WO1997035761A1 - Systeme de retenue automatique par point fixe d'un navire - Google Patents

Systeme de retenue automatique par point fixe d'un navire Download PDF

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WO1997035761A1
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thrust
hull
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calculating
thruster
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Inventor
Noboru Koga
Yoshihiro Asakura
Shigeki Ohnaka
Original Assignee
Honshu-Shikoku Bridge Authority
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/42—Steering or dynamic anchoring by propulsive elements; Steering or dynamic anchoring by propellers used therefor only; Steering or dynamic anchoring by rudders carrying propellers

Definitions

  • the present invention is intended to determine the position and orientation (orientation) of a hull in the case where a bridge girder is lifted or hung by a crane at an offshore construction site when constructing a marine crossing bridge, or when working with an excavation ship or a dredger.
  • the present invention relates to an automatic fixed point holding system for a marine vessel suitable for holding. Background art
  • a plurality of omnidirectional thrusters 2 are installed at both ends of a hull 1 as a barge to maintain a fixed point on a workboat.
  • the turning angle was controlled manually at the discretion of the operator.
  • a water flow containing bubbles generated by one propulsion device may be sucked into the other propulsion device, which may cause a decrease in thrust.
  • the present invention is intended to solve such a problem, and sets a reference state in which a plurality of orbiting propulsion devices provided at both ends of the hull generate a thrust toward the center of the hull, thereby reducing disturbance. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an automatic fixed point holding system for a marine vessel which can perform fixed point holding by automatically controlling the thrust of the propulsion device and the turning angle from a reference state in response. Disclosure of the invention
  • the automatic fixed point holding system for a ship according to the present invention comprises a plurality of orbiting propulsors capable of changing the direction of the thrust according to a turning angle from a reference state that generates a thrust toward the center of the hull.
  • Propulsion device to adjust the angle Turning means, and third calculating means for obtaining the thrust of each propeller for the required horizontal movement of the hull when the turning moment can be obtained by the second calculating means,
  • the fourth arithmetic means for adding the thrust force for each propulsion unit determined by the second arithmetic means and the third arithmetic means, respectively, and the fourth arithmetic means.
  • Command means for instructing the thrust adjusting means of each thruster to realize the thrust of each thruster.
  • the operation of calculating the direction and magnitude of the necessary thrust on the hull and the turning moment of the hull is performed.
  • the second calculating means performs an operation of calculating the magnitude of each thrust at the current turning angle of the plurality of turning type propulsion devices. If the turning moment is not obtained even if the thrust is changed at the current turning angle of each thruster, the turning angle of each thruster is finely adjusted by the thruster turning means. .
  • the thrust of each propulsion device for the required horizontal movement of the hull is obtained by the third arithmetic means on the platform where the turning moment can be obtained by the second arithmetic means.
  • An operation is performed.
  • the fourth calculating means the thrusts of all the propulsors obtained by the second calculating means and the third calculating means are added, and each thrust obtained in this manner is obtained.
  • the commanding means gives a command to the thrust adjusting means of each propulsion device.
  • FIG. 1 is a plan view of a barge provided with an automatic fixed point holding system for a boat as one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view showing the working state of the barge of FIG. 1
  • FIG. Fig. 4 is a flowchart showing the operation of the above-mentioned system in the barge of Fig. 1, and Fig. 4 is a plan view showing the operation state of the conventional barge.
  • FIGS. 1 and 2 four hulls 1 are provided at each end of a hull 1 as a barge. As shown in Fig. 2, these thrusters 2 generate the same thrust in the standard state where thrust is generated toward the center 1a of the hull 1 as shown in Fig. 2.
  • reference numeral a in in which e Note 2 summer as position and orientation as long as the hull 1 disturbance tide and wind absence is retained indicate the direction of thrust of each propulsion device 2, reference numeral b is the propulsion The direction of the water flow generated from the vessel 2 is shown.
  • the hull 1 is provided with a force and an anemometer 5 provided with a hull position measuring device 3 and a gyro compass 4 as a directional sensor of the hull.
  • Each thruster 2 is provided with thrust adjusting means capable of adjusting the magnitude of thrust and thruster turning means capable of adjusting the direction of thrust.
  • first to fourth calculation means are provided, and these calculation means are included in the control calculation device 6 shown in FIG.
  • the calculating means has a function of calculating the direction and magnitude of thrust and the turning moment required for maintaining the fixed point of the hull 1 based on the detection from the hull position measuring device 3 and the gyro compass 4. ing.
  • the second calculating means has a function of calculating each thrust at the current turning angle of each propulsion device 2 to obtain the turning moment obtained by the first calculating means.
  • the current turning angle of each propulsion device is changed to the above-mentioned thruster turning device attached to the propulsion device 2. Is adjusted slightly.
  • the third arithmetic means is configured to apply the thrust of each propulsion device 2 for performing the required horizontal movement of the hull 1 to the platform where the turning moment can be obtained by the second arithmetic means. It has a function to perform calculations.
  • the fourth computing means has a function of adding the thrust of each propulsion unit 2 obtained by the second computing means and the third computing means, respectively.
  • a command is sent from the command means included in the control arithmetic unit 6 of FIG. 1 to the thrust adjusting means attached to the propulsion device 2 so as to realize the obtained thrust of each propulsion device 2. ing.
  • the thrust of each propulsion unit 2 is adjusted while the turning angle of each propulsion unit 2 is adjusted to be as small as possible.
  • the operation for maintaining the position and orientation of the hull 1 is performed as follows.
  • the first calculation means uses the position measurement of the hull 1 to return the hull 1 to its original state. Based on the detection signals from the gyrocompass 4 for detecting the orientation of the device 3 and the hull 1, an operation of calculating the direction and magnitude of the required thrust on the hull 1 and the turning moment of the hull is performed. Then, the above turning moment is obtained.
  • the second calculating means has an effect of calculating the magnitude of each thrust at the current turning angle of the plurality of turning type propulsion devices 2.
  • the effect of slightly adjusting the turning angle of each propulsion device 2 by the propulsion device turning means is provided. Done.
  • the second computing means can provide the turning moment described above, and the third computing means can provide the horizontal movement necessary to return the hull 1 to its original position. The calculation for obtaining the thrust of each propulsion device 2 is performed.
  • the thrusts of the respective propulsors 2 obtained by the second computing means and the third computing means are added, and the thrust is obtained in this manner.
  • An operation of instructing the thrust adjusting means of each propulsion device 2 from the command means so as to realize the thrust of each propulsion device 2 is performed.
  • each propulsion device 2 is set such that its thrust direction is directed to the center 1a of the hull as a reference state.
  • the turning angle is suppressed to be as small as possible.
  • each thruster 2 is greatly influenced by the speed of the water flowing into the thruster, and the thrust tends to decrease as the inflow speed increases.
  • the use of this system prevents the water flow containing air bubbles generated by each propulsion unit 2 from flowing into other propulsion units 2, so that each propulsion unit 2 receives a command from the thrust adjustment means. Accordingly, the required thrust can be secured, whereby the position and orientation of the hull 1 can be accurately maintained.
  • the hull 1 is maintained at a fixed point by adjusting the thrust of each propulsion unit 2 while minimizing the adjustment of the turning angle of each propulsion unit 2, so that the response to the disturbance is promptly performed.
  • control of each propulsion unit 2 is automatically performed so as to be able to cope with disturbances.
  • the propulsion unit is automatically controlled so that the position and orientation of the hull can be ensured, eliminating the need for cumbersome manual operations by conventional skilled operators.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

明 細 書 船舶 ffl自動定点保持ン 技術分野
本発明は、 海上横断橋の建設時に橋桁を海上建設現場でクレーンにて吊り上 げたり吊り下ろしたりするような場合や、 掘削船， 浚渫船等の作業時に、 船体 の位置および方位 （向き） を保持するのに適した船舶用自動定点保持ン ステム に関する。 背景技術
従来、 作業船の定点保持を行なうため、 図 4に示すように、 台船としての船 体 1の両端部に複数の全方向旋回式推進器 2を装備して、 各推進器ごとに推力 や旋回角度を制御することが、 操船者の判断で手動操作により行なわれていた。 ところで、 潮流や風の外乱の変化に対応して、 前述の複数の推進器の推力方 向と推力の大きさとを決定する場合に、 それらの組み合わせは無数にあり、 操 船者の熟練や煩雑な操作が必要とされる。
また、 上述のような手動操作では、 一方の推進器の発生する気泡を含んだ水 流が他方の推進器へ吸い込まれることがあり、 これにより推力の低下を招く恐 れもある。
本発明は、 このような問題点の解消をはかろうとするもので、 船体の両端部 に装備された複数の旋回式推進器が船体中心へ向け推力を発生する基準状態を 設定し、 外乱に応じて上記推進器の推力や基準状態からの旋回角度を自動制御 することにより定点保持を行なえるようにした船舶用自動定点保持システムを 提供することを目的とする。 発明の開示 本発明の船舶用自動定点保待システムは、 船体の中心へ向け推力を発生する 基準状態からの旋回角度により上記推力の方向を変えることの可能な複数の旋 回式推進器を船 ί本の両端部にそなえ、 外乱に応じ上記複数の旋回式推進器の各 推力の方向および大きさを調整して船体の位置および方位を保持すベく、 船体 の位置測定装置および船体の方位センサからの検出 ί言号に基づき船体に対する 必要な推力の方向および大きさと船体の回頭モーメン卜とを演算する第 1の演 算手段と、 上記回頭モーメン卜を得るための上記複数の旋回式推進器の現在旋 回角度での各推力を演算する第 2の演算手段と、 各推進器の現在旋回角度では 上記第 2の演算手段で上記回頭モーメン卜が得られない場合に、 各推進器の現 在旋回角度を調整する推進器旋回手段と、 上記第 2の演算手段で上記回頭モー メン卜が得られるようになった場合に上記船体の所要の水平移動のための各推 進器の推力を求める第 3の演算手段と、 上記の第 2の演算手段および第 3の演 算手段でそれぞれ求められた各推進器につ t、ての推力の加算を行なう第 4の演 算手段と、 同第 4の演算手段で得られた各推進器の推力を実現するように各推 進器の推力調整手段に指令する指令手段とが設けられたことを特徴としている。 上述の船舶用自動定点保持システムでは、 船体が潮流や風の外乱を受けて、 船体の位置および方位に変化が生じると、 船体を元の状態に戻すために、 第 1 の演算手段では、 船体の位置測定装置および船体の方位センサからの検出信号 に基づき、 船体に対する必要な推力の方向および大きさと船体の回頭モーメン 卜とを演算する作用が行なわれる。 ついで、 上記回頭モーメン トを得るため、 第 2の演算手段では、 上記複数の旋回式推進器の現在旋回角度での各推力の大 きさを演算する作用が行なわれる。 そして、 各推進器の現在旋回角度では各推 力を変化させても上記回頭モーメン卜を得られない場台には、 推進器旋回手段 により各推進器の旋回角度を微小調整する作用が行なわれる。
このようにして、 第 2の演算手段で上記の回頭モーメン卜が得られるように なつた場台に、 第 3の演算手段では、 船体の所要の水平移動のための各推進器 の推力を求める演算が行なわれる。 ついで、 第 4の演算手段では、 上記の第 2の演算手段および第 3の演算手段 で得られた各推進器につ L、ての推力の加算が行なわれ、 このようにして得られ た各推進器の推力を実現するように、 指令手段から各推進器の推力調整手段に 指令する作用が rなわれる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の一実施形態としての船舶用自動定点保持システムをそなえた 台船の平面図であり、 図 2は図 1の台船の作用伏態を示す平面図であり、 図 3 は図 1の台船における上記システムの作用を示すフローチヤ一トであり、 図 4 は従来の台船の作用状態を示す平面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下図面により、 本発明の一実施形態としての船舶用自動定点保持システム について説明すると、 図 1および図 2に示すように、 台船としての船体 1の両 端部に 2個ずつ台計 4個の全方向旋回式推進器 2が装備されており、 これらの 推進器 2は、 図 2に示すように、 船体 1の中心 1 aへ向け推力を発生する基準 状態で同じ推力を発生することにより、 潮流や風の外乱が無い限り船体 1の位 置および方位が保持されるようになつている e なお図 2において符号 aは各推 進器 2の推力の方向を示し、 符号 bは各推進器 2から発生する水流の方向を示 している。
また、 船体 1には、 図 1に示すように、 船体の位置測定装置 3および船体の 方位センサとしてのジャィ口コンパス 4とが設けられるほ力、、 風向風速計 5も 設けられている。
なお、 各推進器 2には、 推力の大きさを調整しうる推力調整手段と、 推力の 方向を調整しうる推進器旋回手段とが付設されている。
さらに本システムでは、 外乱に応じ 4個の旋回式推進器 2の各推力の方向お よび大きさを調整して船体 1の位置および方位を保持できるように、 図 3に示 すごとく、 第 1〜4の演算手段が設けられており、 これらの演算手段は図 1に 示す制御演算装置 6に含まれている。
第 ].の演算手段は、 船体の位置測定装置 3およびジャイロコンパス 4からの 検出 ί言号に基づき船体 1の定点保持に必要な推力の方向および大きさならびに 回頭モーメントを演算する機能を冇している。
また第 2の演算手段は、 第 1の演算手段で求められた回頭モーメントを得る ための各推進器 2の現在旋回角度での各推力を演算する機能をそなえている。 そして、 各推進器 2の現在旋回角度では第 2の演算手段で上記回頭モーメン 卜が得られない場合に、 各推進器の現在旋回角度が、 同推進器 2に付設の前述 の推進器旋回手段によって少しだけ調整されるようになっている。
さらに、 第 3の演算手段は、 第 2の演算手段で上記回頭モーメ ン トが得られ るようになった場台に、 船体 1の所要の水平移動を行なうための各推進器 2の 推力を演算する機能をそなえている。
そして、 第 4の演算手段は、 第 2の演算手段および第 3の演算手段でそれぞ れ求められた各推進器 2の推力の加算^行なう機能をそなえており、 第 4の演 算手段で求められた各推進器 2の推力を実現するように、 同推進器 2に付設さ れた推力調整手段へ、 図 1の制御演算装置 6に含まれた指令手段から指令が送 られるようになっている。
本実施形態の船舶 ffl自動定点保持システムは上述のように構成されているの で、 各推進器 2の旋回角度の調整を極力小幅にとどめるようにしながら各推進 器 2の推力の大きさを調整することにより、 船体 1の位置および方位を保持す るための作用が、 次のように行なわれる。
すなわち、 船体 1が潮流や風の外乱を受けて、 船体 1の位置および方位に変 化が生じると、 船体 1を元の状態に戻すために、 第 1の演算手段では、 船体 1 の位置測定装置 3および船体 1の方位を検出するジャイロコンパス 4からの検 出信号に基づき、 船体 1に対する必要な推力の方向および大きさと船体の回頭 モーメン卜とを演算する作用が行なわれる。 ついで、 上記回頭モーメントを得
一 るため、 第 2の演算手段では、 複数の旋回式推進器 2の現在旋回角度での各推 力の大きさを演算する作用が ί亍なわれる。 そして、 各推進器 2の現在旋回角度 では各推力を変化させても上記回頭モーメン卜を得られない場台には、 推進器 旋回手段により各推進器 2の旋回角度を少しだけ調整する作用が行なわれる。 このようにして、 第 2の演算手段で上記の回頭モーメン卜が得られるように なった場台に、 第 3の演算手段では、 船体 1を原位置に戻すのに必要な水平移 動のための各推進器 2の推力を求める演算が行なわれる。
ついで、 第 4の演算手段では、 上記の第 2の演算手段および第 3の演算手段 で得られた各推進器 2にっ 、ての推力の加算が行なわれ、 このようにして得ら れた各推進器 2の推力を実現するように、 指令手段から各推進器 2の推力調整 手段に指令する作用が行なわれる。
この船舶用自動定点保持システムでは上述の作用が行なわれ、 各推進器 2は、 その推力方向が船体中心 1 aに向けられるのを基準状態にして、 この基準伏態 からの各推進器 2の旋回角度は極力小さくなるように抑制される。
したがって、 各推進器 2から発生する気泡を含んだ水流は他の推進器 2へ吸 い込まれることはない。 各推進器 2の推力は同推進器へ流入する水流の速さに 大きく左右され、 流入速度が大きいほど推力は小さくなるという傾向があり、 また気泡が推進器 2に流入しても十分な推力が得られなくなる力〈、 本ンステム の採用により各推進器 2の生じる気泡を含んだ水流が他の推進器 2へ流入する のを防止されるため各推進器 2は推力調整手段からの指令に応じて所要の推力 を確保できるようになり、 これにより船体 1の位置および方位が的確に保持さ れるようになる。
このようにして、 各推進器 2の旋回角度の調整を極力小さく しながら各推進 器 2の推力の調整で船体 1の定点保持が行なわれる結果、 外乱に対処する応答 が迅速に行なわれるようになる。
また本システムでは外乱に対応できるように各推進器 2の制御が自動的に行 なわれ、 従来のような熟練した操船者による煩わし L、手動操作が不要になる利 点もある。 産業上の利用可能性
以上詳述したように、 本発明の船舶 ffl自動定点保持システムによれば次のよ うな効果が得られる。
( 1) 船体の位置および方位を確保できるように 推進器の制御が自動的に行な われ、 従来の熟練した操船者による煩わしい手動操作が不要になる。
(2) 各推進器の基準状態からの旋回角度の調整が極力抑制されて、 各推進器の 推力の調整により定点保持のための制御が行なわれるので、 外乱に対処する制 御が迅速に行なわれ、 その応答性が向上する。
(3) 各推進器から生じる気泡を含んだ水流が他の推進器へ流入することはなく、 これにより推力の発生が、 制御に応じ的確に行なわれるようになる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 船休の中心へ向け推力を発生する基準状態からの旋回角度により上記推力 の方向を変えることの可能な複数の旋回式推進器を船体の両端部にそなえ、 外 乱に応じ上記複数の旋回式推進器の各推力の方向および大きさを調整して船体 の位置および方位を保持すべく、 船体の位置測定装置および船体の方位センサ からの検出信号に基づき船体に対する必要な推力の方向および大きさと船体の 回頭モーメン卜とを演算する第 1の演算手段と、 上記回頭モーメン 卜を得るた めの上記複数の旋回式推進器の現在旋回角度での各推力を演算する第 2の演算 手段と、 各推進器の現在旋回角度では上記第 2の演算手段で上記回頭モーメン 卜が得られな L、場合に、 各推進器の現在旋回角度を調整する推進器旋回手段と、 上記第 2の演算手段で上記回頭モーメン卜が得られるようになった場合に上記 船体の所要の水平移動のための各推進器の推力を求める第 3の演算手段と、 上 記の第 2の演算手段および第 3の演算手段でそれぞれ求められた各推進器につ いての推力の加算を行なう第 4の演算手段と、 同第 4の演算手段で得られた各 推進器の推力を実現するように各推進器の推力調整手段に指令する指令手段と が設けられたことを特徴とする、 船舶用自動定点保持システム。
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