JPH0662117B2 - 天候適合型機能を備えた船舶用自動操舵装置 - Google Patents
天候適合型機能を備えた船舶用自動操舵装置Info
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- JPH0662117B2 JPH0662117B2 JP63010558A JP1055888A JPH0662117B2 JP H0662117 B2 JPH0662117 B2 JP H0662117B2 JP 63010558 A JP63010558 A JP 63010558A JP 1055888 A JP1055888 A JP 1055888A JP H0662117 B2 JPH0662117 B2 JP H0662117B2
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (1)発明の分野 本発明は、船舶用自動操舵装置、より詳細には船舶の船
首方位を維持する、天候適合型機能を備えた船舶用自動
操舵装置に関するものである。
首方位を維持する、天候適合型機能を備えた船舶用自動
操舵装置に関するものである。
(2)従来の技術 船舶用自動操舵装置の多くが天候適合型機能を備えてい
ることは先行技術で既に周知であるが、１９７１年９月
１４日発行の「Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｍａｎｄ Ｃ
ｏｍｐｕｔｅｒ ｆｏｒ Ｎａｖｉｇａｂｌｅ Ｃｒａ
ｆｔ」と称する米国特許第３，６０４，９０７号には半
自動天候適合型機能を備えた二重利得自動操舵装置が開
示されている。波の荒さに応じて船舶が受ける見かけの
ピーク偏揺れ運動に従ってオペレータが手動操作で天候
適合制御を設定するもので、船舶の偏揺れ運動が手動設
定値を超えると自動操舵装置の利得が増大され、命令さ
れた船首方位に対し船舶が復元されるが、前記設定値以
下になると自動操舵装置の低利得を利用して船首方位が
維持される。実際にはそのような手動制御を誤つて設定
することが多く、また手動制御が全く設定されないこと
もある。先行技術による自動操舵装置の場合にそのよう
な手動制御は、風や海の状態に従つて船舶の速度変更性
能を最適化することで調整が行なわれた。しかしなが
ら、大型の船舶についての時定数はかなり長いため、そ
のような手動調整によつてオペレータが最適条件を実現
することは不可能な場合が多い。そのような場合、オペ
レータが手動調整効果を判定できるまでに１０分ほど船
舶を航行させなければならないこともある。よつて前記
調整方法は、試行錯誤的方法であり、結果として操舵効
率の損失と燃料消費の増大とを生ずる。
ることは先行技術で既に周知であるが、１９７１年９月
１４日発行の「Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｍａｎｄ Ｃ
ｏｍｐｕｔｅｒ ｆｏｒ Ｎａｖｉｇａｂｌｅ Ｃｒａ
ｆｔ」と称する米国特許第３，６０４，９０７号には半
自動天候適合型機能を備えた二重利得自動操舵装置が開
示されている。波の荒さに応じて船舶が受ける見かけの
ピーク偏揺れ運動に従ってオペレータが手動操作で天候
適合制御を設定するもので、船舶の偏揺れ運動が手動設
定値を超えると自動操舵装置の利得が増大され、命令さ
れた船首方位に対し船舶が復元されるが、前記設定値以
下になると自動操舵装置の低利得を利用して船首方位が
維持される。実際にはそのような手動制御を誤つて設定
することが多く、また手動制御が全く設定されないこと
もある。先行技術による自動操舵装置の場合にそのよう
な手動制御は、風や海の状態に従つて船舶の速度変更性
能を最適化することで調整が行なわれた。しかしなが
ら、大型の船舶についての時定数はかなり長いため、そ
のような手動調整によつてオペレータが最適条件を実現
することは不可能な場合が多い。そのような場合、オペ
レータが手動調整効果を判定できるまでに１０分ほど船
舶を航行させなければならないこともある。よつて前記
調整方法は、試行錯誤的方法であり、結果として操舵効
率の損失と燃料消費の増大とを生ずる。
１９７８年２月２１日発行の「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｕ
ｔｏｐｉｌｏｔ ｆｏｒ Ｍａｒｉｎｅ Ｖｅｓｓｅｌ
ｓ」と称する米国特許第４，０７４，６４８号には、様
々な海の状態に従い自動操舵装置の利得を自動的に調整
すると共に、船首方位制御ループの臨界制動を維持する
ことによって、改良された性能を提供する自動操舵装置
が開示されている。該自動操舵装置は、船舶の操舵装置
の感度を調整して海や風の状態に速度の変化を適合さ
せ、偏揺れ運動と方向舵の動作とが平衡するようにして
いる。前記自動操舵装置は、またＲＭＳ（実効）偏揺れ
運動とＲＭＳ方向舵運動とを計算し、自動操舵装置の利
得を調整して前記特許に記載された抗力関数を最小化す
る。この方法は、船舶の動的係数とその動的性能能特性
とに関して詳細な知識を必要とする。また、船舶の操舵
効率を最適化する際利用されるアルゴリズムを公式化す
る場合には船舶の操舵特性に関する広範なコンピュータ
シミュレーシヨンおよび分析が必要であり、よつてほと
んどの船舶にとつて非実用的方法である。更に、前記シ
ミュレーシヨンが実際の船舶の性能と適合しない場合、
前記予想性能を前記実際の性能に調整できる何らの補正
手段または較正手段もないため、船舶の操舵効率が劣化
することもある。
ｔｏｐｉｌｏｔ ｆｏｒ Ｍａｒｉｎｅ Ｖｅｓｓｅｌ
ｓ」と称する米国特許第４，０７４，６４８号には、様
々な海の状態に従い自動操舵装置の利得を自動的に調整
すると共に、船首方位制御ループの臨界制動を維持する
ことによって、改良された性能を提供する自動操舵装置
が開示されている。該自動操舵装置は、船舶の操舵装置
の感度を調整して海や風の状態に速度の変化を適合さ
せ、偏揺れ運動と方向舵の動作とが平衡するようにして
いる。前記自動操舵装置は、またＲＭＳ（実効）偏揺れ
運動とＲＭＳ方向舵運動とを計算し、自動操舵装置の利
得を調整して前記特許に記載された抗力関数を最小化す
る。この方法は、船舶の動的係数とその動的性能能特性
とに関して詳細な知識を必要とする。また、船舶の操舵
効率を最適化する際利用されるアルゴリズムを公式化す
る場合には船舶の操舵特性に関する広範なコンピュータ
シミュレーシヨンおよび分析が必要であり、よつてほと
んどの船舶にとつて非実用的方法である。更に、前記シ
ミュレーシヨンが実際の船舶の性能と適合しない場合、
前記予想性能を前記実際の性能に調整できる何らの補正
手段または較正手段もないため、船舶の操舵効率が劣化
することもある。
前記問題を解決する別の方法として、１９８５年１月１
８日出願の「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｕｔｏｐｉｌｏｔ」
と称する米国特許出願第６９２，４６５号に開示された
方法がある。この方法は、自動操舵装置を自動的に調整
して、様々な海の状態や周波数の変化に適合させるもの
である。前記方法による自動操舵装置はほとんど船舶を
適切に操舵できるが、その場合船首方位はほとんど変え
ず、長期間一定の船首方位で航行しなければならない。
前記自動操舵装置の場合、ＲＭＳ偏揺れ運動の著しく増
大したレベルに利得が低減されるまで、一連の試行錯誤
による反復利得変化値、ＲＭＳ偏揺れ運動測定値、およ
び先の結果との比較値が利用される。偏揺れ期間は長く
なる傾向があるので測定期間も必然的に長くなり、５
分、またはそれ以上になる。最小の利用可能な利得を決
定するにはいくつかの測定期間が必要であると共に、船
首方位を変更する場合は前記手続きを再び始めなければ
ならない。よつて前記自動操舵装置は、長い探索手続き
を利用するため、非最適利得での著しく長い動作時間を
必要とする。
８日出願の「Ａｄａｐｔｉｖｅ Ａｕｔｏｐｉｌｏｔ」
と称する米国特許出願第６９２，４６５号に開示された
方法がある。この方法は、自動操舵装置を自動的に調整
して、様々な海の状態や周波数の変化に適合させるもの
である。前記方法による自動操舵装置はほとんど船舶を
適切に操舵できるが、その場合船首方位はほとんど変え
ず、長期間一定の船首方位で航行しなければならない。
前記自動操舵装置の場合、ＲＭＳ偏揺れ運動の著しく増
大したレベルに利得が低減されるまで、一連の試行錯誤
による反復利得変化値、ＲＭＳ偏揺れ運動測定値、およ
び先の結果との比較値が利用される。偏揺れ期間は長く
なる傾向があるので測定期間も必然的に長くなり、５
分、またはそれ以上になる。最小の利用可能な利得を決
定するにはいくつかの測定期間が必要であると共に、船
首方位を変更する場合は前記手続きを再び始めなければ
ならない。よつて前記自動操舵装置は、長い探索手続き
を利用するため、非最適利得での著しく長い動作時間を
必要とする。
(3)発明の概要 本発明は、自動操舵装置の利得を自動的に調整し、様々
な海の状態や周波数の変化に適合させると共に、船首方
位制御ループの臨界制動を維持するものである。本発明
による自動操舵装置は、船舶の係数に関する予備知識や
事前のコンピュータシミュレーシヨンを必要とせずに、
いかなる船舶に対しても較正を行なうことができるもの
である。先行技術による装置と比較し、利得探索時間が
著しく短かく、その利得領域は全天候条件に対して安定
な値に制限されている。本発明は、以下述べるように、
利得が偏揺れ運動、舵角および比例定数の代わりに偏揺
れ運動のみの関数となる点で前記米国特許第４，０７
４，６４８号の自動操舵装置と異なると共に、各種の試
行利得で探索した結果ではなく、偏揺れ運動を計算した
直接の結果利得が選択されるという点で前記米国特許出
願第６９２，４６５号の自動操舵装置とも異なる。
な海の状態や周波数の変化に適合させると共に、船首方
位制御ループの臨界制動を維持するものである。本発明
による自動操舵装置は、船舶の係数に関する予備知識や
事前のコンピュータシミュレーシヨンを必要とせずに、
いかなる船舶に対しても較正を行なうことができるもの
である。先行技術による装置と比較し、利得探索時間が
著しく短かく、その利得領域は全天候条件に対して安定
な値に制限されている。本発明は、以下述べるように、
利得が偏揺れ運動、舵角および比例定数の代わりに偏揺
れ運動のみの関数となる点で前記米国特許第４，０７
４，６４８号の自動操舵装置と異なると共に、各種の試
行利得で探索した結果ではなく、偏揺れ運動を計算した
直接の結果利得が選択されるという点で前記米国特許出
願第６９２，４６５号の自動操舵装置とも異なる。
本発明は、船舶の偏揺れ運動の変化に応答して自動操舵
装置の利得を調整する。まず、特定の船舶に対して複数
の利得係数の組合せを形成する。次いで、複数の利得ス
テップに夫々対応する第１の複数の比較器によつて偏揺
れ運動のＲＭＳ値を検査し、それに対応する利得ステッ
プを測定する。前記複数の利得ステップに夫々対応する
第２の複数の比較器によつて偏揺れ運動の瞬時値を検査
し、それに対応する利得ステツプを測定する。前記第１
および第２の複数の比較器によっ選択された最大の利得
ステップを利用して前記利得係数組の中から１組を選択
し、前記自動操舵装置の船首方位維持機能に適した利得
を得る。
装置の利得を調整する。まず、特定の船舶に対して複数
の利得係数の組合せを形成する。次いで、複数の利得ス
テップに夫々対応する第１の複数の比較器によつて偏揺
れ運動のＲＭＳ値を検査し、それに対応する利得ステッ
プを測定する。前記複数の利得ステップに夫々対応する
第２の複数の比較器によつて偏揺れ運動の瞬時値を検査
し、それに対応する利得ステツプを測定する。前記第１
および第２の複数の比較器によっ選択された最大の利得
ステップを利用して前記利得係数組の中から１組を選択
し、前記自動操舵装置の船首方位維持機能に適した利得
を得る。
(4)実施例 第１図には、本発明の船首方位維持アルゴリズムを実現
する船舶用自動操舵装置が示してある。本発明は自動操
舵装置の船首方位を維持する方法に関するものである。
船首方位の変更が命令されると、自動操舵装置によつて
船首方位変更モード、すなわち操舵モードに切換えが行
なわれ、航路の変更が行なわれる。船舶が新規の航路を
達成すると、前記本発明の船首方位維持アルゴリズムが
再び始動される。自動操舵装置の端子１０には、船首方
位誤差信号ψｅが印加される。該船首方位誤差信号は、
制御された船首方位と前記船舶の実際の船首方位との差
であり、船舶の瞬時偏揺れ運動の測定値であることが判
る。前記船首方位誤差信号は、通常のＰＩＤ制御装置１
１に印加される。該制御装置１１は、前記船首方位誤差
信号の比例、積分および微分項に従って方向舵制御出力
信号δｏを発生し、線１２に印加する。従つて、前記制
御装置１１は船首方位誤差信号を受信し、通常の態様で
前記船首方位誤差信号の積分項∫ψｅと微分項ｅとを
計算し、次いで下式の如く前記三つの項に適当な係数を
乗じ、それらを合計して前記方向舵制御出力を発生し、
線１２に印加する。
する船舶用自動操舵装置が示してある。本発明は自動操
舵装置の船首方位を維持する方法に関するものである。
船首方位の変更が命令されると、自動操舵装置によつて
船首方位変更モード、すなわち操舵モードに切換えが行
なわれ、航路の変更が行なわれる。船舶が新規の航路を
達成すると、前記本発明の船首方位維持アルゴリズムが
再び始動される。自動操舵装置の端子１０には、船首方
位誤差信号ψｅが印加される。該船首方位誤差信号は、
制御された船首方位と前記船舶の実際の船首方位との差
であり、船舶の瞬時偏揺れ運動の測定値であることが判
る。前記船首方位誤差信号は、通常のＰＩＤ制御装置１
１に印加される。該制御装置１１は、前記船首方位誤差
信号の比例、積分および微分項に従って方向舵制御出力
信号δｏを発生し、線１２に印加する。従つて、前記制
御装置１１は船首方位誤差信号を受信し、通常の態様で
前記船首方位誤差信号の積分項∫ψｅと微分項ｅとを
計算し、次いで下式の如く前記三つの項に適当な係数を
乗じ、それらを合計して前記方向舵制御出力を発生し、
線１２に印加する。
δｏ＝ａψｅ＋ｂｅ＋ｃ∫ψｅ 前記ＰＩＤ制御装置１１は、前記米国特許第３，６０
４，９０７号に開示されているような制御装置である。
このＰＩＤ制御装置１１は、特定の船舶の動的特性に従
つて得られた７組の係数（ａ，ｂ，ｃ）を記憶する。
４，９０７号に開示されているような制御装置である。
このＰＩＤ制御装置１１は、特定の船舶の動的特性に従
つて得られた７組の係数（ａ，ｂ，ｃ）を記憶する。
前記端子１０の船首方位誤差信号は積分器１３にも印加
されるが、該積分器１３はその積分値を発生し、減算器
１４に印加する。該減算器１４は、その第２の入力で前
記船首方位誤差信号を受信し、該船首方位誤差信号から
前記船首方位誤差信号の積分値を減算し、偏揺れ運動の
みを表わす信号を発生し、線１５に印加する。該線１５
の偏揺れ信号は、ＲＭＳ計算機１６に印加され、次いで
偏揺れ運動のＲＭＳ値として線１７に印加される。
されるが、該積分器１３はその積分値を発生し、減算器
１４に印加する。該減算器１４は、その第２の入力で前
記船首方位誤差信号を受信し、該船首方位誤差信号から
前記船首方位誤差信号の積分値を減算し、偏揺れ運動の
みを表わす信号を発生し、線１５に印加する。該線１５
の偏揺れ信号は、ＲＭＳ計算機１６に印加され、次いで
偏揺れ運動のＲＭＳ値として線１７に印加される。
前記端子１０の瞬時偏揺れ信号と線１７のＲＭＳ偏揺れ
信号とは、比較器／符号化器１８への入力として印加さ
れる。該比較器／符号化器１８は、以下述べるように、
前記線１７のＲＭＳ偏揺れ信号に応答する６つの比較器
と、前記端子１０の瞬時偏揺れ信号に応答する６つの比
較器とを備えている。前記６つのＲＭＳ偏揺れ比較器は
所定範囲内のＲＭＳ偏揺れ増分を検出し、前記６つ瞬時
偏揺れ比較器は瞬時偏揺れの所定範囲を超える瞬時偏揺
れ増分を検出するように構成されている。
信号とは、比較器／符号化器１８への入力として印加さ
れる。該比較器／符号化器１８は、以下述べるように、
前記線１７のＲＭＳ偏揺れ信号に応答する６つの比較器
と、前記端子１０の瞬時偏揺れ信号に応答する６つの比
較器とを備えている。前記６つのＲＭＳ偏揺れ比較器は
所定範囲内のＲＭＳ偏揺れ増分を検出し、前記６つ瞬時
偏揺れ比較器は瞬時偏揺れの所定範囲を超える瞬時偏揺
れ増分を検出するように構成されている。
前記ＰＩＤ制御装置１１の利得は、７つの利得ステツプ
レベルに量子化される。前記２組の比較器の各６つの比
較器は、夫々前記利得ステツプの一つを表わしている。
前記１組の比較器がいずれも作動しない場合は、この状
態が残りの利得ステップであることを示している。前記
比較器／符号化器１８は、前記２組の比較器に応答する
優先符号化器も備えており、前記２組の比較器が検出し
た最高の利得ステップに従い７つの論理出力１９のうち
の一つを選択する。第２図に関連して以下説明するよう
に、前記選択された論理出力１９の一つによつて前記Ｐ
ＩＤ制御装置１１に記憶されている７組の利得係数
（ａ，ｂ，ｃ）のうちの一つが選択される。
レベルに量子化される。前記２組の比較器の各６つの比
較器は、夫々前記利得ステツプの一つを表わしている。
前記１組の比較器がいずれも作動しない場合は、この状
態が残りの利得ステップであることを示している。前記
比較器／符号化器１８は、前記２組の比較器に応答する
優先符号化器も備えており、前記２組の比較器が検出し
た最高の利得ステップに従い７つの論理出力１９のうち
の一つを選択する。第２図に関連して以下説明するよう
に、前記選択された論理出力１９の一つによつて前記Ｐ
ＩＤ制御装置１１に記憶されている７組の利得係数
（ａ，ｂ，ｃ）のうちの一つが選択される。
第２図の説明をする。同図には、本発明に従つて実現さ
れる通常の自動操舵装置用利得ステツプ対偏揺れ運動が
示してある。同図は領域３０と領域３１から成るが、前
記領域３０は利得ステツプ対ＲＭＳ偏揺れを示し、領域
３１は利得ステップ対瞬時偏揺れを示す。前記領域３０
の７つの利得ステップはセクシヨン３１の７つの利得ス
テップと一致することが望ましい。第１図の自動操舵装
置はＰＩＤ制御装置を利用しているため、第２図の各利
得ステツプは先述の７組の係数（ａ，ｂ，ｃ）によつて
実現された一組の比例、積分および微分利得を夫々表わ
している。ステップ１は、大きな偏揺れ運動を生ずる荒
れた海に対する穏やかな海での平均的船首方位を維持す
る最小の利得を発生する。ステップ７は、静かな海で殆
んど、または全く偏揺れのない状態を維持するのに必要
な最大の利得を発生する。設定点Ａは、最大の利得を発
生するＲＭＳ偏揺れ点であり、例えば０．５度から１．
０度の偏揺れＲＭＳ値の範囲で選択することができる。
図示の実施例では前記設定点Ａを１．０度に設定してい
る。前記設定点Ａに対する利得は、最大ステップ７から
最小ステツプ１まで６つのステップで低減するが、１つ
のステツプは夫々０．２度の偏揺れ運動ＲＭＳ変化値増
分に対応する。前記比較器／符号化器１８内の６つのＲ
ＭＳ偏揺れ比較器が前記ＲＭＳ偏揺れ信号が存在する偏
揺れ運動ＲＭＳ値の増分を検出し、対応する利得ステッ
プを示す信号を発生することが判る。設定点Ｂは、例え
ば５度から１０度まで選択可能な瞬時偏揺れ瞬時値であ
り、図示の実施例では１０度に設定されている。設定点
Ｂに対する利得は、６つの利得ステップ最小まで低減す
るが、１つのステップは０．４度の偏揺れ瞬時値増分に
対応する。第２図におけるセクシヨン３１の６つの利得
ステップは前記比較器／符号化器１８内の６つの瞬時偏
揺れ比較器に対応することが判る。これらの比較器の一
つは端子１０の瞬時偏揺れ信号が存在する偏揺れ瞬時値
増分に従つて出力を発生する。それによつて対応する利
得ステツプを示す信号が発生される。前記の如く、比較
器／符号化器１８は第２図の領域３０および３１の最高
利得ステツプを選択する優先符号化器を備えており、そ
れによつて７つの論理出力１９のうちの対応する一つの
論理出力を発生する。次いで前記選択された論理出力に
よつて、制御装置１１の比例、積分、および微分チヤン
ネルに対する対応する利得係数が形成される。
れる通常の自動操舵装置用利得ステツプ対偏揺れ運動が
示してある。同図は領域３０と領域３１から成るが、前
記領域３０は利得ステツプ対ＲＭＳ偏揺れを示し、領域
３１は利得ステップ対瞬時偏揺れを示す。前記領域３０
の７つの利得ステップはセクシヨン３１の７つの利得ス
テップと一致することが望ましい。第１図の自動操舵装
置はＰＩＤ制御装置を利用しているため、第２図の各利
得ステツプは先述の７組の係数（ａ，ｂ，ｃ）によつて
実現された一組の比例、積分および微分利得を夫々表わ
している。ステップ１は、大きな偏揺れ運動を生ずる荒
れた海に対する穏やかな海での平均的船首方位を維持す
る最小の利得を発生する。ステップ７は、静かな海で殆
んど、または全く偏揺れのない状態を維持するのに必要
な最大の利得を発生する。設定点Ａは、最大の利得を発
生するＲＭＳ偏揺れ点であり、例えば０．５度から１．
０度の偏揺れＲＭＳ値の範囲で選択することができる。
図示の実施例では前記設定点Ａを１．０度に設定してい
る。前記設定点Ａに対する利得は、最大ステップ７から
最小ステツプ１まで６つのステップで低減するが、１つ
のステツプは夫々０．２度の偏揺れ運動ＲＭＳ変化値増
分に対応する。前記比較器／符号化器１８内の６つのＲ
ＭＳ偏揺れ比較器が前記ＲＭＳ偏揺れ信号が存在する偏
揺れ運動ＲＭＳ値の増分を検出し、対応する利得ステッ
プを示す信号を発生することが判る。設定点Ｂは、例え
ば５度から１０度まで選択可能な瞬時偏揺れ瞬時値であ
り、図示の実施例では１０度に設定されている。設定点
Ｂに対する利得は、６つの利得ステップ最小まで低減す
るが、１つのステップは０．４度の偏揺れ瞬時値増分に
対応する。第２図におけるセクシヨン３１の６つの利得
ステップは前記比較器／符号化器１８内の６つの瞬時偏
揺れ比較器に対応することが判る。これらの比較器の一
つは端子１０の瞬時偏揺れ信号が存在する偏揺れ瞬時値
増分に従つて出力を発生する。それによつて対応する利
得ステツプを示す信号が発生される。前記の如く、比較
器／符号化器１８は第２図の領域３０および３１の最高
利得ステツプを選択する優先符号化器を備えており、そ
れによつて７つの論理出力１９のうちの対応する一つの
論理出力を発生する。次いで前記選択された論理出力に
よつて、制御装置１１の比例、積分、および微分チヤン
ネルに対する対応する利得係数が形成される。
自動操舵装置の利得は第２図のセクシヨン３０によるＲ
ＭＳ偏揺れによつて通常制御される。通常の偏揺れは、
瞬時偏揺れによつて利得が増大する領域３１には達しな
い。該領域３１は、大波によつてこの領域に瞬時偏揺れ
が移行した場合迅速に船首方位を復元する。従つて、領
域３１は大幅な偏揺れ巾を生じさせる高波状態に対して
作動する。しかしながら、通常の動作では領域３０が利
用される。
ＭＳ偏揺れによつて通常制御される。通常の偏揺れは、
瞬時偏揺れによつて利得が増大する領域３１には達しな
い。該領域３１は、大波によつてこの領域に瞬時偏揺れ
が移行した場合迅速に船首方位を復元する。従つて、領
域３１は大幅な偏揺れ巾を生じさせる高波状態に対して
作動する。しかしながら、通常の動作では領域３０が利
用される。
自動操舵装置の設置された特定の船舶を海上試運転中、
または類似の船舶から得られた周知の特性ならびにデー
タから、ステツプ１の最小利得と、ステツプ７の最大利
得と、および設定点ＡならびにＢとが得られる。前記Ｐ
ＩＤ制御装置１１に対する利得係数が得られ、先行技術
で周知の態様で臨界制動が行なわれる。
または類似の船舶から得られた周知の特性ならびにデー
タから、ステツプ１の最小利得と、ステツプ７の最大利
得と、および設定点ＡならびにＢとが得られる。前記Ｐ
ＩＤ制御装置１１に対する利得係数が得られ、先行技術
で周知の態様で臨界制動が行なわれる。
動作の説明をする。ＲＭＳ偏揺れが設定点Ａ以下の場
合、または瞬時偏揺れが設定点Ｂ以上の場合、比較器／
符号化器１８は利得ステツプ７を選択し、最大利得を生
ずる。ＲＭＳ偏揺れが２度以上の場合、および瞬時偏揺
れが８度以下の場合は、前記比較器／符号化器１８内の
いずれの比較器もトリガーされず、利得ステップ１が選
択され、最小利得を生ずる本発明による自動操舵装置
は、連続的にＲＭＳ偏揺れならびに瞬時偏揺れを監視
し、ＰＩＤ制御装置１１に対する適当な利得係数の組合
せを選択する。ＲＭＳ偏揺れが２度以上から１度以下に
低減すると、比較器／符号化器１８内の６つのＲＭＳ比
較器が順次作動する。同様に、瞬時偏揺れが８度以下か
ら１０度以上に増大すると、比較器／符号化器１８内の
６つの瞬時偏揺れ比較器が順次作動する。よつて本発明
は、船舶の偏揺れ運動の変化に応答して適切に調整され
る自動操舵装置の利得を自動的、かつ連続的に維持する
ものである。それによつて、ＲＭＳ偏揺れに応答し、偏
揺れ運動が生じた場合に方向舵の運動を最小化し、かつ
大波によつて生じた船首方位の大偏差に対する瞬時偏揺
れに応答する自動利得制御が実現される。本発明は、先
行技術で必要とされた利得探索を必要としないので前記
装置に対する利得整定時間がＲＭＳ計算機１６の応答時
間となる。この応答時間は、大型の船舶の場合、通常１
０分ほどである。本発明の場合、利得は偏揺れ運動の非
線形関数であり、波が低い場合（偏揺れ運動が小さい場
合）ＲＭＳ偏揺れ関数が利得となり、波が高い場合（偏
揺れ運動が大きい場合）瞬時偏揺れ関数が利得となる。
合、または瞬時偏揺れが設定点Ｂ以上の場合、比較器／
符号化器１８は利得ステツプ７を選択し、最大利得を生
ずる。ＲＭＳ偏揺れが２度以上の場合、および瞬時偏揺
れが８度以下の場合は、前記比較器／符号化器１８内の
いずれの比較器もトリガーされず、利得ステップ１が選
択され、最小利得を生ずる本発明による自動操舵装置
は、連続的にＲＭＳ偏揺れならびに瞬時偏揺れを監視
し、ＰＩＤ制御装置１１に対する適当な利得係数の組合
せを選択する。ＲＭＳ偏揺れが２度以上から１度以下に
低減すると、比較器／符号化器１８内の６つのＲＭＳ比
較器が順次作動する。同様に、瞬時偏揺れが８度以下か
ら１０度以上に増大すると、比較器／符号化器１８内の
６つの瞬時偏揺れ比較器が順次作動する。よつて本発明
は、船舶の偏揺れ運動の変化に応答して適切に調整され
る自動操舵装置の利得を自動的、かつ連続的に維持する
ものである。それによつて、ＲＭＳ偏揺れに応答し、偏
揺れ運動が生じた場合に方向舵の運動を最小化し、かつ
大波によつて生じた船首方位の大偏差に対する瞬時偏揺
れに応答する自動利得制御が実現される。本発明は、先
行技術で必要とされた利得探索を必要としないので前記
装置に対する利得整定時間がＲＭＳ計算機１６の応答時
間となる。この応答時間は、大型の船舶の場合、通常１
０分ほどである。本発明の場合、利得は偏揺れ運動の非
線形関数であり、波が低い場合（偏揺れ運動が小さい場
合）ＲＭＳ偏揺れ関数が利得となり、波が高い場合（偏
揺れ運動が大きい場合）瞬時偏揺れ関数が利得となる。
前記比較器／符号化器１８で対応する修正を行ない、第
２図の領域３０を修正することによつて、本発明の別の
実施例を実現することもできる。この別の実施例では、
ステップ７のわずかに１度を下回るＲＭＳ値で始まり、
減少するＲＭＳ偏揺れ間隔でステツプ１まで低減する図
示のＲＭＳ曲線の対称鏡像が利用される。次いで前記比
較器／符号化器１８内に対応する符号化器を付備し、こ
の曲線を調整する。この実施例は、前記鏡像曲線を調整
している時船舶が著しい偏揺れ運動を受けていないの
で、性能に及ぼす影響が少なく、偏揺れが１度以下のた
め方向舵をほとんど作動させない。
２図の領域３０を修正することによつて、本発明の別の
実施例を実現することもできる。この別の実施例では、
ステップ７のわずかに１度を下回るＲＭＳ値で始まり、
減少するＲＭＳ偏揺れ間隔でステツプ１まで低減する図
示のＲＭＳ曲線の対称鏡像が利用される。次いで前記比
較器／符号化器１８内に対応する符号化器を付備し、こ
の曲線を調整する。この実施例は、前記鏡像曲線を調整
している時船舶が著しい偏揺れ運動を受けていないの
で、性能に及ぼす影響が少なく、偏揺れが１度以下のた
め方向舵をほとんど作動させない。
本発明によつて、燃料を節約すると共に、先行技術の装
置よりも必要とする熟練オペレータの人員を減らしかつ
組行まれるオペレータ制御装置の少なない自動操舵装置
が提供される。上記本発明の実施例は第１図の概略ブロ
ツク図によつて説明してきたが、望ましくはそれによつ
て実行するためここに記載された機能が適切にプログラ
ムされたデジタル計算機で、容易に実現されることが判
る。加算、減算、積分、ＲＭＳ関数発生および比較の上
記各機能は、ソフトウエアで容易に実現されるものであ
る。
置よりも必要とする熟練オペレータの人員を減らしかつ
組行まれるオペレータ制御装置の少なない自動操舵装置
が提供される。上記本発明の実施例は第１図の概略ブロ
ツク図によつて説明してきたが、望ましくはそれによつ
て実行するためここに記載された機能が適切にプログラ
ムされたデジタル計算機で、容易に実現されることが判
る。加算、減算、積分、ＲＭＳ関数発生および比較の上
記各機能は、ソフトウエアで容易に実現されるものであ
る。
本発明を好適な実施例を挙げて説明してきたが、使用し
た用語は説明のための用語であつて制限するものではな
く、本発明の真の範囲および精神から逸脱せずにその広
い観点において添付の特許請求の範囲内で変更できるこ
とが判る。
た用語は説明のための用語であつて制限するものではな
く、本発明の真の範囲および精神から逸脱せずにその広
い観点において添付の特許請求の範囲内で変更できるこ
とが判る。
第１図は本発明による天候適合型機能を備えた船舶用自
動操舵装置の概略ブロツク図であり、かつ第２図は本発
明の比較器／符号化器の動作を示す利得ステツプ対偏揺
れのグラフである。 図中、１０は自動操舵装置の端子、１１はＰＩＤ制御装
置、１３は積分器、１４は減算器、１６はＲＭＳ計算
機、１８は比較器／符号化器、１９は論理出力、を夫々
示す。
動操舵装置の概略ブロツク図であり、かつ第２図は本発
明の比較器／符号化器の動作を示す利得ステツプ対偏揺
れのグラフである。 図中、１０は自動操舵装置の端子、１１はＰＩＤ制御装
置、１３は積分器、１４は減算器、１６はＲＭＳ計算
機、１８は比較器／符号化器、１９は論理出力、を夫々
示す。
Claims (6)
- 【請求項１】調整可能な利得を有し、船舶の船首方位を
維持する天候適合型機能を備えた船舶用自動操舵装置に
おいて、前記船舶の瞬時偏揺れ運動を表わす信号を発生
する瞬時偏揺れ信号発生手段と、前記瞬時偏揺れ信号発
生手段に接続されて前記瞬時偏揺れ運動を表わす信号に
応答し前記船舶のＲＭＳ偏揺れ運動を表わす信号を発生
するＲＭＳ偏揺れ信号発生手段と、前記ＲＭＳ偏揺れ信
号発生手段に接続されて前記ＲＭＳ偏揺れを表わす信号
に応答し前記ＲＭＳ偏揺れを表わす信号の大きさに従っ
て第１の利得ステップ制御信号を発生する第１の比較手
段と、前記瞬時偏揺れ信号発生手段に接続されて前記瞬
時偏揺れ信号に応答し前記瞬時偏揺れ信号の大きさに従
って第２の利得ステップ制御信号を発生する第２の比較
手段と、前記第１および第２の比較手段に接続されて前
記第１または第２の利得ステップ制御信号を選択しどち
らが大きな利得を表わすかによって選択された利得ステ
ップ制御信号を発生する選択手段とを備えており、前記
選択された利得ステップ制御信号は前記自動操舵装置に
接続されて前記自動操舵装置の利得調整に利用されるこ
とを特徴とする上記天候適合型機能を備えた船舶用自動
操舵装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の船舶用自動操
舵装置において、前記第１の比較手段は第１の複数の比
較器を含み、それぞれは前記ＲＭＳ偏揺れ信号発生手段
に接続されて前記ＲＭＳ偏揺れを表わす信号に応答し個
々の複数の偏揺れ増分のどちらに前記ＲＭＳ偏揺れ信号
の大きさが存在するのかを決定し、それに対応する個々
の複数の利得ステップ信号のうちの一つを発生し、そし
て、前記第２の比較手段は第２の複数の比較器を含み、
それぞれは前記瞬時偏揺れ信号発生手段に接続されて前
記瞬時偏揺れを表わす信号に応答し個々の複数の偏揺れ
増分のどちらに前記瞬時偏揺れ信号の大きさが存在する
のかを決定し、それに対応する個々の複数の利得ステッ
プ信号のうちの一つを発生する上記天候適合型機能を備
えた船舶用自動操舵装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の船舶用自動操
舵装置において、前記選択手段は前記第１および第２の
複数の比較器に接続されて前記利得ステップ信号に応答
する優先符号化器を含み、その利得ステップを最高の関
係する利得で選択し、それによって前記選択された利得
ステップ制御信号を発生する上記天候適合型機能を備え
た船舶用自動操舵装置。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の船舶用自動操
舵装置において、前記船舶の前記瞬時偏揺れ運動を表わ
す前記信号は前記船舶の船首方位誤差信号を含む上記天
候適合型機能を備えた船舶用自動操舵装置。 - 【請求項５】特許請求の範囲第４項記載の船舶用自動操
舵装置において、前記ＲＭＳ偏揺れ信号発生手段は前記
船首方位誤差信号に応答してその積分値を発生する積分
器と、前記船首方位誤差信号と前記積分値とに応答して
その差を発生する減算手段と、前記差に応答してその実
効値を発生しそれによって前記船舶の前記ＲＭＳ偏揺れ
運動を表わす前記信号を発生するＲＭＳ計算手段とを備
えている上記天候適合型機能を備えた船舶用自動操舵装
置。 - 【請求項６】特許請求の範囲第３項記載の船舶用自動操
舵装置において、前記選択された利得ステップ制御信号
に応答する調整可能な利得比例、積分および微分チャン
ネルを備え、それぞれのチャンネルの利得を調整する上
記天候適合型機能を備えた船舶用自動操舵装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10,861 | 1987-02-02 | ||
| US07/010,861 US4799163A (en) | 1987-02-02 | 1987-02-02 | Autopilot with adaptive weather adjustment for marine vessels |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63192694A JPS63192694A (ja) | 1988-08-10 |
| JPH0662117B2 true JPH0662117B2 (ja) | 1994-08-17 |
Family
ID=21747774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63010558A Expired - Lifetime JPH0662117B2 (ja) | 1987-02-02 | 1988-01-20 | 天候適合型機能を備えた船舶用自動操舵装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4799163A (ja) |
| EP (1) | EP0277737B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0662117B2 (ja) |
| DE (1) | DE3850270T2 (ja) |
| ES (1) | ES2058245T3 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5034895A (en) * | 1990-01-03 | 1991-07-23 | Sperry Marine Inc. | Enhanced performance bias integrator for marine automatic pilot system |
| GB9002949D0 (en) * | 1990-02-09 | 1990-04-04 | Nautech Ltd | Autopilot system |
| US5107424A (en) * | 1990-03-05 | 1992-04-21 | Sperry Marine Inc. | Configurable marine steering system |
| US5179905A (en) * | 1991-11-19 | 1993-01-19 | Raytheon Company | Adaptive autopilot |
| US5331558A (en) * | 1991-11-19 | 1994-07-19 | Raytheon Company | Autopilot having an adaptive deadband feature |
| US5152239A (en) * | 1991-11-19 | 1992-10-06 | Raytheon Company | Autopilot having roll compensation capabilities |
| US6450112B1 (en) * | 1999-04-02 | 2002-09-17 | Nautronix, Inc. | Vessel control force allocation optimization |
| US7186155B2 (en) * | 2005-06-11 | 2007-03-06 | Irvin Howard Nickerson | Power steering rate controller for a boat and method |
| WO2007035119A1 (en) | 2005-09-22 | 2007-03-29 | John Robert Borrett | Steering system for a marine vessel |
| KR101409627B1 (ko) * | 2006-06-02 | 2014-06-18 | 씨더블유에프 해밀턴 앤드 컴퍼니 리미티드 | 해양 선박의 제어와 관련된 개선 |
| JP6563067B1 (ja) * | 2018-04-18 | 2019-08-21 | 三菱電機株式会社 | 船舶の方位制御装置および方位制御方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3604907A (en) * | 1970-03-02 | 1971-09-14 | Sperry Rand Corp | Steering command computer for navigable craft |
| US3919961A (en) * | 1974-04-17 | 1975-11-18 | John A Mcdougal | Autopilot system |
| SE404682B (sv) * | 1974-12-11 | 1978-10-23 | Kockums Automation | Forfarande och anordning for vesentligen kinematisk styrning av ett fartyg |
| DE2528073C2 (de) * | 1975-06-24 | 1983-09-29 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur selbsttätigen Positionierung eines Schiffes |
| US4074648A (en) * | 1976-10-18 | 1978-02-21 | Sperry Rand Corporation | Adaptive autopilot for marine vessels |
| JPS60277B2 (ja) * | 1977-12-28 | 1985-01-07 | 株式会社トキメック | 舶用自動操舵装置 |
| US4253149A (en) * | 1979-02-14 | 1981-02-24 | Metal Marine Pilot, Inc. | Apparatus for providing a course correction signal to an electronic automatic pilot to maintain a vessel on a predetermined geographic course |
| US4542464A (en) * | 1982-08-06 | 1985-09-17 | The Brunton Company | Autopilot system |
| US4692868A (en) * | 1985-01-18 | 1987-09-08 | Sperry Corporation | Adaptive autopilot |
-
1987
- 1987-02-02 US US07/010,861 patent/US4799163A/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-01-20 JP JP63010558A patent/JPH0662117B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1988-01-22 ES ES88300550T patent/ES2058245T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1988-01-22 EP EP88300550A patent/EP0277737B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-01-22 DE DE3850270T patent/DE3850270T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3850270D1 (de) | 1994-07-28 |
| JPS63192694A (ja) | 1988-08-10 |
| EP0277737A2 (en) | 1988-08-10 |
| EP0277737A3 (en) | 1990-01-10 |
| EP0277737B1 (en) | 1994-06-22 |
| US4799163A (en) | 1989-01-17 |
| ES2058245T3 (es) | 1994-11-01 |
| DE3850270T2 (de) | 1994-09-29 |
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Legal Events
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