JPS6255292A - 船舶の旋回制御装置 - 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、アンカーハンドリングタグサプライベッセル
のような複数の推進機器を有する作業船の操船に用いら
れる船舶の旋回制御装置に関し、特に２軸２舵の制御に
より船首を中心として船位を保持したまま旋回させる船
舶の旋回制御装置に関する。

（従来技術） 従来、アンカーハンドリングタグザプライベツセルとし
て知られた石油掘削リグへの資材運搬に用いられる作業
船にあっては、例えば第４図に示すにうに、２舵ＩＬ、
ＩＲ，２軸可変ピツチプ１］ペラ２Ｆ、２Ｒ，更に船首
左右方向の推力を得るハウスラスクー３を装備しており
、これら５つの推力機器は各々独立したレバーによって
制御されている。

このような作業船に要求される作業には、石油掘削リグ
に近接した状態でのリグへの資材供給、リグのクレーン
による負Ｈの荷役、またリグを移動、係留するためのア
ンカーハンドリング等があり、これら作業は、風や潮流
等の外乱の中で、その場での旋回、横移動、斜前、定点
保持、そして船首方位の保持等の低速での微妙な操船が
要求されている。

この要求に対し操船者は、装備されている５つの推力機
器の能力を考えつつ、それぞれの制御レバーを状況に合
わ１！て調整しながら、長時間に頁って作業を続けるこ
ととなり、熟練した操船者にとっても、かなりの精神的
目つ肉体的な負担を伴なうこととなっていた。

そこで操船者の負担を軽減覆るため、例えば旋回ｆｆ、
Ｉ＋御については、第５図に示すように方位設定ノブ４
を設け、方位設定ノブ４の設定方位φｉとジャイロコン
パス８で検出した船体７の船首方位ψとの偏差ψｅを加
帥点５で求め、この方位備差ψｅを零とするＪ：うにＰ
ＩＤ制御部６によりバラスライター３のピッチ角ｐｏを
可変して推力Ｔ　ｂをｔａｌｌ　ｔｉｌｌ　ｉる閉ルー
プを構成した装置が考えられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の旋回制御装置にあって
は、船の前進、後進、斜前等を行なうための操作レバー
の他に旋回制御のための方位設定ノブが必要であり、ま
た甲に設定方位に船首が向くようにバウスラスタ−によ
って旋回させるにすぎないことから、アンカーハンドリ
ングタグ号プライベッセルにのような作業船に要求され
る石油掘削リグに近接した状態で船の位置を変えずに旋
回させるという特有の旋回制御を行なうことができず、
更に旋回速度を変えることもできないという問題があっ
た。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、２軸主プロペラ及び２舵を少なくとも備えた船舶
を対象とし、操作手段として１本のジョイステックレバ
ーのみを備え、このジョイステックレバーの操作で船体
位置を保持したまま自動制御により船首を中心に旋回ざ
甘ることができるようにした船舶の旋回制御装置を提供
することを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、まずジョイ
ステックレバーの操作で設定される旋回方向く右又は左
）と設定旋回角速度φ１とに基づいて一対の主プロペラ
の一方に前進推力を発生さ１！ると共に主プロペラの他
方に後進推力を発生さ１！、設定方向の旋回力を作り出
す。

同時に、設定旋回角速度ψ１とジャイロコンパスからの
船首方位ψを微分して１ｑられる船体の旋回角速Ｉｆ必
との偏差φｅに基づく角速度制御（ＰＩ制御）で前進推
力を発生している側の舵を制御してジョイステックレバ
ーの操作量に応じた旋回舵力を発生さ１ｊる。

更に、旋回舵力の制御で生じた舵抵抗Ｆｎで後進推力［
ｄが発生することから、舵抵抗にＪ：る後進推力［ｄを
打ち消すため、船体の旋回角速度φの絶対値１φ１に比
例した前進推力ΔＰを後進推力を発生している側の主プ
ロペラで発生させる。

具体的には後進推力を前進推力ΔＰ分だけ減少させる制
御を行なうようにしたものである。

゛（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示した１日ツク図であり、
第４図に示したように、２軸可変ピッチ主プロペラ２Ｌ
、２Ｒ及び２舵１１−、Ｈ＜及びハウスラスター３を備
えた船舶を対象どしている。

まず構成を説明すると、１０はジョイステック入力装置
であり、ジョイステックレバー１０ａの操作方向と操作
聞く傾斜角）に応じた設定旋回角速度φｉを出力する。

例えば、ジョイステックレバー１０ａを右に倒すと右旋
回を指令するための設定旋回角速度ψ１を出力し、ジョ
イステックレバー１０ａを左側に倒すと左旋回の設定旋
回角速度ψｉを出力し、旋回方向は出力伏目の極性等で
定まる。

ジョイステック入力装置１０からの設定旋回角速度必ｉ
は、左舷ピッチ命令発生器１２１−及び右舷ピッチ命令
発生器１２Ｒに与えられ、左舷及びイ１舷ピッチ命令発
生器１２Ｌ、１２Ｒは、指令された旋回方向と旋回角速
度ψｉに基づいた前進または後進推力を発生するための
主プ［１ペラ２［。

２Ｒに対するピッチ角命令Ｐｐ１及びＰＳｉを出力する
。

例えば第２図に示すようにジョイステック入力装＠１０
から左旋回が指令されたとすると、左舷ピッチ命令発生
器１２１−からは左舷子プｌ］ペラ２Ｌに後進堆力Ｔｐ
ｉを発生させるための逆ピツチ命令Ｐｐ１を発生し、同
時に右舷ピッチ命令発生器１２Ｒは、右舷主プロペラ２
Ｒに類ピッチによる前進推カフｓｉを発生させるための
ピッチ命令ＰＳ１を発生する。

逆にジョイステック入力装置１０からも旋回の指令出力
が得られた時には第３図に示すように、左舷ピッチ命令
発生器１２１からは左舷主プロペラ２Ｌに対し前進推力
Ｔｐｉを発生させるためのピッチ命令ｐｐｔを出力し、
同じに右舷ピッチ命令発生器１２Ｒからは右舷主プロペ
ラ２Ｒに逆ピッチによる後進推力ｌｓｉを発生させるた
めのピッチ命令Ｐｓｉを出力するようになる。。

即ち、本発明による船首を中心とした旋回制御は、まず
旋回方向に応じて左右の主プロペラ２Ｌと２Ｒで逆方向
となる推力を発生さ一ロ、この逆向きの推力の発生で船
体７の旋回モーメントを作り出す。従って、左舷ピッチ
命令発生器１２１及び右舷ピッチ命令発生器１２Ｒによ
るピッチ命令Ｐｐ１及びＰｓｉは同じ大きさの推力命令
であり、月つでの方向がｎいに逆となっている。

次にジョイステック入力装置１０からの設定旋回角速度
ψｉは加締点１４に与えられる。更に加締点１４には、
ジャイ日＝ｌンパス８で検出した船体７の船首方位ψを
微分器１６で微分して得た船体７の旋回角速度φが与え
られており、このため加締点１４からは両者の差となる
旋回角速度の偏差φｅが出力される。この旋回角速度の
偏差４ｅは、比例積分制御を行なう角速度制御部１８番
こ与えられ、角速度制御部１８は比例制御演鋒で偏差ψ
ｅに応じて求めた舵角命令δ０を舵取器２０に出力する
。舵角命令δＯを受Ｃノだ舵取器２０による舵ＩＬ、Ｉ
Ｒの制御は、例えば第２図に示した左旋回の場合には、
前進推力Ｔｓを発生している右舷主プロペラ２Ｒ側の舵
１Ｒを舵角命令δ０に応じて、左回りの旋回舵力Ｆ０を
発生するように制御する。即ち、舵１Ｒを取舵となるよ
うに制御する。また、第３図に示すように右旋回の場合
には、同様に前進推力Ｔｐを発生している左舷主プロペ
ラにＬ側の舵１Ｌを舵角命令δＯに応じて右回りの旋回
舵力「ｎを発生するように制御する。

即ち、舵１［を面舵とする。

このような角速度制御ループによる舵角命令δＯに基づ
いた前進推力を発生している主プロペラ側の舵の制御で
ジョイステック人力装置コＯのレバー操作問（傾斜角）
に応じた旋回舵力を発生して船首を中心とした旋回制御
を行なうことができる。

次に角速度制御ループにより旋回舵力を発生さ−１〇　
− ｔ！た場合には、例えば第２図の左旋回に示すにうに、
舵１Ｒの舵角δＯで１ｑられた旋回舵力Ｆｎの分力とし
て、船体７の後進力として作用する層抵抗［ｄか発生し
、この層抵抗Ｆｄによる後進力の作用で船は旋回し２ｉ
から１１２進してしまい船首を定点とした旋回制御がで
きなくなる。

そこで後進推力を与えている側の主プロペラ、例えば第
２図の左旋回にあっては、左舷主プ［１ペラ２Ｉ−に対
するピッチ命令ＰＳｉに船体７の旋回角速度φの絶対値
１φ１に比例した前進ピッチ命令ΔＰを上乗「し、左舷
主プロペラ２Ｌの後進ピッチ命令ＰＳｉを減少させるこ
とによって、舵１Ｒの層抵抗［ｄで発生した後進推力を
打潤すようにする。

この後進推力の打消しのため第１図の実施例にあっては
、前進制御部２２、分配器２４及び加算点２６１．２６
Ｒが設けられる。

即ち、前進制御部２２は、微分器１６からの旋１φＩに
比例した前進ピッチ命令ΔＰを出力する。

ここで前進ピッチ命令ΔＰはΔＰ＝Ｋｆ　　ｌφ１で与
えられるが、これは次の理由による。

第２図に示した左旋回を例にとると、後進推力となる層
抵抗［ｄは、旋回舵力［ｎの正弦成分であり、ｓｉｎ　
Ｏは極く小さく、また舵角δＯは角速度制御部１Ｂによ
る偏差φｅによる比例制御成分が大部分を占めるため、
次式の関係に簡略化することができる。

Ｆｄ　−Ｆｎ　ｓｉｎ　６゜ ４　　「ｎ　　δ０＝　　［ｎＫｐ　　φｅｃｚｌ　　
φ　ｌ　　　　・　　（１）従って、第１図の実施例で
は、層抵抗「ｄによる後進推力を打消すための前進ピッ
チ命令ΔＰとして、船体７の旋回角速度φの絶対値１φ
１に比例定数）（ｆを掛は合わせた値として求めている
。

分配器２４はジョイステック入力装置１０から出力され
た設定旋回角速度ψ１の信号棒↑４に基づいた旋回方向
に応じて、前進制御部２２からの前進ピッチ命令ΔＰを
加鋒点２６１−または２６Ｒに振り分Ｃ）る機能を有す
る。即ら、第２図に示す左旋回にあっては、分配器２４
は後進推力を発生している左舷主プロペラ２Ｌ側の加鋒
点２６肖こ前進ピッチ命令ΔＰを与え、一方、第３図に
示す右旋回の場合には、後進推力を発生している右舷主
プロペラ２Ｒ側の加詐点２６Ｒに前進推力Δ王を与える
ための前進ピッチ命令ΔＰを出力する。

以上の左舷及び右舷主プロペラ２Ｌ、２Ｒ及び舵２Ｌ、
２Ｒの右または左旋回における制御パターンを取りまと
めると次表−１のようになる。

次に第１図の実施例による旋回制御を第２．３図におけ
る推力及び舵力を中心に説明する。

まず第２図に示す左旋回については、左舷ピッチ命令発
生器１２１−から逆ピッチとなるピッチ命令Ｐｐ１が出
力され、同時に右舷ピッチ命令発生器１２Ｒから類ピッ
チとなるピッチ命令ｐｓｔが出力され、両者のピッチ角
の大きさは同じであることから、右舷主プロペラ２Ｒは
前進推力１ｓｔを発生し、また左舷主プロペラ２Ｌは後
進推力Ｔｐｉを発生する。この左右逆向きの推力の発生
で、船体７には左回りとなる旋回力が発生する。

一方、角速度制御部１８は船体７の角速度ψと設定旋回
角速度め１との偏差φｅに応じた比例積分制御出力とし
て舵角命令δＯを舵取器２０に出力し、前進推力を発生
している右舷主プロペラ２Ｒ側の舵１Ｒを舵角命令δＯ
となるように取り舵制御し、旋回舵力「ｎを発生する。

この旋回舵力Ｆｎにより船体７はジョイステックレバー
１０ａの操作量に応じた旋回速度で、船首を中心に左旋
回を起こすようになる。

更に旋回舵力「ｎの発生で後進推力となる舵抵抗「ｄを
生ずることから、前進制御部２２からは船体７の旋回角
速度φの絶対１ａ１φ１に比例した前進ピッチ命令ΔＰ
が出力され、分配器２４を介して加篩点２６［に与えら
れることで左舷ピッチ命令発生器１２１−から出力され
ている逆ピッチとなるピッチ命令Ｐｐｉに７１１１え合
わされ、左舷主プロペラ２Ｌの逆ピッチが前進ピッチ命
令ΔＰ分だ（Ｊ減少し、前進ピッチ命令ΔＰに応じた前
進推力を与えたと等価になることから、その前進推力に
より舵抵抗［ｄによる後進推力が打ち消され、船体７は
船首中心を保持したまま左旋回を行なう。

以上のような前後推力制御、旋回舵力の角速度制御及び
舵抵抗で生じた後進推力を打ら消ず制御を取りまとめる
と、次式で表わされる３つの制御が同時に行なわれる。

δ０＝、Ｋｌｌψｅ＋１（ｉｆψｅｄｔ　　　　ｌ一１
に示したように左右の主プロペラ及び舵の制御関係が逆
に切換ねるだけで制御そのものは第２図の左旋回と同じ
であり、この場合の３つの制御は次式で表わすことがで
きる。

以上のような左右主プロペラによる前後推力の発生、角
速度制御ループによる旋回舵力の発生、更に旋回舵力で
生じた舵抵抗による後進推力を打ち消すための前進制御
をもって、船首を定点とした左右の旋回が可能となる。

尚、上記の実施例にあっては、主プロペラのピッチ制御
を例にとるものであったが、固定ピッチ主プロペラを備
えた場合には、ピッチ角の代りに回転方向及び回転数を
制御して、同様な船首を中心とした旋回制御を行なえば
良い。

（発明の効果） 以上説明してきたように本発明によれば、船尾側に一対
の主プロペラ及び舵を少なくとも備えた船舶につき、前
後進及び斜前制御に使用されるジョイステックレバーを
利用して、ジョイステックレバーの操作で設定される旋
回方向と設定旋回角速度に基づいて一対の主プロペラの
一方に前進推力を発生させると共に、主プロペラの他方
に後進推力を発生させ、同時に設定旋回角速度と船体の
旋回角速度との偏差に基づく角速度制御ループをもって
、前進推力を発生している側の舵を制御してジョイステ
ックレバーの操作量に応じた旋回速度を作り出し、更に
旋回舵力の制御で生じた舵抵抗による後進推力を打ち演
ず前進制御を行なうようにしたため、船首を旋回中心と
して定点保持したまま船体を右または左旋回させること
ができ、ジョイステックレバー１本の操作であることか
ら旋回操作が極めて容易であると共に、装置構成も筒中
であり、更に定点位置での旋回であることから石油リグ
等へ接近した状態で船の向きを簡単に変えることができ
、荷物の積み降ろし作業を極めて容易とし、操船者に対
する労力の大幅な低減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロック図、第２図
は左旋回における推力機器の作動状態の説明図、第３図
は右旋回における推力機器の作動状態の説明図、第４図
は２軸主プロペラ、２舵及びバウスラスタ−を備えた船
の説明図、第５図は従来の旋回制御装置を示したブロッ
ク図である。 １Ｌ、１Ｒ：舵 ２Ｌ：左舷主プロペラ ２Ｒ：右舷主プロペラ ３：バウスラスタ− １０：ジョイステック入力装置 １０ａ：ジョイステックレバー １２１：左舷ピッチ命令発生器 １２Ｒ：右舷ピッチ命令発生器 １４．２６１．２６Ｒ：加粋点 １６：微分器 １８：角速度制御部 ２０：舵取器 ２２：前進制御部 ２４：分配器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 船尾側に一対の主プロペラ及び舵を備え、該主プロペラ
   および舵の制御により船首を中心に船体位置を保持した
   まま旋回させる船舶の旋回制御装置に於いて、 ジョイステックレバーの操作に応じ旋回方向および設定
   旋回角速度を出力する旋回角速度設定手段と、 該旋回角速度設定手段の旋回方向に応じて前記主プロペ
   ラの一方に前記設定旋回角速度に応じた前進推力を発生
   させる共に主プロペラの他方に同じ大きさの後進推力を
   発生させる旋回推力制御手段と、 前記設定旋回角速度とジャイロコンパスからの船首方位
   を微分して得た船体の旋回角速度との偏差に応じて前進
   推力を発生している主プロペラ側の舵を制御して旋回舵
   力を発生させる旋回舵力制御手段と、 前記船体の旋回角速度の絶対値に比例した前進推力を前
   記旋回推力制御手段により後進推力を発生している側の
   主プロペラに発生させる前進推力制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする船舶の旋回制御装置。