JP2009538782A - 海洋船舶の制御に関する改善 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
船舶の位置又は速度、若しくは船舶の位置偏差又は速度偏差を示すための位置又は速度インジケータと、
船舶の船首方位又はヨーレート、若しくは船舶の船首方位偏差又はヨーレート偏差を示すための船首インジケータと、
動的制御モードの有効時に、ウォータージェットユニットの動作を制御して、船舶の位置又は速度、及び船舶の船首方位又はヨーレートを実質的に維持するためのコントローラと、
を備える。
動的制御モードを有効にするとともに、指示された船舶の位置又は速度を設定するための入力手段と、
船舶の位置又は速度、若しくは船舶の位置偏差又は速度偏差を示すための位置又は速度インジケータと、
船舶の船首方位又はヨーレート、若しくは船舶の船首方位偏差又はヨーレート偏差を示すための方位インジケータと、
動的制御モードの有効時に、指示された船舶の位置又は速度に対する位置偏差又は速度偏差、及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートに対する船首方位偏差又はヨーレート偏差をモニタし、ウォータージェットユニットの動作を制御して、位置誤差又は速度誤差、及び船首方位誤差又はヨーレート誤差を最小限に抑えるようにされたコントローラと、
を備える。
(a)指示された船舶の位置又は速度、及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートを判断するステップと、
(b)位置又は速度判断手段を使用して、現在の船舶の位置又は速度を判断するステップと、
(c)船首方位又はヨーレート判断手段を使用して、現在の船舶の船首方位又はヨーレートを判断するステップと、
船舶の主推進システムであるウォータージェットユニットを制御して、指示された船舶の位置又は速度、及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートを実質的に維持するステップと、
を含む。
(a)指示された船舶の位置又は速度、及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートを受け取るステップと、
(b)位置又は速度判断手段を使用して、現在の船舶の位置又は速度を判断するステップと、
(c)船首方位又はヨーレート判断手段を使用して、現在の船舶の船首方位又はヨーレートを判断するステップと、
(d)指示された船舶の位置又は速度と現在の船舶の位置又は速度との間の差分に基づいて、位置誤差又は速度誤差を算出するステップと、
(e)指示された船舶の船首方位又はヨーレートと現在の船舶の船首方位又はヨーレートとの間の差分に基づいて、船首方位誤差又はヨーレート誤差を算出するステップと、
(f)ウォータージェットユニットを制御して、位置誤差又は速度誤差、及び船首方位誤差又はヨーレート誤差を最小限に抑えるステップと、
を含む。
図1を参照すると、本発明の動的ポジショニングシステムの1つの実施形態の概略構成を示している。このシステムは、動的ポジショニングモードの有効時に、データを受け取り、処理して、船舶の船首方位及び位置を動的に維持するようにプログラムされたマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラム可能論理コントローラ(PLC)などのコントローラ100を含む。コントローラ100は、動的ポジショニングのためのスタンドアローン型の、又は専用のコントローラであってもよく、或いは既存の船舶コントローラに組み込まれることが好ましい。1つの形態では、コントローラ100は、ウォータージェット船舶内のコントローラエリアネットワーク(CAN)などのネットワークに接続されるプラグインモジュールである。
動的ポジショニングモードにおけるコントローラの処理例を図2に示す。操舵手が、例えば、地表、又は埠頭もしくは波止場、或いは別の静止中の水上船舶又は潜水艦に対して選択した場所へ船舶を操縦し、船舶の位置及び船首方位を動的に維持したいと望む場合、200において、操舵手は動的ポジショニングモードを有効にする。ステップ202において、コントローラが、位置インジケータ及び船首方位インジケータからそれぞれ現在の船舶の位置及び船舶の船首方位を取得する。ステップ204において、取得した船舶の位置及び船舶の船首方位が、指示された船舶の位置及び方位として設定される。
図3を参照すると、本発明の動的速度制御システムの1つの実施形態の概略構成を示している。図1の動的ポジショニングシステムとは別個に示しているが、動的速度制御システムを動的ポジショニングシステムと統合して、船舶のための二重機能動的制御システムを実現することができる。或いは、本発明の動的ポジショニングシステム及び動的速度制御システムのうちの一方又は他方(のみ)を船舶に設けることができる。
動的速度制御モードにおけるコントローラの処理例を図4に示す。船舶が、望ましい船首方位で望ましい速度に達すると、操舵手が、船舶をその地上速度及び船首方位に動的に維持したいと望む場合、操舵手は、400において動的速度制御モードを有効にする入力装置を作動させる。ステップ402において、コントローラが、速度インジケータ及び船首方位インジケータから現在の船舶の地上速度及び船舶の船首方位をそれぞれ取得する。ステップ404において、取得した船舶の速度及び船舶の船首方位が、指示された船舶の速度として設定される。或いは、操舵手が、キーパッド又は他の入力手段を通じて、指示された船舶の速度及び/又は船首方位を入力する。入力が行われると、動的速度制御が推進システムを起動することにより、船舶は指示された船舶の速度及び/又は船首方位に達し、これらを維持するようになる。
本発明の動的制御システムはまた任意で、或いは別様に、速度ではなく加速度の計測及び制御を考慮に入れた適当な変更により、動的速度制御と同様に加速度又は減速度を動的に制御することができる。動的加速度制御システムの応用例として、制御された急停止機能を提供することが挙げられ、この場合、操舵手からの急停止要求により、制御システムが、船舶の操舵手又は乗客に負傷を負わせることなく最大減速が達成されるように船舶を制御可能に減速させるようになる。動的加速度制御システムの別の応用例には、予め設定した加速及び減速ルーチンがある。例えば、予め設定した加速度をフェリーにプログラムして乗客に快適さを保証することができる。また、船舶が物体又は水上スキーヤーなどの人を牽引するような用途に、予め設定した加速度をプログラムすることもできる。
ここで、船舶を動的に位置保持する、及び/又は船舶の速度を動的に制御するためのウォータージェットユニットの動作について、図5を参照しながら説明することにする。図は、双ウォータージェット船舶500の6つの基本操縦を示している。説明を簡単にするために、操舵ディフレクタを502で示し、下げた時の逆ダクトを504で示している。上げた時の逆ダクトは図示していない。部分的に下げた逆ダクトを506で示している。
動的ポジショニングモードが有効であり、船舶が、望ましい位置と逆方向に、すなわち後方に漂流し始めたと仮定すると、コントローラはまず、望ましい位置と漂流によって生じる船舶の位置との間の差分を算出することにより、位置誤差を判断することになる。この位置誤差に基づいて、コントローラは、船舶を前方へ適切に推進するのに必要なエンジンスロットル量を判断する。しかしながら、コントローラは、単にデフォルトのスロットル指示を送って、その結果生じる船舶の動きをモニタすることができるので、このステップは不可欠なものではない。表1を参照すると、コントローラはまた、逆ダクトが上がっていること、及び操舵ディフレクタが中心にきていることも確実にしなければならない。次に、ウォータージェットユニットは、図5で1の番号を付けた操縦を行うように操作される。
ここで、本発明の動的制御システムの特定例について、図7を参照しながら説明する。矢印700で大まかに示しているこのシステムは、以下の主構成要素を含む。
・操縦桿などの1又はそれ以上の制御入力装置702
・位置及び船首方位コントローラ704
・エンジン及びウォータージェット推進システム706、708
・複数の船舶センサ710、712、714、716
・軸変換を算出するシステム718
(単複の)制御入力装置702は、操舵手と制御システムとの間のインターフェースであり、1又はそれ以上の方向制御ユニット及び操舵ユニットで構成することができる。(単複の)制御入力装置702は、船舶による以下の望ましい動きを表す出力信号を供給することができる。
・前方又は後方への指示された船舶の速度(サージ速度、u)
・左舷又は右舷への指示された船舶の速度(スウェイ速度、v)
・重心の周囲での時計回り方向又は反時計回り方向の指示された船舶の旋回レート(ヨーレート、r)
・モード入力
位置及び船首方位コントローラ704は、制御入力装置702から要求を受け取る。位置及び船首方位コントローラ704はまた、船舶センサ710、712、714、及び716から、直接及び処理済みデータの形で、計測した船舶の速度u及びvを表すフィードバック信号を受け取る。
左舷ジェット用の推進システムを、陰付きの囲み706に詳細に示している。右舷推進システムは左舷のものと同じものであり、囲み708で示している。
船舶ブロック734は、制御システムにより制御される船舶を表す。概略的に示すように、船舶は、ウォータージェット及び風、波、潮流などの外部擾乱によって生成される力及びモーメントに作用される。ウォータージェット力及びモーメントを制御して、外部擾乱の影響を弱め、ひいては制御入力装置702が定めた望ましい船舶の軌道上に船舶を維持する必要がある。
船舶の位置は、GPS又は差動型GPSなどの高精度システムを使用して計測されることが好ましい。このシステムは、地球基準位置(緯度及び経度)の出力を供給するので、図7に示す実施形態の緯度センサ710及び経度センサ712は、好ましいGPS又は差動型GPSシステムに組み込まれることになる。
緯度、経度、及び方位センサ710、712、及び714からの信号はまた、微分器736及び738による微分、並びにブロック718による軸変換を通じて処理され、縦軸及び横軸における船舶の速度u及びvの出力を供給する。これらの関係は、以下の通りである。
dx0G/dt=u cos phi−v sin phi
dy0G/dt=u sin phi+v cos phi
この場合
x0G=船舶の縦位置座標(地球基準軸)
y0G=船舶の横位置座標(地球基準軸)
u=サージ軸に沿った船舶の速度
v=スウェイ軸に沿った船舶の速度
phi=船舶の船首方位角
ここで図7の動的速度制御システムの動作について説明することにする。動的速度制御システムの有効時、制御入力装置702は、要求される縦及び横の速度及びヨーレートを地上に対して設定する。位置及び船首方位コントローラ704は、指示された速度及びヨーレートと計測した速度及びヨーレートとの間の誤差を判断し、これらの誤差を最小限に抑えるのに必要とされる操舵ディフレクタ要求、及び逆ダクト位置、並びにエンジン推力(又はrpm)を算出する。これらの新しく算出された要求は、操舵ディフレクタ及び逆ダクト位置コントローラ726及び732、並びにエンジン速度コントローラ724に出力される。
202 コントローラが、位置判断手段及び船首方位判断手段から船舶の位置及び船首方位を取得
204 船舶の位置及び船首方位を、望ましい船舶の位置及び望ましい船舶の船首方位として設定
206 コントローラが、位置判断手段及び船首方位判断手段から船舶の位置及び船首方位を取得
208 コントローラが、位置誤差及び船首方位誤差を算出
210 誤差=0か?
212 コントローラが、ウォータージェットユニットを操作及び制御して誤差を最小限に抑える
Claims (37)
- 主推進システムとして2又はそれ以上のウォータージェットユニットを有する海洋船舶のための動的制御システムであって、該システムは、動的制御モードにある場合、船舶の位置又は速度を維持するためのものであるとともに、
船舶の位置又は速度、或いは船舶の位置偏差又は速度偏差を示すための位置又は速度インジケータと、
船舶の船首方位又はヨーレート、或いは船舶の船首方位偏差又はヨーレート偏差を示すための方位インジケータ手段と、
前記動的制御モードの有効時に、前記ウォータージェットユニットの動作を制御して、前記船舶の位置又は速度、及び船舶の船首方位又はヨーレートを実質的に維持するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする動的制御システム。 - 主推進システムとして2又はそれ以上のウォータージェットユニットを有する海洋船舶のための動的制御システムであって、該システムは、動的位置制御モードにある場合、船舶の位置を維持し、動的速度制御モードにある場合、船舶の速度を維持するためのものであるとともに、
船舶の位置及び速度、或いは船舶の位置偏差又は速度偏差を示すための位置及び速度インジケータ、或いは船舶の位置と速度との両方を示すための複合インジケータと、
船舶の船首方位又はヨーレート、或いは船舶の船首方位又はヨーレート偏差を示すための船首方位インジケータ手段と、
前記動的制御モードの有効時に、前記ウォータージェットユニットの動作を制御して、前記船舶の位置又は速度、及び船舶の船首方位又はヨーレートを実質的に維持するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする動的制御システム。 - 前記動的制御モードを有効にするとともに、指示された船舶の位置又は速度、及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートを設定するための入力手段を備える、
ことを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の船舶のための動的制御システム。 - 前記コントローラは、前記動的制御モードの有効時に、指示された船舶の位置又は速度に対する位置偏差又は速度偏差、及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートに対する船首方位偏差又はヨーレート偏差をモニタするとともに、前記ウォータージェットユニットの前記動作を制御して、位置誤差又は速度誤差、及び船首方位誤差又はヨーレート誤差を最小限に抑えるようにされた、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記船舶の現在の位置又は速度及び現在の船首方位又はヨーレートを、指示された船舶の位置又は速度及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートとして設定できるようにする入力手段を備える、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 現在の船舶の位置又は速度及び現在の船首方位又はヨーレートとは異なる位置又は速度及び船首方位又はヨーレートを、指示された船舶の位置又は速度及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートとして設定できるようにする前記入力手段を備える、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記動的制御モードの有効期間中に、船舶の位置及び船首方位又はヨーレートを制御するためのユーザ操作される制御装置を介して、指示された船舶の位置又は速度及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートを変更することができる、
ことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記動的制御モードの有効期間中に、操縦桿、操舵輪、及び/又は(単複の)スロットルレバーを介して、指示された船舶の位置、速度、船首方位、又はヨーレートのうちの任意の1又はそれ以上を変更することができる、
ことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 船舶の絶対地上位置を示すための位置インジケータを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 船舶の絶対地上速度を示すための速度インジケータを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記位置又は速度インジケータは、衛星ベースの測位システムを介して位置又は速度を示す、
ことを特徴とする請求項9又は請求項10のいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 指示された船舶の基準位置に対する船舶の位置偏差を示すことにより相対位置を示すための位置インジケータを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 指示された船舶の基準位置に対する船舶の位置偏差を示すことにより相対位置を示すための位置インジケータを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項10のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 相対速度インジケータとして加速度計を含む、
ことを特徴とする請求項13に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 相対位置インジケータとして複数の加速度計を含む、
ことを特徴とする請求項12に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記位置又は速度インジケータは、別の静止物体に対する船舶の位置又は速度を示す、
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記位置又は速度インジケータは、別の移動物体に対する船舶の位置又は速度を示す、
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記位置又は速度インジケータは、レーダー、音波、又はレーザー距離測定システムを介して、別の静止又は移動物体に対する船舶の位置又は速度を示す、
ことを特徴とする請求項16又は請求項17のいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 絶対船首方位を示すための前記船首方位インジケータを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項18のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 絶対船首方位インジケータとしてコンパスを含む、
ことを特徴とする請求項19に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 指示された船首方位に対する船首方位の変化を示すためのセンサを含む、
ことを特徴とする請求項19及び請求項20のいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 相対船首方位を示すための船首方位インジケータを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項18のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記船首方位インジケータはヨーレートセンサを備える、
ことを特徴とする請求項22に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記ヨーレートセンサは、絶対ヨーレート、又は指示されたヨーレートに対するヨーレートの変化のいずれかを示す、
ことを特徴とする請求項23に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記コントローラは、前記ウォータージェットユニットの前記エンジンスロットル及び操舵ディフレクタ並びに逆ダクトを制御可能に作動させるようにされた、
ことを特徴とする請求項1から請求項24のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記コントローラは、前記ウォータージェットユニットの前記操舵ディフレクタを同時に作動させ、前記逆ダクトを同時に又は個別に作動させるようにされた、
ことを特徴とする請求項1から請求項24のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 主推進システムとして2又はそれ以上のウォータージェットユニットを有する海洋船舶のための動的制御システムであって、該システムは、動的ポジショニング制御モードにある場合、少なくとも船舶の位置を維持するためのものであるとともに、
衛星ベースの測位システムを介して船舶の位置偏差を示すための位置インジケータと、
船舶の船首方位偏差を示すためのコンパス及びヨーレートセンサと、
前記動的制御モードの有効時に、前記ウォータージェットユニットの動作を制御して、前記船舶の位置及び船首方位を実質的に維持するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする動的制御システム。 - 主推進システムとして2又はそれ以上のウォータージェットユニットを有する海洋船舶のための動的制御システムであって、該システムは、動的ポジショニングモードにある場合、少なくとも船舶の位置を維持するためのものであるとともに、
船舶の位置偏差を示すようにされた加速度計と、
船舶の船首方位偏差を示すようにされたヨーレートセンサと、
前記動的制御モードの有効時に、前記ウォータージェットユニットの動作を制御して、前記船舶の位置及び船首方位を実質的に維持するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする動的制御システム。 - 前記コントローラは、前記ウォータージェットユニットの前記エンジンスロットル及び操舵ディフレクタ並びに逆ダクトを制御可能に作動させるようにされた、
ことを特徴とする請求項27又は請求項28のいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 前記コントローラは、前記ウォータージェットユニットの前記操舵ディフレクタを同時に作動させ、前記逆ダクトを同時に又は個別に作動させるようにされた、
ことを特徴とする請求項27又は請求項28のいずれか1項に記載の海洋船舶のための動的制御システム。 - 2又はそれ以上のウォータージェットユニットにより推進される海洋船舶を動的に制御するための、コンピュータに実行される方法であって、
(a)指示された船舶の位置又は速度及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートを判断するステップと、
(b)位置又は速度判断手段を使用して、現在の船舶の位置又は速度を判断するステップと、
(c)船首方位又はヨーレート判断手段を使用して、現在の船舶の船首方位又はヨーレートを判断するステップと、
(d)前記船舶の主推進システムであるウォータージェットユニットを制御して、前記指示された船舶の位置又は速度及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートを実質的に維持するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - (e)指示された船舶の位置又は速度及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートを受け取るステップと、
(f)前記指示された船舶の位置又は速度と現在の船舶の位置又は速度との間の差分に基づいて、位置誤差又は速度誤差を算出するステップと、
(g)前記指示された船舶の船首方位又はヨーレートと現在の船舶の船首方位又はヨーレートとの間の差分に基づいて、船首方位誤差又はヨーレート誤差を算出するステップと、
(h)前記ウォータージェットユニットを制御して、前記位置誤差又は速度誤差及び船首方位誤差又はヨーレート誤差を最小限に抑えるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項31に記載の海洋船舶を動的に制御する方法。 - 前記位置誤差又は速度誤差を算出するステップは、船舶の絶対位置又は絶対速度に対する差分、或いは当初の船舶の位置又は速度に対する差分を算出するステップを含む、
ことを特徴とする請求項32に記載の海洋船舶を動的に制御する方法。 - 前記船首方位誤差又はヨーレート誤差を算出するステップは、絶対船首方位又は絶対ヨーレートに対する船首方位誤差又はヨーレート誤差、或いは当初の船首方位又はヨーレートに対する船首方位誤差又はヨーレート誤差を算出するステップを含む、
ことを特徴とする請求項31及び請求項32のいずれか1項に記載の海洋船舶を動的に制御する方法。 - 前記位置又は速度は絶対地上位置又は絶対速度である、
ことを特徴とする請求項31から請求項34のうちのいずれか1項に記載の海洋船舶を動的に制御する方法。 - 主推進システムとして2又はそれ以上のウォータージェットユニットを有する海洋船舶のための動的制御システムであって、該システムは、動的制御モードにある場合、船舶の加速度及び/又は減速度を制御するためのものであるとともに、
船舶の加速度及び/又は減速度又は船舶の加速度偏差及び/又は減速度偏差を示すための加速度インジケータと、
船舶の船首方位又はヨーレート、或いは船舶の船首方位偏差又はヨーレート偏差を示すための船首方位インジケータ手段と、
前記動的制御モードの有効時に、前記ウォータージェットユニットの動作を制御して、前記船舶の加速度及び/又は減速度、及び船舶の船首方位又はヨーレートを実質的に維持するためのコントローラと、
を備えることを特徴とする動的制御システム。 - 前記コントローラは、前記動的制御モードの有効時に、指示された船舶の加速度及び/又は減速度に対する加速度偏差及び/又は減速度偏差、及び指示された船舶の船首方位又はヨーレートに対する船首方位偏差又はヨーレート偏差をモニタするとともに、前記ウォータージェットユニットの前記動作を制御して、加速度誤差及び/又は減速度誤差、及び船首方位誤差又はヨーレート誤差を最小限に抑えるようにされた、
ことを特徴とする請求項33に記載の海洋船舶のための動的制御システム。
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