JPH0562120B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は潜水船の自動深度保持装置、特に船体
の前後に備えた潜舵と横舵の２種類の舵を、予め
設定したある比率で動作的に結合し設定深度と実
深度との差を検出しつつ得たる信号にもとづいて
舵制御系を介して船体にモーメントを与えつつ深
度を制御する方式の自動深度保持装置に関する。

〔従来の技術〕 潜水船の深度を設定深度に保持するには従来か
ら２通りの方法がある。その１つは人間の経験と
勘とにもとづいて行なう手動制御であり、他の１
つは自動深度保持装置を利用して行なう自動深度
制御である。

第２図は潜舵と横舵とを備えた潜水船の深度設
定における基本的舵操作を説明するための基本操
舵説明図である。

第２図は潜水船の側面図であり、潜舵は潜水船
の前方に、また横舵は潜水船の後方に備えてお
り、潜水船にはこのほか方向舵としての縦舵を有
するがこの縦舵は深度制御には関係しない。

潜水船の深度を手動制御によつて調節するには
潜舵と横舵とを併用し、これら両舵の組合せ使用
によつて重心回りのモーメントを発生しこれと進
行方向の速度ベクトルとによつて潜水船の深度を
変えていく。第２図の２重矢印で示す曲線は深度
増大モーメントを例として示しており、この場合
潜舵、横舵とも点線で示すような舵角方向をと
る。

このように潜舵と横舵とは組合せ使用されるが
モーメント発生に対してはこの２種類の舵のきき
方いわゆる舵効率は同一ではなく潜舵よりも横舵
のきき方が強く、つまり動作的にはある比率の舵
効率で結合された状態にあり通常この舵結合比率
は約1/2、すなわち横舵の舵角をβeaとし潜舵の
舵角をβefとするとβea＝Ｋ・βef＝1/2・βefであ
る。

また、手動制御によらない自動深度保持装置は
モーメント発生による深度調節ではなく第２図の
点線矢印で示す如く下向き方向に押下げる力Ｗも
しくはこの反対に上向き方向に押上げる力を発生
させて深度の調節を行なつている。

第３図は従来の手動制御による深度調節の内容
を説明するための手動制御深度調節説明図であ
る。

ジヨイステイツク操舵装置等の舵角入力器１を
介してオペレータが潜舵角と横舵角を設定する
が、通常はこの設定に先立ちオペレータの手によ
り舵結合比率設定器２を介して両舵結合の比率Ｋ
を付与する。この状態で潜舵角信号と横舵角信号
とは舵結合比率Ｋで結合され潜舵サーボ３、横舵
サーボ４等のアクチユエータ（actuator）を介し
て潜舵、横舵を制御し、浮上または沈下のモーメ
ントを潜水船１００に与えつつ深度調節を行な
う。

なお、従来の自動深度保持装置は第３図におけ
る潜舵と横舵との動作的結合を行なわないので設
定深度と実深度との偏差を検出しつつ潜舵と横舵
とをそれぞれ独立して使用し調節を図るものとし
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述した従来の深度保持手段には
次のような欠点がある。

すなわち、第１の手段としての手動制御は経験
と熟練を備えた人間を必要とししかも通常、潜舵
と横舵とが約1/2の比率で結合されている状態で
所望のモーメントを発生せしめることが必要なた
め潜舵が横舵の約２倍の舵角をとり横舵に先んじ
て潜舵が舵効率上の物理的限界に達する。潜水船
が比較的高速の場合はこのような飽和に達しない
範囲で深度を調節するのに十分なモーメントが得
られるが低速状態になるほど十分なモーメントを
得るまえに潜舵がその舵角限界値で飽和し、従つ
て深度制御機能の低下が避けられないという欠点
がある。

このことは、潜水船がある程度以下の低速にな
ると舵効果が逆転し、上げ舵をとると下降力が作
用し、下げ舵をとると上昇力が作用するという操
舵制御の不能状態となつてあらわれる。

さらに第２の手段としての従来の自動深度保持
装置は潜舵と横舵とをそれぞれ独立的に使用し、
モーメントの代りに潜水船を押し下げ、または上
げる力を利用しており、このため深度調節速度が
極めて緩慢とならざるを得ないという欠点があ
る。本発明の目的も上述した欠点を除去した自動
深度保持装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置は、船体の前後に潜舵と横舵とを
備えこれら２種の舵を予め設定した比率の舵効率
で操舵するように動作的結合を図つたうえ設定深
度と実深度との差を検出しつつ取得した深度偏差
信号にもとづき舵制御系を介して潜舵と横舵とを
制御して船体にモーメントを与えて深度を制御す
る潜水船の自動深度保持装置であつて、潜舵に加
わる舵制御信号と潜舵の舵角限界値との差を検出
しつつ舵制御信号が舵角限界値を超える場合には
潜舵を舵角限界値に保持したまま舵角限界値を超
える潜舵角範囲は舵角限界値との差との差に相当
する範囲を横舵で補正するために横舵に付加すべ
き補正信号を発生して横舵で捕正しつつ設定深度
を保持させる自動深度保持手段を備えて構成を有
する。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の自動深度保持装置の構成の一
実施例を示すブロツク図である。

第１図に示す実施例は、第３図に示す構成内容
と同じ潜舵サーボ３、横舵サーボ４、潜水船１０
０、ならびに入力回路が若干異なるほかはほぼ舵
結合比率設定器２と同じ舵結合比率設定器２′の
ほか、本発明に直接かかわる構成内容としての目
標深度設定器５、深度偏差算出器６、最適操舵信
号算出器７、潜舵限界値設定器８、減算器９、横
舵補正信号算出器１０および加算器１１等を備え
て構成される。

潜水船１００は手動制御によつてほぼ所定の目
標深度に設定され海水中を航走もしくは海水中に
静止しているとする。目標深度設定器５は随時上
述した所定の目標深度を設定し所定のデータ形式
で目標深度信号hoを出力、これを深度偏差算出
器６に供給する。本実施例においては手動制御に
よつて深度を調節しつつ潜水船がほぼ所定の目標
深度に達する時期に目標深度設定器５による目標
深度設定、目標深度信号hoの出力を行なつてい
る。

目標深度信号hoは深度偏差算出器６に供給さ
れ、深度偏差算出器６にはまた潜水船１００の深
度センサによる深度信号ｈが供給される。

深度偏差算出器６は目標深度信号koと深度信
号ｈとの差Δhを算出し、これを深度偏差信号と
して最適操舵信号算出７に供給する。

最適操舵信号算出器７には深度偏差信号Δhの
ほか潜水船１００のピツチ角センサ回路を介して
ピツチ角信号θとこの一次微係数としてのピツチ
角速度信号θ〓が供給され、さらに各センサ回路か
ら深度速度信号ｈ〓ｈと潜水船対水速度信号ｕがこ
れに供給される。最適操舵信号算出器７はこれら
各データを入力しつつ、潜水船１００の設計条件
によつて予め特定される運動方程式等を利用し深
度偏差信号Δhを零ならしめる最適操舵信号βを
PID（Proportional Integral Differential）演算
回路を通して算出しこれを潜舵限界値設定器８、
減算器９ならびに加算器１１に供給する。

最適操舵角βは予め設定した舵結合比率で結合
した潜舵および横舵にそれぞれの駆動サーボ系を
介してこれが印加され潜水船１００に目標設定深
度をとらしめるべき最適の潜舵角βefおよび横舵
角βeaとして与えられる。つまりβ＝βefであり、
また舵結合比率をＫとすればβea＝Ｋ・βef＝
Ｋ・βである。

潜舵限界値設定器８は最適操舵角βを入力する
とこれを潜舵限界値と比較し、最適操舵角βがこ
の潜舵限界値以下であるときはこれをそのまま潜
舵角βefとして潜舵サーボ３と減算器９とに供給
する。この場合、減算器９の２入力は相等しく従
つて横舵補正信号算出器１０の入力は零で、出力
の横舵補正信号Δβeaも零となる。

加算器１１は最適操舵角βを受け横舵角補正信
号Δβeaは零であるのでβのみ舵結合比率設定器
２′に供給しこれに予め設定した舵結合比率Ｋを
乗じたうえ横舵角βeaとして横舵サーボ４に供給
する。

上述した潜舵限界値は潜水船１００の設計条件
にもとづき特定される運動特性から予め設定され
る操舵限界角である。

させ、潜舵限界値設定器８に対する最適操舵信
号βが潜舵限界値を超えた大きさであるときは潜
舵限界値を潜舵角βefとして出力する。この潜舵
限界値は減算器９にも供給され最適操舵信号βか
ら減算され、潜舵限界値から超えた角度ぶんが横
舵補正信号算出器１０に供給される。

横舵補正信号算出器１０は潜舵限界値と最適操
舵信号との差に相当する範囲を横舵で補正するた
めに横舵に付加すべき横舵補正信号Δβeaを発生
しこれを加算器１１に供給する。横舵補正信号は
潜舵限界値を超えた最適操舵信号の角度領域では
潜舵角を潜舵限界値に保持したままの状態で横舵
の補正により目標深度に到達すべき深度速度の増
加を図るために必要な横舵角の増大量でありこの
横舵角補正量は潜水船１００の設計諸元にもとづ
いて予め既知の運動特性から予め容易に設定しう
るものである。

加算器１１は最適操舵信号と横舵補正信号との
和β＋Δβeaを舵結合比率設定器２′に送出して横
舵角β′eaを得てこれを横舵サーボ４に供給し、か
くして潜、横舵の結合比率を切期状態から潜舵角
飽和状態に切替えて深度制御が行なわれる。

最適操舵信号にもとづく潜舵角が潜舵限界値を
超えて飽和する状態は主として潜水船の速度に対
応して発生し潜水船が低速になるほど起り易い
が、このような低速時にあつても潜舵を限界値で
飽和させたまま横舵の補正を行ないつつ深度増加
の割合すなわち深度速度の最大値を増加させるこ
とによつて容易に深度制御を実施することができ
る。

なお第１図の実施例において、最適操舵信号β
を算出する手段としてPID演算回路を利用してい
るがこれは同様な機能を有する他の演算回路と置
換してもよく、また目標深度設定器５による目標
深度信号hoの設定は本実施例では潜水船１００
がほぼ目標深度に達した時期としているがこれは
潜航前すなわち深度零の状態を含み随時実施して
も差支えないことは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、潜舵と横舵
とをある比率で結合し、目標深度との偏差を検出
して得た信号にもとづいて舵制御系を介して舵角
を制御しつつ船体にモーメントを与えながら深度
を制御する潜水船において、潜舵角がその限界値
を超える場合には潜舵角を限界値に保持したまま
限界値超過範囲を横舵のみで補正しつつ目標深度
を保持するという手段を備えることにより低速度
の場合の深度制御機能を大幅に改善しうる潜水船
の自動深度保持装置が実現できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による潜水船の自動深度保持装
置の構成の一実施例を示すブロツク図、第２図は
潜水船の基本的舵操作を説明するための基本操舵
説明図、第３図は従来の手動制御による深度調節
の内容を説明するための手動制御深度調節説明図
である。 １……舵角入力器、２，２′……舵結合比率設
定器、３……潜舵サーボ、４……横舵サーボ、５
……目標深度設定器、６……深度偏差算出器、７
……最適操舵信号算出器、８……潜舵限界値設定
器、９……減算器、１０……横舵補正信号算出
器、１１……加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 船体の前後に潜舵と横舵とを備えこれら２種
   の舵を予め設定した比率の舵効率で操舵するよう
   に動作的結合を図つたうえ設定深度と実深度との
   差を検出しつつ取得した深度偏差信号にもとづき
   舵制御系を介して潜舵と横舵とを制御して船体に
   モーメントを与えて深度を制御する潜水舶の自動
   深度保持装置であつて、潜舵に加わる舵制御信号
   と潜舵の舵角限界値との差を検出しつつ舵制御信
   号が舵角限界値を超える場合には潜舵を舵角限界
   値に保持したまま舵角限界値を超える潜舵角範囲
   は舵角限界値との差に相当する範囲を横舵で補正
   するために横舵に付加すべき補正信号を発生して
   横舵で補正しつつ設定深度を保持させる自動深度
   保持手段を備えること特徴とする潜水船の自動深
   度保持装置。