 가속도계와, 선박 진로의 편차를 표시하도록 구성된 요레이트 센서와, 동적 제어 모드가 실행될 때 실질적으로 선박 위치 및 진로를 유지하도록 워터젯 유닛의 적어도 조향 편향기 및 반전 덕트의 작동을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.
제6 태양에서, 본 발명은 대체로 2개 이상의 워터젯 유닛을 선박의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박용 동적 제어 시스템으로서, 동적 제어 모드일 때 선박 가속도 및/또는 감속도를 제어하기 위한 해양 선박용 동적 제어 시스템으로 구성되며, 이것은 선박 가속도 및/또는 감속도, 또는 선박 가속도 및/또는 감속도의 편차를 표시하기 위한 가속도 표시기와, 선박 진로 또는 요레이트, 또는 선박 진로 또는 요레이트의 편차를 표시하기 위한 진로 표시기 수단과, 동적 제어 모드가 실행될 때 실질적으로 선박 가속도 및/또는 감속도 및 선박 진로 또는 요레이트를 유지하기 위해 워터젯 유닛의 작동을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.
본 발명과 관련된 기술 분야에 공지된 동등물을 가진 구체적인 완전체가 언급되는 경우에, 그러한 공지된 동등물은 마치 개별적으로 서술된 것과 같이 본원에 포함되는 것으로 간주되어야 한다.
본 명세서에 사용된 '포함'이라는 용어는 '적어도 부분적으로 구성되는'을 의미한다. 즉, 그러한 용어를 포함하는 본 명세서 내의 문장을 해석할 때, 각각의 문장에서 그러한 용어에 의해 시작되는 특징들은 모두 존재해야 하지만, 다른 특징들도 또한 존재할 수 있다.
본 명세서에서, '선박'이라는 용어는 작은 여가용 런어바웃(runabout) 및 기타 보트와 같은 보트, 단동선 또는 다동선과 같은 큰 런쳐(launcher), 및 큰 선박을 포함하는 것을 의도한다.
이제 본 발명의 시스템 및 방법의 다양한 형태가 첨부 도면을 참고하여 설명된다.
도1은 동적 위치설정 시스템의 예시적인 형태의 개략도이다.
도2는 예시적인 동적 위치설정 방법의 처리 흐름도이다.
도3은 동적 속도 제어 시스템의 예시적인 형태의 개략도이다.
도4는 동적 속도 제어 방법의 처리 흐름도이다.
도5는 트윈 워터젯 추진식 선박의 6가지 기본 기동을 도시한다.
도6은 트윈 워터젯 추진식 선박의 횡방향 병진을 도시한다.
도7은 예시적인 동적 속도 제어 시스템을 도시하는 블록 다이어그램이다.
이제, 선박의 고물에 있는 2개의 워터젯 유닛에 의해 추진되는 해양 선박("트윈 워터젯 선박")을 참고로 본 발명이 설명된다. 본 발명의 시스템 및 방법은 예를 들어 3개 또는 4개의 워터젯 유닛과 같이 2개보다 많은 워터젯 유닛에 의해 추진되는 워터젯 선박에 사용될 수도 있다.
동적 위치설정 시스템
도1을 참조하면, 본 발명의 동적 위치설정 시스템의 일 실시예의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 이 시스템은 동적 위치설정 모드가 실행될 때 선박의 진로 및 위치를 동적으로 유지하기 위해 데이터를 수신 및 처리하도록 프로그래밍된 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 프로그래밍 가능한 논리 제어기(PLC) 등과 같은 제어기(100)를 포함한다. 제어기(100)는 동적 위치설정을 위한 독립형 또는 전용 제어기일 수 있거나, 또는 바람직하게는 기존의 선박 제어기에 통합된다. 하나의 형태에서, 제어기(100)는 Controller Area Network(CAN)과 같은 워터젯 선박의 네트워크에 연결되는 플러그-인 모듈이다.
제어기(100)는 선박의 주 추진 시스템인 좌현 및 우현 워터젯 유닛(102)을 제어한다. 상술한 바와 같이 2개보다 많은 워터젯 유닛이 제공되면, 제어기(100)는 적어도 하나의 좌현 워터젯 유닛 및 하나의 우현 워터젯 유닛에 동적 제어를 제공하도록 구성될 수 있다.
각각의 워터젯 유닛(102)은 엔진(106)에 의해 구동샤프트(108)를 통해 구동되는 펌핑 유닛(104)을 수납하는 하우징을 포함한다. 각각의 워터젯 유닛은 또한 조향 편향기(110) 및 반전 덕트(112)를 포함한다. 도시된 형태에서, 각각의 반전 덕트(112)는 역추력을 개선하기 위해 분기된 통로를 갖는 유형의 것이다. 분기-통로 반전 덕트(112)는 또한 덕트가 젯 스트림 내로 하강될 때 좌현 및 우현으로의 조향 추력에 영향을 미친다. 조향 편향기(110)는 대체로 수직축(114)을 중심으로 피봇하는 반면, 반전 덕트(112)는 조향 편향기와는 관계없이 대체로 수평축(116)을 중심으로 피봇한다. 각각의 유닛의 엔진 스로틀, 조향 편향기 및 반전 덕트는 가동 모듈(118, 120)로부터 제어 입력 포트(122, 124, 126)를 통해 각각 수신된 신호에 의해 가동된다. 다음으로, 가동 모듈(118, 120)은 제어기(100)에 의해 제어된다.
제어기(100)는 선박 제어를 실시하기 위해 다수의 입력을 수신한다. 하나의 입력은 하나 이상의 조이스틱, 키(helm) 제어기, 스로틀 레버 등과 같은 하나 이상의 선박 제어 장치(128)로부터 입력된다. 선박 제어 장치(128)는 선박을 수동으로 작동시키기 위해 조타수에 의해 사용된다.
제어기(100)는 또한 하나 이상의 버튼, 스위치, 키패드 등과 같은, 동적 제어 모드를 실행하기 위해 작동될 수 있는 동적 제어 입력 수단(130)으로부터 입력을 수신한다. 동적 제어 입력 장치(130)는 동적 위치설정 모드를 포함하거나 또는 구체적으로 동적 위치설정 모드인 동적 제어 모드를 실행하기 위해 조타수에 의해 사용되며, 동적 위치설정 모드에서 제어기는 선박 위치 및 선박 진로를 유지하기 위해 선박의 워터젯 유닛을 제어한다. 동적 위치설정 모드에서의 제어기의 작동이 상세히 설명된다.
제어기(100)는 선박 위치 및 선박 진로를 표시하는 입력을 갖는다. 선박 위치 및 선박 진로는 원하는 위치 및 원하는 진로(본원에서는 대체로 명령된 선박 위치 및/또는 진로로 지칭됨)로 선박을 유지하고 또한 원하는 위치 및 원하는 진로를 설정하기 위해 제어기(100)에 의해 사용된다.
선박 위치는 위치 표시기(132)를 통해 판단된다. 절대 선박 그라운드 위치는 GPS 또는 DGPS와 같은 위성 기반 위치설정 시스템을 통해 표시될 수 있고, 이 경우에는 위치 표시기(132)가 GPS 또는 DGPS 유닛일 것이다. GPS는 위도 및 경도의 관점에서 지구 기준 위치에 관한 데이터를 제공한다. GPS는 표준 형태 또는 DGPS 형태로 사용될 수 있다.
대안적으로, 위치 표시기(132)는 초기 위치에 대한 상대적인 선박 움직임을 판단하도록 구성된 가속도계와 같은 하나 이상의 센서를 통해 초기 선박 위치에 대한 상대적인 선박 위치를 표시할 수 있다. 전자 회로가 선박 가속도를 나타내는 신호를 가속도계로부터 수신할 수 있고, 선박 위치를 나타내는 신호를 얻기 위해 신호를 적분할 수 있다. 가속도 신호의 이중 적분은 위치 신호를 생성한다. 위치의 표시 또는 위치 편차를 개선하기 위해 (예를 들어 상보적인 필터링 후에) 다수의 센서의 출력이 처리될 수 있다.
다른 실시예에서, 위치 표시기(132)는 예를 들어 도크 또는 정박소와 같은 정지 또는 이동 물체에 대한 선박 위치 또는 이동 또는 정지 표면 또는 잠수 선박에 대한 선박 위치를 표시할 수 있다. 위치 표시기는 음파 또는 레이저 기반 거리 확인 시스템과 같은 단거리 레이더 시스템 또는 임의의 다른 시스템을 포함할 수 있고, 이것은 선박으로부터 정지되어 있거나 또는 이동하는 목표 물체까지의 거리 및 거동을 표시할 것이다. 이동하는 물체에 대한 동적 제어에서는, 이동하는 물체와 선박 사이의 상대 위치 및/또는 속도가 획득된다. 이러한 방식으로, 제어된 선박은 이동하는 물체와의 속도 또는 위치 "관계"를 유지하도록 제어될 수 있다. 이동하는 물체에 대한 동적 위치 제어의 예시적인 적용은 다른 선박 또는 수면 아래의 원격 조작 선박으로부터의 주어진 거리 및 거동을 유지하거나, 표류하는 선박 근처에서 기동하거나, 또는 강한 조류에서 다이버를 건져올리는 것을 포함한다. 이동하는 물체에 대한 동적 제어는 또한 둘 이상의 선박이 협력하여 그물을 끄는 쌍끌이에서 선박들의 위치 및/또는 속도 관계를 유지하는데 사용될 수 있다.
선박 진로는 제어기(100)에 선박 진로 데이터를 제공하는 진로 표시기(134)를 사용하여 판단된다. 진로 표시기(134)는 예를 들어 절대 선박 진로를 표시하는 플럭스게이트 컴퍼스(fluxgate compass) 또는 자이로 컴퍼스(gyro compass)일 수 있다. 대안적으로, 진로 표시 수단은 선박 진로의 상대적인 변화를 판단하도록 구성된 레이트 자이로(rate gyro) 또는 다른 센서 장치와 같은 하나 이상의 요레이트(yaw rate) 센서를 통해 초기 선박 기준 진로에 대한 상대적인 선박 진로를 표시할 수 있다. 또한, 진로 표시기는 예를 들어 온-보드 오토-파일롯 시스템을 위해 이미 제공된 표시기일 수 있다.
동적 위치설정이 실행되면, 제어기(100)는 선박을 명령된 위치 및 진로에 유지하게 위해 위치 표시기(132) 및 진로 표시기(134)로부터의 입력을 사용한다. 이것은 동적 위치 시스템이 실행되었을 때의 선박의 위치 및 진로일 수 있거나, 또는 대안적으로 다른 명령된 위치 및 진로를 제어기(100)에 입력할 수 있는 키패드 또는 다른 컴퓨터 시스템과 같은 다른 입력 수단을 통해 조타수 또는 조작자에 의해 입력되는 상이한 선박 위치 및 진로일 수 있다. 그 후, 제어기는 명령된 선박 위치 및 진로를 유지하기 위해 워터젯 유닛 및 특히 엔진 추력, 조향 편향기 및 반전 덕트를 동조식으로 또는 차동식으로 조작한다. 원하는 위치 및 진로로부터 선박이 이동하지 못하도록 선박 위치 및 진로를 유지하기 위해 제어기에 의해 임의의 방향으로 선박의 병진을 유발하도록 워터젯 유닛이 작동될 수 있는 방법은 이어지는 "트윈 워터젯 선박 제어" 부분에서 더 상세히 설명된다.
또한, 동적 위치설정 기능성은 대개 선박을 조작하는데 사용되는 하나 이상의 선박 제어 장치(128)와 조합하여 작용할 수 있다. 하나의 형태에서, 입력 수단(130)은 제어 시스템이 동적 위치설정 모드에 있을 때 조이스틱과 같은 선박의 저속 기동 제어 장치와 조합하여 작용할 수 있다. 예를 들어, 선박 위치를 유지하기 위해 동적 위치설정 모드가 실행된 후에, 이어서 조타수는 선박을 상이한 위치 및/또는 진로로 이동시킨 후 선박을 새로운 위치 및/또는 진로에 유지하기를 원할 수 있다. 제어 시스템이 동적 위치설정 모드에 있는 동안, 조타수는 조이스틱과 같은 제어 장치를 작동시켜 선박을 이동시킨 후, 조이스틱을 놓거나 본래 위치로 복귀시킨다. 조이스틱이 본래 위치로 복귀하면 동적 위치설정이 재착수되어, (조이스틱이 다시 이동되거나 또는 동적 위치설정 모드가 불능화될 때까지) 제어 시스템은 선박을 새로운 위치 및/또는 경로에 유지하기 위해 다시 작동할 수 있다.
동적 위치설정 프로세스
동적 위치설정 모드에서의 제어기의 예시적인 프로세스가 도2에 도시되어 있다. 조타수가 일단 선박을 그라운드에 대해 또는 도크 또는 부두 또는 다른 정지 표면 또는 예를 들어 잠수 선박에 대한 상대적인 선택 장소로 기동시키고, 동적으로 선박 위치 및 진로를 유지하기를 원할 때, 단계 200에서 조타수는 동적 위치설정 모드를 실행한다. 단계 202에서, 제어기는 위치 표시기 및 진로 표시기로부터 각각 현재 선박 위치 및 선박 진로를 획득한다. 획득된 선박 위치 및 선박 진로는 단계 204에서 명령된 선박 위치 및 진로로서 설정된다.
이어서 제어기는 단계 206으로 진행하고, 여기에서 위치 표시기 및 진로 표시기로부터 각각 현재 선박 위치 및 선박 진로를 다시 판단한다. 단계 208에서, 제어기는 단계 204에서 판단된 명령된 선박 위치와 단계 206에서 판단된 선박 위치 사이의 차이에 기초하여 위치 오차를 계산한다. 제어기는 또한 단계 204에서 판단된 명령된 선박 진로와 단계 206에서 판단된 선박 진로 사이의 차이에 기초하여 진로 오차를 계산한다.
단계 210에서, 제어기는 위치 오차 및 진로 오차가 실질적으로 0인지를 판단한다. 위치 오차 또는 진로 오차가 실질적으로 0이 아니면, 선박은 원하는 위치나 원하는 진로에 있지 않다. 그 후, 제어기는 단계 212로 진행하고, 여기에서 워터젯 유닛을 조작 및 제어하여 선박을 이동시키고 위치 오차 및 진로 오차를 최소화한다. 그 후 선박 위치 및 선박 진로가 판단되는 단계 206으로부터의 프로세스가 다시 반복된다. 이러한 루프를 통해, 제어기는 지속적으로 선박 위치 및 선박 진로를 모니터링하고, 워터젯 유닛을 작동시켜 명령된 위치 및 경로를 유지한다.
단계 210에서 위치 오차 및 진로 오차가 실질적으로 0인 것으로 나타나면, 선박은 명령된 위치 및 진로에 있는 것이다. 제어기는 단계 206으로 복귀하고, 여기에서 선박 위치 및 선박 진로를 다시 모니터링한다. 이 프로세스는 동적 위치설정 모드가 불능화될 때까지 계속된다.
대안적인 실시예에서, 제어기로의 입력은 절대 선박 위치 및 진로를 표시하는 대신에 상대 선박 위치 및 진로 입력, 즉 초기 선박 위치 및 진로에 대한 상대적인 선박 위치 및 진로의 변화를 표시하는 입력일 수 있다. 다시, 제어기는 위치 및 진로 오차를 최소화하기 위해 워터젯 유닛을 작동시키고 제어한다.
상술한 바와 같이, 고정 그라운드 위치 및/또는 도크 또는 부두 또는 다른 정지 표면 또는 예를 들어 잠수 선박에 대해 상대적인 고정 위치인 소정 위치에 선박을 정지 상태로 유지하기 위한 작동 대신에, 동적 위치설정 시스템은 다른 이동 표면 또는 잠수 선박 또는 예를 들어 수면 아래로 이동하는 다이버에 대해 특정한 위치 관계로 이동할 때 선박을 유지하도록 작동할 수 있다. 동적 위치설정 프로세스는 목표 선박 또는 물체가 이동함에 따라 선박이 이동 중이거나 이동할 것이라는 점을 제외하면 상술한 것들과 개념이 동일하다. 위치 표시기는 예를 들어 레이더, 음파, 또는 레이저 거리 확인 유닛 또는 다른 유사한 유닛을 사용하여 목표 선박 또는 물체에 대한 선박의 위치에 대한 정보를 제공한다.
동적 속도 제어 시스템
도3을 참조하면, 본 발명의 동적 속도 제어 시스템의 일 실시예의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도1의 동적 위치설정 시스템과 별개로 도시되어 있지만, 선박에 이중 기능성 동적 제어 시스템을 제공하기 위해 동적 속도 제어 시스템이 동적 위치설정 시스템과 통합될 수 있다. 대안적으로, 선박에는 본 발명의 동적 위치설정 시스템 및 동적 속도 제어 시스템 중 어느 하나만이 제공될 수 있다.
동적 속도 제어 시스템은 제어기(300)를 포함하며, 이것은 마이크로프로세서, 마이크로제어기, 프로그래밍 가능한 논리 제어기(PLC) 등의 형태일 일 수 있다. 제어기(300)는 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 동적 속도 제어 모드가 실행될 때 선박의 속도 및 요레이트를 동적으로 유지하기 위해 데이터를 수신 및 처리하도록 프로그래밍된다. 앞에서와 같이, 제어기(300)는 동적 속도 제어를 위한 독립형 또는 전용 제어기일 수 있거나, 또는 도1에 도시된 동적 위치설정을 위해 사용되는 제어기(100)와 같은 기존의 선박 제어기에 통합될 수 있다. 하나의 형태에서, 제어기(300)는 Controller Area Network(CAN)과 같은 워터젯 선박의 네트워크에 연결된 플러그-인 모듈이다.
도3에 도시된 바와 같이, 제어기(300)는 선박의 주 추진 시스템인 좌현 및 우현 워터젯 유닛(302)을 제어한다. 상술한 바와 같이 2개보다 많은 워터젯 유닛이 제공된 경우에, 제어기(300)는 적어도 하나의 좌현 워터젯 유닛 및 하나의 우현 워터젯 유닛에 동적 제어를 제공하도록 구성될 수 있다.
각각의 워터젯 유닛(302)은 구동 샤프트(308)를 통해 엔진(306)에 의해 구동되는 펌핑 유닛(304)을 수납하는 하우징과, 조향 편향기(310)와, 대체로 수직축(314) 및 대체로 수평축(316)을 중심으로 피봇하는 반전 덕트(312)를 포함한다. 각각의 유닛의 엔진 스로틀, 조향 편향기 및 반전 덕트는 가동 모듈(318, 320)로부 터 제어 입력 포트(322, 324, 326)를 통해 각각 수신된 신호에 의해 가동된다. 다음으로, 가동 모듈(318, 320)은 제어기(300)에 의해 제어된다.
제어기(300)는 선박 제어를 실시하기 위해 다수의 입력을 수신한다. 하나의 입력은 하나 이상의 조이스틱, 키 제어기, 스로틀 레버 등과 같은 하나 이상의 선박 제어 장치(328)로부터 입력된다. 선박 제어 장치(328)는 수동으로 선박을 작동시키기 위해 조타수에 의해 사용된다.
제어기(300)는 또한 동적 속도 제어 모드를 실행하기 위해 동적 속도 제어 입력 수단(330)으로부터 입력을 수신하고, 동적 속도 제어 모드에서 제어기는 명령된 선박 속도 및 선박 진로 또는 요레이트를 획득 및/또는 유지하기 위해 선박의 워터젯 유닛을 제어한다.
제어기(300)는 선박 속도 및 선박 진로 또는 요레이트를 표시하는 입력을 갖는다. 선박 속도 및 선박 진로 또는 요레이트는 선박을 명령된 속도 및 진로 또는 요레이트로 유지하기 위해 제어기(300)에 의해 사용된다.
도3을 참조하면, 선박 속도는 속도 표시기(332)를 사용하여 판단된다. 선박 속도는 다수의 기술을 사용하여 획득될 수 있다. 선박에 장착된 피토관 센서 또는 초음파 센서는 초음파 펄스가 물을 통해 이동하는데 소요되는 시간을 통해 선박 속도를 측정할 수 있다. 사용될 수 있는 속도 표시기의 다른 형태는 도플러 효과를 통해 속도를 측정하는 도플러 속도 로그(Doppler velocity log)이다. 속도 표시기는 초기 속도에 대한 상대적인 선박 속도를 판단하기 위해 구성된 가속도계와 같은 하나 이상의 센서를 통해 초기 선박 기준 속도에 대한 상대적인 선박 속도를 표시 할 수 있다. 전자 회로가 가속도계로부터 선박 가속도를 나타내는 신호를 수신하고, 선박 속도를 나타내는 신호를 얻기 위해 신호를 적분할 수 있다. 가속도 신호의 신호 적분은 속도 신호를 생성한다. 대안적으로, 절대 선박 속도는 GPS 또는 DGPS와 같은 위성 기반 시스템을 통해 도출될 수 있다. GPS 또는 DGPS는 직접 속도 데이터를 제공하는데 사용될 수 있거나, 또는 간접적으로는 위도 및 경도의 관점에서 지구 기준 위치 변화와 관련된 데이터로부터 속도 데이터를 도출함으로써 속도 데이터를 제공하는데 사용될 수 있다. 다수의 센서의 출력은 개선된 속도 표시 및 속도 편차를 제공하도록 (예를 들어 상보적인 필터링 후에) 처리될 수 있다.
선박 진로 또는 요레이트는 제어기(300)에 선박 진로 또는 요레이트 데이터를 제공하는 진로 표시기(334)를 사용하여 판단된다. 진로 또는 요레이트 표시기(334)는 예를 들어 절대 선박 진로를 표시하거나 또는 절대 요레이트를 판단할 수 있게 하는 플럭스게이트 컴퍼스 또는 자이로 컴퍼스일 수 있다. 대안적으로, 진로 표시 수단(334)은 초기 진로 또는 요레이트에 대한 상대적인 선박 진로 또는 요레이트의 변화를 판단하도록 구성된 레이트 자이로 또는 다른 센서 장치와 같은 하나 이상의 센서를 통해 초기(명령된) 선박 진로 또는 요레이트에 대한 상대적인 선박 진로 또는 요레이트를 표시할 수 있다.
선박 전진 속도는 선박이 예를 들어 10 knot보다 높은 비교적 높은 속도로 또는 대안적으로는 예를 들어 저속 기동 동안의 낮은 속도로 진행중일 때 동적으로 제어될 수 있으며, 이 경우에 제어되는 선박 속도는 전방, 후방, 좌현 또는 우현 이동 또는 조합(예를 들어, 선박 방향이 조이 스틱 또는 다른 다중축 제어 장치를 통해 기동중에 제어되는 경우)을 포함하는 임의의 방향일 수 있다.
속도 제어 모드가 실행되면, 제어기는 조타수에 의해 명령된 속도 및 진로 또는 요레이트를 유지하기 위해 선박의 추진 유닛을 제어한다. 조타수가 선박 속도를 증가 또는 감소시킴으로써 그리고/또는 선박 조향 제어 장치를 사용하여 선박 진로 또는 요레이트를 변경함으로써 선박 속도 및 진로 또는 요레이트를 변경하는 경우에, 명령된 속도 및 진로 또는 요레이트는 속도 제어 모드가 실행될 때의 현재 속도 및 진로 또는 요레이트이거나 또는 속도 제어 모드가 실행된 후의 속도 및 진로 또는 요레이트일 수 있다. 속도 제어 모드에 있을 때, 제어기는 예를 들어 바람, 조류 또는 해류와 같이 선박 속도 및 진로 또는 요레이트를 바꿀 수 있는 외부 영향에 맞서 원하는 속도 및 진로 또는 요레이트를 유지하기 위해 추진 유닛을 가동시킨다. 따라서, 속도 제어 모드에 있을 때, 선박은 실질적으로 명령된 속도 및 진로 또는 요레이트를 그라운드에 대해 유지할 것이다.
기존의 시스템은 제어 레버 위치와 특정 방향으로 발생된 추력의 크기 사이에 직접적인 관계를 갖는다. 그리하여, 발생된 추력은 그라운드가 아닌 물에 대해 특정한 병진 속도를 발생시키고, 이는 바람, 조류 또는 해류와 같은 외부 영향에 의해 크게 영향을 받을 수 있다.
동적 속도 제어 기능성은 대개 선박을 작동시키는데 사용되는 선박 제어 장치와 조합하여 작용할 수 있다. 하나의 형태에서, 동적 제어 시스템은 동적 제어 모드에 있을 때 조이스틱과 같은 선박의 저속 제어 장치와 조합하여 작용할 수 있다. 예를 들어, 동적 속도 제어 모드가 실행되면, 조타수는 선박 속도를 증가 또 는 감소시키거나 선박 진로 또는 선회의 요레이트를 변경하기를 바랄 수 있다. 조타수는 동적 속도 제어 모드가 실행되는 동안, 예를 들어 조이스틱을 전방, 후방 또는 임의의 다른 방향으로 움직여 그러한 방향으로의 선박 속도를 증가 또는 감소시키거나, 또는 선박을 선회시키거나 또는 선박의 선회 속도를 변경할 수 있다.
동적 속도 제어 프로세스
동적 속도 제어 모드에서의 제어기를 위한 예시적인 프로세스가 도4에 도시되어 있다. 선박이 원하는 진로에서 원하는 속도에 도달하고, 조타수가 이 그라운드 속도 및 진로로 선박을 동적으로 유지하기를 바라는 경우, 조타수는 단계 400에서 동적 속도 제어 모드를 실행하는 입력 장치를 가동한다. 단계 402에서, 제어기는 속도 표시기 및 진로 표시기로부터 각각 현재의 선박 그라운드 속도 및 선박 진로를 획득한다. 획득된 선박 속도 및 선박 진로는 단계 404에서 명령된 선박 속도로 설정된다. 대안적으로, 조타수는 명령된 선박 속도 및/또는 진로를 키 패드 또는 다른 입력 수단을 통해 입력한다. 일단 입력되면, 동적 속도 제어는 추진 시스템을 활성화하여 선박이 명령된 선박 속도 및/또는 진로에 도달하고 유지하게 한다.
이어서 제어기는 단계 406으로 진행하며, 여기에서 속도 표시기 및 진로 표시기로부터 각각 선박 속도 및 선박 진로를 판단한다. 단계 408에서, 제어기는 단계 404에서 판단된 명령된 선박 속도와 단계 406에서 판단된 선박 속도 사이의 차이에 기초하여 속도 오차를 계산한다. 제어기는 또한 단계 404에서 판단된 명령된 선박 진로와 단계 406에서 판단된 선박 진로 사이의 차이에 기초하여 진로 오차를 계산한다.
단계 410에서, 제어기는 속도 오차 및 진로 오차가 실질적으로 0인지를 판단한다. 속도 오차 또는 진로 오차가 실질적으로 0이 아니면, 선박은 명령된 속도와 진로 중 어느 것도 갖지 않는다. 그 후, 제어기는 단계 412로 진행하고, 여기에서 속도 오차 및 진로 오차를 최소화하기 위해 워터젯 유닛을 작동 및 제어한다. 그 후, 프로세스는 선박 속도 및 선박 진로가 판단되는 단계 406부터 다시 반복된다. 이러한 루프를 통해, 제어기는 선박 속도 및 선박 진로를 지속적으로 모니터링하고, 원하는 속도를 유지하기 위해 워터젯 유닛을 작동시킨다.
단계 410에서, 속도 오차 및 진로 오차가 실질적으로 0인 것으로 나타나면, 선박은 원하는 속도 및 진로를 갖는다. 제어기는 단계 406으로 복귀하고, 여기에서 다시 선박 속도 및 선박 진로를 모니터링한다. 이 프로세스는 동적 속도 제어 모드가 불능화될 때까지 지속된다.
대안적인 실시예에서, 진로 표시기는 절대 진로를 표시하는 대신에 상대 진로, 즉 초기(명령된) 진로에 대한 상대적인 진로의 변화를 표시할 수 있다. 제어 시스템은 (상이한 진로가 명령되거나 또는 동적 제어 시스템이 불능화될 때까지) 초기 진로로 선박 진로를 유지하도록 작동할 수 있다.
다른 대안적인 실시예에서, 제어 시스템은 동적으로 선박 속도 및 요레이트를 유지하도록 구성될 수 있다. 요레이트 센서는 초기(명령된) 요레이트에 대한 상대적인 요를 표시할 것이다. 예를 들어, 선박이 특정 속도 및 선회 속도(요레이트)에서의 선회를 통해 진행할 때, 속도 및/또는 선회 속도는 바람, 조류 또는 해 류와 같은 외부 영향에 의해 크게 영향을 받을 것이다. 요레이트 센서가 명령된 요레이트로부터의 요레이트의 변화를 제어기에 표시하고, 제어기는 워터젯 유닛을 작동시켜 선박을 명령된 요레이트로 유지한다. 선박이 전방으로 직진할 때, 명령된 요레이트는 0이며, 제어기는 외부 영향에 맞서 0의 요레이트로 선박을 유지하도록 작동한다. 선박이 선회할 때, 제어기는 다시 외부 영향에 맞서 명령된 요레이트 및 속도로 선박을 유지하도록 작동한다.
가속 제어
본 발명의 동적 제어 시스템은 선택적으로 또는 대안적으로 속도가 아닌 가속도의 측정 및 제어를 고려하기 위해, 동적 속도 제어와 유사하게, 적절한 변화로 제어 가속 또는 감속을 동적으로 제어할 수 있다. 동적 가속 제어 시스템의 예시적인 응용은 제어된 급정거 기능성을 제공하는 것으로, 이것에 의해 급정거에 대한 조타수로부터의 요청이 제어 시스템으로 하여금 선박을 제어가능하게 감속시키도록 하여, 선박의 조타수 또는 승객에게 부상을 입히는 일없이 최대 감속이 달성될 수 있다. 동적 가속 제어 시스템의 다른 예시적인 응용은 사전설정 가속 및 감속 루틴이다. 예를 들어, 승객의 안락함을 보장하기 위해 사전설정 가속이 페리에 프로그래밍될 수 있다. 사전설정 가속은 또한 수상 스키어와 같은 물체 또는 사람이 선박에 의해 견인되는 응용예에 프로그래밍될 수 있다.
제어된 가속 또는 감속 모드는 조타수에 의해 시작될 수 있다. 예를 들어, 조타수는 버튼, 스위치 또는 유사한 것들을 조작하여 상술한 제어된 급정거 감속 또는 사전설정 가속 체계를 시작할 수 있다. 도3을 다시 참조하면, 선박의 가속률 또는 감속률은 속도 표시기(332)로부터의 신호로부터 제어기(300)에 의해 판단된다. 제어기(300)는 워터젯 유닛(302)을 제어하여 원하는 가속 또는 감속을 유발한다. 앞에서와 같이, 선박 진로는 진로 표시기(334)에 의해 판단되며, 제어기(300)는 또한 제어된 가속 또는 감속 동안 원하는 선박 진로를 유지하도록 작동한다.
대안적으로, 본 발명의 동적 제어 시스템은 선박에 의해 허용되는 최대 가속률 또는 감속률을 간단히 제한할 수 있다. 선박이 특정 속도로 가속 또는 감속되도록 명령받으면, 선박은 예를 들어 선박의 승객에게 안락함을 보장하기 위해 미리 정한 가속 또는 감속 한계를 넘지 않는 제어된 비율로 이 명령된 속도까지 가속 또는 감속할 것이다.
트윈 워터젯 선박 제어
선박을 동적으로 위치설정하고 그리고/또는 선박 속도를 동적으로 제어하기 위한 워터젯 유닛의 작동이 도5를 참조하여 설명된다. 도면은 트윈 워터젯 선박(500)의 6가지 기본 기동을 도시한다. 간략함을 위해, 조향 편향기는 도면부호 502로 표시되며, 하강되었을 때의 반전 덕트는 도면부호 504로 표시된다. 상승되었을 때의 반전 덕트는 표시되어 있지 않다. 부분적으로 하강된 반전 덕트는 도면부호 506으로 표시되어 있다.
선박(500)의 조향 편향기(502)는 동조식으로 작동된다. 즉, 젯 스트림을 배향하기 위해 좌현 및 우현 편향기가 조화되어 움직인다. 1번 및 2번 기동에서, 편향기는 중심에 동조된다. 3번 및 6번 기동에서, 편향기는 좌현에 동조된다. 4번 및 5번 기동에서, 편향기는 우현에 동조된다.
반전 덕트(504)는 동조식으로 또는 차동식으로 작동될 수 있다. 동조는 예를 들어, 2개의 반전 덕트(502)가 모두 상승 또는 하강되어 있는 1번 및 2번 기동에 도시되어 있다. 예를 들어, 하나의 반전 덕트(502)가 상승되고 다른 하나는 하강된 5번 및 6번 기동에는 차동 작동이 도시되어 있다. 차동 작동은 도6을 참조하여 이후에 더욱 상세히 설명된다.
도5에 도시된 바와 같이, 트윈 워터젯 선박은 1번, 2번, 5번, 6번의 4가지 기본 병진 기동을 갖는다. 이들 병진 기동에서 선박(500)은 일정한 진로를 유지하면서 전방, 후방, 좌현, 우현으로 각각 이동한다. 병진을 발생시키는 힘의 벡터가 화살표 508로 표시되며, 병진 방향은 화살표 510으로 표시된다.
선박은 또한 3번 및 4번의 2가지 기본 회전 기동을 갖는다. 선박(500)은 이들 회전 기동에서 선박의 중심점을 기준으로 좌현 또는 우현으로 각각 회전한다. 회전 방향은 휘어진 화살표(512)로 표시된다.
트윈 워터젯 선박 및 관련 선박 제어에 사용 가능한 기본 기동이 아래의 표1에 요약되어 있다. 기동은 선박 제어 장치를 조작하는 조타수 및 제어기 모두에 사용 가능하다.
표1: 선박 기동의 요약
번호
 기동의 유형
 좌현 워터젯 유닛 우현 워터젯 유닛
반전 덕트 조향 편향기 반전 덕트 조향 편향기
1 병진-전방 상승 중심 상승 중심
2 병진-후방 하강 중심 하강 중심
3 중심을 기준으로 회전-좌현 0의 속도보다 아래 좌현 0의 속도보다 위 좌현
4 중심을 기준으로 회전-우현 0의 속도보다 위 우현 0의 속도보다 아래 우현
5 병진-좌현 하강 우현 상승 우현
6 병진-우현 상승 좌현 하강 좌현
사실상 선박의 이동 또는 병진은 상술한 기본 기동의 조합을 사용하여 달성될 수 있다. 제어기는 상술한 기동 중 어떠한 것도 실시할 수 있고, 따라서 동적 위치설정 및/또는 속도 제어 능력을 선박에 제공하기 위해 추가의 추진기 또는 추진 시스템 없이 선박의 워터젯 유닛을 제어함으로써 선박 위치 또는 속도 및 선박 진로를 유지하도록 선박을 기동할 수 있다.
동적 위치설정 및 동적 속도 제어 동작의 예
동적 위치설정 모드가 실행되었고 선박이 원하는 위치의 후방 또는 뒤쪽으로 표류하기 시작했다고 가정하면, 제어기는 먼저 표류로 인해 발생한 원하는 위치와 선박 위치 사이의 차이를 계산함으로써 위치 오차를 판단할 것이다. 위치 오차에 기초하여, 제어기는 선박을 전방으로 적절히 추진하는데 요구되는 엔진 스로틀의 크기를 판단한다. 그러나, 제어기가 단순히 디폴트 스로틀 명령을 전달하고 그 결과 발생한 선박의 이동을 모니터링할 수 있기 때문에, 이 단계는 필수적이지 않다. 표1을 참조하면, 제어기는 또한 반전 덕트가 상승되고 조향 편향기가 중심에 있는 것을 보장하여야 한다. 그 후, 워터젯 유닛은 도5의 1번 기동이 발생하도록 작동된다.
선박이 원하는 선박 위치의 전방 또는 앞쪽으로 표류한 경우에, 제어기는 다시 위치 오차를 판단하고, 이번에는 선박을 후방으로 추진하는데 요구되는 엔진 스로틀의 크기를 판단한다. 앞에서와 같이, 엔진 스로틀의 판단은 생략될 수 있다. 그 후, 제어기는 반전 덕트가 하강되고 조향 편향기가 중심에 있는 것을 보정한다. 그 후, 워터젯 유닛은 선박이 원하는 위치로 후퇴하도록 작동된다. 그 결과 발생한 기동은 도5의 2번 기동과 동일하다.
동적 속도 제어 모드가 실행되었고 선박이 (전방/후방 또는 좌현/우현 방향 중 어느 한 방향으로) 명령된 속도로부터 감속/증속을 시작한다고 가정하면, 명령된 제어기는 먼저 원하는 속도와 선박 속도 사이의 차이를 계산함으로써 속도 오차를 판단할 것이다. 속도 오차에 기초하여, 제어기는 원하는 속도로 선박을 적절히 추진하는데 요구되는 엔진 스로틀의 크기를 판단한다. 그러나, 제어기가 단순히 디폴트 스로틀 명령만을 보내고 그 결과 발생한 선박의 속도를 모니터링하기 때문에, 이 단계는 필수적이지 않다. 원하는 속도는 사실상 0인 것이 가능하고, 이 경우에 제어 시스템은 0의 속도를 유지하려할 것이다.
예를 들어 선박이 원하는 진로 밖으로 선회한 경우와 같이 선박 진로가 변경되면, 제어기는 먼저 진로 오차를 판단한다. 보정 회전 기동이 요구되기 때문에, 도1을 참조하면, 제어기는 원하는 회전 방향에 따라 조향 편향기가 적절히 선회되고 반전 덕트가 적절히 부분 하강되는 것을 보장한다. 좌현의 회전이 요구되면, 조향 편향기들은 동조하여 좌현으로 선회한다. 또한, 좌현 반전 덕트가 부분적으로 하강되어, 좌현 워터젯 유닛으로부터의 젯 스트림의 대부분이 전방으로 편향된 다. 이러한 편향은 도5의 3번 기동에서 화살표 514로 표시된 바와 같이 뒤쪽 방향으로 더 강한 힘 벡터를 발생시킨다. 우현 반전 덕트는 부분적으로 하강되어, 우현 워터젯 유닛으로부터의 젯 스트림의 대부분이 뒤쪽으로 편향된다. 그 결과 도5의 3번 기동에서 화살표 516로 표시된 바와 같이 앞쪽 방향으로 더 강한 힘 벡터가 발생한다. 조합하여, 힘 벡터는 선박의 중심을 기준으로 좌현으로 선박을 회전시킨다.
선박이 원하는 선박 위치로부터 횡방향으로 표류한 경우에, 제어기는 앞에서와 같이 위치 오차를 판단할 것이다. 위치 오차에 기초하여, 제어기는 선박을 원하는 위치로 다시 기동하는데 요구되는 엔진 스로틀의 크기를 판단할 것이다. 이러한 판단은 선택 사항이며, 생략될 수 있다. 횡방향 병진 기동은 원하는 위치로의 복귀를 위해 필요하기 때문에, 제어기는 또한 반전 덕트 및 조향 편향기를 상기 표1에 기재된 바와 같이 적절히 제어하여야 한다.
선박이 원하는 위치의 우측으로 표류되었다고 가정하면, 제어기는 원하는 위치로 선박을 복귀시키기 위해 선박이 좌측으로 밀리도록 워터젯 유닛을 제어해야 한다. 표1 및 도5의 5번 기동을 참조하면, 제어기는 좌현 및 우현 조향 편향기를 동조하여 우현으로 선회시킬 것이다. 제어기는 또한 우현 반전 덕트가 하강되는 것을 보장할 것이다. 요구되는 엔진 스로틀의 크기에 기초하여, 제어기는 워터젯 유닛의 작동을 제어할 것이다. 5번 기동에 도시된 바와 같이, 우현으로 편향된 조향 편향기와 하강된 좌현 반전 덕트의 조합은 상이한 힘 벡터가 선박의 선미에서 발생되게 한다. 도6을 참조하여 설명되는 바와 같이, 이들 힘 벡터의 합은 좌측으 로의 순 횡방향 이동을 발생시킨다.
좌측 횡방향 병진이 이제 도6을 참조하여 설명된다. 상술한 예에서와 같이 선박(600)은 원하는 위치의 우측으로 표류되었다. 동적 위치설정 모드가 실행되었기 때문에, 제어기는 선박을 다시 원하는 위치를 향해 좌측으로 밀어야 한다. 제어기에 의해 취해진 단계들은 양쪽 조향 편향기(602, 604)를 동조하여 우현으로 선회시키는 것을 포함하는 상술한 단계들과 유사하다.
편향기의 방향이 주어지면, 우현 워터젯은 뒤쪽 및 우현을 향하는 젯 스트림(606)을 발생시킨다. 그 결과, 젯 스트림(606)과 반대 방향으로 힘이 발생한다. 이 힘은 힘 벡터(608)로 도시된다.
앞에서와 같이, 좌현 반전 덕트(610)는 좌현 워터젯 유닛 밖으로 젯 스트림을 편향하기 위한 위치로 하강되었다. 하강된 좌현 반전 덕트(610)는 앞쪽을 향하는 젯 스트림(612)을 발생시킨다. 이것은 젯 스트림(612)과 반대 방향으로 발생되는 힘을 야기한다. 이 힘은 힘 벡터(614)로 도시된다.
워터젯 유닛의 추력을 제어함으로써, 그리고 조향 편항기 및 그에 따라 반전 덕트를 제어함으로써, 발생된 힘 벡터의 크기 및 방향은 효과적인 횡방향 힘 벡터를 발생시키기 위해 조합된 것일 수 있다. 보트의 중심(616)에서, 힘 벡터(608, 614)의 벡터 합은 순 측방향 힘 벡터(618)이다. 이 순 힘 벡터는 선박을 밀어 좌측으로 병진시킨다.
상술한 예는 단지 예시일뿐이며 제한하지 않는다. 사실상, 선박은 다양한 또는 조합된 방향으로 이동될 수 있다. 당업자라면 표1에 나열된 나머지 기본 기 동을 발생시키기 위해 상술한 설명을 응용하고 적절히 변형할 수 있을 것이라고 예상된다. 당업자는 또한 제어기가 다수의 개별 기본 기동을 수행하거나 또는 대안적으로 기본 기동을 하나의 작업으로 조합하도록 프로그래밍될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 동적 제어 시스템은 통합된 동적 위치 제어 및 속도 제어를 포함할 수 있다. 이것은 특히 느린 속도로 기동하는 선박에 유용하다. 통합된 동적 제어 시스템이 실행된 상태에서, 조타수는 선박을 이동 및 제어하기 위해 조이스틱 또는 다른 다중축 제어 장치와 같은 보통의 기동 제어 장치를 사용할 수 있다. 조타수가 조이스틱을 임의의 방향으로 이동시킬 때, 선박은 제어 장치가 이동되는 방향으로 이동하고, 제어 장치가 중립 위치로부터 이동된 양에 비례하는 속도로 이동할 것이다. 본 발명의 속도 제어 기능성은 실질적으로 바람 및 조류 또는 해류와 같은 외부 인자에 의해 영향을 받지 않고 선박을 명령된 방향으로 그리고 명령된 속도로 이동시킬 수 있다. 조타수가 제어 장치를 중립 위치로 다시 이동시키면(또는 중립 위치로 자체 복귀되도록 바이어스된 제어 장치를 놓으면), 위치 제어 기능성이 실행되고, 조타수가 다시 제어 장치를 소정 방향으로 이동시켜 선박이 그 방향으로 그리고 제어 장치의 이동 정도에 의해 명령된 속도로 이동하도록 명령할 때까지, 또는 동적 제어 시스템이 불능화될 때까지, 선박이 실질적으로 바람 및/또는 조류 또는 해류와 같은 외부 인자에 의해 영향을 받지 않고 위치를 유지하게 할 것이다.
예시적인 동적 위치 및 속도 제어 시스템
본 발명의 동적 제어 시스템의 구체적인 예가 이제 도7을 참조하여 설명될 것이다. 화살표 700로 포괄적으로 표시된 시스템은 다음의 주요 구성요소를 포함한다.
- 기동 조이스틱과 같은 하나 이상의 제어 입력 장치(702)
- 위치 및 진로 제어기(704)
- 엔진 및 워터젯 추진 시스템(706, 708)
- 다수의 선박 센서(710, 712, 714, 716)
- 축 변환을 계산하기 위한 시스템(718)
제어 입력 장치
제어 입력 장치(702)는 조타수와 제어 시스템 사이의 인터페이스이며, 하나 이상의 방향 제어 및 조향 유닛으로 구성될 수 있다. 제어 입력 장치(702)는 선박에 의한 다음의 원하는 이동을 나타내는 출력 신호를 제공할 수 있다.
- 앞쪽 또는 뒤쪽으로의 명령된 선박의 속도[전후동요(surge) 속도, u]
- 좌현 또는 우현으로의 명령된 선박의 속도[좌우동요(sway) 속도, v]
- 무게 중심을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로의 명령된 선박의 선회 속도[요레이트(yaw rate), r]
- 모드 입력
전후동요 및 좌우동요 속도, 선회 속도는 조타륜, 단일축 또는 다중축 조이스틱, 버튼, 스위치 등과 같은 공지된 입력 장치를 사용하여 요청될 수 있다. 입력 장치는 본 출원인의 국제 특허 출원 PCT/NZ2005/000319에 설명된 것과 같은 것일 수 있다.
모드는 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 하나 이상의 버튼, 스위치 등을 사용하여 작동 모드를 실행 또는 선택함으로써 요청될 수 있다.
하나의 이용 가능한 작동 모드는 '수동 모드'이며, 이 모드에서 사용자는 제어 시스템을 통해 수동으로 워터젯 유닛 및 그것의 관련 제어 표면을 통상적인 방식으로 작동시킨다.
다른 사용가능한 작동 모드는 '위치 모드'이며, 이 모드에서 제어 시스템은 선박을 동적으로 위치설정하기 위해 워터젯 유닛 및 그것의 관련 제어 표면을 작동시킨다. 이 모드가 선택되면, 본 출원인의 국제 특허 출원 PCT/NZ2005/000319에 설명된 입력 장치 상에 제공된 '홀드' 버튼을 누름으로써, 제어 시스템이 동적 위치설정을 실행한다. 능동 위치설정이 실행되는 동안, 선박이 유지되는 위치는 조향 제어 장치 또는 다른 제어 입력 장치를 조작함으로써 x, y, z 축 중 어느 한 방향으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 선박은 선박을 제어가능하게 정박하기 위해 y축으로 1 m의 증분만큼 위치를 조절하기 전에 도크로부터 5 m에 동적으로 위치될 수 있다.
다른 사용가능한 작동 모드는 "레이트 또는 속도 모드'이며, 여기에서 제어 시스템은 선박의 속도를 원하는 그라운드 속도와 일치하도록 동적으로 제어하기 위해 워터젯 유닛 및 그것의 관련 제어 표면을 작동시킨다. 이 모드가 실행되면, 전용 버튼을 누름으로써, 또는 원하는 그라운드 속도를 입력함으로써, 제어 시스템이 동적 속도 제어를 실행한다. 선박이 x, y, z 축 중 하나 이상의 방향으로 이동하는 속도는 동적 속도 제어가 실행되는 동안 조향 제어 장치 또는 다른 제어 입력 장치를 조작함으로써 조절될 수 있다. 예를 들어, 선박 속도는 속도 제한 영역에 들어오기 전에 20 knot로 동적으로 제어될 수 있고, 속도 제한 영역에 진입하면 예를 들어 '감속' 버튼을 사용하여 10 knot로 감소될 수 있다. 다른 예에서, 선박의 현재 속도를 유지하기 위해 입력 제어 장치가 제공될 수 있다.
다른 사용 가능한 작동 모드는 '슬레이브 모드'이며, 여기에서 제어 시스템은 워터젯 유닛 및 그것의 관련 제어 표면을 작동시켜 선도 선박과 같은 '마스터' 물체에 대한 상대적인 선박의 속도를 동적으로 제어하거나 또는 위치설정한다. 이 모드는 '이동하는 물체에 대한 동적 제어'라는 제하의 부분에 설명되어 있다.
바람직한 형태에서는, 디스플레이 수단(740)이 또한 제공된다. 디스플레이 수단(740)은 선박 전후동요 속도, 좌우동요 속도, 진로 및 작동 모드 중 하나 이상의 파라미터를 표시할 수 있게 한다. 이 디스플레이 수단(740)은 측정된 파라미터 값 또는 요청된 파라미터 값 또는 둘 모두를 표시할 수 있다. 접촉 감지 수단을 디스플레이 수단(740) 상에 제공함으로써 디스플레이 수단(740)이 제어 입력 장치의 형태인 것이 가능하며, 따라서 조타수는 디스플레이 수단(740)의 영역을 선택적으로 접촉함으로써 속도 변화 또는 모드 선택과 같은 요청을 입력할 수 있다.
위치 및 진로 제어기
위치 및 진로 제어기(704)는 제어 입력 장치(702)로부터 요청을 수신한다. 그것은 또한 선박 센서(710, 712, 714, 716)로부터 피드백 신호를 직접 그리고 측정된 선박 속도(u, v)를 나타내는 처리 데이터의 형태로 수신한다.
위치 및 진로 제어기(704)의 주 기능은 원하는 속도 및 요레이트와 측정된 속도 및 요레이트 사이의 차이를 계산하고, 요청을 워터젯 및 엔진에 설정하여, 전후동요 속도 및 좌우동요 속도와 요레이트 오차가 최소화되게 하는 것이다.
추진 시스템
좌현 젯을 위한 추진 시스템이 어둡게 표시된 박스(706) 안에 상세히 도시되어 있다. 우현 추진 시스템이 좌현의 것과 동일하며, 박스(708)로 표시된다.
각각의 워터젯은 조향 편향기 및 반전 덕트를 움직이기 위한 2개의 액츄에이터(720, 722)를 갖는다. 젯 추력의 크기는 엔진 속도를 변화시킴으로써 달라진다. 조향 편향기 위치 제어기(726)는 위치 및 진로 제어기(704)로부터 조향 편향기 요청 신호를 수신하고 위치 센서(728)로부터 측정된 조향 편향기 위치를 수신한다. 위치 제어기(704)는 요청된 조향 편향기 위치와 측정된 조향 편향기 위치 사이의 오차를 최소화하도록 액츄에이터(720)를 구동한다. 이것은 통상적인 폐쇄 루프 제어 시스템일 수 있다.
반전 덕트 위치 센서(730) 및 반전 덕트 위치 제어기(732)를 포함하는 제2의 동일한 위치 제어 루프가 위치 및 진로 제어기(704)로부터의 요청 신호에 응답하여 반전 덕트의 위치를 유지한다.
추진 시스템 블록의 제3 부분은 엔진 스피드 제어이다. 위치 및 진로 제어기(704)로부터의 요청 신호는 구체적인 엔진 스피드를 설정하기 위해 엔진 제어 시스템(724)에 보내진다. 이것은 젯 샤프트 회전 스피드(분당 회전수, 또는 RPM)를 변화시켜서 워터젯에 의해 발생되는 추력의 크기를 변화시킨다.
선박 블록
선박 블록(734)은 제어 시스템에 의해 제어되는 선박을 나타낸다. 개략적으로 설명된 바와 같이, 선박은 워터젯에 의해 발생된 힘과 모멘트, 그리고 바람, 파도, 조류 등과 같은 외부 교란에 의해 움직인다. 워터젯의 힘과 모멘트는 외부 교란을 극복하여 제어 입력 장치(702)에 의해 한정되는 원하는 항로에 배를 유지하도록 제어되어야 한다.
선박에 대한 힘과 모멘트의 조합된 작용은 선박 블록(734)에 입력된다. 그 결과, 선박은 지구의 표면에 대해 특정한 방향으로 이동하도록 제어될 수 있다. 이러한 움직임들은 도면부호 735로 포괄적으로 표시된 '위도', '경도', '진로' 및 '요레이트' 표시에 의해 나타낸다. 도면부호 735의 표시들은 본 발명의 제어 시스템에 입력되는 전기 신호가 아니다. 대신에, 이 표시들은 센서(710 내지 716) 들에 의해 감지된 움직임을 표시한다.
선박 센서
선박의 위치는 바람직하게는 GPS 또는 DGPS와 같은 고정밀 시스템을 사용하여 측정된다. 이것은 지구 기준 위치(위도 및 경도)의 출력을 제공하기 때문에, 도7에 도시된 실시예의 위도 센서(710) 및 경도 센서(712)는 바람직한 GPS 또는 DGPS 시스템에 통합될 것이다.
또한, 자이로 컴퍼스 또는 플럭스게이트 컴퍼스와 같은 진로 센서(714)가 요레이트 센서(716)와 함께 사용된다.
상술한 센서들로부터의 측정된 파라미터는 도면에 도시된 연결부(V, P)를 거쳐 위치 및 진로 제어기(704)에 직접 전달된다.
GPS 및 자이로 컴퍼스의 대안으로서, 가속도계 및 레이트 자이로가 앞선 선박의 위치 및 속도에 기초하여 선박의 움직임을 제어하는데 사용될 수 있다. 이 대안적인 형태에서, 가속도계는 위도 및 경도 센서(710, 712)를 대체하여 x 및 y 축으로의 가속을 나타내는 신호를 제공하고, 레이트 자이로는 진로 센서(714)를 대체하여 z 축으로의 속도 변화를 나타내는 신호를 제공한다. 가속도계로부터의 가속 신호는 한 번 적분되어 속도 신호를 생성하고, 한 번 더 적분되어 위치 신호를 생성한다. 레이트 자이로로부터의 속도 신호는 위치 신호를 생성하기 위해 한 번만 적분되면 된다. 그 후 가속도계 및 레이트 자이로로부터 도출된 속도 및 위치 신호는 도면에 도시된 연결부(V, P)를 거쳐 위치 및 진로 제어기(704)에 입력된다.
GPS 및 자이로 컴퍼스의 대안으로서, 레이더가 사용되어 상대 입력 신호를 제공함으로서 선박을 동적으로 제어할 수 있다. 레이더는 거동 및 거리의 표시를 제공하며, 이것은 선박이 동적으로 위치설정되어야 하는 장소 또는 선박의 상대 속도가 동적으로 제어되어야 하는 물체를 한정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 다른 선박과 같은 이동하는 물체에 대해 동적 위치설정이 요구되는 경우에, 조타수는 동적 위치설정이 수행되어야 하는 물체인 이동 물체를 표시 또는 선택하기 위해 레이더를 사용할 수 있다.
변환
위도, 경도 및 진로 센서(710, 712, 714)로부터의 신호는 미분기(736, 738)를 통해 미분 처리되고, 블록(718)을 통해 축 변환되어, 종방향 및 횡방향 축으로의 선박 속도(u, v)의 출력을 제공한다. 그 관계는 다음과 같다.
dx0G/dt = u cos ø - v sin ø
dy0G/dt = u sin ø + v cos ø
여기에서,
x0G = 선박의 종방향 위치 좌표(지구 기준 축)
y0G = 선박의 횡방향 위치 좌표(지구 기준 축)
u = 전후동요 축을 따른 선박의 속도
v = 좌우동요 축을 따른 선박의 속도
ø= 선박의 진로 각도
상기 방정식은 선박 전후동요 속도 및 좌우동요 속도(u, v)를 산출하기 위해 미지수가 2개인 2개의 연립 방정식을 사용하는 임의의 표준적인 방법에 의해 해결된다. 이들 파라미터는 위치 및 진로 제어기(704)에 전달된다.
당업자라면, 센서(710, 712)가 가속도계로 교체되고 센서(714)가 레이트 자이로로 교체된 경우에, 상기 변환 방정식이 가속도계 및 레이트 자이로에 의해 발생되는 신호에 맞게 변경될 것이라는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 가속도계는 가속 신호를 생성하기 때문에, 속도 및 위치 신호를 생성하기 위해 미분이 아닌 적분이 요구된다. 또한, 레이트 자이로는 속도 신호를 생성하며, 이것은 위치 신호를 생성하기 위해 적분되어야 할 것이다. 일부 GPS 시스템은 직접 속도를 출력하며, 이것이 사용 가능한 경우에, 미분기는 필요하지 않다.
작동의 설명
도7의 동적 속도 제어 시스템의 작동이 이제 설명된다. 동적 속도 제어 시스템이 작동되면, 제어 입력 장치(702)는 그라운드에 대한 요청된 종방향 및 횡방향 속도 및 요레이트를 설정한다. 위치 및 진로 제어기(704)는 명령된 속도 및 요레이트와 측정된 속도 및 요레이트 사이의 오차를 판단하고, 이들 오차를 최소화하기 위해 조향 편향기 요청, 반전 덕트 위치 및 엔진 추력(또는 rpm)을 계산한다. 이들 새로 계산된 요청은 조향 편향기, 반전 덕트 위치 제어기(726, 732), 엔진 속도 제어기(724)로 출력된다.
그 후, 추진 시스템이 선박에 작용하는 추력 및 모멘트를 발생시킨다. 추력 및 모멘트는 바람, 조류 등으로 인한 교란력 및 교란모멘트와 조합되어 속도 및 요레이트 오차를 감소시키는 방향으로 선박을 이동시킨다. 선박의 움직임은 센서(710, 712, 714, 716)에 의해 검출되어 위치 및 진로 제어기(704)에 피드백을 제공하고, 따라서 루프를 폐쇄한다.
상술한 시스템은 선박의 동적 위치설정을 제공하기 위한 동적 위치설정 시스템으로서도 완벽하게 작동할 수 있다. 이것은 전후동요 및 좌우동요에 있어서의 0의 속도 및 0의 선회 속도가 요청되는 경우에 제어 입력 장치를 '0"의 위치로 설정함으로써 이루어진다. 이것은 상술한 바와 같이 제어 시스템이 이동 및 회전의 레이트를 제어 입력 장치에 의해 요청되는 이동 및 회전 레이트에 일치시키도록 작용하는 '레이트(rate)' 제어 모드로부터 '위치' 제어 모드로 위치 및 진로 제어기(704)를 변경시킨다.
하나의 형태에서, 선박이 정지되면, 제어 시스템은 선박의 위치 및 진로의 ' 스냅샷'을 취한다. 제어 입력 장치가 0의 위치에 유지되는 동안, '스냅샷' 위치 및 진로는 요청 입력으로서 사용되고, 시스템은 위치 폐쇄 루트 제어를 수행하여, 선박이 '스냅샷' 위치 및 '스냅샷' 진로에 머무는 것을 보장한다. 이 모드에서, 위도, 경도 및 진로의 '방향' 피드백 및 '스냅샷' 신호는 위치 제어를 위한 오차 신호를 계산하는데 사용된다. 이것은 '레이트' 또는 동적 속도 제어 모드와 비교될 수 있으며, 여기에서 전후동요 및 좌우동요 속도의 처리된 신호 및 직접 요레이트 신호가 피드백으로서 사용된다.
도7에 도시된 시스템은 종방향, 횡방향 및 회전 위치 또는 레이트를 유지하기 위해 3개의 제어 루프를 효과적으로 포함한다. 이들 제어 루프는 동시에 상이한 모드에 있는 것이 가능하다. 예를 들어, 선박이 특정 전후동요 및 좌우동요 속도 요청에 의해 이동중이지만 요레이트가 0일 때, 전후동요 및 좌우동요 제어 루프는 '레이트'모드에 있을 수 있고 요 제어 루프는 '위치' 모드에 있을 수 있다.
이상은 바람직한 형태를 포함하여 발명을 설명한다. 당업자에게 명백한 대체예 및 변형예는 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (41)

  1. 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능한 2개 이상의 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)을 선박(500, 600, 734)의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)으로서, 동적 제어 모드에 있을 때 선박의 위치 또는 속도를 유지하기 위한 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)이며,
    선박 위치 또는 속도, 또는 선박 위치 또는 속도의 편차를 표시하기 위한 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)와,
    선박 진로 또는 요레이트(yaw rate), 또는 선박 진로 또는 요레이트의 편차를 표시하기 위한 진로 표시기 수단(134, 334, 714, 716)과,
    동적 제어 모드가 실행될 때 선박의 위치 및 진로를 유지하기 위해 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)의 작동을 제어하거나 또는 선박 속도 및 요레이트를 유지하기 위해 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  2. 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능한 2개 이상의 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)을 선박의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)으로서, 동적 위치 제어 모드에 있을 때 선박의 위치를 유지하고 동적 속도 제어 모드에 있을 때 선박의 속도를 유지하기 위한 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)이며,
    선박의 위치 및 속도, 또는 선박의 위치 또는 속도의 편차를 표시하기 위한 위치 및 속도 표시기(132, 332, 710, 712), 또는 선박의 위치 및 속도를 모두 표시하기 위한 또는 선박의 위치 및 속도 모두의 편차를 표시하기 위한 조합된 표시기와,
    선박의 진로 및 요레이트, 또는 선박의 진로 및 요레이트의 편차를 표시하기 위한 진로 표시기 수단(134, 334, 714, 716), 또는 선박 진로 및 요레이트 모두를 표시하기 위한 또는 선박 진로 및 요레이트 모두의 편차를 표시하기 위한 조합된 표시기와,
    동적 제어 모드가 실행될 때 선박의 위치 및 진로를 유지하기 위해 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)의 작동을 제어하거나 또는 선박 속도 및 요레이트를 유지하기 위해 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 작동을 제어하기 위한 제어기(100, 300, 704)를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 제어기(100, 300, 704)는 동적 제어 모드가 실행될 때 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 엔진 추력을 제어가능하게 변화시키도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 동적 제어 모드를 실행하고 명령된 선박 위치 또는 속도 및 명령된 선박 진로 또는 요레이트를 설정하기 위한 입력 수단(128, 130, 328, 330, 702)을 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 제어기(100, 300, 704)는 명령된 선박 위치 또는 속도에 대한 상대적인 위치 또는 속도 편차를 모니터링하고, 명령된 선박 진로 또는 요레이트에 대한 상대적인 진로 또는 요레이트 편차를 모니터링하며, 동적 제어 모드가 실행될 때 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 작동을 제어하여 위치 또는 진로 오차 및 속도 또는 요레이트 오차를 최소화하도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 선박(500, 600, 734)의 현재 위치 또는 속도 및 현재 진로 또는 요레이트를 명령된 선박 위치 또는 속도 및 진로 또는 요레이트로 설정할 수 있게 하는 입력 수단(128, 130, 328, 330, 702)을 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 현재 선박 위치 또는 속도 및 진로 또는 요레이트와 상이한 위치 또는 속도 및 진로 또는 요레이트를 명령된 선박 위치 또는 속도 및 진로 또는 요레이트로 설정하는 것을 가능하게 하는 입력 수단(128, 130, 328, 330, 702)을 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 명령된 선박 위치 또는 속도 및 진로 또는 요레이트는 동적 제어 모드가 실행되는 동안 변경될 수 있는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 명령된 선박 위치, 속도, 진로 또는 요레이트 중 하나 이상이 조이스틱, 조타륜 및 스로틀 레버 중 하나 이상을 통해 변경될 수 있는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 절대 선박 그라운드 위치를 표시하기 위한 위치 표시기(132)를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 절대 선박 그라운드 속도를 표시하기 위한 속도 표시기(332)를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 위성 기반 위치설정 시스템을 통해 위치 또는 속도를 표시하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 명령된 선박 기준 위치에 대한 상대적인 선박 위치의 편차를 표시함으로써 상대 위치를 표시하는 위치 표시기(132)를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 명령된 선박 기준 속도에 대한 상대적인 선박 속도의 편차를 표시함으로써 상대 속도를 표시하는 속도 표시기(332)를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 속도 표시기(332)는 가속도계를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 위치 표시기(132)는 다수의 가속도계를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 다른 정지 물체에 대한 상대적인 선박의 위치 또는 속도를 표시하도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 다른 이동 물체에 대한 상대적인 선박의 위치 또는 속도를 표시하도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 다른 정지 또는 이동 물체에 대한 상대적인 선박의 위치 또는 속도를 레이더, 음파, 또는 레이저 거리 확인 시스템을 통해 표시하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 진로 표시기(134, 334, 714, 716)는 절대 진로를 표시하도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 진로 표시기 수단(134, 334, 714, 716)은 컴퍼스를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  22. 제1항에 있어서, 명령된 선박 진로에 대한 상대적인 진로의 변화를 표시하기 위한 센서를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  23. 제1항에 있어서, 진로 표시기 수단(134, 334, 714, 716)은 상대 진로를 표시하도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 진로 표시기 수단(134, 334, 714, 716)은 요레이트 센서를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 요레이트 센서(716)는 절대 요레이트 또는 명령된 요레이트에 대한 상대적인 요레이트 변화를 표시하도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  26. 제1항에 있어서, 제어기(100, 300, 704)는 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 엔진 스로틀, 조향 편항기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)를 제어가능하게 가동하도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  27. 제1항에 있어서, 제어기(100, 300, 704)는 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604)들을 동조식으로 작동시키도록 구성되고, 반전 덕트(112, 312, 504)들을 동조식으로 또는 차동식으로 작동시키도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  28. 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능한 2개 이상의 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)을 선박의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)으로서, 동적 위치설정 제어 모드에 있을 때 적어도 선박의 위치를 유지하기 위한 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)이며,
    위성 기반 위치설정 시스템을 통해 선박(500, 600, 734) 위치의 편차를 표시하기 위한 위치 표시기(132)와,
    선박 진로의 편차를 표시하기 위한 컴퍼스(714) 및 요레이트 센서(716)와,
    동적 제어 모드가 실행될 때 선박 위치 및 진로를 유지하도록 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 적어도 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)의 작동을 제어하기 위한 제어기(100, 300, 704)를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  29. 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능한 2개 이상의 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)을 선박(500, 600, 734)의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)으로서, 동적 위치설정 모드에 있을 때 적어도 선박의 위치를 유지하기 위한 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)이며,
    선박 위치의 편차를 표시하도록 구성된 가속도계와,
    선박 진로의 편차를 표시하도록 구성된 요레이트 센서(716)와,
    동적 제어 모드가 실행될 때 선박 위치 및 진로를 유지하도록 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 적어도 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)의 작동을 제어하기 위한 제어기(100, 300, 704)를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 조향 편향기 및 반전 덕트(112, 312, 504)를 포함하고 동조식으로 또는 차동식으로 작동가능하고 선박(500, 600, 734)의 주 추진 시스템인 2개 이상의 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)에 의해 추진되는 해양 선박(500, 600, 734)의 컴퓨터 실행식 동적 제어 방법이며,
    (a) 명령된 선박 위치 또는 속도 및 명령된 선박 진로 또는 요레이트를 판단하는 단계(204, 404)와,
    (b) 위치 또는 속도 판단 수단(132, 332, 710, 712)을 사용하여 현재의 선박 위치 또는 속도를 판단하는 단계(206)와,
    (c) 진로 또는 요레이트 판단 수단(134, 334, 714, 716)을 사용하여 현재의 선박 진로 또는 요레이트를 판단하는 단계(406)와,
    (d) 명령된 선박 위치 및 진로를 유지하기 위해 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 적어도 조향 편향기(110, 310, 502, 602, 604) 및 반전 덕트(112, 312, 504)를 제어하거나, 또는 명령된 선박 속도 및 요레이트를 유지하기 위해 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)을 제어하는 단계(212)를 포함하는 해양 선박의 동적 제어 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    (e) 명령된 선박 위치 또는 속도, 및 명령된 선박 진로 또는 요레이트를 수신하는 단계(204, 404)와,
    (f) 명령된 선박 위치 또는 속도와 현재의 선박 위치 또는 속도 사이의 차이에 기초하여 위치 또는 속도 오차를 계산하는 단계(206)와,
    (g) 명령된 선박 진로 또는 요레이트와 현재의 선박 진로 또는 요레이트 사이의 차이에 기초하여 진로 또는 요레이트 오차를 계산하는 단계(406)와,
    (h) 위치 및 진로 오차, 또는 속도 및 요레이트 오차를 최소화하도록 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)을 제어하는 단계(212)를 포함하는 해양 선박의 동적 제어 방법.
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 2개 이상의 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)을 선박(500, 600, 734)의 주 추진 시스템으로 갖는 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)으로서, 동적 제어 모드에 있을 때 선박의 가속도 및 감속도 중 어느 하나 또는 양자 모두를 제어하기 위한 해양 선박(500, 600, 734)용 동적 제어 시스템(700)이며,
    선박의 가속도 및 감속도 중 어느 하나 또는 양자 모두, 또는 선박의 가속도 및 감속도 중 어느 하나 또는 양자 모두의 편차를 표시하기 위한 가속도 표시기(332)와,
    선박의 진로 또는 요레이트, 또는 선박의 진로 또는 요레이트의 편차를 표시하기 위한 진로 표시기 수단(134, 334, 714, 716)과,
    동적 제어 모드가 실행될 때 선박 가속도 및 감속도 중 어느 하나 또는 양자 모두, 그리고 선박의 진로 또는 요레이트를 유지하기 위해 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 작동을 제어하기 위한 제어기(100, 300, 704)를 포함하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  39. 제38항에 있어서, 제어기(100, 300, 704)는 명령된 가속도 및 감속도 중 어느 하나 또는 양자 모두에 대한 상대적인 가속도 편차 및 감속도 편차 중 어느 하나 또는 양자 모두를 모니터링하고, 명령된 선박 진로 또는 요레이트에 대한 상대적인 진로 또는 요레이트 편차를 모니터링하며, 동적 제어 모드가 실행될 때 워터젯 유닛(102, 302, 706, 708)의 작동을 제어하여 가속도 및 감속도 오차 중 어느 하나 또는 양자 모두, 그리고 진로 또는 요레이트 오차를 최소화하도록 구성되는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  40. 제11항에 있어서, 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 위성 기반 위치설정 시스템을 통해 위치 또는 속도를 표시하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
  41. 제18항에 있어서, 위치 또는 속도 표시기(132, 332, 710, 712)는 다른 정지 또는 이동 물체에 대한 상대적인 선박의 위치 또는 속도를 레이더, 음파, 또는 레이저 거리 확인 시스템을 통해 표시하는 해양 선박용 동적 제어 시스템.
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