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KR-102960204-B1 - SHIP CONTROL SYSTEM, EXTERNAL FORCE VECTOR ESTIMATING DEVICE, CONTROL METHOD OF SHIP CONTROL SYSTEM, AND STORAGE MEDIUM STORING CONTROL PROGRAM OF SHIP CONTROL SYSTEM

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Abstract

외력 벡터의 영향을 감소시키는 것이 가능한 선박 제어 시스템의 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. 일 양태의 선박 제어 시스템(100)은 선박(1)의 목표 선위 및 목표 선수 방향을 포함하는 항로 지령 Es를 출력하는 항로 지령부(50)와, 선박(1)의 실제 선위와 실제 선수 방향을 포함하는 선박 정보 Js를 검지하는 정보 검지부(21)와, 선박 정보 Js와, 선박(1)의 선체 운동에 관한 선체 운동 모델을 사용하여, 선박(1)이 받는 외력 벡터 Ve를 추정하는 외력 벡터 추정부(28)와, 항로 지령 Es와, 선박 정보 Js와, 외력 벡터 Ve에 기초하여 선박의 주 기계(74)의 회전수 및 타각의 양쪽을 제어하는 제어 지령부(15)를 구비한다.

Inventors

  • 가와타니 도루
  • 다나카 히로키
  • 사카키바라 다카츠구
  • 가와사키 나오유키
  • 야마구치 료
  • 우에타케 히로노부
  • 시마다 나오키
  • 아베 겐타

Assignees

  • 나부테스코 가부시키가이샤
  • 도쿄 케이키 가부시키가이샤

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20231024
Priority Date
20221025

Claims (10)

  1. 선박의 목표 선위 및 목표 선수 방향을 포함하는 항로 지령을 출력하는 항로 지령부와, 상기 선박의 실제 선위와 실제 선수 방향을 포함하는 선박 정보를 검지하는 정보 검지부와, 상기 선박 정보와, 상기 선박의 선체 운동에 관한 선체 운동 모델을 사용하여, 상기 선박이 받는 외력 벡터를 추정하는 외력 벡터 추정부와, 상기 항로 지령과, 상기 선박 정보와, 상기 외력 벡터에 기초하여 상기 선박의 주 기계의 회전수 및 타각의 양쪽을 제어하는 제어 지령부 를 구비하고, 상기 외력 벡터 추정부는 전후 방향과 가로 방향의 선체 저항 및 관성 질량, 그리고 회두 방향의 선체 저항 및 관성 모멘트에 기초하여 외력 벡터를 추정하도록 구성되고, 상기 전후 방향과 가로 방향의 상기 선체 저항 및 관성 질량, 그리고 상기 회두 방향의 선체 저항 및 관성 모멘트는 외력이 가해지지 않은 상태에서의 선체 운동 모델을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 선박 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 외력 벡터 추정부는, 상기 선박의 전후 방향의 실제 선속과 실제 가감 속도를 사용하여 외력 벡터를 추정하는, 선박 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외력 벡터 추정부는, 상기 선박의 전후 방향에 직교하는 방향의 실제 선속과 실제 가감 속도를 사용하여 외력 벡터를 추정하는, 선박 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 선박이, 바람 및 조류 중 적어도 하나로부터 받는 외력의 계측 결과를 사용하여 상기 외력 벡터를 추정하는, 선박 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 외력 벡터 추정부는, 외력 벡터의 시계열 데이터에 대한 주파수 분석을 사용하여, 바람, 조류 중 적어도 하나의 성분을 분리하는, 선박 제어 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 외력 벡터 추정부는, 통신 수단을 통해 상기 선체 운동 모델을 생성 또는 갱신하는 처리의 일부 또는 전부를 선박 외의 장치를 사용하여 실행하는, 선박 제어 시스템.
  8. 선박의 실제 선위와 실제 선수 방향을 포함하는 선박 정보와, 상기 선박의 선체 운동에 관한 선체 운동 모델을 사용하여, 상기 선박이 받는 외력 벡터를 추정하는 외력 벡터 추정부를 구비하고, 상기 외력 벡터 추정부는 전후 방향과 가로 방향의 선체 저항 및 관성 질량, 그리고 회두 방향의 선체 저항 및 관성 모멘트에 기초하여 외력 벡터를 추정하도록 구성되고, 상기 전후 방향과 가로 방향의 상기 선체 저항 및 관성 질량, 그리고 상기 회두 방향의 선체 저항 및 관성 모멘트는 외력이 가해지지 않은 상태에서의 선체 운동 모델을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 외력 벡터 추정 장치.
  9. 선박의 목표 선위 및 목표 선수 방향을 포함하는 항로 지령을 출력하는 스텝과, 상기 선박의 실제 선위와 실제 선수 방향을 포함하는 선박 정보를 검지하는 스텝과, 상기 선박 정보와, 상기 선박의 선체 운동에 관한 선체 운동 모델을 사용하여, 상기 선박이 받는 외력 벡터를 추정하는 스텝과, 상기 항로 지령과, 상기 선박 정보와, 상기 외력 벡터에 기초하여 상기 선박의 주 기계의 회전수 및 타각의 양쪽을 제어하는 스텝을 포함하고, 상기 외력 벡터는 전후 방향과 가로 방향의 선체 저항 및 관성 질량, 그리고 회두 방향의 선체 저항 및 관성 모멘트에 기초하여 추정하고, 상기 전후 방향과 가로 방향의 상기 선체 저항 및 관성 질량, 그리고 상기 회두 방향의 선체 저항 및 관성 모멘트는 외력이 가해지지 않은 상태에서의 선체 운동 모델을 사용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 선박 제어 시스템의 제어 방법.
  10. 제9항에 따른 제어 방법을 컴퓨터에 실행시키는 선박 제어 시스템의 제어 프로그램을 기억한 기억 매체.

Description

선박 제어 시스템, 외력 벡터 추정 장치, 선박 제어 시스템의 제어 방법, 선박 제어 시스템의 제어 프로그램을 기억한 기억 매체{SHIP CONTROL SYSTEM, EXTERNAL FORCE VECTOR ESTIMATING DEVICE, CONTROL METHOD OF SHIP CONTROL SYSTEM, AND STORAGE MEDIUM STORING CONTROL PROGRAM OF SHIP CONTROL SYSTEM} 본 발명은 선박 제어 시스템, 외력 벡터 추정 장치, 선박 제어 시스템의 제어 방법, 및 선박 제어 시스템의 제어 프로그램을 기억한 기억 매체에 관한 것이다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 선박의 자동 조종 방법이 기재되어 있다. 이 방법은, 선박의 실제 위치와 예정 위치의 어긋남을 정기적으로 산출하여 경시적으로 얻어지는 상기 어긋남양을 통계적으로 처리하여 선박에 작용하는 외력을 추정한다. 이 방법에서는, 상기 외력과 실제 위치와 예정 항로상의 목표 위치로부터 선박의 다음의 조타 지령을 산출한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 선박 제어 시스템이 적용된 선박을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 선박 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 1의 선박 제어 시스템의 정보의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 4는 실시 형태의 선체 운동 모델 동정부의 동작을 나타내는 동작 블록도이다. 도 5는 바람에 의한 선회 모멘트의 발생예를 설명하는 설명도이다. 도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 선박 제어 시스템의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다. 본 명세서에서 개시한 실시 형태 중, 복수의 물체로 구성되어 있는 것은, 당해 복수의 물체를 일체화해도 되며, 반대로 하나의 물체로 구성되어 있는 것을 복수의 물체로 나눌 수 있다. 일체화되어 있는지 여부에 관계 없이, 발명의 목적을 달성할 수 있도록 구성되어 있으면 된다. 본 명세서에서 개시한 실시 형태 중, 복수의 기능이 분산되어 마련되어 있는 것은, 당해 복수의 기능의 일부 또는 전부를 집약해서 마련해도 되며, 반대로 복수의 기능이 집약해서 마련되어 있는 것을, 당해 복수의 기능의 일부 또는 전부가 분산되도록 마련할 수 있다. 기능이 집약되어 있는지 분산되어 있는지에 관계 없이, 발명의 목적을 달성할 수 있도록 구성되어 있으면 된다. 또한, 공통점이 있는 별도의 구성 요소에는, 명칭의 첫머리에 「제1, 제2」등으로 붙여 구별하고, 총칭할 때에는 이들을 생략한다. 또한, 제1, 제2 등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위해서 사용되지만, 이 용어는 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 이 용어에 의해 구성 요소가 한정되는 것은 아니다. 일 양태의 선박 제어 시스템은, 선박의 목표 선위 및 목표 선수 방향을 포함하는 항로 지령을 출력하는 항로 지령부와, 상기 선박의 실제 선위와 실제 선수 방향을 포함하는 선박 정보를 검지하는 정보 검지부와, 상기 선박 정보와, 상기 선박의 선체 운동에 관한 선체 운동 모델을 사용하여, 상기 선박이 받는 외력 벡터를 추정하는 외력 벡터 추정부와, 상기 항로 지령과, 상기 선박 정보와, 상기 외력 벡터에 기초하여 상기 선박의 주 기계의 회전수와 타각 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어 지령부를 구비한다. 이 구성에 의하면, 외력 벡터를 사용하여 선박을 제어하므로, 외력에 의한 선박의 위치나 자세의 혼란을 제어에 의해 억제할 수 있다. 일례로서, 상기 외력 벡터 추정부는, 외력이 가해지지 않은 상태의 선체 운동 모델을 사용하여 상기 외력 벡터를 추정한다. 이 경우, 바람이나 조류 등 빈번히 변화하는 외력이 적은 상태의 선체 운동 모델로 외력 벡터가 추정되므로, 외력 벡터의 불필요한 변동을 저감시킬 수 있다. 일례로서, 상기 외력 벡터 추정부는, 상기 선박의 전후 방향의 실제 선속과 실제 가감 속도를 사용하여 외력 벡터를 추정한다. 이 경우, 전후 방향에 작용하는 외력을 사용하여 외력 벡터를 추정할 수 있다. 일례로서, 상기 외력 벡터 추정부는, 상기 선박의 전후 방향에 직교하는 방향의 실제 선속과 실제 가감 속도를 사용하여 외력 벡터를 추정한다. 이 경우, 가로 방향으로 작용하는 외력을 사용하여 외력 벡터를 추정할 수 있다. 일례로서, 상기 선박이, 바람, 및 조류 중 적어도 하나로부터 받는 외력의 계측 결과를 사용하여 상기 외력 벡터를 추정한다. 이 경우, 취득한 조류, 풍속, 풍향의 계측 결과로부터 외력을 계산할 수 있으므로, 고정밀도로 외력 벡터를 추정할 수 있다. 일례로서, 상기 외력 벡터 추정부는, 외력 벡터의 시계열 데이터에 대한 주파수 분석을 사용하여, 바람, 조류 중 적어도 하나의 성분을 분리한다. 이 경우, 분리된 성분마다 다른 계수를 곱한 결과를 사용하여 제어할 수 있다. 또한, 바람의 성분을 분리함으로써, 바람에 의한 선회 모멘트의 영향을 파악할 수 있다. 일례로서, 상기 외력 벡터 추정부는, 통신 수단을 통해 상기 선체 운동 모델을 생성하거나 갱신하는 처리의 일부 또는 전부를 선박 외의 장치를 사용하여 실행한다. 이 경우, 선박상의 정보 처리량을 줄일 수 있으므로 저비용화에 유리하다. 일 양태의 외력 벡터 추정 장치는, 선박의 실제 선위와 실제 선수 방향을 포함하는 선박 정보와, 상기 선박의 선체 운동에 관한 선체 운동 모델을 사용하여, 상기 선박이 받는 외력 벡터를 추정하는 외력 벡터 추정부를 구비한다. 이 구성에 의하면, 외력 벡터를 사용하여 제어하는 것이 가능하며, 외력에 의한 선박의 위치나 자세의 혼란을 제어에 의해 억제할 수 있다. 이하, 본 발명을 바람직한 실시 형태를 기초로 각 도면을 참조하면서 설명한다. 실시 형태 및 변형예에서는, 동일 또는 동등한 구성 요소, 부재에는, 동일한 번호를 부여하는 것으로 하고, 중복된 설명은 적절히 생략한다. 또한, 각 도면에 있어서의 부재의 치수는, 이해를 용이하게 하기 위해서 적절히 확대, 축소해서 도시된다. 또한, 각 도면에 있어서 실시 형태를 설명함에 있어서 중요하지 않은 부재의 일부는 생략해서 표시한다. [제1 실시 형태] 이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 선박 제어 시스템(100)을 설명한다. 도 1은, 제1 실시 형태에 따른 선박 제어 시스템(100)이 적용된 선박(1)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는, 선박 제어 시스템(100)을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 3은, 선박 제어 시스템(100)의 정보의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 2, 도 3의 블록도에 도시한 각 블록은, 하드웨어적으로는, 컴퓨터의 프로세서, CPU, 메모리를 비롯한 소자나 전자 회로, 기계 장치로 실현할 수 있고, 소프트웨어적으로는 컴퓨터 프로그램 등에 의해 실현되지만, 여기에서는, 이들 연계에 의해 실현되는 기능 블록을 묘사하고 있다. 따라서, 이들 기능 블록은 하드웨어, 소프트웨어의 조합에 의해 다양한 형태로 실현할 수 있다는 것은, 당업자에게는 이해되는 바이다. 실시 형태에서는, 선박(1)은 선체(90)와, 정보 검지 수단(88)과, 정보 처리부(10)와, 항로 지령부(50)와, 주 기계(74)와, 조타기(76)를 구비한다. 선박 제어 시스템(100)은 선박(1)에 마련된다. 주 기계(74)는 선박(1)을 추진시키는 엔진이며, 프로펠러(75)를 회전시켜 선체(90)에 추진력을 부여한다. 주 기계(74)는 선체(90)를 추진시킬 수 있는 것이면 되며, 이 예에서는 디젤 엔진이다. 주 기계(74)는 주 기계(74)를 운전하기 위해서, 주 기계(74)의 회전수나 토크에 따른 양의 연료를 소비한다. 주 기계(74)에는, 주 기계(74)의 부하 변동에 대한 회전 속도의 변동을 억제하기 위해서 연료 투입량을 미세 조정하는 거버너(도시생략)가 마련되어도 된다. 조타기(76)는 선박(1)을 선회하기 위해서 선체에 마련된 키(77)를 회전시키는 동력 조타 기구이다. 조타기(76)는 전동기 등의 동력원의 동력을 사용하여 타각을 변화시킨다. 정보 검지 수단(88)은 GPS 수신기(11)와, 자이로(12)와, 조류 센서(13)와, 풍향 풍속 센서(14)와, 주 기계 센서(78)와, 타각 센서(79)를 포함한다. GPS 수신기(11)는 위성 전파를 사용하여 수신기의 현재 위치를 산출하고, 산출된 현재 위치를 실제 선위로서 정보 처리부(10)의 정보 검지부(21)에 제공한다. GPS 수신기(11)는 위성 전파를 사용하여 수신기의 현재 위치를 산출 가능한 것이면 되며, 특정한 시스템에 한정되지는 않는다. 실시 형태의 GPS 수신기(11)는 복수개의 위성 중, 상공에 있는 수개의 위성으로부터의 측위용 신호를 수신하여, 수신기의 현재 위치를 산출하는 전지구 측위 시스템(Global Positioning System)이다. 자이로(12)는 선박(1)의 자세를 취득하고, 취득한 자세로부터 선박(1)의 실제 선수 방향을 특정하고, 특정한 실제 선수 방향을 정보 처리부(10)의 정보 검지부(21)에 제공한다. 조류 센서(13)는 선박(1)에 영향을 미치는 조류를 계측 가능한 디바이스이며, 계측한 조류를 환경 조건 검지부(23)에 제공한다. 풍향 풍속 센서(14)는 선박(1)에 영향을 미치는 풍향과 풍속을 계측 가능한 디바이스이며, 계측한 풍향과 풍속을 정보 처리부(10)의 환경 조건 검지부(23)에 제공한다. 주 기계 센서(78)는 주 기계(74)의 실제 회전수와, 주 기계(74)의 축마력을 취득하고, 취득한 실제 회전수 및 축마력을 정보 처리부(10)의 추진 정보 검지부(24)에 제공한다. 주 기계(74)의 축마력은, 프로펠러축에 마련되는 축마력계에 의해 계측할 수 있다. 타각 센서(79)는 조타기(76)로부터 키(77)의 실제 타각을 취득하고, 취득한 실제 타각을 정보 처리부(10)의 추진 정보 검지부(24)에 제공한다. 항로 지령부(50)는 항해 계획에 기초하여, 선박(1)의 목표 선위 E1 및 목표 선수 방향 E2를 포함하는 항로 지령 Es를 출력한다. 이 예의 항로 지령부(50)는 선박(1)의 목표 선위 E1, 목표 선수 방향 E2 및 목표 도달 시각 E3을 생성