JPH07101397A - オートパイロット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オートパイロット装置装備時の舵不感帯幅の
調整作業を実質上不要とし、常に適切な舵不感帯幅で運
用できるようにしたオートパイロット装置を提供する。 【構成】 転舵指令を停止した後の停止舵角ｂと指令舵
角ａ１との差ｅに応じて、行き過ぎ量が転舵指令停止用
舵不感帯幅Ｄ_OFF に等しくなるように転舵指令停止用舵
不感帯幅Ｄ_OFF を自動調整する。 【効果】 舵不感帯幅が自動調整されるため、オートパ
イロット装置装備時の舵不感帯幅の手動による調整作業
が不要となり、しかも常に適切な舵不感帯幅で運用でき
るようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、針路情報を与えるこ
とによって目的の針路に自動操舵を行うオートパイロッ
ト装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】船舶における一般的なオートパイロット
装置の構成をブロック図として図１に示す。図１におい
て船首方位検出部１はジャイロコンパスなどから成り、
船首方位を検出する。針路設定部２は手動による針路設
定入力部または設定針路情報を出力する航法援助装置か
ら成り、３はこの針路設定部により設定された針路と船
首方位との差を偏角として求める。回頭速度検出部４は
時間経過に伴う船首方位の変化から回頭速度を検出す
る。天候調整部５は手動入力部から成り、天候に応じた
値を与える。指令舵角算出部６は前記偏角、回頭速度お
よび天候調整値をもとに指令舵角を算出する。実舵角検
出部９は舵取機８の実際の舵角を検出する。

【０００３】転舵指令発生部７は指令舵角と実際の舵角
とをもとに舵取機８に対し転舵指令を与える。舵取機８
は例えば面舵方向の転舵指令または取舵方向の転舵指令
に基づき舵を面舵方向または取舵方向に駆動する。図１
において１０で示す部分は指令舵角生成手段を成し、１
１で示す部分は舵取制御手段を成す。

【０００４】このようなオートパイロット装置において
は、実際の舵角が指令舵角に近づく方向に転舵指令を与
え、原理的には実際の舵角が指令舵角に等しくなった時
点で転舵指令を停止すればよいが、現実には舵取機には
その慣性による機械的な遅れ要素およびそれを制御する
電気回路における遅れ要素が存在するため、転舵指令を
停止してからも舵は少し行き過ぎて停止する。従って実
際の舵角が指令舵角に達する手前で転舵指令を停止しな
ければならない。そのため、従来より指令舵角を中心と
して面舵方向および取舵方向に舵不感帯を設け、実際の
舵角がこの舵不感帯外から舵不感帯内に入ったときに転
舵指令を停止するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記遅れ要
素は船によって大きく異なるため、オートパイロット装
置自体としては、前記舵不感帯幅を手動調整できるよう
に構成していて、オートパイロット装置を装備する場合
に、舵の動きを確かめながら舵不感帯幅を調整する必要
があった。そのため、オートパイロット装置装備時の調
整が煩雑であり、しかも適切な舵不感帯幅の設定が容易
ではなかった。

【０００６】ここで前記舵の遅れ要素と舵不感帯幅との
関係を図１３に示す。図１３においてＤ_ONは転舵指令発
生用舵不感帯、Ｄ_OFF は転舵指令停止用舵不感帯であ
る。例えば実際の舵角（以下「実舵角」という。）がＤ
_ONの外にある場合、指令舵角ａ方向への転舵指令が発生
される。図１３に示す例では実舵角が指令舵角より面舵
側にあるので、取舵方向への転舵指令が発生され、舵は
取舵方向へ転舵を開始する。その後、実舵角ｂがＤ_OFF
に入ったとき転舵指令が停止されるが、前記遅れ要素に
より実舵角ｂが指令舵角ａに等しくなる舵角で舵が停止
する。しかしこれは理想的な場合であって、もし図１４
に示すように転舵指令を停止した後、舵角が指令舵角ａ
に達する前に停止するか、指令舵角ａを超えて反対側の
舵不感帯Ｄ_OFF またはＤ_ON内に停止すれば船は蛇行する
ことになる。また、図１５に示すように、転舵指令を停
止してから舵が反対側の転舵指令発生用舵不感帯Ｄ_ONを
超えるようなことになれば、その舵不感帯Ｄ_ONを超えた
時点で直ちに再び逆方向への転舵指令が発生されるため
ハンチングを起こすことになる。

【０００７】この発明の目的は、上述したオートパイロ
ット装置装備時の舵不感帯幅の調整作業を実質上不要と
し、常に適切な舵不感帯幅で運用できるようにしたオー
トパイロット装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るオートパイロット装置は、船首方位と設定針路との差
を偏角として求めるとともに、少なくとも前記偏角から
指令舵角を求める指令舵角生成手段と、指令舵角を中心
として面舵方向または取舵方向に一定幅の転舵指令停止
用舵不感帯を設定し、実際の舵角を検出するとともに、
実際の舵角が前記転舵指令停止用舵不感帯外にあるとき
指令舵角方向へ転舵指令を与え、舵角が前記転舵指令停
止用舵不感帯外から該転舵指令停止用舵不感帯内に入っ
たとき前記転舵指令を停止し、実際の舵角が指令舵角に
なるように舵取機を制御する舵取制御手段とを備えたオ
ートパイロット装置において、前記転舵指令を停止した
後の舵の停止舵角が指令舵角に達しないとき、前記転舵
指令停止用舵不感帯幅を所定量だけ狭くし、前記舵の停
止舵角が指令舵角を超えるとき、前記転舵指令停止用舵
不感帯幅を所定量だけ広くする舵不感帯幅調整手段を設
けたことを特徴とする。

【０００９】請求項２に係るオートパイロット装置は、
請求項１における所定量を前記舵の停止舵角と指令舵角
との差より小さい値に設定することを特徴とする。

【００１０】請求項３に係るオートパイロット装置は、
請求項１における所定量を前記舵の停止舵角と指令舵角
との差に設定することを特徴とする。

【００１１】

【作用】この発明の請求項１に係るオートパイロット装
置では、転舵指令が停止された後の舵の停止舵角が指令
舵角に達しないとき転舵指令停止用舵不感帯幅が狭くな
り、逆に停止舵角が指令舵角を超えるとき転舵指令停止
用舵不感帯幅が広くなる。この作用を図２をもとに説明
すれば、同図に示すように、実舵角ｂが指令舵角ａに対
し面舵側にあれば取舵方向へ転舵指令が発生され、実舵
角が転舵指令停止用舵不感帯Ｄ_OFF に入ったとき転舵指
令が停止される。その後、舵がで示す範囲で停止した
場合、即ち指令舵角に達しないとき、転舵指令停止用舵
不感帯幅Ｄ_OFF が狭くなるように調整され、逆に舵が
で示す範囲で停止した場合、即ち指令舵角ａを超えると
きにはＤ_OFF が広くなるように自動調整される。また、
図３に示すように実舵角ｂが指令舵角ａに対し取舵側に
あれば面舵方向へ転舵指令が発生され、実舵角が転舵指
令停止用舵不感帯Ｄ_OFF に入ったとき転舵指令が停止さ
れる。その後、舵がで示す範囲で停止した場合、即ち
指令舵角に達しないとき、転舵指令停止用舵不感帯幅Ｄ
_OFF が狭くなるように調整され、逆に舵がで示す範囲
で停止した場合、即ち指令舵角ａを超えるときにはＤ
_OFF が広くなるように自動調整される。

【００１２】請求項２に係るオートパイロット装置で
は、転舵指令が与えられて舵が停止するごとに転舵指令
停止用舵不感帯幅が少しづつ自動調整されることにな
る。そのため、短期間における舵の停止舵角のばらつき
による影響を受けずに、最適な転舵指令停止用舵不感帯
幅の自動調整が行われる。

【００１３】請求項３に係るオートパイロット装置で
は、舵の停止舵角と指令舵角との差分の量だけ転舵指令
停止用舵不感帯幅が調整されるため、一度の自動調整に
より毎回最適な転舵指令停止用舵不感帯幅に自動調整さ
れる。

【００１４】

【実施例】まず、この発明の実施例であるオートパイロ
ット装置の動作例を図４および図５に示す。図４におい
て「偏角θ」は設定針路に対する船首方位の差、「指令
舵角ａ」は偏角θと天候調整および回頭速度をもとに求
めた値を波形として表したものである。「サンプリング
タイミング」は求めた指令舵角と実舵角をもとに、必要
に応じて転舵指令を与えるタイミングである。「取舵転
舵指令」は取舵方向への転舵指令、「面舵転舵指令」は
面舵方向への転舵指令である。また、「舵角」のうち破
線は指令舵角の変化、実線は実舵角の変化を示す。

【００１５】図５は図４に示した転舵指令と実舵角の変
化の関係を示す拡大図である。また図６（Ａ），（Ｂ）
は図５におけるＡ部分およびＢ部分の部分拡大図であ
る。この例は、初期時において舵の停止舵角が指令舵角
に達しない場合であり、転舵指令停止用舵不感帯Ｄ_OFF
の幅を徐々に狭くしていくことによって、転舵指令を停
止してから舵が停止するまでの行き過ぎ量を転舵指令停
止用舵不感帯幅Ｄ_OFF に近づけていき、舵の停止舵角が
指令舵角の位置に停止するように前記舵不感帯幅Ｄ_OFF
を順次調整してゆく。

【００１６】図７は図５に対して比較例として転舵指令
停止用舵不感帯幅Ｄ_OFF を一定とした場合の例を示す。
図５と図７を比較すれば明らかなように、舵不感帯幅の
調整が適正でなければ舵の停止舵角と指令舵角との間に
は常に誤差が生じることになる。

【００１７】次に、この発明の実施例であるオートパイ
ロット装置の構成をブロック図として図８に示す。図８
においてＣＰＵ２９はＲＯＭ３０に予め書き込んだプロ
グラムを実行して後述する各種処理を行う。ＲＡＭ３１
はそのプログラムの実行に際して船首方位、実舵角、指
令舵角、フラグおよびその他のデータの一時記憶に用い
る。船首方位検出装置２１はジャイロコンパスなどを用
いて船首方位を検出する装置であり、ＣＰＵ２９はイン
タフェース２２を介して船首方位のデータを読み取る。
航法援助装置２３は例えばロランＣやＧＰＳ測位装置か
ら成り、航法援助操舵を行う際に設定針路データを求め
る。ＣＰＵ２９はインタフェース２４を介してその設定
針路データを読み取る。舵取駆動装置２５は電磁弁また
は正反転モータポンプの制御回路であり舵取機を制御す
る。ＣＰＵ２９はＩ／Ｏポート２６を介して舵取駆動装
置２５に対し面舵方向への転舵指令または取舵方向への
転舵指令を与える。追従発信器２７は舵取機の舵角を検
出し、ＡＤコンバータ２８は追従発信器２７の信号をも
とに実際の舵角データを求める。ＣＰＵ２９はＡＤコン
バータ２８から現在の実舵角を読み取る。表示部３３は
指令舵角、実舵角および設定針路などを表示する。ＣＰ
Ｕ２９はインタフェース３２を介してこれらの各種表示
制御を行う。入力部３５はキースイッチおよびつまみな
どから成り、手動による針路設定や天候調整を行う。遠
隔管制器３６は遠隔からモードの切換や手動操舵の入力
部として用いる。ＣＰＵ２９はインタフェース３４を介
してこれらの入力内容を読み取る。

【００１８】次に、図８に示したオートパイロット装置
の処理手順をフローチャートとして図９〜図１１に示
す。

【００１９】図９は指令舵角の生成手順を示すフローチ
ャートである。まず船首方位θｈを船首方位検出装置２
１から読み取り、またこれとともに時間経過に伴う船首
方位の変化から回頭速度ｖを算出する（ｎ１→ｎ２）。
例えば２００ｍ秒ごとに船首方位を読み取って、毎秒５
回の船首方位データから回頭速度ｖを算出する。続い
て、航法援助装置２３により設定された設定針路または
入力部３５或いは遠隔管制器３６の入力により設定され
た設定針路θｃを読み取る（ｎ３）。そして、設定針路
θｃと船首方位θｈとの差を偏角θとして算出する（ｎ
４）。その後、入力部３５の入力により設定された天候
調整値ｗと偏角θとの差に比例定数ｋ１を乗じた値と、
回頭速度ｖに微分定数ｋ２を乗じた値との和を指令舵角
ａとして算出する（ｎ５）。以上の処理を繰り返すこと
によって指令舵角ａを順次更新する。

【００２０】図１０は舵取制御の手順を示すフローチャ
ートである。まず転舵指令発生用舵不感帯幅Ｄ_ONおよび
転舵指令停止用舵不感帯幅Ｄ_OFF に対しそれぞれ初期値
を設定する（ｎ１１）。続いてフラグＦ_ONおよびＦｓを
それぞれリセットする（ｎ１２→ｎ１３）。ここでフラ
グＦ_ONは、転舵中であることを示すフラグであり、Ｆ_ON
＝０（リセット状態）は転舵指令が停止された状態、Ｆ
_ON＝１（セット状態）は転舵中を示す。初期状態では転
舵指令が発生されていないため、これをリセット状態と
する。またフラグＦｓは一旦転舵指令を停止して指令舵
角と停止舵角との差が求められたか否かを示すフラグで
あり、Ｆｓ＝０（リセット状態）は指令舵角と停止舵角
との差が求められていない状態、Ｆｓ＝１（セット状
態）は指令舵角と停止舵角との差が求められている状態
を示す。初期状態では指令舵角と停止舵角との差は求め
られていないため、これをリセット状態とする。その
後、図９に示した処理により求められた指令舵角ａを読
み取り、またＡＤコンバータ２８から実舵角ｂを読み取
って、その差を舵角差ｄとして求める（ｎ１４→ｎ１５
→ｎ１６）。その後、舵角差ｄが０であるか否かの判定
を行う（ｎ１７）。舵角差ｄが０であれば実舵角が指令
舵角に等しい状態であるので、以降の処理は行わずにス
テップｎ１４へ戻る。舵角差ｄが０でなければ舵角差ｄ
の絶対値と転舵指令発生用舵不感帯幅Ｄ_ONとの大小比較
を行う（ｎ１８）。舵角差ｄの絶対値がＤ_ON以上であれ
ば、フラグＦ_ONの状態を判定し、Ｆ_ON＝０、即ち転舵指
令が発生されていない状態であれば、続いてフラグＦｓ
の状態を判定し、Ｆｓ＝０、即ちまだ初期段階であっ
て、前回の転舵指令停止後の停止舵角と指令舵角との差
が求められていない状態では、ステップｎ２１の処理は
行わずに、その後、今回求めた舵角差ｄをもとに面舵方
向への転舵指令または取舵方向への転舵指令を与える
（ｎ２２，ｎ２３，ｎ２４）。この例では、ｄが正であ
れば面舵方向、負であれば取舵方向への転舵を行う。そ
の後、転舵指令が与えられていることを示すフラグＦ_ON
をセットする（ｎ２５）。もしステップｎ１８の判定
で、舵角差ｄの絶対値がＤ_ON未満となれば、舵角差ｄの
絶対値と転舵指令停止用舵不感帯幅Ｄ_OFF との大小比較
を行う（ｎ１８→ｎ２６）。舵角差ｄの絶対値がＤ_OFF
以下となったとき、フラグＦ_ON＝１即ち転舵指令発生中
であれば、転舵指令を停止し、フラグＦ_ONをリセットす
る（ｎ２７→ｎ２８→ｎ２９）。その後、今回の指令舵
角ａをａ１に待避し、そのときの舵角差ｄをｄ１に待避
する（ｎ３０→ｎ３１）。このｄ１は今回の転舵方向を
後に判定するために用いる。その後、フラグＦｓをセッ
トして転舵停止にともなう一連の処理を終了する（ｎ３
２）。その後、指令舵角ａが変化して、指令舵角ａと実
舵角ｂとの舵角差ｄの絶対値がＤ_ON以上となったときス
テップｎ２１のＤ_OFF 調整を行う（ｎ１８→ｎ１９→ｎ
２０→ｎ２１）。

【００２１】図１１は図１０に示したステップｎ２１の
Ｄ_OFF 調整の手順を示すフローチャートである。まず、
最新の実舵角ｂと前回の指令舵角ａ１との差ｅを求める
（ｎ４１）。ここで実舵角ｂは前回の転舵指令を停止し
てから相当の時間が経過しているときの実舵角であるた
め、前回の転舵指令停止後の停止舵角と見なすことがで
きる。従ってｅは指令舵角に対する停止舵角の誤差であ
る。その後、図１０のステップｎ３１で示した処理によ
り待避された舵角差ｄ１の正負によって異なった処理を
行う。ｄ１が正、即ち前回取舵側から面舵側方向へ転舵
が行われた場合、誤差ｅが正（このことは図３に示した
例で転舵指令が停止されてからで示す範囲に舵が停止
したことに対応する。）であればＤ_OFF を０．１°狭く
する（ｎ４２→ｎ４３→ｎ４４）。逆に誤差ｅが負（こ
のことは図３に示した例でで示す範囲に舵が停止した
ことに対応する。）であればＤ_OFF を０．１°広くする
（ｎ４５）。もし誤差ｅが０であればＤ_OFF の調整は行
わない。また、前回の転舵方向が面舵側から取舵側方向
であった場合、誤差ｅが正のとき（このことは図２に示
した例で転舵指令が停止されてからで示す範囲に舵が
停止したことに対応する。）Ｄ_OFF を０．１°広くし
（ｎ４６→ｎ４７）、逆に誤差ｅが負（このことは図２
に示した例でで示す範囲に舵が停止したことに対応す
る。）であればＤ_OFF を０．１°狭くする（ｎ４８）。
もし誤差ｅが０であればＤ_OFF の調整は行わない。

【００２２】上述した実施例では、転舵指令を停止した
後の停止舵角と指令舵角との通常の差より小さい固定値
０．１°を順次加減算してＤ_OFF を調整する例であった
が、前記停止舵角と指令舵角との差分だけＤ_OFF を調整
してもよい。その場合の調整手順をフローチャートとし
て図１２に示す。まず、最新の実舵角ｂと前回の指令舵
角ａ１との差ｅを求める（ｎ５１）。ここで実舵角ｂは
前回の転舵指令停止後の停止舵角、ｅは指令舵角に対す
る停止舵角の誤差である。その後、前回の転舵による舵
角差ｄ１が正、即ち前回取舵側から面舵側方向へ転舵が
行われた場合、Ｄ_OFF を誤差ｅ分だけ狭くする（ｎ５２
→ｎ５３）。逆に、前回の転舵方向が面舵側から取舵側
方向であった場合、Ｄ_OFF をｅ分だけ広くする（ｎ５
４）。このことを図６をもとに説明すれば、図６の
（Ａ）に示すように、停止舵角ｂと指令舵角ａ１との差
ｅ分だけＤ_OFF を狭くすることによって、（Ｂ）に示す
ように行き過ぎ量をＤ_OFF に等しくし、次の転舵の際の
誤差ｅを０とすることができる。

【００２３】なお、上述の実施例では指令舵角を中心と
して面舵側および取舵側に同一幅の舵不感帯を設けた
が、面舵側と取舵側とでそれぞれ別に舵不感帯幅を調整
するようにしてもよい。

【００２４】また、実施例では、転舵指令を停止してか
ら充分な時間が経過した後に舵の停止舵角を検出するた
めに、転舵指令を発生すべき時点の実舵角を前回の転舵
指令停止後の停止舵角として求めるようにしたが、舵の
動きを短時間周期で読み取って、舵が停止したときの舵
角を停止舵角として直接検出するようにしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、オートパイロット装
置の装備時における舵不感帯幅の調整作業が不要とな
り、しかも最適な舵不感帯幅の設定が可能となる。特に
請求項２に係るオートパイロット装置によれば、転舵指
令が与えられて舵が停止するごとに転舵指令停止用舵不
感帯幅が少しづつ自動調整されることになるため、短期
間における舵の停止舵角のばらつきによる影響を受けな
い。また、請求項３に係るオートパイロット装置によれ
ば、舵の停止舵角と指令舵角との差分の量だけ舵不感帯
幅が調整されるため、一度の自動調整により舵不感帯幅
の自動調整が完了する。この自動調整機能により、船の
直進性が向上し、燃費、所要時間、舵切頻度等を改善す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なオートパイロット装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】舵不感帯幅と行き過ぎ量との関係を示す図であ
る。

【図３】舵不感帯幅と行き過ぎ量との関係を示す図であ
る。

【図４】偏角、指令舵角、転舵指令および実舵角の変化
などの関係を示す図である。

【図５】この考案の実施例による指令舵角と実舵角との
変化の例を示す図である。

【図６】図５におけるＡ部分およびＢ部分の部分拡大図
である。

【図７】図５と対比して示す従来のオートパイロット装
置による指令舵角と実舵角との変化の例を示す図であ
る。

【図８】実施例に係るオートパイロット装置の構成を示
すブロック図である。

【図９】図８に示すオートパイロット装置の処理手順を
示すフローチャートである。

【図１０】図８に示すオートパイロット装置の処理手順
を示すフローチャートである。

【図１１】図１０に示すステップｎ２１の処理手順を示
すフローチャートである。

【図１２】図１０に示すステップｎ２１の他の処理手順
を示すフローチャートである。

【図１３】舵不感帯幅と行き過ぎ量との関係を示す図で
ある。

【図１４】舵不感帯幅と行き過ぎ量との関係を示す図で
ある。

【図１５】舵不感帯幅と行き過ぎ量との関係を示す図で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船首方位と設定針路との差を偏角として
   求めるとともに、少なくとも前記偏角から指令舵角を求
   める指令舵角生成手段と、指令舵角を中心として面舵方
   向および取舵方向に一定幅の転舵指令停止用舵不感帯を
   設定し、実際の舵角を検出するとともに、実際の舵角が
   前記転舵指令停止用舵不感帯外にあるとき指令舵角方向
   へ転舵指令を与え、舵角が前記転舵指令停止用舵不感帯
   外から該転舵指令停止用舵不感帯内に入ったとき前記転
   舵指令を停止し、実際の舵角が指令舵角になるように舵
   取機を制御する舵取制御手段とを備えたオートパイロッ
   ト装置において、 前記転舵指令を停止した後の舵の停止舵角が指令舵角に
   達しないとき、前記転舵指令停止用舵不感帯幅を所定量
   だけ狭くし、前記舵の停止舵角が指令舵角を超えると
   き、前記転舵指令停止用舵不感帯幅を所定量だけ広くす
   る舵不感帯幅調整手段を設けたことを特徴とするオート
   パイロット装置。
2. 【請求項２】 前記所定量を、前記舵の停止舵角と指令
   舵角との差より小さい値に設定する請求項１記載のオー
   トパイロット装置。
3. 【請求項３】 前記所定量を、前記舵の停止舵角と指令
   舵角との差に設定する請求項１記載のオートパイロット
   装置。