JPS624698A - 舶用オ−トパイロツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、舶用オートパイロットに係り、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、これによっ
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ットに関する。

〈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ットの構成を示すブロック線図で
ある。

第８図において、Ａは船舶の舵＠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
の移動によって動作する可変吐出ポンプ５と、モータ１
によって駆動されて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！０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１ｏを入力し舵機１の動作方向く右回転用と左回
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
ＲＩ　、Ｒ２の一対のソリッドステートリレ一部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ャート
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１．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ｉｏ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１ｌ１１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にフィードバックされて命令舵
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１゜以内にはいったら電磁弁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が無励磁になってから舵機１
の回動が停止するまでの時間遅れにより第９図α１．α
２のようなオーバーシュ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、この技術にあっては比較
器Ｑ＋　、Ｑ２に接続される基準レベル設定値！０をオ
ーバーシュ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ｌｏ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ュ
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！。を４°とか５°というように大きくとると、
舵１１１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ｉｏを最適な状態に設定で
き外゛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
あっては困難である。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
であって、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
バーシュ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ットを提供することを目的と
する。

く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ットは、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
ーシュート量から基礎基準レベル値をオーバーシュート
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ュート学翼部からの
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幅差信号
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ットのブロック
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
υ−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１ｉのオーバーシュート量から基準レベル設定
部１１０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ュート学習部１４ｂと、偏
差信号（θ−μ）を入力して舵Ｉ！１１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。オーバーシュート学習部１４
ｂと最小舵角制御部１４ｃの出力は切替要素１５ａ、１
５ｂ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
ッチ１７ａ、　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。

第一２図（Ａ）は学習部１４を例えばアナログ十マイク
ロプロセッサとした場合のサーボ増幅部Ｃのハードウェ
ア構成のブロック線図、第２図（Ｂ）はサーボ増幅部Ｃ
を全てマイクロプロセッサとした場合のハードウェア構
成のブロック線図である。

第２図（Ａ）、（Ｂ）において、１８．１８０は演算機
能（ＣＰＵ）　、１９．１９０はり一ドオンリメモリ（
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
スイッチ入力インターフェイス、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ェイス、２
３．２３０は実舵角信号μを入力する実舵角入力インタ
ーフェイス、２４は各種信号を出力する（ここではスイ
ッチ１７ａ、　１７ｂに代るアンドゲート　１７０ａ、
　１７０　ｂに出力する学習モード信号と、基準レベル
設定部１１０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
インターフェイス、２４０は駆動信号ｉ、ｊを出力する
出力インターフェイスである。

尚、サーボ増幅器は第２図（Ａ）、（Ｂ）のようにマイ
クロプロセッサを使用する場合に限定されるものではな
く、従来のようにディ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ｌＩｉ！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２以内で最小舵角６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図のタイムチャ
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ッチ１７ａ。

１７ｂを動作させて比較回路１２の出力をカットすると
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１５ａ、１５ｂをオーバーシ
ュート学習部１４ｂ側に切替える。

オーバーシュート学習部１４ｂは例えば第４図に示ずよ
うに１時間ｔ、で−１３０６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Ｓ　Ｒ１３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ュートする。この
時のオーバーシュート量即ち、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！は、例えば基礎基
準レベル値η（３°）を基準レベル設定部１１０の可変
蓄電池１１０ａ、　、　１１０　ａ＝に設定し、あらか
じめ可変蓄電池１１０ｂ、　、　１１０　ｂ、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！（この場合η＋ε−３，
３′″）を決定する。

オーバーシュート学習部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ＩＱｉｌｊ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．τ
３へとステップアップして舵機１が＠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ｆｆ１（最
小舵角量）とその時の最小１ＩＩＪ御可能なパルス幅を
学習する。第５図は最小あり御可能なパルス幅τ３の時
に最小舵角量δ（−０，５°）が学習できたことを表わ
ず。

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１
４ａから学習終了信号を出力してスイッチ１７ａ、　１
７ｂを動作させて比較０詔１２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
Ｒ終的（通常時）には最小舵角制御部１４ｃ側となって
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Ｏ°で偏差信号（θ−μ）がゼロの状態か
ら時間ｔ＋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ｌ１−３．３゛
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−〇、５°以下となった場合を示す
。

次に、第７図を用いて他の例を説明する。

時間１．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１−３．３゛以内と
なり、時間ｔ３で実舵角信号μが２．９°で平衡状態と
なった場合、即ち、偏差信号（θ−μ）が例えば１．１
゛と最小舵角δ−０゜５゛以上となった場合は、時ｒＭ
ｔ４で最小舵角制御部１４ｃから最小舵角信号（パルス
幅は１．１１０．５→２より２×τ３）が出力されて舵
１Ｉ１１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１ｆｉ１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（
０，７１０，５→１より）ＩＸτ３の最小舵角信号が出
力されて舵［１を駆動して偏差は最小舵角δ以下（０，
２）となる。故に舵１１１１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、最小舵角信号で３を個々にステッ
プアッ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Ｗ準し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ットによれば、オーバーシュート
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、舵機によっ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
小さくなっ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ットのブロック
線図、第２図はサーボ増幅部をマイクロプロセッサで構
成した場合のブロック線図、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
チャート、第８図は従来の舶用オートパイロットのブロ
ック線図、第９図は第８図の説明に供するタイムチャー
トである。 Δ・・・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。 第　４１！Ｉ 第ｑ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ットにおい
   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ュート量から基
   礎基準レベル値を学習するオーバーシュート学習部と、
   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ュート学習部
   によっ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ッ
   ト。