JPH0512153Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、主船体上に緩衝支持装置を介して支
持される上部構造物をそなえた船舶（海上構造物
を含む）に関し、特にその上部構造物を支持制御
するようにした船舶に関する。

〔従来の技術〕 一般に、船舶においては主船体（下部構造物）
と上部構造物（客室等の居住区や船橋を含むも
の）とが一体になつている。したがつて、主船体
の動揺はそのまま上部構造物の動揺となり、荒天
時等には、この上部構造物に含まれる居住区にお
ける居住性を十分に確保できない。

特に、船舶の上部構造物に設けられた病室や特
別室は、波浪中を航行する場合にも揺れない方が
望ましい。また、客室に限らずヘリポートなども
水平に保持されることが望まれるほか、船舶に限
らず、海上浮遊構造物においては、浮体となる下
部構造物の揺動に影響されない上部構造物が望ま
れる。

そのため、客室などを含む上部構造物を、主船
体（浮体となる下部構造物）から切り離し、この
主船体上に緩衝支持装置を介して支持するように
した船舶が提案されているが、その制御方式は明
確に示されていない。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、上述のように、主船体上に緩衝支持
装置を介して上部構造物を支持する場合、上部構
造物の動揺を確実に減少させるため、この上部構
造物における動揺の状態を検出して、その検出信
号に基づき緩衝支持装置を積極的に制御すること
が要望されている。

本考案は、このような実情に鑑み、緩衝支持装
置を制御して、上部構造物の動揺を確実に減少で
きるようにした、上部構造物支持制御式船舶を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本考案の上部構造物支持制御式船舶
は、主船体と同主船体上に制御可能の緩衝支持装
置を介して支持された上部構造物とからなる船舶
において、上記上部構造物に設けられた変位計、
バーチカルジヤイロおよび加速度計と、上記の変
位計およびバーチカルジヤイロからの出力信号を
受けて上記緩衝支持装置による上記上部構造物の
支持点の変位を演算する支持点変位演算器と、同
演算器による上記変位の演算結果に基づいて上記
緩衝支持装置のサーボバルブのための予備制御指
令信号を出力するPID制御器と、上記加速度計か
らの出力信号にフイードバツクゲインを乗算して
補正制御指令信号を出力する補正演算器と、上記
の予備制御指令信号と補正制御指令信号とを加算
して上記サーボバルブへの最終制御指令信号の演
算を行なう加算器とが設けられたことを特徴とし
ている。

〔作用〕

上述の本考案の上部構造物支持制御式船舶で
は、演算器において、変位計およびバーチカルジ
ヤイロからの出力に基づき緩衝支持装置による上
部構造物の支持点の変位が演算され、この変位の
演算結果に基づいて緩衝支持装置のサーボバルブ
のための予備制御指令信号がPID制御器から出力
される。一方、補正演算器では加速度計からの出
力信号にフイードバツクゲインを乗算して補正制
御指令信号が出力される。

そして、上記の予備制御指令信号と補正制御指
令信号とが加算器で加算され、最終制御指令信号
として上記サーボバルブへ送られるので、上記支
持点の位置の制御が適切に行なわれるようになつ
て、上記上部構造物の動揺が十分に抑制される。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の実施例について説明
すると、第１，２図は本考案の第１実施例として
の上部構造物支持制御式船舶を示すもので、第１
図はその制御系を示すブロツク図、第２図はその
緩衝支持装置を示す模式図であり、第３図は本考
案の第２実施例としての上部構造物支持制御式船
舶の制御系を示すブロツク図である。

第１，２図に示すように、本考案の第１実施例
では、浮力を生じる主船体５と、この主船体５上
に制御可能の緩衝支持装置１を介して支持された
上部構造物４とがそなえられている。

また、緩衝支持装置１は、第２図に示すよう
に、図示しないばねとダンパーとからなる緩衝器
１ａと、上部構造物４の自重を保持するためのア
キユムレータに接続されたシリンダ１ｂと、緩衝
器１ａ自体を上下駆動して緩衝支持装置１による
上部構造物４の支持点の位置を調節する油圧シリ
ンダ１ｃとにより構成されている。そして、油圧
シリンダ１ｃ内におけるピストン上下の油室に
は、サーボバルブ１ｄを介して圧油が供給される
ようになつており、このサーボバルブ１ｄの開度
を制御することにより、圧油量が調整され、油圧
シリンダ１ｃを介して上述した上部構造物４の支
持点の位置が制御されるようになつている。

なお、緩衝支持装置１は、上部構造物４のロー
ルおよびピツチを制御できるように、上部構造物
４と主船体５との間において少なくとも３個設け
られている。

一方、上部構造物４の重心には、動揺検出器と
してのバーチカルジヤイロ２および変位計３が設
けられていて、これらのバーチカルジヤイロ２お
よび変位計３により、それぞれ、上部構造物４の
重心まわりのロール角φ_C、ピツチ角θ_Cと、上部構
造物４の重心の上下変位z_CGとが検出されるよう
になつている。

また、本実施例の制御系においては、これらの
バーチカルジヤイロ２および変位計３からの出力
（φ_C，θ_C，z_CG）をアナログ信号からデイジタル信
号へ変換するためのＡ／Ｄ変換器６がそなえら
れ、このＡ／Ｄ変換器６からのデイジタル出力
（φ_C，θ_C，z_CG）を受け各緩衝支持装置１による上
部構造物４の支持点の変位z_i（ｉ＝１〜Ｎ，Ｎ≧
３）を演算する支持点変位演算器７と、その演算
結果z_iに基づいて上部構造物４の支持点の位置の
制御を行なうべく、サーボバルブ１ｄのための予
備制御指令信号u_1iを出力するPID制御器８とが設
けられている。

この第１実施例では、上述の制御系に加えて、
さらに加速度計１０が上部構造物４に設けられ、
この加速度計１０からの出力（z¨）_i,i＝１〜Ｎ）を
Ａ／Ｄ変換器６によりデイジタル変換された後に
入力され補正制御指令信号u_2iを演算して出力す
る補正演算器１１と、この補正演算器１１からの
補正制御指令信号u_2iとPID制御器８から出力され
る予備制御指令信号u_1iとを加算して最終制御指
令信号u_iを出力する加算器１２とがそなえられて
いる。

そして、加算器１２からの出力（u_i）は、Ｄ／
Ａ変換器９によりデイジタル信号からアナログ信
号に変換されてから、緩衝支持装置１へ出力され
るようになつている。

なお、加速度計１０は、各緩衝支持装置１によ
る上部構造物４の支持点の位置に配置されてお
り、この支持点での上下方向の加速度z¨_iを検出す
るものである。

本考案の第１実施例としての上部構造物支持制
御式船舶は上述のごとく構成されているので、上
部構造物４に動揺が生じると、変位計３により上
部構造物４の重心の上下変位z_CGが検出されると
ともに、バーチカルジヤイロ２により上部構造物
４の重心まわりのロール角φ_Cとピツチ角θ_Cとが検
出される。

そして、これらの検出信号z_CG，φ_C，θ_Cは、ア
ナログ信号であるから、Ａ／Ｄ変換器６によりデ
イジタル信号に変換された後、支持点変位演算器
７に入力される。

この支持点変位演算器７においては、次式によ
り、緩衝支持装置１による上部構造物４の支持点
の変位z_i（ｉ＝１〜Ｎ，Ｎ≧３）が演算される。

z_i＝z_CG−（x_i−x_CG）・θ_C ＋（y_i−y_CG）・φ_C（ｉ＝１〜Ｎ） ……(1) ここで、xy−座標系の原点は適当な位置に設
定されているとして、ｘ軸は船長方向、ｙ軸は船
幅方向に設定されるほか、（x_i，y_i）は既知の各
支持点のxy平面座標、（x_CG，y_CG）は既知の上部
構造物４の重心のxy平面座標、Ｎは支持点数つ
まり緩衝支持装置１の数（３以上）である。

(1)式に基づいて演算された結果z_iはPID制御器
８に入力され、このPID制御器８において、変位
z_iに基づき、各緩衝支持装置１のサーボバルブ１
ｄのための予備制御指令信号u_1iが次式により演
算されて出力される。

u〓_1i＝−K_Pi・ （１＋K_Ii／ｓ＋K_Di・ｓ）・z〓_i ……(2) ここで、〜はラプラス変換されたことを示し、
ｓはラプラス変換のパラメータ、K_Piは比例ゲイ
ン、K_Iiは積分ゲイン、K_Diは微分ゲインであり、
これらのゲインK_Pi，K_Ii，K_Diは各緩衝支持装置
１ごとに設定されている。

一方、加速度計１０により各緩衝支持装置１に
よる上部構造物４の支持点での上下加速度z¨_iが検
出され、その検出信号は、Ａ／Ｄ変換器６により
デイジタル変換された後、補正演算器１１に入力
される。そして、この補正演算器１１において、
加速度z¨_iに基づき、各緩衝支持装置１のサーボバ
ルブ１ｄへの補正制御指令信号u_2iが次式により
演算されて出力される。

u_2i＝−K_DDi・z¨_i（ｉ＝１〜Ｎ） ……(3) ここで、K_DDiは各緩衝支持装置１ごとに設定さ
れる加速度フイードバツクゲインである。

このようにしてPID制御器８および補正演算器
１１からそれぞれ出力された信号u_1i，u_2iは加算
器１２に入力され、この加算器１２において次式
により最終制御指令信号u_iが演算される。

u_i＝u_1i＋u_2i ……(4) そして、加算器１２から出力された最終制御指
令信号u_iは、Ｄ／Ａ変換器９によりアナログ変換
された後、緩衝支持装置１のサーボバルブ１ｄへ
入力される。そして、最終制御指令信号u_iに基づ
き、サーボバルブ１ｄの開度を制御することで、
油圧シリンダ１ｃへの圧油量が制御され、この油
圧シリンダ１ｃおよび緩衝器１ａを介して緩衝支
持装置１による上部構造物４の支持点の位置が制
御されるのである。

これにより、上部構造物４の動揺が確実に抑制
され、上部構造物４は積極的に水平となるように
駆動制御されるが、本考案では、特に上部構造物
４の支持点での上下加速度に基づく制御系を付加
するようにしたので、最終制御指令信号u_iとし
て、PID制御器８からの予備制御指令信号u_1iに補
正制御指令信号u_2iが加算されるので、上部構造
物４の動揺減少効果が著しく高められ、上部構造
物４における乗り心地が大幅に改善されるように
なる。

次に、第３図により本考案の第２実施例につい
て説明すると、この第２実施例では、上部構造物
４側の制御系が第１実施例と全く同様にして構成
される一方、主船体５側にも、上記制御系と同様
なものが設けられ、加算器１２へ接続されてい
る。

すなわち、主船体５の重心には、動揺検出器と
してのバーチカルジヤイロ２ａおよび変位計３ａ
が設けられるとともに、主船体５における緩衝支
持装置１の支持点には動揺検出器としての加速度
計１０ａが設けられている。これらのバーチカル
ジヤイロ２ａ、変位計３ａおよび加速度計１０ａ
は、それぞれ、主船体５の重心まわりのロール角
φ_S、ピツチ角θ_Sと、主船体５の重心の上下変位
z_SGと、主船体５における緩衝支持装置１の支持
点での上下方向の加速度ｚ¨_Siとを検出するもので
ある。

そして、これらのバーチカルジヤイロ２ａ、変
位計３ａおよび加速度計１０ａは、上部構造物４
側の制御系とほぼ同様に、Ａ／Ｄ変換器６ａ、支
持点変位演算器７ａ，PID制御器８ａおよび補正
演算器１１ａに接続され、さらに、PID制御器８
ａおよび補正演算器１１ａからの予備制御指令信
号u_3iおよび補正制御指令信号u_4iは、上部構造物
４側の制御系における加算器１２へ出力されるよ
うになつている。

上述の構成により、この第２実施例では、上部
構造物４の動揺を減少するに際し主船体５の動揺
も考慮されるようになる。つまり、上部構造物４
側においては、第２実施例と全く同様にして、
PID制御器８および補正演算器１１から加算器１
２へそれぞれ制御指令信号u_1iおよびu_2iが出力さ
れる一方、主船体５側においても、まず、変位計
３ａにより主船体５の重心の上下変位z_SGが検出
され、バーチカルジヤイロ２ａにより主船体５の
重心まわりのロール角φ_Sとピツチ角θ_Sとが検出さ
れるとともに、加速度計１０ａにより各主船体５
による緩衝支持装置１の支持点での上下加速度z¨_Si
が検出される。

そして、これらの検出信号は、Ａ／Ｄ変換器６
ａによりデイジタル変換された後、バーチカルジ
ヤイロ２ａおよび変位計３ａからの信号z_SG，φ_S，
θ_Sは支持点変位演算器７ａに入力され、加速度計
１０ａからの信号z¨_Siは補正演算器１１ａに入力さ
れる。

支持点変位演算器７ａにおいては、(1)式と同様
の次式により、主船体５による緩衝支持装置１の
支持点の変位z_Si（ｉ＝１〜Ｎ，Ｎ≧３）が演算さ
れる。

z_Si＝z_SG−（x_i−x_SG）・θ_S＋（y_i −y_SG）・θ_S（ｉ＝１〜Ｎ） ……(5) ここで、xy−座標の定義は第１実施例と同様
であるほか、x_SG，y_SGは既知の主船体５の重心の
xy平面座標である。

(5)式に基づいて演算された結果z_SiはPID制御部
８ａに入力され、このPID制御部８ａにおいて、
変位z_Siに基づき、各緩衝支持装置１のサーボバル
ブ１ｄへの制御指令信号u_3iが次式により演算さ
れて出力される。

u_3i＝−K_PSi・（１＋K_ISi／ｓ ＋K_DSi・ｓ）・z〓_Si ……(6) ここで、K_PSiは比例ゲイン、K_ISiは積分ゲイン、
K_DSiは微分ゲインであり、これらのゲインK_PSi，
K_ISi，K_DSiは、主船体５側において各緩衝支持装
置１ごとに設定されたものである。

一方、補正演算器１１ａにおいては、加速度z¨_Si
に基づき、各緩衝支持装置１のサーボバルブ１ｄ
への補正制御指令信号u_4iが次式により演算され
て出力される。

u_4i＝−K_DDSi・z¨_Si（ｉ＝１〜Ｎ） ……(7) ここで、K_DDSiは主船体５側において各緩衝支
持装置１ごとに設定される加速度フイードバツク
ゲインである。

このようにしてPID制御部８ａおよび補正演算
器１１ａからそれぞれ出力された信号u_3i，u_4iは
加算器１２に入力され、この加算器１２において
次式により制御指令信号u_iが演算される。

u_i＝u_1i＋u_2i＋u_3i＋u_4i ……(8) そして、加算器１２から出力された制御指令信
号u_iは、第１実施例と同様に、Ｄ／Ａ変換器９に
よりアナログ変換された後、緩衝支持装置１のサ
ーボバルブ１ｄに出力され、第１実施例と同様に
して、緩衝支持装置１による上部構造物４の支持
点の位置が制御される。

このように、本考案の第２実施例では、第１実
施例と同様の制御系において、主船体５側の動揺
も考慮されるようになるので、第１実施例よりも
さらに上部構造物４の動揺減少効果が高められる
のである。

〔考案の効果〕 以上詳述したように、本考案の上部構造物支持
制御式船舶によれば、主船体と同主船体上に制御
可能の緩衝支持装置を介して支持された上部構造
物とから成る船舶において、上記上部構造物に設
けられた変位計、バーチカルジヤイロおよび加速
度計と、上記の変位計およびバーチカルジヤイロ
からの出力信号を受けて上記緩衝支持装置による
上記上部構造物の支持点の変位を演算する支持点
変位演算器と、同演算器による上記変位の演算結
果に基づいて上記緩衝支持装置のサーボバルブの
ための予備制御指令信号を出力するPID制御器
と、上記加速度計からの出力信号にフイードバツ
クゲインを乗算して補正制御指令信号を出力する
補正演算器と、上記の予備制御指令信号と補正制
御指令信号とを加算して上記サーボバルブへの最
終制御指令信号の演算を行なう加算器とが設けら
れるという簡素な構成で、上部構造物の動揺を確
実に減少できるようになり、これにより上部構造
物内の乗心地を大幅に改善することができるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本考案の第１実施例としての上部
構造物支持制御式船舶を示すもので、第１図はそ
の制御系を示すブロツク図、第２図はその緩衝支
持装置を示す模式図であり、第３図は本考案の第
２実施例としての上部構造物支持制御式船舶の制
御系を示すブロツク図である。 １……緩衝支持装置、１ａ……緩衝器、１ｂ…
…シリンダ、１ｃ……油圧シリンダ、１ｄ……サ
ーボバルブ、２，２ａ……バーチカルジヤイロ、
３，３ａ……変位計、４……上部構造物、５……
主船体、６，６ａ……Ａ／Ｄ変換器、７，７ａ…
…支持点変位演算器、８，８ａ……PID制御部、
９……Ｄ／Ａ変換器、１０，１０ａ……加速度
計、１１，１１ａ……補正演算器、１２……加算
器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 主船体と同主船体上に制御可能の緩衝支持装置
   を介して支持された上部構造物とからなる船舶に
   おいて、上記上部構造物に設けられた変位計、バ
   ーチカルジヤイロおよび加速度計と、上記の変位
   計およびバーチカルジヤイロからの出力信号を受
   けて上記緩衝支持装置による上記上部構造物の支
   持点の変位を演算する支持点変位演算器と、同演
   算器による上記変位の演算結果に基づいて上記緩
   衝支持装置のサーボバルブのための予備制御指令
   信号を出力するPID制御器と、上記加速度計から
   の出力信号にフイードバツクゲインを乗算して補
   正制御指令信号を出力する補正演算器と、上記の
   予備制御指令信号と補正制御指令信号とを加算し
   て上記サーボバルブへの最終制御指令信号の演算
   を行なう加算器とが設けられたことを特徴とす
   る、上部構造物支持制御式船舶。