JPH0471755B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、舶用オートパイロツトに係り、特に
命令舵角に対して不感帯の大きな舵機を最適な基
準レベルを設定して制御し、命令舵角への追従感
度を高め、これによつて船舶の操舵抵抗を減少さ
せて、省エネルギ操舵を実現した舶用オートパイ
ロツトに関する。

＜従来の技術＞ 以下、従来の技術を図面を用いて説明する。第
８図は従来の舶用オートパイロツトの構成を示す
ブロツク線図である。

第８図において、Ａは船舶の舵機１を駆動する
機構のサーボ機構である。このサーボ機構Ａは、
左右に電磁弁２を有する３方向切換弁３と、３方
向切換弁３の動作で異なる方向の供給油圧により
シリンダを左右に動作させるサーボシリンダ４
と、このサーボシリンダ４のシリンダの移動によ
つて動作する可変吐出ポンプ５と、モータ７によ
つて駆動されて３方向切換弁３を介してサーボシ
リンダ４と可変吐出ポンプ５とに油圧を吐出する
油圧ポンプ６と、可変吐出ポンプ５の油の吐出量
に応じて舵機１の方向と動作量を変化させるシリ
ンダ８とで構成される。９は舵機１の動作量を検
出して実舵角信号μを出力する舵角検出器であ
る。Ｂは命令舵角信号θと実舵角信号μの偏差信
号（θ−μ）からサーボ機構Ａを駆動する駆動信
号ｉ，ｊを出力するサーボ増幅部である。このサ
ーボ増幅部Ｂは、通常左右35゜以内の角度信号の
命令舵角信号θと実舵角信号μを入力して偏差信
号（θ−μ）を出力する減算回路１０と、装置の
目標追従精度角度ε（例えば0.3゜）を考慮した基
準レベル信号l₀を出力する基準レベル設定部１１
と、偏差信号（θ−μ）と基準レベル設定値l₀を
入力し舵機１の動作方向（右回転用と左回転用）
及び動作量を決める一対の比較増幅器Q₁，Q₂を
有する比較回路１２と、比較回路１２の比較結果
に対応した駆動信号ｉ，ｊをサーボ機構Ａに出力
するリレーR₁，R₂の一対のソリツドステートリ
レー部１３（以下「SR」と略称する）とで構成
される。

第９図は第８図の動作を説明するためのタイム
チヤートである。

第８図と第９図から、例えば比較増幅器Q₁に
おいて時間t₁で偏差信号（θ−μ）がゼロの状態
から命令舵角信号θが4゜変化した場合に例えば
1.3゜と小さな値に設定されている基準レベル設定
値l₀を越えたことを検出し、リレーR₁に接続され
た電磁弁２を働かせて３方向切換弁３で油圧流路
を切換え、サーボシリンダ４に機械的に結合した
可変吐出ポンプ５の傾転角を制御し、この傾転角
の傾転方向により吐出する油圧でシリンダ８を駆
動して舵機１を偏差信号（θ−μ）を減少させる
方向に回動させる。この舵機１の回動は舵角検出
器９で検出して減算回路１０にフイードバツクさ
れて命令舵角信号θと減算され、偏差信号（θ−
μ）が時間t₂で基準レベル設定値l₀以内にはいつ
たら電磁弁２は無励磁になり、３方向切換弁は油
圧の流れを停止させ、サーボシリンダ４は中立位
置に戻り、可変吐出ポンプ５の傾転角も中立位置
に戻ることでシリンダ８への油圧流れが止り舵機
１の回動は停止するような動作をする。しかし、
第９図に示すように、サーボ機構Ａの機器類の特
性（慣性）等により、電磁弁２が無励磁になつて
から舵機１の回動が停止するまでの時間遅れによ
り第９図α₁，α₂のようなオーバーシユートが発生
するので、舵機１はハンチングしながら一定値に
収束しながら停止する。このハンチングを押える
ために、この技術にあつては比較器Q₁，Q₂に接
続される基準レベル設定値l₀をオーバーシユート
量よりも大きくしておくように構成されている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところで、このように基準レベル設定値l₀を例
えば1.3゜と比較的小さな値に設定した場合はオー
バーシユート量は大きくなり第９図のようにハン
チングすることとなり、逆にこのハンチングを避
けるために基準レベル設定値l₀を4゜とか5゜という
ように大きくとると、舵機１は命令舵角に対して
追従精度が悪くなり、故に操舵抵抗の増加の原因
となり、省エネルギ操舵の妨げとなる。この基準
レベル設定値l₀を最適な状態に設定できればよい
が、各操舵機ごとに微妙に基準レベル設定値の最
適値が異なるので、最適値の設定は従来の技術に
あつては困難である。という問題がある。

本発明は、この従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたものであつて、最適な基準レベル設定値を得
ると共に舵機を最小舵角駆動する最小舵角指令信
号を得て、たとえオーバーシユート量の大きな機
構でも命令舵角への実舵角の追従性を高め、操舵
抵抗を減少させて省エネルギ操舵を実現した舶用
オートパイロツトを提供することを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 上述の目的を達成するためのサーボ機構とこの
サーボ機構に駆動信号を出力するサーボ増幅部と
から成る本発明の舶用オートパイロツトは、学習
モード信号を学習モード指令部から出力し、偏差
信号を入力して舵機のオーバーシユート量から基
礎基準レベル値をオーバーシユート学習部で学習
した後に、偏差信号から舵機を最小舵角駆動する
最小舵角指令信号を最小舵角制御部で学習して出
力する構成の学習部をサーボ増幅部内に設け、こ
の学習部の学習終了後に前記オーバーシユート学
習部からの基礎基準レベル値に基づいて設定され
た基準レベル設定値と偏差信号とを比較回路で比
較してその結果偏差信号が基準レベル設定値以内
で且つ最小舵角以上の時は前記最小舵角指令信号
で舵機を駆動することを特徴とする。

＜実施例＞ 以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。尚、以下の図面において、第８図及び第
９図と重複する部分は同一番号を付してその説明
は省略する。

第１図は本発明による舶用オートパイロツトの
ブロツク線図である。

第１図において、１４はサーボ増幅部Ｃ内に設
けられてサーボ増幅器Ｃとサーボ機構Ａを結合し
た時点でサーボ機構Ａの特性を学習する学習部で
ある。この学習部１４は、学習開始信号Ｓを入力
して学習モード信号を出力する学習モード指令部
１４ａと、偏差信号（θ−μ）を入力して舵機１
のオーバーシユート量から基準レベル設定部１１
０の基準レベル設定値ｌの基礎となる基礎基準レ
ベル値を学習するオーバーシユート学習部１４ｂ
と、偏差信号（θ−μ）を入力して舵機１を最小
舵角駆動する最小舵角指令信号を学習して出力す
る最小舵角制御部１４ｃから構成される。オーバ
ーシユート学習部１４ｂと最小舵角制御部１４ｃ
の出力は切替要素１５ａ，１５ｂを介してオアゲ
ート１６ａ，１６ｂに導かれる。学習モード指令
部１４ａからの学習モード信号はスイツチ１７
ａ，１７ｂをオンオフ動作させ、学習部１４が学
習動作している時は比較回路１２からの出力をオ
フとする。

第２図Ａは学習部１４を例えばアナログ＋マイ
クロプロセツサとした場合のサーボ増幅部Ｃのハ
ードウエア構成のブロツク線図、第２図Ｂはサー
ボ増幅部Ｃを全てマイクロプロセツサとした場合
のハードウエア構成のブロツク線図である。

第２図Ａ，Ｂにおいて、１８，１８０は演算機
能（CPU）、１９，１９０はリードオンリメモリ
（ROM）、２０，２００はランダムアクセスメモ
リ（RAM）、２１，２１０は学習開始信号Ｓを
入力するスイツチ入力インターフエイス、２２，
２２０は命令舵角信号θを入力する命令舵角入力
インターフエイス、２３，２３０は実舵角信号μ
を入力する実舵角入力インターフエイス、２４は
各種信号を出力する（ここではスイツチ１７ａ，
１７ｂに代るアンドゲート１７０ａ，１７０ｂに
出力する学習モード信号と、基準レベル設定部１
１０に出力する基礎基準レベル値と、アンドゲー
ト１６ａ，１６ｂに出力する最小舵角指令信号）
出力インターフエイス、２４０は駆動信号ｉ，ｊ
を出力する出力インターフエイスである。

尚、サーボ増幅器は第２図Ａ，Ｂのようにマイ
クロプロセツサを使用する場合に限定されるもの
ではなく、従来のようにデイスクリートな回路構
成としてもよいことはいうまでもない。

このようにサーボ増幅器Ｃを構成することで、
学習動作と、この学習動作終了後に学習部１４か
らの基礎基準レベル値に基づいて設定された基準
レベル設定値ｌと偏差信号（θ−μ）とを比較回
路１２で比較して偏差信号（θ−μ）が基準レベ
ル設定値ｌ以内で最小舵角δ以上の時に最小舵角
指令信号で舵機１を駆動することを、第３図のフ
ローシートと第４図乃至第７図のタイムチヤート
を用いて以下に詳細に説明する。

≪学習モード≫ 学習開始信号Ｓが入力されると学習モード指令
部１４ａは学習モード信号を出力してスイツチ１
７ａ，１７ｂを動作させて比較回路１２の出力を
カツトすると共に手動又は例えば学習開始信号Ｓ
と学習モード信号に基づいて自動的に切替要素１
５ａ，１５ｂをオーバーシユート学習部１４ｂ側
に切替える。

オーバーシユート学習部１４ｂは例えば第４図
に示すように、時間t₁で−30゜にバランスしてい
た舵角を＋30゜になるように命令舵角信号θを変
更した時、偏差がゼロとなるようにSR１３がオ
ンとなり舵機１が回動して実舵角信号μが命令舵
角信号θに追従する。時間t₂で偏差がゼロとなる
と電磁弁２は無励磁となる。一方、舵機１は慣性
によりオーバーシユートする。この時のオーバー
シユート量即ち、基礎基準レベル値をηで表わし
第４図では3゜と学習し基準レベル設定部１１０に
出力する。尚、基準レベル設定値ｌは、例えば基
礎基準レベル値η（3゜）を基準レベル設定部１１
０の可変蓄電池１１０a₁，１１０a₂に設定し、あ
らかじめ可変蓄電池１１０b₁，１１０b₂に設定さ
れている装置の目標追従精度角度ε（例えば0.3゜）
と合せて基準レベル設定値ｌ（この場合η＋ε＝
3.3゜）を決定する。

オーバーシユート学習部１４ｂの学習が終了す
ると例えば終了信号で切替要素１５ａ，１５ｂを
最小舵角制御部１４ｃ側に切替えて最小舵角制御
部１４ｃの学習を開始する。

最小舵角制御部１４ｃにおいては、例えば第５
図に示すように舵角1゜において平衡して偏差信号
（θ−μ）がゼロである時に、舵機１を最小舵角
だけ駆動（回動）するに足る最小舵角指令信号を
学習するために、パルス幅τを狭いパルス幅から
順次広いパルス幅τ₁，τ₂，τ₃へとステツプアツプ
して舵機１が回動を開始するのを実舵角信号μを
監視して最小制御可能な舵角量（最小舵角量）と
その時の最小制御可能なパルス幅を学習する。第
５図は最小制御可能なパルス幅τ₃の時に最小舵角
量δ（＝0.5゜）が学習できたことを表わす。

最小舵角制御部１４ｃの学習が終了すると例え
ば終了信号を学習モード指令部に出力して、学習
モード指令部１４ａから学習終了信号を出力して
スイツチ１７ａ，１７ｂを動作させて比較回路１
２とオアゲート１６ａ，１６ｂを接続する。

以上で学習部１４での学習を終了する。

尚、学習順序は最小舵角制御部１４ｃを最初に
学習させてもよいが、この場合切替要素１５ａ，
１５ｂは最終的（通常時）には最小舵角制御部１
４ｃ側となつている必要はある。

≪通常の動作≫ 通常の動作を第６図と第７図を用いて説明す
る。

第６図は舵角0゜で偏差信号（θ−μ）がゼロの
状態から時間t₁で命令舵角信号θが15゜に変更さ
れ、時間t₂で実舵角信号μが基準レベル設定値ｌ
＝3.3゜以内となり、それ以後に偏差信号（θ−
μ）が例えば0.4゜と最小舵角δ＝0.5゜以下となつ
た場合を示す。

次に、第７図を用いて他の例を説明する。

時間t₁で舵角0゜（偏差信号（θ−μ）がゼロ）
の状態から命令舵角信号θが4゜に変更され、時間
t₂で実舵角信号μが基準レベル設定値ｌ＝3.3゜以
内となり、時間t₃で実舵角信号μが2.9゜で平衡状
態となつた場合、即ち、偏差信号（θ−μ）が例
えば1.1゜と最小舵角δ＝0.5゜以上となつた場合は、
時間t₄で最小舵角制御部１４ｃから最小舵角信号
（パルス幅は1.1／0.5→２より２×τ₃）が出力され
て舵機１を駆動する。故にこの例では偏差は最小
舵角δ以下（0.1゜）となり舵機１は回動を停止す
る。今、時間t₅で舵角4゜から命令舵角信号θが
3.2゜に変更されると、最小舵角制御部１４ｃから
パルス幅（0.7／0.5→１より）１×τ₃最小舵角信
号が出力されて舵機１を駆動して偏差は最小舵角
δ以下（0.2）となる。故に舵機１は回動を停止
する。以下このような追従動作が継続して繰り返
される。

尚、時間t₄の場合、最小舵角信号τ₃を個々にス
テツプアツプしてその応答性の様子を見ながら追
従制御するようにしてもよい。

＜発明の効果＞ 以上、実施例と共に具体的に本発明を説明した
ように、学習部で基準レベル設定値の基礎となる
基礎基準レベル値と最小舵角量及び最小舵角に必
要なパルス幅である最小舵角指令信号を学習し、
学習終了後に基礎基準レベル値に基づいて設定さ
れた基準レベル設定値と偏差信号とを比較回路で
比較して基準レベル設定値以内で且つ最小舵角以
上の時は最小舵角指令信号で舵機を駆動する本発
明の舶用オートパイロツトによれば、オーバーシ
ユートによるハンチングが無くなるので船舶の操
舵抵抗の減少による省エネルギ操舵ができる。即
ち、自動操舵中に命令舵角に対する追従精度が向
上するために舵角量を少なくすることができ、舵
機によつて発生する船体抵抗が減少することとな
る。又、自動操舵中基準レベル設定値が小さくな
つた分だけ命令舵角に対する応答性が向上し、制
御ループ内の遅れが減少する。故に船舶のヨーイ
ングが減少し、保針性向上とヨーイングによる船
体抵抗が減少し、省エネルギ操舵が行なうことが
できる。という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による舶用オートパイロツトの
ブロツク線図、第２図はサーボ増幅部をマイクロ
プロセツサで構成した場合のブロツク線図、第３
図は第１図のフローシート、第４図乃至第７図は
第１図の説明に供するタイムチヤート、第８図は
従来の舶用オートパイロツトのブロツク線図、第
９図は第８図の説明に供するタイムチヤートであ
る。 Ａ…サーボ機構、９…舵角検出器、Ｂ，Ｃ…サ
ーボ増幅部、１０…減算回路、１１，１１０…基
準レベル設定部、１２…比較回路、１４…学習
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 船舶の舵機を駆動する機構のサーボ機構と、
   命令舵角信号と実舵角信号の偏差信号を比較回路
   を用いて基準レベル設定値と比較して比較結果を
   前記サーボ機構に出力するサーボ増幅部とから成
   る舶用オートパイロツトにおいて、 学習モード信号を出力する学習モード指令部
   と、前記偏差信号を入力して前記舵機のオーバー
   シユート量から基礎基準レベル値を学習するオー
   バーシユート学習部と、前記偏差信号を入力して
   前記舵機を最小舵角駆動する最小舵角指令信号を
   学習して出力する最小舵角制御部とを具備する学
   習部を前記サーボ増幅部内に設け、 前記学習部の学習終了後に前記オーバーシユー
   ト学習部によつて学習された前記基礎基準レベル
   値に基づいて設定される基準レベル設定値と前記
   偏差信号とを前記比較回路で比較し、前記偏差信
   号が前記基準レベル設定値以内で前記最小舵角以
   上の時に前記最小舵角指令信号で前記舵機を駆動
   することを特徴とする舶用オートパイロツト。