JP4570192B2

JP4570192B2 - 推力発生器の制御方法および制御装置

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Publication number: JP4570192B2
Application number: JP2000029854A
Authority: JP
Inventors: 雲聰林; 敏朗佐伯; 浩之円丁
Original assignee: Universal Shipbuilding Corp
Current assignee: Universal Shipbuilding Corp
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2000-02-08
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2020-02-08
Also published as: JP2001219899A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲーブル施設船、掃海艇、オイルリグ等の船舶・海洋構造物における推力発生器の制御方法およびその制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ケーブル施設船、掃海艇、オイルリグ等の船舶・海洋構造物（以下、単に、船舶という）では、作業上の要請から、潮流、風、波等の外乱に対して海面上で一定の位置、方位または航路を保持する必要がある。
【０００３】
これらの船位保持制御、航路保持制御等においては、船体の運動を制御する動的位置制御システム［ＤＰＳ（ＤｙｎａｍｉｃＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）］により船底に取り付けられた複数のプロペラ、舵、スラスタ等の推力発生器（以下、単に、スラスタという）に対し、推力が制御されている。
【０００４】
上記動的位置制御システムにおいては、位置、方位、航路保持に必要な船舶全体の推力およびモーメントの指令値を受けて、船舶の消費燃料、スラスタの配置等による制約の下で、如何に各スラスタに対し推力を配分するかが重要な技術的事項である。
【０００５】
まず、船舶運航上の経済的理由から、当然、その燃料消費は可能な限り少ないことが望ましいことから、上記動的位置制御システムにおいては、制御に必要な船舶全体の推力およびモーメントを発生させ、かつ船舶の消費エネルギを最小にするような効率的な各スラスタへの推力配分を決定する必要がある。
【０００６】
従来の方法としては、船舶の消費エネルギを評価関数として設定し、これを最小化する解を求めることにより各スラスタへの推力配分を決定する方法が存在し、例えば特許第２７４９８３３号公報に開示されたものがある。この公報に開示されている制御推力配分装置は、スラスタの推力成分を評価関数を用いて求める際に、ラグランジェ未定乗数法を用いるものである。
【０００７】
また、あるスラスタの下流に他のスラスタが存在する場合に、この他のスラスタから出る推力が大きく低下することから、さらに水中の計測用音響機器は一般的に船底の前部あるいは船腹に設置するために、スラスタの水流が音響機器の計測に悪影響を及ぼすことから、上記動的位置制御システムにおいては、何らかの回避策が必要とされる。
【０００８】
この回避策としては、スラスタ同士の干渉を考慮して設定された禁止角度範囲外へ各スラスタの角度を変更する方法は、従来から行われており、例えば特公平６−３３０８０号公報に開示されたものがある。
【０００９】
この特公平６−３３０８０号公報に開示された首振り式スラスタ付き船舶においては、船体移動方向設定系からの移動方向信号に基づいて各スラスタの後流中にスラスタの存在する首振り角範囲を設定禁止区域として設定しうる禁止区域設定系を具備したものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の制御推力配分装置においては、以下の問題があった。
まず、各スラスタへの推力配分を決定する場合に、個々のスラスタの定格推力による制限により、船舶全体の推力、モーメントの指令値に対応した推力配分が不可能な場合の取り扱いが問題であった。この取り扱いにおいては、如何にして、船舶に与える影響を小さくした処理を行うかが技術的課題であった。
【００１１】
また、推力配分処理に加えて上述したような角度禁止処理を行う場合には、角度禁止処理による各スラスタの推力変化が与える推力配分処理結果への影響が問題であった。
【００１２】
例えば、船舶の消費エネルギを最小化する推力配分処理後に、上述したような角度禁止処理を行った結果は、消費エネルギを最小化する推力配分とはならない。つまり、単に禁止角度範囲内のスラスタを個々に禁止角度範囲外に変更するような角度禁止処理を、推力配分処理後に行うのでは、禁止角度範囲内の全てのスラスタについて処理をした結果は、相当に当初の推力配分結果から変更されるおそれがある。
【００１３】
しかしながら、全てのスラスタの禁止角度範囲を拘束条件として評価関数を最小化する推力配分を厳密に行うことは、スラスタ数が多くなると計算量が膨大となるため、非現実的な処理である。したがって、如何にして、消費エネルギを最小化する推力配分結果からの変化を少なくして現実的な角度禁止処理を行うかが技術的課題であった。
【００１４】
そこで、本発明は、各スラスタすなわち推力発生器の定格推力による制限に対応した推力配分を可能とし、船舶の制御に与える影響が極めて少ない推力制限手段を有する推力発生器の制御方法およびその制御装置を提供するものであり、さらに船舶の消費エネルギを最小化する推力配分処理結果に対する変動が少ない現実的な角度禁止処理を行う推力発生器の制御方法およびその制御装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の推力発生器の制御方法は、複数個の推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定するとともに、これらの測定値に基づき航走体を、所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算し、
これら求められた全推力および全モーメントの値に基づき、各推力発生器にて出力すべき推力を推力配分演算により求めるようにした推力発生器の制御方法であって、
上記推力配分演算は、下記式に示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器の推力ｕを求め、
Ｊ＝（１／２）ｕ^ｔＷｕ
（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力配列ベクトル、ｕ^ｔはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列である）
上記求められた推力において、定格推力を越えている推力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求め、かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するように、変更する推力制限処理を行う方法である。
【００１６】
また、本発明の第１の推力発生器の制御装置は、複数個の推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定する測定部と、航走体の位置および方位を設定する設定部と、上記測定部および設定部で得られた測定値および設定値を入力して、航走体を所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算して出力する制御指定演算器と、この制御指定演算器で求められた全推力と全モーメントを入力して各推力発生器における推力配分を行いその配分値をそれぞれの駆動部に出力する推力配分演算器とを具備するとともに、
上記推力配分演算器は、下記式にて示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器の推力ｕを求める推力演算部と、
Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ
（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列である）
上記求められた推力において、定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度出力を求め、かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するように変更する推力制限処理部とから構成したものである。
【００１７】
上記第１の制御方法および制御装置の構成によると、評価関数を用いて推力の配分を行った結果、定格推力を超えている推力発生器が存在している場合には、推力制限処理において、定格推力を超えている推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推力の配分を行うことにより、当該推力発生器の推力超過分を余裕のある推力発生器へ再配分可能とし、船舶の制御に影響を与えない処理を行うことができる。さらに、この推力制限処理を所定の回数行っても依然として定格推力を超えている推力発生器が存在している場合には、定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、全推力および全モーメントの値を変更して配分を行うのであるが、この変更の際に、評価関数の最小値を減少させる変更を行うことにより、船舶の消費エネルギを減少させる推力制限処理を行うことができる。
【００１８】
また、本発明の第２の推力発生器の制御方法は、複数個の推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定するとともに、これらの測定値に基づき航走体を、所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算し、
これら求められた全推力および全モーメントの値に基づき、各推力発生器にて出力すべき推力を推力配分演算により求めるようにした推力発生器の制御方法において、
上記推力配分演算は、下記式に示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器での推力ｕを求め、
Ｊ＝（１／２）ｕ^ｔＷｕ
（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力配列ベクトル、ｕ^ｔはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列である）
次に、上記求められた推力に基づく各推力発生器の方位角が禁止角度範囲内にある場合には、該当する推力発生器を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を行い、
次に上記角度禁止処理により得られた推力が定格推力を越えている推力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求め、さらに上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するように、変更する推力制限処理を行う方法である。
【００１９】
また、本発明の第２の推力発生器の制御装置は、複数個の推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定する測定部と、航走体の位置および方位を設定する設定部と、上記測定部および設定部で得られた測定値および設定値を入力して、航走体を所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算して出力する制御指定演算器と、この制御指定演算器で求められた全推力と全モーメントを入力して各推力発生器における推力配分を行いその配分値をそれぞれの駆動部に出力する推力配分演算器とを具備するとともに、
上記推力配分演算器は、下記式にて示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器の推力ｕを求める推力演算部と、
Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ
（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力配列ベクトル、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列である）
上記求められた推力を入力して、この推力に基づく推力発生器の方位角が、予め求められている推力発生器の禁止角度範囲内にある場合には、禁止角度範囲外に変更するための角度禁止処理部と、
この角度禁止処理が行われた推力を入力して、この推力が、それぞれ推力発生器の定格推力を越えている場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求め、かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するように変更する推力制限処理部とから構成したものである。
【００２０】
上記第２の制御方法および制御装置の構成によると、上記第１の制御方法および制御装置による推力の配分後に、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を付加することにより、推力発生器の推力の禁止角度範囲を考慮した推力配分を行う必要がある場合にも、船舶の消費エネルギが少なく、かつ推力発生器の定格推力による制限に対応した推力配分を行うことができる。
【００２１】
また、本発明の第３の推力発生器の制御方法は、上記第２の制御方法の角度禁止処理において、禁止角度範囲内にある一の推力発生器の方位角を禁止角度範囲外の値に設定するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固定し、かつ他の禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を自由回転可能とした状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値が最大となる場合の推力配分を選択する処理を、全ての推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り返す処理である。
【００２２】
また、本発明の第３の推力発生器の制御装置は、上記第２の制御装置の角度禁止処理部において、禁止角度範囲内にある一の推力発生器の方位角を禁止角度範囲外の値に設定するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固定し、かつ他の禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を自由回転可能とした状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値が最大となる場合の推力配分を選択する処理を、全ての推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り返すように構成したものである。
【００２３】
上記第３の制御方法および制御装置の構成によると、上記第２の制御方法および制御装置における推力の配分後に、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を付加する際に、この禁止角度範囲外の値に設定するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固定した状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値が最大となる場合の推力配分を選択する処理を、全ての推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り返す処理としているため、推力発生器の推力の禁止角度範囲を考慮した推力配分を行う必要がある場合にも、効率的な手順にて、船舶の消費エネルギが少なく、かつ推力発生器の定格推力による制限に対応した推力配分を行うことができる。
【００２４】
また、本発明の第４の推力発生器の制御方法は、上記第３の制御方法の角度禁止処理において、禁止角度範囲内にある推力発生器について、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近い境界値に設定する方法である。
【００２５】
また、本発明の第４の推力発生器の制御装置は、上記第３の制御装置の角度禁止処理部において、禁止角度範囲内にある推力発生器について、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近い境界値に設定するようにしたものである。
【００２６】
上記第４の制御方法および制御装置の構成によると、推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近い境界値に設定するようにしたので、禁止角度範囲外への変更に際して、変更による消費エネルギの増加を最小にすることができる。
【００２７】
また、本発明の第５の推力発生器の制御方法は、第１または第２の制御方法の推力制限処理において、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が正の場合には、全横方向推力と全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が負の場合には、全横方向推力の絶対値を増加させるとともに、全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、
航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼロの場合でかつ全縦方向推力がゼロ以外の場合には、全縦方向推力と全モーメントとの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼロの場合でかつ全縦方向推力がゼロの場合には、全モーメントの絶対値を減少させる方法である。
【００２８】
また、本発明の第５の推力発生器の制御装置は、第１または第２の制御装置の推力制限処理部において、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が正の場合には、全横方向推力と全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が負の場合には、全横方向推力の絶対値を増加させるとともに、全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、
航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼロの場合でかつ全縦方向推力がゼロ以外の場合には、全縦方向推力と全モーメントとの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼロの場合でかつ全縦方向推力がゼロの場合には、全モーメントの絶対値を減少させるようにしたものである。
【００２９】
上記第５の制御方法および制御装置の構成によると、推力制限処理を行う際に、制御手順に優先度を考慮するようにしたので、船舶の運動制御の犠牲を極力抑えた推力制限処理を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における推力発生器の制御装置および制御方法を、図１〜図６に基づき説明する。
【００３１】
本実施の形態においては、推力発生器として、船舶（航走体の一例）の底部に取り付けられて推力を発生させるスラスタの場合について説明する。
まず、航走体である船舶を、図１のモデル図に基づき説明する。
【００３２】
図１に示すように、船舶１の重心Ｇを原点として、縦方向中心線（以下、縦軸という）をｘ軸、横方向中心線（以下、横軸という）をｙ軸とすると、船体底部に設けられる複数個（例えば、ｎ個）のスラスタ２の位置は、それぞれ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、・・・・（ｘｎ，ｙｎ）にて表され、また各スラスタ２にて出力される推力（推力成分）を、（Ｌ１，Ｔ１）、（Ｌ２，Ｔ２）、・・・・（Ｌｎ，Ｔｎ）と表す。なお、各スラスタ２は、任意の角度範囲で旋回自在に設けられており、必要に応じてその旋回が禁止される範囲（禁止角度範囲）が決められるとともに、あるものについては、旋回しないように固定されている（勿論、全てのスラスタが旋回し得るものであってもよい）。
【００３３】
そして、この船舶１には、船舶の位置、方位、航路などを保持するために、上記各スラスタ２の推力を最適に調節するための制御装置が具備されている。
図２に示すように、この制御装置３は、船舶１の所定位置に配置されて現在位置および前進方向である方位を測定する複数個の測定器１１を有する測定部１２１と、船舶１側に設けられて船舶１が保持すべき位置、方位、航路などを設定する設定部１３と、これらの測定部１２からの測定値および設定部１３からの設定値を入力するとともに、船舶１を、所定位置、所定方位、または所定航路を維持（保持）するのに必要とされる全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮを演算（例えば、ＰＩＤ演算により行われる）する制御指定演算器１４と、この制御指定演算器１４で演算された全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮを入力して各スラスタ２が出力すべき推力を演算する推力配分演算器１５とが具備されている。
基本的には、各スラスタ２の推力（Ｌ１，Ｔ１）、（Ｌ２，Ｔ２）、・・・・（Ｌｎ，Ｔｎ）の合計が、全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮに等しくなる。
なお、上記推力配分演算器１５で求められた推力が、スラスタ駆動部４に出力されて、船舶１における所定の制御が行われる。
【００３４】
ここで、上記推力配分演算器１５の概略構成について説明する。
この推力配分演算器１５は、上記制御指定演算器１４からの全推力Ｘ，Ｙおよび全モーメントＮを入力して、船舶の消費エネルギが最小となるように、各スラスタ２が出力すべき最適な推力を演算する推力演算部２１と、この推力演算部２１で求められた推力を入力して、この推力に基づくスラスタ２の方位角が、予め求められているスラスタ２の禁止角度範囲内にあるか否かをチェックするとともに、禁止角度範囲内にある場合には、禁止角度範囲外に変更するための角度禁止処理部２２と、この角度禁止処理が行われた推力を入力して、この推力が、各スラスタ２の制限推力すなわち定格推力以下であるか否かをチェックするとともに定格推力を越える場合には、全推力Ｘ，Ｙおよび／または全モーメントＮの値を変更する推力制限処理部２３が具備されている。
【００３５】
次に、上記制御装置３に基づく制御方法、特に、推力配分演算器１５にて行われる各スラスタ２への推力配分処理方法について説明する。なお、ここでは、上述した推力演算部２１、角度禁止処理部２２および推力制限処理部２３での機能についても併せて説明する。
【００３６】
まず、この処理の全体の流れを、図３のフローチャートに基づき説明する。
この処理では、船舶１の制御に必要な全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮを求めるステップ１（制御指定演算器にて、Ｘ，Ｙ，Ｎが決定される）と、これらの値から各スラスタ２が出力すべき推力を評価関数を使用して、消費エネルギが最小となるように、最適配分を行うステップ２（推力演算部２１にて行われる）と、このステップ２で求められた最適な推力であっても、あるスラスタ２について、その方位角［例えば、ｘ方向とｙ方向の推力成分（Ｌ，Ｔ）の比により求められる］が禁止角度範囲内に入っている場合があるため、その有無をチェックするステップ３（角度禁止有無のチェック）と、このステップ３により、その方位角が禁止角度範囲内に入っている場合には、スラスタ２を禁止角度範囲外に変更処理を行うステップ４（角度禁止処理）（ステップ３およびステップ４は、角度禁止処理部２２にて行われる）と、上記ステップ３またはステップ４を通過して、全てのスラスタ２が禁止角度範囲外になった場合に、各スラスタ２に配分された推力がそれぞれの定格推力内に入っているか否かをチェックするステップ５（推力制限チェック）と、このステップ５において、定格推力を越えているスラスタ２が存在している場合に、その推力が定格推力内となるために必要な処理を行うステップ６（推力制限処理）（ステップ５およびステップ６は、推力制限処理部２３にて行われる）とから構成されている。
【００３７】
以下、上記各ステップを詳細に説明する。
まず、ステップ１では、制御指定演算器１４において、測定部１２から入力された位置、方位などの測定値および設定部１３から入力された設定位置、設定方位、設定航路などにより、船舶１の制御に必要な全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮの値が決定される。
【００３８】
次に、ステップ２では、推力配分演算器１５において、上記制御指定演算器１４で求められた船舶１に対する全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮが入力されて、消費エネルギが最小となる各スラスタ２の最適な推力が求められる。すなわち、推力の最適配分処理が行われる。
【００３９】
以下、この推力の最適配分処理について説明する。
全推力および全モーメントと、求めるべき各スラスタ２における推力との間には、下記（１）式に示す関係がある。
【００４０】
Γ＝Ｔｕ・・・（１）
ここで、Γは全推力および全モーメントの成分からなる配列ベクトル、Ｔはスラスタ２の位置行列、ｕは全スラスタ２の推力成分（具体的には、ｘおよびｙ方向での推力成分である）を要素とする推力配列ベクトルである。
【００４１】
したがって、与えられたΓからｕを求めることにより、全スラスタ２の推力が得られることになるが、一般に、ｕの次元はΓの次元より大きいため、解は一意には求まらない。
【００４２】
上記各ベクトル（Γ，Ｔ，ｕ）を、成分で表すと、下記（２）〜（４）式のようになる。
【００４３】
【数１】

そこで、各スラスタ２の消費エネルギを表す評価関数Ｊを導入し、これを最小化する条件を与えることによりｕを決定することができる。
【００４４】
この評価関数Ｊは、下記（５）式にて表される。
Ｊ＝（１／２）ｕ^tＷｕ・・・（５）
なお、（５）式中、ｕ^tはｕの転置ベクトル、Ｗは［ｐ行×ｐ列］の重み行列であり、ｐはｕの次元である（ｎ個のスラスタが全て自由に回転し得るものである場合、ｐ＝２ｎ；ｎ個の内、ｑ個のスラスタが角度が固定されたものである場合、ｐ＝２ｎ−ｑとなる）。推力配分の際、各スラスタ２に、同じ重みを掛けるとすれば、Ｗは対角成分（コストパラメータ）がすべて１となる配列で、下記（６）式にて表される。
【００４５】
【数２】

上記評価関数Ｊを最小にする解は下記（７）式に示すように、（Moor-Penrose pseudo inverse）Ｔ⁺を用いて与えられる。
【００４６】
ｕ＝Ｔ⁺Γ・・・（７）
ここで、Ｔ⁺は下記（８）式で与えられる。
Ｔ⁺＝Ｗ^-1Ｔ^t（ＴＷＴ^t）^-1・・・（８）
上記（７）および（８）式により、消費エネルギを最小にし得るスラスタ２の最適な推力、すなわち与えられた全推力および全モーメントに対する最適配分を求めることができる。
【００４７】
次に、スラスタにおける角度禁止処理について説明する。
この角度禁止処理は、あるスラスタの下流側に他のスラスタが存在する場合、下流側のスラスタから出る推力が大きく低下すること、およびスラスタの水流が音響機器の計測に悪影響を及ぼすのを回避するためになされるものである。
【００４８】
以下、ステップ４における角度禁止処理について、図４のフローチャートに基づき説明する。
この角度禁止処理の概略の流れを説明すると、まずステップ１１では、ステップ２で求められた最適配分の結果の中から、ｎ個のスラスタの内、禁止角度範囲内にあるスラスタ１〜ｍをカウントし、ｍ個の番号を割り当て特定する。
【００４９】
次に、ステップ１２では、当該スラスタｋ（１≦ｋ≦ｍ）についてその角度を禁止角度範囲外に設定し、この角度を固定した状態で、再度、最適配分処理を行い、この場合の評価関数Ｊの最小値Ｊ_k（１≦ｋ≦ｍ）を求める。
【００５０】
次に、ステップ１３では、ステップ１２で求められた最小値Ｊ_kの中でも最もＪ_kが大きくなるスラスタの最適配分を選択した後、ステップ１４において、その最適配分にて禁止角度のスラスタが存在するか否かを確認し、存在する場合は、再度、ステップ１１に戻り、上記角度禁止処理を、禁止角度範囲内のスラスタの個数がゼロになるまで繰り返して行う。
【００５１】
ここで、上記ステップ１２について、詳細に説明する。
なお、スラスタｋの禁止角度範囲がａ_k1〜ａ_k2（境界値）間であるとする。但し、禁止角度範囲は１８０度未満である。
【００５２】
まず、ステップ２１で、第１番目のスラスタを選択し、カウントを行うため、ｋ＝１と設定する。
次に、ステップ２２で、そのスラスタｋの推力のｘ成分Ｔ_k、ｙ成分Ｌ_kを特定し、ステップ２３で、スラスタｋの角度すなわち方位角ｔａ_kを、下記（９）式に基づき決定する。
【００５３】
ｔａ_k＝ｔａｎ^-1（Ｌ_k／Ｔ_k）・・・（９）
次に、ステップ２４で、スラスタｋの角度がａ_k1からａ_k2の間であると判断（検出）されると、ステップ２５〜２７にて、スラスタｋの方位角ｔａ_kが、角度ａ_k1および角度ａ_k2のいずれか近い角度（境界値）に、すなわち禁止角度範囲外となるように変更される（角度禁止処理）。
【００５４】
なお、スラスタｋの方位角を、いずれか近い境界値に変更するのは、角度禁止処理による消費エネルギの増加を最小にするならば、ステップ２の最適配分により求められた値からのずれ（角度）を最小にする必要があるからである。
【００５５】
すなわち、ステップ２５においては、ｔａ_kがａ_k1およびａ_k2のどちらに近いかを判断し、ａ_k1に近い場合は、ステップ２６でａ_k1をスラスタｋの方位角と設定し、ａ_k2に近い場合には、ステップ２７でａ_k2をスラスタｋの方位角と設定する。
【００５６】
ここで留意すべきは、仮に全ての禁止角度範囲内のスラスタについて、個々に消費エネルギの増加が最小になるような角度禁止処理を行っても、必ずしもスラスタ全体を考えた場合に最適な処理とはならないということである。言い換えれば、一つのスラスタの処理は他のスラスタの処理に影響する。
【００５７】
例えば、図６に示すモデルにおいて、Ｘ＝０，Ｙ＝２００，Ｎ＝−１０００であり、３個のスラスタ１１，１２，１３の位置を、（０，０），（−５，−１），（−５，１）とすれば、ステップ２による最適配分の結果、スラスタ１２とスラスタ１３との角度は、ともに９０度で、推力もともに１００に配分されたとする。また、スラスタ１２の禁止角度範囲は８０度から１１０度であり、スラスタ１２の禁止角度範囲は７０度から１２０度であるとする。
【００５８】
スラスタ１２についてのみ角度禁止処理を行った結果、スラスタ１２の角度は８０度に変更される（９０度と８０度の差は１０度、９０度と１１０度の差は２０度）。しかし、スラスタ１３についてのみ角度禁止処理を行った結果は、スラスタ１３の角度は７０度になる（７０度と９０度の差が２０度、１２０度と９０度の差が３０度）。
【００５９】
この状況下では、スラスタ１２およびスラスタ１３には、プラスＸ方向に推力が発生するため、入力値であるＸ＝０を満足するためには、スラスタ１１では、マスナスＸ方向の推力を発生させて、スラスタ１２およびスラスタ１３のＸ方向の推力キャンセルする。最終的には、各スラスタ１１〜１３の推力は、図６の破線に示すようなものとなり、最適配分とは言い難い。
【００６０】
しかし、図４に示したアルゴリズムを用いた場合には、より合理的な角度禁止処理が得られる。
したがって、禁止角度範囲内のスラスタについて、個々に禁止角度範囲外に変更した後、全体的な処理を行う必要がある。このため、ステップ２８においては、禁止角度範囲外のスラスタの角度を固定するとともに、スラスタｋについてこの角度を禁止角度範囲外に変更した後の角度に固定し、他の禁止角度範囲内の（ｎ−１）個のスラスタが自由回転可能とし、上述した（３）式および（４）式を用いて最適配分処理を行い、その最適配分結果から（２）式を用いて評価関数の最小値Ｊ_kを求める。
【００６１】
ステップ２９および３０のループにより、ｍ個のスラスタの個々について評価関数の最小値Ｊ_k（ｋ＝１〜ｍ）が求められる。
ところで、ステップ１３において、評価関数の最小値Ｊ_k（ｋ＝１〜ｍ）の最大値ＭＡＸ（Ｊ_k）を選択した理由は、下記の通りである。
【００６２】
すなわち、評価関数の最小値が最大値Ｊ_mをとる最適配分では、ステップ２の最適配分で求められた消費エネルギの最小値に対し、最も大きいエネルギ増加をもたらすことになり、したがって他の禁止角度範囲内に存在するスラスタのいくつかが禁止角度範囲外に抜け出す可能性がある。しかし、ｋ＝ｍ以外の角度禁止処理では、ｋ＝ｍのスラスタが禁止角度範囲内から抜け出すことはないからである。
【００６３】
次に、上記演算により全てのスラスタが禁止角度範囲外になった場合の推力について検討を行う必要がある。すなわち、演算により求められた推力が、スラスタ２の推力制限値である定格推力を越えている場合には、その値を採用することができないので、そのスラスタ２については、ステップ５および６により、推力を制限する必要がある。
【００６４】
以下、推力制限処理部２３における推力制限処理を、図３および図５に示すフローチャートに基づき説明する。
すなわち、ステップ５において、その推力が定格推力を越えているスラスタ２が存在するか否かが判断され、存在しない場合には、そのままの推力が、各スラスタ駆動部４に出力されることになる。
【００６５】
一方、定格推力を越えているスラスタ２が存在する場合には、ステップ６にて、該当するスラスタ２の推力が制限される。
すなわち、まずステップ３１において、コストパラメータ自身が所定範囲にあるかどうかが判断される。なお、コストパラメータα_kについては、少なくと初回の判断時に、全てが１に設定されている。
【００６６】
上記コストパラメータが所定範囲に入っている場合（適している場合）には、ステップ３２に進み、該当するスラスタ２の重み行列Ｗの値であるコストパラメータα_kが増加されて、このスラスタ２に配分される推力を相対的に低下させる。そして、再度、ステップ２に戻り、以下、最適配分、角度禁止チェック、推力制限チェックが行われ、全てのスラスタ２の推力が推力制限内に納まれば、その推力に基づき各スラスタ２が制御されることになる。
【００６７】
そして、この再度の一連の処理においても、定格推力を越えているスラスタ２が存在する場合は、再度、ステップ６のステップ３１に進み、さらにそのコストパラメータαが増加されて上記と同様の処理が行われる。
【００６８】
ところで、コストパラメータα_kの値が適正範囲を越えた場合、すなわちコストパラメータの変更により、当該スラスタに配分される推力が相対に低下することが得られない場合には、ステップ３３に進み、全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮが変更されて、再度、ステップ２に戻り、ステップ３〜５までの処理が行われる。なお、ステップ３３の変更処理を行う場合には、最適配分を行う際のコストパラメータαの値は、初期値に戻される。
【００６９】
そして、全てのスラスタ２の推力が推力制限内に入った場合には、その処理は終了するが、入らない場合には、入るまで、ステップ３３の全推力（Ｘ，Ｙ）および全モーメントＮの変更が行われた後、ステップ２〜５の処理が繰り返し行われる。
【００７０】
ここで、上記ステップ３３における変更処理を、図５に基づき説明する。
ステップ６の推力制限処理では、船舶１の制御に極力小さい影響で、かつその変更による消費エネルギの変化が極力小さくなるように全推力（Ｘ、Ｙ）および全モーメントＮ（以下、この説明では、単に、Ｘ，Ｙ，Ｎとだけ記述する場合もある）の変更を行うのがよい。
【００７１】
船位保持、航路保持等に必要な船舶に対する全推力およびモーメントの指令値（Ｘ、Ｙ、Ｎ）を変更するのであるから、当然、制御への影響が生じるため、その変更は重要である。
【００７２】
そこで、本実施の形態では、船舶の運動の物理的状況を考慮し、変更の際のＹ，ＸおよびＮの優先順位を設定することにした。
まず、定点保持、定方位移動制御を行う場合、船舶の方位が変動すると船体に働く潮流力モーメントや風力モーメントが大きく変わり、船の動きが予想以上に急変する恐れがあるため、方位の制御は優先すべきであって、モーメントＮが最も優先度の高い成分である。
【００７３】
次に、船舶の前後運動抵抗が横運動抵抗より小さいので、横方向推力Ｙに十分な推力を配分しないと制御の効果が出てこないため、優先度は横方向推力Ｙが縦方向推力Ｘより高くなる。
【００７４】
次に、航路保持制御の場合では、上述の理由により、まずモーメントＮの優先度を高くする必要がある。
そして、船舶を指定した速度で航路保持を行わなければならないので、Ｘの優先度がＹより高く設定すればよい。
【００７５】
したがって、制御場面によって、推力配分の優先度は、Ｎ→Ｙ→Ｘとなったり、Ｎ→Ｘ→Ｙになったりする。
しかしながら、実際には、船舶の横運動抵抗が縦運動抵抗よりはるかに大きいため、同じ量のＸとＹを調整すれば、Ｘの方が船の運動に対する影響がはるかに大きくなる。また、高速航路保持を除いて、殆どの操船では、船舶の前進速度が低いため、Ｘの値に起因してステップ５の処理（定格推力を越えたスラスタが存在するか否かの判断）が「いいえ」となることはない。
【００７６】
したがって、ステップ６の推力制限処理においては、まずＹ、次にＸ、最後にＮという順序で変更を行えば船舶の制御面での影響が小さくて済む。
また、推力制限処理は、消費エネルギである評価関数Ｊの最小値を低下させるように行う必要がある。
【００７７】
ここで留意すべきは、図１に示すような一般的な船舶の場合は、ＮとＹとが独立でないことから、単純に、Ｙの絶対値の低下が、評価関数Ｊの最小値の低下につながらない場合が生じ得る。これを考慮するには、評価関数Ｊの最小値のＹによる微分値の正負を判断し、これが負の場合は、Ｙを増加させる変更を行えばよい。Ｘ、Ｎについては、単純に絶対値が減少すれば評価関数Ｊの最小値が減少すると考えればよい。
【００７８】
図５は、これらを考慮した場合の推力禁止処理のフローチャートで、以下、ステップ３３における変更処理について、詳細に説明する。
まず、ステップ４１では、評価関数Ｊの最小値のＹによる微分値がゼロかゼロでないかを判断し、ゼロでない場合には、ステップ４２でその微分値の正負を判断する。
【００７９】
そして、微分値が正の場合には、ステップ４３に進み、評価関数Ｊの最小値が減少するように、Ｙ、Ｘ、Ｎの絶対値を減少させる。一方、微分値が負の場合には、ステップ４４に進み、評価関数Ｊの最小値が減少するように、Ｙの絶対値を増加させ、Ｘ、Ｎの絶対値を減少させる。
【００８０】
ところで、評価関数Ｊの最小値のＹによる微分値がゼロの場合は、ステップ４５で、Ｘがゼロかゼロでないかを判断する。
ゼロでない場合には、ステップ４６に進み、評価関数Ｊの最小値が減少するように、ＸとＮの絶対値を減少させる。
【００８１】
一方、ゼロである場合には、ステップ４７に進み、Ｎの絶対値を減少させる。
上記各ステップ４３、４４、４６、４７の処理では、Ｙ、Ｘ、Ｎの絶対値を必要に応じて変更させるが、先に述べたＹ、Ｘ、Ｎの制御への影響の度合いを考慮して変更させる必要がある。
【００８２】
このため、下記に示すようなパラメータａ、ｂ、ｃを導入し、ステップ４３では、下記（１０）〜（１２）式のように変更を加える。
｜Ｙ｜＝｜Ｙ｜−ａ・Δ・｜Ｙ｜・・・（１０）
｜Ｘ｜＝｜Ｘ｜−ｂ・Δ・｜Ｘ｜・・・（１１）
｜Ｎ｜＝｜Ｎ｜−ｃ・Δ・｜Ｎ｜・・・（１２）
ここで、ａ，ｂ，ｃはａ＞ｂ≧ｃ≧ｏ，ａ＋ｂ＋ｃ＝１の関係を有する分配パラメータである。また、Δは調整パラメータであり、具体的数値としては、０．０１〜０．０５の値に設定される（この調整パラメータについては、以下同じ）。
【００８３】
また、ステップ６４では、下記（１３）〜（１５）式のように変更を加える。
｜Ｙ｜＝｜Ｙ｜＋ａ・Δ・｜Ｙ｜・・・（１３）
｜Ｘ｜＝｜Ｘ｜−ｂ・Δ・｜Ｘ｜・・・（１４）
｜Ｎ｜＝｜Ｎ｜−ｃ・Δ・｜Ｎ｜・・・（１５）
この場合も、ａ，ｂ，ｃはａ＞ｂ≧ｃ≧ｏ，ａ＋ｂ＋ｃ＝１の関係を有する分配パラメータである。
【００８４】
また、ステップ４６では、下記（１６）および（１７）式のように変更を加える。
｜Ｘ｜＝｜Ｘ｜−ａ・Δ・｜Ｘ｜・・・（１６）
｜Ｎ｜＝｜Ｎ｜−ｂ・Δ・｜Ｎ｜・・・（１７）
ここでは、ａ，ｂはａ＞ｂ≧ｏ，ａ＋ｂ＝１の関係を有する分配パラメータである。
【００８５】
また、ステップ４７では、下記（１８）式のように変更を加える。
｜Ｎ｜＝｜Ｎ｜−ａ・Δ・｜Ｎ｜・・・（１８）
ここでは、ａはａ＝１なる関係を有する分配パラメータである。
【００８６】
このように、スラスタ２の推力の最適配分およびスラスタの角度禁止処理が行われた後に、スラスタ２における推力制限処理を行い、しかもこの推力制限処理においては、まずコストパラメータにより調整が行われ、このコストパラメータの調整でも行い得なかった場合には、コストパラメータを元の値に戻すとともに、初めに設定された全推力および全モーメントを変更して推力制限処理を行うようにしており、さらにこの推力制限処理においては、船舶の物理的状況を考慮して変更を加える優先度を導入して行うようにしているので、最適な推力配分を確実に得ることができる。
【００８７】
上述したスラスタの制御装置および制御方法によると、評価関数を用いて推力の最適配分を行った後、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を行い、さらにこの結果、定格推力を超えているスラスタが存在している場合には、まず推力制限処理において、定格推力を超えているスラスタに対応する重み行列のパラメータを増加させて再度最適配分を行うことにより、当該スラスタの推力超過分を余裕のあるスラスタへ再配分可能とし、船舶の制御に影響を与えない処理を行うことができる。また、上記最適配分後に、禁止角度範囲内にあるスラスタの方位角を禁止角度範囲外に設定するようにしているため、スラスタの推力の禁止角度範囲を考慮した推力配分を行う必要がある場合にも、船舶の消費エネルギが少ない、かつスラスタの定格推力による制限に対応した推力配分を行うことができる。
【００８８】
また、角度禁止処理においては、該当するスラスタの方位角を禁止角度範囲外の値に設定するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固定した状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値が最大となる場合の最適配分を選択する処理を、全てのスラスタが禁止角度範囲外になるまで繰り返す処理としているため、スラスタの推力の禁止角度範囲を考慮した推力配分を行う必要がある場合にも、効率的な手順にて、船舶の消費エネルギが少なく、かつスラスタの定格推力による制限に対応した推力配分を行うことができる。
【００８９】
また、推力制限処理を行う際に、制御手順に優先度を考慮するようにしたので、船舶の運動制御の犠牲を極力抑えた推力制限処理を行うことができる。
ところで、上記実施の形態においては、最適配分により各スラスタの推力を求める際に、角度禁止処理を行った後の推力に、各スラスタの推力が定格推力内となるような制限処理を行うようにしているが、角度禁止処理を行なわない制御であってもよい。
【００９０】
この場合の制御方法および制御装置では、上記実施の形態において説明した角度禁止処理のためのステップ３およびステップ４が省略されたものである。
この制御方法および制御装置によると、評価関数を用いて、各スラスタの最適な推力を求めた後、各スラスタにおける推力が定格推力を超えている場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させるとともに、パラメータの変更でも対処し得ない場合には、評価関数が減少するように、全推力および全モーメントを変更させる処理を、定格推力を超えるスラスタが存在しなくなるまで繰り返し行うようにしたので、最適な推力配分を行うことができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の推力発生器の制御方法および制御装置によると、評価関数を用いて推力の配分を行った結果、定格推力を超えている推力発生器が存在している場合には、まず推力制限処理において、定格推力を超えている推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推力の配分を行うことにより、当該推力発生器の推力超過分を余裕のある推力発生器へ再配分可能とし、船舶の制御に影響を与えない処理を行うことができる。さらに、この推力制限処理を所定の回数行っても依然として定格推力を超えている推力発生器が存在している場合には、定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、全推力および全モーメントの値を変更して配分を行うのであるが、この変更の際に、評価関数の最小値を減少させる変更を行うことにより、船舶の消費エネルギを減少させる推力制限処理を行うことができる。
【００９２】
また、本発明の第２の制御方法および制御装置の構成によると、上記第１の制御方法および制御装置による推力の配分後に、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を付加することにより、推力発生器の推力の禁止角度範囲を考慮した推力配分を行う必要がある場合にも、船舶の消費エネルギが少なく、かつ推力発生器の定格推力による制限に対応した推力配分を行うことができる。
【００９３】
また、本発明の第３の制御方法および制御装置の構成によると、上記第２の制御方法および制御装置による推力の配分後に、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を付加する際に、該当する推力発生器の方位角を禁止角度範囲外の値に設定するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固定した状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値が最大となる場合の推力配分を選択する処理を、全ての推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り返す処理としているため、推力発生器の推力の禁止角度範囲を考慮した推力配分を行う必要がある場合にも、効率的な手順にて、船舶の消費エネルギが少なく、かつ推力発生器の定格推力による制限に対応した推力配分を行うことができる。
【００９４】
また、本発明の第４の制御方法および制御装置の構成によると、推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近い境界値に設定するようにしたので、禁止角度範囲外への変更に際して、変更による消費エネルギの増加を最小にすることができる。
【００９５】
さらに、本発明の第５の制御方法および制御装置の構成によると、推力制限処理を行う際に、制御手順に優先度を考慮するようにしたので、船舶の運動制御の犠牲を極力抑えた推力制限処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における推力発生器を有する船舶の模式図である。
【図２】本実施の形態における推力発生器の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態の推力発生器の制御方法の全体の手順を示すフローチャートである。
【図４】同制御方法における角度禁止処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】同制御方法における推力制限処理の要部の手順を示すフローチャートである。
【図６】同制御方法における角度禁止処理を説明するための船舶の模式図である。
【符号の説明】
１船舶
２スラスタ
３制御装置
１１測定器
１２測定部
１３設定部
１４制御指定演算器
１５推力配分演算器
２１推力演算部
２２角度禁止処理部
２３推力制限処理部

Claims

複数個の推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定するとともに、これらの測定値に基づき航走体を、所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算し、
これら求められた全推力および全モーメントの値に基づき、各推力発生器にて出力すべき推力を推力配分演算により求めるようにした推力発生器の制御方法であって、
上記推力配分演算は、下記式に示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器の推力ｕを求め、
Ｊ＝（１／２）ｕ^ｔＷｕ
（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力配列ベクトル、ｕ^ｔはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列である）
上記求められた推力において、定格推力を越えている推力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求め、かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するように、変更する推力制限処理を行うことを特徴とする推力発生器の制御方法。
複数個の推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定するとともに、これらの測定値に基づき航走体を、所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算し、
これら求められた全推力および全モーメントの値に基づき、各推力発生器にて出力すべき推力を推力配分演算により求めるようにした推力発生器の制御方法において、
上記推力配分演算は、下記式に示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器での推力ｕを求め、
Ｊ＝（１／２）ｕ^ｔＷｕ
（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力配列ベクトル、ｕ^ｔはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列である）
次に、上記求められた推力に基づく各推力発生器の方位角が禁止角度範囲内にある場合には、該当する推力発生器を禁止角度範囲外に設定する角度禁止処理を行い、
次に上記角度禁止処理により得られた推力が定格推力を越えている推力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求め、さらに上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するように、変更する推力制限処理を行うことを特徴とする推力発生器の制御方法。
角度禁止処理は、禁止角度範囲内にある一の推力発生器の方位角を禁止角度範囲外の値に設定するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固定し、かつ他の禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を自由回転可能とした状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値が最大となる場合の推力配分を選択する処理を、全ての推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り返す処理であることを特徴とする請求項２に記載の推力発生器の制御方法。
角度禁止処理において、禁止角度範囲内にある推力発生器について、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近い境界値に設定することを特徴とする請求項３に記載の推力発生器の制御方法。
推力制限処理において、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が正の場合には、全横方向推力と全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が負の場合には、全横方向推力の絶対値を増加させるとともに、全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、
航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼロの場合でかつ全縦方向推力がゼロ以外の場合には、全縦方向推力と全モーメントとの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼロの場合でかつ全縦方向推力がゼロの場合には、全モーメントの絶対値を減少させることを特徴とする請求項１または２に記載の推力発生器の制御方法。
複数個の推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定する測定部と、航走体の位置および方位を設定する設定部と、上記測定部および設定部で得られた測定値および設定値を入力して、航走体を所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算して出力する制御指定演算器と、この制御指定演算器で求められた全推力と全モーメントを入力して各推力発生器における推力配分を行いその配分値をそれぞれの駆動部に出力する推力配分演算器とを具備するとともに、
上記推力配分演算器は、下記式にて示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器の推力ｕを求める推力演算部と、
Ｊ＝（１／２）ｕ^ｔＷｕ
（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力配列ベクトル、ｕ^ｔはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列である）
上記求められた推力において、定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度出力を求め、かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するように変更する推力制限処理部とから構成したことを特徴とする推力発生器の制御装置。
複数個の推力発生器を有する航走体の位置および方位を測定する測定部と、航走体の位置および方位を設定する設定部と、上記測定部および設定部で得られた測定値および設定値を入力して、航走体を所定位置若しくは所定方位または所定航路に保持するために必要な全推力と全モーメントを演算して出力する制御指定演算器と、この制御指定演算器で求められた全推力と全モーメントを入力して各推力発生器における推力配分を行いその配分値をそれぞれの駆動部に出力する推力配分演算器とを具備するとともに、
上記推力配分演算器は、下記式にて示す評価関数Ｊを最小化させる各推力発生器の推力ｕを求める推力演算部と、
Ｊ＝（１／２）ｕ^ｔＷｕ
（但し、ｕは各推力発生器の推力成分を要素とする推力配列ベクトル、ｕ^ｔはｕの転置ベクトル、Ｗは重み行列である）
上記求められた推力を入力して、この推力に基づく推力発生器の方位角が、予め求められている推力発生器の禁止角度範囲内にある場合には、禁止角度範囲外に変更するための角度禁止処理部と、
この角度禁止処理が行われた推力を入力して、この推力が、それぞれ推力発生器の定格推力を越えている場合には、当該推力発生器に対応する重み行列のパラメータを増加させて再度推力を求め、かつ上記パラメータの変更を許容値まで行っても定格推力を超えている推力発生器が存在する場合には、この定格推力を超える推力発生器が存在しなくなるまで、上記与えられた全推力および全モーメントの値を、評価関数Ｊの最小値が減少するように変更する推力制限処理部とから構成したことを特徴とする推力発生器の制御装置。
角度禁止処理部において、禁止角度範囲内にある一の推力発生器の方位角を禁止角度範囲外の値に設定するとともに、禁止角度範囲外の推力発生器についてはその方位角を固定し、かつ他の禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を自由回転可能とした状態で、評価関数の最小値を該当する推力発生器ごとに求めた後、この求められた評価関数の最小値が最大となる場合の推力配分を選択する処理を、全ての推力発生器が禁止角度範囲外になるまで繰り返すように構成したことを特徴とする請求項７に記載の推力発生器の制御装置。
角度禁止処理部において、禁止角度範囲内にある推力発生器について、禁止角度範囲内にある推力発生器の方位角を禁止角度範囲外に設定する際に、禁止角度範囲の境界値の内、上記方位角に近い境界値に設定するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の推力発生器の制御装置。
推力制限処理部において、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が正の場合には、全横方向推力と全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値が負の場合には、全横方向推力の絶対値を増加させるとともに、全縦方向推力と全モーメントの絶対値を減少させ、
航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼロの場合でかつ全縦方向推力がゼロ以外の場合には、全縦方向推力と全モーメントとの絶対値を減少させ、航走体の全横方向推力についての評価関数の微分値がゼロの場合でかつ全縦方向推力がゼロの場合には、全モーメントの絶対値を減少させることを特徴とする請求項６または７に記載の推力発生器の制御装置。