JPH0154236B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として小型船舶用のオートパイロ
ツト装置の改良に関する。

船舶の針路を目標針路に自動的に保持するため
に、種々のオートパイロツト装置が開発されてい
る。

このうち、主として小型船舶用のオートパイロ
ツト装置は、基本的には、目標針路設定信号と、
針路検出信号との偏差に応じて、その偏差が縮小
するように、舵角をフイードバツク制御するもの
である。

具体的には、船舶の構造上の左右のアンバラン
ス、積荷のアンバランス、風、潮流などが原因と
なつて、針路が目標針路からずれると、その修正
が行われるわけであるが、実際には不感帯が設け
られているため、船舶の回頭角が目標針路に対し
て所定の角度以上開いた時に、始めて針路の修正
が行われるようになつている。

例えば、第１図に示すように、仮りに針路制御
を一切行つていないときに、軌跡Ａに沿つてほぼ
一定の回頭角変動率で船舶が目標針路Ｘからずれ
てゆくような状況のもとでは、軌跡Ｂのように、
船舶の回頭角が目標針路Ｘから所定角度ずれるた
びごとに針路修正が行われるが、しかしその修正
量は毎回同程度となるため、船舶は蛇行しながら
全体としては、目標針路Ｘに対してある偏差角を
もつて前進してゆき、いわゆる積分性オフセツト
が相当に大きくなつてしまう。

したがつて、このような状況のもとでは、特に
長時間の航海などの場合に、結果的に船舶の到達
目標地点からのずれが大きくなるといつた問題が
起こる。

積分性オフセツトをできるだけ小さくして、こ
のような問題を解決するものとして、ロランＡ、
ロランＣ、デツカ、オメガ、無線方位測定機等の
機器が既に利用されているが、これらはいずれも
大型・中型船舶を対象に開発されたもので、経済
的にも規模的にも、小型船舶には実質的に適用で
きない。

本発明は、このような従来の実情にかんがみて
なされたもので、積分性オフセツトを低減しう
る、しかも経済的、規模的、機能的、性能的にも
小型船において使用可能なオートパイロツト装置
を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では、船の目
標針路と実際の針路との偏差に対応したサーボ偏
差信号に応じて、針路を目標針路に保持するよう
舵角をフイードバツク制御するオートパイロツト
装置において、サーボ偏差信号から長周期の変動
成分を選択する周波数弁別部と、前記長周期変動
成分の正のピーク値と負のピーク値とを記憶する
ホールド回路と、前記正・負のホールド信号を加
算した信号を増幅して当舵量に相当する積分性オ
フセツトの修正信号を出力する当舵量調整部とを
備えた積分性オフセツト修正部を設け、前記修正
信号とサーボ偏差信号との加算信号に応じて、舵
角をフイードバツク制御するように構成した。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第２図は本発明の一実施例のブロツク線図であ
る。

図において、１は減算器で、目標針路に対応し
た電圧レベルの針路設定信号Ｄと、実際の針路に
対応した針路検出部２からの針路検出信号Ｅとの
差を演算して、これをサーボ偏差信号εとして、
天候及び舵角比調整部３へ出力する。

ここで、針路検出部２は、磁気コンパスやジヤ
イロコンパスなどで構成され、針路に対応して電
圧レベルの変動する針路検出信号Ｅを出力する。

また、天候及び舵角比調整部３は、基本的には
電圧制限機能を備えた不感帯回路と増幅回路とか
らなり、偏差信号εが設定電圧以下の時にはこれ
をカツトし、舵角制御に対し、不感帯を付与し
て、その安定化を図る。

その際、偏差信号εの変動が激しい悪天候下で
は、この設定電圧を上げて不感幅を広げることに
より、舵角制御の不安定化を防げるようになつて
いる。

また、偏差信号の増幅率は自由に変えられ、従
つて、船の特性や積荷の状況に合わせて、舵角比
を調整できるようになつている。

この調整部３を経た偏差信号εは、後述の加算
器４と減算器５を経て、駆動部６へ送られる。

駆動部６では、基本的には上記偏差信号εの符
号に対応した方向（偏差信号εをゼロにするよう
な方向）に、舵７を傾転（舵角）させ、これによ
つて針路変更Ｆを達成する。

ここで、舵７の傾転角は舵角検出部８によつて
検出され、この舵角信号Ｇは前述の減算器５を介
して、サーボ偏差信号εに減算フイードバツクさ
れる。

したがつて、舵７の傾転駆動におけるその傾転
量、すなわち舵角量は、サーボ偏差信号εの大き
さに対応して確保され、すみやかにサーボ偏差信
号εがゼロ、つまりすみやかに船舶の針路が目標
針路に引き戻されるようになつている。

駆動部６、舵７、舵角検出部８からなるこの小
さなフイードバツク回路においても、フイードバ
ツク動作の安定化を図るため、不感帯が設けられ
ている。

すなわち、偏差信号εと舵角信号Ｇとの偏差が
設定値以下の時には、舵７は傾転駆動されず、そ
の位置を確保するのである。

ただし、この不感幅は、前述した天候及び舵角
比調整部３により設定された不感幅よりも、通常
はかなり小さな値に設定されている。

このようにして、目標針路と実際の針路との偏
差に応じて、それを縮小するように、舵７がフイ
ードバツク制御されるので、船の針路がおおよそ
安定して目標針路に保持されるのである。

ところで、前にも述べたが、船舶は構造上のア
ンバランス、積荷のアンバランス、風、潮流など
の影響を受けて、その針路が、長短様々な周期で
もつて乱れる。

この乱れを仮想的に表わすには、加算器９，１
０を用いて、長周期の外乱信号Ｈと短周期の外乱
信号Ｊとを、針路検出部２へ供給すればよい。

以上述べた部分は、基本的には従来のオートパ
イロツト装置と同様のものを構成しており、本発
明の特徴は、次に述べる積分性オフセツト修正部
１１を備える点にある。

オフセツト修正部１１は、周波数弁別部１２、
オフセツト量記憶部１３、当舵量調整部１４から
なり、具体的には第３図に示すような回路構成と
なつている。

このうち周波数弁別部１２は、抵抗１５、コン
デンサ１６、オプアンプ１７等からなるローパス
フイルタであつて、サーボ偏差信号εから外乱信
号Ｊに基づく短周期変動成分をカツトして、積分
性オフセツトの主因となる外乱信号Ｈに基づく長
周期変動成分を選択する。

オフセツト量記憶部１３は、オペアンプ１８，
１９、ダイオード２０、コンデンサ２１からなる
正のホールド回路と、オペアンプ２２，２３、ダ
イオード２４、コンデンサ２５からなる負のホー
ルド回路と、オペアンプ２６，２７、トランジス
タ２８、リレー２９などからなる自動クリア回路
とから、構成されている。

正のホールド回路は、偏差信号εの長周期成分
のうち正のピーク値を、コンデンサ２１にホール
ド（記憶）し、負のホールド回路は、負のピーク
値をコンデンサ２５にホールドする。

これらのホールド信号は積分性オフセツト量に
相当した信号であり、その値が各オペアンプ１
８，２２の出力電圧の上限または下限に達したと
ころで、比較オペアンプ２６，２７の出力に基づ
き、トランジスタ２８を介してリレー２９が開成
されて、自動的にクリアされるようになつてい
る。また、外部信号Ｋによつてもクリア可能とな
つている。

これによつて、サーボ偏差信号εがゼロでない
状態で船が長時間停船した後、航海を開始する時
などでも、ホールド信号が自動的にクリアされる
ので、すみやかにこのオフセツト修正部１１を機
能させることができる。

また、当舵量調整部１４は、オペアンプ３０、
可変抵抗３１などからなる加算増幅器であり、前
述の正・負のホールド信号を加え、この加算信号
を増幅して、積分性オフセツトの修正（当舵量）
信号Δδを得る。

その際、加算信号の増幅率は可変抵抗３１によ
つて、自由に調整できるようになつている。

このようにして、オフセツト修正部１１で得ら
れた長周期の外乱に基づく積分性オフセツトの修
正信号Δδは、加算器４を介して、天候及び舵角
比調整部３から駆動部６へのサーボ偏差信号εに
加算されるのである。

したがつて、駆動部６では、なまのサーボ偏差
信号εの分に、積分性オフセツトの修正信号Δδ
の分を加えて、舵を傾転駆動するので、積分性オ
フセツトを効果的に低減でき、特に長周期の外乱
に対して、針路を目標針路に安定してしかも正確
に保持することが可能となる。

一方、この長周期の外乱に対しては、サーボ偏
差信号εが天候及び舵角比調整部３において規定
される不感幅以下の値であつたとしても、この調
整部３をバイパスしたかたちで駆動部６へ送出さ
れる修正信号Δδに応じて、舵角のフイードバツ
ク制御が行われる。

その際の実質的な不感幅は、駆動部６、舵７、
舵角検出部８からなるフイードバツク回路の小さ
な不感幅に等しいので、従来に比べて、偏差信号
εの小さなところから舵角のフイードバツク制御
を開始でき、この長周期の外乱に対しては、従来
に比べて船の針路を目標針路により一層正確に保
持することが可能となる。

なお、本発明の装置は、従来のオートパイロツ
ト装置に、たんにこの積分性オフセツト修正部１
１を付加するだけで、全体を構成することがで
き、このため経済的にも規模的にも、小型船に対
し適用可能である。

ところで、始め正のホールド信号にもとづいて
当舵をし、航海を続けている場合に、その当舵量
が多過ぎた時とか、環境が変つた時（潮流、風
等）には、船は徐々に反対側に旋回し始める。こ
の結果、こんどは負のホールド信号が発生し、逆
方向に当舵をしようとする。

その際、当舵量調整部１４において、正と負の
ホールド信号が加算されて、正のホールド信号の
値が減ぜられるので、逆方向の当舵をすみやかに
行えるという効果が得られる。

次に、本発明装置の作動特性について、第４図
と第５図の定性的な説明図を参照しながら述べ
る。

舵角のフイードバツク制御を行わないとする
と、第４図Ｒで示すように、サーボ偏差信号ε
が、徐々に増加してゆき、従つて第５図R′で示
すように、針路が目標針路Ｘから徐々にそれてい
くような長周期の外乱が船に加えられる場合を想
定してみる。

従来のオートパイロツト装置を働かせると、第
４図Ｓで示すように、偏差信号εが不感帯Ｙを越
えたところで、舵角のフイードバツク制御が行わ
れ、偏差信号εはいつたんゼロに戻る。

しかし、その時点から再び偏差信号εは前回と
同じ勾配でもつて増加し、不感帯Ｙを越えたとこ
ろで、再び舵角制御が行われる。

このような動作が繰り返し行われ、この結果第
５図S′で示すように、針路はゆるやかに蛇行しな
がら、全体としては目標針路Ｘからある偏差角を
もつてずれることになる。

これに対して、本発明のオートパイロツト装置
を働かせると、前述したように長周期の偏差に対
しては不感帯が狭まるので、第４図Ｔで示す如
く、偏差信号εが従来の不感帯Ｙよりも小さな不
感帯Y′を越えたところで、早くも舵角のフイー
ドバツク制御が行われて、偏差信号εがゼロに引
き戻される。

この時点から再び偏差信号εは増加してゆく
が、積分性オフセツトの修正分（オフセツト量を
記憶した修正信号Δδの値に相当）だけは、常に
舵が傾転され続けるので、その増加勾配は前回よ
りも小さなものとなる。そして、次の舵角制御で
積分性オフセツトの修正がほぼ完全に施され、以
後偏差信号εはほとんどゼロに維持される。

それ以後は、積分性オフセツトをほぼ完全に修
正する分だけの舵角量が定常的に維持されるので
ある。

この結果、第５図T′で示すように、針路はほ
ぼ目標針路Ｘに一致して保持され、従来のオート
パイロツト装置に比べて、針路の最終的なずれ幅
が著しく減少する。

以上説明したように、本発明では、積分性オフ
セツト修正部により、サーボ偏差信号の長周期の
変動成分を記憶してオフセツト修正信号を得、こ
の修正信号をサーボ偏差信号に加算して、舵角の
フイードバツク制御を行うので、積分性オフセツ
トを効果的に低減することができ、特に長周期の
外乱に対して、船の針路を目標針路に正確に保持
することができる。

また、従来のオートパイロツト装置に、この積
分性オフセツト修正部を付加するだけで全体を構
成できるので、小型船舶に対して、規模的にも経
済的にも、適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のオートパイロツト装置により
針路制御を行つたときの様子を示す説明図、第２
図は本発明の装置を示すブロツク線図、第３図は
第２図における積分性オフセツト修正部を具体的
に示す回路図、第４図と第５図は従来のオートパ
イロツト装置と本発明の装置の作動特性を示す説
明図である。 １…減算器、２…針路検出部、３…天候及び舵
角比調整部、４…加算器、５…減算器、６…駆動
部、７…舵、８…舵角検出部、９，１０…加算
器、１１…積分性オフセツト修正部、１２…周波
数弁別部、１３…オフセツト量記憶部、１４…当
舵量調整部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 船の目標針路と実際の針路との偏差に対応し
   たサーボ偏差信号に応じて、針路を目標針路に保
   持するよう舵角をフイードバツク制御するオート
   パイロツト装置において、サーボ偏差信号から長
   周期の変動成分を選択する周波数弁別部と、前記
   長周期変動成分の正のピーク値と負のピーク値と
   を記憶するホールド回路と、前記正・負のホール
   ド信号を加算した信号を増幅して当舵量に相当す
   る積分性オフセツトの修正信号を出力する当舵量
   調整部とを備えた積分性オフセツト修正部を設
   け、前記修正信号とサーボ偏差信号との加算信号
   に応じて、舵角をフイードバツク制御するように
   構成したオートパイロツト装置。