JPS6364360B2 - - Google Patents

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JPS6364360B2
JPS6364360B2 JP10445679A JP10445679A JPS6364360B2 JP S6364360 B2 JPS6364360 B2 JP S6364360B2 JP 10445679 A JP10445679 A JP 10445679A JP 10445679 A JP10445679 A JP 10445679A JP S6364360 B2 JPS6364360 B2 JP S6364360B2
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propeller
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【発明の詳細な説明】 この発明は首振り式プロペラを推力発生装置と
する海洋構造物の自動位置制御装置に関する。
この種海洋構造物に設けられている首振り式可
変翼プロペラには、プロペラ中心軸が360度向き
を変えることができるように旋回角サーボ機構が
装備されており、またプロペラ発生推力の大きさ
を変えるためにプロペラ翼角を制御する翼角サー
ボ機構が装備されている。したがつてプロペラ旋
回角とプロペラ翼角の適当な組合せにより船舶等
海洋構造物の操縦者は希望する推力ベクトルを発
生させることができる。たとえば第1図a,bに
示すように大深度海底石油掘削を目的とする半潜
水式2ロワーハル型プラツトフオーム1では、
風、潮流、波などの外乱に対して作業中の定位置
保持を行うために複数台の首振り式プロペラ21
〜24が装備されている。プラツトフオーム1が
第1図に示すように前方の右と左に2台の首振り
式プロペラ21,22と、後方の右と左に2台の首
振り式プロペラ23,24を装備する場合、この4
台の首振り式プロペラ21〜24の従来の操縦装置
を第2図a〜hに示す。各首振り式プロペラは右
前方プロペラ21、左前方プロペラ22、右後方プ
ロペラ23、左後方プロペラ24の順に第1、第
2、第3、第4のプロペラと呼称する。図におい
て00は第1の翼角レバー、01は第1の旋回角
レバー、02は第1の翼角サーボ機構、03は第
1の旋回角サーボ機構、04は第2の翼角レバ
ー、05は第2の旋回角レバー、06は第2の翼
角サーボ機構、07は第2の旋回角サーボ機構、
08は第3の翼角レバー、09は第3の旋回角レ
バー、10は第3の翼角サーボ機構、11は第3
の旋回角サーボ機構、12は第4の翼角レバー、
13は第4の旋回角レバー、14は第4の翼角サ
ーボ機構、15は第4の旋回角サーボ機構であ
り、第1ないし第4のプロペラ21〜24は上記第
1ないし第4の翼角レバーおよび第1ないし第4
の旋回角レバーそれぞれによつて操縦されるよう
になつている。
上記第1ないし第4の4台の首振り式可変翼プ
ロペラの各操縦装置の作用は全く同じなので、こ
れ以降では右前方プロペラ21の操縦装置につい
ての動作のみ説明する。まず操縦者が翼角レバー
00を動かすことにより推力の大きさを調整し、
旋回角レバー01を動かすことにより推力の方向
を調整する。いま翼角レバー00を操作すると、
翼角サーボ機構02が作動して右前方プロペラ2
1の翼角が定まり発生推力の大きさが決まる。ま
た旋回角レバー01を操作すると、旋回角サーボ
機構03が作動して右前方プロペラ21の推力の
方向が決まる。これにより第3図に示すように右
前方プロペラ21の推力ベクトルT1が決まる。同
様に他の3台の翼角レバーおよび旋回角レバーを
操縦者が操作すると、それぞれ希望する推力ベク
トルT2,T3,T4が発生し、これらの推力ベクト
ルの組合せにより風、潮流などの外乱に対抗して
プラツトフオーム1の定位置保持を図つている。
次にプラツトフオーム1の定位置保持について
4つの推力ベクトルの組合せについて以下に詳細
に述べる。プラツトフオーム1が第4図中矢印で
示すように右前方より風あるいは潮流等の外乱を
受けた場合、プラツトフオーム1は重心Gに抵抗
力Fおよび重心周りに抵抗モーメントMを受け
る。したがつて重心Gより前方のO点に力FTが
作用したのと等価な状態になる。この抵抗力FT
に対抗してプラツトフオーム1の位置および方位
を維持するためには、第5図a,b,cにそれぞ
れ示すように推力ベクトルT1,T2,T3,T4の3
種類の組合せが考えられる。図中のベクトルT12
は推力ベクトルT1とT2の合力ベクトル、ベクト
ルT34は推力ベクトルT3とT4の合力ベクトルで、
プラツトフオーム1の中心線上の作用点をそれぞ
れO1、O2とする。第5図a,b,cにそれぞれ
示す3種類の推力ベクトルの組合せのうちで、プ
ラツトフオーム1の右前方からの風あるいは潮流
等の外乱に対して安定なプラツトフオーム1の定
位置制御が実現できるのは第5図aに示した推力
ベクトルの組合せのみである。いまプラツトフオ
ーム1が右前方からの外乱を受けているときに、
第5図aに示す推力ベクトルの組合せにより外乱
力FTに対抗してプラツトフオーム1の定位置保
持を実現する状態を考える。プラツトフオーム1
の平面運動を垂直面内の運動と想定すると、プラ
ツトフオーム1の平面運動は重力場における振子
運動に置き換えて考えることができる。すなわち
第5図aにおいて、O点に作用する下向きの外乱
力FTおよびO2点に作用する下向きの合成推力ベ
クトルT34に対抗して上向きの合成推力ベクトル
T12がO1点に作用して力の平衡状態が保たれてい
る。したがつて第5図aではプラツトフオーム1
はO1点を支点とし、力FTおよびT34を受けている
安定振子と想定することができる。以上によりプ
ラツトフオーム1が右前方より外乱力を受けると
きには第5図aに示すようにプラツトフオーム1
前方にある第1および第2の首振り式プロペラ2
1,22で前進推力T1およびT2を発生させ、プラ
ツトフオーム1後方にある第3および第4の首振
り式プロペラ23,24で後進推力T3およびT4を
発生させると、プラツトフオーム1の運動はO1
点を支点とする安定振子とみなすことができ、外
乱力FTに対してプラツトフオーム1の安定な姿
勢制御が実現でき、後進推力T34を調整すること
により安定な位置保持制御が可能なことが判る。
次に第5図bに示すような推力ベクトルの組合
せにより右前方より受ける外乱力FTに対抗して
プラツトフオーム1の定位置保持を行なう状態を
考える。第5図bではO点に作用する下向きの外
乱力FTおよびO1点に作用する下向きの合成推力
ベクトルT12に対抗して、上向きの合成推力ベク
トルT34がO2点に作用して力の平衡状態が保たれ
ている。したがつてプラツトフオーム1はO2点
を支点とし力FTおよび力T12を受けている倒立振
子と設定することができる。以上によりプラツト
フオーム1が右前方より受ける外乱力に対して前
方にある2つの首振り式プロペラ21,22で後退
推力T1およびT2を発生させ、後方にある2つの
首振り式プロペラ23,24で前進推力T3および
T4を発生させると、プラツトフオーム1の運動
はO2点を支点とする倒立振子とみなすことがで
き、外乱力FTに対して安定な姿勢制御が不可能
となりそのため安定な位置保持制御が実現できな
いことになる。
同様に第5図cに示すような推力ベクトルの組
合せにより右前方より受ける外乱力FTに対抗し
てプラツトフオーム1の定位置保持を行なう状態
を考える。プラツトフオーム1前方の2つの首振
り式プロペラ21,22は前進推力を発生している
ことから、プラツトフオーム1はO1点を支点と
する安定振子と考えられる。一方、プラツトフオ
ーム1後方の2つの首振り式プロペラ23,24も
前進推力を発生しているためプラツトフオーム1
はO2点を支点とする倒立振子と考えられる。し
たがつて上述の第5図aおよびbの場合の説明か
ら判るように、第5図cの推力ベクトルの組合せ
を実現しているプラツトフオーム1の運動は、
O1点を支点とする安定振子運動とO2点を支点と
する倒立振子運動の合成と考えられるが、O1点
を支点とする安定振子運動は第5図aで述べたよ
うにプラツトフオーム1の安定な姿勢制御を可能
とするが、O2点を支点とする倒立振子運動は第
5図bで述べたように安定なプラツトフオーム1
の姿勢制御は不可能である。そのため第5図cに
示す推力ベクトルの組合せではプラツトフオーム
1の安定な定位置制御は望めない。なお第6図
a,b,cではプラツトフオーム1に対して右前
方以外の各方向からの外乱に対して安定な定位置
保持制御を実現できる首振りプロペラの推力ベク
トルの組合せを示している。
以上により前方および後方にそれぞれ2台の首
振り式プロペラを有するプラツトフオーム1の安
定な定位置保持制御は右前方からの外乱に対して
は第5図aに示す推力ベクトルの組合せのみが実
現可能である。したがつて操縦者は上記第5図a
のような推力ベクトルの組合せとなるように4つ
の翼角レバーと4つの旋回角レバーを操作して、
プラツトフオーム1を目標とする地点にかつ所定
の方位を維持するように努めている。しかしなが
ら上記の様に前方と後方にそれぞれ2台の首振り
式プロペラ21〜24を装備したプラツトフオーム
1では、操縦者がプラツトフオーム1の位置およ
び方位のずれを計測器によつて判断しながら8つ
の操作量すなわち4つの翼角レバーと4つの旋回
角レバーをそれぞれ操作して定位置を保持させる
ため極めて困難な作業となり、操縦者の労力負担
が大きくまた作業能率も悪いものとなつている。
この発明は上記のような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は前方および後方それぞれの
左右に2台の首振り式プロペラまたは翼車プロペ
ラなどの推力発生装置が配置された海洋構造物に
おいて、その位置保持性能および旋回性能が高く
しかも操縦者の労力負担を減少させることができ
る海洋構造物の自動位置制御装置を提供すること
にある。
すなわち、この発明では2台の首振り式プロペ
ラをそれぞれ前方と後方に装備したプラツトフオ
ームにおいて、操縦者が希望する設定値を入力す
る位置設定器と方位設定器、位置検出器、ジヤイ
ロコンパス、船位偏差変換器、PID制御器、加算
器、減算器、符号変換器、翼角検出器および旋回
角検出器、を設け、これらをうまく組合わせるこ
とによつて、操縦者が翼角レバー、旋回角レバー
を一切操作せず、風、潮流などの外乱力に対して
自動的に首振り式プロペラの推力ベクトルを調整
して、プラツトフオームを操縦者の希望する位置
および方位に保つことができるようにしたもので
ある。
以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第7図はこの発明に係る海洋構造物の自
動位置制御装置を示すブロツク構成図である。図
において500は位置設定器、501は方位設定
器、502は位置検出器、503はジヤイロコン
パス、504は第1の減算器、505は第2の減
算器、506は第3の減算器、507は位置偏差
変換器、508は第1のPID制御器、509は第
2のPID制御器、510は第3のPID制御器、5
11は第4のPID制御器、512は第5のPID制
御器、513は第6のPID制御器、514は第7
のPID制御器、515は第8のPID制御器、51
6は第9のPID制御器、517は第10のPID制御
器、518は第11のPID制御器、519は第12の
PID制御器、520は第13のPID制御器、521
は第14のPID制御器、522は第15のPID制御
器、523は第16のPID制御器、524は第17の
PID制御器、525は第18のPID制御器、526
は第19のPID制御器、527は第20のPID制御
器、528は第21のPID制御器、529は第22の
PID制御器、530は第23のPID制御器、531
は第24のPID制御器、532は第1の符号変換
器、533は第1の加算器、534は第1の自動
手動切換装置、535は第1の翼角検出器、53
6は第1の乗算器、537は第2の符号変換器、
538は第2の加算器、539は第2の自動手動
切換装置、540は第1の旋回角検出器、541
は第3の符号変換器、542は第3の加算器、5
43は第3の自動手動切換装置、544は第2の
翼角検出器、545は第2の乗算器、546は第
4の符号変換器、547は第4の加算器、548
は第4の自動手動切換装置、549は第2の旋回
角検出器、550は第5の符号変換器、551は
第5の加算器、552は第5の自動手動切換装
置、553は第3の翼角検出器、554は第3の
乗算器、555は第6の符号変換器、556は第
6の加算器、557は第6の自動手動切換装置、
558は第3の旋回角検出器、559は第7の符
号変換器、560は第7の加算器、561は第7
の自動手動切換装置、562は第4の翼角検出
器、563は第4の乗算器、564は第8の符号
変換器、565は第8の加算器、566は第8の
自動手動切換装置、567は第4の旋回角検出器
であり、また他に従来と同様に00は第1の翼角
レバー、01は第1の旋回角レバー、02は第1
の翼角サーボ機構、03は第1の旋回角サーボ機
構、04は第2の翼角レバー、05は第2の旋回
角レバー、06は第2の翼角サーボ機構、07は
第2の旋回角サーボ機構、08は第3の翼角レバ
ー、09は第3の旋回角レバー、10は第3の翼
角サーボ機構、11は第3の旋回角サーボ機構、
12は第4の翼角レバー、13は第4の旋回角レ
バー、14は第4の翼角サーボ機構、15は第4
の旋回角サーボ機構である。
次に上記のように構成された装置の動作を説明
する。まず、操縦者は位置設定器500にあらか
じめ決められた空間固定座標系(x、y)での位
置座標設定値(xs、ys)、方位設定器501にプ
ラツトフオーム方位設定値Ψsをそれぞれ与える。
(第8図参照、x軸をΨ=0度に対応させている)
また位置検出器502はプラツトフオーム1の位
置座標(x、y)を検出し、ジヤイロコンパス5
03はプラツトフオーム方位Ψを検出する。第1
および第2の減算器504,505は位置設定器
500と位置検出器502の出力信号の差である
位置偏差信号(Δx=x−xS)(Δy=y=y−ys)
をそれぞれに出力する。さらに第3の減算器50
6は方位設定器501とジヤイロコンパス503
の出力信号の差である方位偏差信号(ΔΨ=Ψs−
Ψ)を出力する。そして位置偏差変換器507は
位置偏差信号(Δx、Δy)および方位設定信号Ψs
より、下記演算式(1)に基ずいて設定方位方向の位
置偏差信号Δx0および設定方位方向に直角の位置
変差信号Δy0を出力する。なお座標(Δx0、Δy0)
は第8図で設定方位Ψs方位とこれに直角方向に
座標軸を一致させた座標系(x0、y0)での位置座
標を表わしている。
Δx0=ΔxcosΨs+ΔysinΨs Δy0=−ΔxsinΨs+ΔycosΨs ……(1) 以下、首振り式プロペラの推力はベクトル表示
とし「推力量」はベクトルの大きさを意味しプロ
ペラ翼角に比例する量で記号で表わす。「推力
方向」はベクトルの方向を意味し記号θで表わ
し、符号規則は正の推力量は前進推力を表わし負
の推力量は後進推力を表わす。また推力方向はプ
ラツトフオーム1の中心線方向を零度とし右舷側
の推力方向を正、左舷側の推力方向は負としそれ
ぞれ±90度を最大の推力方向とする。後進推力の
推力方向はベクトルの矢印を反対側に延ばしてプ
ラツトフオーム中心線となす角とする(第9図a
〜d参照)。
第1および第2のPID制御器508,509は
位置偏差変換器507の出力信号Δx0を入力とし
て第1の首振りプロペラ21の推力量に対する要
求信号1xと、推力方向に対する要求信号θ1xを
出力し、位置差Δx0が零になるようにする役割を
果す制御器である。ここで第1の首振りプロペラ
21に対する要求信号1xとθ1xは次のようになる。
1x=Kpx1Δx0+KIx1∫Δ0dt+KDx1d/dt(Δx0) ……(2) (ここにKpx1、KIx1、KDx1<0と定めておく) θ1x=Kpx2Δx0+KIx2∫Δx0dt+KDx2d/dt(Δx0) ……(3) (ここにKpx2、KIx2、KDx2>0と定めておく) ここでΔx0は第10図に示す距離である。第1
0図に示すようにΔx0>0のときすなわち座標系
(x0、y0)でプラツトフオーム1の位置がy0軸よ
り上方にあるときは(2)式より1xは負となり第1
のプロペラ21に後進推力量を要求することによ
りプラツトフオーム1の位置を設定位置(xs、
ys)に戻そうとする。(3)式よりθ1xは正となり推
力ベクトルが第11図a,bの状態にあるとき
は、推力ベクトルが矢印の方向に回転してプラツ
トフオーム1の前後方向の推力成分を減少させて
プラツトフオーム1を後方に下げて設定位置に戻
そうとする。推力ベクトルが第11図c,dの状
態にある場合にプラツトフオーム1を設定位置に
戻すためには、推力ベクトルを矢印の方向に回転
させる要がある。そのためは推力方向の要求信号
θ1xは負とする必要がある。第11図a,bの場
合、推力ベクトルは推力量検出信号1と旋回角
検出信号θ1の積1θ1が正となり、第11図c,d
の場合、推力ベクトルでは1θ1が負となるから、
第2のPID制御器509はプラツトフオーム1を
設定位置に戻すためには、検出信号の積1θ1が負
の場合は(3)式より算出された推力方向に対する要
求信号θ1xの符号を反転させて出力する必要があ
る。1θ1が負の場合に推力方向の要求信号θ1xの
符号を反転させる役割は後述の符号変換器で行な
う。またΔx0<0のときは(2)式より1xは正とな
り第1のプロペラ21に前進推力量を要求するこ
とによりプラツトフオーム1を設定位置に戻そう
とする。(3)式よりθ1xは負となり推力ベクトルが
第11図a,bの状態にあるときは、推力ベクト
ルが第11図a,bの矢印とは逆の方向に回転し
てプラツトフオーム1を前方に戻そうとする。推
力ベクトルが第11図c,dの状態にあるときは
要求信号θ1xの符号を反転して正とするため、推
力ベクトルは第11図c,dの矢印の方向とは逆
方向に回転してプラツトフオーム1の位置を設定
位置に戻そうとする。上記(2)、(3)式の第2項の積
分項は風、潮流などの外乱があるときにプラツト
フオーム1が設定位置に戻つて位置偏差Δx0が零
の状態(このとき(2)、(3)式の第1項による要求信
号は零になる)でも、外乱力に対抗できる推力ベ
クトルを第1の首振りプロペラ21に保持し続け
るように要求信号を出力する役割を果す。(2)、(3)
式の第3項の微分項は第1のプロペラの推力ベク
トルによりプラツトフオーム1が設定位置に戻り
つつあるときに、設定位置より行き過ぎないよう
に第1のプロペラ21の推力ベクトルに制動効果
を持たせて安定な位置制御を実現する役割を果
す。
第3および第4のPID制御器510,511は
x0軸方向の位置偏差信号Δx0を入力として、第2
の首振りプロペラ22の推力量に対する要求信号
2xと推力方向に対する要求信号θ2xを出力し位置
偏差Δx0が零になるようにする。ここで第2の首
振りプロペラ22に対する要求信号2xとθ2xは次
のようになる。
2x=Kpx3Δx0+KIx3∫Δx0dt+KDx3d/dt(Δx0) ……(4) (ここにKpx3、KIx3、KDx3<0と定めておく) θ2x=Kpx4Δx0+KIx4∫Δx0dt+KDx4d/dt(Δx0) ……(5) (ここにKpx4、KIx4、KDx4>0と定めておく) 第2のプロペラ22に対する第3のPID制御器
510の役割は上述の第1のプロペラ21に対す
る第1のPID制御器508の役割と全く同様であ
るので作用の説明は省略する。第4のPID制御器
511の役割は上述の第2のPID制御器509の
役割と同じであり、第4のPID制御器511は第
2のプロペラ22の推力量検出信号2と旋回角検
出信号θ2の積が負の場合には要求信号θ2xの符号
を反転させて出力する必要がある。
第5および第6のPID制御器512,513は
x0軸方向の位置偏差信号Δx0を入力として、第3
の首振りプロペラ23の推力量に対する要求信号
3xと推力方向に対する要求信号θ3xを出力し位置
偏差Δx0が零になるようにする。ここで第3の首
振りプロペラ23に対する要求信号3xとθ3xは次
のようになる。
3x=Kpx5Δx0+KIx5∫Δx0dt+KDx5d/dt(Δx0) ……(6) (ここにKpx5、KIx5、KDx5<0と定めておく) θ3x=Kpx6Δx0+KIx6∫Δx0dt+KDx6d/dt(Δx0) ……(7) (ここにKpx6、KIx6、KDx6>0と定めておく) 第3のプロペラ23に対する第5のPID制御器
512の役割は上述の第1のプロペラ21に対す
る第1のPID制御器508の役割と全く同様であ
るので作用の説明は省略する。第6のPID制御器
513の役割は上述の第2のPID制御器509の
役割と同じであり、第6のPID制御器513は第
3のプロペラ23の推力量検出信号3と旋回角検
出信号θ3の積が負の場合には要求信号θ3xの符号
を反転させて出力する必要がある。
第7および第8のPID制御器514,515は
x0軸方向の位置偏差信号Δx0を入力として、第4
のプロペラ24の推力量に対する要求信号4xと推
力方向に対する要求信号θ4xを出力し位置偏差
Δx0が零になるようにする。ここで第4の首振り
プロペラ24に対する要求信号4xとθ4xは次のよ
うになる。
4x=Kpx7Δx0+KIx7∫Δx0dt+KDx7d/dt(Δx0) ……(8) (Kpx7、KIx7、KDx7<0と定めておく) θ4x=Kpx8Δx0+KIx8∫Δx0dt+KDx8d/dt(Δx0) ……(9) (Kpx8、KIx8、KDx8>0と定めておく) 第4のプロペラ24に対する第7のPID制御器
514の役割は上述の第1のプロペラに対する第
1のPID制御器508の役割と全く同様であるの
で作用の説明は省略する。第8のPID制御器51
5の役割は上述の第2のPID制御器509の役割
と同じであり、第8のPID制御器515は第4の
プロペラ24の推力量検出信号4と旋回角検出信
号θ4の積が負の場合には要求信号θ4xの符号を反
転させて出力する必要がある。
上記(4)〜(9)式の積分項は(2)、(3)式の積分項と同
様にプラツトフオーム1の位置偏差Δx0が零の状
態でも、外乱力に対抗できる推力ベクトルをそれ
ぞれのプロペラに保持し続ける役割を果す。また
(4)〜(9)式の微分項は(2)、(3)式の微分項と同様にプ
ラツトフオーム1の位置偏差修正時にそれぞれの
プロペラの推力ベクトルに制動効果を持たせて安
定な位置制御を実現する役割を果す。
第9および第10のPID制御器516,517は
位置偏差変換器507の出力信号Δy0を入力とし
て、第1の首振りプロペラ21の推力量に対する
要求信号1yと推力方向に対する要求信号θ1yを出
力し、位置偏差Δy0が零になるようにする役割を
果す。ここで第1の首振りプロペラ21に対する
要求信号1y、θ1yは次のようになる。
1y=Kpy9Δy0+KIy9∫Δy0dt+KDy9d/dt(Δy0) ……(10) (ここにKpy9、KIy9、KDy9<0と定めておく) θ1y=Kpy10Δy0+KIy10∫Δy0dt+KDy10d/dt(Δy
0) ……(11) (ここにKpy10、KIy10、KDy10<0と定めておく) ここでΔy0は第12図に示す距離である。プラ
ツトフオーム1が右前方より風、潮流などの外乱
を受けて流されx0軸より左側に来たとすると、こ
のときΔy0<0となり(10)、(11)式より第1の首振り
プロペラ21に対する要求信号1y、θ1yは次のよ
うにななる。1y >0 θ1y>0 したがつて第1の首振りプロペラ21の推力ベ
クトルは第13図aに示すように第1象限内にあ
り、右前方からの外乱に対し前記第5図aに示す
推力ベクトルT1が実現され、安定な定位置制御
を可能とする。
次にプラツトフオーム1が左前方からの外乱に
よりx0軸の右側に来た場合すなわちΔy0>0のと
きは、(10)、(11)式より第1のプロペラ21の推力ベ
クトルに対する要求信号1y、θ1yは次のようにな
る。1y <0 θ1y<0 したがつて第1のプロペラ21の推力ベクトル
は第13図b中の破線矢印で示すように第4象限
内に生じ、この推力ベクトルでは位置偏差をます
ます増大させることになる。しかし前述したよう
に左前方の外乱に対してプラツトフオーム1の安
定な定位置保持制御を実現できる推力ベクトルの
組合せは前記第6図aに示す組合せでなければな
らないため、旋回角検出信号θ1が負の場合は推力
量の要求信号1yの符号を変換する必要がある。
したがつて第9のPID制御器516は第1のプロ
ペラ21の旋回角検出信号θ1が負のときは、推力
量の要求信号1yの符号を変換して出力し、第1
3図b中実線の矢印で示す推力ベクトルが第1の
プロペラ21に実現でき、プラツトフオーム1の
安定な位置制御が可能となる。旋回角検出信号θ1
が負のときに推力量の要求信号1yの符号を変換
する役割は後述の符号変換器で行なわせる。
第11および第12のPID制御器518,519は
y0軸方向の位置偏差信号Δy0を入力として、第2
の首振りプロペラ22の推力量に対する要求信号
2yおよび推力方向に対する要求信号θ2yを出力し
位置偏差Δy0が零になるようにする。ここで第2
の首振りプロペラ22に対する要求信号2y,θ2y
は次のようになる。
2y=Kpy11Δy0+KIy11∫Δy0dt+KDy11d/dt(Δy
0) ……(12) (ここにKpy11、KIy11、KDy11<0と定めておく) θ2y=Kpy12Δy0+KIy12∫Δy0dt+KDy12d/dt(Δy
0) ……(13) (ここにKpy12、KIy12、KDy12<0と定めておく) 第2のプロペラ22に対する第11および第12の
PID制御器518,519の役割は、上述の第1
のプロペラ21に対するそれぞれ第および第10の
PID制御器516,517の役割と全く同様であ
るので作用の説明は省略する。第1のプロペラ2
1の場合と同様に第11のPID制御器518は第2
のプロペラ22の旋回角検出信号θ2が負のときは
推力量の要求信号2yの符号を変換して出力する
ことにより、第2のプロペラ22は安定な位置制
御を可能とする推力ベクトルが実現できる。
第13および第14のPID制御器520,521は
y0軸方向の位置偏差信号Δy0を入力として、第3
の首振りプロペラ23の推力量に対する要求信号
3yおよび推力方向に対する要求信号θ3yを出力
し、位置偏差Δy0が零になるようにする。ここで
第3のプロペラ23に対する要求信号3y、θ3yは
次のようになる。
3y=Kpy13Δy0+KIy13∫Δy0dt+KDy13d/dt(Δy
0) ……(14) (ここにKpy13、KIy13、KDy13<0と定めておく) θ3y=Kpy14Δy0+KIy14∫Δy0dt+KDy14d/dt(Δy
0) ……(15) (ここにKpy14、KIy14、KDy14>0と定めておく) プラツトフオーム1が右前方より外乱を受けて
x0軸の左側に来たとすると(第14図a参照)、
このときΔy0<0となり(14)、(15)式より第3
のプロペラ23の推力ベクトルに対する要求信号
3y、θ3yは次のようになる。3y >0 θ3y<0 したがつて第3のプロペラ23の推力ベクトル
は第14図a中の破線の矢印で示すように第2象
限内に生じ、この推力ベクトルでは位置偏差をま
すます増大させることになる。しかし前述したよ
うに右前方の外乱に対してプラツトフオーム1の
安定な位置制御を実現できる推力ベクトルの組合
せは前記第5図aに示す組合せでなければならな
いので、第1のプロペラ21の要求信号の場合と
同様に、旋回角検出信号θ3が負の場合は推力量の
要求信号3yの符号を変換する必要がある。した
がつて第13のPID制御器520は第3のプロペラ
23の旋回角検出信号θ3が負のときは推力量の要
求信号3yの符号を変換して出力すると、第14
図aの実線の矢印で示す推力ベクトルが第3のプ
ロペラ23に実現でき、プラツトフオーム1の安
定な位置制御が可能となる。また旋回角検出信号
θ3が負のときに推力量の要求信号3yの符号を変
換する役割は後述の符号変換器で行なわせる。
次にプラツトフオーム1が左前方から外乱を受
けてx0軸の右側に来たとすると、Δy0>0とな
り、(14)、(15)式より第3のプロペラ23の推力
ベクトルに対する要求信号3y、θ3yは次のように
なる。3y <0 θ3y>0 したがつて第3のプロペラ23の推力ベクトル
は第14図bに示すように第3象限内に生じ、左
前方からの外乱に対し前記第6図aに示す推力ベ
クトルが実現され、安定な定位置制御を可能とす
る。
第15および第16のPID制御器522,523は
y0軸方向の位置偏差信号Δy0を入力として、第4
の首振りプロペラ24の推力量に対する要求信号
4yと推力方向に対する要求信号θ4yを出力し、位
置偏差Δy0が零になるようにする。第4の首振り
プロペラ24に対する要求信号4y、θ4yは次のよ
うになる。
4y=Kpy15Δy0+KIy15∫Δy0dt+KDy15d/dt(Δy
0) ……(16) (ここにKpy15、KIy15、KDy15<0と定めておく) θ4y=Kpy16Δy0+KIy16∫Δy0dt+KDy16d/dt(Δy
0) ……(17) (ここにKpy16、KIy16、KDy16>0と定めておく) 第4のプロペラ24に対する第15および第16の
PID制御器522,523の役割は、上述の第3
のプロペラ23に対するそれぞれ第13および第14
のPID制御器520,521の役割と全く同様で
あるので作用の説明は省略する。第3のプロペラ
23の場合と同様に第15のPID制御器522は、
第4のプロペラ24の旋回角検出信号θ4が負のと
きは推力量の要求信号4yの符号を変換して出力
することにより、第4のプロペラ24は安定な位
置制御を可能とする推力ベクトルが実現できる。
上記(10)〜(17)式の第2項の積分項はプラツト
フオーム1が設定位置に戻つて位置偏差Δy0が零
の状態(このとき第1項による要求信号は零にな
る)でも、風、潮流などの外乱力に対抗できる推
力ベクトルをそれぞれの首振りプロペラに保持し
続けるように要求信号を出力する役割を果す。ま
た(10)〜(17)式の第3項の微分項はそれぞれのプ
ロペラの推力ベクトルによりプラツトフオーム1
が設定位置に戻りつつあるときに、設定位置より
行き過ぎないようにプロペラの推力ベクトルに制
動効果を持たせて安定な位置制御を実現する役割
を果す。
第17および第18のPID制御器524,525は
第3の減算器506の出力すなわち方位偏差信号
ΔΨとジヤイロコンパス503の出力信号Ψを入
力として、第1の首振りプロペラ21の推力量に
対する要求信号1〓と推力方向に対する要求信号
θ1〓を出力して、方位偏差ΔΨが零になるように
する役割を果す。第1の首振りプロペラ21に対
する要求信号1〓、θ1〓は次のようになる。
1〓=KP〓17ΔΨ+KI〓17∫ΔΨdt−KD〓17dΨ/dt ……(18) (ここにKp〓17、KI〓17、KD〓17<0と定めておく) θ1〓=Kp〓18ΔΨ+KI〓18∫ΔΨdt−KD〓18dΨ/dt ……(19) (ここにKp〓18、KI〓18、KD〓18>0と定めておく) プラツトフオーム1が外乱を受けて方位の偏差
信号(ΔΨ=Ψs−Ψ)が正のとき、すなわち第1
5図aに示すようにプラツトフオーム方位を右側
に旋回させる必要があるときは、(18)、(19)式
より第1の首振りプロペラ21の推力ベクトルに
対する要求信号1〓、θ1〓は次のようになる。1 〓<0 θ1〓>0 したがつて第1のプロペラ21の推力ベクトル
は第15図aに示すように第3象限内に実現され
る。
第19および第20のPID制御器526,527は
方位偏差信号ΔΨとジヤイロコンパス503の出
力信号Ψを入力として、第2の首振りプロペラ2
2の推力量に対する要求信号2〓と推力方向に対す
る要求信号θ2〓を出力し、方位偏差ΔΨが零にな
るようにする制御器である。第2のプロペラ22
に対する要求信号2〓、θ2〓は次のようになる。
2〓=Kp〓19ΔΨ+KI〓19∫ΔΨdt−KD〓19dΨ/dt ……(20) (ここにKp〓19、KI〓19、KD〓19>0と定めておく) θ2〓=Kp〓20ΔΨ+KI〓20∫ΔΨdt−KD〓20dΨ/dt ……(21) (ここにKp〓20、KI〓20、KD〓20>0と定めておく) 第15図aに示すようにプラツトフオーム1の
方位偏差信号ΔΨが正のときは(20)、(21)式よ
り第2の首振りプロペラ22の推力ベクトルに対
する要求信号2〓、θ2〓は次のようになる。2 〓>0 θ2〓>0 したがつて方位偏差信号ΔΨが正のときは第2
のプロペラ22の推力ベクトルは第15図aに示
すように第1象限内に実現される。以上により方
位偏差信号ΔΨが正のときは第15図aに示すよ
うに、第1のプロペラ21および第2のプロペラ
22には方位偏差を小さくするような旋回モーメ
ントを発生する推力ベクトルの組合せが形成され
ることが判る。
一方第15図bに示すようにプラツトフオーム
1の方位偏差信号ΔΨが負の場合は、(18)、(19)
式より第1のプロペラ21の推力ベクトルに対す
る要求信号1〓、θ1〓は次のようになる。1 〓>0 θ1〓<0 したがつて第1のプロペラ21の推力ベクトル
は図示するように第2象限内に実現される。同じ
く方位偏差信号ΔΨが負のときに第2のプロペラ
22の推力ベクトルに対する要求信号2〓、θ2〓は
(20)、(21)式より次のようになる。2 〓<0 θ2〓<0 したがつて第2のプロペラ22の推力ベクトル
は図示するように第4象限内に実現される。以上
により方位偏差信号ΔΨが負のときは第15図b
に示すように、第1のプロペラ21および第2の
プロペラ22には、方位偏差ΔΨを小さくするよ
うな旋回モーメントを発生する推力ベクトルの組
合せが形成される。
第21および第22のPID制御器528,529は
方位偏差信号ΔΨとジヤイロコンパス503の出
力信号Ψを入力として、第3の首振りプロペラ2
3の推力量に対する要求信号3〓と推力方向に対す
る要求信号θ3〓を出力し、方位偏差ΔΨが零にな
るようにする制御器である。第3のプロペラ23
に対する要求信号3〓、θ3〓は次のようになる。
3〓=Kp〓21ΔΨ+KI〓21∫ΔΨdt−KD〓21dΨ/dt ……(22) (ここにKp〓21、KI〓21、KD〓21<0と定めておく) θ3〓=Kp〓22ΔΨ+KI〓22∫ΔΨdt−KD〓22dΨ/dt ……(23) (ここにKp〓22、KI〓22、KD〓22>0と定めておく) プラツトフオーム1が外乱を受けて方位偏差信
号ΔΨが正のときは、(22)、(23)式より第3の
首振りプロペラ23の推力ベクトルに対する要求
信号3〓、θ3〓は次のようになる。3 〓<0 θ3〓>0 したがつて第3のプロペラ23の推力ベクトル
は第16図aに示すように第3象限内に実現され
る。
第23および第24のPID制御器530,531は
方位偏差信号ΔΨと方位信号Ψを入力として、第
4の首振りプロペラ24の推力量に対する要求信
号4〓と推力方向に対する要求信号θ4〓を出力し、
方位偏差ΔΨが零になるようにする制御器であ
る。第4のプロペラ24に対する要求信号4〓、
θ4〓は次のようになる。
4〓=Kp〓23ΔΨ+KI〓23∫ΔΨdt−KD〓23dΨ/dt ……(24) (ここにKp〓23、KI〓23、KD〓23>0と定めておく) θ4〓=Kp〓24ΔΨ+KI〓24∫ΔΨdt−KD〓24dΨ/dt ……(25) (ここにKp〓24、KI〓24、KD〓24>0と定めておく) 第16図aに示すようにプラツトフオーム1の
方位偏差信号ΔΨが正のときは、(24)、(25)式
より第4のプロペラ24の推力ベクトルに対する
要求信号4〓、θ4〓は次のようになる。4 〓>0 θ4〓>0 したがつて方位偏差信号ΔΨが正のときは第4
のプロペラ24の推力ベクトルは図示するように
第1象限内に実現される。以上により方位偏差信
号ΔΨが正のときは図示するように第3のプロペ
ラ23および第4のプロペラ24には方位偏差を小
さくするような旋回モーメントを発生する推力ベ
クトルの組合せが形成されることが判る。
一方第16図bに示すようにプラツトフオーム
1の方位偏差信号ΔΨが負の場合は、(22)、(23)
式より第3のプロペラ23の推力ベクトルに対す
る要求信号3〓、θ3〓は次のようになる。3 〓>0 θ3〓<0 したがつて第3のプロペラ23の推力ベクトル
は図示するように第2象限内に実現される。同じ
く方位偏差信号ΔΨが負のときに、第4のプロペ
ラ24の推力ベクトルに対する要求信号4〓、θ4〓
は(24)、(25)式より次のようになる。4 〓<0 θ4〓<0 したがつて第4のプロペラ24の推力ベクトル
は図示するように第4象限内に実現される。以上
により方位偏差信号ΔΨが負のときは、第16図
bに示すように第3のプロペラ23および第4の
プロペラ24には方位偏差を小さくするような旋
回モーメントを発生する推力ベクトルの組合せが
形成される。
上記(18)〜(25)式の第2項の積分項はプラ
ツトフオーム1が設定方向に戻つて方位偏差ΔΨ
が零の状態(このとき第1項による要求信号は零
になる)でも、風、潮流などの外乱力に対抗でき
る推力ベクトルをそれぞれの首振りプロペラに保
持し続けるように要求信号を出力する役割を果
す。さらに(18)〜(25)式の第3項の微分項は
それぞれのプロペラの推力ベクトルによりプラツ
トフオーム1が設定方位に戻りつつあるときに、
設定方位より行き過ぎないようにプロペラの推力
ベクトルに制動効果を持たせて安定な方位制御を
実現する役割を果す。
第1の符号変換器532は第1の首振りプロペ
ラ21の旋回角が負すなわち推力ベクトルが左向
きの場合に、第9のPID制御器516が出力する
第1のプロペラ21の推力量に対する要求信号の
符号を変換して第1のプロペラ21に位置偏差
Δy0の修正を効果的に行えるような推力ベクトル
を実現する役割をもつ。したがつて第1の符号変
換器532は第9のPID制御器516と後述する
第1のプロペラ21の旋回角検出器の各出力信号
を入力として、旋回角検出信号θ1が負の場合は第
9のPID制御器516の出力信号の符号を変換し
て出力し、旋回角検出信号が正の場合は第9の
PID制御器516の出力信号の符号を変換せずそ
のまま出力する。
第1の加算器533は第1のPID制御器508
と第1の符号変換器532および第17のPID制御
器524の出力信号を入力として、第1の首振り
プロペラ21の推力量に対する要求信号1dとして
下記(26)式の加算結果を出力する。1d =Kpx1Δx0+KIx1∫Δx0dt+KDx1d(x0)/dt ±(Kpy9Δy0+KIy9∫Δy0dt+KDy9d(Δy0)/dt) +Kp〓17ΔΨ+KI〓17∫ΔΨdt−KD〓17dΨ/dt ……(26) (θ1>0のとき+符号選択 θ1<0のとき−符号選択) 上記(26)式の第1〜第3項の風、潮流などの
外乱に対抗して第1のプロペラ21の推力量を変
えることにより、プラツトフオーム1の位置偏差
Δx0が零になるように安定な位置制御を行う役割
を果す。さらに第4〜第6項は位置偏差Δy0を零
にする役割を果し、第7〜第9項は方位偏差ΔΨ
を零にする役割を果す。また上記(26)式の符号
の選択は上述の第1の符号変換器532が行う。
第1の自動手動切換装置534は既存の第1の
翼角レバー00と第1の加算器533の出力信号
を入力として、操縦者は希望する運転モードに応
じていずれかの信号を出力させる。既存の第1の
翼角サーボ機構02は第1の自動手動切換装置5
34の出力信号により第1の首振りプロペラ21
の推力量1を調節する。第1の翼角検出器53
5は第1のプロペラ21の推力量を検出する。第
1の乗算器536は第1の翼角検出器535と後
述の第1のプロペラ21の旋回角検出器の出力信
号と入力としてその積を出力する。第2の符号変
換器537は第1のプロペラ21の推力量信号と
旋回角信号の積が負の場合に、第2のPID制御器
509が出力する第1のプロペラ21の推力方向
に対する要求信号の符号を変換して、第1のプロ
ペラ21に位置偏差Δx0の修正を効果的に行なえ
るような推力ベクトルを実現する役割をもつ。し
たがつて第2の符号変換器537は第2のPID制
御器509と第1の乗算器536の各出力信号を
入力として、第1の乗算器536の出力信号が負
の場合は第2のPID制御器509の出力信号の符
号を変換して出力し、乗算器536の出力信号が
正の場合は第2のPID制御器509の出力信号の
符号を変換せずそのまま出力する。
第2の加算器538は第2の符号変換器537
と第10のPID制御器517と第18のPID制御器5
25の出力信号を入力として、第1のプロペラ2
1の推力方向に対する要求信号θ1dとして下記の
(27)式の加算結果を出力する。
θ1d=±(Kpx2Δx0+KIx2∫Δx0dt+KDx2d(Δx0)/
dt) +Kpy10Δy0+KIy10∫Δy0dt+KDy10d/dt(Δy0) +Kp〓18ΔΨ+KI〓18∫ΔΨdt−KD〓18dΨ/dt ……(27) (1θ1>0のとき+符号選択1 θ1<0のとき−符号選択) 上記(27)式の第1〜第3項は外乱に対して第
1のプロペラ21の推力方向を変えることにより、
プラツトフオーム1の位置偏差Δx0が零になるよ
うにする役割を果す。また第4〜第6項は位置偏
差Δy0を零にする役割を果し、第7〜第9項は方
位偏差ΔΨを零にする役割を果す。そして上記
(27)式の符号の選択は上述の第2の符号変換器
537が行う。
第2の自動手動切換装置539は既存の旋回角
レバー01と第2の加算器538の出力信号を入
力として、操縦者は希望する運転モードに応じて
いずれかの信号を出力させる。既存の第1の旋回
角サーボ機構03は第2の自動手動切換装置53
9の出力信号を入力として第1のプロペラの旋回
角を調節する。第1の旋回角検出器540は第1
のプロペラ21の旋回角を検出する。旋回角検出
信号は上述の第1の乗算器536と第1の符号変
換器532に入力される。第3の符号変換器54
1は第1のプロペラ21における符号変換器53
2と同じ役割を第2のプロペラ22で果すもので、
第11のPID制御器518と後述する第2のプロペ
ラ22の旋回角検出器の各出力信号を入力として、
旋回角検出信号が負の場合は第11のPID制御器5
18の出力信号の符号を変換して出力し、旋回角
検出信号が正の場合は第11のPID制御器518の
出力信号の符号を変換せずそのまま出力する。第
3の加算器542は第3のPID制御器510と第
3の符号変換器541と第19のPID制御器526
の各出力信号を入力とし、第2のプロペラ22の
推力量に対する要求信号2dとして下記(28)式
の加算結果を出力する。2d =Kpx3Δx0+KIx3∫Δx0dt+KDx3d/dt(Δx0) ±(Kpy11Δy0+KIy11∫Δy0dt+KDy11d/dt(Δy0)
) +Kp〓19ΔΨ+KI〓19∫ΔΨdt−KD〓19dΨ/dt ……(28) (θ2>0のとき+符号選択 θ2<0のとき−符号選択) 上記(28)式の第1〜第3項は外乱に対して第
2のプロペラ22の推力量を変えることにより位
置偏差Δx0が零に、第4〜第6項は位置偏差Δy0
が零に、第7〜第9項は方位偏差ΔΨが零にそれ
ぞれなるようにする役割をもつ。そして上記
(28)式の符号の選択は上述の第3の符号変換器
541が行う。
第3の自動手動切換装置543は既存の第2の
翼角レバー04と第3の加算器542の出力信号
を入力とし、操縦者は希望する運転モードに応じ
ていずれかの信号を出力させる。既存の第2の翼
角サーボ機構06は第3の自動手動切換装置54
3の出力信号により第2のプロペラの推力量2
を調節する。第2の翼角検出器544は第2のプ
ロペラ22の推力量を検出する。第2の乗算器5
45は第2の翼角検出器544と後述する第2の
プロペラ22の旋回角検出器の出力信号を入力と
してその積を出力する。第4の符号変換器546
は第1のプロペラ21における第2の符号変換器
537と同じ役割を第2のプロペラ22で果すも
ので、第4のPID制御器511と第2の乗算器5
45の各出力信号を入力として、第2の乗算器5
45の出力信号が負の場合は第4のPID制御器5
11の出力信号の符号を変換して出力し、乗算器
545の出力信号が正の場合は第4のPID制御器
511の出力信号の符号を変換せずそのまま出力
する。第4の加算器574は第4の符号変換器5
46と第12のPID制御器519と第20のPID制御
器527の出力信号を入力として、第2のプロペ
ラ22の推力方向に対する要求信号θ2dとして下記
(29)式の加算結果を出力する。
θ2d=±(Kpx4Δx0+KIx4∫Δx0dt+KDx4d/dt(Δx0
)) +Kpy12Δy0+KIy12∫Δy0dt+KDy12d/dt(Δy0) +Kp〓20ΔΨ+KI〓20∫ΔΨdt−KD〓20dΨ/dt ……(29) (2θ2>0のとき+符号選択2 θ2<0のとき−符号選択) 上記(29)式の第1〜第3項は外乱に対して第
2のプロペラ22の推力方向を変えることにより
位置偏差Δx0が零に、第4〜第6項は位置偏差
Δy0が零に、第7〜第9項は方位偏差ΔΨが零に
それぞれなるようにする役割をもつ。そして上記
(29)式の符号の選択は上述の第4の符号変換器
546が行う。
第4の自動手動切換装置548は既存の第2の
旋回角レバー05と第4の加算器547の出力信
号を入力とし、操縦者は希望する運転モードに応
じていずれかの信号を出力させる。既存の第2の
旋回角サーボ機構07は第4の自動手動切換装置
548の出力信号により第2のプロペラ22の旋
回角θ2を調節する。第2の旋回角検出器549は
第2のプロペラ22の旋回角を検出する。旋回角
検出信号は上述の第2の乗算器545と第3の符
号変換器541に入力される。
第5の符号変換器550は第1のプロペラ21
における符号変換器532と同じ役割を第3のプ
ロペラ23で果すもので、第13のPID制御器52
0と後述する第3のプロペラ23の旋回角検出器
の出力信号を入力として、旋回角検出信号が負の
場合は第13のPID制御器520の出力信号の符号
を変換して出力し、旋回角検出信号が正の場合は
第13のPID制御器520の出力信号の符号を変換
せずそのまま出力する。
第5の加算器551は第5のPID制御器512
と第5の符号変換器550と第21のPID制御器5
28の各出力信号を入力とし、第3のプロペラ2
3の推力量に対する要求信号3dとして下記の
(30)式の加算結果を出力する。3d =Kpx5Δx0+KIy5∫Δx0dt+KDx5d/dt(Δx0) ±(Kpy13Δy0+KIy13∫Δy0dt+KDy13d/dt(Δy0)
) +Kp〓21ΔΨ+KI〓21∫ΔΨdt−KD〓21dΨ/dt ……(30) (θ3>0のとき+符号選択 θ3<0のとき−符号選択) 上記(30)式の第1〜第3項は外乱に対して第
3のプロペラ23の推力量を変えることにより位
置偏差Δx0が零に、第4〜第6項は位置偏差Δy0
が零に、第7〜第9項は方位偏差ΔΨが零にそれ
ぞれなるようにする役割をもつ。そして上記
(30)式の符号の選択は上述の第5の符号変換器
550が行う。
第5の自動手動切換装置552は既存の第3の
翼角レバー08と第5の加算器551の出力信号
を入力とし、操縦者は希望する運転モードに応じ
ていずれかの信号を出力させる。既存の第3の翼
角サーボ機構10は第5の自動手動切換装置55
2の出力信号により第3のプロペラ23の翼角を
調節する。第3の翼角検出器553は第3のプロ
ペラ23の推力量を検出する。第3の乗算器55
4は第3の翼角検出器553と後述する第3のプ
ロペラ23の旋回角検出器の出力信号を入力とし
てその積を出力する。
第6の符号変換器555は第1のプロペラ21
における第2の符号変換器537と同じ役割を第
3のプロペラ23で果すもので、第6のPID制御
器513と第3の乗算器554の出力信号を入力
として、乗算器554の出力信号が負の場合は第
6のPID制御器513の出力信号の符号を変換し
て出力し、乗算器554の出力信号が正の場合は
第6のPID制御器513の出力信号の符号を変換
せずそのまま出力する。
第6の加算器556は第6の符号変換器555
と第14のPID制御器521と第22のPID制御器5
29の出力信号を入力として、第3のプロペラ2
3の推力方向に対する要求信号θ3dとして下記
(31)式の加算結果を出力する。
θ3d=±(Kpx6Δx0+KIx6∫Δx0dt+KDx6d/dt(Δx0
)) +Kpy14Δy0+KIy14∫Δy0dt+KDy14d/dt(Δy0) +Kp〓22ΔΨ+KI〓22∫ΔΨdt−KD〓22d/dt(Ψ) ……(31) (3θ3>0のとき+符号選択3 θ3<0のとき−符号選択) 上記(31)式の第1〜第3項は外乱に対して第
3のプロペラ23の推力方向を変えることにより、
位置偏差Δx0が零に、第4〜第6項は位置偏差
Δy0が零に、第7〜第9項は方位偏差ΔΨが零に
それぞれなるようにする役割をもつ。そして上記
(31)式の符号の選択は上述の第6の符号変換器
555が行う。
第6の自動手動切換装置557は既存の第3の
旋回角レバー09と第6の加算器556の出力信
号を入力として、操縦者は希望する運転モードに
応じていずれかの信号を出力させる。既存の第3
の旋回角サーボ機構11は第6の自動手動切換装
置557の出力信号により第3のプロペラ23の
旋回角θ3を調節する。第3の旋回角検出器558
は第3のプロペラ23の旋回角を検出する。そし
てこの旋回角検出信号は上述の第3の乗算器55
4と第5の符号変換器550に入力される。
第7の符号変換器559は第1のプロペラ21
の第1の符号変換器532と同じ役割を第4のプ
ロペラ24で果すもので、第15のPID制御器52
2と後述する第4のプロペラ24の旋回角検出器
の各出力信号を入力として、旋回角検出信号が負
の場合は第15のPID制御器522の出力信号の符
号を変換して出力し、旋回角検出信号が正の場合
は第15のPID制御器522の出力信号の符号を変
換せずそのまま出力する。第7の加算器560は
第7のPID制御器514と第7の符号変換器55
9と第23のPID制御器530の各出力信号を入力
として、第4のプロペラ24の推力量に対する要
求信号4dとして下記(32)式の加算結果を出力
する。4d =Kpx7Δx0+KIx7∫Δx0dt+KDx7d/dt(Δx0) ±(Kpy15Δy0+KIy15∫Δy0dt+KDy15d/dt(Δy0)
) +Kp〓23ΔΨ+KI〓23∫ΔΨdt+KD〓23dΨ/dt ……(32) (θ4>0のとき+符号選択 θ4<0のとき−符号選択) 上記(32)式の第1〜第3項は外乱に対して第
4のプロペラ24の推力量を変えることにより位
置偏差Δx0が零に、第4〜第6項は位置偏差Δy0
が零に、第7〜第9項は方位偏差ΔΨが零にそれ
ぞれなるようにする役割をもつ。そして上記
(32)式の符号選択は上述の第7の符号変換器5
59が行う。
第7の自動手動切換装置561は既存の第4の
翼角レバー12と第7の加算器560の出力信号
を入力とし、操縦者は希望する運転モードに応じ
ていずれかの信号を出力させる。既存の第4の翼
角サーボ機構14は第7の自動手動切換装置56
1の出力信号により第4のプロペラ24の推力量
4を調節する。第4の翼角検出器562は第4
のプロペラ24の推力量を検出する。第4の乗算
器563は第4の翼角検出器562と後述する第
4のプロペラ24の旋回角検出器の出力信号を入
力としてその積を出力する。第8の符号変換器5
64は第1のプロペラ21における第2の符号変
換器537と同じ役割を第4のプロペラ24で果
すもので、第8のPID制御器515と第4の乗算
器563の出力信号を入力として、第4の乗算器
563の出力信号が負の場合は第8のPID制御器
515の出力信号の符号を変換して出力し、乗算
器563の出力信号が正の場合は第8のPID制御
器515の出力信号の符号を変換せずそのまま出
力する。第8の加算器565は第8の符号変換器
564と第16のPID制御器523と第24のPID制
御器531の出力信号を入力とし、第4のプロペ
ラ24の推力方向に対する要求信号θ4dとして下記
(33)式の加算結果を出力する。
θ4d=±(Kpx8Δx0+KIx8∫Δx0dt+KDx8d/dt(Δx0
)) +Kpy16Δy0+KIy16∫Δy0dt+KDy16d/dt(Δy0) +Kp〓24ΔΨ+KI〓24∫ΔΨdt−KD〓24dΨ/dt ……(33) (4θ4>0のとき+符号選択4 θ4<0のとき−符号選択) 上記(33)式の第1〜第3項は外乱に対して第
4のプロペラ24の推力方向を変えることにより
位置偏差Δx0が零に、第4〜第6項は位置偏差
Δy0が零に、第7〜9項は方位偏差ΔΨが零にそ
れぞれなるようにする役割をもつ。そして上記
(33)式の符号の選択は上述の第8の符号変換器
564が行う。
第8の自動手動切換装置566は既存の第4の
旋回角レバー13と第8の加算器565の出力信
号を入力として、操縦者は希望する運転モードに
応じていずれかの信号を出力させる。既存の第4
の旋回角サーボ機構15は第8の自動手動切換装
置566の出力信号により第4のプロペラ24の
旋回角θ4を調節する。第4の旋回角検出器567
は第4のプロペラ24の旋回角を検出する。そし
てこの旋回角検出信号は上述の第4の乗算器56
3と第7の符号変換器559に入力される。
このようにこの発明の装置は回転数により推力
調整を行なう首振り式固定ピツチプロペラでは翼
角サーボ機構に代つてプロペラ回転数サーボ機構
を使用することによつて、可変翼により推力調整
を行う首振り式プロペラと同様の効果を挙げるこ
とができる。またこの装置は制御用計算機におき
かえてDDC(Direct Digital Control)方式によ
つても実現することができる。
第17図は風速20m/sの風外乱を右前方30度
より受けたときに本願の装置を使用して、プラツ
トフオーム1の定点保持制御を行つたときの性能
シミユレーシヨン結果を示す特性曲線図である。
図においてアは風速の時間的変化を示し、風速は
10秒間で0より20m/s(約40kt)に達している。
イは第17図アの風外乱を受けたときのプラツト
フオーム1の位置および方位の時間的変化を示す
もので、プラツトフオーム1の前後方向(x0軸方
向)の動きであるサージ量(実線)は最大約10m
に達し、プラツトフオーム1の左右方向(y0軸方
向)の動きであるスウエイ量(破線)も最大約10
mに達し、元の位置に戻るのに約5分を要してい
る。プラツトフオームの方位(図中黒丸で示す)
は約5度右向きに変化するが、元の方位に戻るの
に約5分を要している。以上によりプラツトフオ
ーム1は第17図アのステツプ状風外乱を受けた
ときに約5分で元の状態に復帰している。さらに
図中ウ〜コは第17図アに示すようなステツプ状
風外乱を受けたときにプラツトフオーム1の位置
および方位を元に戻すために第1〜第4の首振り
式可変翼プロペラ21〜24が発生する推力ベクト
ルの時間的経過を示すものであり、ウ,エはプラ
ツトフオーム1の右前方に位置する第1の首振り
プロペラ21の推力ベクトル変化で、ウの実線は
プロペラ翼角、破線は旋回角を示し、エの実線は
推力の大きさ、破線はプロペラ消費馬力を示す。
第1の首振りプロペラ21はウの実線が示すよう
にプロペラ翼角は一時的に最大翼角に達した後、
第18図に示すような右向き前進推力となる推力
ベクトルT1を発生して位置および方位を整定し
ている。
オ,カはプラツトフオーム1の左前方に位置す
る第2の首振りプロペラ22の推力ベクトル変化
で、オの実線はプロペラ翼角、破線は旋回角を示
し、カの実線は推力の大きさ、破線はプロペラ消
費馬力を示す。第2のプロペラ22は第1のプロ
ペラ21と同様に第18図に示すような右向き前
進推力となる推力ベクトルT2を発生して位置お
よび方位を整定している。
キ,クはプラツトフオーム1の右後方に位置す
る第3の首振りプロペラ23の推力ベクトルの時
間的変化で、キの実線はプロペラ翼角、破線は旋
回角、クの実線は推力の大きさ、破線はプロペラ
消費馬力である。第3のプロペラ23はプラツト
フオーム1が風外乱を受けた初期にはイに示すよ
うに最初に生じるプラツトフオーム1の前後方向
の位置偏差(サージ量)を修正するために前進推
力を発生しているが、その後プラツトフオーム1
の左右方向の位置偏差(スウエイ量)および方位
偏差を安定に制御するために後進推力を発生し、
第18図に示すような左向き後進推力となる推力
ベクトルT3を発生して位置および方位を整定し
ている。
ケ,コはプラツトフオーム1の左後方に位置す
る第4の首振りプロペラ24の推力ベクトルの時
間的変化で、ケの実線はプロペラ翼角、破線は旋
回角、コの実線は推力の大きさ、破線はプロペラ
消費馬力である。第4のプロペラ24は第3のプ
ロペラ23と同様にプラツトフオーム1が風外乱
を受けた初期にはプラツトフオーム1の前後方向
の位置偏差(サージ量)を修正するために前進推
力を発生しているが、その後プラツトフオーム1
の左右方向の位置偏差(スウエイ量)および方位
偏差を安定に制御するために左向き後進推力を発
生している。
以上により第17図アに示すようなステツプ状
風外乱をプラツトフオーム1が右前方から受けた
ときは、第18図に示すような推力ベクトルが第
1〜第4の首振りプロペラ21〜24にそれぞれ発
生し、この推力ベクトルの組合せは前記第5図a
に示す安定な定点保持制御を可能とする推力ベク
トルの組合せに一致することから、この実施例装
置はプラツトフオーム1の定点保持制御装置に有
効であることが判る。なお第17図中第3および
第4の首振りプロペラ23,24の後進推力が第1
および第2のプロペラ21,22の前進推力に較べ
てかなり小さいのは、第1および第2のプロペラ
21,22の推力ベクトルのうちプラツトフオーム
1前後方向の前進推力が第3および第4のプロペ
ラ23,24の推力ベクトルのプラツトフオーム前
後方向の後進推力成分によつて相殺されるのを極
力避けたためである。
このように上記シミユレーシヨン結果からも本
発明の効果が判るように、操縦者がプラツトフオ
ームの設定位置と設定方位を一度与えておけば、
あとは最適の手順で4台の首振り式可変翼プロペ
ラが駆動制御され、プラツトフオームの定点保持
を安定に行うことができる推力ベクトルの組合せ
が実現される。したがつて従来の手動方式のよう
に試行錯誤をくり返しつつ目標値に近づいて行か
なければならない場合に比較して、動作に無駄が
なくなり、操縦者の労力負担も極めて軽減化され
るとともに、位置保持性能および旋回性能を極め
て高いものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは半潜水式2ロワーハル型プラツ
トフオームを示す外観図、第2図a〜hは従来の
海洋構造物の位置制御装置の構成図、第3図、第
4図、第5図a〜c、第6図a〜cはそれぞれ上
記従来装置の動作を説明するための平面図、第7
図はこの発明の実施例を示す構成図、第8図ない
し第18図はそれぞれ上記実施例を説明するため
のもので、第8図は座標図、第9図a〜dは平面
図、第10図は座標図、第11図a〜dは平面
図、第12図は座標図、第13図a,bは平面
図、第14図a,bは平面図、第15図a,bは
平面図、第16図a,bは平面図、第17ア〜コ
は特性曲線図、第18図は平面図である。 1……半潜水式2ロワーハル型プラツトフオー
ム、21〜24……首振り式可変翼プロペラ、0
0,04,08,12……翼角レバー、01,0
5,09,13……旋回角レバー、02,06,
10,14……翼角サーボ機構、03,07,1
1,15……旋回角サーボ機構、500……位置
設定器、501……方位設定器、502……位置
検出器、503……ジヤイロコンパス、504〜
506……減算器、507……位置偏差変換器、
508〜531……PID制御器、532,53
7,541,546,550,555,559,
564……符号変換器、533,538,54
2,547,551,556,560,565…
…加算器、534,539,543,548,5
52,557,561,566……自動手動切換
装置、535,544,553,562……翼角
検出器、536,545,554,563……乗
算器、540,549,558,567……旋回
角検出器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 4台のプロペラが海洋構造物の前方に左右2
    台、後方に左右2台配置された海洋構造物におい
    て、あらかじめ決められた空間固定座標系での上
    記海洋構造物の位置座標を検出する位置検出器
    と、上記座標系に設定する位置の位置座標信号を
    出力する位置設定器と、上記海洋構造物の方位を
    検出するジヤイロコンパスと、上記海洋構造物の
    方位設定信号を出力する方位設定器とをそれぞれ
    設け、上記位置設定器の出力と上記位置検出器の
    出力とを入力とする第1の減算器と、上記位置設
    定器の出力と上記位置検出器の出力とを入力とす
    る第2の減算器と、上記方位設定器の出力と上記
    ジヤイロコンパスの出力とを入力とする第3の減
    算器と、上記第1および第2の減算器の出力と上
    記方位設定器の出力とを入力として設定方位方向
    の位置偏差信号と設定方位に直角方向の位置偏差
    信号とを出力する位置偏差交換器と、上記位置偏
    差変換器の第1の出力である位置偏差信号を入力
    とする第1ないし第8のPID制御器と、上記位置
    偏差変換器の第2の出力である位置偏差信号を入
    力とする第9ないし第16のPID制御器と、上記第
    3の減算器の出力と上記ジヤイロコンパスの出力
    を入力とする第17ないし第24のPID制御器と、上
    記海洋構造物の右前方に位置する第1のプロペラ
    の旋回角を検出する後述の第1の旋回角検出器の
    出力と上記第9のPID制御器の出力をそれぞれ入
    力とし、第1の旋回角検出器が左向きの旋回角に
    対応して負の信号を出力する場合には上記第9の
    PID制御器の出力信号の符号を変換して出力し、
    第1の旋回角検出器が右方きの旋回角に対応して
    正の信号を出力する場合には上記第9のPID制御
    器の出力信号の符号を変換せずそのまま出力する
    第1の符号変換器と、上記第1のPID制御器と上
    記第1の符号変換器および上記第17のPID制御器
    の出力とを入力とする第1の加算器と、上記第1
    の加算器の出力を入力とする第1の翼角サーボ機
    構と、上記第1の翼角サーボ機構のプロペラ翼角
    を検出する第1の翼角検出器と、上記第1の翼角
    検出器と後述する第1の旋回角検出器の出力とを
    入力としその2つの信号の積を出力する第1の乗
    算器と、上記第2のPID制御器と上記第1の乗算
    器の出力とをそれぞれ入力とし、第1の乗算器の
    出力信号が負の場合には第2のPID制御器の出力
    信号の符号を変換して出力し、第1の乗算器の出
    力信号が正の場合には第2のPID制御器の出力信
    号の符号を変換せずそのまま出力する第2の符号
    変換器と、上記第2の符号変換器と、上記第10の
    PID制御器および上記第18のPID制御器の出力と
    を入力とする第2の加算器と、上記第2の加算器
    の出力を入力とする第1の旋回角サーボ機構と、
    上記第1の旋回角サーボ機構の旋回角を検出する
    第1の旋回角検出器と、上記海洋構造物の左前方
    に位置する第2のプロペラの旋回角を検出する後
    述の第2の旋回角検出器の出力と、上記第11の
    PID制御器の出力とをそれぞれ入力とし第2の旋
    回角検出器の出力信号が負の場合には第11のPID
    制御器の出力信号の符号を変換して出力し、第2
    の旋回角検出器の出力が正の場合は第11のPID制
    御器の出力信号をそのまま出力する第3の符号変
    換器と、上記第3のPID制御器と上記第3の符号
    変換器および第19のPID制御器の出力とを入力と
    する第3の加算器と、上記第3の加算器の出力を
    入力とする第2の翼角サーボ機構と、上記第2の
    翼角サーボ機構のプロペラ推力量を検出する第2
    の翼角検出器と、上記第2の翼角検出器と後述す
    る第2の旋回角検出器の出力とを入力としてその
    2つの信号の積を出力する第2の乗算器と、上記
    第4のPID制御器と上記第2の乗算器の出力とを
    それぞれ入力として第2の乗算器の出力信号が負
    の場合には第4のPID制御器の出力信号の符号を
    変換して出力し、第2の乗算器の出力が正の場合
    は第4のPID制御器の出力信号をそのまま出力す
    る第4の符号変換器と、上記第4の符号変換器と
    第12のPID制御器および第20のPID制御器の出力
    を入力とする第4の加算器と、上記第4の加算器
    の出力を入力とする第2の旋回角サーボ機構と、
    上記第2の旋回角サーボ機構の旋回角を検出する
    第2の旋回角検出器と、上記海洋構造物の右後方
    に位置する第3のプロペラの旋回角を検出する後
    述の第3の旋回角検出器の出力と上記第13のPID
    制御器の出力をそれぞれ入力とし、第3の旋回角
    検出器の出力信号が負の場合は第13のPID制御器
    の出力信号の符号を変換して出力し、第3の旋回
    角検出器の出力が正の場合は第13のPID制御器の
    出力をそのまま出力する第5の符号変換器と、上
    記第5のPID制御器と上記第5の符号変換器およ
    び上記第21のPID制御器の出力とを入力とする第
    5の加算器と、上記第5の加算器の出力を入力と
    する第3の翼角サーボ機構と、上記第3の翼角サ
    ーボ機構のプロペラ推力量を検出する第3の翼角
    検出器と、上記第3の翼角検出器と後述する第3
    の旋回角検出器の出力とを入力としその2つの信
    号の積を出力する第3の乗算器と、上記第6の
    PID制御器と上記第3の乗算器の出力とをそれぞ
    れ入力とし、第3の乗算器の出力信号が負の場合
    には第6のPID制御器の出力信号の符号を変換し
    て出力し、第3の乗算器の出力が正の場合は第6
    のPID制御器の出力信号をそのまま出力する第6
    の符号変換器と、上記第6の符号変換器と上記第
    14のPID制御器および上記第22のPID制御器の出
    力とを入力とする第6の加算器と、上記第6の加
    算器の出力を入力する第3の旋回角サーボ機構
    と、上記第3の旋回角サーボ機構の旋回角を検出
    する第3の旋回角検出器と、上記海洋構造物の左
    後方に位置する第4のプロペラの旋回角を検出す
    る後述の第4の旋回角検出器の出力と上記第15の
    PID制御器の出力とをそれぞれ入力とし、第4の
    旋回角検出器の出力信号が負の場合は第15のPID
    制御器の出力信号の符号を変換して出力し、第4
    の旋回角検出器の出力信号が正の場合は第15の
    PID制御器の出力をそのまま出力する第7の符号
    変換器と、上記第7のPID制御器と上記第7の符
    号変換器および上記第23のPID制御器の出力とを
    入力とする第7の加算器と、上記第7の加算器の
    出力を入力とする第4の翼角サーボ機構と、上記
    第4の翼角サーボ機構のプロペラ推力量を検出す
    る第4の翼角検出器と、上記第4の翼角検出器と
    後述する第4の旋回角検出器の出力とを入力とし
    てその2つの信号の積を出力する第4の乗算器
    と、上記第8のPID制御器と上記第4の乗算器の
    出力とをそれぞれ入力とし、第4の乗算器の出力
    信号が負の場合には第8のPID制御器の出力信号
    の符号を変換して出力し、第4の乗算器の出力が
    正の場合は第8のPID制御器の出力信号をそのま
    ま出力する第8の符号変換器、上記第8の符号変
    換器と第16のPID制御器および第24のPID制御器
    の出力を入力とする第8の加算器と、上記第8の
    加算器の出力を入力とする第4の旋回角サーボ機
    構と、上記第4の旋回角サーボ機構の旋回角を検
    出する第4の旋回角検出器とを具備したことを特
    徴とする海洋構造物の自動位置制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1997035761A1 (fr) * 1996-03-22 1997-10-02 Honshu-Shikoku Bridge Authority Systeme de retenue automatique par point fixe d'un navire

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WO1997035761A1 (fr) * 1996-03-22 1997-10-02 Honshu-Shikoku Bridge Authority Systeme de retenue automatique par point fixe d'un navire

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