JPH0140799Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、船舶の操舵装置特に舵機制御機構と
舵機とがカスケードに機械的に結合された２ルー
プ方式の操舵装置の改良に関する。

〈従来例〉 第１図に示すブロツク図は、従来の２ループ式
操舵装置の曲形的な構成例であり、点線Ｃを境界
として左の部分Ａや流体圧サーボ機構で構成され
た舵機制御機構、右の部分が舵を駆動する同じく
自身にフイードバツク機能をもつた流体圧サーボ
機構で構成された舵機であり、両者は機械的なレ
バー機構でカスケードに結合されている。

舵機制御機構側Ａにおいてブロツク１はコント
ロールユニツトであり、入力信号e〓（ジヤイロコ
ンパスによる測定方位信号と設定信号の差）を受
け、この信号はブロツク１１により天候その他に
よる補正演算を施される。その出力e′〓が差動増
幅器１２の入力に導かれて、サーボシリンダ３の
出力軸４の変位に関連した信号e〓と比較増幅さ
れ、その偏差信号e_dがスイツチ回路１３に導かれ
て、パワーユニツト２を偏差の極性に応じ駆動す
るためのオンオフ信号に変換される。このパワー
ユニツト２は上記サーボシリンダ３への流体流路
３１，３２の流体の方向及び流量を制御するもの
で、通常はソレノイド２１のオンオフ制御で駆動
される４方向電磁切換弁により実現される。サー
ボシリンダ３の出力軸４の動きは変位・電気信号
変換器５により電気信号e〓に変換されて差動増幅
器１２の入力にフイードバツクされる。この出力
軸４は更に舵を構成する比例制御形の流体圧ポン
プ６の入力レーバー６１にリンクし、舵機制御機
構Ａ側の出力を舵機Ｂ側に伝える。７は流体圧ポ
ンプ６で駆動される舵であり、出力軸の回転角は
レーバー６２を介して流体圧ポンプ６の入力レバ
ー６１にフイードバツクされる。

即ち、２ループ方式は２つのフイードバツクル
ープを有する系がカスケードに直列接続された構
成を有し、舵機制御機構Ａ側と舵機Ｂ側がＣを境
界として２分化されている。従つて、 (1) 夫々の系で調整が可能であり、メンテナンス
が容易である。

(2) 夫々の系で舵機制御機構Ａ側と舵機Ｂ側の責
任範囲が明確であり、造船設計が容易である。
等の理由で、いわゆるシングルループ方式と比
較すると機構的にはやや複雑となるが、従来の
船舶では多く採用されている方式である。

このような２ループ方式操舵装置では、舵７を
駆動する流体圧ポンプ６は上記のごとく比例制御
形を用いるため、第２図に示すごとくサーボシリ
ンダ３の出力軸４の変位とフイードバツクレバー
６２の変位の差即ち偏差入力がα以下の範囲では
流体圧ポンプの流体出力スピードが入力に比例す
る特性を有しているが、サーボシリンダ３の出力
スピードは第３図に示すごとくオンオフ的に切換
わるため、保針精度を向上するために増幅器１２
の利得をあげた場合、図に示すような不感帯を設
けないと系がハンチングを起こす。この不感帯は
面舵、取舵方向各0.5゜程度が必要で、計約1゜の範
囲を設定する必要がある。

近年省エネルギー船への指向が高まり、上記の
ような微少範囲の蛇行をも問題とし、不感帯を最
小にする操舵装置が提案されてきており、その一
つの流れがシングルループ方式といわれるもの
で、舵機の変位を直接増幅器の入力にフイードバ
ツクする点を特徴とする。

しかしシングルループ方式にした場合は、緊急
時等に手動制御で舵機制御用の比例制御流体圧ポ
ンプ６を制御する場合に出力速度が比較的遅いの
でオーバーシユートしやすいこと、又舵と制御機
構が１つのフイードバツクループを形成するた
め、メンテナンスが２ループ方式に比較して困難
なこと、環境の悪い舵機室内に電子部品で構成さ
れるポンプ駆動用のコントロールユニツトを設置
する必要がある等、問題点がある。

一方、第１図で説明した２ループ方式の利点を
生かして不感帯を最小にしようとするアプローチ
が他の流れであり、その実現手段としては、サー
ボシリンダ３の駆動方式を従来のオンオフ制御に
比例制御特性を付加する試みがある。即ち入力e_d
がある値以下の場合に、サーボシリンダ３への流
体供給スピードをe_dの値に比例させ、偏差が小さ
い場合には、舵機制御機構Ａ側は比例制御ループ
を形成するようにしたものである。サーボシリン
ダの比例制御を実現する具体的手段としては、い
わゆるサーボ弁といわれる比例制御弁を用いた装
置が知られている。サーボ弁の構造には種々のも
のが提案されているが、曲型的にはノズル・フラ
ツパによる増幅手段を内蔵する比較的構造の複雑
なものであり、次のような欠点がある。

(1) ヒステリシス、分解能、零ドリフト、案内弁
のオーバーラツプ、アンダーラツプ等の設計、
補償が煩雑である。

(2) 構造が複雑であり、精密設計を要するので、
高価である。

(3) ノズル・フラツパ機構が作動流体汚染に弱
く、故障が起こりやすい。

(4) 故障時には緊急操舵を行なうために、サーボ
弁をバイパスしてサーボシリンダを手動でオン
オフ制御する電磁切換弁を併設する必要があ
り、システム全体の構造が複雑となる。

〈本考案の目的〉 本考案は上記のごとき２ループ方式の欠点を解
消し、付加的で構造が簡単であり、かつ安価で信
頼性の高い操舵装置を実現することを目的とす
る。

〈本考案の構成〉 本考案の特徴は、近年安価で信頼性の高いもの
が提供されている電磁比例弁を用い、従来のオン
オフ制御される４方向電磁切換弁と組合せること
により、偏差の一定範囲においてサーボシリンダ
への流体供給流量を比例制御せしめることを特徴
とする。

以下図面により本考案の実施例を説明する。第
４図は本考案装置の基本構成を示すブロツク図で
あり、第１図に示した従来構成と同一要素には同
一符号を付し、説明を省略する。第１図との相違
点の第１は、パワーユニツト２内に電磁比例弁２
２を設け、４方向電磁切換弁２１と組合せた点、
更に相違点の第２は、コントロールユニツト１内
に上記電磁比例弁２２に比例した電流i_p（又は反
比例した電流_p）を供給するための比例制御手段
１４を設けた点にある。

第５図はパワーユニツト２内の具体的構成の一
例を示すもので、電磁比例弁２２をブリードオフ
方式で組合せたものであつて、この場合電磁比例
弁のソレノイド２２ａには偏差信号e_dに反比例し
た信号_pが供給される。油槽８内の流体９はポン
プ１０により４方向電磁切換弁２１及びブリード
オフ回路を形成する電磁比例弁２２に供給され、
これら両者を介してサーボシリンダ３に供給され
る。９１はポンプポート、９２はタンクポート、
９３はブリードオフ流路を夫々示す。この構成で
は、電磁比例弁２２は偏差に反比例して制御され
るので、偏差が大きいときはブリードオフ流路９
３の流量が小さく、従つてサーボシリンダ３への
流路３１，３２の流速は大きく、逆に偏差e_dが小
さくなるとブリードオフ流路９３の流量は大きく
なり、サーボシリンダ３への流体の流速は小さく
なる。このようなサーボシリンダ３への流速の比
例制御が偏差e_dがある一定範囲において発生し、
一定値を越えた偏差信号に対してはオンオフ制御
となる。４方向電磁切換弁２１は一対のソレノイ
ド２１ａ，２１ｂを有し、偏差信号にe_dの極性に
応じて選択的に供給される駆動電圧Vp，Vsによ
り選択的にオンオフ駆動される。

第６図はコントロールユニツト１内の構成の一
例を示すもので、スイツチ回路１３は、偏差信号
e_dの極性に応じて電源電圧＋Ｖを切換えるスイツ
チ１３２と、このスイツチを駆動する比較器１３
１よりなり、４方向電磁切換弁２１のソレノイド
２１ａ，２１ｂの駆動電圧Vp，Vsを選択的に供
給する。Ehは比較器のスレツシユホールドを与
える可変電圧源で、系の不感帯を設定する。Vp，
Vsの供給回路の途中に挿入された連動スイツチ
１５１，１５２は緊急時に４方向電磁切換弁２１
を手動で制御するための自動・手動切換スイツチ
であり、手動側Ｍに切換えられた状態では、手動
操作スイツチ１６１，１６２により電源電圧＋Ｖ
がソレノイド２１ａ，２２ｂに夫々供給される。
１４１は偏差信号e_dの極性を反転するインバータ
ー、１４２は加算器であり、１４１の出力_dとブ
ロツク１４３より与えられる零点やデイザ等の各
種調整のための信号とが加算される。この加算器
１４２の出力が電圧・電流変換器１４４で偏差の
逆数に関連した電流_pに変換され、１５１，１５
２と連動する自動・手動切換スイツチ１５３を介
してパワーユニツト２内の電磁比例弁２２のソレ
ノイド２２ａに供給される。

次に第７図により動作特性を説明する。この例
では偏差に対する比例制御の範囲を面舵・取舵各
5゜に設定し、かつ偏差が極めて小さい範囲では完
全な比例制御ではなく、極めて小さな不感帯を有
するオンオフ特性として全体の制御性を向上させ
ている。

同図Ａは操舵スピード即ちサーボシリンダ３へ
の流体の流速特性を示し、偏差が5゜以上の場合は
最大スピード7゜／22秒となり、偏差が5゜以下の場
合はこのスピードは偏差に比例して小さくなり、
偏差が零に極めて近い付近では面舵、取舵各0.1゜
計0.2゜程度の不感帯をもつた小流量のオンオフ特
性を持たせ、完全な比例制御による制御性の悪化
を防止している。

同図Ｂは電磁比例弁２２をブリードする流体の
流量を示す。ポンプ１０よりの最大吐出流量を５
／分に選定し、電磁比例弁２２をブリードオフ
する流量を最大4.5／分、最小２／分に選定
し、偏差が5゜以上の範囲ではブリードオフ流量が
最小値２／分、偏差が零の時は最大4.5／分、
偏差が0゜〜5゜の範囲では2.5／分のスパン偏差に
逆比例的にブリードオフ流量が変化する特性を有
する。従つて偏差零の場合にもブリードオフ流量
は4.5／分であり、0.5／分は４方向電磁切換
弁側２１に供給されており、偏差が極めて小さい
範囲でのサーボシリンダ３に対するオンオフ制御
が可能になつている。同図Ｃは偏差の極めて小さ
い範囲を拡大して示した４方向電磁切換弁２１の
動作特性であり、不感帯幅θは面舵、取舵で約
0.2゜以下となり、不感帯は従来のオンオフ制御の
場合の1/5に大幅に減少させることができる。

第８図は、電磁比例弁２２を４方向電磁切換弁
２１のポンプポート９１に直列に挿入した例であ
る。この場合の２２の動作は、第５図の場合とは
逆で、偏差に比例した電流i_pで駆動される。従つ
て、コントロールユニツト１内のインバータ１４
１は不要となる。サーボシリンダ３に対する比例
制御動作は第５図〜第７図で説明した動作とほと
んど同一のため、説明は省略する。この場合電磁
比例弁２２をタンクポート９２側に設けても効果
は同じである。

〈効果〉 以上説明したように、本考案は従来一般に用い
られている４方向電磁切換弁に電磁比例弁を組合
せることで実現できるので、次のような効果が期
待できる。

(1) 電磁比例弁は構造が極めてシンプルであり、
４方向電磁切換弁と組合せた場合でも、煩雑な
調整、補償が不要である。

(2) サーボ弁と比較して価格が極めて安く、経済
的効果が高い。

(3) 比例動作部分は流体汚染されない構造である
ため故障が少なく、システム全体の信頼性が向
上する。一般に電磁比例弁の故障モードは流路
を閉塞する方向となるので、第５図のようにブ
リードオフ形で利用するときは万一比例電磁弁
が断線等で電気的に故障した場合でも、第６図
で説明したように、不感帯設定を、オンオフ形
に戻すだけで従来通りの自動操舵が可能であ
り、更に手動操作で４方向電磁切換弁を操作し
てサーボシリンダを駆動することが可能であ
る。第８図のごとき直列挿入の場合は電磁比例
弁を操作して流路を開にするステツプが必要で
ある。

(4) 既存のオンオフ形のサーボシリンダを有する
２ループ方式を改造する場合、電磁比例弁及び
その駆動回路は付加的であり、極めて簡単な工
事で比例制御形の操舵装置に改造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の操舵装置の一例を示すブロツク
図、第２図、第３図はその動作説明図、第４図は
本考案の一実施例を示すブロツク図、第５図、第
６図はその詳細構成図、第７図はその動作説明
図、第８図は本考案の他の実施例を示す構成図で
ある。 １……コントロールユニツト、２……パワーユ
ニツト、３……サーボシリンダ、６……流体圧ポ
ンプ、７……舵、２１……４方向電磁切換弁、２
２……電磁比例弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 測定方位信号と設定方位信号との差に関連した
   入力信号と舵機駆動用流体圧サーボ機構の機械的
   出力に対応した電気信号との偏差を検出・増幅す
   る偏差検出手段と、この偏差検出手段の出力を受
   けて上記流体圧サーボ機構への流体供給流量を制
   御するパワーユニツトと、上記流体圧サーボ機構
   の機械的出力を受けこの出力に比例して舵を位置
   制御する舵機とよりなる２ループ式操舵装置にお
   いて、上記偏差の極性に応じて上記流体圧サーボ
   機構への流体供給方向を切換える手段と、上記偏
   差が一定値以下の範囲においてこの偏差に対応し
   て上記流体圧サーボ機構への流体供給流量を比例
   制御せしめる手段とを具備した操舵装置。