JPH0140361B2

JPH0140361B2 -

Info

Publication number: JPH0140361B2
Application number: JP55100824A
Authority: JP
Inventors: Noryuki Akasaka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1980-07-23
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1989-08-28
Also published as: JPS5725006A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、首振り式吊下げ型プロペラを推力発
生装置とする船舶に関し、特にその自動位置制御
装置に関する。

従来より、首振り式可変翼プロペラ（以下、
「首振り式プロペラ」という。）には、プロペラ中
心軸が360度向きを変えることができるように旋
回角サーボ機構が装備されており、またプロペラ
発生推力の大きさを変えるためにプロペラ翼角を
制御する翼角サーボ機構が装備されている。

したがつてプロペラ旋回角とプロペラ翼角との
適当な組合わせにより操従者は希望する推力ベク
トルを発生させることができるようになつてい
る。

ところで、第１図に示すごとく、海上作業を目
的とする船舶１には、風、潮流、波などの外乱に
対して作業中の定位置保持を行なうため、２台の
首振り式吊下げ型プロペラ２１，２２が装備され
ている。

第２図に示すように船舶１の船首部において、
第１の首振り式プロペラ２１が船体中心線上に装
備されるとともに、船尾部において、第２の首振
り式プロペラ２２が船体中心線上に装備されてい
るとき、これら２台の首振り式プロペラ２１，２
２の操縦装置をブロツク図で示すと、第３図のよ
うになる。

このように第３図は２台の首振り式プロペラ２
１，２２を装備した船舶１の操縦装置を示すが、
符号１００〜１０３は第１の首振り式プロペラ２
１の操縦系を構成する装置を示しており、符号１
０４〜１０７は第２の首振り式プロペラ２２の操
縦系を構成する装置を示している。

今、操縦者が第１の翼角ハンドル１００を操作
すると、第１の翼角サーボ機構１０１が作動し
て、プロペラの翼角が所定の値に保たれ、プロペ
ラの推力の大きさが制御される。

次に操縦者が第１の旋回角ハンドル１０２を操
作すると第１の旋回角サーボ機構１０３が作動し
てプロペラの旋回角が所定の向きに保たれ、プロ
ペラの推力ベクトルの向きが制御される。

このようにして第２図に示すごとく操縦者が希
望する推力ベクトルT₁を第１の首振り式プロペ
ラ２１に発生させることができる。

同様に、操縦者が第２の翼角ハンドル１０４を
操作すると、第２の翼角サーボ機構１０５が作動
して、プロペラの翼角が所定の値に保たれ、プロ
ペラの推力の大きさが制御される。

次に操縦者が第２の旋回角ハンドル１０６を操
作すると、第２の旋回角サーボ機構１０７が作動
して、プロペラの旋回角が所定の向きに保たれ、
プロペラの推力ベクトルの向きが制御され、これ
により第２図に示すように推力ベクトルT₂が第
２の首振り式プロペラ２２に発生する。

このように操縦者は推力ベクトルT₁，T₂の組
合わせによつて風や潮流などの外乱に対抗して船
舶１の定位置の保持を図ることができるのであ
る。

次に、上述のごとく各１台の首振り式プロペラ
２１，２２をそれぞれ船首尾部に配置した船舶１
の定位置保持のための操作について述べる。

第４図に示すように、船体右前方より風あるい
は潮流を受けた場合、船体は船体重心Ｇに抵抗力
Ｆおよび船体重心周りに抵抗モーメントＭを受け
る。したがつて船体重心Ｇより前方のＯ点に力
F_Tが作用した場合と等価になる。

この抵抗力F_Tに対抗して船位および方位を維
持するためには、第５図ａ，ｂ，ｃに示すような
３種類の推力ベクトルT₁，T₂の組合わせが考え
られる。

また、第４図に示すように、船体は細長い形状
のため外乱（以下、図中では符号Ｓで示す）の入
射角Ψ_Dが比較的小さくても船体に働く横方向の
抵抗力F_Yは大きく、船体中心線方向の抵抗力F_X
は小さいという外乱抵抗特性を有している。

したがつて第５図に示す３種類の推力ベクトル
の組合わせのうちで、第５図ａに示す組合わせで
は、船首部の推力ベクトルT₁は抵抗モーメント
Ｍおよび横方向の大きな抵抗力F_Yに対抗するの
に効果的であるため、大きな推力となるが、推力
ベクトルT₁による旋回モーメントは船体重心Ｇ
から推力ベクトルT₁までの大きな腕のため抵抗
モーメントＭより過大となる一方で、横方向から
の抵抗力F_Yには十分対抗できないことが一般的
である。

そのため船尾部の推力ベクトルT₂は推力ベク
トルT₁の過大な旋回ベクトルを打消すとともに
横方向の抵抗力F_Yに対して不足する横方向の推
力成分を発生しなければならない。

しかしながら、この第５図ａに示す推力ベクト
ルT₁，T₂の組合わせでは、横方向の抵抗力F_Yと
抵抗モーメントＭとに対しては平衡できても、船
体中心線方向の小さい抵抗力F_Xに対しては推力
ベクトルが過大になつてしまうのが一般的であ
る。

したがつて、各１台の首振り式プロペラ２１，
２２をそれぞれ船首尾部に配置した船舶１の定位
置保持のための推力ベクトルの組合わせとして第
５図ａの組合わせは一般的に不可能である。

次に第５図ｂに示す組合わせでは推力ベクトル
T₁は上述の第５図ａに示す組合わせの場合と同
様に大きな推力となるが、上述のごとく船尾部の
推力ベクトルT₂は、推力ベクトルT₁による過大
な旋回モーメントを打消すこと、横方向の大きな
抵抗力F_Yに対して不足する横方向の推力成分を
発生することおよび船体中心線方向の小さい抵抗
力F_Xと均衡するように推力ベクトルT₁の船体中
心線方向の過大な成分を打消すことという以上３
つの役割を同時に果たせるような推力ベクトルを
発生しなければならない。

そしてこの場合は、第５図ｂに示すように、推
力ベクトルT₂が第５図ａに示す組合わせとは逆
に船尾方向に推力を発生することにより、上述の
３つの役割を同時に果すことができる。

したがつて、第２図に示すように、首振り式プ
ロペラ２１，２２を配置した船舶１の定点保持の
ための推力ベクトルの組合わせとしては第５図ｂ
に示す組合わせが可能となる。

また、第５図ｃに示す組合わせでは、推力ベク
トルT₁が第５図ｂに示す組合わせとは逆に船尾
方向に推力を発生しており、横方向の推力成分や
旋回モーメントに対して第５図ｂに示す組合わせ
と同様の効果を与えることができる。

しかし船体中心線方向の小さい抵抗力F_Xと均
衡するためには、推力ベクトルT₂は推力ベクト
ルT₁の船体中心線方向の後進推力に打勝てる前
進推力を発生しなければならない。

そのため、第５図ｃに示すように、推力ベクト
ルT₂が船首方向に発生すると、船体中心線方向
の小さい抵抗力F_Xと均衡でき、推力ベクトルT₁
による過大な旋回モーメントを打消すことがで
き、しかも横方向の大きな抵抗力F_Yに対して不
足する横方向の推力成分を発生できる。

したがつて、第２図に示すように、首振り式プ
ロペラ２１，２２を配置した船舶の定点保持のた
めの推力ベクトルの組合わせとしては、第５図ｃ
に示す組合わせも可能である。

第５図ｂ，ｃに示す各組合わせ共に船首尾部に
配置された首振り式プロペラ２１，２２の推力ベ
クトルT₁，T₂の船体中心線方向成分が相殺され
る不利はあるが、船舶１の外乱抵抗特性に適した
推力ベクトルの組合わせが実現できる。

したがつて従来は操縦者は例えば第５図ｂに示
す推力ベクトルの組合わせとなるように２つの翼
角ハンドル１００，１０４と２つの旋回角ハンド
ル１０２，１０６とを操作して、目標となる地点
にかつ所定の船首方位を維持するように操船して
いた。

なお、第６図ａ，ｂ，ｃはそれぞれ左前方から
の外乱、右後方からの外乱および左後方からの外
乱に対して、操縦者が船舶１の定点保持のために
実現する推力ベクトルT₁，T₂の組合わせを示す。

このように各種海上作業を行なう船舶では、作
業内容から風や潮流などの外乱に対して、船舶の
位置および方位を保ち続けることが要求される。

しかしながら従来の手段では、船首部と船尾部
とに１台ずつ首振り式プロペラを装備した船舶に
おいて、操縦者が船舶の位置および方位のずれを
メータを見ながら４つの操作量すなわち２つの翼
角ハンドルと２つの旋回角ハンドルとをそれぞれ
操作して定位置を保持させることは、大変困難で
操縦者の労力負担は大きく、また作業能率も悪く
熟練者を必要とするなどの問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとす
るもので、船首部と船尾部とに各１台の首振り式
プロペラを装備した船舶において、操縦者が希望
する設定値を入力する位置設定器や方位設定器、
位置検出器、ジヤイロコンパス、船位偏差変換
器、PID制御器、加算器、減算器、乗算器、符号
変換器、翼角検出器、旋回角検出器等を装備し
て、これらを巧みに組合わせることによつて、操
縦者は翼角ハンドルや旋回角ハンドルを操作する
ことなく、風や潮流などの外乱力に対して自動的
に２台の首振り式プロペラの推力ベクトルを調整
して船舶が操縦者の希望する位置および方位を保
つことができるようにした船舶の自動位置制御装
置を提供することを目的とする。

このため、本発明の船舶の自動位置制御装置
は、船首部に第１の首振式プロペラをそなえると
ともに、船尾部に第２の首振り式プロペラをそな
えた船舶において、あらかじめ決められた空間固
定の座標系での船舶の位置座標を検出する位置検
出器と、上記座標系に設定する位置の位置座標信
号を出力する位置設定器と、船舶の方位を検出す
る方位検出器と、船舶の方位設定信号を出力する
方位設定器とが設けられるとともに、上記位置設
定器の出力と上記位置検出器の出力とが入力され
る第１の減算器と、上記位置設定器の出力と上記
位置検出器の出力とが入力される第２の減算器
と、上記方位設定器の出力と上記方位検出器の出
力とが入力される第３の減算器と、上記の第１お
よび第２の減算器の出力と上記方位設定器の出力
とが入力されて設定方位方向の位置偏差信号と設
定方位に直角方向の位置偏差信号とを出力する位
置偏差変換器と、同位置偏差変換器の第１の位置
偏差信号出力が入力される第１〜第４のPID制御
器と、上記位置偏差変換器の第２の位置偏差信号
出力が入力される第５〜第８のPID制御器と、上
記第３の減算器との出力と上記方位検出器の出力
が入力される第９〜第12PID制御器と、上記第５
のPID制御器と上記第９のPID制御器の各出力が
入力される第１の加算器と、上記第１の首振り式
プロペラの旋回角を検出して同旋回角が右向きの
場合を正とし同旋回角が左向きの場合を負として
出力しうる第１の旋回角検出器と、同第１の旋回
角検出器の出力と上記第１の加算器の出力とがそ
れぞれ入力されて上記第１の旋回角検出器の出力
信号が負の場合には上記第１の加算器の出力信号
の符号を変換して出力し上記第１の旋回角検出器
の出力信号が正の場合には上記第１の加算器の出
力信号の符号を変換せずそのまま出力する第１の
符号変換器と、上記第１のPID制御器と上記第１
の符号変換器の出力とが入力される第２の加算器
と、同第２の加算器の出力が入力される第１の翼
角サーボ機構と、同第１の翼角サーボ機構のプロ
ペラ推力量を検出して同プロペラ推力量が前進推
力量の場合に上記プロペラ推力量の符号を正とし
後進推力量の場合に上記プロペラ推力量の符号を
負とする第１の翼角検出器と、同第１の翼角検出
器と上記第１の旋回角検出器の出力とが入力され
てこれら２つの入力信号の積を出力する第１の乗
算器と、上記第２のPID制御器と上記第１の乗算
器の出力とがそれぞれ入力されて上記第１の乗算
器の出力信号が負の場合には上記第２のPID制御
器の出力信号の符号を変換して出力し上記第１の
乗算器の出力信号が正の場合には上記第２のPID
制御器の出力信号の符号を変換せずそのまま出力
する第２の符号変換器と、同第２の符号変換器と
上記第６のPID制御器と上記第10のPID制御器の
各出力とが入力される第３の加算器と、同第３の
加算器の出力が入力される第１の旋回角サーボ機
構と、上記第７のPID制御器と上記第11のPID制
御器の各出力が入力される第４の加算器と、上記
第２の首振り式プロペラの旋回角を検出して同旋
回角が右向きの場合を正とし同旋回角が左向きの
場合を負として出力しうる第２の旋回角検出器
と、同第２の旋回角検出器の出力と上記第４の加
算器の出力とがそれぞれ入力されて上記第２の旋
回角検出器の出力信号が負の場合には上記第４の
加算器の出力信号の符号を変換して出力し上記第
２の旋回角検出器の出力信号が正の場合は上記第
４の加算器の出力信号をそのまま出力する第３の
符号変換器と、上記第３のPID制御器と上記第３
の符号変換器の各出力とが入力される第５の加算
器と、同第５の加算器の出力が入力される第２の
翼角サーボ機構と、同第２の翼角サーボ機構のプ
ロペラ推力量を検出して同プロペラ推力量が前進
推力量の場合に上記プロペラ推力量の符号を正と
し後進推力量の場合に上記プロペラ推力量の符号
を負とする第２の翼角検出器と、同第２の翼角検
出器と上記第２の旋回角検出器の各出力とが入力
されてこれら２つの入力信号の積を出力する第２
の乗算器と、上記第４のPID制御器と上記第２の
乗算器の各出力とがそれぞれ入力されて上記第２
の乗算器の出力信号が負の場合には上記第４の
PID制御器の出力信号の符号を変換して出力し上
記第２の乗算器の出力が正の場合は上記第４の
PID制御器の出力信号をそのまま出力する第４の
符号変換器と、同第４の符号変換器と上記第８の
PID制御器と上記第12のPID制御器の各出力とが
入力される第６の加算器と、同第６の加算器の出
力が入力される第２の旋回角サーボ機構とが設け
られたことを特徴としている。

以下、図面により本発明の一実施例としての船
舶の自動位置制御装置について説明すると、第７
図はそのブロツク図、第８図はそのあらかじめ決
められた空間固定の座標系を示す説明図、第９図
ａ〜ｄはいずれもベクトル表示される首振り式プ
ロペラの推力を説明するための模式図、第１０図
はその位置偏差変換器の第１の位置偏差信号につ
いての説明図、第１１図ａ〜ｄはいずれもその作
用を説明するための模式図、第１２図はその位置
偏差変換器の第２の位置偏差信号についての説明
図、第１３図ａ，ｂ、第１４図ａ，ｂ、第１５図
ａ，ｂおよび第１６図ａ，ｂはいずれもその作用
を説明するための模式図、第１７図ａ〜ｆはいず
れもそのシユミレーシヨン結果を示すグラフ、第
１８図はそのシユミレーシヨンの条件を説明する
ための模式図である。

船首部に、第１の首振り式可変翼プロペラ（以
下「第１の首振り式プロペラ」という。）２１を
そなえるとともに、船尾部に第２の首振り式可変
翼プロペラ（以下「第２の首振り式プロペラ」と
いう。）２２をそなえた船舶１において、操縦者
は、位置設定器３００に第８図に示すようなあら
かじめ決められた空間固定座標系（ｘ、ｙ）での
位置座標設定値x_s，y_sを与えるとともに、方位設
定器３０１に、船首方位設定値Ψ_sを与える。こ
こで第８図においてｘ軸をΨ＝０度に対応させて
いる。

また、位置検出器３０２は船位座標（ｘ、ｙ）
を検出し、方位検出器としてのジヤイロコンパス
３０３は船首方位Ψを検出するようになつてい
る。

さらに第１および第２の減算器３０４，３０５
は位置設定器３００と位置検出器３０２との各出
力信号の差である船位偏差信号〔△ｘ（＝ｘ−
x_s）〕、〔△ｙ（＝ｙ−y_s）〕をそれぞれ出力し、第
３の減算器３０６は方位設定器３０１とジヤイロ
コンパス３０３との各出力信号の差である方位偏
差信号△Ψ（＝Ψ−Ψ_s）を出力する。

船位偏差変換器３０７は船位偏差信号（△ｘ，
△ｙ）および方位設定信号Ψ_sより下記演算式(1)
により設定方位方向の船位偏差信号△x₀および設
定方位方向に直角の船位偏差信号△y₀を出力する
ようになつている。

なお、座標（△x₀、△y₀）は第８図で設定方位
Ψ_s方向とこれに直角方向とに座標軸を一致させ
た座標系（x₀，y₀）での船位座標を表わしてい
る。

△x₀＝△xcosΨ_s＋△ysinΨ_s △y₀＝−△xsinΨ_s＋△ycosΨ_s ……(1) 以下、首振り式プロペラ２１，２２の推力はベ
クトル表示とし、「推力量」はベクトルの大きさ
を意味しプロペラ翼角に比例する量で記号で表
わす。又「推力方向」はベクトルの方向を意味し
プロペラ旋回角に比例する量で記号θで表わす。
更に符号規則は正の推力量は前進推力を表わし、
負の推力量は後進推力を表わすものとする。

そして推力方向は船体中心線方向を零度とし、
右舷側の推力方向を正とし、左舷側の推力方向を
負として、それぞれ±90度を最大の推力方向とす
る。なお後進推力の推力方向はベクトルの矢印を
反対側に延ばして船体中心線となす角とする（第
９図参照）。

ところで、第１および第２のPID制御器３０
８，３０９は船位偏差変換器３０７の出力信号△
x₀を入力として、第１の首振り式プロペラ２１の
推力量に対する要求信号_1xと推力方向に対する
要求信号θ_1xとを出力し、位置偏差△x₀が零にな
るようにする制御器である。

ここで第１の首振り式プロペラ２１に対する要
求信号_1x，θ_1xは次のようになる。_1x ＝K_PX1△x₀＋K_IK1∫△x₀dt ＋K_DK1ｄ／dt（△x₀） ……(2) なおK_PX1、K_IK1、K_DK1＜０と定めておく。

θ_1X＝K_PX2△x₀＋K_IX2∫△x₀dt ＋K_DX2ｄ／dt（△x₀） ……(3) なおK_PX2、K_IX2、K_DX2＞０と定めておく。

ここで、△x₀は第１０図に示す距離であり、第
１０図に示すように、△x₀＞０のとき、すなわち
座標系（x₀、y₀）で船舶１の位置がy₀軸より上方
にあるときは、(2)式より推力量に対する要求信号
_1Xは負となり、第１の首振り式プロペラ２１に
後進推力量を要求することにより、船舶１の位置
を設定位置（x_s、y_s）に戻そうとする。

(3)式よりθ_1Xは正となり、推力ベクトルが第１
１図ａ，ｂの状態にあるときは、推力ベクトルが
矢印の方向に回転して船舶１の前後方向の推力成
分を減少させ、船舶１を後方に下げて設定位置に
戻そうとする。

また推力ベクトルが、第１１図ｃ，ｄの状態に
ある場合には、船舶１を設定位置に推力ベクトル
を矢印の方向に回転させる必要があり、そのため
には推力方向の要求信号θ_1Xは負にする必要があ
る。

さらに、第１１図ａ，ｂの場合、推力ベクトル
の推力量検出信号₁と旋回角検出信号θ₁との積
₁θ₁は正となり、第１１図ｃ，ｄの場合の推力ベ
クトルでは、同積₁θ₁が負となるから、第２の
PID制御器３０９は船舶１を設定位置に戻すため
に、検出信号の積₁θ₁が負の場合は(3)式より算出
された推力方向に対する要求信号θ_1Xの符号を反
転して出力する必要がある。

このように積₁θ₁が負の場合に推力方向の要求
信号θ_1Xの符号を反転させる役割は後述の第２の
符号変換器３２６で行なう。

また△x₀＜０のときは、(2)式より_1Xは正とな
り、第１の首振り式プロペラ２１に、前進推力を
要求することにより、船舶１を設定位置に戻そう
とする。

(3)式よりθ_1Xは負となり、推力ベクトルが、第
１１図ａ，ｂの状態にあるときは、推力ベクトル
が第１１図ａ，ｂに示す矢印とは逆の方向に回転
して船舶１を前方に戻そうとする。

また推力ベクトルが、第１１図ｃ，ｄの状態に
あるときは、要求信号θ_1Xの符号を反転して正と
するため、推力ベクトルは第１１図ｃ，ｄに示す
矢印の方向とは逆方向に回転して、船舶１の位置
を設定位置に戻そうとする。

なお、上記(2)、(3)式における第２項の積分項
は、風や潮流などの外乱があるときに、船舶１が
設定位置に戻つて位置偏差△x₀が零の状態〔この
とき(2)、(3)式の第１項による要求信号は零にな
る。〕でも、外乱力に対抗できる推力ベクトルを
第１の首振り式プロペラ２１に保持し続けるよう
に要求信号を出力する役割を果す項である。

また(2)、(3)式における第３項の微分項は、第１
の首振り式プロペラ２１の推力ベクトルにより、
船舶１が設定位置に戻りつつあるときに、設定位
置より行き過ぎがないように第１の首振り式プロ
ペラ２１の推力ベクトルに制動効果を持たせて安
定な位置制御を実現する役割を果す項である。

第３および第４のPID制御器３１０，３１１
は、x₀軸方向の位置偏差△x₀を入力として、第２
の首振り式プロペラ２２の推力量に対する要求信
号_2Xと推力方向に対する要求信号θ_2Xとを出力
し、位置偏差△x₀が零になるようにする制御器で
ある。

ここで第２の首振り式プロペラ２２に対する要
求信号_2X，θ_2Xは次のようになる。_2X ＝K_PX3△x₀＋K_IX3∫△x₀dt ＋K_DX3ｄ／dt（△x₀） ……(4) なおK_PX3、K_IX3、K_DX3＜０と定めておく。

θ_2X＝K_PX4△x₀＋K_IX4∫△x₀dt ＋K_DX4ｄ／dt（△x₀） ……(5) なおK_PX4、K_IX4、K_DX4＞０と定めておく。

ここで、第２の首振り式プロペラ２２に対する
第３のPID制御器３１０の役割は、上述の第１の
首振り式プロペラ２１に対する第１のPID制御器
３０８の役割と全く同様であるので、その作用の
説明は省略する。

また、第４のPID制御器３１１の役割は、上述
の第２のPID制御器３０９の役割と同じであり、
第４のPID制御器３１１は第２の首振り式プロペ
ラ２２の推力量検出信号₂と旋回角検出信号θ₂と
の積が負の場合には、要求信号θ_2Xの符号を反転
させて出力する必要がある。

上記(4)、(5)式の積分項は、(2)、(3)式の積分項と
同様に、船舶１の位置偏差△x₀が零の状態でも外
乱力に対抗できる推力ベクトルを第２の首振り式
プロペラ２２に保持し続ける役割を果す項であ
る。

また(4)、(5)式の微分項は、(2)、(3)式の微分項と
同様に、船舶１の位置偏差修正時に第２の首振り
式プロペラ２２の推力ベクトルに制動効果を持た
せて安定な位置制御を実現する役割を果す項であ
る。

第５および第６のPID制御器３１２，３１３
は、位置偏差変換器３０７の出力信号△y₀を入力
として、第１の首振り式プロペラ２１の推力量に
対する要求信号_1Yと推力方向に対する要求信号
θ_1Yとを出力し、位置偏差△y₀が零になるように
する役割を果すもので、第１の首振り式プロペラ
２１に対する要求信号_1Y，θ_1Yは次式のようにな
る。_1Y ＝K_PY5△y₀＋K_IY5∫△y₀dt ＋K_DY5ｄ／dt（△y₀） ……(6) なおK_PY5、K_IY5、K_DY5＜０と定めることにす
る。

θ_1Y＝K_PY6△y₀＋K_IY6∫△y₀dt ＋K_DY6ｄ／dt（△y₀） ……(7) なおK_PY6、K_IY6、K_DY6＜０と定めておく。

ここで△y₀は第１２図に示す距離であり、船舶
１が右前方より風や潮流などの外乱を受けて流さ
れ、x₀軸より左側に来たとすると、このとき△y₀
＜０となり、(6)、(7)式より第１の首振り式プロペ
ラ２１に対する要求信号_1Y，θ_1Yは、_1Y＞０、
θ_1Y＞０になる。

したがつて第１の首振り式プロペラ２１の推力
ベクトルは、第１３図ａに示すように、第１象限
内にあり、右前方からの外乱に対し、前記第５図
ｂに示す推力ベクトルT₁が実現される。

次に、船舶１が左前方からの外乱によりx₀軸の
右側に来た場合、すなわち△y₀＞０のときは、
(6)、(7)式より第１の首振り式プロペラ２１の推力
ベクトルに対する要求信号_1Y，θ_1Yは、_1Y＜０、
θ_1Y＜０になる。

したがつて第１の首振り式プロペラ２１の推力
ベクトルは、第１３図ｂ中の破線矢印で示すよう
に、第４象限内に生じ、この推力ベクトルでは位
置偏差をますます増大させることになるが、前述
のごとく左前方の外乱に対して船舶１の定位置保
持を実現できる推力ベクトルの組合わせは、前記第６図ａに示
す組合わせでなければならないため、旋回角検出
信号θ₁が負の場合は推力量の要求信号_1Yの符号
を変換する必要があるが、第５のPID制御器３１
２は第１の首振り式プロペラ２１の旋回角検出信
号θ₁が負のときは推力量の要求信号_1Yの符号を
変換して出力し、これにより第１３図ｂ中実線の
矢印で示す推力ベクトルを第１の首振り式プロペ
ラ２１に実現でき、船舶１の定位置保持が可能と
なるのである。

なお、旋回角検出信号θ₁が負のときに推力量の
要求信号_1Yの符号を変換する役割は、後述の第
１の符号変換器３２１で行なわせる。

第７および第８のPID制御器３１４，３１５
は、y₀軸方向の位置偏差信号△y₀を入力として、
第２の首振り式プロペラ２２の推力量に対する要
求信号_2Yおよび推力方向に対する要求信号θ_2Yを
それぞれ出力し、位置偏差△y₀が零となるように
する。

ここで第２の首振り式プロペラ２２に対する要
求信号_2Y、θ_2Yは次式のようにする。_2Y ＝K_PY7△y₀＋K_IY7∫△ydt ＋K_DY7ｄ／dt（△y₀） ……(8) なおK_PY7、K_IY7、K_DY7＜０と定めておく。

θ_2Y＝K_PY8△y₀＋K_IY8∫△y₀dt ＋K_DY8ｄ／dt（△y₀） ……(9) なおK_PY8、K_IY8、K_DY8＞０と定めておく。

ところで、船舶１が右前方より外乱を受けてx₀
軸の左側に来たとすると、△y₀＜０となり、(8)、
(9)式より第２の首振り式プロペラ２２の推力ベク
トルに対する要求信号_2Y，θ_2Yは_2Y＞０、θ_2Y＜
０になる。

したがつて第２の首振り式プロペラ２２の推力
ベクトルは、第１４図ａ中の破線の矢印で示すよ
うに、第２象限に生じ、この推力ベクトルでは位
置偏差をますます増大させることになるが、前述
のごとく、右前方の外乱に対して船舶１を定点保
持できる推力ベクトルの組合わせは前記第５図ｂ
に示す組合わせでなければならないので、第１の
首振り式プロペラ２１の要求信号の場合と同様
に、第２の首振り式プロペラ２２の旋回角検出信
号θ₂が負の場合は、推力量の要求信号_2Yの符号
を変換する必要がある。

したがつて第７のPID制御器３１４は第２の首
振り式プロペラ２２の旋回角検出信号θ₂が負のと
きは推力量の要求信号_2Yの符号を変換して出力
すると第１４図ａの実線の矢印で示す推力ベクト
ルを第２の首振り式プロペラ２２に実現でき、船
舶１の定位置保持が可能となる。

また旋回角検出信号θ₂が負のときに推力量の要
求信号_2Yの符号を変換する役割は後述の第３の
符号変換器３３１で行なわせる。

次に、船舶１が左前方から外乱を受けてx₀軸の
右側に来たとすると、△y₀＞０となり、(8)、(9)式
より第２の首振り式プロペラ２２の推力ベクトル
に対する要求信号_2Y，θ_2Yは_2Y＜０、θ_2Y＞０に
なる。

したがつて第２の首振り式プロペラ２２の推力
ベクトルは、第１４図ｂに示すように、第３象限
内に生じ、左前方からの外乱に対して前記第６図
ａに示す推力ベクトルが実現され、船舶１の定位
置保持が可能となるのである。

なお、(6)〜(9)式における第２項の積分項は、船
舶１が設定位置に戻つて位置偏差△y₀が零の状態
（このとき第１項による要求信号は零になる。）で
も、風や潮流などの外乱力に対抗できる推力ベク
トルをそれぞれの首振り式プロペラに保持し続け
るように要求信号を出力する役割を果す項であ
る。

また(6)〜(9)式における第３項の微分項は、それ
ぞれのプロペラの推力ベクトルにより船舶１が設
定位置に戻りつつあるときに設定位置より行き過
ぎがないようにプロペラの推力力ベクトルに制動
効果を持たせて安定な位置制御を実現する役割を
果す項である。

第９および第10のPID制御器３１６，３１７は
第３の減算器３０６の出力すなわち方位偏差信号
△Ψとジヤイロコンパス３０３の出力信号Ψとを
入力として、第１の首振り式プロペラ２１の推力
量に対する要求信号₁〓と推力方向に対する要求
信号θ₁〓とを出力して、方位偏差△Ψが零になる
ようにする役割を果すもので、第１の首振り式プ
ロペラ２１に対する要求信号₁〓，θ₁〓は次式のよ
うになる。₁ 〓＝K_P〓₉△Ψ＋K₁〓₉∫△Ψdt＋K_D〓₉dΨ／dt……(
10) なおK_P〓₉、K_I〓₉、K_D〓₉＜０と定めておく。

θ₁〓＝K_P〓₁₀△Ψ＋K_I〓₁₀∫△Ψdt＋K_D〓₁₀dΨ／dt ……(11) なおK_P〓₁₀、K_I〓₁₀、K_D〓₁₀＜０と定めておく。

船舶１が、第１５図ａに示すように、右前方か
らの外乱を受けると、船首方位が変つて方位偏差
△Ψが△Ψ＜０となり、(10)、(11)式より第１の首振
り式プロペラ２１の推力ベクトルに対する要求信
号₁〓，θ₁〓は₁〓＞０、θ₁〓＞０になる。

したがつて、第１の首振り式プロペラ２１の推
力ベクトルは、第１５図ａに示すように、第１象
限内に生じ、船首方位を元に戻すような推力ベク
トルが実現されている。

次に船舶１が左前方からの外乱を受けると、方
位偏差△Ψが△Ψ＞０となり、(10)、(11)式より第１
の首振り式プロペラ２１の推力ベクトルに対する
要求信号₁〓，θ₁〓は₁〓＜０、θ₁〓＜０になる。

したがつて第１の首振り式プロペラ２１の推力
ベクトルは、第１５図ｂ中の破線の矢印で示すよ
うに、第４象限内に生じ、この推力ベクトルでは
方位偏差をますます増大させることになる。した
がつて船首方位を元に戻すような推力ベクトルを
実現するためには第１５図ｂの実線の矢印で示す
推力ベクトルが必要になるから、第１の首振り式
プロペラ２１の旋回角検出信号θ₁が負の場合は推
力量の要求信号₁〓の符号を変換する必要があ
る。

これにより第９のPID制御器３１６は、第１の
首振り式プロペラ２１の旋回角検出信号θ₁が負の
ときは、推力量の要求信号₁〓の符号を変換して
出力すると、第１５図ｂの実線の矢印で示す推力
ベクトルを第１の首振り式プロペラ２１に実現で
き、外乱による船首方位の修正がなされる。

なお、旋回角検出信号θ₁が負のときに推力量の
要求信号₁〓の符号を変換する役割は、後述の第
１の符号変換器３２１で行なわせる。

第11および第12のPID制御器３１８，３１９
は、方位偏差信号△Ψとジヤイロコンパス３０３
の出力信号Ψとを入力として、第２の首振り式プ
ロペラ２２の推力量に対する要求信号₂〓と推力
方向に対する要求信号θ₂〓とを出力し、方位偏差
△Ψが零になるようにする制御器である。

この第２の首振り式プロペラ２２に対する要求
信号₂〓，θ₂〓は次式のようになる。₂ 〓＝K_P〓₁₁△Ψ＋K₁〓₁₁∫△Ψdt ＋K_P〓₁₁dΨ／dt ……(12) なお、K_P〓₁₁、K₁〓₁₁、K_D〓₁₁＞０と定めておく。

θ₂〓＝K_P〓₁₂△Ψ＋K₁〓₁₂∫△Ψdt ＋K_D〓₁₂dΨ／dt ……(13) なお、K_P〓₁₂、K₁〓₁₂、K_D〓₁₂＜０と定めておく。

船舶１が、第１６図ａに示すように、右前方か
らの外乱を受けると、船首方位が変つて方位偏差
△Ψが△Ψ＜０となり、(12)、(13)式より第１の首
振り式プロペラ２１の推力ベクトルに対する要求
信号₂〓、θ₂〓は、₂〓＜０、θ₂〓＞０になる。

したがつて第２の首振り式プロペラ２２の推力
ベクトルは、第１６図ａに示すように、第３象限
内に生じ、船首方位を元に戻すような推力ベクト
ルが実現される。

次に船舶１が左前方からの外乱を受けると、方
位偏差△Ψが△Ψ＞０となり、(12)、(13)式より第
２の首振り式プロペラ２２の推力ベクトルに対す
る要求信号₂〓，θ₂〓は、₂〓＞０、θ₂〓＜０にな
る。

したがつて第２の首振り式プロペラ２２の推力
ベクトルは、第１６図ｂ中の破線の矢印で示すよ
うに、第２象限内に生じ、この推力ベクトルでは
方位偏差をますます増大させることになる。した
がつて船首方位を元を戻すためには、第１６図ｂ
の実線の矢印で示す推力ベクトルが必要とされる
から、第２の首振り式プロペラ２２の旋回角検出
信号θ₂が負の場合には、推力量の要求信号₂〓の
符号を変換する必要がある。

したがつて第11のPID制御器３１８は、第２の
首振り式プロペラ２２の旋回角検出信号θ₂が負の
ときは、推力量の要求信号₂〓の符号を変換して
出力すると、第１６図ｂに実線の矢印で示す推力
ベクトルを第２の首振り式プロペラ２２に実現で
き、外乱による船首方位の修正がなされる。

なお、(10)〜(13)式における第２項の積分項は、
船舶１が設定方位に戻つて方位偏差△Ψが零の状
態（このとき第１項による要求信号は零になる。）
でも、風や潮流などの外乱に対抗できる推力ベク
トルをそれぞれの首振り式プロペラに保持し続け
るように要求信号を出力する役割を果す項であ
る。

さらに、(10)〜(13)式における第３項の微分項
は、それぞれのプロペラの推力ベクトルにより船
舶１が設定方位に戻りつつあるときに設定方位よ
り行き過ぎがないようにプロペラの推力ベクトル
に制動効果を持たせて安定な方位制御を実現する
役割を果す項である。

第１の加算器３２０は、第５のPID制御器３１
２と第９のPID制御器３１６の出力信号とを入力
として、下記(14)式の加算結果_1Aを出力するも
のである。_1A ＝_1Y＋₁〓＝K_PY5△y₀＋K_1Y5∫△y₀dt ＋K_DY5ｄ／dt（△y₀）＋K_P〓₉△Ψ＋K₁〓₉∫△Ψdt＋K_D〓₉dΨ／dt……(14) 第１の符号変換器３２１は、第１の首振り式プ
ロペラ２１の旋回角が負すなわち推力ベクトルが
左向きの場合に、第１の加算器３２０が出力する
第１の首振り式プロペラ２１の推力量に対する要
求信号_1Aの符号を変換して、第１の首振り式プ
ロペラ２１に位置偏差△y₀および方位偏差△Ψの
修正を効果的に行なえるような推力ベクトルを実
現する役割を持つものである。

したがつてこの第１の符号変換器３２１は第１
の加算器３２０と後述する第１の首振り式プロペ
ラ２１の旋回角検出器３２９の各出力信号を入力
として、旋回角検出信号θ₁が負の場合には、第１
の加算器３２０の出力信号の符号を変換して出力
し、旋回角検出信号θ₁が正の場合は、第１の加算
器３２０の出力信号の符号を変換せずそのまま出
力する。

第２の加算器３２２は、第１のPID制御器３０
８と第１の符号変換器３２１の出力信号とを入力
として、第１の首振り式プロペラ２１の推力量に
対する要求信号_1dとして、下記(15)式の加算結
果を出力するものである。_1d ＝K_PX1△x₀＋K_IX1∫△x₀dt ＋K_DX1ｄ／dt（△x₀） ±｛K_PY5△y₀＋K_IY5∫△y₀dt ＋K_DY5ｄ／dt（△y₀）＋K_P〓₉△Ψ＋K_I〓₉∫△Ψdt＋K_D〓₉dΨ／dt｝ ……(15) 〔θ₁＞０のときは、＋符号選択 θ₁＜０のときは、−符号選択〕なお、この(15)式における第１〜第３項は風や
潮流などの外乱に対抗して第１の首振り式プロペ
ラ２１の推力量を変えることにより船舶１の位置
偏差△x₀が零となるように安定な位置制御を行な
う役割を果す項で、第４〜第６項は位置偏差△y₀
を零にする役割を果す項で、第７〜第９項は方位
偏差△Ψを零にする役割を果す項である。

また(15)式における符号の選択は、上述の第１
の符号変換器３２１が行なう。

第１の自動手動切換装置３２３は、既存の第１
の翼角ハンドル１００と第２の加算器３２２との
各出力信号を入力として、操縦者は希望する運転
モードに応じていずれかの信号を出力させること
ができるようになつている。

なお、既存の第１の翼角サーボ機構１０１は、
第１の自動手動切換装置３２３の出力信号によ
り、第１の首振り式プロペラ２１の推力量₁を
調節する。

第１の翼角検出器３２４は第１の首振り式プロ
ペラ２１の推力量を検出するもので、第１の乗算
器３２５はこの第１の翼角検出器３２４と後述の
第１の首振り式プロペラ２１用の第１の旋回角検
出器３２９との出力信号を入力としてその積を出
力するものである。

第２の符号変換器３２６は、第１の首振り式プ
ロペラ２１の推力量信号₁と旋回角信号θ₁の積が
負の場合に、第２のPID制御器３０９が出力する
第１の首振り式プロペラ２１の推力方向に対する
要求信号θ_1Xの符号を変換して、第１の首振り式
プロペラ２１に位置偏差△x₀の修正を効果的に行
なえるような推力ベクトルを実現する役割を果す
ものである。

したがつて、第２の符号変換器３２６は、第２
のPID制御器３０９と第１の乗算器３２５の各出
力信号を入力として、第１の乗算器３２５の出力
信号が負の場合は、第２のPID制御器３０９の出
力信号の符号を変換して出力し、乗算器３２５の
出力信号が正の場合は、第２のPID制御器３０９
の出力信号の符号を変換せずそのまま出力する。

第３の加算器３２７は、第２の符号変換器３２
６と第６のPID制御器３１３と第10のPID制御器
３１７との各出力信号を入力として、第１の首振
り式プロペラ２１の推力方向に対する要求信号
θ_1dとして、下記(16)式の加算結果を出力するもの
である。

θ_1d＝±｛K_PX2△x₀＋K_IX2∫△x₀dt ＋K_DX2ｄ／dt（△x₀）｝＋K_PY6△y₀＋K_IY6∫△y₀dt ＋K_DY6ｄ／dt（△y₀）＋K_P〓₁₀△Ψ＋K_I〓₁₀∫△Ψdt＋K_D〓₁₀dΨ／dt ……(16) 〔₁θ₁＞０のときは、＋符号選択 ₁θ₁＜０のときは、−符号選択〕なお、この(16)式における第１〜第３項は外乱
に対して第１の首振り式プロペラ２１の推力方向
を変えることにより船舶１の位置偏差△x₀が零に
なるようにする役割を果す項で、第４〜第６項は
位置偏差△y₀を零にする役割を果す項で、第７〜
第９項は方位偏差△Ψを零にする役割を果す項で
ある。

また(16)式における符号の選択は、上述の第２
の符号変換器３２６が行なう。

第２の自動手動切換装置３２８は、既存の第１
の旋回角ハンドル１０２と第３の加算器３２７と
の各出力信号を入力として、操縦者が希望する運
転モードに応じていずれかの信号を出力させるこ
とができるようにしたものである。

なお、既存の第１の旋回角サーボ機構１０３
は、第２の自動手動切換装置３２８の出力信号を
入力として、第１の首振り式プロペラ２１の旋回
角θ₁を調節する。

第１の旋回角検出器３２９は、第１の首振り式
プロペラ２１の旋回角θ₁を検出するもので、旋回
角検出信号θ₁は上述の第１の符号変換器３２１と
第１の乗算器３２５とに入力される。

第４の加算器３３０は、第７のPID制御器３１
４と第11のPID制御器３１８との各出力信号を入
力として、下記(17)式の加算結果_4Aを出力する
ものである。_4A ＝_2Y＋₂〓＝K_PY7△y₀＋K_IY7∫△y₀dt＋K_DY7ｄ／dt（△y₀）＝K_P〓₁₁△Ψ＋K_I〓₁₁∫△Ψdt＋K_D〓₁₁dΨ／dt ……(17) 第３の符号変換器３３１は、第１の首振り式プ
ロペラ２１に対する第１の符号変換器３２１と同
じ役割を第２の首振り式プロペラ２２について果
すもので、第４の加算器３３０と後述する第２の
首振り式プロペラ２２用の第２の旋回角検出器３
３９との各出力信号_4A，θ₂を入力として、旋回
角検出信号θ₂が負の場合は、第４の加算器３３０
の出力信号の符号を変換して出力し、旋回角検出
信号θ₂が正の場合は、第４の加算器３３０の出力
信号の符号を変換せずそのまま出力する。

第５の加算器３３２は、第３のPID制御器３１
０と第３の符号変換器３３１との各出力信号を入
力として、第２の首振り式プロペラ２２の推力量
に対する要求信号_2dとして、下記(18)式の加算
結果を出力するものである。_2d ＝K_PX3△x₀＋K_IX3∫△x₀dt ＋K_DX3ｄ／dt（△x₀） ±｛K_PY7△y₀＋K_IY7∫△y₀dt ＋K_DY7ｄ／dt（△y₀）＋K_P〓₁₁△Ψ＋K_I〓₁₁∫△Ψdt＋K_D〓₁₁dΨ／dt｝ ……(18) 〔θ₂＞０のときは、＋符号選択 θ₂＜０のときは、−符号選択〕なお、この(18)式における第１〜第３項は外乱
に対して第２のプロペラ２２の推力量を変えるこ
とにより位置偏差△x₀が零になるようにする役割
を果たす項で、第４〜第６項は位置偏差△y₀が零
になるようにする役割を果たす項で、第７〜第９
項は方位偏差△Ψが零になるようにする役割を果
たす項である。

また(18)式の符号の選択は、上述の第３の符号
変換器３３１で行なう。

第３の自動手動切換装置３３３は、既存の第２
の翼角ハンドル１０４と、第５の加算器３３２と
の各出力信号を入力とし、操縦者が希望する運転
モードに応じていずれかの信号を出力させるもの
である。

なお、既存の第２の翼角サーボ機構１０５は、
第３の自動手動切換装置３３３の出力信号によ
り、第２の首振り式プロペラ２２の推力量₂を
調節する。

第２の翼角検出器３３４は、第２の首振り式プ
ロペラ２２の推力量₂を検出するもので、第２
の乗算器３３５は第２の翼角検出器３３４と後述
する第２の首振り式プロペラ２２用の第２の旋回
角検出器３３９との各出力信号₂，θ₂を入力とし
て、その積を出力するものである。

第４の符号変換器３３６は、第１の首振り式プ
ロペラ２１における第２の符号変換器３２６と同
じ役割を第２の首振り式プロペラ２２について果
すもので、第４のPID制御器３１１と第２の乗算
器３３５との各出力信号を入力として、第２の乗
算器３３５の出力信号が負の場合は、第４のPID
制御器３１１の出力信号の符号を変換して出力
し、乗算器３３５の出力信号が正の場合は、第４
のPID制御器３１１の出力信号の符号を変換せず
そのまま出力する。

第６の加算器３３７は、第４の符号変換器３３
６と、第８のPID制御器３１５と第12のPID制御
器３１９との各出力信号を入力として、第２の首
振り式プロペラ２２の推力方向に対する要求信号
θ_2dとして、下記(19)式の加算結果を出力するもの
である。

θ_2d＝±｛K_PX4△x₀＋K_IX4∫△x₀dt ＋K_DX4ｄ（△x₀）／dt｝＋K_PY8△y₀＋K_IY8∫△y₀dt ＋K_DY8ｄ／dt（△y₀）＋K_P〓₁₂△Ψ＋K_I〓₁₂∫△Ψdt＋K_D〓₁₂dΨ／dt ……(19) 〔₂θ₂＞０のときは、＋符号選択 ₂θ₂＜０のときは、−符号選択〕なお、この(19)式における第１〜第３項は外乱
に対して第２のプロペラ２２の推力方向を変える
ことにより位置偏差△x₀が零になるようにする役
割を果たす項で、第４〜第６項は位置偏差△y₀が
零になるようにする役割を果たす項で、第７〜第
９項は方位偏差△Ψが零になるようにする役割を
果たす項である。

また(19)式の符号の選択は、上述の第４の符号
変換器３３６が行なう。

第４の自動手動切換装置３３８は、既存の第２
の旋回角ハンドル１０６と第６の加算器３３７と
の各出力信号を入力として、操縦者が希望する運
転モードに応じていずれかの信号を出力させるも
のである。

なお、既存の第２の旋回角サーボ機構１０７
は、第４の自動手動切換装置３３８の出力信号に
より第２の首振り式プロペラ２２の旋回角θ₂を調
節する。

第２の旋回角検出器３３９は、第２の首振り式
プロペラ２２の旋回角θ₂を検出するもので、旋回
角検出信号θ₂は上述の第３の符号変換器３３１と
第２の乗算器３３５とに入力される。

次に、本装置についての実験例を示す。

第１７図は、船舶１が風速20m／secの風外乱
を右前方30度より受けたときに、本装置を使用し
て船舶１の定点保持制御を行なつたときの性能シ
ミユレーシヨン結果を示す特性曲線図であるが、
風速の時間的変化を示す第１７図ａから、風速は
10秒間で０より20m／sec（約40KT）に達してい
ることがわかる。

第１７図ｂは、第１７図ａの風外乱を受けたと
きの船舶１の位置および方位の時間的変化を示す
ものであるが、船舶１の前後方向（x₀軸方向）の
動きであるサージ量（実線）は最大約4mに達し、
船舶１の左右方向（y₀軸方向）の動きであるスウ
エイ量（破線）は最大8mに達し、元の位置に戻
るのに約2.5分を要していることがわかる。なお、
船舶１の方位（図中Γ−で示す。）は左向きに最大
10度変化するが、元の方位に戻るのに約２分を要
していることがわかる。

以上により、船舶１は第１７図ａのステツプ状
風外乱を受けたときに約2.5分で元の状態に復帰
することがわかる。

第１７図ｃ〜ｆは、いずれも第１７図ａに示す
ステツプ状風外乱を受けたときに船舶１の位置お
よび方位を元に戻すために第１および第２の首振
り式可変翼プロペラ２１，２２が発生する推力ベ
クトルの時間的経過を示すものであり、第１７図
ｃ，ｄは船舶１の船首部に位置する第１の首振り
式プロペラ２１の推力ベクトルの変化を示すグラ
フで、第１７図ｃの実線はプロペラ翼角を示し破
線は旋回角を示しており、第１７図ｄの実線は推
力の大きさを示し、破線はプロペラ消費馬力を示
している。

これらの図から、第１の首振り式プロペラ２１
は、第１７図ｃの実線が示すように、プロペラ翼
角が一時的に大きな翼角に達した後、第１８図に
示すような右向き前進推力となる推力ベクトル
T₁を発生して、船舶１の位置および方位を元に
戻して整定していることがわかる。

第１７図ｅ，ｆは船舶１の船尾部に位置する第
２の首振り式プロペラ２２の推力ベクトルの変化
を示すグラフで、第１７図ｅの実線はプロペラ翼
角を示し、破線は旋回角を示しており、第１７図
ｆの実線は推力の大きさを示し、破線はプロペラ
消費馬力を示している。

これらの図から第２の首振り式プロペラ２２は
右側に後進推力を発生して、第１８図に示すよう
な後進推力となる推力ベクトルT₂を発生して位
置および方位を元に戻して整定していることがわ
かる。

以上により第１７図ａに示すようなステツプ状
風外乱を船舶１が右前方から受けたときは、第１
８図に示すような推力ベクトルが第１および第２
の首振り式プロペラ２１，２２にそれぞれ発生
し、これらの推力ベクトルの組合わせは前記第５
図ｂに示す船舶１の定位置保持を可能とする推力
ベクトルの組合わせに一致することから、本装置
は船舶１の定点保持制御装置に有効であることが
わかる。

なお第１７図中、第２の首振り式プロペラ２２
の後進推力が第１の首振り式プロペラ２１の前進
推力に較べてかなり小さいのは、第１の首振り式
プロペラ２１の推力ベクトルのうち、船舶１の船
体中心線方向の前進推力成分が第２の首振り式プ
ロペラ２２の推力ベクトルの船体中心線方向の後
進推力成分によつて相殺されるのを極力避けたた
めである。

なお、回転数により推力調整を行なう首振り式
固定ピツチプロペラを本装置に使用する場合は、
翼角サーボ機構に代わつて、プロペラ回転数サー
ボ機構を使用することにより、可変翼により推力
調整を行なう前述の首振り式プロペラと同様の効
果を挙げることができる。

また本装置は制御用計算機に置きかえてDDC
（Direct Digital Control）方式によつても実現
することができる。

以上詳述したように、本発明の船舶の自動位置
制御装置によれば、上記のシミユレーシヨン結果
からもわかるように、操縦者が船舶の設定位置と
設定方位とを一度与えておけば、あとは最適の手
順で２台の首振り式プロペラが自動的に駆動制御
され、船舶の定点保持を安定に行なうことができ
る推力ベクトルの組合わせを実現できる利点があ
る。

また、従来手段のごとく、試行錯誤を繰り返し
つつ目標値に近づけて行かなければならなかつた
ものに比べ、動作に無駄が少なく操縦者の労力負
担も大幅に軽減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、船首尾部にそれぞれ首振り式プロペ
ラを有する船舶を示す側面図であり、第２〜６図
は従来の船舶の位置制御手段を示すもので、第２
図はその作用を説明するための模式図、第３図は
そのブロツク図、第４図、第５図ａ〜ｃおよび第
６図ａ〜ｃはいずれもその作用を説明するための
模式図であり、第７〜１８図は本発明の一実施例
としての船舶の自動位置制御装置を示すもので、
第７図はそのブロツク図、第８図はそのあらかじ
め決められた空間固定の座標系を示す説明図、第
９図ａ〜ｄはいずれもベクトル表示される首振り
式プロペラの推力を説明するための模式図、第１
０図はその位置偏差変換器の第１の位置偏差信号
についての説明図、第１１図ａ〜ｄはいずれもそ
の作用を説明するための模式図、第１２図はその
位置偏差変換器の第２の位置偏差信号についての
説明図、第１３図ａ，ｂ、第１４図ａ，ｂ、第１
５図ａ，ｂおよび第１６図ａ，ｂはいずれもその
作用を説明するための模式図、第１７図ａ〜ｆは
いずれもそのシミユレーシヨン結果を示すグラ
フ、第１８図はそのシミユレーシヨンの条件を説
明するための模式図である。１……船舶、２１……第１の首振り式プロペ
ラ、２２……第２の首振り式プロペラ、３００…
…位置設定器、３０１……方位設定器、３０２…
…位置検出器、３０３……方位検出器としてのジ
ヤイロコンパス、３０４……第１の減算器、３０
５……第２の減算器、３０６……第３の減算器、
３０７……位置偏差変換器、３０８……第１の
PID制御器、３０９……第２のPID制御器、３１
０……第３のPID制御器、３１１……第４のPID
制御器、３１２……第５のPID制御器、３１３…
…第６のPID制御器、３１４……第７のPID制御
器、３１５……第８のPID……制御器、３１６…
…第９のPID制御器、３１７……第10のPID制御
器、３１８……第11のPID制御器、３１９……第
12のPID制御器、３２０……第１の加算器、３２
１……第１の符号変換器、３２２……第２の加算
器、３２３……第１の自動手動切換装置、３２４
……第１の翼角検出器、３２５……第１の乗算
器、３２６……第２の符号変換器、３２７……第
３の加算器、３２８……第２の自動手動切換装
置、３２９……第１の旋回角検出器、３３０……
第４の加算器、３３１……第３の符号変換器、３
３２……第５の加算器、３３３……第３の自動手
動切換装置、３３４……第２の翼角検出器、３３
５……第２の乗算器、３３６……第４の符号変換
器、３３７……第６の加算器、３３８……第４の
自動手動切換装置、３３９……第２の旋回角検出
器。Ｓ……外乱。

Claims

【特許請求の範囲】

１船首部に第１の首振式プロペラをそなえると
ともに、船尾部に第２の首振り式プロペラをそな
えた船舶において、あらかじめ決められた空間固
定の座標系での船舶の位置座標（ｘ，ｙ）を検出
する位置検出器３０２と、上記座標系に設定する
位置の位置座標信号x_s，y_sを出力する位置設定器
３００と、船舶の方位ψを検出する方位検出器３
０３と、船舶の方位設定信号Ψ_sを出力する方位
設定器３０１とが設けられるとともに、上記位置
設定器３００の出力x_sと上記位置検出器３０２の
出力ｘとが入力される第１の減算器３０４と、上
記位置設定器３００の出力y_sと上記位置検出器３
０２の出力ｙとが入力される第２の減算器と、上
記方位設定器３０１の出力Ψ_sと上記方位検出器
３０３の出力Ψとが入力される第３の減算器３０
６と、上記の第１および第２の減算器３０４，３
０５の出力と上記方位設定器３０１の出力Ψ_sと
が入力されて設定方位方向の位置偏差信号△x₀と
設定方位に直角方向の位置偏差信号△y₀とを出力
する位置偏差変換器３０７と、同位置偏差変換器
３０７の第１の位置偏差信号出力△x₀が入力され
る第１〜第４のPID制御器３０８，３０９，３１
０，３１１と、上記位置偏差変換器３０７の第２
の位置偏差信号出力△y₀が入力される第５〜第８
のPID制御器３１２，３１３，３１４，３１５
と、上記第３の減算器３０６の出力△Ψと上記方
位検出器３０３の出力Ψとが入力される第９〜第
12のPID制御器３１６，３１７，３１８，３１９
と、上記第５のPID制御器３１２と上記第９の
PID制御器３１６の各出力が入力される第１の加
算器３２０と、上記第１の首振り式プロペラの旋
回角を検出して同旋回角が右向きの場合を正とし
同旋回角が左向きの場合を負として出力しうる第
１の旋回角検出器３２９と、同第１の旋回角検出
器３２９の出力と上記第１の加算器３２０の出力
とがそれぞれ入力されて上記第１の旋回角検出器
３２９の出力信号が負の場合には上記第１の加算
器３２０の出力信号の符号を変換して出力し上記
第１の旋回角検出器３２９の出力信号が正の場合
には上記第１の加算器３２０の出力信号の符号を
変換せずそのまま出力する第１の符号変換器３２
１と、上記第１のPID制御器３０８と上記第１の
符号変換器３２１の出力とが入力される第２の加
算器３２２と、同第２の加算器３２２の出力が入
力される第１の翼角サーボ機構１０１と、同第１
の翼角サーボ機構１０１のプロペラ推力量を検出
して同プロペラ推力量が前進推力量の場合に上記
プロペラ推力量の符号を正とし後進推力量の場合
に上記プロペラ推力量の符号を負とする第１の翼
角検出器３２４と、同第１の翼角検出器３２４と
上記第１の旋回角検出器３２９の出力とが入力さ
れてこれら２つの入力信号の積を出力する第１の
乗算器３２５と、上記第２のPID制御器３０９と
上記第１の乗算器３２５の出力とがそれぞれ入力
されて上記第１の乗算器３２５の出力信号が負の
場合には上記第２のPID制御器３０９の出力信号
の符号を変換して出力し上記第１の乗算器３２５
の出力信号が正の場合には上記第２のPID制御器
３０９の出力信号の符号を変換せずそのまま出力
する第２の符号変換器３２６と、同第２の符号変
換器３２６と上記第６のPID制御器３１３と上記
第10のPID制御器３１７の各出力とが入力される
第３の加算器３２７と、同第３の加算器３２７の
出力が入力される第１の旋回角サーボ機構１０３
と、上記第７のPID制御器３１４と上記第11の
PID制御器３１８の各出力が入力される第４の加
算器３３０と、上記第２の首振り式プロペラの旋
回角を検出して同旋回角が右向きの場合を正とし
同旋回角が左向きの場合を負として出力しうる第
２の旋回角検出器３３９と、同第２の旋回角検出
器３３９の出力と上記第４の加算器３３０の出力
とがそれぞれ入力されて上記第２の旋回角検出器
３３９の出力信号が負の場合には上記第４の加算
器３３０の出力信号の符号を変換して出力し上記
第２の旋回角検出器３３９の出力信号が正の場合
は上記第４の加算器３３０の出力信号をそのまま
出力する第３の符号変換器３３１と、上記第３の
PID制御器３１０と上記第３の符号変換器３３１
の各出力とが入力される第５の加算器３３２と、
同第５の加算器３３２の出力が入力される第２の
翼角サーボ機構１０５と、同第２の翼角サーボ機
構１０５のプロペラ推力量を検出して同プロペラ
推力量が前進推力量の場合に上記プロペラ推力量
の符号を正とし後進推力量の場合に上記プロペラ
推力量の符号を負とする第２の翼角検出器３３４
と、同第２の翼角検出器３３４と上記第２の旋回
角検出器３３９の各出力とが入力されてこれら２
つの入力信号の積を出力する第２の乗算器３３５
と、上記第４のPID制御器３１１と上記第２の乗
算器３３５の各出力とがそれぞれ入力されて上記
第２の乗算器３３５の出力信号が負の場合には上
記第４のPID制御器３１１の出力信号の符号を変
換して出力し上記第２の乗算器３３５の出力が正
の場合は上記第４のPID制御器３１１の出力信号
をそのまま出力する第４の符号変換器３３６と、
同第４の符号変換器３３６と上記第８のPID制御
器３１５と上記第12のPID制御器３１９の各出力
とが入力される第６の加算器３３７と、同第６の
加算器３３７の出力が入力される第２の旋回角サ
ーボ機構１０７とが設けられたことを特徴とす
る、船舶の自動位置制御装置。