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JP3999976B2 - Maneuvering method and apparatus - Google Patents
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JP3999976B2 JP2002025003A JP2002025003A JP3999976B2 JP 3999976 B2 JP3999976 B2 JP 3999976B2 JP 2002025003 A JP2002025003 A JP 2002025003A JP 2002025003 A JP2002025003 A JP 2002025003A JP 3999976 B2 JP3999976 B2 JP 3999976B2
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操船方法及びその実施に使用する装置に関し、特に、船速が遅く、潮流,風等の影響を受け易い種類の船舶に適した操船方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、海洋観測の分野にあっては、従来から有人潜水機が用いられていたが、有人潜水機は、搭乗する人員の酸素を必要とする等して、潜水時間が短く、結果としてカバーできる観測範囲に限度があり、加えて、支援母船のサポートを必要とする等、全体のシステムも大規模なものであった。
【0003】
近年では、電波を殆ど透過しない水中であっても超音波を利用して無線通信可能な手段が実用化され、観測範囲の広い無人潜水機が種々開発されている。特に、推進システムの進歩より、年々観測範囲が広くなりつつあり、広大な海洋の調査の急激な進展に寄与するとの期待が高まっている。
【0004】
このような無人潜水機には、その目的及び適用分野に応じて様々なタイプ及び呼び名のものが存在し、例えば、無人探査機,潜水調査船,深海救難艇,潜水ロボット等がある。
【0005】
上述したように、水中での通信は比較的困難であり、通信速度は空中のものよりもずっと遅い。従って、通信データの減少は、一つの課題であるが、そのような中から、最小限の指示データを与えるだけで、自身で判断して動作する所謂自律型無人潜水機(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)の開発が進んでいる。
【0006】
ここで、自律動作の柱となるのは、姿勢制御及び航行制御であるが、このうち航行制御には、様々な目的のものが存在する。
【0007】
例えば、自動航行制御(所謂「自動操縦」)は、対象船舶を目的地点まで最短距離で到達させるように制御するものであり、主として、船体方位を目標方位に一致させるようにフィードバック制御する「方位制御」が用いられている。
【0008】
方位制御では、一般に、図6の制御ブロック図に示すような構成により制御を行う。まず、予め設定された目標地点の位置座標(目標座標)と、ジャイロ等を備えた航法装置2により検出された船体1の方位(船体方位)と、GPS受信機により検出された船体1の位置座標(船体座標)とに基づいて、目標方位演算部3が、船体方位に対する目標地点の方位(即ち、「目標方位」)αを演算し(図7参照)、旋回動作コントローラ4が、演算された目標方位αに、航法装置2により検出されたヨーレートを勘案してPID演算を行い、目標方位αが零となるような制御指示データ(旋回指令)を、潜水機が備える舵駆動装置及び/又はバウスラスタ駆動装置等の舵取り手段に与え、これによって潜水機の船体1の方位を変えるようになっている。なお、上述のPID演算にあっては、ヨーレートに代えて目標方位αの微分値を用いることも可能であるが、当該微分値は、外乱の影響を受け易いため、一般には直接的に検出されたヨーレートが用いられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方位制御にあっては、潮流,風等の外乱の影響下では、図8に示す如く、目標地点までの最短経路を迂回するように航行する結果となるため、最短距離を航行できず、燃料の消費量が増加するという問題があった。この問題は、低速で航行する自律型無人潜水機にあっては特に顕著である。
【0010】
具体的には、図9に示す如く、例えば、スタート地点から1m/sの低速で100m先の目標地点まで航行する場合であって、真横から潮流を受けている場合には、潮流の速度に応じて、自律型無人潜水機の航行経路が大きく迂回することになる。図9においては、潮流速度を0.1m/sから0.9m/sまで、0.1m/s刻みで示してあり、制御遅れに関しては無視してある。言うまでもないが、潮流を受けない場合には、自立型無人潜水機は、スタート地点から目標地点までの直線コースを航行する。
【0011】
このような潮流(風でも同様)による問題を解決すべく、例えば、特開昭56-95798号公報,特開昭61-247592号公報等に開示されているように、この方位制御をベースとし、目標航路からの船体座標のずれ量に基づいて方位制御値を補正する「位置制御(トラッキング制御)」が組み合わせて用いられていたが、このような制御は、そのロジックが煩雑であり、装置全体の構成が複雑となるという問題があった。
【0012】
本発明は、上記状況に鑑みて行なわれたものであり、船の進行方位を目標方位に一致させるように制御することにより、潮流,風の影響下であっても目標地点までの直線コースを辿ることができ、従って、目標地点までの到達時間を短縮化し、無駄な燃料消費を抑えることが可能な操船方法及び装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を以下のような構成からなる操船方法及び装置によって解決することができる。
【0014】
本発明に係る操船方法は、航法装置で船体座標及び船体方位を検出し、検出結果と予め設定された目標座標とに基づいて目標方位を演算し、演算結果に基づいた方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する操船方法において、航法装置で船の進行方位を検出し、該船の進行方位と目標方位との偏差を演算し、該偏差に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力することを特徴とする。
【0015】
また、本発明に係る操船装置は、航法装置で船体座標及び船体方位を検出し、検出結果と予め設定された目標座標とに基づいて目標方位を演算し、演算結果に基づいた方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する操船装置において、船の進行方位を検出する航法装置と、前記航法装置により検出された船の進行方位と目標方位との偏差を演算する偏差演算手段と、該偏差演算手段により演算された偏差に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する旋回指令出力手段とを備えることを特徴とする。
【0016】
上記発明によれば、船の進行方位と目標方位との偏差に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力するので、対地進行方向と目標方向とが一致し、従って、潮流,風の影響下であっても目標地点までの直線コースを辿ることができ、従って、目標地点までの到達時間を短縮化し、無駄な燃料消費を抑えることが可能である。従って、本発明は、潮流,風の影響を受け易い速力の低い自律型無人潜水機に適している。
【0017】
上記発明においては、船速が低いときには、目標方位に船体方位を一致させるような所謂、従来の「方位制御」を行い、船速が高いときには、前記偏差に相当する方位に船体方位を一致させるような所謂、上記の「本発明制御」を行うことにより、例えば、潮流,風の向きに逆らって船体が進行しているような状態であって、実際には船速(対水速度)が潮流,風に負けて流されているような状態でも、複雑な制御なしに、船体を目標方位に確実に向けることができる。
【0018】
このような制御の切替えを実現する具体的なハードウェアとしては、上記旋回指令出力手段に、偏差演算手段により演算された偏差の絶対値が所定の値以下の場合に前記偏差を出力し、前記所定の値を超える場合に略零を出力するマスク手段と、該マスク手段により出力された偏差を積分する積分手段と、該積分手段による積分結果に基づいて目標方位を相殺する第1加算手段と、該第1加算手段による加算結果と前記マスク手段による出力結果とを加算する第2加算手段とを備えさせ、上記旋回指令出力手段が、第2加算手段による加算結果に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力するものである。
【0019】
以上の発明は、ソフトウェアとして実現することも可能であるため、従来の自動操縦装置の簡単な改良のみで容易に実現することができる。また、旋回指令を舵取り装置へ入力するような自動操縦装置への適用以外にも、例えば、旋回出力を表示装置にビジュアルに表示させ、船舶の操縦者がこの表示内容を見て手動で操縦するようにすることも可能である。従って、自動操縦装置を備えていない小型船舶等にも適用することが可能である。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る操船方法を実施するための装置について、船舶の自動操縦装置の例を挙げて図面を参照しながら具体的に説明する。
【0021】
図1は、本発明の実施の形態に係る自動操縦装置の制御ブロック図である。図1において、本実施の形態に係る船舶は、ジャイロ等を使用した慣性航法装置,GPS受信機等の航法装置2を備えている。該航法装置2は、船体1の船体方位,船体座標等を検出し、検出結果は、自動操縦のフィードバックとして利用される。
【0022】
航法装置2が検出した船体方位及び船体座標の情報は、目標方位演算部3に入力され、目標方位演算部3は、従来と同様の方法にて、船体方位及び船体座標の情報と、予め設定された目標座標とに基づいて、目標方位αを演算し、演算結果を偏差演算部6へ与える。
【0023】
偏差演算部6は、与えられた目標方位αから、航法装置2が検出した船体1の船の進行方位βを減じて、制御偏差Δθを演算し、演算結果を旋回動作コントローラ4へ与える。旋回動作コントローラ4は、与えられた制御偏差Δθに基づいて、航法装置2が検出した船体1のヨーレートを勘案してPID演算を行い、舵駆動装置,バウスラスタ駆動装置等の舵取り装置5への旋回指令を出力する。舵取り装置5は、与えられた旋回指令に応じた舵取りを行い、船体1の方位を変更する。
【0024】
なお、本実施の形態においては、旋回動作コントローラ4がPID演算に使用するヨーレートは、航法装置2からの入力に代えて、目標方位αの微分値を使用してもよい。
【0025】
以上の如き構成により、図2に示す如く、偏差演算部6で目標方位αと船の進行方位βとの偏差、即ち制御偏差Δθが演算され、この制御偏差Δθを零とするように、つまり船の進行方位を目標方位に一致させるように、旋回動作コントローラ4が舵取り動作を行うようになっている。
【0026】
このような制御により、船体1は、外観的には図3に示す如く潮流,風等の方向に船首を向けた姿勢で、目標地点までの直線コース上に沿って進行することができる。
【0027】
図4は、真横からの潮流の速度と、この影響下において1m/sで航行する船舶が100m先の目標地点に到達するまでの時間との関係を示すグラフであり、図中、破線は従来の方位制御による結果を、実線は本願制御による結果をそれぞれ示している。なお、図4において、縦軸に100m先の目標地点への到達時間(sec)、横軸に真横からの潮流速度(m/s)をそれぞれ示してある。
【0028】
船舶が1m/sで進行する場合、もし潮流等の影響が無く目標地点までの直線コースを辿ることができるならば、100secで目標地点まで到達できる。従って、図4のグラフにおいては、潮流速度が比較的に遅い場合には、従来制御と本願制御との間の差異は殆ど見られないが、潮流速度が速くなるにつれて、従来制御における到達時間は急激に長くなっており、例えば、0.9m/sの潮流では約500secの時間を要している。これに対して、本願制御における到達時間は半分ほどしか長くならず、例えば、0.9m/sの潮流では約230secの時間しか要していない。
【0029】
以上の制御方法は、潮流,風等の速度に対して速力の大きい船舶には十分であるが、速力の小さい例えば自律型無人潜水機には十分でない場合がある。つまり、船速が非常に低い状態であって、潮流,風等の影響により船体方位に対して大きく異なる方向へ流されているような場合には、制御の挙動が不安定になることがある。
【0030】
そこで、図5に示す制御ブロック図のように、偏差演算部6と旋回動作コントローラ4との間に、偏差演算部6が演算した制御偏差Δθの絶対値が所定の値よりも大きい場合に零を出力し、該所定の値以下の場合にのみスルーするマスク部8を設け、さらに、マスク部8の出力結果を積分する積分部71を設けることも可能である。積分部71の積分結果は、第1加算部72に与えられ、目標方位αに加算される。第1加算部の加算結果には、第2加算部9でマスク部8の出力が更に加算される。
【0031】
このように構成することにより、制御偏差Δθの絶対値が大きい場合には、つまり、潮流,風等の影響により船体方位に対して大きく異なる方向へ流されているような場合には、マスク部8からは零が出力されるので、積分部71と第1加算部72とからなる方位制御部7、並びに第2加算部9へは、マスク部8からの出力はなく、従って、旋回動作コントローラ4へは目標方位αのみが与えられ、結果として、従来の方位制御と等価の動作をなす。
【0032】
一方、船速が上がる等して、潮流,風等の影響が船速に対して小さくなるにつれて、方位制御によって、船の進行方位βは目標方位αへ近づいていき、これに伴って偏差演算部6から出力される制御偏差Δθの絶対値は小さくなっていく。
【0033】
やがて、制御偏差Δθの絶対値が上記所定の値以下となると、マスク部8から制御偏差Δθがスルー(出力)され始め、積分部71に蓄積される。積分部71には、その記憶容量に応じた分だけ、制御偏差Δθが例えば先入れ先出し方式で蓄積され、蓄積された累積値(積分値)が第1加算部72へ与えられる。第1加算部72は、積分部71の積算結果に目標方位αを加算して第2加算部9に与える。第2加算部9には、マスク部8からの出力も直接的に与えられており、該第2加算部9は、この出力に第1加算部72からの出力を加算し、加算結果である(α+積分値+Δθ)を旋回動作コントローラ4へ与える。
【0034】
従って、旋回動作コントローラ4へ与えられる値は、マスク部8を通過した値に第1加算部72の加算結果を更に加算した値となり、結果として、従来の方位制御で目標方位へ船体方位を向けようとする動作よりも余計に旋回するような挙動をなし、早い段階で船体方位を目標方位側へ向けることができる。
【0035】
続いて、船体方位が目標方位に近づき始めると、制御偏差Δθが更に小さくなり、積分部71に蓄積される積分値も小さくなる。しかしながら、積分部71の記憶容量によっても異なるが、船体方位が目標方位に一致した時点では、積分部71には値が残っており、これによって、船体方位は目標方位を通り過ぎて反対側へ余分に振られる格好になる。
【0036】
そうなると、積分部71には、今度はマイナスの値(制御偏差Δθ)が蓄積され、船体方位は再び目標方位に一致するように戻され始める。このようなオーバーシュートを繰り返しながら、船体方位は、目標方位に収斂し、最終的に(α+積分値+Δθ)=0 となった時点で安定する。なお、上記オーバーシュートについては、適切な制御ブロックを追加することにより調整することが可能であることは言うまでもない。
【0037】
【発明の効果】
本発明に係る操船方法及びその実施に使用する装置によれば、船の進行方位を目標方位に一致させるように制御することにより、潮流,風の影響下であっても目標地点までの直線コースを辿ることができ、従って、目標地点までの到達時間を短縮化し、無駄な燃料消費を抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る操船方法を実施するための装置の制御系を示す制御ブロック図である。
【図2】 本発明に係る操船方法における船体方位と、これに対する目標方位、船の進行方位、及び制御偏差との関係を示す図である。
【図3】 真横から潮流,風の影響を受けて本発明に係る操船方法の制御によって航行した場合の、目標地点までの最短経路を辿って航行する軌跡を示す図である。
【図4】 真横からの潮流の速度と、この影響下において1m/sで航行する船舶が100m先の目標地点に到達するまでの時間との関係を示すグラフであり、図中、破線は従来の方位制御による結果を、実線は本願制御による結果をそれぞれ示している。
【図5】 本発明の実施の形態に係る操船方法を実施するための装置の別の制御系を示す制御ブロック図である。
【図6】 従来の操船装置の制御系を示す制御ブロック図である。
【図7】 従来の方位制御における船体方位と、これに対する目標方位との関係を示す図である。
【図8】 真横から潮流,風の影響を受けて従来の方位制御によって航行した場合の、目標地点までの最短経路を迂回するように航行する軌跡を示す図である。
【図9】 真横から0.1m/s〜0.9m/sの潮流を受けて従来の方位制御によって航行した場合であって、スタート地点から1m/sの低速で100m先の目標地点まで航行する場合の航行軌跡を示すグラフである。
【符号の説明】
1 船体
2 航法装置
3 目標方位演算部
4 旋回動作コントローラ
5 舵取り装置
6 偏差演算部
7 方位制御部
8 マスク部
9 第2加算部
71 積分部
72 第1加算部
α 目標方位
β 船の進行方位
Δθ 制御偏差
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a marine vessel maneuvering method and an apparatus used for its implementation, and more particularly to a marine maneuvering method and an apparatus suitable for a type of ship having a low marine speed and easily affected by tidal currents, winds, and the like.
[0002]
[Prior art]
For example, in the field of ocean observation, manned submersibles have been used in the past, but manned submersibles can cover oxygen as a result because they require oxygen from boarding personnel. The entire system was large, with limited observation range and the need for support from the supporting mother ship.
[0003]
In recent years, means capable of wireless communication using ultrasonic waves even in water that hardly transmits radio waves have been put into practical use, and various unmanned divers with a wide observation range have been developed. In particular, as the propulsion system progresses, the observation range is becoming wider year by year, and there is an increasing expectation that it will contribute to the rapid progress of exploration of vast oceans.
[0004]
There are various types and names of such unmanned submersible machines according to their purposes and application fields. For example, there are unmanned explorers, diving research ships, deep sea rescue boats, diving robots, and the like.
[0005]
As described above, underwater communication is relatively difficult and the communication speed is much slower than in the air. Therefore, the reduction of communication data is one of the issues, but it is a so-called autonomous underwater vehicle (AUV) that operates with its own judgment only by giving minimum instruction data. ) Is under development.
[0006]
Here, the pillars of autonomous operation are attitude control and navigation control. Among these, navigation control has various purposes.
[0007]
For example, automatic navigation control (so-called “automatic maneuvering”) is to control the target ship to reach the destination at the shortest distance, and mainly performs feedback control so that the hull direction matches the target direction. "Control" is used.
[0008]
In the azimuth control, control is generally performed with a configuration as shown in the control block diagram of FIG. First, the position coordinates of the target point (target coordinates) set in advance, the direction of the hull 1 (hull direction) detected by the navigation device 2 equipped with a gyro etc., and the position of the hull 1 detected by the GPS receiver Based on the coordinates (hull coordinates), the target azimuth calculation unit 3 calculates the azimuth (ie, “target azimuth”) α of the target point with respect to the hull azimuth (see FIG. 7), and the turning motion controller 4 is calculated. PID calculation is performed on the target azimuth α in consideration of the yaw rate detected by the navigation device 2, and control instruction data (turning command) such that the target azimuth α is zero is provided in the rudder drive device and / or Or it is given to steering means, such as a bow thruster drive device, thereby changing the direction of the hull 1 of the submersible. In the above PID calculation, it is possible to use a differential value of the target orientation α instead of the yaw rate. However, since the differential value is easily affected by disturbance, it is generally detected directly. The yaw rate is used.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the azimuth control described above, under the influence of disturbances such as tidal currents and winds, as shown in FIG. 8, the result is that the ship travels around the shortest route to the target point. There was a problem that fuel consumption increased. This problem is particularly noticeable in autonomous unmanned submersibles that travel at low speeds.
[0010]
Specifically, as shown in FIG. 9, for example, when navigating to a target point 100 m ahead at a low speed of 1 m / s from the start point and receiving a tidal current from the side, Accordingly, the navigation route of the autonomous unmanned submersible will greatly detour. In FIG. 9, the tidal velocity is shown in increments of 0.1 m / s from 0.1 m / s to 0.9 m / s, and the control delay is ignored. Needless to say, if the tidal current is not received, the self-supporting unmanned submarine navigates a straight course from the start point to the target point.
[0011]
In order to solve such problems caused by tidal currents (same for wind), this orientation control is based on, for example, as disclosed in JP-A-56-95798, JP-A-61-247592, etc. In addition, “position control (tracking control)” that corrects the heading control value based on the deviation amount of the hull coordinates from the target route was used in combination, but such control has complicated logic, and the device There was a problem that the overall configuration was complicated.
[0012]
The present invention has been made in view of the above situation, and by controlling the ship's traveling azimuth to coincide with the target azimuth, a straight course up to the target point can be achieved even under the influence of tidal current and wind. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a ship maneuvering method and apparatus that can be traced, and that can shorten the time to reach a target point and suppress wasteful fuel consumption.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention can solve the above problems by a boat maneuvering method and apparatus having the following configuration.
[0014]
The ship maneuvering method according to the present invention detects a hull coordinate and a hull direction with a navigation device, calculates a target direction based on the detection result and a preset target coordinate, and matches the hull direction to the direction based on the calculation result. in maneuvering method for outputting a turn command, such as to detect the travel direction of the ship navigation system calculates a deviation between the traveling direction and the target direction of the ship, to match the hull orientation to the orientation corresponding to the deviation Such a turning command is output.
[0015]
Further, the ship maneuvering apparatus according to the present invention detects the hull coordinates and the hull direction with the navigation device, calculates the target direction based on the detection result and the preset target coordinates, and sets the hull direction to the direction based on the calculation result. In a ship maneuvering apparatus that outputs a turning command that matches the navigation commands, a navigation device that detects the traveling direction of the ship, a deviation calculating means that calculates a deviation between the traveling direction and the target direction of the ship detected by the navigation device, And a turn command output means for outputting a turn command for matching the hull direction with the direction corresponding to the deviation calculated by the deviation calculating means.
[0016]
According to the above invention, since the turning command for matching the hull direction to the direction corresponding to the deviation between the ship traveling direction and the target direction is output, the ground traveling direction and the target direction coincide with each other. Even under the influence of wind, it is possible to follow a straight course to the target point, and therefore it is possible to shorten the arrival time to the target point and suppress wasteful fuel consumption. Therefore, the present invention is suitable for an autonomous unmanned submersible that is easily affected by tidal current and wind and has low speed.
[0017]
In the above invention, when the ship speed is low, so-called conventional "azimuth control" is performed to match the hull direction with the target direction, and when the ship speed is high, the hull direction is matched with the direction corresponding to the deviation. By performing the above-described “control of the present invention” as described above, for example, the hull is moving against the tidal current and the direction of the wind. Even in a state where it is swept away by tidal currents and winds, the hull can be reliably directed to the target direction without complicated control.
[0018]
As specific hardware for realizing such control switching, when the absolute value of the deviation calculated by the deviation calculating means is equal to or less than a predetermined value, the deviation is output to the turning command output means, Mask means for outputting substantially zero when exceeding a predetermined value; integration means for integrating the deviation output by the mask means; and first addition means for canceling the target azimuth based on the integration result by the integration means; And a second addition means for adding the addition result by the first addition means and the output result by the mask means, wherein the turning command output means has a hull orientation in a direction corresponding to the addition result by the second addition means. A turning command is output so as to match.
[0019]
Since the above invention can also be realized as software, it can be easily realized by only a simple improvement of the conventional autopilot. In addition to the application to an automatic pilot device that inputs a turn command to a steering device, for example, a turn output is visually displayed on a display device, and a ship operator manually controls the display by viewing the displayed content. It is also possible to do so. Accordingly, the present invention can be applied to a small ship that does not include an automatic pilot device.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an apparatus for carrying out a ship maneuvering method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking an example of an automatic ship steering apparatus.
[0021]
FIG. 1 is a control block diagram of the automatic pilot device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 1, a ship according to the present embodiment includes an inertial navigation device using a gyro and the like, and a navigation device 2 such as a GPS receiver. The navigation device 2 detects the hull orientation, hull coordinates, and the like of the hull 1, and the detection result is used as feedback for autopilot.
[0022]
Information on the hull direction and hull coordinates detected by the navigation device 2 is input to the target direction calculation unit 3, and the target direction calculation unit 3 is preset with information on the hull direction and hull coordinates in the same manner as before. Based on the set target coordinates, the target orientation α is calculated, and the calculation result is given to the deviation calculation unit 6.
[0023]
The deviation calculating unit 6 subtracts the traveling direction β of the ship of the hull 1 detected by the navigation device 2 from the given target direction α, calculates the control deviation Δθ, and gives the calculation result to the turning motion controller 4. The turning motion controller 4 performs PID calculation in consideration of the yaw rate of the hull 1 detected by the navigation device 2 based on the given control deviation Δθ, and turns to the steering device 5 such as a rudder drive device or a bow thruster drive device. Outputs a command. The steering device 5 performs steering according to a given turning command, and changes the direction of the hull 1.
[0024]
In the present embodiment, the yaw rate used by the turning motion controller 4 for the PID calculation may be a differential value of the target direction α instead of the input from the navigation device 2.
[0025]
With the above configuration, as shown in FIG. 2, the deviation calculating unit 6 calculates the deviation between the target direction α and the ship's traveling direction β, that is, the control deviation Δθ. The turning operation controller 4 performs the steering operation so that the traveling direction of the ship matches the target direction.
[0026]
By such control, the hull 1 can proceed along the straight course to the target point with the bow facing in the direction of tidal current, wind, etc. as shown in FIG.
[0027]
Fig. 4 is a graph showing the relationship between the velocity of the tidal current from the side and the time required for a ship navigating at 1 m / s to reach the target point 100 m ahead under this influence. The solid line indicates the result of the present control, and the solid line indicates the result of the present control. In FIG. 4, the vertical axis represents the time required to reach a target point 100 m ahead (sec), and the horizontal axis represents the tidal velocity (m / s) from the side.
[0028]
If the ship travels at 1 m / s, it can reach the target point in 100 seconds if it can follow the straight course to the target point without the influence of tidal currents. Therefore, in the graph of FIG. 4, when the tidal velocity is relatively slow, there is almost no difference between the conventional control and the control of the present application. However, as the tidal velocity increases, the arrival time in the conventional control is For example, it takes about 500 seconds for a tidal current of 0.9m / s. On the other hand, the arrival time in the control of the present application is only about half longer, and for example, it takes only about 230 seconds for a tidal current of 0.9 m / s.
[0029]
The above control method is sufficient for a ship having a high speed relative to the speed of tidal current, wind, etc., but may not be sufficient for an autonomous unmanned submersible with a low speed. In other words, the control behavior may become unstable when the ship speed is very low and it is flowing in a direction that differs greatly from the hull direction due to the influence of tidal current, wind, etc. .
[0030]
Therefore, as shown in the control block diagram of FIG. 5, when the absolute value of the control deviation Δθ calculated by the deviation calculating unit 6 is larger than a predetermined value between the deviation calculating unit 6 and the turning motion controller 4, it is zero. It is also possible to provide a mask unit 8 that passes through only when the value is equal to or less than the predetermined value, and further provides an integration unit 71 that integrates the output result of the mask unit 8. The integration result of the integration unit 71 is given to the first addition unit 72 and added to the target direction α. The output of the mask unit 8 is further added by the second addition unit 9 to the addition result of the first addition unit.
[0031]
By configuring in this way, when the absolute value of the control deviation Δθ is large, that is, when the current is flowing in a different direction with respect to the hull direction due to the influence of tidal current, wind, etc., the mask portion Since zero is output from 8, there is no output from the mask unit 8 to the azimuth control unit 7 including the integration unit 71 and the first addition unit 72 and the second addition unit 9. Only the target direction α is given to 4 and, as a result, an operation equivalent to the conventional direction control is performed.
[0032]
On the other hand, as the ship speed rises and the influence of tidal current, wind, etc., becomes smaller with respect to the ship speed, the heading direction β of the ship approaches the target direction α by azimuth control, and the deviation is calculated accordingly. The absolute value of the control deviation Δθ output from the unit 6 decreases.
[0033]
Eventually, when the absolute value of the control deviation Δθ becomes equal to or smaller than the predetermined value, the control deviation Δθ starts to be slewed (output) from the mask unit 8 and accumulated in the integrating unit 71. In the integration unit 71, the control deviation Δθ is accumulated by, for example, a first-in first-out method according to the storage capacity, and the accumulated value (integration value) is given to the first addition unit 72. The first addition unit 72 adds the target orientation α to the integration result of the integration unit 71 and gives the result to the second addition unit 9. The output from the mask unit 8 is also directly given to the second adder unit 9. The second adder unit 9 adds the output from the first adder unit 72 to this output, which is the addition result. (Α + integrated value + Δθ) is applied to the turning motion controller 4.
[0034]
Accordingly, the value given to the turning motion controller 4 is a value obtained by further adding the addition result of the first addition unit 72 to the value passed through the mask unit 8, and as a result, the hull direction is directed to the target direction by the conventional direction control. It is possible to turn more than the intended operation, and the hull direction can be directed toward the target direction at an early stage.
[0035]
Subsequently, when the hull direction begins to approach the target direction, the control deviation Δθ is further reduced, and the integrated value accumulated in the integrating unit 71 is also reduced. However, although it depends on the storage capacity of the integration unit 71, when the hull direction matches the target direction, the value remains in the integration unit 71, so that the hull direction passes the target direction and goes to the opposite side. It will be dressed like that.
[0036]
In this case, a negative value (control deviation Δθ) is accumulated in the integrating unit 71, and the hull direction starts to return to match the target direction again. While repeating such overshoots, the hull direction converges to the target direction and finally stabilizes when (α + integrated value + Δθ) = 0. Needless to say, the overshoot can be adjusted by adding an appropriate control block.
[0037]
【The invention's effect】
According to the ship maneuvering method and the apparatus used for implementing the same according to the present invention, by controlling the ship's traveling direction to coincide with the target direction, a straight course to the target point even under the influence of tidal current and wind Therefore, it is possible to shorten the arrival time to the target point and suppress wasteful fuel consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control block diagram showing a control system of an apparatus for carrying out a boat maneuvering method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a hull direction in a ship maneuvering method according to the present invention and a target direction, a traveling direction of a ship , and a control deviation with respect to the direction.
FIG. 3 is a diagram showing a trajectory for navigating along the shortest route to a target point when navigating under the influence of tidal current and wind from the side and controlling by the ship maneuvering method according to the present invention.
[Fig. 4] A graph showing the relationship between the velocity of the tidal current from the side and the time required for a ship navigating at 1 m / s to reach the target point 100 m ahead under this influence. The solid line indicates the result of the present control, and the solid line indicates the result of the present control.
FIG. 5 is a control block diagram showing another control system of the apparatus for carrying out the boat maneuvering method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a control block diagram showing a control system of a conventional boat maneuvering apparatus.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the hull direction and the target direction in the conventional direction control.
FIG. 8 is a diagram showing a trajectory for navigating a shortest route to a target point when navigating by a conventional azimuth control under the influence of tidal current and wind from the side.
[Fig. 9] When navigating by conventional azimuth control in response to a tide of 0.1m / s to 0.9m / s from the side, and navigating to a target point 100m ahead at a low speed of 1m / s from the starting point It is a graph which shows the navigation locus of.
[Explanation of symbols]
1 hull
2 Navigation equipment
3 Target direction calculation unit
4 Swing motion controller
5 Steering device
6 Deviation calculator
7 Direction control part
8 Mask part
9 Second adder
71 Integration part
72 First Adder α Target Direction β Ship Traveling Direction Δθ Control Deviation

Claims (6)

航法装置で船体座標及び船体方位を検出し、検出結果と予め設定された目標座標とに基づいて目標方位を演算し、演算結果に基づいた方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する操船方法において、
航法装置で船の進行方位を検出し、該船の進行方位と目標方位との偏差を演算し、該偏差に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力することを特徴とする操船方法。
The navigation device detects the hull coordinates and hull direction, calculates the target direction based on the detection result and preset target coordinates, and outputs a turn command that matches the hull direction to the direction based on the calculation result. In the ship maneuvering method,
Detecting the travel direction of the ship navigation system calculates a deviation between the traveling direction and the target direction of the ship, and outputs the turning command, such as to match the hull orientation to the orientation corresponding to the deviation Maneuvering method.
船速が低いときには、目標方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する一方、船速が高いときには、前記偏差に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力することを特徴とする請求項1記載の操船方法。When the ship speed is low, a turn command is output to match the hull direction with the target direction, while when the ship speed is high, a turn command is output to match the hull direction to the direction corresponding to the deviation. The marine vessel maneuvering method according to claim 1, wherein: 航法装置で船体座標及び船体方位を検出し、検出結果と予め設定された目標座標とに基づいて目標方位を演算し、演算結果に基づいた方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する操船装置において、
船の進行方位を検出する航法装置と、
前記航法装置により検出された船の進行方位と目標方位との偏差を演算する偏差演算手段と、
該偏差演算手段により演算された偏差に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する旋回指令出力手段と
を備えることを特徴とする操船装置。
The navigation device detects the hull coordinates and hull direction, calculates the target direction based on the detection result and preset target coordinates, and outputs a turn command that matches the hull direction to the direction based on the calculation result. In the ship maneuvering device,
A navigation device for detecting the traveling direction of the ship ;
Deviation calculation means for calculating a deviation between the traveling direction and the target direction of the ship detected by the navigation device;
A marine vessel maneuvering device, comprising: a turn command output means for outputting a turn command for causing the hull direction to coincide with the direction corresponding to the deviation calculated by the deviation calculation means.
前記旋回指令出力手段は、船速が低いときには、目標方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する一方、船速が高いときには、前記偏差に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力することを特徴とする請求項3記載の操船装置。The turn command output means outputs a turn command for matching the hull direction with the target direction when the ship speed is low, and matches the hull direction with the direction corresponding to the deviation when the ship speed is high. The marine vessel maneuvering apparatus according to claim 3, wherein a turning command is output. 前記旋回指令出力手段は、
前記偏差演算手段により演算された偏差の絶対値が所定の値以下の場合に前記偏差を出力し、前記所定の値を超える場合に略零を出力するマスク手段と、
該マスク部により出力された偏差を積分する積分手段と、
該積分手段による積分結果を目標方位に加算する第1加算手段と、
該第1加算手段による加算結果を前記マスク手段による出力結果に加算する第2加算手段と
を備え、
前記第2加算手段による加算結果に相当する方位に船体方位を一致させるような旋回指令を出力する
ことを特徴とする請求項4記載の操船装置。
The turning command output means includes
Mask means for outputting the deviation when the absolute value of the deviation calculated by the deviation calculating means is less than or equal to a predetermined value, and outputting substantially zero when exceeding the predetermined value;
Integrating means for integrating the deviation output by the mask unit;
First addition means for adding the integration result by the integration means to the target direction;
Second addition means for adding the addition result by the first addition means to the output result by the mask means;
5. A boat maneuvering apparatus according to claim 4, wherein a turning command is output so as to make the hull orientation coincide with the orientation corresponding to the addition result by the second addition means.
前記旋回指令出力手段により出力された旋回指令に基づいて舵を駆動する舵取り装置を更に備えることを特徴とする請求項3乃至5の何れかに記載の操船装置。The marine vessel maneuvering device according to any one of claims 3 to 5, further comprising a steering device that drives a rudder based on the turning command output by the turning command output means.
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