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JP2008174173A - Thrust control method and apparatus for two-axle two-ruder ship with bow thruster - Google Patents

Thrust control method and apparatus for two-axle two-ruder ship with bow thruster Download PDF

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JP2008174173A
JP2008174173A JP2007011199A JP2007011199A JP2008174173A JP 2008174173 A JP2008174173 A JP 2008174173A JP 2007011199 A JP2007011199 A JP 2007011199A JP 2007011199 A JP2007011199 A JP 2007011199A JP 2008174173 A JP2008174173 A JP 2008174173A
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rudder
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Abstract

【課題】 調整を要するパラメータの数を削減できるようにする。
【解決手段】 バウスラスタを有する２軸２舵船について、左右両舷側の舵３ａ，３ｂの舵角を固定した条件の下で、船体１上における上記左右のプロペラ２ａ，２ｂと、バウスラスタ４との幾何学的な配置を基に、それぞれの推力を要素とする（Ｆｂ，ＴＬ，ＴＲ）ｔと、船体１に作用する前後力Ｘと横力Ｙと回頭モーメントＮを要素とする（Ｘ，Ｙ，Ｎ）ｔとの伝達マトリックスを示す行列を求める。バウスラスタを有する２軸２舵船に希望する動きを行わせるために船体１に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力Ｘと、横力Ｙと、回頭モーメントＮが与えられると、これを要素とする（Ｘ，Ｙ，Ｎ）ｔに、上記伝達マトリックスの逆行列を掛けることで、上記バウスラスタ４及び左右のプロペラ２ａ，２ｂでそれぞれ発生させるべき推力（Ｆｂ，ＴＬ，ＴＲ）ｔを求める。
【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of parameters requiring adjustment.
SOLUTION: For a two-axis two-ruder ship having a bow thruster, the right and left propellers 2a and 2b on the hull 1 and a bow thruster 4 are provided under the condition that the rudder angles of the left and right rudder 3a and 3b are fixed. Based on the geometrical arrangement, the respective thrusts are used as elements (F b , T L , T R ) t, and the longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N acting on the hull 1 are used as elements ( X, Y, N) A matrix indicating a transfer matrix with t is obtained. A longitudinal force X, a lateral force Y, and a turning moment N are provided as three-way components of the force required to be applied to the hull 1 in order to cause the two-axis two-ruder boat having a bow thruster to perform a desired movement. And (X, Y, N) t having this as a factor, the inverse matrix of the transfer matrix is multiplied by the thrust (F b , T L to be generated by the bow thruster 4 and the left and right propellers 2a, 2b, respectively. , T R ) t is obtained.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、船尾部の左右両舷側に１対のプロペラを備え、且つ該各プロペラの後方に個別の舵を備え、更に、船首部にバウスラスタを装備してなる型式の船舶を、ジョイスティックレバーの操作等に応じて船首方位を保持したまま前後、左右、斜め方向に移動させたり、回頭させることができるように、上記左右のプロペラ及びバウスラスタにて各々発生させる推力を制御するために用いるバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置に関するものである。   The present invention provides a ship of a type comprising a pair of propellers on the left and right sides of the stern part, an individual rudder behind each propeller, and a bow thruster at the bow part of the joystick lever. A bow thruster used to control the thrust generated by each of the left and right propellers and the bow thruster so that it can be moved forward and backward, left and right, obliquely or turned while maintaining the heading according to the operation etc. The present invention relates to a thrust control method and apparatus for a two-axis two-ruder ship.

狭い構内を航行する船舶や、作業船等の高い機動性が要求される船舶では、機動性を高めるために、主機によって駆動されるプロペラの他に、船首部の水面下にバウスラスタを装備してなる構成とすることが広く一般的に採用されるようになってきている。   In ships that navigate narrow premises and ships that require high maneuverability, such as work ships, in addition to the propeller driven by the main engine, a bow thruster is installed under the surface of the bow to improve maneuverability. Such a configuration has been widely adopted.

又、近年では、上記のようなバウスラスタを具備した船舶にて、船舶の離岸、接岸時の操作性を高めたり、作業船等の船舶の位置や船首方位を調整する場合の操作性を高めるために、船舶の前後左右方向への移動及び回頭を、ジョイスティックレバーでコントロールすることが行われるようになってきている。   Further, in recent years, in a ship equipped with the bow thruster as described above, the operability at the time of berthing and berthing of the ship is improved, or the operability when adjusting the position and heading of the ship such as a work ship is improved. Therefore, it is becoming possible to control the movement and turning of the ship in the front-rear and left-right directions with a joystick lever.

この種のジョイスティックレバーを用いた船舶のコントロールは、一般に、ジョイスティックレバーを、船舶の移動を希望する前後、左右、斜め方向へ傾けて操作することにより、その傾けた方向に応じて、船舶を回頭させることなく船首方位を保持させた状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させることができるようにすると共に、上記ジョイスティックレバーを傾けて操作するときの傾斜量（傾斜角度）に応じて、上記船舶を前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させるときの移動速度を調整できるようにしてある。   Control of a ship using this type of joystick lever is generally performed by tilting the joystick lever in the forward / backward, left / right, or diagonal directions when desired to move the ship, and turning the ship according to the tilted direction. It is possible to move in the desired direction of front / rear, left / right, and oblique directions while maintaining the heading without any change, and according to the amount of inclination (inclination angle) when operating the joystick lever by tilting Thus, it is possible to adjust the moving speed when the ship is moved in the desired direction of front and rear, left and right, and diagonal directions.

更に、上記ジョイスティックレバーを、左右方向へ回転させることが可能なグリップ部を具備してなる構成として、該グリップ部を、船舶の回頭を希望する左右いずれかの方向へ回転させる操作を行うことにより、その回転させた方向に応じて、船舶を左右の希望する方向へ回頭させることができるようにすると共に、上記グリップ部を左右方向へ回転操作するときの操作量（回転角度）に応じて、上記船舶を左右の希望する方向へ回頭させるときの回頭速度を調整できるようにしてある。   Furthermore, as a configuration comprising a grip portion that can rotate the joystick lever in the left-right direction, by performing an operation of rotating the grip portion in either the left-right direction in which the ship is desired to turn. According to the rotated direction, the ship can be turned in the left and right desired directions, and according to the operation amount (rotation angle) when the grip portion is rotated in the left and right direction, The turning speed when the ship is turned in the desired direction on the left and right can be adjusted.

又、上記ジョイスティックレバーに左右方向へ回転可能なグリップ部を備える構成に代えて、船舶の回頭をコントロールするための回頭ダイヤルを上記ジョイスティックレバーとは別途装備してなる構成として、該回頭ダイヤルを回転操作するときの方向と、その操作量（回転角度）に応じて、船舶を左右の希望する方向へ回頭させると共に、その回頭速度を調整できるようにすることも行われている。   Moreover, instead of the configuration in which the joystick lever is provided with a grip portion that can be rotated in the left-right direction, a turning dial for controlling the turning of the ship is provided separately from the joystick lever, and the turning dial is rotated. Depending on the direction of operation and the amount of operation (rotation angle), the ship is turned in the desired direction on the left and right, and the turning speed can be adjusted.

ところで、複数の推進用のアクチュエータ、たとえば、船体の船尾部の左右両舷側に個別の主機によって駆動される左右１対のプロペラを備えると共に、該各プロペラの後方に個別の舵を備え、且つ船首部にバウスラスタを装備してなる船舶を、移動や回頭等を行わせるときの動きは、上記左右両舷側のプロペラで発生させる推力（スラスト）と、左右両舷側の舵より船体に作用することとなる舵力と、バウスラスタで発生させる推力が複合されることによって決定される。したがって、上述したようなジョイスティックレバーによる船舶のコントロールを、上記バウスラスタを有する２軸２舵船に適用する場合は、ジョイスティックレバーの傾動操作に応じて、上記船舶を船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させるために船体に作用させることが要求される前後方向の力（以下、前後力と云う）及び左右方向の力（以下、横力と云う）と、上記ジョイスティックレバーのグリップ部や、回頭ダイヤルの回転操作に応じて、船舶を左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される回頭モーメントとを、上記左右両舷側のプロペラで発生させるべき推力と、左右両舷側の舵より船体に作用させるべき舵力と、バウスラスタで発生させるべき推力とに適切に配分する必要がある。   By the way, a plurality of propulsion actuators, for example, a pair of left and right propellers driven by individual main engines on the left and right sides of the stern part of the hull, and a separate rudder behind each propeller, and a bow The movement when a ship equipped with a bow thruster is moved, turned, etc., acts on the hull from the thrust generated by the left and right propellers and the rudder on both left and right sides. And the thrust generated by the bow thruster are combined. Therefore, when the above-described control of the ship by the joystick lever is applied to the two-axis two-steered ship having the bow thruster, the ship is kept in front and back while maintaining the heading direction according to the tilting operation of the joystick lever. A longitudinal force (hereinafter referred to as longitudinal force) and a lateral force (hereinafter referred to as lateral force) that are required to be applied to the hull in order to move in the desired direction of right and left and oblique directions at a desired movement speed. And the turning moment required to act on the hull in order to turn the ship in the desired direction to the left and right in the desired turning speed in response to the grip part of the joystick lever and the turning operation of the turning dial. The thrust to be generated by the left and right side propellers, the rudder force to be applied to the hull from the left and right side rudder, and the bow It is necessary to appropriately allocate the thrust and to be generated by the register.

更に、バウスラスタを有する２軸２舵船にて、上記のようなジョイスティックレバーとそのグリップ部や、ジョイスティックレバーと回頭ダイヤルの手動操作を介した船舶の手動操船に代えて、船舶が到達すべき船位や方位をオートパイロットに予め設定して、該オートパイロットにより、上記設定された船位や設定された方位に応じて、船舶を自動操船して、該船舶を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向へ移動させたり、左右方向へ回頭させる場合にも、それぞれの動きを行わせるために船体に作用させることが要求される前後力、横力、回頭モーメントを、該船舶に装備されている左右両舷側のプロペラの推力と、左右両舷側の舵の舵力と、バウスラスタの推力とに適切に配分する必要がある。   Further, in a two-axis two-ruder ship having a bow thruster, the ship position that the ship should reach instead of manual ship maneuvering through manual operation of the joystick lever and its grip part and the joystick lever and turning dial as described above The autopilot is set in advance to the autopilot, and the autopilot automatically operates the ship according to the set ship position and the set bearing, and the ship is kept in front and back while maintaining the heading. The ship is equipped with the longitudinal force, lateral force, and turning moment that are required to be applied to the hull in order to make each movement even when moving left and right, diagonally, and turning in the left and right direction. The right and left propeller thrusts, the left and right rudder rudder forces, and the bow thruster thrust need to be appropriately distributed.

この種のバウスラスタを有する２軸２舵船に希望する動きを行わせるために、その船体に作用させることが要求される前後力、横力、回頭モーメントを、該船舶に装備されている左右両舷側のプロペラの推力と、左右両舷側の舵の舵力と、バウスラスタの推力とに適切に配分できるようにするための手法としては、以下に示すような推力配分方法が従来提案されている。   In order to make a two-axis two-ruder ship having this kind of bow thruster perform the desired movement, it is necessary to apply the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment that are required to act on the hull. As a method for appropriately distributing the thrust of the propeller on the heel side, the steering force of the rudder on the left and right sides, and the thrust of the bow thruster, the following thrust distribution methods have been proposed.

すなわち、これは、操作量に対応する推力を発生するバウスラスタと左右のプロペラを備える船舶を、与えられた目標推力で航走又は定点保持させるために、上記バウスラスタ及び左右のプロペラに与える操作量を演算して、船舶の推力配分を行う推力配分方法において、上記バウスラスタと左右のプロペラの非線形特性に基いて、バウスラスタ及び左右のプロペラが発生する推力及び船舶の推力に関する力及びモーメントのバランス関係を予め定めておく一方、バウスラスタ及び左右のプロペラが発生する推力を可及的に小さくするためのバウスラスタ及び左右のプロペラの状態に関する状態量及び／又は発生推力に関する所定の評価関数を規定して、上記バランス関係と評価関数とに基いて、上記目標推力との間で該バランス関係を満たし、且つ該評価関数に対して所定の条件を満たすバウスラスタ及び左右のプロペラの推力及び左右の舵の舵角の操作量を演算するようにした手法とされている（たとえば、特許文献１参照）。   That is, this is because the amount of operation given to the bow thruster and the left and right propellers is determined in order to cause a ship equipped with a bow thruster that generates thrust corresponding to the amount of operation and left and right propellers to sail or hold a fixed point with the given target thrust. In the thrust distribution method of calculating and distributing the thrust of the ship, the balance relationship between the thrust generated by the bow thruster and the left and right propellers and the force and moment related to the thrust of the ship is calculated in advance based on the nonlinear characteristics of the bow thruster and the left and right propellers. On the other hand, a predetermined evaluation function related to the state quantity and / or the generated thrust for the state of the bow thruster and the left and right propellers for reducing the thrust generated by the bow thruster and the left and right propellers as much as possible is defined and Based on the relationship and the evaluation function, the balance relationship is satisfied with the target thrust. And there is a technique which is adapted to calculate the operation amount of the predetermined condition is satisfied bow thruster and the thrust of the left and right propellers and left and right steering rudder angle with respect to the evaluation function (e.g., see Patent Document 1).

特開２００４−４２８８５号公報JP 2004-42885 A

ところが、上記特許文献１に記載されている推力配分方法は、最終的な操作対象がバウスラスタの推力と、左右両舷側のプロペラの推力と、左右両舷側の舵の舵角とされていて、操作対象の数が多く、しかも、バウスラスタと左右のプロペラの非線形特性に基いて定めるバウスラスタ及び左右のプロペラが発生する推力及び船舶の推力に関する力及びモーメントのバランス関係や、バウスラスタ及び左右のプロペラが発生する推力を可及的に小さくするためのバウスラスタ及び左右のプロペラの状態に関する状態量及び／又は発生推力に関する評価関数を用いるようにしてあるため、調整するパラメータの数が多く、船舶を希望する方向へ動かしたい場合に、バウスラスタ及び左右のプロペラごとに個別にパラメータの調整を行う必要があり、この調整が煩雑なものとなってしまう。そのために、船舶の実際の運用時に、たとえば、ジョイスティックレバーの操作と、船舶の動きにずれが発生した場合には、このずれを修正するための手間が多くなるため、現場の状況に即応することが困難であるという問題がある。   However, in the thrust distribution method described in Patent Document 1, the final operation objects are the thrust of the bow thruster, the thrust of the left and right side propellers, and the rudder angle of the left and right side rudder. The number of objects is large, and the balance between the thrust and the thrust generated by the bow thruster and the left and right propellers determined based on the nonlinear characteristics of the bow thruster and the left and right propellers and the balance of force and moment, and the bow thruster and the left and right propellers are generated. Since the state quantity and / or evaluation function related to the generated thrust for the state of the bow thruster and the left and right propellers for making the thrust as small as possible is used, the number of parameters to be adjusted is large and the ship is moved in the desired direction. If you want to move it, you need to adjust the parameters separately for the bow raster and the left and right propellers. This adjustment becomes cumbersome. Therefore, during the actual operation of the ship, for example, if there is a deviation between the operation of the joystick lever and the movement of the ship, it will take more time to correct this deviation, so be ready for the situation at the site. There is a problem that is difficult.

そこで、本発明は、バウスラスタを有する２軸２舵船を、ジョイスティックレバーの操作等に伴って船首方位を保持させた状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体に作用させることが要求される力に応じて、左右両舷側のプロペラ及びバウスラスタで個別に発生させる推力の制御を行う際に、調整が必要とされるパラメータの数を削減できて、バウスラスタを有する２軸２舵船の動きを、希望する動きに一致させるために要するパラメータの調整作業を従来に比して大幅に軽減できるようにするためのバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置を提供しようとするものである。   Therefore, the present invention moves a biaxial 2-rudder boat having a bow thruster in a desired direction of front / rear, left / right, and diagonal directions while holding the heading in accordance with operation of a joystick lever or the like. The number of parameters that need to be adjusted when controlling the thrust generated individually by the left and right propellers and the bow thruster according to the force required to act on the hull to turn in the direction of 2 axis with a bow thruster to reduce the parameter adjustment work required to match the movement of a two axis two rudder ship having a bow thruster with the desired movement. It is an object of the present invention to provide a thrust control method and apparatus for a two-rudder ship.

本発明は、上記課題を解決するために、バウスラスタを有する２軸２舵船の左右両舷側の舵を所要の舵角に固定した条件の下で、左右両舷側のプロペラと、バウスラスタとの幾何学的な配置を基に、バウスラスタの推力、左舷側のプロペラの推力、右舷側のプロペラの推力と、上記各推力により船体に作用することとなる前後力、横力、回頭モーメントの伝達マトリックスを示す行列を求め、上記バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントが与えられると、該要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記伝達マトリックスを示す行列の逆行列を用いて、上記バウスラスタ及び左右両舷側のプロペラでそれぞれ発生させることが要求される推力を求めるようにするバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a geometrical relationship between the left and right propellers and the bow thruster under the condition that the rudder on both the left and right sides of the two-axis two-rudder boat having a bow thruster is fixed to a required rudder angle. Based on the geometrical arrangement, the thruster of the bow thruster, the thrust of the port side propeller, the thrust of the starboard side propeller, and the transmission matrix of the longitudinal force, lateral force and turning moment that will act on the hull by each of the above thrusts The two-axis, two-ruder boat with the bow thruster is moved at the desired moving speed in the forward / backward, left / right, and diagonal directions while maintaining the heading direction, or desired in the left / right desired direction. The longitudinal force, the lateral force, and the turning force that are required to be applied to the hull in order to turn at the turning speed are given. The thrust required to be generated by the bow thruster and the left and right propellers is calculated using the inverse matrix of the matrix indicating the transfer matrix based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment. A thrust control method and apparatus for a two-axis two-rudder ship having a bow thruster.

又、上記構成において、バウスラスタの推力、左舷側のプロペラの推力、右舷側のプロペラの推力と、上記各推力により船体に作用することとなる前後力、横力、回頭モーメントの伝達マトリックスを示す行列を、左右両舷側のプロペラを共に正転させる場合と、一方を正転させ且つ他方を逆転させる場合と、一方を逆転させ且つ他方を正転させる場合と、両方とも逆転させる場合についてそれぞれ求め、船体に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、伝達マトリックスを示す行列の逆行列を用いて求められるバウスラスタ及び左右両舷側のプロペラのうちの左右両舷側のプロペラで発生させることが要求される推力の符号に応じて、上記伝達マトリックスを選択して用いるようにする。   In the above configuration, the matrix indicating the transmission matrix of the thrust of the bow thruster, the thrust of the port side propeller, the thrust of the starboard side propeller, and the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment that will act on the hull by each of the above thrusts. For the case where both the left and right propellers are rotated forward, the case where one is rotated forward and the other is reversed, the case where one is reversed and the other is rotated forward, and the case where both are reversed, respectively. A bow thruster and left and right propellers obtained by using the inverse matrix of the matrix indicating the transfer matrix based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment as the three-direction components of the force required to act on the hull The transmission matrix is selected and used according to the sign of the thrust required to be generated by the left and right propellers. .

更に、上記各構成において、左舷側の舵を面舵に固定し、且つ右舷側の舵を取舵に固定するようにする。   Further, in each of the above configurations, the port side rudder is fixed to the surface rudder, and the starboard side rudder is fixed to the rudder.

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）バウスラスタを有する２軸２舵船の左右両舷側の舵を所要の舵角に固定した条件の下で、左右両舷側のプロペラと、バウスラスタとの幾何学的な配置を基に、バウスラスタの推力、左舷側のプロペラの推力、右舷側のプロペラの推力と、上記各推力により船体に作用することとなる前後力、横力、回頭モーメントの伝達マトリックスを示す行列を求め、上記バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントが与えられると、該要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記伝達マトリックスを示す行列の逆行列を用いて、上記バウスラスタ及び左右両舷側のプロペラでそれぞれ発生させることが要求される推力を求めるようにするバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置としてあるので、バウスラスタを有する２軸２舵船に希望する動きを行わせるために船体に作用させることが要求される前後力、横力、回転モーメントが与えられると、バウスラスタと左右両舷側のプロペラでそれぞれ発生させるべき推力を一意に求めることができる。したがって、この求められた推力をそれぞれ発生させるように上記バウスラスタ及び左右両舷側のプロペラを駆動することにより、上記バウスラスタを有する２軸２舵船に対し、上記船体に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力、横力、回頭モーメントに応じた前後力、横力、回頭モーメントを作用させることができる。これにより、ジョイスティックレバーの操作による手動操船を行う場合や、オートパイロットに予め設定した設定船位、設定方位に応じて自動操船を行わせる場合に、上記バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ、希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させることができるようになる。
（２）又、予め左右両舷側の舵の舵角を固定する条件を課すことで、バウスラスタを有する２軸２舵船の船首方位を保持させた状態で希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるときに、舵の舵角を操作する必要がなくなるため、操作対象の数を減じることができる。更に、左右両舷側のプロペラを正転させる場合に、左右両舷側のそれぞれ対応する舵で生じる舵直圧力の方向を一方向に固定できると共に、舵直圧力の大きさ（強さ）を、対応するプロペラの推力に比例する値として求めることができることから、このときの比例定数を用いることで、該各舵より船体に作用する前後力、横力、回頭モーメントも、対応するプロペラの推力に比例する値として求めることができる。これにより、バウスラスタを有する２軸２舵船に希望する動きを行わせるために船体に作用させることが要求される前後力、横力、回転モーメントが正確に分かっていれば、バウスラスタと左右両舷側のプロペラでそれぞれ発生させるべき推力を求める際に調整するパラメータは、上記比例定数の１つだけとなるため、パラメータの調整に要する作業を大幅に軽減することができる。
（３）したがって、万一、ジョイスティックレバーの操作や、オートパイロットに予め設定してある設定船位、設定方位に応じて、バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持させた状態で希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるときに、実際に上記バウスラスタを有する２軸２舵船が移動する方向にずれが生じたとしても、本発明では、パラメータとして上記比例定数の１つだけを調整することで、上記ずれを容易に修正することが可能となる。
（４）バウスラスタの推力、左舷側のプロペラの推力、右舷側のプロペラの推力と、上記各推力により船体に作用することとなる前後力、横力、回頭モーメントの伝達マトリックスを示す行列を、左右両舷側のプロペラを共に正転させる場合と、一方を正転させ且つ他方を逆転させる場合と、一方を逆転させ且つ他方を正転させる場合と、両方とも逆転させる場合についてそれぞれ求め、船体に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、伝達マトリックスを示す行列の逆行列を用いて求められるバウスラスタ及び左右両舷側のプロペラのうちの左右両舷側のプロペラで発生させることが要求される推力の符号に応じて、上記伝達マトリックスを選択して用いるようにすることにより、バウスラスタを有する２軸２舵船に希望する動きを行わせるためのバウスラスタと左右両舷側のプロペラでそれぞれ発生させるべき推力を、左右両舷側のプロペラの正転、逆転の運転状況に応じて確実に求めることができる。
（５）左舷側の舵を面舵に固定し、且つ右舷側の舵を取舵に固定するようにすることにより、バウスラスタを有する２軸２舵船を右方向へ回頭させることが希望される場合に、左舷側のプロペラを正転させることにより、上記左舷側の舵で発生する舵直圧力を、船体を右方向へ回頭させるための力として有効に利用でき、一方、バウスラスタを有する２軸２舵船を左方向へ回頭させることが希望される場合に、右舷側のプロペラを正転させることにより、上記右舷側の舵で発生する舵直圧力を、船体を左方向へ回頭させるための力として有効に利用できる。 According to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) A bow thruster based on the geometrical arrangement of the left and right propellers and the bow thruster under the condition that the rudder on both the left and right sides of the two-axis two-ruder boat with the bow thruster is fixed to the required rudder angle. A matrix showing the transmission matrix of the forward thrust, the thrust on the starboard side, the thrust on the starboard side propeller, the longitudinal force, the lateral force and the turning moment that will act on the hull due to each of the above thrusts, and having the bow thruster A hull to move a 2-axis 2-rudder boat at a desired moving speed in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading, and to turn at a desired turning speed in the left / right desired direction When a longitudinal force, a lateral force, and a turning moment of a force required to act on the force are given, a longitudinal force, a lateral force, and a turning force as the required three-way component of the force are given. Mo Of a two-shaft, two-steered ship having a bow thruster that uses the inverse matrix of the matrix indicating the transfer matrix to determine the thrust required to be generated by the bow thruster and the left and right propellers, respectively. Since there is a thrust control method and apparatus, when a longitudinal force, a lateral force, and a rotational moment required to be applied to the hull in order to cause a two-axis two-ruder ship having a bow thruster to perform a desired motion, The thrust to be generated by the left and right propellers can be uniquely determined. Therefore, by driving the bow thruster and the left and right propellers so as to generate the obtained thrusts, the force required to act on the hull for the two-shaft two-rudder boat having the bow thruster is required. The longitudinal force, the lateral force, and the turning moment corresponding to the three-direction components can be applied. As a result, when manual maneuvering is performed by operating the joystick lever, or when the autopilot is to be automatically maneuvered according to a preset ship position and setting direction set in advance, In the state where the position is held, it can be moved in the desired direction of front and rear, left and right, oblique direction at a desired moving speed, or can be turned in the desired left and right direction at a desired turning speed.
(2) In addition, by imposing a condition to fix the rudder angle of the left and right side rudder in advance, it is possible to move in the desired direction while maintaining the bow direction of the 2-axis 2-rudder ship having a bow thruster, When turning in the desired direction, there is no need to operate the rudder angle of the rudder, so the number of operation objects can be reduced. Furthermore, when rotating the left and right side propellers in the forward direction, the direction of the rudder straight pressure generated by the corresponding rudder on the right and left side can be fixed in one direction, and the magnitude (strength) of the rudder straight pressure can be adjusted. Therefore, by using the proportional constants at this time, the longitudinal force, lateral force, and turning moment that act on the hull from each rudder are also proportional to the thrust of the corresponding propeller. Can be obtained as a value to be As a result, if the longitudinal force, lateral force, and rotational moment required to be applied to the hull in order to make the two-axis, two-ruder ship with bow thruster perform the desired movement are accurately known, the bow thruster and both left and right sides The parameter to be adjusted when obtaining the thrust to be generated by each of the propellers is only one of the above-described proportionality constants, so that the work required for parameter adjustment can be greatly reduced.
(3) Therefore, in the unlikely event that the biaxial 2-ruder boat with bow thruster is maintained in the bow direction, depending on the operation of the joystick lever and the preset ship position and setting direction set in advance in the autopilot In the present invention, even if a deviation occurs in the moving direction of the two-shaft, two-ruder ship having the bow thruster when moving in the desired direction or turning in the desired direction on the left and right, the proportional constant is used as a parameter in the present invention. By adjusting only one of the above, it is possible to easily correct the deviation.
(4) The matrix indicating the transmission matrix of the thrust of the bow thruster, the thrust of the port side propeller, the thrust of the starboard side propeller, and the longitudinal force, lateral force, and turning force that will act on the hull due to each of the above thrusts, Determine both the case where both propellers are rotated forward, the case where one is rotated forward and the other is reversed, the case where one is reversed and the other is rotated forward, and the case where both are reversed. Of the thrusters that are obtained by using the inverse matrix of the matrix indicating the transfer matrix based on the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment as the three-direction components of the force required to be By selecting and using the transfer matrix according to the sign of thrust required to be generated by the left and right propellers, The thrust to be generated by the bow thruster and the left and right side propellers to make the desired movement of the two-axle and two rudder boat with thrusters depend on the forward and reverse driving conditions of the left and right side propellers. Can be sought.
(5) When it is desired to turn the two-shaft two-rudder boat with bow thruster to the right by fixing the starboard rudder to the rudder and the starboard rudder to the rudder. By rotating the port side propeller forward, the rudder straight pressure generated by the port side rudder can be effectively used as a force for turning the hull to the right, while a two-axis two-rudder having a bow thruster. When it is desired to turn the ship to the left, by rotating the starboard propeller forward, the rudder direct pressure generated by the starboard rudder is used as a force to turn the hull to the left. It can be used effectively.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１乃至図２は本発明のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置を示すもので、概説すると、図２に示す如く、船体１の船尾部における左右両舷に、図示しない個別の主機によって駆動できるようにしてある左右１対のプロペラ２ａ，２ｂを備えると共に、該各プロペラ２ａ，２ｂの後方に個別に舵３ａ，３ｂを備え、更に、船首部にバウスラスタ４を備えたバウスラスタを有する２軸２舵船について、予め左右両舷側の舵３ａ，３ｂを所要の舵角に固定する。そして、上記左右両舷側の舵３ａ，３ｂを所要の舵角に固定した条件の下で、船体１上における上記左右のプロペラ２ａ，２ｂ及び舵３ａ，３ｂと、バウスラスタ４との幾何学的な配置を基に、バウスラスタ４の推力Ｆｂと、左舷側のプロペラ２ａの推力（左舷スラスト）ＴＬと、右舷側のプロペラ２ｂの推力（右舷スラスト）ＴＲを要素とする（Ｆｂ，ＴＬ，ＴＲ）ｔ（右肩のｔは転置を表す。以下同様。）と、上記各推力Ｆｂ及びＴＬ及びＴＲにより船体１に作用することとなる前後力Ｘと横力Ｙと回頭モーメントＮを要素とする（Ｘ，Ｙ，Ｎ）ｔとの伝達マトリックスを示す行列を求める。次いで、上記バウスラスタを有する２軸２舵船を、ジョイスティックレバー５の操作等に応じて船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させたり、左右の希望する方向へ回頭させるために船体１に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力Ｘと、横力Ｙと、回頭モーメントＮが与えられると、この要求される力の３方向成分を要素とする（Ｘ，Ｙ，Ｎ）ｔに、上記伝達マトリックスを示す行列の逆行列を掛けることで、上記バウスラスタ４及び左右のプロペラ２ａ，２ｂでそれぞれ発生させるべき推力（Ｆｂ，ＴＬ，ＴＲ）ｔを求めるようにする。 FIGS. 1 and 2 show a thrust control method and apparatus for a two-shaft, two-steered ship having a bow thruster according to the present invention. In brief, as shown in FIG. A pair of left and right propellers 2a and 2b that can be driven by individual main engines are provided, and rudders 3a and 3b are provided individually behind the propellers 2a and 2b, respectively, and a bow thruster 4 is provided at the bow. For a two-axis two-rudder ship having a bow thruster, the left and right rudder ruds 3a and 3b are fixed in advance to a required rudder angle. The geometrical relationship between the left and right propellers 2a and 2b and the rudders 3a and 3b on the hull 1 and the bow thruster 4 is obtained under the condition that the left and right rudder ruds 3a and 3b are fixed at a required rudder angle. arranged based on, for a thrust F b of the bow thruster 4, the thrust (port thrust) T L of the port side of the propeller 2a, the thrust (starboard thrust) T R elements starboard propeller 2b (F b, T L, and T R) t (superscript t denotes the transpose. forth.), and the longitudinal force X and the lateral force Y to be acting on the hull 1 by the respective thrust F b and T L and T R A matrix indicating a transfer matrix with (X, Y, N) t having the turning moment N as an element is obtained. Next, the two-axis two-rudder boat having the bow thruster is moved in the desired direction of front / rear, left / right, and diagonal directions while maintaining the bow direction according to the operation of the joystick lever 5 or the like, or in the desired direction of the left / right. When the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N as the three-way components of the force required to act on the hull 1 for turning are given, the three-way components of the requested force are factored (X, Y, N) t is multiplied by the inverse matrix of the matrix indicating the transfer matrix to thereby generate the thrusts (F b , T L , T, to be generated by the bow raster 4 and the left and right propellers 2a, 2b, respectively. R ) t is determined.

以下、詳述する。   Details will be described below.

最初に、本発明のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法の導出について説明する。   First, derivation of a thrust control method for a two-shaft two-ruder ship having a bow thruster according to the present invention will be described.

先ず、バウスラスタを有する２軸２舵船の船体１上におけるバウスラスタ４と左右両舷側の各プロペラ２ａ，２ｂ及び舵３ａ，３ｂの幾何学的な配置を、図２に示すように、船体の重心をＧとして、該重心Ｇを原点として船体中心線に沿う船首尾方向をｘ軸方向とし、これと直行する左右の船幅方向をｙ軸方向とする船体固定座標上に定める。すなわち、上記左右のプロペラ２ａと２ｂは、上記重心Ｇより後方へｌｘ離れた位置で、且つ船体中心線より左右両側にそれぞれｌｙずつ離れた位置にそれぞれ配設してあるものとする。又、上記バウスラスタ４は、上記重心Ｇよりも前方へｌｂ離れた位置の船体中心線上に配設してあるものとする。なお、左右の舵３ａと３ｂは、それぞれ上記左右のプロペラ２ａと２ｂの直後に設けてあるため、該左右の舵３ａ，３ｂによる舵力が船体１に作用する船体固定座標上の位置は、船体固定座標上における上記プロペラ２ａ，２ｂの位置と同一と見做すものとする。   First, the geometrical arrangement of the bow thruster 4 and the left and right propellers 2a, 2b and the rudders 3a, 3b on the hull 1 of a two-axis two-rudder boat having a bow thruster is shown in FIG. Is defined on the hull fixed coordinates with the center of gravity G as the origin and the fore-and-aft direction along the hull center line as the x-axis direction and the right and left ship width directions perpendicular thereto as the y-axis direction. That is, it is assumed that the left and right propellers 2a and 2b are disposed at positions separated by lx rearward from the center of gravity G and at positions separated by ly on the left and right sides from the hull center line. The bow raster 4 is disposed on the hull center line at a position lb away from the center of gravity G. Since the left and right rudders 3a and 3b are provided immediately after the left and right propellers 2a and 2b, respectively, the positions on the hull fixed coordinates at which the rudder force by the left and right rudders 3a and 3b acts on the hull 1 are as follows: It is assumed that the positions of the propellers 2a and 2b are the same on the hull fixed coordinates.

ここで、一般に、船舶がほぼ停船しているという状態でプロペラの後方に設置されている舵で発生する舵力について考える。ベルヌーイの定理によれば、無限遠方におけるプロペラ後流の速度ｕ∞は、プロペラへ流入する流速がゼロの場合、次式のようになる。

Figure 2008174173
上記におけるＴはプロペラの推力（スラスト）、ρは流体（水）の密度、ＤＰはプロペラの直径を示す。 Here, in general, the rudder force generated by the rudder installed behind the propeller in a state where the ship is almost stopped will be considered. According to Bernoulli's theorem, the velocity u ∞ of the propeller wake at infinity is given by the following equation when the flow velocity flowing into the propeller is zero.
Figure 2008174173
 T in the above is the propeller thrust (thrust), [rho is the density of the fluid (water), D P represents the diameter of the propeller.

一方、舵直圧力ＦＮは、舵に流入する流速をＵＲとすると、次式のように表される。

Figure 2008174173
上記におけるＡＲは舵の投影面積、ｆαは舵直圧力係数、δは舵角を示す。 On the other hand, steering straight the pressure F N, when the flow rate flowing into the rudder and U R, is expressed by the following equation.
Figure 2008174173
 A R in the projection area of the rudder, f alpha rudder straight pressure coefficient, [delta] represents a steering angle.

船舶がほぼ停船している状態では、舵に入る主な流れはプロペラ後流であるので、舵位置でのプロペラ後流が無限遠でのｋＸ倍であるとして、上記（Ａ１）式と（Ａ２）式を用いてスラストＴと、舵直圧力ＦＮとの関係を求めると、次式のようになる。

Figure 2008174173
上記（Ａ３）式により、舵角δを固定すれば、スラストＴに掛かっている係数は定数になることから、正転するプロペラの後流を受ける舵に発生する舵力は、上記プロペラで発生させるスラスト（推力）Ｔにほぼ比例することが分かる。 In the state where the ship is almost quarantine, since the main stream entering the rudder is flow after propeller, as the propeller slip stream at the steering position is k X times at infinity, the formula (A1) and ( the thrust T using A2) type, when determining the relationship between the steering straight pressure F N, expressed as follows.
Figure 2008174173
 If the rudder angle δ is fixed according to the above formula (A3), the coefficient applied to the thrust T becomes a constant. Therefore, the rudder force generated in the rudder that receives the wake of the forward propeller is generated by the propeller. It turns out that it is almost proportional to the thrust (thrust) T to be made.

そこで、本発明では、上記係数をＣとおくことにする。該係数Ｃは、形状によって決まる値であるが、実際には、形状による値を初期値として、調整によって決まるパラメータである。   Therefore, in the present invention, the coefficient is C. The coefficient C is a value determined by the shape, but is actually a parameter determined by adjustment with the value of the shape as an initial value.

一方、上記のように船舶がほぼ停船しているという条件の下で、プロペラを逆転させるときには、舵によって生じる舵力はほぼゼロと見做せる。   On the other hand, when the propeller is reversely rotated under the condition that the ship is almost stopped as described above, the rudder force generated by the rudder can be regarded as almost zero.

本発明のバウスラスタを有する２軸２舵船の推進力制御方法では、予め、図２に示す如く、左舷側の舵３ａを面舵に固定し、且つ右舷側の舵３ｂを取舵に固定するようにする。このとき左舷側の舵３ａの舵角をδとすると、右舷側の舵３ｂの舵角は−δとなる。なお、上記において左舷側の舵３ａを面舵に固定し、且つ右舷側の舵３ｂを取舵に固定するようにしたのは、バウスラスタを有する２軸２舵船を右方向へ回頭させることが希望される場合に、左舷側のプロペラ２ａを正転させることにより、上記左舷側の面舵に固定してある舵３ａにて図２に線ａで示す如き方向に発生する舵直圧力を、船体１を右方向へ回頭させるための力として有効に利用でき、一方、バウスラスタを有する２軸２舵船を左方向へ回頭させることが希望される場合には、右舷側のプロペラ２ｂを正転させることにより、上記右舷側の取舵に固定してある舵３ｂにて図２に線ｂで示す如き方向に発生する舵直圧力を、船体１を左方向へ回頭させるための力として有効に利用できるためである。   In the propulsive force control method for a two-shaft two-rudder ship having a bow thruster according to the present invention, as shown in FIG. 2, the port side rudder 3a is fixed to the surface rudder and the starboard side rudder 3b is fixed to the rudder in advance. To do. At this time, if the rudder angle of the starboard side rudder 3a is δ, the rudder angle of the starboard side rudder 3b is −δ. In the above description, the port side rudder 3a is fixed to the surface rudder and the starboard side rudder 3b is fixed to the rudder. When the port side propeller 2a is rotated forward, the rudder 3a fixed to the port side surface rudder causes the rudder straight pressure generated in the direction shown by the line a in FIG. When it is desired to turn the 2-axis 2-ruder with a bow thruster to the left, it can be used effectively as a force for turning to the right, by rotating the starboard propeller 2b in the forward direction. Because the rudder direct pressure generated in the direction indicated by the line b in FIG. 2 by the rudder 3b fixed to the starboard side rudder can be effectively used as a force for turning the hull 1 leftward. is there.

上記のように左右両舷側の舵３ａと３ｂの舵角を共に固定した条件の下で、先ず、左右両舷側のプロペラ２ａと２ｂを共に正転させる場合について考える。左舷側のプロペラ２ａを正転させて左舷推力ＴＬを発生させると、上記左舷側の舵３ａに生じる舵直圧力の大きさ（強さ）は、上記（Ａ３）式によりＣＴＬとなるため、該左舷側の舵３ａより船体１に作用する前後力ＸＲＬと、横力ＹＲＬと、回頭モーメントＮＲＬは、それぞれ以下のようになる。

Figure 2008174173
同様に、上記左右両舷側の舵３ａと３ｂの舵角を固定した条件の下で、右舷側のプロペラ２ｂを正転させて右舷スラストＴＲを発生させると、上記右舷側の舵３ｂにて生じる舵直圧力の大きさ（強さ）は、上記（Ａ３）式によりＣＴＲとなるため、該右舷側の舵３ｂより船体１に作用する前後力ＸＲＲと、横力ＹＲＲと、回頭モーメントＮＲＲは、それぞれ以下のようになる。
Figure 2008174173
 したがって、上記左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂを共に正転させて発生させる左舷スラストＴＬ及び右舷スラストＴＲ、並びに、バウスラスタ４にて発生させる推力Ｆｂと、これらの左舷スラストＴＬ、右舷スラストＴＲ、バウスラスタ推力Ｆｂが複合されるよって船体１に作用することとなる前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮとをあわせて行列表示すると、以下のようになり、推力と力の伝達マトリックスが、３×３の正方行列となる。
Figure 2008174173
 そこで、バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持して前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させる場合に船体１に作用させることが要求される力の船体固定座標上でのｘ軸方向成分である前後力Ｘ、及び、ｙ軸方向成分である横力Ｙと、左右の希望する方向へ回頭させる場合に船体１に作用させることが要求される回頭モーメントＮが与えられると、上記伝達マトリックスである正方行列の逆行列を用いた以下の（１）式によって、バウスラスタ４に要求される推力Ｆｂと、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂにそれぞれ要求される推力ＴＬ及びＴＲが与えられるようになる。
Figure 2008174173
 これにより、バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向に移動させるために船体１に作用させることが要求される力の３方向成分を要素とする（Ｘ，Ｙ，Ｎ）ｔが与えられると、すなわち、たとえば、移動を希望する方向が前方である場合に（Ｘ，０，０）ｔが、又、移動を希望する方向が斜め前方である場合に（Ｘ，Ｙ，０）ｔが与えられると、これを上記（１）式の右辺に代入することで、上記バウスラスタを有する２軸２舵船を船首方位を保持した状態で上記したような方向へ移動を行わせるためにバウスラスタ４で出力すべき推力Ｆｂと、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂでそれぞれ出力すべき推力ＴＬ及びＴＲを、一意に求めることができるようにしてある。 Consider the case where both the left and right side propellers 2a and 2b are normally rotated under the condition that the rudder angles of the left and right side rudder 3a and 3b are both fixed as described above. When the port side propeller 2a is rotated forward to generate the port thrust TL , the magnitude (strength) of the steering straight pressure generated in the port side rudder 3a becomes CT L according to the above equation (A3). a longitudinal force X RL acting from the hull 1 rudder 3a of the left broadside, a lateral force Y RL, turning moment N RL becomes respectively as follows.
Figure 2008174173
 Similarly, under conditions with a fixed steering angle of the steering 3a and 3b of the left and right broadside, when generating a starboard thrust T R by forward starboard side of the propeller 2b, at the starboard side of the rudder 3b resulting steering straight the pressure magnitude of the (intensity), since the CT R by the above (A3) formula, and the longitudinal force X RR acting on the hull 1 from the steering 3b of the right broadside, a lateral force Y RR, stem turning The moment N RR is as follows.
Figure 2008174173
 Therefore, the port thrust T L and starboard thrust T R generated by rotating both the left and right propellers 2a and 2b forward, the thrust F b generated by the bow thruster 4, and these port thrust T L , starboard thrust T R, bow thruster thrust F b is the longitudinal force X that would act on the hull 1 I'll be complex, lateral force Y, the matrix is displayed together with turning moment N, as follows, the thrust and force The transfer matrix is a 3 × 3 square matrix.
Figure 2008174173
 Therefore, on the hull fixed coordinates of the force required to be applied to the hull 1 when the biaxial two-rudder boat having a bow thruster is moved in the desired direction of front / rear, left / right, and diagonal directions while maintaining the bow direction. The longitudinal force X that is the x-axis direction component and the lateral force Y that is the y-axis direction component, and the turning moment N that is required to act on the hull 1 when turning in the left and right desired directions are given. And the following formula (1) using the inverse matrix of the square matrix that is the transfer matrix, the thrust F b required for the bow raster 4 and the thrusts T L required for the left and right propellers 2a and 2b, respectively. and T R is as given.
Figure 2008174173
 As a result, the three-direction component of the force required to be applied to the hull 1 to move the biaxial two-rudder boat having a bow thruster in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading. (X, Y, N) t is given, that is, for example, when the direction in which movement is desired is forward, (X, 0, 0) t is also the direction in which movement is desired. When (X, Y, 0) t is given in the case of diagonally forward, this is substituted into the right side of the above equation (1) to maintain the bow direction of the 2-axis 2-ruder ship having the bow thruster. in the thrust F b to be output at the bow thruster 4 to effect the movement direction as described above, the thrust T L and T R to be outputted by the propeller 2a and 2b of the left and right broadside, it is uniquely determined I can do it.

なお、船舶を斜め方向に移動させる場合は、船体１が前後方向へ移動するときに生じる抵抗と、左右横方向に移動するときに生じる抵抗との大きさが異なるので、ジョイスティックレバー等の操作によって指示、設定されるバウスラスタを有する２軸２舵船の移動を希望する方向と、該希望する方向へ上記船舶を実際に移動させるために船体１に作用させることが要求される力の方向には差が生じる。そのために、船体１を斜め方向に移動させることが希望される場合には、移動を希望する斜め方向の力を基に、船体１の前後方向移動時に作用する抵抗と、左右横方向移動時に作用する抵抗との大きさの比を考慮して、要求される力のｘ軸方向成分の値Ｘと、ｙ軸方向成分の値Ｙを適宜調節するようにすればよい。   When the ship is moved in an oblique direction, the resistance generated when the hull 1 moves in the front-rear direction is different from the resistance generated when the hull 1 moves in the left-right direction. The direction in which the two-axis two-ruder ship with the bow thruster to be instructed and set is desired to move and the direction of the force required to act on the hull 1 to actually move the ship in the desired direction There is a difference. Therefore, when it is desired to move the hull 1 in an oblique direction, the resistance that acts when the hull 1 moves in the front-rear direction and the action that occurs when the hull 1 moves in the left-right lateral direction based on the force in the oblique direction desired to move. In consideration of the ratio of the magnitude to the resistance to be applied, the value X of the required force in the x-axis direction component and the value Y of the y-axis direction component may be appropriately adjusted.

上記（１）式は、バウスラスタを有する２軸２舵船にて、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂを共に正転させる場合の推力と力の伝達マトリックスを基に得られた式である。しかし、上記バウスラスタを有する２軸２舵船を左右の横方向へ移動させる場合等には、片舷側のプロペラ２ａ又は２ｂを逆転させて、該片舷側のプロペラ２ａ又は２ｂで発生させる推力ＴＬ又はＴＲが負の値となるようにすることが必要とされる。 The above equation (1) is an equation obtained on the basis of a thrust and force transmission matrix when both the left and right propellers 2a and 2b are rotated forward in a two-axis two-rudder boat having a bow thruster. However, when the two-axis two-ruder ship having the bow thruster is moved in the lateral direction, the thrust TL generated by reversing the propeller 2a or 2b on one side and the propeller 2a or 2b on the one side is reversed. or T R is required to be such that a negative value.

具体的には、バウスラスタを有する２軸２舵船を右横方向に移動させる場合は、左舷側のプロペラ２ａを正転させると共に、右舷側のプロペラ２ｂを逆転させる必要が生じる。このように右舷側のプロペラ２ｂを逆転させて右舷推力ＴＲが負の値となるようにすると、右舷側の舵３ｂの舵力がゼロとなるので、上記（Ｂ２）式におけるＸＲＲ、ＹＲＲ、ＮＲＲの値はすべてゼロとなる。この際、上記左舷側のプロペラ２ａは、正転のままで正の値を有する左舷推力ＴＬを発生させるようにしてあるため、左舷側の舵３ａから船体１に対しては、上記（Ｂ１）式に示した如き前後力ＸＲＬ、横力ＹＲＬ、回頭モーメントＮＲＬが作用するようになる。したがって、以上のような条件の下で、上記（Ｂ３）式と同様にして、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂで発生させる左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲ、並びに、バウスラスタ４で発生させる推力Ｆｂと、船体１に作用することとなる前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮとをあわせて行列表示して、推力と力の伝達マトリックスを３×３の正方行列として求め、しかる後、該伝達マトリックスの逆行列を用いて、バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持して希望する右横方向へ移動させる場合に要求される力の船体固定座標上でのｘ軸方向成分である前後力Ｘと、ｙ軸方向成分である横力Ｙと、希望する方向へ回頭させる場合に要求される回頭モーメントＮとから、バウスラスタ４に要求される推力Ｆｂと、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂにそれぞれ要求される推力ＴＬ及びＴＲを求めるための式を導くと、以下の（２）式となる。

Figure 2008174173
一方、バウスラスタを有する２軸２舵船を左横方向に移動させる場合は、左舷側のプロペラ２ａを逆転させると共に、右舷側のプロペラ２ｂを正転させる必要が生じる。このように左舷側のプロペラ２ａを逆転させて左舷推力ＴＬが負の値となるようにすると、左舷側の舵３ａの舵力がゼロとなるので、上記（Ｂ１）式におけるＸＲＬ、ＹＲＬ、ＮＲＬの値はすべてゼロとなる。この際、上記右舷側のプロペラ２ｂは、正転のままで正の値を有する右舷推力ＴＲを発生させるようにしてあるため、右舷側の舵３ｂから船体１に対しては、上記（Ｂ２）式に示した如き前後力ＸＲＲ、横力ＹＲＲ、回頭モーメントＮＲＲが作用するようになる。したがって、以上のような条件の下で、上記（Ｂ３）式と同様にして、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂで発生させる左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲ、並びに、バウスラスタ４で発生させる推力Ｆｂと、船体１に作用することとなる前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮとをあわせて行列表示して、推力と力の伝達マトリックスを３×３の正方行列として求め、しかる後、該伝達マトリックスの逆行列を用いて、バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持して希望する左横方向へ移動させる場合に要求される力の船体固定座標上でのｘ軸方向成分である前後力Ｘと、ｙ軸方向成分である横力Ｙと、希望する方向へ回頭させる場合に要求される回頭モーメントＮとから、バウスラスタ４に要求される推力Ｆｂと、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂにそれぞれ要求される推力ＴＬ及びＴＲを求めるための式を導くと、以下の（３）式となる。
Figure 2008174173
 更に、バウスラスタを有する２軸２舵船を、後方や後方に近い斜め後ろ方向へ移動させる場合には、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂを、共に逆転させる必要が生じる。この場合には、左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲが共に負の値となり、左右両舷側の舵３ａ及び３ｂの舵力が共にゼロとなる。この条件の下で、上記（Ｂ３）式と同様にして、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂで発生させる左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲ、並びに、バウスラスタ４で発生させる推力Ｆｂと、船体１に作用することとなる前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮとをあわせて行列表示して、推力と力の伝達マトリックスを３×３の正方行列として求めた後、該伝達マトリックスの逆行列を用いて、バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持して希望する後方や後方に近い斜め後ろ方向へ移動させる場合に要求される力の船体固定座標上でのｘ軸方向成分である前後力Ｘと、ｙ軸方向成分である横力Ｙと、希望する方向へ回頭させる場合に要求される回頭モーメントＮとから、バウスラスタ４に要求される推力Ｆｂと、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂにそれぞれ要求される推力ＴＬ及びＴＲを求めるための式は、以下の（４）式となる。
Figure 2008174173
 以上の点に鑑みて、本発明では、バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ移動させる場合や、左右の希望する方向へ回頭させる場合には、上記希望する動きを行わせるために船体１に作用させることが要求される前後力Ｘ、横力Ｙ，回頭モーメントＮが与えられると、移動を希望する方向に応じて上記（１）式〜（４）式を適宜選択して用いることで、上記バウスラスタを有する２軸２舵船に希望する方向への移動や、希望する方向への回頭を行わせるために要求されるバウスラスタ４の推力Ｆｂと、左舷側のプロペラ２ａの推力ＴＬと、右舷側のプロペラ２ｂの推力ＴＲを一意に求めるようにしてある。 Specifically, when a two-axis two-ruder boat having a bow thruster is moved in the right lateral direction, it is necessary to rotate the port side propeller 2a forward and reverse the starboard side propeller 2b. With this as starboard propeller 2b a by reversing starboard thrust T R is a negative value, the steering force of the starboard side of the rudder 3b is zero, X RR in the (B2) equation, Y The values of RR and N RR are all zero. At this time, since the port side propeller 2a generates a port thrust TL having a positive value while rotating forward, the above-mentioned (B1 The longitudinal force X RL , the lateral force Y RL , and the turning moment N RL as shown in FIG. Therefore, under the conditions as described above, the port thrust thrust T L and starboard thrust T R generated by the left and right propellers 2a and 2b and the thrust generated by the bow thruster 4 are the same as in the above equation (B3). F b and the longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N that will act on the hull 1 are displayed in a matrix, and the thrust and force transmission matrix is obtained as a 3 × 3 square matrix. Using the inverse matrix of the transfer matrix, the x-axis on the hull-fixed coordinates of the force required for moving the two-axis two-rudder ship having a bow thruster in the desired right lateral direction while maintaining the heading From the longitudinal force X that is the directional component, the lateral force Y that is the y-axis direction component, and the turning moment N that is required when the head is turned in the desired direction, the thrust F b that is required for the bow thruster 4,プ side When directing the expression for calculating the thrust T L and T R required respectively propeller 2a and 2b, the following equation (2).
Figure 2008174173
 On the other hand, in the case of moving the two-shaft two-ruder ship having a bow thruster in the left lateral direction, it is necessary to reverse the port side propeller 2a and forwardly rotate the starboard side propeller 2b. Thus, if the port side propeller 2a is reversed so that the port side thrust TL has a negative value, the rudder force of the port side rudder 3a becomes zero. Therefore, XRL , Y in the above equation (B1) The values of RL and NRL are all zero. At this time, the starboard side of the propeller 2b, because you have to generate a starboard thrust T R having a positive value while the forward, for the hull 1 from the starboard side of the rudder 3b, the (B2 The longitudinal force X RR , the lateral force Y RR , and the turning moment N RR as shown in FIG. Therefore, under the conditions as described above, the port thrust thrust T L and starboard thrust T R generated by the left and right propellers 2a and 2b and the thrust generated by the bow thruster 4 are the same as in the above equation (B3). F b and the longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N that will act on the hull 1 are displayed in a matrix, and the thrust and force transmission matrix is obtained as a 3 × 3 square matrix. Using the inverse matrix of the transfer matrix, the x-axis on the hull-fixed coordinates of the force required to move the biaxial 2-ruder with a bow thruster in the desired lateral direction while maintaining the heading From the longitudinal force X that is the directional component, the lateral force Y that is the y-axis direction component, and the turning moment N that is required when the head is turned in the desired direction, the thrust F b that is required for the bow thruster 4,プ side When directing the expression for calculating the thrust T L and T R required respectively propeller 2a and 2b, the following equation (3).
Figure 2008174173
 Further, when the biaxial two-ruder boat having a bow thruster is moved rearward or obliquely rearward near the rear, both the left and right propellers 2a and 2b need to be reversed. In this case, the port thrust T L and starboard thrust T R are both a negative value, the steering force of the steering 3a and 3b of the left and right broadside is both zero. Under this condition, in the same manner as the above equation (B3), the port thrust TL and starboard thrust T R generated by the left and right propellers 2a and 2b, the thrust F b generated by the bow thruster 4, and the hull The longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N acting on 1 are displayed in a matrix and the thrust and force transmission matrix is obtained as a 3 × 3 square matrix, and then the inverse of the transmission matrix is obtained. X-axis direction on hull-fixed coordinates of the force required to move a biaxial 2-rudder boat with bow thruster to the desired rearward or diagonally rearward direction close to the rear using the matrix From the longitudinal force X that is a component, the lateral force Y that is a y-axis direction component, and the turning moment N that is required when the head is turned in a desired direction, the thrust F b that is required for the bow thruster 4 and both left and right sides Propeller The formula for obtaining the thrust T L and T R required respectively 2a and 2b, the following equation (4).
Figure 2008174173
 In view of the above points, in the present invention, a biaxial, two-ruder boat having a bow thruster is moved in a desired direction of front / rear, left / right, and diagonal directions while maintaining the heading direction, or in a desired direction of left / right. In the case of turning, when the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N that are required to be applied to the hull 1 in order to perform the desired movement are given, the above movement is made according to the direction in which the movement is desired. By appropriately selecting and using the equations (1) to (4), it is required to cause the two-shaft, two-ruder boat having the bow thruster to move in the desired direction and turn in the desired direction. a thrust F b of the bow thruster 4, the thrust T L of the port side of the propeller 2a, are as uniquely determine the thrust T R starboard propeller 2b.

次に、本発明のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置の具体的な構成について説明する。   Next, a specific configuration of a thrust control method and apparatus for a two-axis two-ruder ship having a bow thruster according to the present invention will be described.

本発明の推力制御装置は、図２に示す如く、手動操船用のジョイスティックレバー５を備えると共に、該ジョイスティックレバー５の操作方向と操作量を、バウスラスタを有する２軸２舵船を船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために、船体１に作用させることが要求される力と回頭モーメントに変換して出力できるようにした操作量・要求力変換器６を備える。なお、上記ジョイスティックレバー５は、バウスラスタを有する２軸２舵船の回頭を操作するための回転可能なグリップ部を備えた形式又は回頭ダイヤルを併設した形式のいずれであってもよい。   As shown in FIG. 2, the thrust control device of the present invention includes a joystick lever 5 for manual boat maneuvering, and maintains the heading of a 2-axis 2-steered boat having a bow thruster with the operation direction and operation amount of the joystick lever 5. The force required to be applied to the hull 1 in order to move in the desired direction in the forward / backward, left / right, and diagonal directions at the desired moving speed, or to turn in the desired left / right desired direction. And an operation amount / required force converter 6 that can be converted into a turning moment and output. The joystick lever 5 may be either of a type having a rotatable grip portion for operating the turning of a two-axis two-ruder boat having a bow thruster or a type having a turning dial.

又、自動操船を行うために、バウスラスタを有する２軸２舵船の到達を希望する船位や方位を予め設定すると、該設定船位や設定方位と、実際の船位や船首方位との差分をフィードバックすることで、上記設定船位や設定方位に到達するために船体１に作用させることが要求される力と回頭モーメントを出力する機能を有するオートパイロット７を備える。   In addition, in order to perform automatic maneuvering, if a ship position and direction desired to reach a 2-axis 2-ruder ship having a bow thruster are set in advance, the difference between the set ship position and set direction and the actual ship position and heading is fed back. Thus, an autopilot 7 having a function of outputting a force and a turning moment required to be applied to the hull 1 in order to reach the set ship position and set direction is provided.

更に、上記バウスラスタを有する２軸２舵船の手動操船又は自動操船を開始するために、上記操作量・要求力変換器６の出力信号、又は、上記オートパイロット７の出力信号のいずれか一方を制御装置９へ入力させるように切り替えるための入力切替部８を備えると共に、該入力切替部８の下流側に、制御部９を備える。   Further, in order to start manual maneuvering or automatic maneuvering of the two-axis two-steering boat having the bow thruster, either the output signal of the operation amount / required force converter 6 or the output signal of the autopilot 7 is sent. An input switching unit 8 for switching to input to the control device 9 is provided, and a control unit 9 is provided on the downstream side of the input switching unit 8.

上記制御部９は、上記操作量・要求力変換器６又は上記オートパイロット７より、上記入力切替部８を介して、船体１に作用させることが要求される力と回頭モーメントの情報が入力されると、後述する制御手順に従って、船体１に作用させることが要求される力の船体固定座標上におけるｘ軸方向成分である前後力Ｘと、ｙ軸方向成分である横力Ｙと、要求される回頭モーメントＮの３方向成分を基に、上記（１）式〜（４）式のいずれかを用いて、左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂでそれぞれ発生させることが要求される左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲと、バウスラスタ４で発生させることが要求されるバウスラスタ推力Ｆｂを、一意に求めることができるようにしてある。 The control unit 9 receives from the operation amount / required force converter 6 or the autopilot 7 via the input switching unit 8 information on the force and turning moment required to be applied to the hull 1. Then, according to the control procedure described later, a longitudinal force X that is an x-axis direction component and a lateral force Y that is a y-axis direction component of the force required to be applied to the hull 1 are required. Port thrust T L required to be generated by the left and right propellers 2a and 2b using either of the above formulas (1) to (4) based on the three-direction components of the turning moment N and a starboard thrust T R, the bow thruster thrust F b which are required to be generated by the bow thruster 4, are to be able to uniquely determine.

上記制御部９の下流側には、推力・回転数変換器１０を備えて、該推力・回転数変換器１０にて、上記制御部９で求められた左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲと、バウスラスタ推力Ｆｂを基に、該各推力ＴＬ，ＴＲ，Ｆｂを得るために必要とされる上記左舷側のプロペラ２ａの回転数と、右舷側のプロペラ２ｂの回転数と、バウスラスタ４の回転数を、それぞれ算出して、該各算出結果を、左舷側のプロペラ２ａを駆動する左舷側主機（図示せず）の運転を制御する左舷主機制御器１１ａと、右舷側のプロペラ２ｂを駆動する右舷側主機（図示せず）の運転を制御する右舷主機制御器１１ｂと、バウスラスタ４の運転を制御するバウスラスタ制御器１２へ、それぞれ回転数指令として与えることができるようにする。 A thrust / rotation speed converter 10 is provided on the downstream side of the control unit 9. The thrust / rotation speed converter 10 includes a port thrust T L and a starboard thrust T R obtained by the control unit 9. , based on the bow thruster thrust F b, the rotational speed of each of the thrust T L, T R, the port side of the propeller 2a which is required to obtain a F b, the rotational speed of the starboard propeller 2b, bow thruster 4 are respectively calculated, and the calculation results are respectively calculated as a port main unit controller 11a for controlling the operation of a port side main unit (not shown) that drives the port side propeller 2a, and a starboard side propeller 2b. To the starboard main unit controller 11b that controls the operation of the starboard side main unit (not shown) that drives the engine, and the bow raster control unit 12 that controls the operation of the bow raster 4, respectively.

以上の構成としてある推力制御装置を用いて、本発明のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法を実施する場合は、図１にフローを示す如き手順で行うようにする。   When the thrust control method for a two-shaft, two-steered ship having a bow thruster according to the present invention is implemented using the thrust control apparatus having the above-described configuration, the procedure is as shown in the flowchart of FIG.

すなわち、先ず、本発明のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法を実施するには、予め、左舷側の舵３ａを面舵（舵角δ）に固定し、右舷側の舵３ｂを取舵（舵角−δ）に固定しておく（ステップ１：Ｓ１）。次に、入力切替部８を、手動操船を行う場合には、ジョイスティックレバー５に接続してある操作量・要求力変換器６側に、又、自動操船を行わせる場合には、オートパイロット７側に切り替えて、いずれか一方より出力される、バウスラスタを有する２軸２舵船を船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ、希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために、船体１に作用させることが要求される力と回頭モーメントの情報を、制御部９へ入力させる（ステップ２：Ｓ２）。   That is, first, in order to carry out the thrust control method for a two-shaft, two-steer ship having a bow thruster according to the present invention, the starboard-side rudder 3a is fixed in advance to the rudder (steering angle δ), and the starboard-side rudder 3b is steered. It is fixed at (steering angle−δ) (step 1: S1). Next, the input switching unit 8 is operated on the side of the operation amount / required force converter 6 connected to the joystick lever 5 when performing manual maneuvering, or the autopilot 7 when performing automatic maneuvering. The two-axis two-steered boat with bow thruster that is output from either side is moved to the desired direction of front / rear, left / right, and diagonal directions at the desired movement speed while maintaining the bow direction, In order to turn in the desired direction of right and left at a desired turning speed, information on the force and turning moment required to be applied to the hull 1 is input to the control unit 9 (step 2: S2).

次いで、上記制御部９では、図１におけるステップ３（Ｓ３）〜ステップ１０（Ｓ１０）に示した操作を行うようにしてある。具体的には、先ず、該制御部９に、船体１に作用させることが要求される力と回転モーメントに関する情報が入力されると、上記要求される力の船体固定座標上におけるｘ軸方向成分として要求される前後力Ｘと、ｙ軸方向成分として要求される横力Ｙと、要求される回転モーメントＮとを求めた後（ステップ３：Ｓ３）、上記横力Ｙの値が、正又は負又はゼロのいずれであるか、すなわち、バウスラスタを有する２軸２舵船に希望されている動きが、右方向への移動（Ｙ＞０）か、左方向への移動（Ｙ＜０）か、あるいは、左右への移動は希望されていない状態（Ｙ＝０）であるかを判断する（ステップ４：Ｓ４）。   Next, the control unit 9 performs the operations shown in Step 3 (S3) to Step 10 (S10) in FIG. Specifically, first, when information on the force and rotational moment required to be applied to the hull 1 is input to the control unit 9, an x-axis direction component on the hull fixed coordinates of the required force is input. After obtaining the required longitudinal force X, the lateral force Y required as the y-axis direction component, and the required rotational moment N (step 3: S3), the value of the lateral force Y is positive or Whether it is negative or zero, that is, whether the desired movement for a two-axle two-ruder with a bow thruster is moving to the right (Y> 0) or moving to the left (Y <0) Alternatively, it is determined whether the movement to the left or right is not desired (Y = 0) (step 4: S4).

次に、上記ステップ４（Ｓ４）において、横力Ｙの値が正（Ｙ＞０）であって、船体１を右方向へ移動させることが希望されていると判断された場合には、上記ステップ３（Ｓ３）で求められた前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮを基に、上述した（２）式を用いて、バウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを算出する（ステップ５：Ｓ５）。 Next, when it is determined in step 4 (S4) that the value of the lateral force Y is positive (Y> 0) and it is desired to move the hull 1 to the right, step 3 longitudinal force obtained in (S3) X, lateral force Y, based on the turning moment N, using the above-described (2), calculates bow thruster thrust F b, port thrust T L, a starboard thrust T R (Step 5: S5).

その後、上記ステップ５（Ｓ５）で算出された左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲのそれぞれの値の符号についての判定を行い（ステップ６：Ｓ６）、一方が正で、且つ他方が負（ＴＬ・ＴＲ＜０）となっていると判断された場合は、上記ステップ５（Ｓ５）で算出されたバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを、上記推力・回転数変換器１０へ出力させるようにする。 Thereafter, a determination of the sign of each value of the port-side thrust T L and starboard thrust T R calculated in step 5 (S5) (Step 6: S6), one is positive and the other negative (T If it is determined that a L · T R <0), the bow thruster thrust F b calculated in step 5 (S5), the port thrust T L, a starboard thrust T R, the thrust and rotation speed conversion Output to the device 10.

上記ステップ６（Ｓ６）において、上記左舷推力ＴＬの値の符号及び右舷推力ＴＲの値の符号が共に正（ＴＬ＞０，ＴＲ＞０）であると判断された場合には、上記（２）式に代えて、上述した（１）式を用いて、上記ステップ３（Ｓ３）で求められた前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮを基に、バウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲの算出を再度行ってから、該（１）式で算出されたバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを、上記推力・回転数変換器１０へ出力するようにしてある（ステップ７：Ｓ７）。 In step 6 (S6), if the sign of the value of the code and starboard thrust T R values of the port thrust T L is determined to be both positive (T L> 0, T R > 0) , the Instead of the above equation (2), using the above equation (1), based on the longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N obtained in step 3 (S3), the bow thruster thrust F b , port thrust T L, after performing a calculation of the starboard thrust T R again, the (1) bow thruster thrust F b is calculated by the formula, port thrust T L, a starboard thrust T R, to the thrust and rotation speed transducers 10 The output is made (step 7: S7).

一方、上記ステップ６（Ｓ６）にて、上記左舷推力ＴＬの値の符号及び右舷推力ＴＲの値の符号が、いずれも負又はゼロ（ＴＬ≦０，ＴＲ≦０）であると判断された場合は、上記（２）式に代えて、上述した（４）式を用いて、上記ステップ３（Ｓ３）で求められた前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮを基に、バウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲの算出を再度行ってから、該（４）式により算出されたバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを、上記推力・回転数変換器１０へ出力するようにしてある（ステップ８：Ｓ８）。 On the other hand, in step 6 (S6), the sign of the value of the sign and starboard thrust T R values of the port thrust T L are both If it is negative or zero (T L ≦ 0, T R ≦ 0) If it is determined, instead of the above equation (2), using the above equation (4), based on the longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N obtained in step 3 (S3), bow thruster thrust F b, port thrust T L, after performing a calculation of the starboard thrust T R again, the (4) the bow thruster thrust F b calculated by the equation, port thrust T L, a starboard thrust T R, the thrust and It outputs to the rotation speed converter 10 (step 8: S8).

又、上記ステップ４（Ｓ４）において行う上記横力Ｙの値についての判断により、横力Ｙの値が負（Ｙ＜０）であって、船体１を左方向へ移動させることが希望されていると判断された場合には、上記ステップ３（Ｓ３）で求められた前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮを基に、上述した（３）式を用いて、バウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを算出する（ステップ９：Ｓ９）。その後は、上記したステップ５（Ｓ５）以降の処理手順と同様に、ステップ６（Ｓ６）に進んで、上記ステップ９（Ｓ９）で算出された左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲのそれぞれの値の符号についての判定を行い、一方が正で、且つ他方が負（ＴＬ・ＴＲ＜０）となっていると判断された場合は、上記ステップ９（Ｓ９）にて上記（３）式を用いて算出されたバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを、上記推力・回転数変換器１０へ出力する。又、上記左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲが共に正（ＴＬ＞０，ＴＲ＞０）であると判断された場合は、上記ステップ７（Ｓ７）へ進んで、上記（１）式を用いて再算出したバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを、上記推力・回転数変換器１０へ出力する。更に、上記左舷推力ＴＬ及び右舷推力ＴＲが、いずれも負又はゼロ（ＴＬ≦０，ＴＲ≦０）であると判断された場合は、上記ステップ８（Ｓ８）に進んで、上記（４）式を用いて再算出したバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを、上記推力・回転数変換器１０へ出力するようにしてある（ステップ６：Ｓ６）。 Further, the determination of the value of the lateral force Y performed in step 4 (S4) indicates that the value of the lateral force Y is negative (Y <0) and it is desired to move the hull 1 to the left. If it is determined that there is, the bow thruster thrust F b , port side using the above-described equation (3) based on the longitudinal force X, lateral force Y, and turning moment N obtained in step 3 (S3). thrust T L, calculates a starboard thrust T R (step 9: S9). Thereafter, similarly to the procedure of the treated Step 5 (S5) after said, the process proceeds to step 6 (S6), each value of the port-side thrust T L and starboard thrust T R calculated in step 9 (S9) If one is positive and the other is negative (T L · T R <0), the above equation (3) is obtained in step 9 (S9). bow thruster thrust F b which are calculated using a port thrust T L, a starboard thrust T R, and outputs it to the thrust and the rotational speed converter 10. If it is determined that the port thrust T L and star thrust T R are both positive (T L > 0, T R > 0), the process proceeds to step 7 (S7), and the above equation (1) The bow thruster thrust F b , the port thrust T L , and the starboard thrust T R recalculated using the above are output to the thrust / rotation speed converter 10. Furthermore, the port thrust T L and starboard thrust T R is, if both are determined to be negative or zero (T L ≦ 0, T R ≦ 0), the routine proceeds to step 8 (S8), the The bow thruster thrust F b , port thrust T L , starboard thrust T R recalculated using the equation (4) is output to the thrust / rotation speed converter 10 (step 6: S6).

上記ステップ４（Ｓ４）において行う上記横力Ｙの値についての判断により、該横力Ｙの値がゼロ（Ｙ＝０）であって、船体１の左右方向への移動が希望されていないと判断された場合は、続いて上記前後力Ｘの値の符号についての判断を行う（ステップ８：Ｓ８）。そして、該ステップ８（Ｓ８）にて、上記前後力Ｘの符号が正又はゼロ（Ｘ≧０）であって前進移動、又は、船位を保持したままで要求される回頭モーメントＮに応じてその場回頭が希望されていると判断された場合には、上記ステップ５（Ｓ５）に進み、上記（１）式を用いて上記ステップ３（Ｓ３）で求められた上記前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮを基に、バウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを算出して、上記推力・回転数変換器１０へ出力するようにする。 According to the determination of the value of the lateral force Y performed in step 4 (S4), the value of the lateral force Y is zero (Y = 0), and the movement of the hull 1 in the left-right direction is not desired. If it is determined, a determination is subsequently made regarding the sign of the value of the longitudinal force X (step 8: S8). In step 8 (S8), the sign of the longitudinal force X is positive or zero (X ≧ 0), and the forward movement or the turning moment N that is required while maintaining the ship position is determined. If it is determined that the field turn is desired, the process proceeds to step 5 (S5), and the longitudinal force X and lateral force Y obtained in step 3 (S3) using the equation (1). , based on the turning moment N, bow thruster thrust F b, port thrust T L, to calculate the starboard thrust T R, so as to output to the thrust and the rotational speed converter 10.

一方、上記ステップ８（Ｓ８）にて、前後力Ｘの符号が負（Ｘ＜０）であって後進移動が希望されていると判断された場合には、上記ステップ６（Ｓ６）に進み、上記（４）式を用いて上記ステップ３（Ｓ３）で求められた上記前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮを基に、バウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを算出して、上記推力・回転数変換器１０へ出力するようにしてある。 On the other hand, if it is determined in step 8 (S8) that the sign of the longitudinal force X is negative (X <0) and reverse movement is desired, the process proceeds to step 6 (S6). the 4 above longitudinal force obtained in the above step 3 (S3) by using the formula X, lateral force Y, based on the turning moment N, calculated bow thruster thrust F b, port thrust T L, a starboard thrust T R Then, it is output to the thrust / rotation speed converter 10.

その後は、上記推力・回転数変換器１０にて、上記制御部９より入力されるバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲのそれぞれの算出結果に基いて、該各推力Ｆｂ，ＴＬ，ＴＲを発生させるために必要とされるバウスラスタ４の回転数、左舷側のプロペラ２ａの回転数、右舷側のプロペラ２ｂの回転数をそれぞれ求めた後（ステップ１１：Ｓ１１）、バウスラスタ制御器１２と、左舷主機制御器１１ａと、右舷主機制御器１１ｂへ回転数指令としてそれぞれ与えるようにする（ステップ１２：Ｓ１２）。 Thereafter, each thrust F b is calculated based on the calculation results of the bow thruster thrust F b , the port thrust T L , and the starboard thrust T R input from the control unit 9 in the thrust / rotation speed converter 10. , T L, the rotational speed of the bow thruster 4 required to generate the T R, the rotational speed of the port-side propeller 2a, after determining respectively the rotational speed of the starboard propeller 2b (step 11: S11), The bow thruster controller 12, the port side main machine controller 11a, and the starboard side main machine controller 11b are each given as a rotational speed command (step 12: S12).

以上により、上記バウスラスタ４、左舷側のプロペラ２ａ及び右舷側のプロペラ２ｂは、上記推力・回転数変換器１０で求められた回転数で回転駆動することができるようになることから、該バウスラスタ４、左舷側のプロペラ２ａ及び右舷側のプロペラ２ｂでは、上記制御部９におけるバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲの算出値と同様のバウスラスタ推力Ｆｂ、左舷推力ＴＬ、右舷推力ＴＲを発生させることができるようになる。したがって、上記バウスラスタを有する２軸２舵船の船体１に対しては、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ、希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体１に作用させることが要求される前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮに応じた前後力Ｘ、横力Ｙ、回頭モーメントＮを作用させることができるので、上記ジョイスティックレバー５の操作による手動操船を行う場合、又は、オートパイロットに予め設定した設定船位、設定方位に応じて自動操船を行わせる場合のいずれの場合にも、バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持した状態で前後、左右、斜め方向の希望する方向へ、希望する移動速度で移動させることができると共に、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させることができるようになる。 As described above, the bow raster 4, the port side propeller 2 a and the starboard side propeller 2 b can be driven to rotate at the rotational speed obtained by the thrust / rotational speed converter 10. in the port side of the propeller 2a and starboard propeller 2b, bow thruster thrust in the control unit 9 F b, port thrust T L, bow thruster thrust F b similar to the calculated value of the starboard thrust T R, port thrust T L, starboard it is possible to generate a thrust T R. Therefore, the hull 1 of a two-axis two-rudder ship having the bow thruster can be moved at a desired moving speed in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading direction, The longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning force N corresponding to the longitudinal force X, the lateral force Y, and the turning moment N that are required to be applied to the hull 1 in order to turn in the desired turning speed are applied. Therefore, it has a bow thruster in both cases where manual maneuvering is performed by operating the joystick lever 5 or when the autopilot is automatically maneuvering according to a preset ship position and orientation set in advance by the autopilot. A 2-axis 2-rudder ship can be moved in the desired direction of front / rear, left / right, and oblique directions at the desired movement speed while maintaining the heading. It is possible to stem turning at a turning round the desired speed in the desired direction.

このように、本発明のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置によれば、バウスラスタを有する２軸２舵船に希望する動きを行わせるために船体１に作用させることが要求される前後力Ｘ、横力Ｙ、回転モーメントＮが与えられると、左右のプロペラ２ａと２ｂの正転、逆転の組み合わせに応じて上記（１）式〜（４）式を適宜選択して用いることでバウスラスタ４と左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂでそれぞれ発生させるべき推力ＦｂとＴＬ及びＴＲを一意に求めることができる。 Thus, according to the thrust control method and apparatus for a 2-axis 2-rudder ship having a bow thruster according to the present invention, it is required that the 2-axis 2-rudder ship having a bow thruster act on the hull 1 in order to perform a desired movement. When the longitudinal force X, lateral force Y, and rotational moment N are applied, the above formulas (1) to (4) are appropriately selected and used according to the combination of forward and reverse rotation of the left and right propellers 2a and 2b. bow thruster 4 and left and right propeller 2a and thrust F b and T L and T R to be generated respectively 2b both broadside can be uniquely determined by.

又、予め左右両舷側の舵３ａと３ｂの舵角を固定する条件を課すことで、操作対象の数を減じることができると同時に、バウスラスタ４と左右両舷側のプロペラ２ａ及び２ｂでそれぞれ発生させるべき推力ＦｂとＴＬ及びＴＲを求めるために用いる上記（１）式〜（４）式のうち、（１）式〜（３）式中に含まれているＣ（（Ａ３）式の右辺におけるＴの係数）を、定数として取り扱うことができるようになる。これにより、バウスラスタを有する２軸２舵船に希望する動きを行わせるために船体１に作用させることが要求される前後力Ｘ、横力Ｙ、回転モーメントＮが正確に分かっていれば、調整するパラメータは、上記比例定数Ｃの１つだけとなるため、パラメータの調整に要する作業を大幅に軽減することができる。 In addition, by imposing conditions to fix the rudder angles of the left and right side rudder 3a and 3b in advance, the number of operation objects can be reduced, and at the same time, the bow thruster 4 and the left and right side propellers 2a and 2b are respectively generated. to thrust F b and T L and the used to determine the T R (1) to (4) of formula, C ((A3) formula contained in (1) to (3) The coefficient of T on the right side) can be handled as a constant. As a result, if the longitudinal force X, the lateral force Y, and the rotational moment N required to be applied to the hull 1 to cause the two-axis two-ruder ship having a bow thruster to perform the desired movement are accurately known, the adjustment can be performed. Since only one of the proportionality constants C is required, the work required for parameter adjustment can be greatly reduced.

したがって、万一、ジョイスティックレバー５の操作や、オートパイロットに予め設定してある設定船位、設定方位と、実際にバウスラスタを有する２軸２舵船が移動する方向にずれが生じたとしても、本発明では、パラメータとして上記定数Ｃの１つだけを調整することで、上記ずれを容易に修正することが可能となる。   Therefore, in the unlikely event that a deviation occurs between the operation of the joystick lever 5 and the set ship position and orientation set in advance for the autopilot and the direction in which the 2-axis 2 rudder ship having the bow thruster actually moves, In the present invention, it is possible to easily correct the deviation by adjusting only one of the constants C as a parameter.

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、ジョイスティック５を介した手動操船と、オートパイロット７による自動操船の双方を実施できるようにしたものを示したが、ジョイスティック５を介した手動操船、又は、オートパイロット７による自動操船のいずれか一方のみによって船首方位を保持した状態での前後、左右、斜め方向の移動や、左右方向への回頭を行うようにしてある形式のバウスラスタを有する２軸２舵船にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and a manual voyage via the joystick 5 and an automatic voyage by the autopilot 7 are shown. A type that performs forward / backward, left / right, diagonal movement, and turning in the left / right direction while maintaining the heading direction only by either manual maneuvering via an automatic pilot or automatic maneuvering by the autopilot 7 Needless to say, the present invention can be applied to a two-shaft, two-steer boat having a bow thruster, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法及び装置の実施の一形態を示すもので、制御操作のフローを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a control operation flow according to an embodiment of a thrust control method and apparatus for a two-shaft two-ruder ship having a bow thruster according to the present invention. 図１の推力制御方法の実施に用いる装置構成の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the apparatus structure used for implementation of the thrust control method of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 船体
２ａ，２ｂ プロペラ
３ａ，３ｂ 舵
４ バウスラスタ
９ 制御部
Ｘ 前後力
Ｙ 横力
Ｎ 回頭モーメント
ＴＬ 左舷側のプロペラの推力
ＴＲ 右舷側のプロペラの推力
Ｆｂ バウスラスタの推力 1 hull 2a, 2b propeller 3a, 3b rudder 4 bow thruster 9 controller X thrust of the thrust F b bow thruster of the longitudinal force Y lateral force N turning moment T L port side of the thrust T R starboard propeller of the propeller

Claims (4)

バウスラスタを有する２軸２舵船の左右両舷側の舵を所要の舵角に固定した条件の下で、左右両舷側のプロペラと、バウスラスタとの幾何学的な配置を基に、バウスラスタの推力、左舷側のプロペラの推力、右舷側のプロペラの推力と、上記各推力により船体に作用することとなる前後力、横力、回頭モーメントの伝達マトリックスを示す行列を求め、上記バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントが与えられると、該要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記伝達マトリックスを示す行列の逆行列を用いて、上記バウスラスタ及び左右両舷側のプロペラでそれぞれ発生させることが要求される推力を求めることを特徴とするバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法。   The thrust of the bow thruster, based on the geometrical arrangement of the left and right propellers and the bow thruster, under the condition that the rudder on both the left and right sides of the two-axis two-rudder boat with the bow thruster is fixed to the required rudder angle, A 2-axis 2 having the bow thruster is obtained by obtaining a matrix indicating a transmission matrix of the thrust of the propeller on the starboard side, the thrust of the propeller on the starboard side, and the longitudinal force, the lateral force, and the turning moment acting on the hull by each of the above thrusts. The rudder ship is moved to the desired direction in the forward / backward, left / right, and diagonal directions while maintaining the heading direction, and is applied to the hull to turn at the desired turning speed in the left / right desired direction. When a longitudinal force, a lateral force, and a turning moment as a required three-way component are given, a longitudinal force, a lateral force, and a turning moment as the required three-way component of the force are given. And a biaxial two-wheeled steering boat having a bow thruster characterized in that the thrust required to be generated by the bow thruster and the left and right propellers is obtained using an inverse matrix of the matrix indicating the transfer matrix. Thrust control method. バウスラスタの推力、左舷側のプロペラの推力、右舷側のプロペラの推力と、上記各推力により船体に作用することとなる前後力、横力、回頭モーメントの伝達マトリックスを示す行列を、左右両舷側のプロペラを共に正転させる場合と、一方を正転させ且つ他方を逆転させる場合と、一方を逆転させ且つ他方を正転させる場合と、両方とも逆転させる場合についてそれぞれ求め、船体に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、伝達マトリックスを示す行列の逆行列を用いて求められるバウスラスタ及び左右両舷側のプロペラのうちの左右両舷側のプロペラで発生させることが要求される推力の符号に応じて、上記伝達マトリックスを選択して用いるようにする請求項１記載のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法。   The matrix indicating the transmission matrix of bow thruster thrust, starboard propeller thrust, starboard propeller thrust, longitudinal force, lateral force, and turning moment acting on the hull due to each of the above thrusts When the propellers are rotated forward together, when one is rotated forward and the other is reversed, when one is reversed and the other is rotated forward, both are determined and applied to the hull. The left and right sides of the left and right side propellers of the bow thruster and the left and right side propellers obtained using the inverse matrix of the matrix indicating the transfer matrix based on the longitudinal force, lateral force, and turning moment as the required three-way components 2. The bow according to claim 1, wherein the transfer matrix is selected and used in accordance with a sign of thrust required to be generated by a propeller of the first propeller. Thrust control method of the two-axis 2 rudder ship having a register. 左舷側の舵を面舵に固定し、且つ右舷側の舵を取舵に固定するようにする請求項１又は２記載のバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御方法。   3. A thrust control method for a two-shaft two-rudder ship having a bow thruster according to claim 1, wherein the port side rudder is fixed to the rudder and the starboard side rudder is fixed to the rudder. バウスラスタを有する２軸２舵船の左右両舷側の舵を所要の舵角に固定した条件の下で、左右両舷側のプロペラと、バウスラスタとの幾何学的な配置を基に、バウスラスタの推力、左舷側のプロペラの推力、右舷側のプロペラの推力と、上記各推力により船体に作用することとなる前後力、横力、回頭モーメントの伝達マトリックスを示す行列を予め求めておき、上記バウスラスタを有する２軸２舵船を、船首方位を保持させたまま前後、左右、斜め方向の希望する方向へ希望する移動速度で移動させたり、左右の希望する方向へ希望する回頭速度で回頭させるために船体に作用させることが要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントが与えられると、該要求される力の３方向成分としての前後力と、横力と、回頭モーメントを基に、上記伝達マトリックスを示す行列の逆行列を用いて、上記バウスラスタ及び左右両舷側のプロペラでそれぞれ発生させることが要求される推力を求める制御部を備えてなる構成を有することを特徴とするバウスラスタを有する２軸２舵船の推力制御装置。   The thrust of the bow thruster, based on the geometrical arrangement of the left and right propellers and the bow thruster, under the condition that the rudder on both the left and right sides of the two-axis two-rudder boat with the bow thruster is fixed to the required rudder angle, A matrix showing the transmission matrix of the thrust of the port side propeller, the thrust of the starboard side propeller, and the longitudinal force, lateral force, and turning torque that will act on the hull by each of the above thrusts is obtained in advance, and has the bow thruster. A hull to move a 2-axis 2-rudder boat at a desired moving speed in the desired direction of front / rear, left / right and diagonal directions while maintaining the heading, and to turn at a desired turning speed in the left / right desired direction When a longitudinal force, a lateral force, and a turning moment are applied to the force required to act on the force, a longitudinal force, a lateral force, Based on the moment, using an inverse matrix of the matrix indicating the transfer matrix, it has a configuration comprising a control unit for obtaining a thrust required to be generated by the bow thruster and the left and right propellers respectively. A thrust control device for a two-shaft two-ruder ship having a bow thruster.
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