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JP6664171B2 - Ship control equipment - Google Patents

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JP6664171B2
JP6664171B2 JP2015175259A JP2015175259A JP6664171B2 JP 6664171 B2 JP6664171 B2 JP 6664171B2 JP 2015175259 A JP2015175259 A JP 2015175259A JP 2015175259 A JP2015175259 A JP 2015175259A JP 6664171 B2 JP6664171 B2 JP 6664171B2
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博敬 山本
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和志 冨田
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/50Slowing-down means not otherwise provided for

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  • 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

本発明は船舶操縦装置に関し、船舶の操船を支援する技術に係るものである。   The present invention relates to a ship maneuvering device, and relates to a technique for supporting ship maneuvering.

従来の操船システムには、たとえば、1基1軸の推進器(プロペラ)の後方に1対2枚の高揚力舵を配したものがあり、ここではベクツイン舵と称する。
ベクツイン舵は、各舵がそれぞれ、アウトボード(外舷側)へ105°、インボード(内舷側)へ25°乃至35°転舵可能に構成されており、1基1軸の推進器(プロペラ)をプロペラ前進回転のままで、1対2枚の高揚力舵をそれぞれ独立して種々の角度に作動させ、プロペラ後流を制御して船尾回りの推力を360°全方向にわたって制御し、船の前後進、停止、前進旋回、後進旋回等の操船を行わせるものである。
In a conventional boat maneuvering system, for example, there is a system in which one to two high-lift rudders are arranged behind a single-shaft propeller (propeller), which is referred to as a vector twin rudder here.
The Vectin rudder is configured so that each rudder can be turned 105 ° to the outboard (outboard side) and 25 ° to 35 ° to the inboard (outboard side), and one propeller (propeller). While the propeller continues to rotate forward, the one-to-two high-lift rudder is operated independently at various angles to control the propeller wake and control thrust around the stern over 360 ° in all directions. This controls the ship to move forward and backward, stop, turn forward, turn backward, and so on.

図11に、ベクツイン舵の基本的な舵角の組合せ、およびジョイスティックの状態と、その呼称及びプロペラ後流線と運動方向の例を示す。図11中で、舵は水平断面で示してあり、その横あるいは下方に各々の舵の舵角を示している。舵角は右に取るのが正(+)、左に取るのが負(−)として表示し、これらの舵角の組み合わせに対する呼称を掲げている。プロペラ後流は、細い矢印線で、又、それによる船の推進方向を太い中抜き矢印線で画いている。   FIG. 11 shows an example of basic combinations of rudder angles of a vector twin rudder, states of a joystick, names thereof, propeller wake lines, and movement directions. In FIG. 11, the rudder is shown in a horizontal section, and the rudder angle of each rudder is shown beside or below it. The steering angle is indicated as positive (+) when taken to the right and negative (-) when taken to the left, and names for combinations of these steering angles are listed. The wake of the propeller is drawn by a thin arrow line, and the direction of propulsion of the ship by the thin arrow line.

ちなみに、「TURN TO PORT」(前進左旋回)は左舷舵−35°、右舷舵−25°であり、「ROTATE TO PORT」(船首左回頭)は左舷舵−70°、右舷舵−25°であり、「STERN TO PORT」(船尾左旋回)は左舷舵−105°、右舷舵+45°から+75°であり、「ASTERN TO PORT」(後進左旋回)は左舷舵−105°、右舷舵+75°から+105°であり、「AHEAD」(前進)は左舷舵0°、右舷舵0°であり、「HOVERING」(その場停止)は左舷舵−75°、右舷舵+75°であり、「ASTERN」(後進)は左舷舵−105°、右舷舵+105°であり、「TURN TO STARD」(前進右旋回)は左舷舵+25°、右舷舵+35°であり、「ROTATE TO STARD」(船首右回頭)は左舷舵+25°、右舷舵+70°であり、「STERN TO STARD」(船尾右旋回)は左舷舵−45°から−75°、右舷舵+105°であり、「ASTERN TO STARD」(後進右旋回)は左舷舵−75°から−105°、右舷舵+105°である。   Incidentally, "TURN TO PORT" (forward left turn) is port rudder -35 °, starboard rudder -25 °, and "ROTATE TO PORT" (bow left turn) is port rudder -70 °, starboard rudder -25 °. Yes, “STERN TO PORT” (stern left turn) is port rudder −105 °, starboard rudder + 45 ° to + 75 °, and “ASTERN TO PORT” (reverse left turn) is port rudder −105 °, starboard rudder + 75 °. From + 105 °, “AHEAD” (forward) is 0 ° port rudder, 0 ° starboard rudder, “HOVERING” (stop on the spot) is -75 ° port rudder, + 75 ° starboard rudder, “ASTERSN” (Reverse) is port rudder -105 °, starboard rudder + 105 °, “TURN TO STARD” (forward right turn) is port rudder + 25 °, starboard rudder + 35 °, and “ROTATE TO STAR” “D” (right turn of the bow) is port rudder + 25 ° and starboard rudder + 70 °, and “STERN TO STARD” (stern right turn) is −75 ° to −75 ° from port rudder and + 105 ° starboard rudder. “ASTERN TO STARD” (reverse right turn) is a port rudder from −75 ° to −105 ° and a starboard rudder + 105 °.

このように、両舷の舵の舵角の組合せを変えることによって、プロペラ後流を目的とする望ましい方向に向けてその方向に推力を変えることができる。ここに挙げた舵角の組み合わせは一例であり、目的とする推進方向及び推力を得るように、舵角の組み合わせを任意に変えることができる。   In this manner, by changing the combination of the rudder angles of the rudder on both sides, it is possible to change the thrust in the desired direction aimed at the wake of the propeller in that direction. The combination of the steering angles described above is an example, and the combination of the steering angles can be arbitrarily changed so as to obtain the desired propulsion direction and thrust.

このようにして船尾に360°にわたるあらゆる方向に向けた任意の大きさの推力を発生させることができ、船の運動を自由に制御することができる。
また、特許文献1に記載するものは、船舶の自動着岸・離岸方法に係るものであり、2枚の高揚力舵の回転位置を適宜組合せることにより船体ないし船尾に任意方向のスラストを与え、船首部に設けた船首スラスターにより船首に左右方向のスラストを与えて船体運動を制御し、船首部と船尾部のそれぞれに設けた横移動速度センサーおよび距離センサー、船体の任意の位置に設けた縦移動速度センサーと方向センサーの各センサーの検出値を入力値として、演算制御装置において船首スラスターおよび舵取機制御装置の制御量を算出して制御するものである。
In this manner, an arbitrary magnitude of thrust can be generated at the stern in all directions over 360 °, and the motion of the ship can be freely controlled.
Further, what is described in Patent Document 1 relates to a method of automatically berthing and leaving a shore of a ship, and a thrust in an arbitrary direction is given to a hull or a stern by appropriately combining rotational positions of two high-lift rudders. The bow thruster provided at the bow gives lateral thrust to the bow to control the hull movement, and the lateral movement speed sensor and distance sensor provided at each of the bow and stern are provided at arbitrary positions on the hull. The arithmetic and control unit calculates and controls the control amounts of the bow thruster and the steering gear control device using the detection values of the longitudinal movement speed sensor and the direction sensor as input values.

特開平6−286694号JP-A-6-286694

ところで、船位および船首尾方位保持操船においては、真横移動、斜め前後移動、その場回頭など特殊な運動を実現し、かつ、位置、速度等の高い操船精度が要求される。
このため、操船者は、通常航海中においても、あるいは船位保持においても、目的とする船の運動を実現するために多岐にわたる多くの情報を収集し、その情報を基にして船を操縦することに大きな負担を強いられている。
Meanwhile, in maneuvering while maintaining the ship's position and heading, it is necessary to realize special movements such as side-to-side movement, diagonal back and forth movement, turning on the spot, and high maneuvering accuracy such as position and speed.
For this reason, the ship operator should collect a great variety of information to achieve the intended ship's motion during normal voyage or while maintaining the ship's position, and operate the ship based on that information. Is under heavy burden.

とくに、港湾内など特定水域での操船において、例えば港湾での入港信号待ちの時や、着桟時、離桟時において、操船者は、操船域の状態、船と他の物標や岸壁との相対位置、船の姿勢、船の運動状態等の情報を目視で収集しながら、これらの情報に基づいて舵、推進器(プロペラ)を複雑に操作し、要求される船体運動を満足するための操作を行っている。   In particular, when maneuvering in a specific water area such as in a harbor, for example, when waiting for a port entry signal at a harbor, when berthing, or when leaving a berth, the navigator can check the state of the marine vessel maneuvering area, the ship and other targets or quays. To collect the information such as the relative position of the ship, the attitude of the ship, the state of motion of the ship, etc., and visually operate the rudder and propeller (propeller) based on this information to satisfy the required ship motion. Operation.

例えば、港湾での入港信号待ちの時に、潮流や風などの外乱で自船が流されると、位置保持と船首尾方向保持のために、ジョイスティック操作により左右の2枚の舵の舵角を調整して船首尾方向の移動及び船尾部の左右方向の移動を行わせ、さらに船首スラスターを操作して船首部を左右に移動させて、それぞれの操作量を加減してそれぞれの推力を調整していた。   For example, when waiting for an incoming signal at a harbor, if the ship is swept away by disturbances such as tidal currents or wind, the joystick operation is used to adjust the rudder angles of the left and right rudder to maintain position and maintain bow and tail direction. To move the bow and stern and the stern in the horizontal direction, and further operate the bow thruster to move the bow to the left and right, and adjust the amount of each operation to adjust each thrust. Was.

しかし、時々刻々の自船の船首尾方向の動き、船尾の横方向の動き、船首の横方向の動きを、目的とする動きに整合させるように調整すること、つまり多くのアクチュエータを制御し、それぞれのアクチュエータの推力を、目的とする船の動きに整合させるように調整することは、操船者に大きな負担をかけることになり、さらには、船の積荷などの状態が変われば船の動特性が変わるので、各アクチュエータの操作量が同じでも船の動きに違いが発生するなど、操船者の負担はさらに増すことになる。   However, the momentary movement of the ship's bow and stern, the lateral movement of the stern, and the adjustment of the lateral movement of the bow to match the desired movement, that is, controlling many actuators, Adjusting the thrust of each actuator to match the intended movement of the ship imposes a heavy burden on the operator, and furthermore, if the condition of the ship's load changes, the ship's dynamic characteristics Therefore, even if the operation amount of each actuator is the same, a difference occurs in the movement of the ship, and the burden on the ship operator is further increased.

本発明は上記した課題を解決するものであり、操船者に課せられている多くの負担を軽減し、安全性の向上をはかって運航の効率化に寄与する船舶操縦装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a marine vessel maneuvering device that reduces a lot of burden imposed on a marine vessel operator, improves safety, and contributes to efficient operation. And

上記した課題を解決するために、本発明の船舶操縦装置は、推力システムと推力システムを制御する操船システムを備え、推力システムは、1基1軸のプロペラからなるプロペラ推進器と、プロペラの後方に配置した2枚の高揚力舵と、高揚力舵を駆動する舵取機と、船首スラスターと、船首スラスターを制御するスラスター制御装置を有し、操船システムは、指令部と船体運動制御部とセンサー部を備え、指令部により指令運動方向と指令回頭角速度と船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を船体運動制御部へ指令して操船する操船支援モードにおいて、センサー部は、船体の船首方位と、船首尾方向速度と、船体横方向速度と、回頭運動時の回頭角速度と、現在船位を検出し、船体運動制御部は、制御力推定部と推力分配部と操作量変換部を備え、制御力推定部は、船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度に対して定常運動となる船体流体力と、船首尾方向指令速度と時々刻々に変化する船首尾方向速度との偏差と、船体横方向指令速度と時々刻々に変化する船体横方向速度との偏差と、指令運動方向の指令時における指令時船首方位と時々刻々に変化する船首方位との偏角とを求めるとともに、船体流体力と前記偏差と前記偏角に基づいて指令運動方向と船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を実現するための船体制御力を求め、かつ指令時の運動方向から指令運動方向にまで回頭する間は、指令回頭角速度を実現できる回頭船体制御力を求め、推力分配部は、船体制御力および回頭船体制御力を、前進一定回転するプロペラ推進器の推力と2枚の高揚力舵の舵角の組み合わせとで発生させる目標推進器推力と、船首スラスターで発生させる目標スラスター推力とに分配し、さらに目標推進器推力における船首尾方向静定速度と船尾横移動静定速度を求めるとともに、目標スラスター推力における船首横移動静定速度を求め、操作量変換部は、船首尾方向静定速度と船尾横移動静定速度を実現するための2枚の高揚力舵のそれぞれの舵角操作量を求めて舵取機に指示するとともに、船首横移動静定速度を実現するための船首スラスターのピッチ角操作量を求めてスラスター制御装置に指示することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a boat maneuvering device according to the present invention includes a thrust system and a boat maneuvering system that controls the thrust system. The thrust system includes a propeller propeller including a single-shaft propeller and a rear of the propeller. A high-lift rudder, a steering device for driving the high-lift rudder, a bow thruster, and a thruster control device for controlling the bow thruster. In the marine vessel maneuvering support mode in which a command unit is instructed by the command unit to command the commanded movement direction, the commanded turning angular speed , the bow direction command speed, and the hull lateral command speed to the hull motion control unit, the sensor unit includes and azimuth, the stern direction speed, the hull lateral velocity, a turning angular velocity during turning round movement, detects the current ship position, ship motion control unit, the control force estimating unit and the thrust distribution unit and handling The control force estimating unit includes a hull fluid force that makes steady motion with respect to the forward and backward command speeds and the lateral hull command speed, and a forward and backward speed that changes momentarily with the forward and backward command speeds. And the deviation between the hull lateral direction command speed and the hull lateral speed that changes every moment, and the deviation angle between the command direction heading and the ever-changing bow direction at the time of commanding the command motion direction. And a hull control force for realizing a commanded motion direction, a stern direction command speed, and a hull lateral command speed based on the hull fluid force, the deviation, and the declination, and obtains a command from the motion direction at the time of the command. While turning to the direction of motion, a turning hull control force capable of realizing the command turning angular velocity is obtained, and the thrust distribution unit divides the hull control force and the turning hull control force into the thrust of the propeller propulsion unit that rotates forward and at a constant speed and the two thrusts. High A target propulsor thrust generating at a combination of the steering angle of Chikarakaji was partitioned between target thruster thrust generating at the bow thruster, the further fore and aft direction settling velocity in the target thruster thrust and stern transverse movement settling velocity with obtaining obtains the bow lateral movement settling velocity at the target thruster thrust operation amount conversion unit, the two high lift rudders to achieve the stern direction settling velocity and stern transverse movement settling speed of each rudder It is characterized in that the angle operation amount is obtained and instructed to the steering machine, and the pitch angle operation amount of the bow thruster for realizing the stabilizing speed of the lateral movement of the bow is instructed to the thruster control device.

本発明の船舶操縦装置において、指令部は、操作レバーおよび回頭スイッチを有し、操作レバーの傾倒方向で船体の指令運動方向を指令し、傾倒方向における傾倒角度で船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を指令し、回頭スイッチの操作により指令回頭角速度を指令することを特徴とする。   In the marine vessel maneuvering device of the present invention, the command unit has an operation lever and a turning switch, and commands a command movement direction of the hull in a tilt direction of the operation lever, and a command speed and a hull lateral direction in a tilt angle in the tilt direction. A direction command speed is commanded, and a command turning angular speed is commanded by operating a turning switch.

本発明の船舶操縦装置において、回頭スイッチは、操作レバーの頂部に設けたことを特徴とする。
本発明の船舶操縦装置において、センサー部は、船首方位および回頭角速度をGPSコンパスを用いて検出し、船首尾方向速度および船体横方向速度をGPSを用いて検出し、船位をGPSおよび電子海図システムを用いて検出することを特徴とする。
In the marine vessel maneuvering device of the present invention, the turning switch is provided on a top of the operation lever.
In the marine vessel maneuvering device of the present invention, the sensor unit detects the heading and the turning angular velocity using a GPS compass, detects the stern direction speed and the hull lateral speed using the GPS, and uses the GPS and the electronic chart system to detect the ship position. It is characterized by detecting using

本発明の船舶操縦装置において、操船システムは、指令部により操船する操船支援モードと自動誘導操船部により操船する自動誘導モードを切り替える切換スイッチを有し、
自動誘導モードにおいて、自動誘導操船部は、自船の現在位置情報、誘導経路情報、停船保持位置情報に基づいて船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を船体運動制御部へ指令して自船を誘導制御することを特徴とする。
In the marine vessel maneuvering device of the present invention, the marine vessel maneuvering system has a changeover switch that switches between a marine vessel maneuvering assist mode in which the marine vessel is maneuvered by the command unit and an automatic guidance mode in which the marine vessel is maneuvered by the automatic guidance navigation unit.
In the automatic guidance mode, the automatic guidance and maneuvering unit commands the hull motion control unit based on the current position information of the own ship, the guidance route information, and the stop holding position information, and instructs the hull motion control unit on the forward and backward direction command speed. It is characterized by guidance control of a ship.

本発明の船舶操縦装置において、操船システムは、指令部により操船する操船支援モードとマニュアル操船するマニュアルモードを切り替える切換スイッチを有し、マニュアルモードにおいて、回頭スイッチで船首スラスターの出力を制御して船首横移動静定速度をマニュアル調整し、操舵レバーで二枚の高揚力舵の舵角の組み合わせを制御して船尾横移動静定速度をマニュアル調整することを特徴とする。   In the marine vessel maneuvering device of the present invention, the marine vessel maneuvering system has a changeover switch for switching between a marine vessel maneuvering assist mode for maneuvering by a command unit and a manual mode for manual marine vessel maneuvering. It is characterized in that the lateral movement stabilization speed is manually adjusted, and the steering lever is used to control the combination of the rudder angles of the two high-lift rudders to manually adjust the stern lateral movement stabilization speed.

上記した構成により、操船者は、指令部の操作レバーを操作し、操作レバーの傾倒方向で船体の指令運動方向を指令し、傾倒方向における傾倒角度で船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を指令するだけで、目的とする運動方向へ船体を導くことができる。   With the above-described configuration, the boat operator operates the operation lever of the command section, instructs the command movement direction of the hull in the tilt direction of the operation lever, and specifies the bow-tail command speed and the hull lateral command speed in the tilt angle in the tilt direction. , The hull can be guided in the desired direction of motion.

すなわち、目的とする船の運動を実現するために多岐にわたる多くの情報、例えば操船域の状態、船と他の物標や岸壁との相対位置、船の姿勢、船の運動状態等の情報を目視で収集せずとも、また多くのアクチュエータの個々の推力を自ら制御せずとも、時々刻々の自船の船首尾方向の動き、船尾の横方向の動き、船首の横方向の動きを、目的とする動きに整合させることができるので、操船者に課せられている多くの負担を軽減することができる。   In other words, a wide variety of information, such as the state of the maneuvering area, the relative position of the ship with other targets and the quay, the attitude of the ship, and the motion state of the ship, etc. Even without visual collection and without controlling the individual thrusts of many actuators, the purpose of the momentary movement of the ship's bow, stern, and bow Can be matched with the movement described above, so that a lot of burden imposed on the boat operator can be reduced.

本発明の実施の形態における船舶操縦装置の構成を示す模式図FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a ship steering device according to an embodiment of the present invention. 同実施の形態における船舶操縦装置の構成を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the ship steering device in the embodiment. 同実施の形態における船舶を示す模式図Schematic view showing a ship in the same embodiment. 同実施の形態における推進器および高揚力舵を示す平面図FIG. 3 is a plan view showing a propulsion device and a high-lift rudder in the embodiment. 同実施の形態におけるジョイスティックを示す斜視図The perspective view which shows the joystick in the embodiment. 同ジョイスティックを示す正面図Front view showing the joystick 他のジョイスティックを示す正面図Front view showing another joystick 不感帯による天候調整を示す利得と偏角の関係を示す図表Chart showing the relationship between gain and declination indicating weather adjustment by dead zone 利得値を偏角の関数とする天候調整を示す図表Chart showing weather adjustment as a function of declination gain value 船首揺周波数に対する天候調整を示す図表Chart showing weather adjustment for bow frequency 舵の組み合せ舵角と旋回方向を示す模式図Schematic diagram showing the combination rudder angle and turning direction of the rudder

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態における船舶操縦装置は、図1から図4に示すように、推力システム100と推力システム100を制御する操船システム200からなる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 4, the boat maneuvering device according to the present embodiment includes a thrust system 100 and a boat maneuvering system 200 that controls the thrust system 100.

推力システム100は、船体110の船尾に配置した1基1軸のプロペラからなるプロペラ推進器101と、プロペラの後方に配置した2枚の高揚力舵102、103と、高揚力舵102、103を駆動する舵取機104、105と、舵取機104、105を制御する舵制御装置(サーボアンプ)106、107と、船体110の船首側に配置した船首スラスター108および船首スラスター108を制御するスラスター制御装置109を有している。また、舵取機104、105にはポンプユニット151、152と舵角発信器153、154とフィードバックユニット155、156が接続しており、フィードバックユニット155、156が舵制御装置106、107に接続している。   The thrust system 100 includes a propeller propulsion device 101 including a single-axis propeller disposed at the stern of a hull 110, two high-lift rudders 102 and 103 disposed behind the propeller, and a high-lift rudder 102 and 103. Steering devices 104 and 105 to be driven, rudder control devices (servo amplifiers) 106 and 107 for controlling the steering devices 104 and 105, a bow thruster 108 disposed on the bow side of the hull 110, and a thruster for controlling the bow thruster 108. It has a control device 109. The pump units 151 and 152, the steering angle transmitters 153 and 154, and the feedback units 155 and 156 are connected to the steering devices 104 and 105, and the feedback units 155 and 156 are connected to the steering control devices 106 and 107. ing.

操船システム200は、操船制御ユニット250に格納されており、指令部201と船体運動制御部202とセンサー部203を備えている。センサー部203は、船体110の船首方位と、回頭運動時の回頭角速度と、船首尾方向速度と、船体横方向速度と、現在船位を操船制御ユニット250に接続したGPSコンパス251および電子海図システムを用いて検出する。   The boat maneuvering system 200 is stored in the boat maneuvering control unit 250 and includes a command unit 201, a hull motion control unit 202, and a sensor unit 203. The sensor unit 203 includes a GPS compass 251 and an electronic chart system that connect the heading of the hull 110, the turning angular velocity at the time of turning motion, the bow-direction speed, the hull lateral speed, and the current ship position to the marine vessel maneuvering control unit 250. Detect using

指令部201は、船体の指令運動方向と、船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を指令するものであり、ジョイスティック204と自動誘導操船部(オートパイロット)205を備えている。   The commanding unit 201 is for commanding a commanded moving direction of the hull, a commanded speed in the bow and stern direction and a commanded speed in the lateral direction of the hull, and includes a joystick 204 and an automatic guidance and maneuvering unit (autopilot) 205.

ジョイスティック204は、図5および図6に示すような、ジョイスティックレバー(操作レバー)206を備えており、ジョイスティックレバー206はX−Y方向の何れの方向へも操作可能に構成されており、ジョイスティックレバー206の傾倒方向で船体の指令運動方向を指令し、傾倒方向における傾倒角度で船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を指令するものである。   The joystick 204 includes a joystick lever (operation lever) 206 as shown in FIGS. 5 and 6. The joystick lever 206 is configured to be operable in any of the X and Y directions. The command motion direction of the hull is commanded by the tilting direction of 206, and the commanding speed at the bow and stern and the commanding speed at the lateral direction of the hull are commanded by the tilt angle in the tilting direction.

ジョイスティックレバー206は頂部に指令回頭角速度を指示するための回頭スイッチ207を有しており、図6に示すものは回頭スイッチ207として回転方式の回頭ボリュームを採用した例示であり、回頭ボリュームの回転を操作して回頭ボリュームの回転角度を調整することにより指令回頭角速度を制御する。   The joystick lever 206 has a turning switch 207 at the top for instructing a commanded turning angular velocity. The turning switch 207 shown in FIG. 6 is an example in which a turning type turning volume is adopted as the turning switch 207. The command turning angular velocity is controlled by operating to adjust the rotation angle of the turning volume.

回頭スイッチ207は、回転方式に代えて、図7に示すように、押しボタン方式とすることも可能であり、回頭スイッチ207を押す時間の長さを調整することにより指令回頭角速度を制御する。   As shown in FIG. 7, the turning switch 207 may be of a push button type, as shown in FIG. 7, and controls the command turning angular velocity by adjusting the length of time during which the turning switch 207 is pressed.

操船制御ユニット250には、指令部201により操船する操船支援モードと、自動誘導操船部205により操船する自動誘導モードと、マニュアル操船するマニュアルモードとを切り替える右舷切換スイッチ252、左舷切換スイッチ253を設けている。   The ship maneuvering control unit 250 is provided with a starboard changeover switch 252 and a portside changeover switch 253 that switch between a ship maneuvering assist mode in which the ship is maneuvered by the command unit 201, an automatic guidance mode in which the ship is maneuvered by the automatic guidance maneuvering unit 205, and a manual mode in which the ship is manually operated. ing.

その他に、操船制御ユニット250には、モニター254と、右舷舵取機操作レバー255、左舷舵取機操作レバー256と、右舷舵取機用各種設定スイッチ類257、左舷舵取機用各種設定スイッチ類258と、自動誘導操船部(オートパイロット)205のコース設定ユニット259を設けている。   In addition, the marine vessel maneuvering control unit 250 includes a monitor 254, a starboard steering gear operating lever 255, a port steering gear operating lever 256, various setting switches for starboard steering gear 257, and various setting switches for port steering gear. Class 258, and a course setting unit 259 for the automatic guidance and maneuvering section (autopilot) 205.

モニター254の表示画面は、電子海図および自船の船位と姿勢を表示する第1画像域254a、と各種設定モードを表示する第2画像域254b、指令運動方向をベクトル表示する第3画像域254cに区分した例を示しており、各画像域を単独で全画面化して表示することも可能である。   The display screen of the monitor 254 includes a first image area 254a for displaying the electronic chart and the position and attitude of the ship, a second image area 254b for displaying various setting modes, and a third image area 254c for displaying the commanded motion direction in a vector. Is shown, and it is also possible to display each image area alone on a full screen.

自動誘導操船部205は、電子海図システム上に入力した自船の現在位置情報、誘導経路情報、停船保持位置情報に基づいて船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を指令し、自船を誘導制御するものである。   The automatic guidance and maneuvering unit 205 commands the bow-stern direction command speed and the hull lateral direction command speed based on the current position information of the own ship, the guidance route information, and the stop holding position information input on the electronic chart system, and controls the own ship. Guidance control is performed.

船体運動制御部202は、制御力推定部208と推力分配部209と操作量変換部210を備えている。
制御力推定部208は、船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度に対して定常運動となる船体流体力を求め、また船首尾方向指令速度と時々刻々に変化する船首尾方向速度との偏差を求め、また船体横方向指令速度と時々刻々に変化する船体横方向速度との偏差を求め、また指令運動方向の指令時における指令時船首方位と時々刻々に変化する船首方位との偏角とを求める。さらに、船体流体力と前記偏差と前記偏角に基づいて指令運動方向と船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を実現するために必要な船体制御力を求める。
The hull motion control unit 202 includes a control force estimation unit 208, a thrust distribution unit 209, and an operation amount conversion unit 210.
The control force estimating unit 208 obtains a hull fluid force that is a steady motion with respect to the forward and backward command speeds and the lateral command speed, and calculates a deviation between the forward and backward command speed and the constantly changing forward and backward speed. And the deviation between the hull lateral command speed and the ever-changing hull lateral speed, and the deviation between the command-time heading and the ever-changing heading when commanding the commanding motion direction. Ask for. Further, based on the hull fluid force, the deviation, and the declination, a hull control force required for realizing the command movement direction, the stern direction command speed, and the hull lateral command speed is obtained.

推力分配部209は、船体制御力を、前進一定回転するプロペラ推進器101の推力と2枚の高揚力舵102、103の舵角の組み合わせとで発生させる目標推進器推力と、船首スラスター108で発生させる目標スラスター推力とに分配する。さらに目標推進器推力における船首尾方向静定速度と船尾横移動静定速度を求めるとともに、目標スラスター推力における船首横移動静定速度を求める。   The thrust distribution unit 209 generates a hull control force by a target thruster thrust generated by a combination of a thrust of the propeller propulsion unit 101 rotating forward and constantly and a steering angle of the two high-lift rudders 102 and 103, and a bow thruster 108. The target thruster to be generated and distributed to the thrust. Further, the stabilizing speed in the bow and stern direction and the stabilizing speed of the stern lateral movement at the target thruster thrust are obtained, and the stabilizing speed of the bow lateral movement at the target thruster thrust is obtained.

また、船体運動制御部202の制御力推定部208は、ジョイスティックレバー206の回頭スイッチ(回転方式の回頭ボリュームもしくは押しボタン方式)207で指示する指令回頭角速度に基づいて船尾横移動静定速度および船首横移動静定速度を調整する。   Further, the control force estimating unit 208 of the hull motion control unit 202 determines the stern lateral movement stabilizing speed and the bow based on the command turning angular velocity specified by the turning switch (rotating turning volume or push button method) 207 of the joystick lever 206. Adjust the lateral movement stabilization speed.

操作量変換部210は、船首尾方向静定速度と船尾横移動静定速度を実現するために必要な2枚の高揚力舵102、103のそれぞれの舵角操作量を求めて舵取機104、105の舵制御装置106、107に指示し、さらに船首横移動静定速度を実現するための船首スラスター108のピッチ角操作量を求めてスラスター制御装置108に指示する。   The operation amount conversion unit 210 obtains a steering angle operation amount of each of the two high lift rudders 102 and 103 necessary to realize the stabilizing speed in the bow and stern direction and the stabilizing speed in the lateral movement of the stern, and obtains the steering gear 104. , 105, and further obtains the pitch angle operation amount of the bow thruster 108 for realizing the stabilizing speed of the lateral movement of the bow, and instructs the thruster control unit 108.

操船システム200は、緊急停止制御ユニット300および緊急停止押釦301を備えており、緊急停止押釦301は操船制御ユニット250に設けている。
緊急停止制御ユニット300は、緊急時に緊急停止押釦301を押すと、ジョイスティック204でいかなる操船状態を指示していようとも、それをキャンセルして、左舷舵102を取舵方向(上から見て時計回りの方向)に、右舷舵103を面舵方向(上から見て反時計回りの方向)に、それぞれハードオーバー(舵いっぱい)まで転舵させ、船に制動力を与えて停止させる。
The boat maneuvering system 200 includes an emergency stop control unit 300 and an emergency stop push button 301. The emergency stop push button 301 is provided in the boat maneuver control unit 250.
When pressing the emergency stop push button 301 in an emergency, the emergency stop control unit 300 cancels whatever marine vessel maneuvering state is instructed by the joystick 204 and turns the port rudder 102 in the steering direction (clockwise as viewed from above). ), The starboard rudder 103 is turned to the hard rudder (full rudder) in the rudder direction (counterclockwise as viewed from above), and the ship is given a braking force to stop.

以下、上記構成における作用を説明する。
(操船支援モード)
従来、航行中において、減速操船が必要なときや、港湾での入港信号待ちなどの場合に、推進器(固定ピッチプロペラにあっては回転の減速、停止、逆回転、可変ピッチプロペラにあってはビッチ角の減少、ゼロピッチ、逆ピッチ)などを調整して船速を制御し、併せて舵により針路制御、航路制御を行っていた。
Hereinafter, the operation of the above configuration will be described.
(Ship handling support mode)
Conventionally, when a decelerating maneuver is required during navigation or when waiting for a port entry signal at a port, the propulsion unit (fixed pitch propellers have rotation deceleration, stop, reverse rotation, variable pitch propellers, etc.) Controlled the ship speed by adjusting the pitch angle, zero pitch, and reverse pitch), and also used rudder to control course and route.

特に、港湾での入港信号待ちの時には、潮流や風などの外乱で自船が流されると、位置保持と船首尾方向保持のために、主として目視で自船の方位と位置を確認し、時に推進器を前進、後進に切換え、舵と船首スラスターにより横方向の制御を行っていた。   In particular, when waiting for a port entry signal at a port, if the ship is swept away by disturbance such as tidal currents or wind, the direction and position of the ship are mainly visually checked to maintain the position and the bow direction, The propulsion system was switched between forward and reverse, and the rudder and bow thruster were used to control the lateral direction.

本発明では、特定水域において、右舷切換スイッチ252、左舷切換スイッチ253を操船支援モードに切り替えて操船する。
この操船支援モードでは、指令部201のジョイスティック204によって船体の指令運動方向、船首尾方向指令速度、船体横方向指令速度を指令する。船体運動制御部202により高揚力舵102、103および船首スラスター108にそれぞれ適切な推力を担わせて船体を指令運動方向へ運動させる。
In the present invention, in a specific water area, the starboard changeover switch 252 and the portside changeover switch 253 are switched to the ship maneuvering support mode for maneuvering.
In the marine vessel maneuvering assist mode, the joystick 204 of the command unit 201 commands the commanded movement direction of the hull, the commanded speed in the stern direction, and the commanded speed in the lateral direction of the hull. The hull motion control unit 202 causes the high lift rudders 102 and 103 and the bow thruster 108 to carry appropriate thrusts, respectively, and moves the hull in the command motion direction.

すなわち、ジョイスティックレバー(操作レバー)206の傾倒方向で船体の指令運動方向を船体運動制御部202に指令し、傾倒方向における傾倒角度で船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を船体運動制御部202に指令し、回頭スイッチ207の回転量で指令回頭角速度を船体運動制御部202に指令する。   That is, the command motion direction of the hull is commanded to the hull motion control unit 202 by the tilting direction of the joystick lever (operation lever) 206, and the forward command speed and the hull lateral command speed are calculated by the tilt angle in the tilt direction. A command turning angular velocity is commanded to the hull motion control unit 202 based on the rotation amount of the turning switch 207.

制御力推定部208は、船体流体力と偏差と偏角に基づいて指令運動方向と船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を実現するために必要な船体制御力を求め、推力分配部209は、船体制御力を目標推進器推力と目標スラスター推力とに分配し、目標推進器推力における船首尾方向静定速度と船尾横移動静定速度を求め、目標スラスター推力における船首横移動静定速度を求めるとともに、指令回頭角速度に基づいて船尾横移動静定速度および船首横移動静定速度を調整する。   The control force estimating unit 208 obtains a hull control force required to realize the commanded motion direction, the stern direction command speed, and the hull lateral command speed based on the hull fluid force, the deviation, and the declination. Distributes the hull control force between the target thruster thrust and the target thruster thrust, obtains the stabilizing speed in the fore-aft direction and the stern lateral movement in the target thruster thrust, Is determined, and the stern lateral movement stabilizing speed and the bow lateral movement stabilizing speed are adjusted based on the command turning angular velocity.

操作量変換部210は、船首尾方向静定速度と船尾横移動静定速度を実現するために必要な2枚の高揚力舵102、103のそれぞれの舵角操作量を求めて舵取機104、105の舵制御装置106、107に指示し、さらに船首横移動静定速度を実現するための船首スラスター108のピッチ角操作量を求めてスラスター制御装置108に指示する。   The operation amount conversion unit 210 obtains a steering angle operation amount of each of the two high lift rudders 102 and 103 necessary to realize the stabilizing speed in the bow and stern direction and the stabilizing speed in the lateral movement of the stern, and obtains the steering gear 104. , 105, and further obtains the pitch angle operation amount of the bow thruster 108 for realizing the stabilizing speed of the lateral movement of the bow, and instructs the thruster control unit 108.

例えば、港での入港信号待ちの時には、潮流や風などの外乱による自船の流れに対して、高揚力舵102、103の両舵角の組合せ角を制御することにより、前後進、船速ゼロを含めた船速制御を行わせて高揚力舵102、103の有するホバリング機能を有効に使って船首尾方向の位置保持と船首尾方向保持を行い、自船の横方向保持には高揚力舵102、103と併せて船首スラスター108を制御して行う。   For example, when waiting for an incoming signal at a port, the combination of the two rudder angles of the high lift rudders 102 and 103 is controlled for the flow of the own ship due to disturbances such as tidal currents and wind, so that forward and backward movements and ship speeds are achieved. The ship speed control including zero is performed, and the hovering function of the high lift rudders 102 and 103 is effectively used to maintain the position in the bow and stern directions and the bow direction, and the high lift is used to hold the ship in the lateral direction. This is performed by controlling the bow thruster 108 in conjunction with the rudders 102 and 103.

これらアクチュエータの操作量の決定のために、正確な自船位置及び自船の運動状態(船首尾線方向の速度、船体横方向の速度、旋回角速度)を把握する必要がある。これらの情報収集のために、センサー部203は、船首方位、回頭角速度、船首尾方向速度および船体横方向速度、船位、船首尾方位をGPSコンパス251および電子海図システムを用いて検出する。これらの情報の内、角速度および船速については、位置情報の時間微分量によって計測する。   In order to determine the operation amounts of these actuators, it is necessary to know the exact position of the ship and the motion state of the ship (the speed in the direction of the bow and stern, the speed in the lateral direction of the hull, the turning angular speed). For collecting such information, the sensor unit 203 detects the heading, the turning angular velocity, the bow-direction speed and the hull lateral speed, the ship position, and the heading using the GPS compass 251 and the electronic chart system. Of these pieces of information, the angular velocity and the boat speed are measured by the time differential of the position information.

操船支援システム200は、センサー部203のGPSコンパス251から船首尾方位信号及び自船位置信号を受けて、船体運動制御部205で自船に必要とする船首尾方向の速度及び回頭速度を算出し、各アクチュエータの必要な操作量、すなわち高揚力舵102、103の組合せ角及び船首スラスター108のピッチ角を演算し、アクチュエータを時々刻々適切に制御する。   The marine vessel maneuvering support system 200 receives the heading and heading signal and the own ship position signal from the GPS compass 251 of the sensor unit 203, and calculates the hull motion control unit 205 to calculate the necessary forward and backward speed and turning speed for the own ship. Then, the required operation amount of each actuator, that is, the combined angle of the high lift rudders 102 and 103 and the pitch angle of the bow thruster 108 are calculated, and the actuator is appropriately and momentarily controlled.

よって、操船者に課せられている多くの負担を軽減し、安全性の向上をはかって運航の効率化に寄与できる。
上述の操船においては、プロペラ推進器101をプロペラ前進回転のままで、それぞれの高揚力舵102、103をそれぞれ独立に種々の角度に作動させてプロペラ後流を制御し、船尾回りの推力を360°全方向にわたって制御する。
Therefore, it is possible to reduce much of the burden imposed on the ship operator, improve safety, and contribute to efficient operation.
In the above-mentioned ship maneuvering, while the propeller propeller 101 is kept in the forward rotation of the propeller, the respective high lift rudders 102 and 103 are independently operated at various angles to control the propeller wake, and the thrust around the stern is increased by 360. ° Control in all directions.

高揚力舵102、103の基本的な舵角の組合せ、およびジョイスティック204の状態と、その呼称及びプロペラ後流線と運動方向は、先に図11において説明した通りである。この制御によって船の前後進、停止、前進旋回、後進旋回等を行わせることにより操船における機動性を向上させることができる。   The basic combinations of the rudder angles of the high lift rudders 102 and 103, the state of the joystick 204, the names thereof, the propeller wake lines, and the movement directions are as described above with reference to FIG. By this control, the ship can be moved forward and backward, stopped, turned forward, turned backward, etc., so that the maneuverability in maneuvering can be improved.

このように、操船においては推進器推力の反転(プロペラ逆転)が不要であり、主機関は常に前進回転のままであらゆる操船制御が行え、主機関の回転数を加減せずとも、両舵の舵角を加減して、そのときのプロペラ回転数に対応した前進最大速度から後進最大速度まで無段階にきめ細かく船速を制御することができる。
・クラッシュアスターン機能
緊急停船押釦301を押すことの一挙動で、ジョイスティック204の操舵モードにかかわらず、緊急停止制御ユニット300によってクラッシュアスターンモード(左舷舵は左般105°、右舷舵は右舷105゜に舵を取る)に切換えて、両舵により非常に大きな制動力を発生させるので、プロペラ逆転による操船よりもはるかに短い時間、短い距離で船体を停止させることができる。
In this way, reversing the thrust of the propulsor (reversing the propeller) is not necessary in maneuvering, and the main engine can always perform any maneuvering control while keeping forward rotation. By adjusting the steering angle, the boat speed can be finely controlled steplessly from the maximum forward speed to the maximum reverse speed corresponding to the propeller speed at that time.
Crash astern function This is a behavior of pressing the emergency stop push button 301. The crash astern mode is performed by the emergency stop control unit 300 (105 degrees for port rudder, 105 degrees for starboard rudder, regardless of the steering mode of the joystick 204). The steering is switched to を 取 る), and a very large braking force is generated by the two rudders, so that the hull can be stopped for a much shorter time and at a shorter distance than in maneuvering by propeller reversal.

また、クラッシュアスターンにおいても、主機関を止めて後進再始動をする必要がないため、操船中にいわゆる無制御状態となることがないので、航行における事態ヘのすばやい対応が可能である。
・避行操船機能
緊急停止制御ユニット300による操船中に、船の特性、外乱等により旋回を起した場合や、または必要によって船首方位を含めて進行力向を変えたい場合には、そのままジョイスティツクレバー206を操作すれば通常のジョイスティック操作と同様に、ジョイスティック204によって自在に操船して避行航行することができる。
Also, in the crash astern, there is no need to stop the main engine and restart the vehicle in reverse, so that a so-called uncontrolled state does not occur during maneuvering, so that it is possible to quickly respond to a situation in navigation.
-Evacuation maneuvering function When the ship is turned by the emergency stop control unit 300 due to the characteristics of the ship or disturbance, or when it is necessary to change the heading direction including the heading if necessary, the joysticks are used. By operating the clever 206, the ship can be freely maneuvered by the joystick 204 and evacuated and sailed in the same manner as a normal joystick operation.

例えば、ジョイスティックレバー206を‘ASTERN TO STARD’及び‘ASTERN TO PORT’等に修正操舵することで、減速航行中にも船首を真っ直ぐに保つことができる。または、同様操作で船首方位を含めて進行方向を変えることによって障害物を避けるようにすることが可能である。   For example, by correcting and steering the joystick lever 206 to “ASTERN TO STARD” and “ASTERN TO PORT”, the bow can be kept straight even during deceleration navigation. Alternatively, it is possible to avoid obstacles by changing the traveling direction including the heading by the same operation.

また、「ASTERN」状態で、船体停止後は主機関を逆転させることなく後進航行させることができる。この「ASTERN」位置でジョイスティックレバー206を左方に動かせば、船尾が左に、したがって右回頭するように舵が働き、ジョイスティックレバー206を右方に動かせば船尾が右に、したがって左回頭するように舵が働く。   In addition, in the "ASTERN" state, after the hull is stopped, the ship can proceed in reverse without reversing the main engine. If the joystick lever 206 is moved to the left in this "ASTERN" position, the rudder works so that the stern turns left, and thus turns right, and if the joystick lever 206 is moved to the right, the stern turns right and thus turns left. The rudder works.

また、通常のジョイスティック操作による操船と同様に、‘AHEAD’から‘ASTERN’の間でジョイスティック204を操作することによって、船速の制御を行うことができる。勿論このときジョイスティックレバー206を左右に操作することによって船首方位も自在に制御できる。通常のコース設定ユニット259による操船やジョイスティック204による操船への復帰は、緊急停船押釦301を再度押すことにより行われる。
(自動誘導モード)
通常航行操船では、右舷切換スイッチ252、左舷切換スイッチ253を自動誘導モードに切り替え、指令部201による操船に代えて、自動誘導操船部205で操船する。
In addition, as in the case of maneuvering a boat by a normal joystick operation, the boat speed can be controlled by operating the joystick 204 between 'AHEAD' and 'ASTERN'. At this time, the azimuth direction can be freely controlled by operating the joystick lever 206 left and right. Returning to the normal course setting unit 259 for boat maneuvering or the joystick 204 for maneuvering is performed by pressing the emergency stop push button 301 again.
(Automatic guidance mode)
In a normal navigation maneuver, the starboard changeover switch 252 and the port changeover switch 253 are switched to the automatic guidance mode, and the automatic guidance navigational maneuvering unit 205 replaces the commanding unit 201 for maneuvering.

自動誘導モードにおいては、コース設定ユニット259により自動誘導操船部205に自船の位置、進みたい方位、到達したい位置と船首尾線方位を入力し、設定した針路で船を自動誘導操船する。   In the automatic guidance mode, the course setting unit 259 inputs the position of the own ship, the azimuth to be advanced, the position to be reached, and the stern direction to the automatic guidance and maneuvering unit 205, and automatically guides and maneuvers the ship along the set course.

自動誘導操船部205は、自船の現在位置情報、誘導経路情報、停船保持位置情報に基づいて船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を船体運動制御部202へ指令して自船を誘導制御する。   The automatic guidance and maneuvering unit 205 instructs the hull motion control unit 202 based on the current position information of the own ship, the guidance route information, and the stop and hold position information to the hull motion control unit 202 to guide the own ship. Control.

この通常航行操船では、外乱によって船首方位が目標針路から逸れると自動誘導操船部205がセンサー部203のGPSコンパス251によって逸れを知り、舵をとって船首を目標針路に戻そうとする。そして船が目標針路に戻るにつれて舵角を小さくし、船首が目標針路になる直前になると旋回惰性を止めるために反対側にあて舵をとって定針させる。   In this normal navigation maneuver, when the heading deviates from the target course due to disturbance, the automatic guidance maneuvering unit 205 knows the departure by the GPS compass 251 of the sensor unit 203, and tries to return the bow to the target course by steering. Then, as the ship returns to the target course, the rudder angle is reduced, and immediately before the bow reaches the target course, the rudder is steered to the opposite side to stop the turning inertia and the needle is fixed.

自動誘導操船部205では、船首方位が設定針路から逸れた場合、その偏位に比例した修正操舵信号を出して比例動作の操舵を行う。しかし、この動作だけでは設定針路に戻るのは容易ではない。なぜなら船体は一方向ヘの運動を始めると外力がなくなっても慣性のために設定針路を越えてオーバシュートし、次にそのオーバシュート分に比例した逆の舵がとられると、これも同様にして反対方向のオーバシュートを行ない、以下これを繰り返すからである。   When the heading deviates from the set course, the automatic guidance maneuvering unit 205 issues a corrected steering signal proportional to the deviation, and performs the steering of the proportional operation. However, it is not easy to return to the set course only by this operation. Because, when the hull starts moving in one direction, even if there is no external force, it overshoots beyond the set course due to inertia due to inertia. This causes overshoot in the opposite direction, and this is repeated thereafter.

そのため、安定して新針路に入るようにするために、従来では微分動作を適用する。微分動作は船の回頭角速度に比例した修正操舵信号を出すもので、比例信号と組み合わせることにより設定針路に船を安定に保持する。なぜなら回頭角速度が大きければ大きい程修正舵を大きくする、即ちあて舵を行なうのと同じことになる。適当な修正舵量を与えてやれば極めて速やかに設定針路に復帰することができる。   Therefore, in order to stably enter the new course, a differential operation is conventionally applied. The differential operation is to output a corrected steering signal proportional to the turning angular velocity of the ship, and stably hold the ship on the set course by combining with the proportional signal. This is because the larger the turning angular velocity, the larger the correction rudder, that is, the same as performing the steering. If an appropriate corrected steering amount is given, it is possible to return to the set course very quickly.

しかし、本発明では、GPSコンパス251を用いて回頭角速度を求め、この信号そのものに比例する操作量を舵に与えることによって、微分制御と同等以上の精度の制御特性を得る。   However, in the present invention, the turning angular velocity is obtained using the GPS compass 251, and an operation amount proportional to this signal itself is given to the rudder, thereby obtaining a control characteristic with an accuracy equal to or higher than that of the differential control.

比例と微分動作だけでは、潮流や風、または小さな偏位の集積等また場合によっては船の癖等によりオフセットと呼ばれる針路からの逸れが生じる。このため、設定針路と船首方位との偏差を時間で積分し、これに比例した修正操舵を行なう。   With only the proportional and differential operations, a deviation from the course called an offset occurs due to the tide, wind, accumulation of small deviations, and in some cases, the habit of the ship. For this reason, the deviation between the set course and the heading is integrated over time, and the correction steering is performed in proportion to this.

なお積分動作は使用の始め、すなわちt=0である値を持っているとそれがオフセットの原因となるので、電子回路上でリセットする。
同様に変針時にも変針過程を設定針路からの逸れとして積分し、これが新設定針路に対してオフセットを持つことになるのでリセットを行なう。
・天候調整
海上が静穏な場合に、自動誘導操船部(オートパイロット)205はわずかな船首方位の逸れに対してすぐに舵をとり、精度よく保針操舵を行なうことができる。しかし荒天で激浪のため船首方位が激しく振揺しているときに、静穏時と同じ感度でオートパイロットを作動させると次のような問題が起きる。
The integration operation is reset on the electronic circuit at the beginning of use, that is, when it has a value of t = 0, which causes an offset.
Similarly, at the time of changing the course, the course of the course is integrated as a deviation from the set course, and since this has an offset with respect to the newly set course, the course is reset.
-Weather adjustment When the sea is calm, the automatic guidance and maneuvering section (autopilot) 205 can immediately steer for a slight deviation in the heading, and can accurately perform hand-holding steering. However, when the heading is shaking violently due to stormy weather and operating the autopilot with the same sensitivity as in quiet, the following problems occur.

・舵取り回数が増え、また舵に無理な力が加わって舵取機を酷使する。
・無理に舵を取るため船体の口ーリングが大きくなり、また船速も落ちる。
従って海象条件に応じてある程度の蛇行は許しても無駄な舵や無理な舵を取ることを避けるために、またある程度の船首方位の逸れに対しては操舵をしないようにするために、図8に示すような不感帯による天侯調整機構が従来から採用されてきた。
・ The number of times of steering increases, and excessive force is applied to the rudder, resulting in overuse of the steering gear.
・ Forced steering, the hull of the hull becomes large, and the speed of the boat decreases.
Accordingly, in order to avoid useless rudder and unreasonable rudder even though some meandering is allowed in accordance with sea conditions, and to avoid steering to some degree of heading deviation, FIG. A weather adjustment mechanism using a dead zone as shown in FIG.

しかし不感帯を制御系の中に持ち込むことは操舵性能の上から好ましくなく、不必要に針路を不安定にすることになる。
それゆえ、本発明の操船システム200では、不感帯を持ち込まず、船首方位の設定針路からの偏差が定められたある値以下ではゲインがその偏差に比例し、偏差がその値以上ではゲインが1(最大)となるように演算し、波浪による短周期のヨーイングに対しては舵をとらないように考慮し、図9に示すような波浪フィルターからなる天候調整を行う。この天候調整機能が本発明の一つの特徴である。
However, bringing the dead zone into the control system is not preferable in terms of steering performance, and unnecessarily makes the course unstable.
Therefore, in the ship maneuvering system 200 of the present invention, the gain is proportional to the deviation when the deviation of the heading from the set course is smaller than a predetermined value, and the gain is 1 (when the deviation is larger than that value). (Maximum), and considering the short-term yawing due to the waves, taking into account not to steer, and adjusting the weather using a wave filter as shown in FIG. This weather adjustment function is one feature of the present invention.

つまり、設定針路と船首方位の差の偏角がある値に達するまでは、利得を偏角に比例させる。ある値以上となると利得が1となって舵取機104、105のポンプユニット151、152の油圧ポンプの吐出量が最大となる。このようにすれば、偏角がある値に達するまでは、偏角が小さいと油圧ポンプの吐出量は少なく、偏角が大きい油圧ポンプの吐出量は多くなるので、転舵速度が偏角の大きさに対応して変化する。よって、不感帯を持ち込まずに合理的な制御を行える。   That is, the gain is proportional to the declination until the declination of the difference between the set course and the heading reaches a certain value. When the value exceeds a certain value, the gain becomes 1 and the discharge amount of the hydraulic pumps of the pump units 151 and 152 of the steering gears 104 and 105 becomes maximum. In this way, until the declination reaches a certain value, the smaller the declination, the smaller the displacement of the hydraulic pump and the larger the declination, the greater the discharge of the hydraulic pump. It changes according to the size. Therefore, rational control can be performed without bringing a dead zone.

図10に示すように、船首揺周波数が小さいと利得が大きくなり、船首揺周波数が大きいと利得が小さくなる。このため、波浪による船首揺の周期が短く、周波数が高い状態では利得が小さくなって余り舵をとらず、波浪による船首揺の周期が非常に大きく、周波数が低い状態では、利得が1となって油圧ポンプの最大吐出量に対応する最大転舵速度で転舵して速やかに偏角を小さくする。
・操舵に基づく推進力の損失の低減
GPSコンパス251からの船首方位信号に基づいて必要転舵角が計算され、その操舵信号により舵が取られて固有の運動特性をもつ船体に旋回運動が起こり、それによって変化した偏差量が再び自動誘導操船部205に入力される。このループを繰り返すことにより船首方位を設定針路に一致させる。
As shown in FIG. 10, when the bow frequency is small, the gain is large, and when the bow frequency is large, the gain is small. For this reason, the period of the bowing caused by the waves is short, and the gain becomes small in a state where the frequency is high, and the steering does not take much. When the period of the bowing due to the waves is very large and the frequency is low, the gain becomes 1. The steering is turned at the maximum turning speed corresponding to the maximum discharge amount of the hydraulic pump to quickly reduce the deflection angle.
・ Reduction of loss of propulsion force due to steering The required steering angle is calculated based on the heading signal from the GPS compass 251, and the steering signal steers to produce a turning motion in the hull having unique motion characteristics. The deviation amount changed thereby is input to the automatic guidance and maneuvering unit 205 again. By repeating this loop, the heading is matched with the set course.

船体の運動特性が安定で外乱のない場合は、一且針路が落ち着いて舵が中立に戻ると全く舵を取ることなしに、かなり長い間針路を保って直進することができる。しかし外乱を受けていたり不安定な船の場合はこのようなわけにはいかない。特に不安定な船の場合には、もし舵を取らずに放っておくとすぐに船は旋回を始める。従って不安定な船の場合は間断なく舵を操作することが必要である。間断のない舵の操作は連続した閉ループ制御回路によって成し得るものである。   If the motion characteristics of the hull are stable and there is no disturbance, once the course is settled and the rudder returns to neutral, the course can be kept straight for a long time without taking any rudder. But this is not the case for disturbed or unstable ships. Especially on an unstable ship, if the ship is left without steering, the ship will start turning immediately. Therefore, in the case of an unstable ship, it is necessary to operate the rudder without interruption. Uninterrupted rudder operation can be achieved by a continuous closed loop control circuit.

しかし、従来の操舵装置の操縦、追縦装置には天候調整機能を含め不感帯を持っている。不感帯を系内に有する場合、制御対象は振動を起こし、通常その振幅は必然的に不感帯幅より大きくなる。すなわち操舵による周期的な船首揺が起こることになる。この現象はたとえ制御回路のパラメータが完全に調整されていても避けられない。この種の操舵によってひき起こされる船首揺は直接推進力の損失につながる。不感帯の減少はそのまま船首揺の振幅と転舵角を減少させることになり、更には推進力の損失をそれぞれの自乗に比例して減少させることになる。   However, the steering and tracking devices of the conventional steering device have a dead zone including a weather adjustment function. When a dead zone is provided in the system, the control object causes vibration, and its amplitude is necessarily larger than the dead zone width. In other words, periodic bowing due to steering occurs. This phenomenon cannot be avoided even if the parameters of the control circuit are completely adjusted. Bowing caused by this type of steering directly leads to loss of propulsion. The reduction of the dead zone directly reduces the amplitude of the bow and the steering angle, and further reduces the loss of propulsion in proportion to each square.

本発明では前述したように天候調整機能の不感帯を取り除くなどして、系内に存在する不感帯を極力少なくしているので、上述したような操舵に基づく推進力の損失は少なくなる。   In the present invention, since the dead zone existing in the system is minimized by removing the dead zone of the weather adjustment function as described above, the loss of the propulsion force due to the steering as described above is reduced.

GPSコンパス251を用いるもう一つのメリットは、その機能の一つである旋回角速度信号を得て旋回角速度が最小になるようにきめ細かい操舵を行うことにより、上述の不安定な船のような場合にあっても無駄舵を取ることなく、操舵に基づくヨーイングの振幅と転舵角を減少させることができ、推進力の損失を一層低減でき、省エネに寄与できることにある。
・一つのアクチュエータ故障時又は同動力装置故障時ヘの緊急対応
100,000DWT以上のタンカーは、アクチュエータを2ケ以上設けることが要求されており、1台の舵取機が作動油漏洩等により作動不能になった場合に45秒以内にその舵取機の油圧駆動ユニットを停めて切離し、残りの舵取機で操舵できることが要求される。
Another advantage of using the GPS compass 251 is that by obtaining a turning angular velocity signal, which is one of the functions, and performing fine steering so that the turning angular velocity is minimized, it is possible to use the GPS compass in the case of the above-mentioned unstable ship. Even if there is no useless steering, the amplitude of yawing based on steering and the steering angle can be reduced, loss of propulsion can be further reduced, and energy can be saved.
・ Emergency response in the event of failure of one actuator or failure of the same power unit For tankers of 100,000 DWT or more, it is required to provide two or more actuators, and one steering gear operates due to leakage of hydraulic oil, etc. If it becomes impossible, it is required that the hydraulic drive unit of the steering wheel is stopped and disconnected within 45 seconds, and the steering can be performed by the remaining steering wheels.

本発明においては、この要求に対して、一方の舵取機104(105)の油圧ラインからの油漏れがある場合、作動油タンクの低レベルをレベルセンサーで検出して、他の1台の舵取機105(104)のポンプユニット152(151)の油圧ポンプを継続運転し、同時に不具合のポンプユニット151(152)の油圧ポンプを停止させることによって運転を継続させるようにする。   In the present invention, in response to this request, if there is oil leakage from the hydraulic line of one of the steering gears 104 (105), the low level of the hydraulic oil tank is detected by a level sensor, and the other one The hydraulic pump of the pump unit 152 (151) of the steering gear 105 (104) is continuously operated, and at the same time, the operation is continued by stopping the hydraulic pump of the defective pump unit 151 (152).

アクチュエータの内部油圧漏れの発生により転舵速度が遅くなった場合、そのことをアクチュエータ上に設けた転舵速度計測センサーによって検出し、舵角を0°に転舵してそのアクチュエータを0°位置に固定する装置を設ける。このようにして残りの他の舵取機で航行を続行できるようにする。
(マニュアルモード)
右舷切換スイッチ252、左舷切換スイッチ253をマニュアルモードに切り替えて操船する。
When the steering speed is reduced due to the occurrence of an internal hydraulic pressure leak in the actuator, this is detected by a steering speed measurement sensor provided on the actuator, the steering angle is turned to 0 °, and the actuator is moved to the 0 ° position. A device is provided for fixing to In this way, the navigation can be continued with the remaining steering gear.
(Manual mode)
The ship is maneuvered by switching the starboard switch 252 and the port switch 253 to the manual mode.

マニュアルモードでは、回頭スイッチ207によって直接的にスラスター制御装置109に指令し、船首スラスター108の出力を制御して船首横移動静定速度をマニュアル調整する。また、右舷舵取機操作レバー255および左舷舵取機操作レバー256で舵制御装置106、107に指令し、舵取機104、105により二枚の高揚力舵の舵角の組み合わせを制御して船尾横移動静定速度をマニュアル調整する。   In the manual mode, a command is sent directly to the thruster control device 109 by the turning switch 207, and the output of the bow thruster 108 is controlled to manually adjust the stabilization speed of the bow lateral movement. In addition, a command is issued to the rudder control devices 106 and 107 by the starboard steering gear operation lever 255 and the portside steering gear operation lever 256, and the combination of the steering angles of the two high-lift elevators is controlled by the steering gears 104 and 105. Manually adjust the stern lateral stabilization speed.

100 推力システム
110 船体
101 プロペラ推進器
102、103 高揚力舵
104、105 舵取機
106、107 舵制御装置
108 船首スラスター
109 スラスター制御装置
151、152 ポンプユニット
153、154 舵角発信器
155、156 フィードバックユニット
200 操船システム
201 指令部
202 船体運動制御部
203 センサー部
204 ジョイスティック
205 自動誘導操船部
206 ジョイスティックレバー(操作レバー)
207 回頭スイッチ(回転方式の回頭ボリュームもしくは押しボタン方式)
208 制御力推定部
209 推力分配部
210 操作量変換部
250 操船制御ユニット
251 GPSコンパス
252 右舷切換スイッチ
253 左舷切換スイッチ
254 モニター
254a 第1画像域
254b 第2画像域
254c 第3画像域
255 右舷舵取機操作レバー
256 左舷舵取機操作レバー
257 右舷舵取機用各種設定スイッチ類
258 左舷舵取機用各種設定スイッチ類
259 コース設定ユニット
300 緊急停止制御ユニット
301 緊急停止押釦
REFERENCE SIGNS LIST 100 Thrust system 110 Hull 101 Propeller propeller 102, 103 High lift rudder 104, 105 Steering machine 106, 107 Rudder control device 108 Bow thruster 109 Thruster control device 151, 152 Pump unit 153, 154 Steering angle transmitter 155, 156 Feedback Unit 200 Ship maneuvering system 201 Command unit 202 Hull motion control unit 203 Sensor unit 204 Joystick 205 Automatic guidance ship maneuvering unit 206 Joystick lever (operation lever)
207 turning switch (rotary turning volume or push button method)
208 Control force estimating unit 209 Thrust distributing unit 210 Operation amount conversion unit 250 Ship steering control unit 251 GPS compass 252 Starboard switch 253 Port switch 254 Monitor 254a First image area 254b Second image area 254c Third image area 255 Starboard steering Machine operating lever 256 Port steering gear operating lever 257 Various setting switches for starboard steering gear 258 Various setting switches for port steering gear 259 Course setting unit 300 Emergency stop control unit 301 Emergency stop push button

Claims (6)

推力システムと推力システムを制御する操船システムを備え、
推力システムは、1基1軸のプロペラからなるプロペラ推進器と、プロペラの後方に配置した2枚の高揚力舵と、高揚力舵を駆動する舵取機と、船首スラスターと、船首スラスターを制御するスラスター制御装置を有し、
操船システムは、指令部と船体運動制御部とセンサー部を備え、
指令部により指令運動方向と指令回頭角速度と船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を船体運動制御部へ指令して操船する操船支援モードにおいて、
センサー部は、船体の船首方位と、船首尾方向速度と、船体横方向速度と、回頭運動時の回頭角速度と、現在船位を検出し、
船体運動制御部は、制御力推定部と推力分配部と操作量変換部を備え、
制御力推定部は、船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度に対して定常運動となる船体流体力と、船首尾方向指令速度と時々刻々に変化する船首尾方向速度との偏差と、船体横方向指令速度と時々刻々に変化する船体横方向速度との偏差と、指令運動方向の指令時における指令時船首方位と時々刻々に変化する船首方位との偏角とを求めるとともに、船体流体力と前記偏差と前記偏角に基づいて指令運動方向と船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を実現するための船体制御力を求め、かつ指令時の運動方向から指令運動方向にまで回頭する間は、指令回頭角速度を実現できる回頭船体制御力を求め、
推力分配部は、船体制御力および回頭船体制御力を、前進一定回転するプロペラ推進器の推力と2枚の高揚力舵の舵角の組み合わせとで発生させる目標推進器推力と、船首スラスターで発生させる目標スラスター推力とに分配し、さらに目標推進器推力における船首尾方向静定速度と船尾横移動静定速度を求めるとともに、目標スラスター推力における船首横移動静定速度を求め、
操作量変換部は、船首尾方向静定速度と船尾横移動静定速度を実現するための2枚の高揚力舵のそれぞれの舵角操作量を求めて舵取機に指示するとともに、船首横移動静定速度を実現するための船首スラスターのピッチ角操作量を求めてスラスター制御装置に指示することを特徴とする船舶操縦装置。
Equipped with a thrust system and a ship maneuvering system that controls the thrust system,
The thrust system controls a propeller propeller consisting of a single-axis propeller, two high-lift rudders located behind the propeller, a steering device for driving the high-lift rudder, a bow thruster, and a bow thruster. Having a thruster control device,
The ship maneuvering system includes a command unit, a hull motion control unit, and a sensor unit,
In the marine vessel maneuvering support mode, in which the command section directs the command movement direction, the command turning angular speed, the bow direction command speed, and the hull lateral command speed to the hull motion control section, and maneuvers the boat.
The sensor unit detects the heading of the hull, the speed in the stern direction, the lateral speed of the hull, the turning angular velocity during the turning motion, and the current ship position ,
The hull motion control unit includes a control force estimation unit, a thrust distribution unit, and an operation amount conversion unit,
The control force estimating unit is configured to calculate a hull fluid force that is in a steady motion with respect to the forward direction command speed and the lateral direction command speed, a deviation between the forward direction command speed and the constantly changing forward direction speed, and The deviation between the lateral command speed and the ever-changing hull lateral speed, and the declination between the commanded heading and the ever-changing heading when the commanded motion direction is commanded, and the hull fluid force And the hull control force for realizing the command movement direction, the bow-direction command speed, and the hull lateral command speed based on the deviation and the declination, and turn from the command motion direction to the command motion direction. In the meantime, the turning hull control force that can achieve the command turning angular velocity is determined,
The thrust distribution unit generates the hull control force and the turning hull control force by the combination of the thrust of the propeller thruster rotating forward and constant and the steering angle of the two high-lift rudders, and the thruster of the bow. To the target thruster to be thrust, and further to obtain the stabilizing speed in the bow and stern direction and the stabilizing speed in the stern lateral movement in the thrust of the target propulsor.
The operation amount conversion unit obtains a steering angle operation amount of each of the two high-lift rudders for realizing the fore- and- aft stabilizing speed and the stern lateral moving stabilizing speed, and instructs the steering machine to the steering angle. A ship maneuvering device for obtaining a pitch thrust operation amount of a bow thruster for realizing a moving stabilizing speed and instructing a thruster control device.
指令部は、操作レバーおよび回頭スイッチを有し、操作レバーの傾倒方向で船体の指令運動方向を指令し、傾倒方向における傾倒角度で船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を指令し、回頭スイッチの操作により指令回頭角速度を指令することを特徴とする請求項1に記載の船舶操縦装置。   The command unit has an operation lever and a turning switch, instructs a command movement direction of the hull in a tilt direction of the operation lever, and commands a forward and aft command speed and a hull lateral command speed in a tilt angle in the tilt direction. 2. The marine vessel maneuvering device according to claim 1, wherein the command turning angular velocity is commanded by operating a switch. 回頭スイッチは、操作レバーの頂部に設けたことを特徴とする請求項2に記載の船舶操縦装置。   The marine vessel maneuvering device according to claim 2, wherein the turning switch is provided on a top of the operation lever. センサー部は、船首方位および回頭角速度をGPSコンパスを用いて検出し、船首尾方向速度および船体横方向速度をGPSを用いて検出し、船位をGPSおよび電子海図システムを用いて検出することを特徴とする請求項1に記載の船舶操縦装置。   The sensor unit detects the heading and turning angular velocity using a GPS compass, detects the bow direction and hull lateral velocity using GPS, and detects the ship position using GPS and an electronic chart system. The ship steering device according to claim 1, wherein 操船システムは、指令部により操船する操船支援モードと自動誘導操船部により操船する自動誘導モードを切り替える切換スイッチを有し、
自動誘導モードにおいて、自動誘導操船部は、自船の現在位置情報、誘導経路情報、停船保持位置情報に基づいて船首尾方向指令速度および船体横方向指令速度を船体運動制御部へ指令して自船を誘導制御することを特徴とする請求項1に記載の船舶操縦装置。
The ship maneuvering system has a changeover switch for switching between a ship maneuvering assist mode in which the ship is maneuvered by the command unit and an automatic guidance mode in which the ship is maneuvered by the automatic guidance maneuvering unit,
In the automatic guidance mode, the automatic guidance and maneuvering unit commands the hull motion control unit based on the current position information of the own ship, the guidance route information, and the stop holding position information, and instructs the hull motion control unit on the forward and backward direction command speed. The ship maneuvering device according to claim 1, wherein the ship is guided and controlled.
操船システムは、指令部により操船する操船支援モードとマニュアル操船するマニュアルモードを切り替える切換スイッチを有し、
マニュアルモードにおいて、回頭スイッチで船首スラスターの出力を制御して船首横移動静定速度をマニュアル調整し、操舵レバーで二枚の高揚力舵の舵角の組み合わせを制御して船尾横移動静定速度をマニュアル調整することを特徴とする請求項2に記載の船舶操縦装置。
The ship maneuvering system has a changeover switch for switching between a ship maneuvering assist mode for maneuvering by a command unit and a manual mode for manual maneuvering,
In manual mode, the turning switch controls the output of the bow thruster to manually adjust the stabilizing speed of the bow lateral movement, and the steering lever controls the combination of the two high-lift rudder rudder angles to control the stabilizing speed of the stern lateral movement. The ship control device according to claim 2, wherein the control is manually performed.
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