KR20060110366A

KR20060110366A - 해상 선박의 제어 시스템을 테스트하는 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20060110366A
Application number: KR1020067016469A
Authority: KR
Inventors: 토르 인게 포쎈; 아스게이어 요한 소렌센; 올라브 에겔랜드; 토르 안 요한센
Original assignee: 마린 사이버네틱스 에이에스
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-10-24
Also published as: DE602004029720D1; NO20040674L; JP4732367B2; EP1716043A1; JP2007522470A; EP1716043B1; WO2005077754A1; ATE485215T1; NO20040674D0; US20060058929A1; DK1716043T3; CN1914087A; KR101237683B1; NO320465B1; CN100534859C

Abstract

선박(4)의 제어 시스템(2)을 검증하는 방법으로서, 상기 제어 시스템은 그의 동작 상태에 있는 경우 센서(8)로부터의 센서 신호(7) 및 하나 이상의 명령 입력 장치(10)로부터의 명령 신호(9)를 수신하고, 응답으로서 상기 선박(4)의 원하는 위치, 속도, 항로 또는 다른 상태를 유지하기 위하여 액츄에이터(3)에 제어 신호(13)를 제공하며, 상기 방법은, 제1 시간(t0) 동안, 실제 센서 신호(7a, 7b, 7c,...)의 수신을 단절시키고 상기 실제 센서 신호를 테스트 신호 소스(41)로부터의 인공 측정치(7a', 7b', 7c',...)의 테스트 시퀀스(T0)로 대체시키는 단계, 상기 제1 시간(t0) 동안 상기 제1 테스트 시퀀스(T0)에 대한 응답(S0)으로서 제어 신호 로거(control signal logger)(42)에 기록될 제어 신호(13')를 발생하기 위해 상기 제어 시스템(2)을 상기 인공 센서 신호(7, 7')에 기초하여 동작하게 하고, 상기 테스트 시퀀스(T0)에 대한 응답(S0)을 상기 제어 시스템(2)의 "서명(signature)" 응답(S0)으로서 저장하는 단계, 및 나중에(t1, t2, t3,...), 상기 제어 시스템(2)에 입력되는 테스트 시퀀스(T0)를 사용하고, 나중의 응답(S1, S2, S3,..)을 기록할 목적으로, 상기 제어 시스템(2)이 변동되지 않았는지를 검증하기 위해 상기 나중의 응답이 상기 서명 응답(S0)과 유사한지 여부를 판정하는 단계를 포함한다.

선박 제어, 원격 테스트실, 롤 각, 피치 각, 서명 응답

Description

해상 선박의 제어 시스템을 테스트하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR TESTING A CONTROL SYSTEM OF A MARINE VESSEL}

본 발명은 선급 협회(class society)에 의한 테스트 및/또는 검증에 의한 해상 선박의 승인 후에 검증가능한 제어 시스템 서명을 획득하는 시스템에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 선박의 원격 테스트, 및 이 2가지 방법의 조합, 즉 제어 시스템 서명의 원격 획득에 관한 것이다. 게다가, 원격 제어 테스트 및 선박 시뮬레이션을 위한 시스템이 제공된다.

제어 시스템은 일반적으로 물리적 프로세스에 제어 신호를 제공하고 또 장치 또는 물리적 프로세스로부터 또는 아마도 다른 물리적 프로세스로부터 측정치를 수신하는 시스템으로서 볼 수 있다. 이 측정치 및 알고리즘은 물리적 시스템이 원하는 바대로 반응하도록 제어 신호를 계산하는 데 사용된다. 물리적 프로세스가 동력 선박(motorized vessel)인 경우, 제어 시스템은 선박 위치, 항로 및 속도 형태의 측정치를 수신할 수 있고, 그에 의해 선박 위치, 항로 및 속도 중 하나 이상이 달성 또는 유지되도록 프로펠러 및 방향타(rudders)에 대한 제어 신호를 계산할 수 있다.

이 경우 선박의 형태인 물리적 프로세스는 바람, 파도 및 조류의 변화 등의 외부 사건에 의해 또는 하나 이상의 프로펠러에 대한 모터 전력의 손실 또는 방향타의 기능의 고장 등의 예기치 못한 사건에 의해 영향을 받을 수 있다. 선박이 안전한 상태를 유지할 수 있도록 선박의 제어 시스템이 외부 영향 및 외부 사건을 처리할 수 있는 것이 요망되고 기대된다. 안전한 상태는 예를 들어 선박이 원하는 위치 또는 속도를 유지하는 것, 또는 선박이 원하지 않는 위치를 피하는 것(충돌 또는 좌초를 피하는 것), 선박이 제어되지 않는 드리프트 상황을 피하는 것, 선박이 원하는 항로를 유지하는 것, 기타 등등이 있을 수 있다. 게다가, 센서 신호의 손실 또는 센서의 에러 경우에 제어 시스템이 롤 또는 피치 센서에서의 실제 신호의 손실에 응답하여 밸러스트 펌핑(ballast pumping)에서의 급격한 변화 또는 위치의 겉보기 에러의 급격한 보정 등의 원하지 않는 또 부적절한 보상을 해서는 안되는 것도 예상된다.

제어 시스템에 대한 측정

측정치를 제공하는 기기로부터의 입력 및 추진 장치, 조종타면(control surfaces) 및 제어 신호를 제공받는 다른 제어 장치 등의 액츄에이터(actuator)로의 출력을 갖는 선박의 제어 시스템이 도 1 및 도 3에 도시되어 있다. 이러한 유형의 제어 시스템은 다수의 소스로부터 센서 신호의 형태로 측정치를 수신할 수 있다.

- 롤/피치/히브(roll/pitch/heave) 센서,

- 상대 풍속 및 풍향을 측정하는 풍속계(anemometer),

- 자이로 컴퍼스(gyro compass),

- GPS 센서 또는 GPS 위치 확인 시스템,

- 가속도 측정치에 기초하여 시간에 대한 적분에 의해 속력을 계산하고, 시간에 대한 이중 적분에 의해 위치를 계산하는 관성 항해 시스템(inertial navigation system),

- 해저에서의 고정된 지점에 대한 수중 음파 위치 센서,

- 선박으로부터 해저의 지점들로의 하나 이상의 인장선(tensioned wire)의 방향 및 길이가 관측되는 장력선(taut-wire) 시스템,

- 선박의 항로 또는 원하는 항로, 원하는 위치, 또는 원하는 속도의 변경을 위한 명령 신호,

- 프로펠러 및 모터에 대한 샤프트 속도 및 부하,

- 방향타 각도 센서,

- 적재 탱크에 대한 수위 센서(level sensor),

- 밸러스트 수위 센서,

- 연료 레벨 센서,

- 엔진 상태, 냉각수 온도, 냉각수 밸브, 윤활유 압력 및 레벨, 기타 등등.

제어 시스템은 추진기(propulsor), 조종타면 및 다른 제어 장치 등의 액츄에이터에 제어 신호를 제공한다. 추진기는 통상의 프로펠러, 터널 추력기(tunnel thruster), 방위 추력기(azimuth thruster) 및 워터젯(water jet)일 수 있으며, 어떤 선박의 경우는 선박을 올바른 위치로 끌어오도록 설계된 계류 시스템(mooring system)일 수도 있다. 조종타면은 조종을 위한 방향타 및 물결 움직임에 대한 댐 핑 또는 대항을 위한 능동 수중익(active foil)을 포함한다. 제어 신호는 또한 롤 각 또는 피치 각을 보정하기 위해 밸러스트 펌프 및 연관된 밸브 등의 다른 제어 장치에 제공될 수 있다.

동적 위치 결정(dynamic positioning, DP)에 대한 제어에 관계된 문제점

선박이 예를 들어 석유 시추 선박이거나 석유 생산 선박, 예를 들어 시추선 또는 시추 플랫폼(drilling platform), 석유 생산 선박 또는 석유 생산 플랫폼인 경우, 제어 시스템은 히브 가속도계(heave accelerometer)로부터 히브 운동의 측정치를 수신하고 라이저(riser), 드릴 스트링(drill string), 크레인, 기타 등등에 다한 능동 히브 보상 시스템으로 제어 신호를 출력하며, 여기서 기계 장비는 해저에 연결되어 있을 수 있으며 선박의 움직임, 특히 히브를 보상하는 것이 중요할 수 있다. 해상에서의 석유 활동에 대한 제어 시스템의 통상의 사용은 선박의 동적 위치 결정을 위한 것이다, 즉 그 선박은 방위 추력기 등의 액츄에이터를 사용하여 시추 동안 또는 석유의 생산 동안 원하는 위치를 유지한다. 정박해 있고 해저까지의 계류삭(mooring line)을 갖는 회전 터릿(rotating turret)을 중심으로 회전할 수 있는 선박은 또한 날씨 또는 조류의 방향이 변하기 때문에 선박이 회전할 때 원하는 위치에 유지시키는 데 도움을 주기 위해 프로펠러 또는 추력기에 변하는 제어 신호를 제공하는 제어 시스템을 가질 수 있으며, 따라서 추력기는 힘이 방향을 바꿀 때 계류삭의 장력의 변화를 보상하기 위한 힘으로 기여를 한다. 동일한 방식으로, 제어 시스템이 동일한 이유로 계류삭의 장력을 증가 또는 감소시키기 위해 제어 신호를 제공할 수 있는 것도 생각될 수 있다.

선박의 제어 시스템을 테스트하는 것과 관계된 문제점

선박 검사자는 선박을 방문하여 제어 시스템의 선상 테스트(on-board test)를 행할 수 있다. 이 선상 테스트는 센서 시스템을 단절 또는 연결시키고 서로 다른 고장 상황에서 시스템의 반응을 모니터링함으로써 수행될 수 있다. 그렇지만, 예상되는 조건에서 선박의 완전히 현실적인 테스트를 행하기 위해서는, 예상되지만 좀처럼 일어나는 일이 없는 날씨 상황 및 해양 상태를 기다리거나 찾아낼 필요가 있거나 또는 어떤 에러가 일어났을 경우 예상될 수 있지만 이러한 상황이 사고로 또는 도발에 의해 일어난 경우 위험하게 될 상황을 기다리거나 발생시킬 필요가 있다. 제어 시스템이 에러의 정확한 보상을 위한 제어 신호를 제공하는지를 검사하기 위해, 밸러스트 분포에서의 이례적으로 큰 에러 등의 극한 상황에 선박을 노출시키는 것은 거의 옵션으로서 생각되지 않는다. 이러한 종류의 테스트는 통상적으로 수행되지 않는다.

제어 시스템에 대한 센서 데이터의 시뮬레이션을 선상에서 수행하고 제어 시스템이 프로펠러, 방향타 및 추력기 등의 액츄에이터에 어느 제어 신호를 제공하는지를 모니터링는 것이 가능하게 되지만, 이것은 테스트 시스템으로의 제어 시스템의 로컬 상호 연결을 필요로 하게 된다. 그렇지만, 출원인이 아는 바에 따르면, 이러한 테스트는 본 출원의 출원 시에 공지되어 있지 않다. 이러한 상호 연결 및 테스트는 선박 상에서 수행될 수 있지만, 테스트될 선박을 방문하는 단점은 종종 선박 검사자에 대한 장거리 여행과 관계되어 있으며, 선박 검사자는 측정을 위한 제어 시스템 입력으로의 상호 연결을 위한 장비 및 통상적으로 선박의 액츄에이터 로 전송되는 제어 신호 형태의 응답을 위한 제어 시스템 출력으로의 상호 연결을 위한 장비, 및 또한 테스트될 실제 선박의 구성을 적어도 포함해야만 하는 데이터 라이브러리를 가지고 가야만 한다. 게다가, 테스트되고 인증될 한 선박으로부터 그 다음 선박으로의 여행 시간은 검사자가 충분히 높은 속도로 검사를 수행하는 것을 어렵게 만들 수 있으며, 따라서 그 다음 선박은 기다려야만 하고, 그 선박이 테스트되고 적절히 인증되지 않은 상황에서 사용될 수 없는 경우, 이 기다림으로 인해 경제적 단점이 야기된다. 제어 시스템의 테스트의 결여가 있을 수 있는 에러를 밝혀내지 않는 경우에 선박을 사용하는 것도 또한 숨겨진 물리적 위험을 야기할 수 있다.

이상의 결론은 얼마간의 시간 후에 또는 선박의 임의의 중요한 부분의 변경 이후에 제어 시스템이 재테스트되고 재승인되어야만 하는지 여부를 나타내기 위해,선박 제어 시스템이 그것이 승인되었을 때와 동일한 응답을 갖는지를 검증하는 방법이 필요하다는 것이다.

제어 시스템의 공장 생산 시에, 제조업자가 시뮬레이션된 센서 데이터를 제어 시스템에 입력하고 제어 시스템이 시뮬레이션된 데이터에 대한 응답으로서 어느 제어 신호를 제공하는지를 모니터링하는 것인 제어 시스템(하드웨어 및 소프트웨어 포함)의 소위 FAT(factory acceptance test, 공장 수락 시험)를 수행하는 것이 보통이다. 이러한 유형의 FAT는 측정이 제조업자가 존재할 것으로 예견한 소스로부터 온 것이고 또 제어 신호가 제조업자가 예견한 장비에만 관련된 경우에 에러를 밝혀낼 수 있을 뿐이다. 따라서, 제어 시스템이 제어 시스템의 제조업자가 예견하 지 않은 장비, 시스템, 구성 또는 상황과 어떻게 상호작용할지를 확실하게 알지는 못하게 된다. 게다가, FAT에서, 제어 시스템은 제어 시스템이 선박 상에 설치되고 사용을 위해 연결되어 있는 그 연결에서 테스트되지 않는다.

동적 위치 결정에서의 실제 문제의 예

터널 또는 방위 유형의 프로펠러, 방향타 또는 추력기의 원하는 위치에 보유되어 있는 선박(4)의 동적 위치 결정에 있어서, 선박이 원하는 위치로부터 아주 작은 반경 내에, 예를 들어 2m의 반경 내에 그의 위치를 유지하는 것이 동작에 필수적일 수 있다. 몇가지 사건은 원하지 않는 것일 수 있다. 선박은 하나 이상의 프로펠러 또는 방향타에 대한 모터 전력의 손실을 겪을 수 있고 나머지 프로펠러 및/또는 추력기에 대해 모터 전력을 증가시키고 아마도 여전히 동작하는 나머지 방향타 또는 추력기를 회전시켜야만 할 수 있다. 선박은 또한 제어 시스템이 연결된 센서로부터의 신호 중 어떤 것을 손실함으로써 원하지 않은 사고가 발생할 수 있는 심각한 에러 상황을 겪을 수 있다. 본 발명자는 선박, 실제 경우에 시추 플랫폼이 공해에서 고정된 위치에 위치되어 있어야 하고 해저에 유정을 만들기 위해 시추하고 있는 경우에 대해 알고 있다. 시추 플랫폼은 소위 동적 위치 결정, 즉 "DP"에 의해 원하는 고정된 위치를 유지해야만 한다, 즉 제어 시스템은 해저까지의 계류삭을 사용하지 않고 위치 측정 및 모터 전력에 의해 선박을 원하는 위치에 유지시키도록 구성되어 있다. 시추 플랫폼은 다수의 항법 위성(navigation satellite)으로부터 수신된 무선 신호에 기초하여 선박의 지리적 위치를 계산하는 DGPS 수신기의 이중 세트를 구비하고 있다. 게다가, 시추 플랫폼은 해저 상의 고정된 지점에 있 는 트랜스폰더(transponders)에 대해 선박의 위치를 측정하는 수중 음파 위치 센서의 이중 세트를 구비하고 있다. 시추 중의 주어진 시간에, 웰헤드(wellhead)에의 라이저 연결(riser connection) 및 시추공으로의 드릴 스트링 연결(drill string connection)을 갖는 선박이 활발히 시추하고 있는 경우, 실제로는 이러한 위치 변동이 발생하지 않았지만 DGPS 수신기가 약 75 미터의 갑작스런 위치 변동을 나타내는 사건이 발생하였다. 이러한 에러는 "스텝 변동(step change)" 에러라고 할 수 있다. 수중 음파 센서(hydroacoustic sensors)는 계속하여 시추공 위의 원하는 위치에서의 안정된 위치를 가리키고 있다. 제어 시스템은 수중 음파 센서 측정 신호에 기초하여 시추 플랫폼이 방해없이 정확한 동적 위치에 보유되어 있도록 계속하여 프로펠러 및 방향타(rudder)를 제어한다. 그렇지만, 5분 후에 시추 플랫폼이 그 잘못된 DGPS 신호에 따른 원하는 위치 쪽으로 갑자기 이동하기 시작했음이 밝혀졌다. 라이저 단절(riser disconnection) 및 드릴 스트링의 절단(cutting)을 수반하는 관련 응급 절차를 실시함으로써 시추를 중단할 필요가 있게 되었다. 이러한 상황은 가스 및 오일의 분출, 또는 시추수(drilling fluid)의 분사(spilling)에 의한 오염의 위험을 수반할 수 있다. 이러한 상황은 또한 선박 및 승무원에게 위험을 야기할 수 있다. 중단된 DP-시추 이후에, 연속된 시추를 복원하는 것은 많은 비용이 소요될 수 있다. 출원인은 DGPS 수신기에 의해 계산된 위치의 초기의 갑작스런 변동이 GSP 위성으로부터 수신기로의 신호 전송에서의 외란에 의해 또는 불충분한 수의 가용 위성을 갖는 상황에 의해 야기되었던 것일 수 있는 것으로 가정한다. DGPS 신호의 손실은 이러한 계산된 위치가 실제적인 것으로 간주되기 위하여 는 이전 5분 동안 안정되어 있어야만 함을 요구하는 제어 시스템의 소프트웨어에서의 품질 조건으로 인해 제어 시스템에 의해 무시되었을 수 있다. 이와 같이, 제어 시스템의 설계자는 잘못된 신호로 인한 원하지 않는 갑작스런 위치 변동을 방지하는 것으로 믿고 있을 수 있다. 그렇지만, DGPS 수신기로부터 계산된, 새로운 변경된 그렇지만 그럼에도 불구하고 안정된 틀린 위치가 5분 후에 안정된 것으로 간주될 수 있으며 따라서 제어 시스템의 논리 프로그램에 따라 신뢰할 수 있는 것으로 간주되었고, 수중 음파 트랜스폰더에 의해 제공되는 측정치보다 더 높은 우선권을 부여받을 수 있다. 이것은 시추가 진행 중에 있었다는 사실에도 불구하고 또한 수중 음파 측정된 위치가 그 위치가 변동되지 않은 채로 유지되어야 함을 나타냈다는 사실에도 불구하고, 제어 시스템이 시추 플랫폼을, 제어 시스템이 명백히 원하는 위치로 해석했던 새로운 위치로 제어하려고 시도한 이유를 설명해줄 수 있다.

선박에서의 변경된 구성에 관계된 문제점

제어 시스템의 재프로그래밍

제어 시스템이 선박에서 사용에 들어간 후에, 많은 경우 제어 시스템 내의 소프트웨어를 재프로그래밍 또는 수정할 필요가 있게 된다. 이렇게 하는 목적은 프로그램의 알고리즘에서의 센서 신호의 경보 한계 및 허용 변동에 관계된 수치값을 변경할 필요가 있을 수 있거나, 제어 시스템에 새로운 테스트 및 기능을 도입할 필요가 있을 수 있기 때문이다. 소프트웨어의 재프로그래밍 또는 수정이 완료되었을 때, 그 변경이 의도된 효과를 제공하는지를 알아보기 위해, 및 새로운 의도하지 않은 에러가 그 변경의 결과로서 나타나는지를 조사하기 위해 제어 시스템을 테스 트할 필요가 있다. 현재로서, 이러한 변경 후에 선박 상에서의 제어 시스템의 테스트에 이용가능한 만족할 만한 테스트 장비 및 절차가 없다.

기존의 제어 시스템에서의 수정, 예를 들어 크레인을 교체할 때

오일 및 가스 탐사 및 생산에 관계된 해상 활동은 해저의 모듈상의 설치 및 개입을 위한 크레인을 갖는 선박에 의해 행해진다. 이러한 유형의 크레인은 선박의 수직 움직임에 대해 보상하는 제어 시스템을 갖는다. 안전 우선 상황(safety-critical situation)에서 크레인의 동작 모드 및 기능은 크레인마다 다르게 되는 제어 시스템의 소프트웨어의 상세한 설계에 상당히 의존한다. 이러한 크레인의 기계적 설계의 테스트를 위한 절차가 수립되어 있다. 이것과는 반대로, 크레인 제어 시스템의 소프트웨어의 테스트를 위한 확립된 시스템 또는 방법이 없다. 이러한 이유는 크레인의 응답이 크레인의 기계적 설계 및 제어 시스템 이외에 해양 상태 및 선박의 움직임에 의존하기 때문이다. 선박 상의 크레인 시스템의 요구되는 상세한 테스트는 따라서 선박의 관련 제어 시스템을 포함하는 선박의 동역학(dynamics), 및 또한 크레인의 제어 시스템을 포함하는 크레인의 동역학 둘다를 필요로 한다.

제어 시스템에 대한 센서의 수리/교체

제어 시스템에 대한 센서가 교체 또는 변경될 때, 센서 신호에서의 허용 가능 변동에 대한 한계에 대한, 경보 한계의 조정이 필요하다. 동일한 물리량을 측정하는 데 몇개의 센서가 사용될 수 있도록 제어 시스템이 여분의 센서 시스템을 갖는 것이 통상적이다. 이것의 예로서, 선박의 위치는 관성 센서, 2개 이상의 GPS 수신기 및 2개의 수중 음파 센서 시스템에 의해 측정될 수 있다. 이들 측정 데이터로부터, 제어 시스템 내의 알고리즘에 의해 선박의 위치가 결정된다. 이 알고리즘은 빠른 위치 변동 하에서 장기 안정성 대 정확도 등의 정확도 및 특성과 관련하여 여러가지 센서의 특성에 의존한다. 센서의 교체 또는 변경은 그 결과 얻어지는 센서들의 새로운 조합이 제어 시스템에서 사용하기 위한 허용 가능한 위치 측정치를 제공하는지 여부를 조사하기 위해 전체 센서 시스템을 테스트할 필요가 있게 한다.

액츄에이터의 수리/변경/교체

액츄에이터의 교체 또는 변경 후에, 제어 시스템은 선박에 대해 상당히 다른 응답을 제공할 수 있다. 이러한 이유는 새로운 또는 변경된 액츄에이터가 제어 시스템의 개발 동안에 가정된 것과 다른 제어 동작을 선박에 제공할 수 있기 때문이다. 이것의 예는 동적 위치 결정을 위해 추력기(thrusters)를 사용하는 것이며, 이 경우 추력기의 샤프트 속도와 추력(thrust) 간의 관계는 제어 시스템이 튜닝될 때 알고 있어야만 한다. 추력기가 변경되면, 추력기의 샤프트 속도와 추력 간의 관계가 변경될 수 있으며, 제어 시스템이 여전히 스펙에 따라 기능하는지를 조사하기 위해 그 제어 시스템으로 선박을 테스트할 필요가 있게 된다.

따라서, 선박이 그의 이전의 구성으로부터 변경된 경우 및 선박의 이전의 구성요소 및 새로운 구성요소가 이전에 조합되지 않았고 새로운 조합에서 테스트되어야만 하는 경우, 선박 제어 시스템의 보다 효과적인 테스트가 필요하다.

기술 분야의 공지 기술

발명의 명칭이 "Real-time IMU signal emulation method for test of guidance navigation and control systems"인 미국 특허 제6,298,318호는 소위 6 자유도(6 DOF(degrees-of-freedom)) 비행 시뮬레이터를 사용하여 움직임을 에뮬레이션함으로써 비행기를 테스트하는 에뮬레이션 방법에 대해 기술하고 있으며, 여기서 소위 관성 항법 모듈로부터 비행기 상의 "유도, 항행 및 제어" 시스템으로의 신호는 시뮬레이션에 의해 생성된다. 이 미국 특허는 시추 작업 또는 어떤 다른 형태의 정치 작업(stationary operation) 중인 선박의 동적 위치 결정과 관계된 문제점에 대해서는 개시하고 있지 않으며, 이 특허는 크레인의 사용, 연결된 수중 장비의 항행, 수중 음파 위치 결정 장비의 통합, 밸러스팅(ballasting)과 관계된 문제점에 대해서는 언급하고 있지 않으며 또 파랑(ocean wave)에 대해서 고려하고 있지 않다. 선박은 통상 6 DOF를 갖지 않지만, 그 대신에 수상함(surface vessel)의 요구되는 특성인 히브/롤/피치 움직임에서 자체 복원 작용을 갖기 때문에 3 DOF를 갖는다.

발명의 명칭이 "Automated test apparatus for aircraft flight controls"인 미국 특허 제5,023,791호는 복수의 비행 제어 시스템을 테스트하는 통합 시스템의 일부인 항공기의 비행 제어 시스템을 테스트하는 자동화된 테스트 장치에 대해 기술하고 있다. 이 자동화된 테스트 장치는 자동화된 테스트 장치의 동작을 제어하는 프로그램된 명령어를 저장하고, 그 결과 얻은 비행 제어 시스템 테스트 데이터를 저장하는 메모리를 갖는 시스템 제어기를 포함한다. 이 자동화된 테스트 장치는 프로그램된 명령어 및 다른 정보를 자동화된 테스트 장치에 입력하고 또 시스템 제어기로부터의 테스트 데이터를 출력하기 위한 키보드, 터치 스크린, 및 테이프 드라이브를 포함한다. 이 자동화된 테스트 장치에 포함되고 시스템 제어기에 의해 제어되는 기기는 항공기의 비행 제어 시스템에 입력되는 테스트 신호를 발생하고, 비행 제어 시스템에 의해 생성되는 테스트 데이터 신호를 모니터링한다. 이 자동화된 테스트 장치는 인터페이스 케이블에 의해 항공기에 포함된 온보드 중앙 관리 컴퓨터(onboard central maintenance computer)에 연결되어 있다. 이 중앙 관리 컴퓨터는 비행 제어 시스템의 온보드 테스트(onboard test)를 실행하도록 프로그램되어 있는 비휘발성 메모리를 포함하며, 온보드 테스트를 실행하기 위해 프로그램된 명령어에 따라 테스트 중에 시스템 제어기에 의해 제어된다.

발명의 명칭이 "Virtual integrated software testbed for avionics"인 미국 특허 제5,541,863호는 프로세스로서 동시에 실행되고 또 중앙 프로세스에 의해 동기화되어 있는 컴퓨터 소프트웨어의 컬렉션을 사용하여 호스트 컴퓨터 상에서 개발될 수 있게 해주는 항공 전자 기기에 대한 가상 통합 소프트웨어 테스트베드에 대해 기술하고 있다. 개시된 소프트웨어 테스트베드는 개별적인 동기화된 프로세스를 사용하며, 항공 전자 기기 장치로부터의 신호가 호스트 컴퓨터 상에서 또는 실제 장비로부터 실행되는 시뮬레이션에 의해 생성될 수 있게 해주며 실제의 항공 전자 기기 하드웨어로부터 나오는 및 그에 들어가는 데이터 버스 신호는 호스트 컴퓨터 내의 그의 가상 버스 카운터파트에 실시간으로 연결된다.

발명의 명칭이 "Aircraft flight emulation test system"인 미국 특허 제5,260,874호는 비행 중에 있을 때 항공기에 의해 수신되는 자극을 에뮬레이션하는 자극을 발생하는 항공기 테스트 시스템에 대해 기술하고 있다. 항공기 테스트 시스템은 비행중에 비행기에 의해 수신된 자극을 생성하는 다수의 프로세서 제어 가능한 기기를 생성하기 위한 다수의 기기를 포함한다. 이 항공기 테스트 시스템은 또한 그 항공기가 노출되어 있는 자극에 대한 여러가지 항공기 구성요소의 반응을 모니터링하는 다수의 기기를 포함한다. 프로세서는 항공기 구성요소로부터의 출력 신호에 응답하여 자극 발생 기기에 대해 항공기가 공중을 통해 이동할 때 항공기에 의해 수신되는 자극을 에뮬레이션하는 자극을 생성하도록 지시한다. 이 시스템은 따라서 항공기가 비행 중에 있을 때 노출되어 있는 것과 유사한 일련의 초기 자극을 발생하고, 항공기가 노출되어 있는 자극에 대한 항공기의 반응을 모니터링하며, 그에 응답하여 항공기에 대한 일련의 갱신된 자극을 발생한다. 이 시스템은 또한 항공기가 제대로 기능하고 있도록 보장할 책임을 지고 있는 요원에 의해 항공기 구성요소가 모니터링될 수 있도록 항공기 구성요소의 출력 응답의 응답을 기록한다. 이 시스템은 또한 비행 승무원을 훈련시키는 데 사용될 수 있는데 그 이유는 이 시스템이 비행 에뮬레이션 동안 항공기를 "루프 상태(in the loop)"에 있게 하는 데 사용될 수 있기 때문이다.

발명의 명칭이 "A vertical motion compensation for a crane's load"인 미국 특허 제6,505,574호는 윈치 인코더(winch encoder), 붐 각도(boom angle) 센서, 회전 각도(turning angle) 센서 및 움직임 센서(이들 모두는 크레인 운전자로부터의 측정치 및 명령에 기초하여 크레인을 제어하는 중앙 프로세서에 측정치를 입력함)를 사용하여 선박 크레인의 부하의 해양 상태 유도된 가상 움직임(sea state induced vertical motion)을 감소시키는 방법 및 시스템에 대해 기술하고 있다.

상기한 문제점들 중 어떤 것에 대한 해결 방안은 선박의 제어 시스템을 검증하는 방법으로서, 상기 제어 시스템은 그의 동작 상태에 있는 경우 센서로부터의 센서 신호 및 하나 이상의 명령 입력 장치로부터의 명령 신호를 수신하도록 구성되어 있고, 상기 제어 시스템은 상기 측정치 및 명령 신호에 대한 응답으로서 상기 선박의 원하는 위치, 속도, 항로 또는 다른 상태를 유지하기 위하여 상기 선박의 액츄에이터(actuator)에 제어 신호(13)를 제공하며, 상기 방법은,

제1 시간(t0) 동안, 상기 제어 시스템에 대한 하나 이상의 실제 센서 신호의 수신을 단절시키고 상기 실제 센서 신호 중 상기 하나 이상을 테스트 신호 소스로부터의 상기 제어 시스템으로의 하나 이상의 인공 측정치를 포함하는 제1 테스트 시퀀스(T0)로 대체시키는 단계,

상기 제1 시간(t0) 동안 상기 제1 테스트 시퀀스(T0)에 대한 응답(S0)으로서 상기 제어 시스템(2)의 제어 신호로서 제어 신호 로거(control signal logger)(42)에 기록될 제어 신호를 발생하기 위해 상기 실제 및/또는 인공 센서 신호에 기초하여 상기 제어 시스템을 동작하게 하는 단계,

상기 제1 시간(t0)에서의 상기 제1 테스트 시퀀스(T0)에 대한 상기 제어 시스템(2)의 응답(S0)을 상기 제어 시스템(2)의 "서명(signature)" 응답(S0)으로서 저장하는 단계를 포함하며,

상기 방법은 나중에(t1, t2, t3,...), 상기 제어 시스템(2)에 입력되는 동일한 주어진 테스트 시퀀스(T0)를 사용하고, 상기 제어 시스템(2)으로부터의 나중의 응답(S1, S2, S3,..)을 기록하며, 상기 제어 시스템(2)이 변동되지 않았음을 검증하기 위해 상기 나중의 응답(S1, S2, S3,...)이 상기 서명 응답(S0)과 대체로 유사한지 여부 또는 상기 제어 시스템(2)이 변동되었음을 나타내기 위해 상기 나중의 응답(S1, S2, S3,...)이 상기 서명 응답(S0)과 크게 다른지 여부를 판정하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 방법의 부가의 단계들은 종속 청구항에 기재되어 있다.

본 발명은 도 1 내지 도 10에 포함된 도면들에서 예시된다. 도면들은 본 발명을 예시하려는 것이며 본 발명을 한정하도록 구성되지 않으며, 오로지 첨부의 특허 청구범위에 의하여만 한정되는 것이다.

도 1은 제어 시스템을 갖는 선박을 나타낸 도면이다. 제어 시스템은 항법 기기 및 다른 기기로부터 위치, 항로, 속도의 측정치, 및 다른 측정치를 수신하고 위치 지정 장치, 제어 시스템의 제어 패널, 속도 지정 장치, 및 프로펠러에 대한 또는 있을 수 있는 추력기에 대한 속도 또는 샤프트 속도 지정 장치로부터 명령을 수신한다. 제어 시스템은 또한 풍속계로부터 상대 풍향 및 상대 풍속의 측정치를 수신할 수 있으며, 제어 시스템은 해상 상태, 즉 파고(wave elevation), 롤 주기, 피칭(pitching), 기타 등등에 관한 정보를 수신 또는 계산할 수 있다. 제어 시스템은 원하는 위치, 항로 및 속도가 달성되도록 프로펠러에 샤프트 속도를, 방향타에 각도를 순차적으로 출력하도록 설계될 수 있다.

도 2는 선박에 대해 구축되었지만 아직 선박에 설치되지 않은 제어 시스템의 제조 후 제어 시스템의 "FAT(factory acceptance test)"을 도시한다. 이 제어 시스템은 시뮬레이션된 센서 신호로 인터페이스 연결되어 있으며 여기서 제어 시스템은 액츄에이터에 대한 것이지만 그에 연결되지 않은 제어 신호의 형태의 응답을 제공한다. 그러나 FAT는 선박의 최종적인 구성을 반영하지 않을 수 있는데 그 이유는 다른 크레인, 다른 히브 보상 시스템, 다른 새로 개발된 센서가 최종적으로 진수되고 테스트된 선박에서 사용될 수 있기 때문이며, 따라서 FAT는 종국적으로 선급 협회 해양 테스트 및 승인 시에 부적절할 수 있다.

도 3은 선박에 대한 공지의 제어 시스템의 일반적인 설정을 나타낸 것으로서, 연결된 센서, 명령 입력 장치 및 액츄에이터 모두는 선박의 제어 시스템에 연결된다.

도 4a1은 원격 시뮬레이터 장소에 있는 선박 시뮬레이터를 나타낸 것으로서, 시뮬레이터 장소에 있는 제1 실시간 인터페이스를 통해 양자가 연결되어 있는 경우 로거를 가지며, 실시간 제어, 시뮬레이션 및 로그를 위한 하나 이상의 실시간 인터페이스(이는 또한 제어 시스템, 예를 들어 적어도 하나의 선박 상의 제어 및 모니터링 시스템에 연결되어 있음)로의 실시간 제어, 시뮬레이션 및 로그를 위한 하나 이상의 통신 채널을 가지고 있으며, 시뮬레이터 장소는 Det Norske Veritas, American Beureau of Shipping, Germanischer Lloyd, Lloyd's Register 또는 다른 선급 협회 등의 예를 들어 지상의 소위 선급 협회에 있는 실험실에 있을 수 있다. 다른 대안으로서 시뮬레이터 장치는 신호 전달 지연으로 인한, 즉 컴퓨터 통신에서 의 지연 또는 거리로 인한 전자기 전파 지연으로 인한 잠재적인 에러를 방지하기 위해, 테스트될 선박 상에(on board the ship) 구성되어 있을 수 있다.

도 4a2는 도면의 좌측에는 예를 들어 위치, 항로, 속도, 풍향, 기타 등등의 인공 측정치의 테스트 시퀀스(T0)를 나타내고 우측에는 이 테스트 시퀀스(T0)로부터 제어 시스템으로부터의 결과적인 응답(S0)을 도시한다. 테스트 시퀀스(TO)의 인공 측정치는 동 도면에서 관련은 있지만 가장 대략적인 근사인 단순히 "신호 존재(signal present)" 또는 "신호 부존재(signal absent)"이다. 동 도면의 우측에는 테스트 시퀀스(반드시 동 도면에 예시된 테스트 시퀀스일 필요는 없음)에 대한 제어 시스템 출력 응답 세트(S)가 예시되어 있다.

도 4a3은 도 4a2와 유사하지만 측정에서의 가능한 에러에 대한 다른 가능한 근사인 "스텝 변동"을 갖는 시뮬레이션된 테스트 신호를 나타낸다.

도 4a4는 상기한 부존재/존재 신호, 스텝 변동 신호, 급격하게 변동하는 연속 신호 및 느린 드리프트 신호를 보여주는 가능한 시뮬레이션된 테스트 신호, 및 몇 가지 에러가 어느 정도 동시에 또는 상호 중첩되게 일어나는 기간의 보다 현실적인 이미지이다.

도 4a5는 초기 테스트 서명과 제어 시스템의 나중의 제어 신호 획득 간에 제어 신호를 비교할 때 제어 시스템의 응답이 변동되었는지 여부를 결정하는 비교 및 결정 프로세스에 대한 모델이다.

도 4b는 실제 센서 신호 중 하나 이상이 테스트실로의/그로부터의 통신 회선을 통해 시뮬레이션된 센서 신호에 의해 대체되는 제어 시스템을 갖는 선박을 나타 낸 것으로서, 제어 시스템으로부터 선박의 액츄에이터로의 제어 신호 중 하나 이상은, 바람직하게는 선박의 액츄에이터로 전송되지 않고, 통신 회선을 통해 테스트실로 다시 전송된다.

도 4c는 한 세트의 통상적으로 측정치를 선박의 제어 시스템에 제공하도록 구성되어 있는 피치, 롤, 풍속, 풍향에 대한 센서, GPS 위치 센서, DGPS 위치 센서, 수중 음파 위치 센서, 등이 하나 이상의 통신 회선을 통해 원격 테스트 시스템으로부터의 시뮬레이션된 측정치로 대체되는 선박을 도시한다, 이 제어 시스템은 시뮬레이션된 측정치에 응답한다. 이 응답은 통상적으로 예를 들어 프로펠러, 방향타, 터널 추력기, 방위 추력기 등의 선박의 액츄에이터에 제어 신호를 제공한다. 이 응답은 그 대신에 통신 회선을 통해 원격 테스트실로 전송되고, 이 경우 예를 들어 알고리즘 형태의 선박 시뮬레이터는 선박 내의 원격 제어 시스템으로부터의 제어 신호에 응답하여 시뮬레이션된 선박의 동적 거동을 계산하고, 갱신된 제어 신호, 등의 형태의 새로운 응답을 위해 선박의 새로운 상태를 다시 원격 시스템으로 전송한다.

도 5는 롤(roll)(x축 중심), 피치(pitch)(y축 중심) 및 요(yaw)(z축 중심)로서의 회전 운동 및 서지(surge)(x축을 따라), 동요(sway)(y축을 따라) 및 히브(heave)(z축을 따라) 등의 병진 운동(translational movements)의 형태의 선박 움직임의 개요를 도시한다.

도 6은 동적 위치 결정과 관련하여, 예를 들어 계류 없는(또는 어떤 경우에는 계류가 있음) 오일 시추와 관련하여 중요한 서지(surge), 동요(sway) 및 요(yaw)에서의 선박 운동의 개요를 도시한다.

도 7은 시추중 동적 위치 결정하에 시추 플랫폼을 제어하는데 제어 시스템이 사용되는 본 발명의 사용에 대한 관련 문제를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 여기서 실제 위치와 원하는 위치는 굵은체 "x"로 표시되어 있다.

도 8은 선박의 계획(planning), 건조(construction), 취역(commissioning), 해상 시운전(sea trial), 및 운전(operation) 동안에 선박의 제어 시스템의 일반적인 시점 테스트에 대한 타임라인을 나타낸다.

도 9는 2-부분 시뮬레이터 구성을 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 도면이다. 이 2-부분 구성은 선상에 있는 제어 시스템으로의 통상의 센서 신호 라인 및 명령 신호 라인으로의 연결을 위한 커스텀 구성 스위치 또는 커넥터를 갖는 제1 선상(on-board) 온라인 시뮬레이션 컴퓨터를 포함하며, 출력 제어 신호로의 커스텀 구성된 스위치 또는 커넥터를 갖고, 원격 장소 실험실에 있는 테스트 관리자(33)로의 통신 회선을 갖는다.

도 10은 도 9와 유사하게, 2-부분 시뮬레이터 구성을 포함하는 본 발명의 제2 양호한 실시예를 나타낸 도면이다. 이 2-부분 구성은 선상 제어 시스템으로의 연결을 위한 제어 시스템 제조업자 설계 인터페이스를 가지며, 원격 장소 실험실에 있는 테스트 관리자(33)로의 통신 회선을 갖는다.

1.1 선박 및 제어 시스템에 대한 설명 일반

이제부터 첨부된 도면에 예시되어 있는 본 발명의 어떤 실시예들을 참조하여 본 발명에 대해 기술한다. 본 발명은, 도 4a에 개략적으로 도시되고 도 4b 및 도 4c에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 통신 채널(6)을 통해 실시간으로, 선박(4), 예를 들어 선박, 시추 플랫폼, 석유 생산 플랫폼 상의 제어 시스템(2)을 테스트하는 시스템 및 방법을 포함한다. 제어 시스템(2)은 선박(4)의 제어 및 모니터링을 포함할 수 있다. 제어 시스템(2)의 테스트는 선박(4)의 정상(normal) 및 극한(extreme) 상태들 및 이러한 정상 및 극한 상태에 대한 정상적인 변화, 예를 들어 시뮬레이션된 평온한 해양 상태(H1)에서의 통상의 이동의 시뮬레이션을 포함할 수 있다. 게다가, 시뮬레이션된 극한의 해양 상태(H2)에서의 통상적인 이동, 선박이 단일의 프로펠러(16)만을 가지는 경우 예를 들어 이 단일의 프로펠러(16)에 대한 모터 전력의 손실이 있는 고장 상황을 시뮬레이션할 수 있으며, 원하는 항로(7b)로부터 벗어난 회전 및 원하는 위치(7a)로부터 벗어난 표류(drift)의 동적 시뮬레이션이 후속된다. 또한 하나 이상의 프로펠러(16a, 16b,...)의 전력의 손실을 수반하지만 선박(4)이 여전히 동작하는 하나 이상의 프로펠러(16b, 16c,...)를 갖는 상황을 시뮬레이션하고, 선박이 하나 이상의 프로펠러의 전력의 손실에 어떻게 반응하는지를 연구할 수 있다.

이하에서, 하나 이상의 선박(4a, 4b, 4c,...) 내의 제어 시스템(2)에 대해 선박 상에서 로컬적으로 개입하기 위한 또는 원격 실험실(40)로부터 개입하기 위한, 도 4a1, 도 4b 및 도 4c에 예시된 시스템에 대한 간략한 설명이 제공된다.

본 발명에 따른 시스템은 선박(4) 내의 제어 시스템(2)을 테스트하도록 구성되어 있으며, 이 제어 시스템(2)은 선박(4)을 제어 및 모니터링하도록 구성되어 있 다. 이 시스템은 이하의 특징을 포함한다.

* 선박(4) 상에 설치된 하나 이상의 센서(8)는 하나 이상의 센서 신호(7)를 신호 라인(12)을 통해 제어 시스템(2)으로 전송하도록 구성되어 있다.

* 선박(4) 상의 명령 입력 장치(10)는 원하는 위치, 항로, 속도(9), 등을 명령 신호 라인(11)을 통해 제어 시스템(2)으로 전송하도록 구성되어 있다.

* 제어 시스템(2) 내의 알고리즘(31)은 센서 신호(7) 및/또는 명령 신호(9)에 기초하여 선박 액츄에이터(3)로의 제어 신호(13)를 계산하고, 제어 신호(13)를 신호 라인을 거쳐 액츄에이터(3)로 전송하도록 구성되어 있다.

* 하나 이상의 통신 회선(6)은 하나 이상의 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및/또는 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 원격 테스트실(40)로부터 제어 시스템(2)으로 전송하도록 구성될 수 있다. 이 원격 실험실은 지상에 있을 수 있으며, 실시간 통신을 위한 장비가 실험실에서 및 테스트될 각각의 선박 상에서 모두 이용가능해야만 한다. 본 발명의 대체 실시예에서, 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및/또는 시뮬레이션된 명령 신호(9')는 로컬적으로 연결된 장치로부터 전송될 수 있다.

* 원격 실험실은 이전의 상태(50'), 제어 신호(13, 13'), 및 선박(4)에 대한 동적 파라미터(5)에 기초하여 선박 모델(4')의 새로운 센서 신호(7')에 대응하는 새로운 동적 상태(50')를 시뮬레이션하기 위한 알고리즘(32)을 포함하는 시뮬레이터(30R)를 포함할 수 있다. 유사한 시뮬레이터가 또한 로컬적으로 구성될 수 있으며, 따라서 로컬 시뮬레이터(30L)라고 하며, 상기 로컬 시뮬레이터(30L)는 원격 테스트 동안에 일어난 시간 지연으로 인한 동기화 에러를 보상하기 위해 상기 선 박(4) 상의 상기 제어 시스템(2)에 연결되어 있다. 이러한 로컬 시뮬레이터에 대해서는 도 9 및 도 10과 관련하여 기술될 것이다. 본 발명의 일 실시예, 소위 "서명" 방법 실시예의 경우, 로컬 시뮬레이터는 심지어 필요하지 않을 수조차 있는데, 그 이유는 제어 시스템으로부터의 서명의 획득이 선박 시뮬레이션 형태의 피드백을 필요로 하지 않을 수 있기 때문이다.

* 통신 회선(6)은 원하는 위치, 항로, 속도, 등의 형태의 실제 및/또는 시뮬레이션된 명령 신호(9, 9') 중 적어도 하나를 달성하도록 실제 및/또는 시뮬레이션된 센서 데이터(7, 7') 또는 실제 및/또는 시뮬레이션된 명령 신호(9, 9')에 기초하여 제어 시스템(2)에서 제어 신호(13)를 계속하여 계산하기 위해, 센서 신호(7') 형태의 선박 모델(4')의 새로운 시뮬레이션된 상태를 다시 제어 시스템(2)으로 전송하도록 구성될 수 있다.

* 통신 회선(6)은 제어 신호(13) 형태의 제어 시스템(2)의 응답을 제어 신호(13')로서 원격 테스트실(40)로 전송하도록 구성될 수 있지만, 결과적인 제어 신호(13')를 선박 상의 로컬 시뮬레이터로 전송할 수도 있다.

제어 신호(13)는 하나 이상의 프로펠러(16) 또는 추력기(thrusters, 17)에 대한 샤프트 속도(13a, 13b), 및 방향타(rudders, 18) 또는 추력기(17) 및 밸러스트 펌프 또는 크레인 등의 가능한 다른 액츄에이터에 대한 회전 각도(13c)의 형태의 신호(13a, 13b, 13c)를 포함한다.

센서(8)는 많은 서로 다른 장치로부터 선택된 하나 이상의 장치를 포함할 수 있으며, 그 중 몇몇이 이하에 언급되어 있다:

- GPS 수신기(8a), 수중 음파 위치 센서(hydroacoustic position sensor)(8h), 가속도 적분 센서(integrating acceleration sensor), 등의 선박 위치(7a)를 결정하는 위치 측정 장치(8a),

- 선박 항로(7b)를 결정하는 항로 측정 장치(8b), 예를 들어 자이로컴퍼스(gyrocompass) 또는 임의의 다른 컴퍼스(compass),

- 속도(7c)를 결정하는 속도 센서(8c) 또는 단일의 가속도 적분 센서,

- (상대) 풍속(7d) 및 풍향(7e)을 알려주는 풍속계(8d, 8e),

- 롤 각(roll angle)(7f)을 나타내는 롤 각 센서(roll angle sensor)(8f),

- 피치 각(pitch angle)(7g)을 나타내는 피치 각 센서(pitch angle sensor)(8g).

본 발명의 양호한 실시예에서, 본 시스템은 신호 라인(12)으로부터 제어 시스템(2)으로의 하나 이상의 센서 신호(7)를 단절시키도록 구성되어 있는 스위치(15a)를 구비하고 있다. 게다가, 본 발명에 따른 시스템은 신호 라인(11)으로부터 제어 시스템(2)으로의 명령 신호(10) 중 하나 이상을 단절시키도록 구성되어 있는 제2 스위치(15b)를 구비할 수 있고, 또한 제어 시스템으로부터 신호 라인(14)으로부터의 제어 신호(13) 중 하나 이상을 단절시키도록 구성되어 있는 제3 스위치(15c)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 스위치(15)는 선박의 나머지로의/그로부터의 신호로부터 제어 시스템(2)을 완전히 또는 부분적으로 격리시키는 데 사용될 수 있다. 물론, 제어 시스템(2)은 여전히 선박 상의 정규의 전기 전원에 연결되어 있어야만 한다.

본 시스템은 통상적으로 선박의 동적 파라미터(5)가 액츄에이터(3)로의 제어 신호(13)를 계산하기 위해 제어 시스템(2)의 알고리즘(31)에 입력될 수 있음을 암시한다.

본 시스템은 원격 테스트실(40)이 완전히 또는 부분적으로 시뮬레이션된 측정치(7, 7') 및 제어 시스템(2)으로부터의 제어 신호(13, 13')로 나타내어진 초기 상태에 기초하여 선박의 상태를 시뮬레이션하도록 구성된 알고리즘(32)을 갖는 시뮬레이터(30R)를 구비하도록 구성될 수 있지만, 등가의 시뮬레이터(30L)가 통신 지연 문제점을 방지하기 위해 선박 상에 로컬적으로 구성될 수 있다.

통신 회선(6)은 하나 이상의 시뮬레이션된 센서 신호(7')를 원격 테스트실(40)로부터 전송하도록 구성될 수 있으며, 이것은 또한 원격 테스트실(40)에서, 제1 실시간 인터페이스(6a)로 연결되고 또 그로부터 단절되도록 구성되어 있다. 이와 유사하게, 통신 회선(6)은 선박(4) 상의 제2 실시간 인터페이스(6b)에 연결되고, 그로부터 단절되도록 구성되어 있다. 이 제2 실시간 인터페이스는 스위치(15a)를 통해 제어 시스템(2)으로의 신호 라인(11)에 연결되도록 구성되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 통신 인터페이스(6b)는, 도 9에 또한 도 4에 나타낸 바와 같이, 로컬 선박 시뮬레이터 컴퓨터(30L)를 통해 상기 스위치(15a)에 연결되어 있다.

본 테스트 시스템은 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 선박 상의 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로 전송하고 상기 제어 신호(13')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 로컬 시뮬레이터 컴퓨터(30L)로부터 수신하기 위해 상기 원격 테스트실(40) 내의 원격 구성된 시뮬레이터 컴퓨터(30R)를 사용할 수 있다.

본 테스트 시스템은 또한 상기 시뮬레이션된 상태(50')의 초기값, 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')의 시간 시퀀스, 및 해양 상태, 조류, 풍속 및 풍향에 대한 시뮬레이션된 값을 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 선박 상의 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로 전송하고, 상기 제어 신호(13')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 로컬 시뮬레이터 컴퓨터(30L)로부터 수신하기 위해 상기 원격 테스트실(40) 내의 원격 구성된 테스트 관리자(33)를 사용할 수 있고, 상기 로컬 시뮬레이터(30L)는 상기 제어 시스템이 상기 시뮬레이션된 센서 신호(9') 및 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로부터 획득하고 상기 제어 신호(13')를 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로 출력하도록 상기 제어 시스템(2)에 연결되어 있다.

시뮬레이션 명령 입력 장치(10')는 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 원격 테스트실(40)로부터 실시간 인터페이스(6a) 및 통신 회선(6) 및 실시간 인터페이스(6b)를 통해 제어 시스템(2)으로 전송하도록 원격적으로 구성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 시뮬레이션된 또는 테스트 명령 입력 장치(10', 43)는 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 발생하여 직접 제어 시스템(2)으로 전송하기 위해 선박 상에 로컬적으로 구성될 수 있다. 서명 응답 획득을 위해 사용되는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 시뮬레이션된 명령 신호(9')는 이하에서 설명하는 바와 같이 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 포함하는 테스트 시리즈(T0)에 포함될 수 있다. 로컬적으로, 로컬 테스트 신호 소스(41L)는 상기 인 공 측정치(7') 또는 인공 명령(9')을 제어 시스템(2)에 제공하기 위해, 테스트될 선박(4)에 또는 그 근방에 배치되어 있을 수 있다.

제어 신호 로거(42)는 주어진 인공 측정치 신호 시퀀스(T0)에 대한 제어 시스템(2)으로부터의 응답(S0)을 기록하는 데 사용된다. 동일한 제어 신호 로거(42)는 또한 상기 주어진 시퀀스(T0) 또는 물론 실제 또는 인공인 다른 측정 시퀀스(T1, T2, T3,...)에 대한 나중의 응답(S1, S2, S3,...)을 기록하는 데도 사용될 수 있다. 메모리(44)는 상기 제어 시스템 서명 응답(S0)을 확립하는 데 사용되는 테스트 시퀀스(T0)를 저장하기 위해 및/또는 나중의 테스트 시퀀스(T1, T2, T3,...)를 저장하기 위해 테스트 신호 소스(41R/41L)에 연결될 수 있다.

본 시스템은 제어 시스템(2) 내의 알고리즘(31)의 전부 또는 그 일부가 로컬적으로 또는 원격 테스트실로부터 통신 회선(6)을 통해 변경, 캘리브레이션 또는 교체될 수 있도록 구성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 선박 및/또는 테스트 실험실은 측정치(7, 7')에 대한 제어 시스템(2)으로부터의 응답(13', 19')을 로그하기 위한 데이터 로거(15)를 포함한다.

1.2 제어 시스템을 테스트하는 방법에 대한 설명

전술한 시스템은 선박(4) 내의 제어 시스템(2)을 테스트하는 방법에서 사용되도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(2)은 하나 이상의 액츄에이터(3)에의 제어 신호(13)로 선박(4)의 제어 및 모니터링을 포함한다. 제어 시스템을 테스트하는 방법은 이하의 단계들을 포함할 수 있다:

- 제어 시스템(2)으로의 제1 센서 신호 라인(12)을 통해 하나 이상의 센 서(8)로부터 제어 시스템(2)으로의 센서 신호(7)를 실시간으로 획득하는 단계.

- 제어 시스템(2)으로의 제2 신호 라인 또는 명령 신호 라인(11)을 통해 명령 입력 장치(10)로부터 제어 시스템(2)으로의 명령 신호(9)를 획득하는 단계.

- 제어 시스템(2) 내의 제어 알고리즘(31)에서 하나 이상의 획득된 센서 신호(7) 및 명령 신호(9) 중 하나 이상, 및 아마도 선박의 동적 파라미터(5)에 기초하여 계산을 하고 제어 신호(13)를 제3 신호 라인(14)을 통해 액츄에이터(3)로 전송하는 단계.

- 선택된 센서 신호(7) 또는 명령 입력(9)이 제어 시스템(2)에 도달하지 않도록 센서(8) 중 하나 이상으로부터의 하나 이상의 센서 신호(7) 또는 명령 입력 장치(10)로부터의 명령 신호(9)를 단절시키고 이와 동시에 하나 이상의 단절된 센서 신호(7) 또는 명령 신호(9)를, 선박(4)에 대해 원격 테스트실(40)에서 발생되는 대응하는 시뮬레이션된 센서 신호(7') 또는 명령 신호(9')로 대체시키는 단계. 시뮬레이션된 신호(7', 9')는 원격 테스트실로부터 통신 회선(6)을 거쳐 신호 라인(12, 14) 중 하나 이상을 통해 제어 시스템(2)으로 전송된다.

- 제어 신호(13, 13')의 계산은 실제 및/또는 시뮬레이션된 센서 신호(7a 또는 7a', 7b 또는 7b', 7c 또는 7c',...) 또는 명령 신호(9a 또는 9a', 9b 또는 9b', 9c 또는 9c',...)에 기초하여 제어 시스템(2)에서 통상의 방식으로 계속된다.

- 제어 시스템에 의해 발생되는 제어 신호(13')는 이어서 통신 회선(6)을 통해 원격 테스트실(40)로 전송될 수 있다.

본 방법의 양호한 실시예에 따르면, 본 방법은 이어서 테스트 실험실(40)의 원격 시뮬레이터(30R) 또는 로컬 시뮬레이터(30L)에서 제어 신호(13')에 기초하여 알고리즘(32)에 의해 선박 모델(4')의 새로운 동적 상태를 시뮬레이션하는 것을 포함한다. 이와 같이, 제어 시스템(2)에 대한 테스트는 선박이 세계의 어느 곳에 있는지에 상관없이 그 선박 상의 원격 테스트실(40)로부터 수행될 수 있다. 시뮬레이션이 선박에서 또는 그 근방에서 로컬적으로 행해지지 않는 경우, 시뮬레이션 알고리즘은 통신 회선(6)의 사용에 의해 야기되는 시간 지연을 고려해야만 한다. 시간 지연 에러를 회피하기 위해, 원격 컴퓨터(30R)는 도 9에 도시한 바와 같이 시뮬레이션에 사용될 데이터(7', 9')를 통신 회선(6)을 통해 선박에 있는 로컬 시뮬레이션 컴퓨터(30L)로 전송할 수 있다. 원격 컴퓨터(30R)는 로컬 컴퓨터(30L)에 대해 실제 센서 및 명령 신호(7, 9)를 단절시키기 시작하고 이들 신호를 제어 시스템(2)으로의 인공 센서 및 명령 신호(7', 9')로 대체하라고 명령하며, 또 이와 유사하게 테스트 출력(13')과 실제 출력 제어 신호(13)를 단절시키고 이들을 로컬적으로 저장하며, 이 테스트 출력(13')을 시뮬레이션 알고리즘(32)에서 온라인으로 사용하여 상기한 바와 같이 선박 모델(4')의 동적 거동을 시뮬레이션함은 물론 테스트 출력(13')을 다시 원격 테스트실(40)에 있는 원격 구성된 컴퓨터(30R)로 전송하라고 명령한다. 테스트 출력(13')은 온라인 방식으로 원격 테스트실로 전송될 필요가 없지만, 테스트가 행해지는 동안 또는 그 후에 하나 이상의 배치(batch)로 원격 테스트실로 반환될 수 있다. 테스트 출력(13')은 그 후 기록되고 원격 테스트실(40)에서 분석될 수 있다.

상기 방법에 따르면, 제어 시스템의 테스트에 관여하는 원격 테스트실(40)은 지상에 위치할 수 있고, 테스트되는 선박(4a, 4b, 4c,...)은 테스트 실험실로부터 멀리, 일반적으로 1 내지 20000km 떨어져 있으며, 테스트되는 선박(4a, 4b, 4c,...)은 근처 항구에, 멀리 떨어진 항구에, 도크에, 또는 조선창(yard)에, 정박하고(at anchor) 또는 공해에(in the open sea) 위치하고 있을 수 있다.

제어 시스템의 테스트가 완료되었을 때, 선박 내의 제어 시스템의 정상적인 동작을 위해, 선박과 원격 실험실 간의 통신 회선이 단절되고, 제어 시스템으로의 정규의 센서 신호 및 정규의 명령 신호가 재연결되며, 제어 시스템으로부터의 제어 신호가 액츄에이터에 재연결된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 센서 신호(7)는 센서(8)로부터 이하의 센서 파라미터 중 하나 이상을 포함한다:

- GPS 수신기(8a), 수중 음파 위치 센서(hydroacoustic position sensor)(8h), 가속도 적분 센서(integrating acceleration sensor), 등의 위치 센서(8a)로부터의 선박 위치(7a).

- 항로 센서(8b), 예를 들어 자이로컴퍼스(gyrocompass) 또는 다른 컴퍼스 (compass)로부터의 항로(7b),

- 속도 센서(8c) 또는 단일의 가속도 적분 센서로부터의 속도(7c),

- 풍속계(8d, 8e)로부터의 풍속(7d) 및 풍향(7e),

- 롤 센서(8f)로부터의 롤 각 센서(7f),

- 피치 센서(8g)로부터의 피치 각 센서(7g).

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 제어 신호(13)는 원하는 위치(9a), 항 로(9b), 속도(9c) 중 하나 이상을 달성하기 위해 하나 이상의 프로펠러(propeller)(16) 또는 추력기(thruster)(17)의 샤프트 속도, 및 방향타(rudder)(18) 또는 추력기(17) 및 가능한 다른 제어 장치에 대한 각도 형태의 신호(13a, 13b, 13c)를 포함한다.

본 방법은 하나 이상의 프로펠러(16a, 16b, 16c,...)에 대한 제어 신호를 계산하는 데 사용될 수 있고, 제어 장치(18)는 하나 이상의 방향타(18a, 18b)를 포함할 수 있으며, 제어 장치(18)는 하나 이상의 추력기(17)를 포함할 수 있다.

명령 입력 장치(10)는 이하의 것, 즉 원하는 위치(9a), 원하는 항로(9b), 및 원하는 속도(9c) 또는 다른 원하는 상태(9x), 예를 들어 원하는 롤 각, 원하는 피치 각, 원하는 히브 보상, 등 중 하나 이상에 대한 명령 신호(9)를 제공하는 위치 지정 장치(10a), 조정 타륜(steering wheel)(10b), 속도 지정 장치(10c), 또는 원하는 경사 각, 피치 각, 히브 보상(heave compensation), 등의 지정을 위한 장치(10x) 중 하나 이상을 포함하게 된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 본 방법은 제어 시스템(2)이 테스트 중에 시뮬레이션된 센서 신호(7'), 및 아마도 나머지 실제 센서 신호(7), 시뮬레이션된 명령 신호(9') 및 아마도 나머지 실제 명령 신호(9)에 기초하여 타당한 응답(S)을 가져오게 될 제어 신호(13, 13')를 제공하는지를 검증하는 데 원격 테스트실(40)이 사용되며, 그 결과 제어 시스템(2)은 이 테스트에 기초하여 확인되는 것을 포함한다.

선박의 동적 파라미터(5)는 이하에서 설명하는 바와 같이, 질량(m), 관성의 축 모멘트(axial moment of inertia), 선박의 질량 분포, 및 선체(hull)의 외형(geometry)을 기술하는 선체 파라미터를 포함할 수 있다. 센서(8)로부터 제어 시스템(2)으로의 센서 신호(7)의 단절은 신호 라인(12) 상의 스위치(15a)에 의해 행해질 수 있다. 명령 입력 장치(10)로부터 제어 시스템(2)으로의 명령 신호(8)의 단절은 신호 라인(11) 상의 스위치(15b)에 의해 행해질 수 있다.

고장 상황은 구성요소의 고장을 시뮬레이션할 때 선택된 센서 신호(7) 또는 명령 신호(9) 중 하나 이상의 단절에 의해 테스트될 수 있으며, 제어 신호(13, 13') 및 상태 신호(19, 19') 형태의 제어 시스템(2)의 응답은 로컬적으로 또는 테스트 실험실(40)에서 로거(15)에 로그된다. 그렇지만, 나중에 검증을 위해 이러한 테스트를 반복하는 것은 힘들고 어렵게 된다.

고장 상황은 또한 측정치를 변경함으로써 또는 선택된 센서 신호(7')에 외란을 발생시킴으로써, 또는 측정치(7')에 날씨, 바람, 전기 노이즈, 대기 노이즈(atmospheric noise) 또는 음향 노이즈 등의 외부 외란을 발생시킴으로써 테스트될 수 있다. 이러한 외란은 원격 테스트실(40)로부터 선박(4) 내의 제어 시스템(2)으로 전송될 수 있고, 제어 신호(13, 13') 및 상태 신호(19, 19') 형태의 제어 시스템(2)의 응답은 테스트 실험실(40) 내의 로거(15)에 로그된다.

본 발명에 따른 방법의 양호한 실시예에 따르면, 선박(4) 내의 제어 시스템(2)에 대한 새로운 소프트웨어가 통신 회선(6)을 통해 테스트 실험실(40)으로부터 전송될 수 있다.

테스트 실험실(40)이 제어 시스템(2)의 테스트 및 테스트 결과에 기초하여 제어 시스템(2)을 승인할 수 있는 본 발명에 따른 방법의 실행 후에, 테스트 실험실(40)은 선박(4)의 정규 운전에서의 사용을 위해 제어 시스템(2)을 검증할 수 있다.

본 발명에 따른 제안된 원격 테스트의 이점들 중 하나는 종래의 테스트 및 검증에서의 경우보다 시뮬레이션된 고장 상황 하에서 및 시뮬레이션된 광범위한 날씨 하중(weather loads) 하에서 전체로서 소프트웨어 및 제어 시스템(2)의 테스트에서 훨씬 더 많은 유연성을 갖게 된다는 것이다. 동시에, 선박 제어 시스템의 테스트를 위해 이전에 사용된 방법의 단점 및 한계, 즉 여행 거리, 시간이 많이 걸리는 여행, 높은 여행 비용, 테스트를 위한 장비의 장치(rigging)를 위한 시간, 등을 회피하게 된다. 제안된 발명으로, 보다 적은 수의 오퍼레이터로 이전보다 훨씬 더 많은 선박을 테스트 및 검증할 수 있다. 게다가, 테스트의 품질이 향상되는데 그 이유는 자동적인 테스트 실행이 테스트의 반복성을 향상시키기 때문이다.

1.3 시추선 상의 제어 시스템의 테스트의 예

본 발명은 제어 시스템이 상기한 바와 같이 실제로 안전하고 신뢰성있는 방식으로 기능하는지를 테스트하는 데 사용될 수 있다. 이하의 예를 생각해볼 수 있다: 도 7에 도시한 바와 같은 시추선(4) 내의 제어 시스템(2)을 테스트하는 것이 요망된다. 시뮬레이션된 동적으로 위치 결정된 시추에서 테스트 중의 잠재적인 위치 에러가 부정적 결과를 가져오지 않도록 시추는 테스트 이전에 종료된다. 시추선(4)은 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 것에 대응하는 제어 시스템(2)을 포함하고, 도면에 도시된 바와 같이 동일한 방식으로 실시간 인터페이스(6b) 및 통신 회 선(6)을 거쳐 실시간 인터페이스(6a)를 통해 원격 테스트실(40)에 연결되어 있다. 제어 시스템(2)은 프로펠러(16a, 16b, 16c,...) 또는 추력기(17) 등의 추진 장치(16), 및 방향타(18), 터널 추력기 및 방위 추력기 형태의 추력기(17) 등의 제어 장치(18)를 갖는 시추선(4)의 제어 및 모니터링을 포함한다. 추력기(17)는 추진 장치(16) 및 제어 장치(18) 둘다로서 기능할 수 있다. 시뮬레이션된 시추 하에서, 시추선(4)이 가능한 최소의 위치 편차로 및 바람, 파도 및 조류에 대한 영향의 형태로 날씨에 대해 보상할 뿐인 항로(7b) 및 속도(7c)로 고정된 위치(9a)에 있는 것이 바람직하다. 공지된 방법에 따른 동적 위치 결정 방법은 순차적으로 실행될 수 있는 이하의 단계들을 포함할 수 있다.

- 제어 시스템(2)은 위치 센서(8a), 예를 들어 DGPS 수신기로부터의 측정된 선박 위치(7a), 및 자이로 컴퍼스, 등의 항로 센서(8b)로부터의 항로(7b) 등의 하나 이상의 센서 파라미터로부터 센서 데이터(7)를 실시간으로 획득한다.

- 제어 시스템(2)은 도 7에 나타낸 바와 같이 원하는 위치(9a), 방향타 또는 추력기에 대한 각도 형태의 원하는 항로(9b), 및 프로펠러(16) 및 추력기(17)에 대한 샤프트 속도 형태의 원하는 속도(9c) 중 하나 이상에 대한 명령 신호를 제공하는 적어도 위치 지정 장치(10a), 타륜(10b), 속도 지정 장치(10c)를 포함하는 명령 입력 장치(10), 예를 들어 소위 조이스틱 패널로부터 명령 신호(9)를 획득한다.

- 센서(8)는 센서 신호(7)를 제1 센서 신호 라인(12)을 통해 제어 시스템(2)으로 전송한다.

- 명령 입력 장치(10)는 명령 신호(9)를 제2 신호 라인 또는 명령 신호 라 인(11)을 통해 제어 시스템(2)으로 전송한다.

- 제어 시스템(2)은 그 후 원하는 위치(9a), 항로(9b), 속도(9c), 등 중 하나 이상을 유지 및 복원하기 위해 프로펠러(16)에 대한 요구된 샤프트 속도(13a) 및 방향타(18) 및 가능한 다른 제어 장치에 대한 각도(13c)를, 획득된 센서 신호(7a, 7b, 7c,...) 및 명령 신호(9a, 9b, 9c,...) 및 아마도 선박(4)에 대한 질량(m) 및 관성의 축 모멘트(M1, M2,...) 등의 일련의 요구되는 동적 파라미터 중 하나 이상에 기초하여 순차적으로 계산한다.

- 제어 시스템(2)은 그 후 프로펠러(16) 및/또는 추력기(17)에 대한 샤프트 속도(13a), 및 방향타(18) 및/또는 추력기(17)에 대한 각도(13c)를 제어하기 위해, 요구된 샤프트 속도(13b)를 포함한 제어 신호(13a, 13b, 13c,...)를 제어 시스템(2)으로부터 제3 신호 라인(14)을 통해 전송한다.

- 신호 라인(12) 상의 스위치(15a)에 의해, 센서(8) 중 하나 이상으로부터의 센서 신호(7) 중 하나 이상이 제어 시스템(2)으로부터 단절되고, 및/또는 신호 라인(11) 상의 스위치(15b)에 의해 제어 입력 장치(10)로부터의 명령 신호(9) 중 하나 이상이 제어 시스템(2)으로부터 단절된다.

- 단절된 센서 신호(9) 중 하나 이상, 예를 들어 측정된 위치(7a) 또는 항로(7b), 또는 단절된 명령 신호(9) 중 하나 이상, 예를 들어 원하는 위치(9a) 또는 원하는 항로(9b)는 신호 라인(12, 14) 중 하나 이상을 블라인드(blind)시킴으로써 대응하는 시뮬레이션된 센서 신호(7'), 예를 들어 시뮬레이션된 측정 위치(7a') 또는 시뮬레이션된 측정 항로(7b'), 또는 시뮬레이션된 대응하는 명령 신호(9'), 예 를 들어 시뮬레이션된 원하는 위치(9a') 또는 시뮬레이션된 원하는 항로(9b')로 대체되며, 여기서 시뮬레이션된 센서 및 명령 신호(7, 9)는 선박(4)에 대한 원격 테스트실(40)에서 발생되어 통신 회선(6)을 거쳐 스위치(15a, 15b) 중 하나 또는 그 둘다를 통해 신호 라인(12, 14) 중 하나 이상으로 전송된다. 이 경우, DGPS 수신기(8a)로부터의 센서 신호(7a)를 블라인드시키고 또 이들을 선박(4)이 실제로 있는 위치(9a)로부터 주어진 거리 떨어져 있는 새로운, 잘못된 벗어난 위치로 대체시킬 수 있다.

- 제어 시스템(2)은 그 후 입력 및/또는 시뮬레이션된 센서 신호(7a 또는 7a', 7b 또는 7b', 7c 또는 7c',...) 및 명령 신호 또는 시뮬레이션된 명령 신호(9a 또는 9a', 9b 또는 9b', 9c 또는 9c',...) 및 요구된 선박 파라미터(5)에 기초하여, 원하는 위치, 항로, 속도, 등 중 적어도 하나를 달성하기 위해, 프로펠러(16)에 대한 요구된 샤프트 속도(13b) 및 방향타(18) 및 다른 제어 장치에 대한 각도(13c)의 계산을 순차적으로 계속하여 수행한다. 계산된 응답, 즉 예를 들어 프로펠러(16)의 제어를 위한 제어 신호(13a) 및 방향타(18)에 대한 각도(13c) 등의 제어 시스템(2)으로부터 액츄에이터(3)로의 소위 제어 신호(13)는, 그 제어 신호(13)가 테스트 동안 프로펠러(16) 또는 방향타(18)를 제어하지 않도록 제3 스위치(15c)에 의해 단절 또는 블라인드될 수 있지만, 그 대신에 통신 회선(6)을 통해 원격 실험실(40)로 전송된다.

그 후, 제어 시스템(2)은 "블랙 박스"(2)로의 센서 신호(7) 중 적어도 하나에서 변경이 시뮬레이션되는 "블랙 박스"(2)로서 간주될 수 있으며, "블랙 박 스"(2)는 제어 신호(13)로 응답한다. 서두에 언급한 시추선(4)의 경우에, DGPS 신호에 에러가 있었던 경우, 5분 후에 제어 시스템(2)이 올바른 것으로 갑자기 간주하게 되는 새로운 위치로 선박을 이동시키기 위해(왜냐하면 그 위치가 5분 동안 안정된 잘못된 것으로서 주어졌기 때문에) 제어 시스템(2)이 갑자기 선박(4)의 프로펠러, 추력기 및 방향타를 제어하려고 시도하려는 것을 경험할 것이다.

1.4 선박의 움직임 및 이 움직임의 시뮬레이션

선박(4)의 움직임은 서지(surge), 요동(sway) 및 요(yaw)에서의 선박의 속도의 관점에서, 질량 중심의 위치에 의해, 및 롤(roll), 피치(pitch) 및 요(yaw)의 각도에 의해 기술된다(도 5 참조). 선박의 움직임을 일의적으로 기술하는 일련의 변수(속도, 위치, 회전각, 등)은 선박의 상태(50)라고 한다. 선박은 선박의 움직임에 영향을 미치는 힘 및 모멘트에 노출된다. 이 힘 및 모멘트는 바람, 조류 및 파도로부터의, 프로펠러(16), 추력기(17) 및 방향타(18) 등의 액츄에이터(3)의 사용으로부터, 롤 및 피치에서의 각도 및 히브에서의 위치로 인한 용수철 힘 작용에 대응하는 유체정역학적 힘(hydrostatic force)으로부터, 및 선박(4)의 속도 및 가속도에 관계된 유체동역학적 힘으로부터의 여기(excitation)로 인한 것이다. 선박(4)에 작용하는 힘 및 모멘트는 상태(50)에 의해 주어지는 선박 움직임에 의존하는 반면, 선박의 움직임은 선박에 작용하는 힘 및 모멘트의 결과로 볼 수 있다. 선박 또는 배의 경우, 선체(hull)의 외형(geometry), 질량 및 질량 분포는 알고 있다. 게다가, 선박의 유체동역학적 파라미터의 추정치도 알고 있다. 선박의 움직임이 상태(50)에 관하여 주어지는 경우, 선박에 작용하는 힘 및 모멘트는 시뮬레이 터(30)에서 예를 들어 알고리즘(32)을 사용하여 계산될 수 있다. 시뮬레이터(32)에서, 시뮬레이션된 선박(4')의 시뮬레이션된 상태(50')은 이하에 주어진 절차에서 계산된다. 그 후, 시뮬레이션된 선박(4')의 가속도 및 각가속도는 뉴튼 법칙 및 오일러 법칙으로부터 발견되는 선박에 대한 운동 방정식으로부터 계산될 수 있다. 이러한 운동 방정식은 교과서에 기술되어 있다. 운동 방정식에는, 이하의 파라미터가 나타난다:

- 선박 질량,

- 질량 중심의 위치,

- 부력(buoyancy) 중심의 위치,

- 선박의 관성 모멘트,

- 길이(length), 빔(beam) 및 드래프트(draft)를 포함한 선체 외형,

- 유체동역학적 부가 질량(added mass),

- 유체동역학적 포텐셜 감쇠(hydrodynamic potential damping),

- 점성 감쇠(viscous damping),

- 히브, 피치 및 롤에서의 움직임으로 인한 선체에 대한 복원력 및 모멘트에 관계된 파라미터,

- 파동 성분의 진폭, 주파수 및 방향을, 선체상의 결과적인 힘 및 모멘트에 관계시키는 파라미터,

- 게다가, 운동 방정식은 프로펠러 속도 및 피치의 함수인 프로펠러(16)로부터의 액츄에이터 힘, 방향타 각도 및 선박 속도의 함수인 방향타(18)로부터의 힘, 및 추력기 속도 및 방향의 함수인 추력기(17)로부터의 힘에 대한 수학적 모델을 포함한다.

이하의 절차는 u₀부터 u_N까지의 시간 구간에 걸쳐 상태(50, 50')에 의해 주어지는 선박(4, 4')의 움직임을 계산하는 데 사용될 수 있다: 선박의 움직임이 초기 시각 u₀에서 상태(50')에 관하여 주어지고, 이 시각에서 힘 및 모멘트가 계산되는 것으로 가정한다. 그 후, 시각 u₀에서의 선박의 가속도 및 각가속도는 선박(4, 4')에 대한 운동 방정식으로부터 계산될 수 있다. 그 후, 시각 u₁ = u₀ + h(단, h는 적분 알고리즘의 시간 스텝임)에서 상태(50, 50')에 의해 주어지는 선박의 움직임을 계산하는 데 수치 적분 알고리즘이 사용될 수 있다. 선박의 경우, 시간 스텝 h는 일반적으로 0.1 내지 1초의 범위에 있다. 시각 u₁에서의 선박(4, 4')의 움직임(50, 50')이 계산되면, 시각 u₁에서의 힘 및 모멘트가 계산될 수 있고, u₁에서의 가속도 및 각가속도가 운동 방정식으로부터 구해진다. 다시 말하면, 수치 적분을 사용하여, 시각 u₂= u₁ + h에서의 선박의 움직임(50, 50')이 계산된다. 이 절차는 시각 u_N에 도달될 때까지 각각의 시각 u_k= u₀+ h*k에서 반복될 수 있다.

선박에 작용하는 파도는 파동 성분(wave components)의 합으로서 기술되며, 여기서 한 파동 성분은 주어진 주파수, 진폭 및 방향을 갖는 사인 장파정파(sinusoidal long-crested wave)이다. 해양에서의 주어진 위치에서, 파동 성분의 진폭 및 주파수의 우세한 분포는 JONSWAP 또는 ITTC 스펙트하 등의 공지의 파동 스펙트라로 주어지며, 여기서 파동 스펙트럼의 세기는 유의 파고(significant wave height)를 매개변수로 하여 표현된다. 선박에 작용하는 결과적인 힘 및 모멘트는 파동의 진폭, 주파수 및 방향, 및 선박의 속도 및 항로의 함수가 된다. 바람으로부터의 힘 및 모멘트는 풍속, 풍향, 선박 속도, 및 풍향에 대한 선박 항로의 함수인 선박의 해수면 위의 돌출 면적에 의해 주어진다. 조류로부터의 힘 및 모멘트는 조류 속도, 조류 방향, 선체의 해수면 아래의 돌출 면적, 및 조류 방향에 대한 선박 속도 및 항로에 의해 주어진다.

1.5 동적 위치 결정 - DP:

동적 위치 결정, 소위 DP에서, 선박(4)은 3 자유도(degree of freedom, DOF)로 제어된다. x 및 y에서 및 항로에서의 원하는 위치는 제어 패널(10) 상의 키보드, 롤러 볼(roller ball), 마우스, 또는 조이스틱을 사용하여 오퍼레이터로부터 입력으로서 주어진다. 제어 시스템(2)은 선박이 원하는 위치 및 항로를 달성하도록 서지 및 요동 방향에서의 요구되는 액츄에이터 힘, 및 요 축(yaw axis)을 중심으로 한 액츄에이터 모멘트를 계산하는 데 사용된다. 제어 시스템(2)은 또한 액츄에이터 할당(actuator allocation)을 포함하며, 이는 명령받은 액츄에이터 힘 및 모멘트에 대응하는 프로펠러 힘, 방향타 힘 및 추력기 힘의 계산을 수반한다. 제어 시스템(2)은 선박(4) 상의 컴퓨터 상에서 알고리즘(31)의 실행을 통해 구현된다. 이 알고리즘(31)은 원하는 위치(9a) 및 항로(9b)를 측정된 위치 및 항로(7a, 7b)와 비교하고, 이에 기초하여 이 알고리즘은 교과서에 나와 있는 제어 이론을 사용하여 요구된 액츄에이터 힘 및 모멘트를 계산한다. 게다가, 이 알고리즘은 프로 펠러 힘, 방향타 힘 및 추력기 힘이 계산되는 할당 모듈(allocation module)을 포함한다. 위치 및 항로는 DGPS 센서, 자이로컴퍼스, 트랜스폰더가 해저에 설치(lace)되어 있는 수중 음파 센서 시스템, 및 해저에 고정된 장력선(taut-wire)의 기울기가 측정되는 장력선에 의해 측정된다.

1.6 선박의 제어 시스템의 테스트

해상 제어 시스템, 예를 들어 DP 시스템의 다른 고장은 특정의 고장 상황을 야기하는 조건과 함께 기록된다. 이것의 예로서, GPS 수신기 상의 75m의 갑작스런 안정된 에러는 선박이 갑자기 원하는 위치를 벗어난 경우 DP 제어 중인 시추선에 대한 소위 드라이브-오프(drive-off) 형태의 심각한 고장을 야기하며, 라이저(riser)의 단절 및 드릴 스트링(drill string)의 절단 등의 응급 조치가 실행되어야만 한다. 다른 예는 시스템이 선박의 히브 움직임의 정확한 보상을 제공할 수 없고, 해저의 특정 위치에 하중의 설치 동안에 하중(load)이 파동대(wave zone)에 또는 해저에 가까이 있다면 잠재적으로 어려운 상황이 발생할 수 있는 히브 보상, 또는, 해저를 통과여 선박과 유정 사이에 배열되어 있는 회전 드릴링 스트링을 갖는 시추 라이저의 히브 보상에서의 가속도 측정 신호의 갑작스런 손실이다.

선박의 위치, 속도 또는 항로, 실제 날씨, 실제 해양 상태, 하나 이상의 센서 신호에서의 에러의 시퀀스, 및 이전에 기록된 고장 상황을 가져왔던 명령 입력 신호의 시퀀스의 조합된 형태인 상황을 생각해보자. 이러한 상황은 테스트될 제어 시스템이 제어 시스템 고장으로 종료되지 않고 그 상황을 처리할 수 있는지를 알아보기 위해 테스트 목적으로 재현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제안된 방법은 시뮬레이션된 센서 신호(7a', 7b',...) 및 시뮬레이션된 명령 입력 신호(9a', 9b',...)의 형태인 입력으로 제어 시스템을 실행함으로써 주어진 선박에 대한 제어 시스템(2)을 테스트하는 것이며, 여기서 제어 신호(13a, 13b,...) 형태의 제어 시스템(2)의 출력은 시뮬레이션된 선박 모델(30)에 대한 제어 신호로서 사용된다. 제어 시스템에 대한 테스트 시나리오는 주어진 선박에 대해 테스트될 일련의 테스트 사례(test case)의 형태로 발생된다. 각각의 테스트 사례는 지정된 해양 상태, 지정된 풍속(7d') 및 풍향(7d'), 지정된 조류 속도(7k) 및 조류 방향(7l) 및 미리 정해진 일련의 명령 입력 신호(9a', 9b', 9c',...)에 의해 주어진다. 게다가, 각각의 테스트 사례는 시뮬레이션된 센서 신호(7a', 7b', 7c',...)에 부가된 일련의 미리 정해진 에러, 예를 들어 하나 이상의 DGPS 수신기에서의 75m의 부가적인 스텝 변동(도 4a3 참조) 또는 위치 신호가 갑자기 0에서 50m로 변했다가 이어서 바로 0으로 되는 부가의 에러를 갖는 소위 와일드-포인트(wild-point)(w), 하나 이상의 GPS 수신기에서의 1m/s의 안정된 드리프트의 형태의 에러, DGPS 수신기(8a) 또는 수중 음파 위치 센서 등의 하나 이상의 위치 센서에서의 2m의 급격한 요동(rapid fluctuation)의 형태의 에러(도 4a4 참조), 또는 하나 이상의 센서 신호의 손실(도 4a2 참조)을 포함할 수 있다. 이전에 기록된 고장 상황에 대한 기지의 조건은 이러한 테스트 사례를 지정하는 데 사용될 수 있다.

일련의 테스트에서의 각각의 테스트 사례에 대해, 입력 센서 신호, 입력 명령 신호 및 결과적인 제어 신호가 로그되고, 로그된 테스트 데이터의 분석에 기초 하여 제어 시스템이 테스트에서 만족스럽게 동작했는지가 결정되고, 이것에 기초하여 제어 시스템은 승인되거나 승인되지 않을 수 있고, 아마도 이것에 기초하여 인증될 수 있다.

2.1 제어 시스템의 서명의 획득

서론

선급 회사(classification company), 예를 들어 Det Norske Veritas에 의해 테스트되고 승인되며 인증된 제어 시스템(2)을 생각해보자. 이 테스트 및 인증(certification)은 몇번의 시점에서 행해질 수 있으며, 도 8을 참조하기 바란다.

* 제어 시스템은 제어 시스템 제조 현장에서의 FAT(Factory Acceptance Testing) 시에 제어 시스템(2)의 시뮬레이터로의 연결을 수반하는 테스트 이후 조기에 확인될 수 있다.

* 나중에, 제어 시스템은 조선창 현장에서 선박의 취역(commissioning)시에 거의 최종적인 구성(near-final configuration) 동안에 재테스트될 수 있다.

* 제어 시스템은 선박이 운전 상태로 들어갈 때 CAT(Customer Acceptance Testing) 직후에 승인 및 인증되는 동안 본 발명의 실시예에 따라 테스트될 수 있다.

* 연 1회 또는 연 3회 테스트(tri-annual)가 선급 회사 또는 보험 회사에 의한 표준적인 요구사항일 수 있다.

* 본 발명에 따른 테스트는 제어 시스템의 일부 또는 그 전부의 재프로그래밍, 센서의 교체 또는 수리, 새로운 센서의 설치, 제어 시스템 입력과 직접 관계되 는 명령 콘솔 등의 변경 또는 수리, 이후에, 연속된 제어 시스템 상태를 검사할 필요가 있을 수 있다. 이러한 변경 이후에, 그 변경 이전에 확립된 제어 시스템의 승인 또는 확인은 더 이상 유효하지 않다.

* 선박의 개조 변경(revamp modifications), 예를 들어 더 크거나 새로운 크레인의 탑재, 선체의 변경 또는 확장, 시추 데릭(drilling derrick)의 변경, 또는 시추 또는 생산 라이저에 대한 히브 보상 시스템, 등은 제어 시스템의 재구성을 포함할 수 있으며 재확인을 위한 제어 시스템의 테스트로 이어져야만 한다.

2.2 제어 시스템 서명의 구축 일반

승인 또는 인증 이후에 있을 수 있는 변경이 실제로 제어 시스템(2)에 있었는지를 확증하기 위해, 테스트가 완료되고 선박이 인증된 후에 제어 시스템 출력 참조 "서명"(S0)을 확립하고 시스템의 나중의 테스트와 비교하기 위해 상기 서명(S0)을 저장하는 것이 제안된다. 이 방법에 대해 이하에서 상세히 기술된다.

서명(S0)은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 실제 센서 신호(7a, 7b, 7c,...) 및 실제 입력 명령 신호(9a, 9b, 9c,...) 대신에 제어 시스템(2)으로의 입력으로서 사용하기 위한 바람직하게는 하나 이상의 인공 센서 신호(7a', 7b',...) 및 입력 명령 신호(9a', 9b',...)의 미리 정해진 시퀀스(T0)를 발생하고 제어 시스템(2)으로부터의 결과적인 출력을 제어 신호(13a, 13b, 13c,...)의 형태로 서명(S0)으로서 저장함으로써 확립되며, 이 제어 신호(13a, 13b, 13c,...)는 이 경우에 양호하게는 액츄에이터(17, 18, 19)로 전송되지 않을 수 있다. 양호한 실시예에서, 이 최초의 서명(S0)은 제어 신호의 완전한 시간 부문 역사(time section history)가 된다.

나중의 테스트

제어 시스템(2)이 변경되었는지 여부를 테스트하기 위해, 동일한 입력 시퀀스(T0)가 어떤 나중 시간(t1, t2, t3,...)에 제어 시스템(2)에 입력되고, 제어 신호(13a, 13b, 13c,...) 형태의 결과 출력이 새로운 시스템 응답 또는 "서명"(S1, S2, S3,...)으로서 기록된다. 상기 제어 시스템(2)이 변경 또는 수정되었는지를 판정하기 위해, 최초의 서명(S0)과 새로운 서명(S1, S2, S3,...) 간의 비교가 행해져야만 한다.

2.3 제어 시스템 서명의 확립 상세

보다 상세하게는, 본 발명의 양호한 실시예는 선박(4)의 제어 시스템(2)을 검증하는 방법을 포함한다. 제어 시스템(2)은 그의 동작 상태에 있는 경우 센서(8)로부터의 센서 신호(7) 및 하나 이상의 명령 입력 장치(10)로부터의 명령 신호(9)를 수신하도록 구성되어 있다. 제어 시스템(2)은 상기 측정치(7) 및 명령 신호(9)에 대한 응답으로서 상기 선박(4)의 원하는 위치, 속도, 항로 또는 다른 상태를 유지하기 위하여 상기 선박의 액츄에이터(actuator)(3)에 제어 신호(13)를 제공한다. 이 방법은 이하의 단계들을 포함한다:

* 제1 시간(t0) 동안, 상기 제어 시스템(2)에 대한 하나 이상의 실제 센서 신호(7a, 7b, 7c,...)의 수신이 단절되고, 테스트 신호 소스(41)로부터의 상기 제어 시스템(2)으로의 하나 이상의 인공 측정치(7a', 7b', 7c',...)를 포함하는 제1 테스트 시퀀스(T0)로 대체된다.

* 상기 제1 시간(t0) 동안 상기 제1 테스트 시퀀스(T0)에 대한 응답(S0)으로서 상기 제어 시스템(2)의 제어 신호(13)로서 제어 신호 로거(control signal logger)(42)에 기록될 제어 신호(13')를 발생하기 위해, 제어 시스템(2)은 상기 실제 및/또는 인공 센서 신호(7, 7')에 기초하여 동작하게 된다.

* 상기 제1 테스트 시퀀스(T0)에 대한 제어 시스템(2)의 응답(S0)은 상기 제1 시간(t0)에 상기 제어 시스템(2)의 "서명(signature)" 응답(S0)으로서 저장된다.

이 방법은 나중에(t1, t2, t3,...), 상기 제어 시스템(2)에 입력되는 동일한 주어진 테스트 시퀀스(T0)를 사용하고 상기 제어 시스템(2)으로부터의 나중의 응답(S1, S2, S3,..)을 기록하며, 상기 제어 시스템(2)이 변동되지 않았음을 검증하기 위해 상기 나중의 응답(S1, S2, S3,...)이 상기 서명 응답(S0)과 대체로 유사한지, 또는 상기 제어 시스템(2)이 변동되었음을 나타내기 위해 상기 나중의 응답(S1, S2, S3,...)이 상기 서명 응답(S0)과 크게 다른지를 판정하는 것을 목적으로 한다.

2.4 "서명"(S0)과의 비교

나중의 획득된 시스템 응답(S1)은, 본 발명에 따르면, 최초의 시스템 응답, 즉 "서명"(S0)과 비교된다. S0와 S1 간에 거의 차이가 없는 경우, 이들 시스템은 변동이 없는 것으로 간주되고, 갱신된 승인 또는 인증을 위해 새로운 테스트를 할 필요가 없다. S0와 S1 간에 상당한 차이가 있는 경우, 제어 시스템이 변경되었으며, 그 승인 또는 인증이 더 이상 유효하지 않고, 새로운 승인/인증 테스트가 행해져야만 하는 것으로 결론지어진다. 무엇이 상당한 차이인지를 결정하기 위해, 우 리는 현실적으로 몇가지 제한을 고려해야만 한다: 서명(S0, S1) 및 나중의 시스템 응답은 테스트 시퀀스(T0)가 그러한 것처럼 어떤 노이즈 및 고주파 성분을 포함할 수 있으며, 따라서 획득된 시스템 응답은 결코 정확하게 동일하지 않다. 이하에서 이 차이를 계산하는 방법의 개요에 대해 기술한다.

2.5 차이의 계산

본 발명의 양호한 실시예에서, 이하의 계산 방법은 시간 t₀에서 기록된 상기 제어 시스템의 최초의 응답(S0)과 t₁(이는 t₀ 이후 주, 월 또는 연 단위일 수 있음)에 기록된 나중의 응답(S1) 간의 차이를 결정하는 데 사용될 수 있다. 제어 신호는 시각 u₁, u₂,.. u_n,...U_N에 기록되며, 그 간격은 최초의 응답(S0)을 확립하기 위해 시각 t₀에서 개시된 테스트 동안 또는 응답(S1)을 확립하기 위해 시각 t₁에서 개시된 테스트 동안인 초 단위이다. 각각의 시각 u₁, u₂,.. u_n,...에 대해, 제어 시스템은 (13a, 13b, 13c,..., 13K)(이를 우리는 다차원 신호라고 할 수 있음) 등의 제어 채널 신호를 포함하는 몇개의 출력 신호를 출력하게 된다. 시각 u_n에서의 시퀀스(S0)의 다차원 값은

으로 표기되며, 이 때 u_n에서의 제1 첨자 n은 하나의 시각이고, 제2 첨자

는

등의 제어 채널 신호를 가리 킨다. 동일한 방식으로 시각

에서의 S1의 다차원 값은

이다. 랜덤한 속성을 가질 수 있는 시퀀스(S0, S1)의 고주파 성분을 제거하기 위해, 시퀀스(S0, S1)는 저역 통과 필터링된다. S0의 필터링된 버전은 SFO라고 하며, 시각 u_n에서

으로 표기되고,

S1의 필터링된 버전은 SF1이라고 하며, 시각 u_n에서

으로 표기된다.

S0와 S1 간의 차이는 SF0와 SF1 간의 차이에 대한 RMS 값으로 특징지워진다. 이것은 다음과 같이 계산될 수 있다.

RMS(SF0, SF1) =

의 제곱근이며,

여기에서, 측정치 SF0((u₁)) 및 SF1((u₁)) 각각이 전술한 바와 같이 다차원이라는 것을 고려해야만 한다.

엔진 파워 명령 출력, 방향타 각도 명령 출력, 추력기 각도 명령 출력, 등의 S0와 S1 제어 신호 파라미터 간의 차이는 그의 실제 속성에 따라 가중치가 부여되 어야만 한다.

이 RMS는 2개의 시퀀스 SF0와 SF1 간의 차이의 가중된 평균 값으로 볼 수 있다. RMS(S0, S1)이 어떤 문턱값, 예를 들어 0.01 또는 1%보다 큰 경우, 제어 시스템이 수정되거나 변경되었을 가능성이 상당할 수 있고, 승인 또는 인증을 위해 새로운 테스트가 수행되어야만 한다. 그렇지 않고, RMS(S0, S1)가 문턱값보다 작은 경우, 시스템은 변동되지 않은 것으로 간주되고, 승인 및/또는 인증이 유효한 것으로 간주될 수 있다. 비교의 품질을 더욱 향상시키기 위해, S0 및 S1과 연관된 경보 및 이벤트 리스트가 정성적으로 분석될 수 있다.

3.1 제어 시스템의 개개의 부분에 대한 서명의 확립

서명의 발생을 위한 상기한 방법은 전체 제어 시스템에 대한 서명을 발생하는 데 사용될 수 있거나, 일련의 통합된 제어 시스템으로 확장될 수 있다. 대안적인 방법은 일련의 서명을 발생하는 것이며, 이 경우 각각의 서명은 특정 세트의 센서 또는 제어 시스템의 특정의 기능과 관련하여 제어 시스템의 성능과 관계되어 있다. 이 절차는 그 후 하나 이상의 센서의 센서 그룹 1로부터 인공 센서 신호(7a', 7b', 7c',...)의 미리 정해진 시퀀스(TG10)를 발생하고 그 결과 얻어지는 출력을 제어 신호(13a, 13b, 13c,...)의 형태의 서명(SG10)으로서 기록하며, 이 때 서명(SG10)은 센서 그룹 G1에 관계되어 있다. 그 후, 센서 그룹 2로부터 인공 센서 신호의 미리 정해진 시퀀스(TG20)가 발생되고, 그 결과 얻어지는 출력이 센서 그룹 2와 관계된 서명(SG20)으로서 기록된다. 이와 같이 계속하여, 입력 시퀀스(TG10, TG20, TG30,...)의 순차적인 입력 및 대응하는 출력의 기록은 정의된 센서 그 룹(G1, G2, G3,...)에 대한 서명(S10, S20, S30,...)을 확립하게 된다. 센서 그룹(G1)은 GPS 수신기일 수 있고, 센서 그룹(G2)은 수중 음파 위치 센서일 수 있으며, 센서 그룹(G3)은 GPS와 수중 음파 센서, 등의 조합일 수 있다.

게다가, 명령 입력 신호의 다른 조합(C1, C2, C3,...)에 대해 시스템을 테스트하기 위해 인공 명령 입력 신호(9a', 9b',...)의 일련의 입력 시퀀스(TC10, TC20, TC30,...)가 발생된다. 그 결과 얻은 출력은 제어 신호(13a, 13b, 13c,...)의 형태의 서명(SC10, SC20, SC30,...)으로서 기록되고, 여기서 서명(SC10, SC20, SC30,...)은 명령 입력 신호의 조합(C1, C2, C3,...)와 관계되어 있다.

그 후, 전체 시스템에 대한 단일의 서명의 경우에 전술한 바와 같이, 제어 시스템은 나중의 시간(t1, t2, t3,...)에 테스트될 수 있다. 번호 n의 테스트에서, 입력 시퀀스(TG1n, TG2n, TG3n,... 및 TC1n, TC2n, TC3n,...)는 응답(SG1n, SG2n, SG3n,... 및 SC1n, SC2n, SC3n,...)을 가져오게 된다. 그 후, SG1n, SG2n, SG3n,... 및 SC1n, SC2n, SC3n,...을 서명(SG10, SG20, SG30,... 및 SC10, SC20, SC30,...)과 비교하고, 어느 응답이 최초의 서명과 다른지에 주목함으로써, 어느 센서 그룹, 또는 어느 입력 신호 조합이 서명의 변화를 가져오는지를 판정하는 것이 가능하다. 상기한 바와 같이 SG1n이 SG10과 다른 것으로 계산되는 경우, 제어 시스템은 변경되었으며, 제어 시스템의 변동은 센서 그룹(G1)과 관계되어 있고, 이하 마찬가지이다. 상기한 바와 같이 SC1n이 SC10과 다른 것으로 계산되는 경우, 제어 시스템은 변경되었으며, 제어 시스템의 변동은 입력 명령 신호의 조합(C1)과 관계되어 있고, 이하 마찬가지이다.

구성요소 리스트

1: -

2: 제어 시스템(2)

3: 액츄에이터(프로펠러(16), 추력기(17), 방향타(18))

4: 선박, 배, 시추선, 시추 플랫폼, 생산 플랫폼, 또는 다른 항해 선박

4': 일반적으로 시뮬레이터 알고리즘(32)을 포함하는 로컬 또는 원격 시뮬레이터(30R 또는 30L)에서의 시뮬레이션된 선박, 선박 모델

5: 선박의 동적 파라미터. 5a: 질량(m), 5b,5c: 질량 중심의 위치, 5c,5d,5e: 선박 축을 중심으로 한 관성 모멘트, 질량 분포, 선체 파라미터(hull parameters), 등

6: 원격 테스트실(40) 내의 제1 실시간 인터페이스(6a) 및 제1 및 제2 선박(4a, 4b) 상의 제2 실시간 인터페이스(6b, 6c) 등을 포함하는 통신 회선

7: 센서(8)로부터의 센서 신호. 7a: 위치, 7b: 항로, 7c: 속도, 7d: (상대) 풍속, 7e: (상대) 풍향, 7f: 피치 각, 7g: 롤 각, 7h: 해저 상의 트랜스폰더에 대한 수중 음파 (상대) 위치, 7i: GPS/관성 위치, 7j: 항로, 7k: 조류 속도, 및 7l: 조류 방향

7': 시뮬레이션된 선박(4')에 대한 시뮬레이션된 센서 신호. 일반적으로 시뮬레이터 알고리즘(32)을 포함하는 로컬 또는 원격 시뮬레이터(30R 또는 30L)에서 미리 정해지거나 계산됨.

8: 센서, 8a: 위치 센서, 8b: (자이로)-컴퍼스, 8c: 속도 센서, 8d: 풍속 센 서, 8e: 풍향 센서, 8f: 피치 센서, 8g: 롤 센서, 8h: 수중 음파 위치 센서, 8i: "Seapath 200" GPS/관성 위치 센서, 및 항로 센서(8j).

9: 명령 입력 장치(10)로부터의 명령 신호. 9a: 원하는 위치, 9b: 원하는 항로, 9c: 원하는 속도, 등

9': 시뮬레이션된 명령 신호

10: 명령 입력 장치: 10a: 원하는 위치(9a)를 지정하는 위치 지정 장치, 10b: 원하는 항로(9b)를 지정하는 타륜, 10c: 원하는 속도를 지정하는 속도 지정 장치(10c), 등

11: 제어 시스템(2)으로의 명령 신호(9)를 위한 하나 이상의 명령 신호 라인 또는 통신 버스

12: 제어 시스템(2)으로의 센서 신호(7)를 위한 하나 이상의 센서 신호 라인 또는 통신 버스.

13: 프로펠러(16) 및 추력기(17)에 대한 샤프트 속도(13a, 13b) 및 방향타(18) 또는 추력기(17)에 대한 각도(13c)를 포함하는 제어 신호,

13': 원격 테스트실(40)로 전송되는 제어 신호

14: 제어 시스템(2)으로부터 액츄에이터(3)(16, 17, 18)로의 하나 이상의 제3 신호 라인(14) 또는 통신 버스

15: 데이터 로거

15a, 15b, 15c: 센서 신호(7), 명령 신호(9)가 제어 시스템(2)에 들어가지 못하도록 단절시키고 상기 제어 시스템(2)으로부터의 출력 제어 신호(13)를 단절시 키며, 인공 센서 신호(7'), 인공 명령 신호(9') 및 출력 제어 신호(13')를 원격 테스트실(40)로부터의 통신 회선(6)을 통해 로컬 시뮬레이터(32L)에/로부터 직접 또는 간접적으로 연결시키는 스위치

16: 프로펠러(16)

17: 추력기(17)

18: 방향타(18): 함께 "액츄에이터"(3).

19: 상태 신호

30: 선박 시뮬레이터, 즉 원격 테스트실(40)에 구성된 선박 시뮬레이터(30R), 또는 로컬적으로 구성된 선박 시뮬레이터(30L)를 갖는 컴퓨터.

30R: 원격 테스트실(40)에 구성된 선박 시뮬레이터(30R)를 갖는 컴퓨터.

30L: 테스트될 배 또는 선박(4) 상에 로컬적으로 구성된 선박 시뮬레이터(30L)를 갖는 컴퓨터.

31: 신호 라인(14)을 통해 액츄에이터(3), 예를 들어 프로펠러(16), 추력기(17) 또는 방향타(18)로 제어 신호(13)를 전송하기 위해, 선박(4)의 동적 파라미터(5), 센서 신호(7), 명령 신호(9)에 기초하여 선박 액츄에이터(16, 17, 18)로의 제어 신호(13)를 계산하기 위한 제어 알고리즘(31).

32: 선박 파라미터(5), 시뮬레이션된 풍속 및 풍향, 시뮬레이션된 파고 및 파동 방향, 시뮬레이션된 조류 속도 및 조류 방향, 등 및 선박(4)에 대한 액츄에이터(3)의 힘에 기초하여 센서 신호(7')에 대응하는 시뮬레이션된 상태(50)에 의해 주어지는 선박의 동적 움직임을 계산하기 위한 상기 선박 시뮬레이터 컴퓨터(30) 내의 알고리즘.

33: 테스트 관리자 알고리즘(34)을 갖는 컴퓨터

34: 선박 시뮬레이터(30L/30R)에 배치(batch) 형태로 테스트 설명을 출력하고 제어 시스템(2)으로부터의 그 결과 얻은 제어 신호를 배치 형태로 입력하는 테스트 관리자 알고리즘.

40: 원격 테스트실

41R: 상기 제어 시스템(2)으로 인공 측정치(7a', 7b', 7c',...)를 제공하기 위한 상기 원격 테스트실(40)에 구성된 원격 테스트 신호 소스(41R).

41L: 상기 제어 시스템(2)으로 인공 측정치(7a', 7b', 7c',...)를 제공하기 위한 테스트될 선박(4)에 또는 그 근방에 구성된 로컬 테스트 신호 소스(41L).

42: 상기 주어진 인공 측정 신호 시퀀스(T0)에 대한 상기 제어 시스템(2)으로부터의 응답(S0) 또는 상기 주어진 시퀀스(T0)(또는 다른 주어진 또는 자연적으로 발생하는 또는 랜덤한 측정치 시퀀스(T1, T2, T3,..))에 대한 나중의 응답(S1, S2, S3,...)을 기록하는 제어 신호 로거(42).

43: 인공 명령 신호(9a', 9b', 9c', 9d',...)를 발생하는 테스트 명령 장치(43)

44: 상기 제어 시스템 서명 응답(S0)을 확립하는 데 사용되는 상기 테스트 시퀀스(T0)를 저장하기 위한 및/또는 나중의 테스트 시퀀스(T1, T2, T3,...)를 저장하기 위한 상기 테스트 신호 소스(41R/41L)에 연결된 메모리(44).

50: 서지, 요동 및 요에서의 속도, 롤 피치 및 요에서의 각속도, x, y 및 z 에서의 위치, 롤, 피치 및 요에서의 각도 등의 하나 이상의 변수들, 프로펠러의 샤프트 속도 및 방향타의 각도 등의 액츄에이터의 상태 변수들, 등의 하나 이상의 변수를 포함하며, 주어진 시각에서의 상태(50)는 상기 시각에서의 선박 및 액츄에이터의 움직임을 고유하게 정의하며, 상태(50)는 센서 신호(9)에 대응하고, 센서 신호(9)는 일반적으로 상기 상태(50)의 일부분에 대한 값을 포함하는 선박(4)의 상태(50).

50': 상기 시뮬레이터(30)에 의해 계산된 시뮬레이션된 선박(4')의 시뮬레이션된 상태(50')로서, 상기 시뮬레이션된 상태(50')는 상태(50)의 변수들의 시뮬레이션된 값을 포함하며, 상태(50')는 시뮬레이션된 센서 신호(9')에 대응한다.

T0: 인공 측정치(7a', 7b', 7c', 7d',...)의 제1 테스트 시퀀스.

S0: 명령 신호(13a, 13b, 13c,...)를 포함하는 제1 명령 시스템 응답

Claims

선박(4)의 제어 시스템(2)을 검증하는 방법으로서,

상기 제어 시스템(2)은 그의 동작 상태에 있는 경우 센서(8)로부터의 센서 신호(7) 및 하나 이상의 명령 입력 장치(10)로부터의 명령 신호(9)를 수신하도록 구성되어 있고,

상기 제어 시스템(2)은 상기 측정치(7) 및 명령 신호(9)에 대한 응답으로서 상기 선박(4)의 원하는 위치, 속도, 항로 또는 다른 상태 변수를 유지하기 위하여 상기 선박의 액츄에이터(actuator)(3)에 제어 신호(13)를 제공하며,

상기 방법은,

제1 시간(t0) 동안, 상기 제어 시스템(2)에 대한 하나 이상의 실제 센서 신호(7a, 7b, 7c,...)의 수신을 단절시키고 상기 실제 센서 신호 중 상기 하나 이상을 테스트 신호 소스(41)로부터 상기 제어 시스템(2)으로의 하나 이상의 인공 측정치(7a', 7b', 7c',...)를 포함하는 제1 테스트 시퀀스(T0)로 대체시키는 단계,

상기 제1 시간(t0) 동안 상기 제1 테스트 시퀀스(T0)에 대한 응답(S0)으로서 상기 제어 시스템(2)의 제어 신호(13)로서 제어 신호 로거(control signal logger)(42)에 기록될 제어 신호(13')를 발생하기 위해 상기 제어 시스템(2)이 상기 실제 및/또는 인공 센서 신호(7, 7')에 기초하여 동작하게 하는 단계,

상기 제1 시간(t0)에서의 상기 제1 테스트 시퀀스(T0)에 대한 상기 제어 시스템(2)의 응답(S0)을 상기 제어 시스템(2)의 "서명(signature)" 응답(S0)으로서 저장하는 단계

를 포함하며,

상기 방법은 나중에(t1, t2, t3,...), 상기 제어 시스템(2)에 입력되는 상기 동일한 주어진 테스트 시퀀스(T0)를 사용하고, 상기 제어 시스템(2)으로부터의 나중의 응답(S1, S2, S3,..)을 기록하며, 상기 제어 시스템(2)이 변동되지 않은 것을 검증하기 위해 상기 나중의 응답(S1, S2, S3,...)이 상기 서명 응답(S0)과 대체로 유사한지 여부, 또는 상기 제어 시스템(2)이 변동되었음을 나타내기 위해 상기 나중의 응답(S1, S2, S3,...)이 상기 서명 응답(S0)과 크게 다른지 여부를 판정하는 것을 목적으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 하나 이상의 센서 신호(7a, 7b, 7c,...)를 인공 센서 신호(7a', 7b', 7c',...)로 대체시키는 상기 단계는,

다음과 같은 하나 이상의 신호 상황, 즉

하나 이상의 인공 센서 신호(7a', 7b', 7c',...)의 단순한 존재 또는 부존재,

현실적 범위 내에서의 하나 이상의 인공 센서 신호(7a', 7b', 7c',...)의 스텝 변동,

상기 대응하는 실제 신호(7a, 7b, 7c,...)의 현실적인 신호 범위 내에서의 하나 이상의 인공 센서 신호(7a', 7b', 7c',...)의 느린 드리프트 또는 변동,

노이즈, "화이트(white)", 또는

실제 측정 신호(7) 또는 인공 측정 신호(7')에 대한 노이즈의 중첩

을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 테스트 시퀀스(T0)는 하나 이상의 기록된 실제 측정 신호(7a 또는 7a', 7b 또는 7b', 7c 또는 7c', 7d 또는 7d',...)를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 테스트 시퀀스(T0)는 상기 테스트 신호 소스(41)에 연결된 메모리(44)에 저장되는 방법.
제1항에 있어서, 상기 센서 신호(7')의 시퀀스는 미리 정해진 센서 신호(7')를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은, 상기 선박에 대해, 상기 위치(7a)로부터 주어진 반경 이내에 주어진 원하는 위치(7a)를 유지하고 있는지 상기 선박(4)의 동적 위치 결정을 위해 제어 시스템(2)을 테스트하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은 서로 다른 목적지 간을 또는 중간 지점(waypoint)에서 중간 지점으로 운행하는 통상의 바다 항해를 위해 구성된 선박(4), 예를 들어 여객선, 페리, 화물 운송선, 유조선, 기타 등등에 대한 제어 시스템(2)을 테스트하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 인공 측정치(7a', 7b', 7c',7d',...)의 테스트 신호 시퀀스(T0)를 원격 테스트실(40)로부터 통신 회선(6)을 통해 상기 제어 시스템(2)으로 전송하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 제어 신호 시퀀스(S0, S1, S2)를 상기 제어 시스템(2)으로부터 통신 회선(6)을 통해 테스트실(40)로 전송하는 단계를 포함하는 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40) 내의 원격 구성된 시뮬레이터 컴퓨터(30R)을 사용하여 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 선박 상의 상기 로컬 시뮬레이터 컴퓨터(30L)로 전송하고 상기 제어 신호(13')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 로컬 시뮬레이터 컴퓨터(30L)로부터 수신하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 테스트 시퀀스(T0)는 상기 제어 시스템(2)에 제공되는 인공 측정 신호(7a', 7b', 7c', 7d',...)를 포함하고,

상기 인공 측정 신호는 실제 측정 신호와 동일한 특성을 갖는, 예를 들어 유사한 신호 전압 범위, 신호 전류 범위, 유사한 논리 또는 부울 범위, 유사한 디지털 범위 및 포맷을 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 인공 측정 신호(7a', 7b', 7c', 7d',...) 중 하나 이상이 상기 실제 측정 신호(7a, 7b, 7c, 7d,...) 상에 중첩된 인공 측정치인 방법.
제1항에 있어서, 상기 인공 측정 신호(7a', 7b', 7c', 7d',...) 중 하나 이상이 상기 실제 측정 신호(7a, 7b, 7c, 7d,...) 상에 중첩된 노이즈인 방법.
제1항에 있어서, 상기 제어 시스템(2)에 제공되는 상기 인공 측정 신호(7a', 7b', 7c', 7d',...)는 시간에 따른 미리 정해진 진폭 변동을 가지며,

상기 진폭 변동은 원하는 범위를 갖는 방법.
제1항에 있어서,

센서 신호(7)의 수신을 단절시키는 것 이외에, 상기 명령 입력 장치(10)로부터 상기 제어 시스템(2)으로의 하나 이상의 명령 신호(9a, 9b, 9c,...)의 수신을 단절시키고 상기 하나 이상의 명령 신호(9a, 9b, 9c,...)를, 상기 제어 시스템(2)에 제공되는 상기 테스트 시퀀스(T0)에 포함될 테스트 명령 장치(43)에 의해 발생된 하나 이상의 인공 명령 신호(9a', 9b', 9c',...)로 대체시키는 단계,

상기 테스트 시퀀스(T0)에 대한 응답(S0)으로서 상기 제어 시스템(2)의 제어 신호(13)로서 제어 신호 로거(42)에 기록될 제어 신호(13')를 발생하기 위해 상기 제어 시스템(2)이 상기 실제 및/또는 인공(또는 생략된) 센서 신호(7, 7') 및/또는 상기 인공 명령 신호(9a', 9b', 9c',...)에 기초하여 동작하게 하는 단계

를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 응답(S1)이 상기 서명 응답(S0)과 대체로 유사한지를 판정하는 상기 단계는,

차이(D0-1)를 상기 제1 응답 또는 서명 응답(S0)과 상기 제2 응답(S1) 간의 시간의 함수로서 형성하는 단계,

상기 차이로부터 1 이상의 차원의(one-or-more dimensions) RMS 차이를 시간의 함수로서 형성하는 단계,

상기 제어 시스템(2)이 변동되지 않은 채로 있음을 검증하기 위해, 상기 응답들이 충분히 유사하도록, 상기 차이(D0-1)가 충분히 작은지, 즉 어떤 정해진 크기보다 작은지를 결정하는 단계 또는, 그와 반대로 상기 차이(D0-1)가 상기 정해진 크기보다 큰 경우, 상기 제2 테스트 시에 또는 그 이전에 상기 제어 시스템(2)이 변동된 것으로 결정하는 단계

를 수행함으로써 행해지는 것인 방법.
제16항에 있어서, 시간순간(time instants)
에서의 상기 시퀀스 S0의 다차원 값을

으로 표기하고,

여기서, 제1 첨자 n은 시각
을 가리키고, 제2 첨자
은
같은 제어 채널 신호에 대응하며, 동일한 방식으로 시간순간
에서의 상기 S1의 다차원 값은
인 방법.
제17항에 있어서, 상기 시퀀스 S0 및 S1을 저역 통과 필터링함으로써 상기 S0 및 S1의 고주파 성분을 제거하고,

상기 S0의 필터링된 버전을

으로 표기하고,

상기 S1의 필터링된 버전을

으로 표기하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 필터링되지 않은 S0와 S1 사이의 차이에 대한 RMS 값으로 S0와 S1 간의 차이를 계산하고,

즉, RMS(S0, S1) =

의 제곱근이며,

시계열(time series) 간의 차이를 (D0-1) = RMS(S0, S1)으로 표기하는 방법.
제17항에 있어서, 상기 필터링된 시계열 SF0와 SF1 간의 차이에 대한 RMS 값으로 S0와 S1 간의 차이를 계산하고,

즉, RMS(SF0, SF1) =

의 제곱근이며,

상기 시계열 간의 차이를 (D0-1) = RMA(S0, S1)으로 표기하는 방법.
선박(4) 내의 제어 시스템(2)에 대한 테스트 방법으로서,

상기 제어 시스템(2)은 하나 이상의 액츄에이터(3)에의 제어 신호(13)로 상기 선박(4)의 제어 및 모니터링을 포함하며,

상기 방법은, 다음의 순차적인 단계:

상기 제어 시스템(2)으로의 제1 센서 신호 라인(12)을 통해 하나 이상의 센서(8)로부터 상기 제어 시스템(2)으로의 센서 신호(7)를 실시간으로 획득하는 단계,

상기 제어 시스템(2)으로의 제2 신호 라인 또는 명령 신호 라인(11)을 통해 명령 입력 장치(10)로부터 상기 제어 시스템(2)으로의 명령 신호(9)를 획득하는 단계,

상기 제어 시스템(2) 내의 제어 알고리즘(31)에서 상기 센서 신호(7) 및 상 기 명령 신호(9) 중 하나 이상에 기초하여 계산을 하고 상기 제어 신호(13)를 제3 신호 라인(14)을 통해 상기 액츄에이터(3)로 전송하는 단계,

상기 선택된 센서 신호(7) 또는 명령 신호(9)가 상기 제어 시스템(2)으로 들어가지 않도록 상기 센서(8) 중 하나 이상으로부터의 상기 센서 신호(7) 중 하나 이상 또는 상기 제어 입력 장치(10)로부터의 상기 명령 신호(9)를 단절시키고, 상기 단절된 센서 신호(7) 또는 상기 명령 신호(9) 중 하나 이상을, 상기 선박(4)에 대해 원격 테스트실(40)에서 발생되어 상기 신호 라인(12, 14) 중 하나 이상을 통해 통신 회선(6)을 거쳐 상기 제어 시스템(2)으로 전송되는 대응하는 시뮬레이션된 센서 신호(7') 또는 시뮬레이션된 명령 신호(9')로 대체시키는 단계,

상기 제어 시스템(2)에서 상기 실제 및/또는 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7a 또는 7a', 7b 또는 7b', 7c 또는 7c',...) 또는 상기 실제 및/또는 상기 명령 신호(9a 또는 9a', 9b 또는 9b', 9c 또는 9c',...)에 기초하여 제어 신호(13')를 계속하여 계산하고, 상기 제어 신호(13')에 기초하여 선박 모델(4')의 새로운 동적 상태(50')의 알고리즘(32)에 의해 제1 로컬 시뮬레이터(30L)에서 시뮬레이션하는 단계, 및

상기 제어 신호(13')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 원격 테스트실(40)로 전송하는 단계

를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40) 내의 원격 구성된 시뮬레이터 컴 퓨터(30R)를 사용하여 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 상기 통신 회선(6)을 거쳐 상기 선박 상의 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로 전송하고 상기 통신 회선(6)을 거쳐 상기 로컬 시뮬레이터 컴퓨터(30L)로부터 상기 제어 신호(13')를 수신하는 단계를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 센서 신호(7)는 상기 센서(8)로부터 이하의 센서 파라미터, 즉

- GPS 수신기(8a), 수중 음파 위치 센서(hydroacoustic position sensor)(8h), 가속도 적분 센서(integrating acceleration sensor), 기타 등등의 위치 센서(8a)로부터의 상기 선박의 위치(7a),

- 항로 센서(8b), 예를 들어 자이로컴퍼스(gyrocompass) 또는 임의의 다른 컴퍼스(compass)로부터의 항로(7b),

- 속도 센서(8c) 또는 가속도 적분 센서로부터의 속도(7c),

- 풍속계(anemometer, 8d, 8e)로부터의 풍속(7d) 및 풍향(7e),

- 롤 각 센서(roll angle sensor)(8f)로부터의 롤 각(roll angle)(7f), 및

- 피치 각 센서(pitch angle sensor)(8g)로부터의 피치 각(pitch angle)(7g)

중 하나 이상을 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 제어 신호(13)는 원하는 위치(9a), 항로(9b), 속도(9c) 중 하나 이상을 달성하기 위해 하나 이상의 프로펠러(propeller)(16) 또는 추력기(thruster)(17)에 대한 샤프트 속도(13a, 13b) 및 방향타(rudder)(18) 또는 추력기(17) 및 가능한 다른 제어 장치에 대한 각도(13c) 형태의 신호(13a, 13b, 13c)를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 프로펠러(16)는 하나 이상의 프로펠러(16a, 16b, 16c,...)를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 제어 장치(18)는 하나 이상의 방향타(18a, 18b)를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 제어 장치(18)는 하나 이상의 추력기(17)를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 명령 입력 장치(10)는 원하는 위치(9a), 원하는 항로(9b), 및 원하는 속도(9c) 또는 어떤 다른 원하는 변수(9x), 예를 들어 원하는 롤 각, 원하는 피치 각, 원하는 히브 보상, 기타 등등 중 하나 이상에 대한 명령 신호를 제공하는 적어도 하나의 위치 지정 장치(10a), 휠(wheel)(10b), 속도 지정 장치(10c), 또는 원하는 롤 각, 피치 각, 히브 보상(heave compensation), 등의 지정을 위한 장치(10x)를 포함하는 방법.
제21항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40)은 테스트 중에 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')에 기초한 상기 제어 시스템(2)으로부터의 상기 제어 신호(13, 13') 및 아마도 나머지 실제 센서 신호(7) 및 나머지 실제 명령 신호(9)가 상기 제어 신호(13, 13')가 상기 선박(4)의 원하는 상태로 가게 하도록 되어 있는지를 검증하는 데 사용되며, 상기 제어 시스템(2)은 이것에 기초하여 검증되는 방법.
제21항에 있어서, 상기 제어 시스템(2)의 상기 제어 알고리즘(31)에서의 상기 계산은, 질량(m), 상기 선박의 관성 축 모멘트(axial moments of inertia), 상기 선박의 질량 분포, 및 선체(hull)의 외형(geometry)을 결정하는 선체 파라미터를 포함하는 상기 선박의 동적 파라미터(5)를 사용하는 것인 방법.
제21항에 있어서, 상기 센서(8)로부터 상기 제어 시스템(2)으로의 상기 센서 신호(7)의 상기 단절은 상기 신호 라인(12) 상의 스위치(15a)에 의해 행해지는 방법.
제21항에 있어서, 상기 명령 입력 장치(10)로부터 상기 제어 시스템(2)으로의 상기 명령 신호(8)의 상기 단절은 상기 신호 라인(11) 상의 스위치(15b)에 의해 행해지는 방법.
제21항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40)은 지상에 위치하고 있으며, 테스트되는 상기 선박(4a, 4b, 4c,...)은 상기 테스트실(40)로부터 장거리, 일반적으로 1 내지 20000 km 떨어져 있으며, 테스트되는 상기 선박은 항구에, 도크(dock) 또는 조선창(yard)에, 정박되어, 또는 공해에(at the open sea)에 있는 방법.
제21항에 있어서, 구성요소의 고장을 시뮬레이션하기 위해 상기 센서 신호(7) 또는 상기 명령 신호(9) 시에 선택된 신호 중 하나 이상을 단절시킴으로써 고장 상황이 테스트되고, 상기 제어 신호(13, 13') 및 상태 신호(19, 19')의 형태의 상기 제어 시스템의 응답은 상기 원격 테스트실(40) 내의 로거(logger)(15)에 로그되는 방법.
제21항에 있어서, 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7')의 선택에서 외란을 변동 또는 발생시킴으로써 또는 상기 원격 테스트실(40)로부터 상기 선박(4) 내의 상기 제어 시스템(2)으로 전송되는 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7')에 대한 전기 노이즈, 날씨, 바람 등의 외부 외란을 발생시킴으로써 고장 상황이 테스트되고, 상기 제어 신호(13, 13') 및 상기 상태 신호(19, 19')의 형태의 상기 제어 시스템(2)의 응답은 상기 원격 테스트실(40) 내의 상기 로거(15)에 로그되는 방법.
제21항에 있어서, 상기 선박(4) 상의 상기 제어 시스템(2)에 대한 새로운 소프트웨어는 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 원격 테스트실(40)로부터 전송되는 방 법.
제21항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40)은, 상기 제어 시스템(2)의 테스트 및 상기 테스트 결과에 기초하여, 상기 제어 시스템(2)을 승인하고 상기 선박(4)에서 정규 사용을 위해 상기 제어 시스템(2)을 검증하는 데 사용되는 방법.
선박(4) 내의 제어 시스템(2)에 대한 테스트 시스템으로서, 상기 제어 시스템(2)은 상기 선박(4)을 제어 및 모니터링하도록 구성되어 있으며,

상기 테스트 시스템은,

하나 이상의 센서 신호(7)를 신호 라인(12)을 통해 상기 제어 시스템(2)으로 전송하는 상기 선박(4) 상의 하나 이상의 센서(8),

원하는 위치, 항로, 속도(9), 등 중 하나 이상을 명령 신호 라인(11)을 통해 상기 제어 시스템(2)으로 전송하도록 구성되어 있는 상기 선박(4) 상의 명령 입력 장치(10),

선박 액츄에이터(3)로의 제어 신호(13)를 신호 라인(14)을 통해 상기 액츄에이터(3)로 전송하기 위해, 상기 센서 신호(7), 상기 명령 신호(9)에 기초하여 상기 제어 신호(13)를 계산하는 상기 제어 시스템(2) 내의 알고리즘(31),

하나 이상의 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및/또는 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 원격 테스트실(40)로부터 상기 제어 시스템(2)으로 전송하는 하나 이상의 통신 회선(6),

이전의 상태(7, 7'), 상기 제어 신호(13, 13'), 및 상기 선박(4)에 대한 동적 파라미터(5)에 기초하여 선박 모델(4')의 새로운 센서 신호(7')를 시뮬레이션하는 알고리즘(32)을 포함하는 시뮬레이터(30)를 포함하며,

상기 통신 회선(6)은 상기 원하는 위치, 항로, 속도(9), 등 중 적어도 하나를 달성하도록 상기 센서 신호의 실제 및/또는 시뮬레이션된 값(7, 7') 또는 상기 명령 신호의 실제 또는 시뮬레이션된 값(9, 9')에 기초하여 상기 제어 신호(13)를 상기 제어 시스템(2)에서 계속하여 계산하기 위해 상기 선박 모델(4')의 상기 새로운 시뮬레이션된 센서 신호(7')를 다시 상기 제어 시스템(2)으로 전송하도록 구성되어 있고,

상기 통신 회선(6)은 제어 신호(13')로서 상기 제어 신호(13)의 형태로 상기 제어 시스템(2)으로부터의 응답을 상기 원격 테스트실(40)로 전송하도록 구성되어 있는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 제1 스위치(15a)는 상기 신호 라인(12)으로부터 상기 제어 시스템(2)으로의 상기 센서 신호(7) 중 하나 이상을 단절시키도록 구성되어 있는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 제2 스위치(15b)는 상기 명령 신호 라인(11)으로부터 상기 제어 시스템(2)으로의 상기 명령 신호(10) 중 하나 이상을 단절시키도록 구성되어 있는 것인 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 제3 스위치(15c)는 상기 제어 시스템(2)으로부터 상기 신호 라인(14)으로부터의 상기 제어 신호(13) 중 하나 이상을 단절시키도록 구성되어 있는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 선박(4)의 상기 동적 파라미터(5)는 상기 액츄에이터(3)로의 상기 제어 신호(13)를 계산하기 위해 상기 제어 시스템(2)의 상기 알고리즘(31)으로 입력되는 것인 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40)은 시뮬레이터(30)를 구비하는 것인 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7') 중 하나 이상을 상기 원격 테스트실(40)로부터 전송하기 위한 상기 통신 회선(6)은, 상기 원격 테스트실(40)에서, 제1 실시간 인터페이스(6a)로 연결되고 그로부터 단절되도록 구성되는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 통신 회선(6)은 상기 선박(4) 상의 제2 실시간 인터페이스(6b)에 연결되고 그로부터 단절되며, 상기 제2 실시간 인터페이스(6b)는 상기 스위치(15a)를 통해 상기 제어 시스템(2)으로의 상기 신호 라인(11)에 연결되도 록 구성되는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 상기 원격 테스트실(40)로부터 상기 실시간 인터페이스(6a)를 통해 상기 통신 회선(6)을 거쳐 상기 실시간 인터페이스(6b)를 통해 상기 제어 시스템(2)으로 전송하는 시뮬레이션된 명령 입력 장치(10')가 존재하는 테스트 시스템.
제44항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40) 내의 원격 구성된 시뮬레이터 컴퓨터(30R)를 사용하여 상기 시뮬레이션된 센서 신호(7') 및 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 선박 상의 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로 전송하고 상기 제어 신호(13')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 로컬 시뮬레이터 컴퓨터(30L)로부터 수신하는 테스트 시스템.
제44항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40) 내의 원격 구성된 테스트 관리자(33)를 사용을 포함하여 상기 시뮬레이션된 상태(50')의 초기값, 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')의 시간 시퀀스, 및 해양 상태, 조류, 풍속 및 풍향에 대한 시뮬레이션된 값을 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 선박 상의 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로 전송하고 상기 제어 신호(13')를 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 로컬 시뮬레이터 컴퓨터(30L)로부터 수신하며, 상기 로컬 시뮬레이터(30L)는 상기 제어 시스템이 상기 시뮬레이션된 센서 신호(9') 및 상기 시뮬레이션된 명령 신호(9')를 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로부터 획득하고 상기 제어 신호(13')를 상기 로컬 시뮬레이터(30L)로 출력하도록 상기 제어 시스템(2)에 연결되는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 제어 시스템(2) 내의 상기 알고리즘(31)의 전부 또는 그 일부는, 상기 통신 회선(6)을 통해 상기 원격 테스트실(40)로부터 수정, 캘리브레이션 또는 대체되도록 구성되는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 제어 신호(13)는 하나 이상의 프로펠러(16) 또는 추력기(17)에 대한 샤프트 속도(13a, 13b), 및 방향타(18) 또는 추력기(17) 또는 가능한 다른 제어 장치에 대한 각도(13c)의 형태의 신호(13a, 13b, 13c)를 포함하는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 센서(8)는,

- GPS 수신기(8a), 수중 음파 위치 센서(hydroacoustic position sensor)(8h), 가속도 적분 센서(integrating acceleration sensor), 등과 같은, 상기 선박(4)의 위치(7a)를 결정하는 위치 센서(8a),

- 상기 선박(4)의 항로(7b)를 결정하는 항로 센서(8b), 예를 들어 자이로컴퍼스(gyrocompass) 또는 어떤 다른 나침반(compass),

- 상기 선박(4)의 속도(7c)를 결정하는 속도 센서(8c) 또는 가속도 적분 센서,

- (상대) 풍속(7d) 및 풍향(7e)을 제공하는 풍속계(8d, 8e),

- 롤 각(roll angle)(7f)을 제공하는 롤 각 센서(roll angle sensor)(8f),

- 피치 각(pitch angle)(7g)을 제공하는 피치 각 센서(pitch angle sensor)(8g)

중 하나 이상을 포함하는 테스트 시스템.
제38항에 있어서, 상기 원격 테스트실(40)은 상기 제어 시스템(2)으로부터 상기 센서 신호(7, 7')로의 상기 제어 신호 및 상태 신호(13', 19')의 형태의 응답을 로그하는 데이터 로거(15)를 포함하는 테스트 시스템.