JP2025028560A - MOBILE BODY CONTROL DEVICE, MOBILE BODY ... CONTROL METHOD, AND PROGRAM - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、移動体の制御装置、移動体、移動体の制御方法、およびプログラムに関する。 The present disclosure relates to a control device for a moving body, a moving body, a control method for a moving body, and a program.
船舶や車両などの移動体には、移動体を任意の方向、任意の速度で移動させる推進系が搭載されている(例えば、特許文献1を参照)。 Moving bodies such as ships and vehicles are equipped with propulsion systems that allow the bodies to move in any direction and at any speed (see, for example, Patent Document 1).
近年、船舶や車両などの移動体の推進系の電動化が進んでいる。たとえば、船舶については、既存のディーゼルエンジンや蒸気タービンと比較して、電動機は配置の自由度に優れ、さらに蓄電池と組み合わせることで効率や信頼性の向上が期待できる。 In recent years, the propulsion systems of moving bodies such as ships and vehicles have been increasingly electrified. For example, in the case of ships, electric motors offer greater freedom in layout compared to existing diesel engines and steam turbines, and combining them with storage batteries is expected to improve efficiency and reliability.
電動機を使用するには、その回転数を推進器の要求範囲に合わせるため、機械式減速機を併用するか、あるいは定格回転数が低くなるように特別に設計した電動機を用いる必要がある。しかしながら、機械式減速機を併用する場合は、振動や騒音の発生や、定期的な保守が必要といったデメリットがある。また、定格回転数を低くした低速の電動機を使用する場合は、極数を増やすため電動機のサイズ(直径)が大きくなるため、設置スペースに制限のある移動体に搭載することが困難となるデメリットがある。 To use an electric motor, it is necessary to use a mechanical reducer in conjunction with it, or to use an electric motor specially designed to have a low rated speed, in order to match the rotation speed to the range required by the propulsion unit. However, using a mechanical reducer in conjunction with it has disadvantages such as the generation of vibration and noise, and the need for regular maintenance. In addition, when using a low-speed electric motor with a low rated speed, the size (diameter) of the motor increases in order to increase the number of poles, which has the disadvantage that it is difficult to install it on a moving body with limited installation space.
このため、電動機として磁磁気ギヤードモータを用いることが考えられている。磁気ギヤードモータは、高速ロータおよび低速ロータからなる磁気ギヤ部を備える。高速ロータおよび低速ロータは磁気ばねにより非接触でトルクを伝達する。この磁気ばねによって低速ロータは高速ロータと所定の減速比で同期して回転する。つまり、磁気ギヤードモータは、機械式減速機なしで回転数を推進器に合わせて調整することができる。さらに、磁気ギヤードモータは、一般的な電動機(たとえば同期電動機)ほど直径を大きくすることなく、推進器の要求する回転数を出力することができるので、設置スペースに制限のある移動体にも適用可能となる。 For this reason, it has been considered to use a magnetic geared motor as an electric motor. A magnetic geared motor has a magnetic gear section consisting of a high-speed rotor and a low-speed rotor. The high-speed rotor and the low-speed rotor transmit torque without contact using a magnetic spring. This magnetic spring causes the low-speed rotor to rotate synchronously with the high-speed rotor at a specified reduction ratio. In other words, a magnetic geared motor can adjust the rotation speed to match the propulsion unit without a mechanical reducer. Furthermore, since a magnetic geared motor can output the rotation speed required by the propulsion unit without having to make the diameter as large as that of a general electric motor (for example, a synchronous motor), it can also be applied to moving bodies with limited installation space.
一方で、磁気ギヤードモータは、異物巻き込みなどによる過負荷や、船舶のクラッシュ・アスターンのような急激な反転操作などにより、磁気ばねの最大伝達トルクを超えるトルクが磁気ギヤ部に生じると、高速ロータおよび低速ロータが脱調してトルク伝達機能を喪失する可能性がある。脱調は、入力エネルギが遮断されれば自然に解消されるが、解消されるまでの期間に最大伝達トルクを振幅とし、高速ロータと低速ロータの電気的な速度差に比例する周波数で変動する交番トルクが生じる。この交番トルクは、磁気ギヤードモータの回転軸系の固有振動モードを励起するおそれがある。固有振動モードが励起された場合、回転軸系から騒音が生じる可能性や、さらには回転軸や周辺の機器が損傷する可能性がある。 On the other hand, if a magnetic geared motor experiences an overload due to foreign matter getting caught in it, or a sudden reversal operation such as a ship crashing or astern, and torque that exceeds the maximum transmission torque of the magnetic spring is generated in the magnetic gear section, the high-speed rotor and low-speed rotor may lose synchronization, causing the loss of torque transmission function. The loss of synchronization is resolved naturally when the input energy is cut off, but during the period until the loss is resolved, an alternating torque is generated whose amplitude is the maximum transmission torque and whose frequency is proportional to the electrical speed difference between the high-speed rotor and low-speed rotor. This alternating torque may excite the natural vibration mode of the rotating shaft system of the magnetic geared motor. If the natural vibration mode is excited, noise may be generated from the rotating shaft system, and even damage may occur to the rotating shaft and surrounding equipment.
脱調を抑制する方法の一つとして、最大伝達トルクを大きくすることが挙げられる。これは本質的かつ確実な方法ではあるが、最大伝達トルクを大きくするためには、磁気ギヤ部の磁石量を増やす必要がある。そうすると、磁気ギヤードモータのサイズ、重量、コストの増大を招き、機械式減速機や低速の大径電動機に対する優位性が低下してしまう。 One way to prevent loss of synchronization is to increase the maximum transmission torque. This is an essential and reliable method, but in order to increase the maximum transmission torque, it is necessary to increase the amount of magnets in the magnetic gear section. This leads to increases in size, weight, and cost of the magnetic geared motor, reducing its advantages over mechanical reducers and low-speed large-diameter electric motors.
本開示の目的は、移動体に搭載された磁気ギヤードモータの脱調を抑制することができる移動体の制御装置、移動体、移動体の制御方法、およびプログラムを提供することにある。 The object of the present disclosure is to provide a control device for a moving body, a moving body, a control method for a moving body, and a program that can suppress loss of synchronism of a magnetic geared motor mounted on the moving body.
本開示の一態様によれば、移動体の制御装置は、磁気ギヤードモータに回転駆動される推進器を有する移動体の制御装置であって、前記磁気ギヤードモータの電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、前記トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替える切替部と、前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記トルク制限値を前記操作者が指定した値に設定する手動設定部と、前記オートモードに切り替えられた場合に、前記推進器から前記磁気ギヤードモータに伝達される負荷トルク、および前記移動体の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいて前記トルク制限値を設定する自動設定部と、前記推進器の回転数を指定する回転数指令と前記推進器の回転数の計測データとの差に基づき前記磁気ギヤードモータの電気トルクを調整するトルク指令を、前記トルク制限値で制限するリミッタと、を備える。 According to one aspect of the present disclosure, the control device for a moving body is a control device for a moving body having a propeller driven by a magnetic geared motor, and includes: a switching unit that switches between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value that limits the electric torque of the magnetic geared motor, and an auto mode in which the torque limit value is automatically set; a manual setting unit that sets the torque limit value to a value designated by the operator when switched to the manual mode; an automatic setting unit that sets the torque limit value based on at least one of the load torque transmitted from the propeller to the magnetic geared motor and measurement data representing the state of the moving body when switched to the auto mode; and a limiter that limits, by the torque limit value, a torque command that adjusts the electric torque of the magnetic geared motor based on the difference between a rotation speed command that designates the rotation speed of the propeller and measurement data of the rotation speed of the propeller.
本開示の一態様によれば、移動体の制御装置は、磁気ギヤードモータに回転駆動される推進器を有する移動体の制御装置であって、前記磁気ギヤードモータの電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、前記トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替える切替部と、前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記トルク制限値を前記操作者が指定した値に設定する手動設定部と、前記オートモードに切り替えられた場合に、前記推進器から前記磁気ギヤードモータに伝達される負荷トルク、および前記移動体の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいて前記トルク制限値を設定する自動設定部と、前記トルク制限値に基づいて、前記推進器の回転数を指定する回転数指令、および前記移動体の舵角を指定する舵角指令の少なくとも一方を制限する制限値を演算する制限値演算部と、前記回転数指令および前記舵角指令の少なくとも一方を前記制限値で制限するリミッタと、を備える。 According to one aspect of the present disclosure, the control device for a moving body is a control device for a moving body having a propeller driven by a magnetic geared motor, and includes: a switching unit that switches between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value that limits the electric torque of the magnetic geared motor, and an auto mode in which the torque limit value is automatically set; a manual setting unit that sets the torque limit value to a value specified by the operator when the manual mode is selected; an automatic setting unit that sets the torque limit value based on at least one of the load torque transmitted from the propeller to the magnetic geared motor and measurement data that represents the state of the moving body when the auto mode is selected; a limit value calculation unit that calculates a limit value that limits at least one of a rotation speed command that specifies the rotation speed of the propeller and a steering angle command that specifies the steering angle of the moving body based on the torque limit value; and a limiter that limits at least one of the rotation speed command and the steering angle command by the limit value.
本開示の一態様によれば、移動体は、低速ロータおよび高速ロータを有する磁気ギヤードモータと、前記磁気ギヤードモータに回転駆動される推進器と、進行方向を変更する舵取機と、上述の態様に係る制御装置と、を備える。 According to one aspect of the present disclosure, a moving body includes a magnetic geared motor having a low-speed rotor and a high-speed rotor, a propulsion device that is rotationally driven by the magnetic geared motor, a steering gear that changes the direction of travel, and a control device according to the above-mentioned aspect.
本開示の一態様によれば、移動体の制御方法は、磁気ギヤードモータに回転駆動される推進器を有する移動体の制御方法であって、前記磁気ギヤードモータの電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、前記トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替えるステップと、前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記トルク制限値を前記操作者が指定した値に設定するステップと、前記オートモードに切り替えられた場合に、前記推進器から前記磁気ギヤードモータに伝達される負荷トルク、および前記移動体の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいて前記トルク制限値を設定するステップと、前記推進器の回転数を指定する回転数指令と前記推進器の回転数の計測データとの差に基づき前記磁気ギヤードモータの電気トルクを調整するトルク指令を、前記トルク制限値で制限するステップと、を有する。 According to one aspect of the present disclosure, a method for controlling a moving body is a method for controlling a moving body having a propeller driven by a magnetic geared motor, and includes the steps of: switching between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value that limits the electric torque of the magnetic geared motor, and an auto mode in which the torque limit value is automatically set; setting the torque limit value to a value designated by the operator when the manual mode is selected; setting the torque limit value based on at least one of the load torque transmitted from the propeller to the magnetic geared motor and measurement data that represents the state of the moving body when the auto mode is selected; and limiting, by the torque limit value, a torque command that adjusts the electric torque of the magnetic geared motor based on the difference between a rotation speed command that designates the rotation speed of the propeller and the measurement data of the rotation speed of the propeller.
本開示の一態様によれば、プログラムは、磁気ギヤードモータに回転駆動される推進器を有する移動体の制御装置に、前記磁気ギヤードモータの電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、前記トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替えるステップと、前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記トルク制限値を前記操作者が指定した値に設定するステップと、前記オートモードに切り替えられた場合に、前記推進器から前記磁気ギヤードモータに伝達される負荷トルク、および前記移動体の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいて前記トルク制限値を設定するステップと、前記推進器の回転数を指定する回転数指令と前記推進器の回転数の計測データとの差に基づき前記磁気ギヤードモータの電気トルクを調整するトルク指令を、前記トルク制限値で制限するステップと、を実行させる。 According to one aspect of the present disclosure, the program causes a control device for a moving body having a propeller driven by a magnetic geared motor to execute the steps of: switching between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value that limits the electric torque of the magnetic geared motor, and an auto mode in which the torque limit value is automatically set; setting the torque limit value to a value designated by the operator when the mode is switched to the manual mode; setting the torque limit value based on at least one of the load torque transmitted from the propeller to the magnetic geared motor and measurement data representing the state of the moving body when the mode is switched to the auto mode; and limiting, by the torque limit value, a torque command that adjusts the electric torque of the magnetic geared motor based on the difference between a rotation speed command that designates the rotation speed of the propeller and the measurement data of the rotation speed of the propeller.
上記態様によれば、移動体に搭載された磁気ギヤードモータの脱調を抑制することができる。 According to the above aspect, it is possible to prevent loss of synchronization of the magnetic geared motor mounted on the moving body.
<第1の実施形態>
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
First Embodiment
Hereinafter, the embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(移動体の全体構成)
図1は、第1の実施形態に係る移動体の全体構成を示す図である。
移動体1は、たとえば船舶である。また、他の実施形態では、移動体1は飛行機、自動車、鉄道車両などであってもよい。図1に示すように、移動体1は、本体部3と、推進系4と、操舵系5と、操作部10と、制御装置2とを備える。
(Overall configuration of the vehicle)
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a moving body according to the first embodiment.
The moving body 1 is, for example, a ship. In other embodiments, the moving body 1 may be an airplane, an automobile, a railroad car, etc. As shown in Fig. 1, the moving body 1 includes a
本体部3は、移動体1のボディ(船体、機体、車体)である。また、本体部3の各部には複数のセンサ31が設けられている。各センサ31は、移動体1(本体部3)の速度、
姿勢角(ロール角、ピッチ角、ヨー角)、加速度(上下方向、左右方向、前後方向の加速度)などを計測する。
The
Attitude angles (roll angle, pitch angle, yaw angle), acceleration (up/down, left/right, forward/backward acceleration), etc. are measured.
推進系4は、移動体1(本体部3)に推力を与える機構である。推進系4は、インバータ制御装置40と、インバータ41と、磁気ギヤードモータ42と、回転軸43と、推進器44と、電流センサ45と、回転角センサ46とを有する。
The
インバータ41は、インバータ制御装置40の指令(電圧・電流指令)に従い、磁気ギヤードモータ42に電力を供給する。
The
磁気ギヤードモータ42は、高速ロータHSRおよび低速ロータPPRからなる磁気ギヤ部42Aを有している。インバータ41から供給された電流がステータの巻線(不図示)に流れると、巻線の起磁力により高速ロータHSRが回転する。高速ロータHSRに印加された電気トルク(モータトルク)は、磁気ばねを介して低速ロータPPRに伝達される。これにより、低速ロータPPRは、所定の減速比で高速ロータHSRと同期して回転する。
The magnetic geared
回転軸43は、磁気ギヤードモータ42の出力軸であり、継手JTを介して低速ロータPPRと推進器44とを接続する。
The rotating
推進器44は、磁気ギヤードモータ42から伝達されたトルクにより回転駆動して、移動体1(本体部3)に推力を与える。推進器44は、たとえばプロペラである。また、他の実施形態では、推進器44は自動車や鉄道車両の車輪などであってもよい。
The
インバータ41と磁気ギヤードモータ42とを接続する電力線には、電流センサ45が設けられる。電流センサ45は、インバータ41から磁気ギヤードモータ42に供給される電流(モータ電流)を計測する。また、磁気ギヤードモータ42には、回転角センサ46が設けられる。回転角センサ46は、高速ロータHSRの回転角度および回転数を計測する高速側回転角センサ46Aと、低速ロータPPR(回転軸43)の回転角度および回転数を計測する低速側回転角センサ46Bとを含む。
A
インバータ制御装置40は、磁気ギヤードモータ42のトルクが後述する制御装置2から要求されたトルク指令と一致するように、モータ電流や回転軸43の回転数などの計測データに基づいて、インバータ41が磁気ギヤードモータ42に印加する電圧および電流をフィードバック制御する。
The
操舵系5は、移動体1(本体部3)の進行方向を変更可能な舵取機51を有する。
The
操作部10は、操作者による操作指令などの入力を受け付ける。
The
制御装置2は、操作者による操作指令に基づいて、推進系4や操舵系5の制御を行う。本実施形態では、特に、移動体1の状態や気象・海象条件などを監視して、推進系4の磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制するように、磁気ギヤードモータ42のトルクを調整する。なお、操舵系5の制御(舵角指令の演算など)については従来技術と同様であるため、詳細な説明を省略する。
The
(制御装置の機能構成)
図2は、制御装置の機能構成を示すブロック図である。
図2に示すように、制御装置2は、プロセッサ20と、メモリ21と、ストレージ22と、通信インタフェース23とを備えている。
(Functional configuration of the control device)
FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the control device.
As shown in FIG. 2, the
プロセッサ20は、所定のプログラムに従って動作することにより、制御部201、切替部202、手動設定部203、自動設定部204、推定部205、リミッタ206としての機能を発揮する。
The
制御部201は、推進器44(回転軸43)の回転数の計測データと、回転数指令との差に基づいて、磁気ギヤードモータ42の電気トルク(モータトルク)を調整するフィードバック制御を行う。
The
切替部202は、磁気ギヤードモータ42の電気トルクを制限するトルク制限値の設定モードの切り替えをおこなう。設定モードは、トルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、トルク制限値を自動で設定するオートモードとを含む。
The
手動設定部203は、マニュアルモードに切り替えられた場合に、トルク制限値を操作者が指定した値に設定する。
When the manual mode is switched to, the
自動設定部204は、オートモードに切り替えられた場合に、推進器44から磁気ギヤードモータ42に伝達される負荷トルク、および移動体1の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいてトルク制限値を設定する。
When switched to auto mode, the
推定部205は、移動体1の状態を表す計測データを含む状態変数に基づいて、負荷トルクを推定する。
The
リミッタ206は、制御部201が演算したトルク制限値を、手動設定部203または自動設定部204が設定したトルク制限値で制限した最終トルク指令をインバータ制御装置40に出力する。
The
なお、プロセッサ20が実行する所定のプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶される。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。さらに、このプログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
The predetermined program executed by the
メモリ21は、プロセッサ20の動作に必要なメモリ領域を有する。
ストレージ22は、いわゆる補助記憶装置であって、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等である。ストレージ22には、プロセッサ20の各部が処理中に取得、生成、参照するデータが格納される。
通信インタフェース23は、各機器との間で信号(操作指令、計測データなど)の送受信を行う。
The
(制御装置の処理)
次に、制御装置2の処理の詳細について説明する。本実施形態に係る制御装置2は、磁気ギヤードモータ42の最大伝達トルクを増やす代わりに、磁気ギヤ部42Aに発生するねじれトルクを低減する。ねじれトルクの低減により、磁気ギヤードモータ42のサイズなどを大きくすることなく、脱調を抑制する。
(Control device processing)
Next, a detailed description will be given of the processing of the
図3は、第1の実施形態に係る磁気ギヤ部の模式図である。
磁気ギヤ部42Aを図3のように簡略化したモデルで表すと、磁気ギヤードモータ42のステータの巻線(不図示)に電流を印加することにより発生する電気トルク、または、推進器44のトルクを負荷トルクに合わせて制御することで、磁気ギヤ部42Aに発生するねじれトルクを低減することができる。図4から、次式(1)~(4)が成立する。
FIG. 3 is a schematic diagram of the magnetic gear unit according to the first embodiment.
When the
式(1)のθeは高速ロータHSRと低速ロータPPRの回転角度差を示すねじれ角(電気角)、ωeは回転速度差を示すねじれ角速度(電気角)である。式(1)のθe、ωeは式(2)より得られる。式(2)のph、θ0、ω0は、それぞれ高速ロータHSRの極対数、回転角度(機械角)、角速度(機械角)である。式(2)のns、θ1、ω1は、それぞれ低速ロータPPRのポールピース極数、回転角度(機械角)、角速(機械角)度である。 In equation (1), θe is the torsion angle (electrical angle) indicating the difference in rotation angle between the high-speed rotor HSR and the low-speed rotor PPR, and ωe is the torsion angular velocity (electrical angle) indicating the difference in rotation speed. θe and ωe in equation (1) are obtained from equation (2). p h , θ 0 , and ω0 in equation (2) are the number of pole pairs, rotation angle (mechanical angle), and angular velocity (mechanical angle) of the high-speed rotor HSR, respectively. n s , θ 1 , and ω 1 in equation (2) are the number of pole pieces, rotation angle (mechanical angle), and angular velocity (mechanical angle) of the low-speed rotor PPR, respectively.
式(3)の右辺第二項は磁気ギヤ部42Aのトルク(磁気ばねトルク)であり、その最大値は最大伝達トルクTmaxとなる。式(3)のJr、Trは式(4)より得られる。式(4)のJ0は高速ロータHSRの慣性モーメント、J1は低速ロータPPRの慣性モーメント、T0は電気トルク、T1は負荷トルクである。したがって、式(3)の右辺第一項Trが最大伝達トルクTmaxを超えると、安定な動作点が消失して脱調に至る。
The second term on the right side of equation (3) is the torque (magnetic spring torque) of the
損失を無視すると、定常状態では式(3)の右辺第一項と第二項は釣り合っており、左辺が0、すなわち回転速度差0で高速ロータHSRおよび低速ロータPPRが完全に同期して回転する。この状態から負荷トルクT1がΔT1増えると、式(3)からTrが増加し、式(3)のバランスが崩れて左辺≠0となり、回転角度差θeが変化する。このとき、仮に負荷トルクT1の変化と全く同じタイミングで、電気トルクT0を次式(5)で示すΔT0だけ変化させたとする。 If losses are ignored, in a steady state, the first and second terms on the right side of equation (3) are balanced, and the left side is 0, i.e., the rotational speed difference is 0, and the high speed rotor HSR and the low speed rotor PPR rotate in perfect synchronization. If the load torque T1 increases by ΔT1 from this state, T r increases from equation (3), the balance of equation (3) is lost, the left side ≠ 0, and the rotation angle difference θ e changes. At this time, suppose that the electric torque T0 is changed by ΔT0 shown in the following equation (5) at exactly the same timing as the change in the load torque T1 .
そうすると、Trの変化はゼロとなり、高速ロータHSRおよび低速ロータPPRの電気的な回転角度差や回転速度差は生じず、また、最大伝達トルクTmaxを超えることもない。したがって、磁石を増やして最大伝達トルクに余裕を持たせなくても、脱調を抑制することができる。 In this case, the change in Tr becomes zero, and no electrical difference in rotation angle or rotation speed occurs between the high speed rotor HSR and the low speed rotor PPR, and the maximum transmission torque Tmax is not exceeded. Therefore, step-out can be suppressed without increasing the number of magnets to provide a margin for the maximum transmission torque.
ただし、実際はいつどのようなタイミングで、どのような負荷が作用するか正確にはわからないのと、遅れゼロで電気トルクを制御することはできない。 However, in reality, it is not possible to know exactly when and what load will act, and it is not possible to control the electric torque with zero delay.
簡便で確実なのは過負荷の発生に先立ち電気トルクを下げておく(または制限する)ことである。ただし、電気トルクを常に下げた(制限した)状態にすると、磁気ギヤードモータ42の出力トルクが低下して、移動体1の移動(航行)に時間を要してしまう。このため、電気トルクの下げ量(制限量)やその継続時間は適切に調整する必要がある。
A simple and reliable method is to reduce (or limit) the electric torque before an overload occurs. However, if the electric torque is always kept reduced (limited), the output torque of the magnetic geared
そこで、本実施形態に係る制御装置2は、手動設定部203または自動設定部204において、電気トルクを制限する処理を実施する。
Therefore, the
図4は、第1の実施形態に係る制御装置の制御例を示すブロック線図である。
制御装置2の制御処理の詳細について、図4を参照しながら説明する。
FIG. 4 is a block diagram showing a control example of the control device according to the first embodiment.
The control process of the
まず、図4に示すように、切替部202は、設定モードをマニュアルモードまたはオートモードに切り替える。
First, as shown in FIG. 4, the
図5は、第1の実施形態に係る切替部の機能を説明するための図である。
切替部202は、たとえば図5に示すように、M1~M3のうちいずれか一の条件を満たした場合に、設定モードをマニュアルモードに切り替える。また、切替部202は、A1~A3の全ての条件を満たした場合に、設定モードをオートモードに切り替える。
FIG. 5 is a diagram for explaining the function of the switching unit according to the first embodiment.
5, the
設定モードの切り替え条件M1~M3、A1~A3は、以下のとおりである。
(M1)操作者が操作部10を介してマニュアルモードを選択する操作を行った場合。
(M2)計測データの信頼性が不十分である場合。
(M3)環境条件が不良であると予測される場合。
(A1)操作者が操作部10を介してオートモードを選択する操作を行った場合。
(A2)計測データの信頼性が十分である場合。
(A3)環境条件が良好であると予測される場合。
The setting mode switching conditions M1 to M3 and A1 to A3 are as follows.
(M1) When the operator performs an operation to select the manual mode via the
(M2) When the reliability of the measurement data is insufficient.
(M3) When environmental conditions are predicted to be poor.
(A1) When the operator performs an operation to select the auto mode via the
(A2) When the measurement data is sufficiently reliable.
(A3) When environmental conditions are predicted to be good.
条件M1およびA1については、たとえば、移動体1の運転計画などに応じて、操作者が設定モードの切り替え操作を行う。たとえば、海上公試などでクラッシュ・アスターンや急旋回などの過酷な運転をする(すなわち、磁気ギヤードモータ42への過負荷が発生する)ことが事前にわかっている場合、操作者はマニュアルモードを選択する(条件M1)。一方、このような過酷な運転をしないことが事前にわかっている場合、操作者はオートモードを選択する(条件A1)。
For conditions M1 and A1, the operator switches the setting mode depending on, for example, the operation plan of the mobile unit 1. For example, if it is known in advance that severe driving such as crash astern or sharp turns will be performed during sea trials (i.e., overloading of the magnetic geared
条件M2およびA2の計測データは、自動設定部204がトルク制限値の設定に用いる推進器44(回転軸43)の回転数の計測データ、センサ31による移動体1(本体部3)の速度、姿勢角、加速度などの計測データである。たとえば、いずれかのセンサが故障した場合や、データ伝送異常が発生した場合には、計測データの信頼性が不十分であると判断される(条件M2)。一方、全てのセンサが正常に動作している場合や、データ伝送異常が発生していない場合には、計測データの信頼性が十分であると判断される(条件A2)。
The measurement data for conditions M2 and A2 are measurement data of the rotation speed of the propulsion device 44 (rotating shaft 43) used by the
条件M3およびA3の環境条件は、風雨などの気象条件や、波などの海象条件が良好であるか不良であるかを示す情報を含む。制御装置2は、操作部10または外部のサーバ(不図示)などから、移動体1の移動経路における現在および将来の環境条件(良好/不良)を取得する。なお、環境条件には風速、雨量、波高などの予測値が含まれていてもよく、切替部202は、これら予測値のうち何れかが閾値を超えたか否かに基づいて、環境条件が良好であるか不良であるかを判断してもよい。
The environmental conditions of conditions M3 and A3 include information indicating whether meteorological conditions such as wind and rain, and ocean conditions such as waves, are good or bad. The
つまり、マニュアルモードは、荒天時などのように、推定部205による負荷トルクの推定が困難であり、ベテランの操作者の判断を重視すべき場合に設定されるモードである。また、オートモードは、晴天時など気象・海象が穏やかで負荷トルクの推定が比較的正確に行える場合に設定されるモードである。移動体1の移動時間(航行時間)の最小化や、燃費最大化を図るためには、トルク制限値をきめ細やかに調整する必要がある。したがって、条件A2~A3を満たす場合には、オートモードを設定して、トルク制限値を移動体1の状態などに応じて調整することが望ましい。
In other words, the manual mode is set when it is difficult for the
設定モードがマニュアルモードのとき、手動設定部203は、操作者が操作部10を介して入力した値を、トルク制限値として設定する。
When the setting mode is manual mode, the
図6は、第1の実施形態に係るオートモード時の処理例を示すブロック線図である。
設定モードがオートモードのとき、自動設定部204は図6に示すトルク決定ロジックにしたがい、トルク制限値を設定する。オートモードでは、負荷トルクが増大する要因に着目し、それら要因の状態をセンサで計測した計測データや操作指令などから判定する。
FIG. 6 is a block diagram showing an example of processing in the auto mode according to the first embodiment.
When the setting mode is the auto mode, the
自動設定部204は、移動体1の状態を示す計測データとトルク制限値との関係を予め定めた第1制限値情報D1を参照して、移動体1の状態(計測データ)に応じた第1トルク制限値を決定する。移動体の状態を示す計測データは、たとえばセンサ31が計測した移動体1の本体部3の姿勢角である。移動体1が船舶である場合、荒天時などには船体運動(ピッチング)が大きくなり、船体後部に設けられた推進器44(プロペラ)が一時的に水面上に露出して空転する(プロペラレーシング)場合がある。そうすると、プロペラの露出の有無により負荷トルクが大きく変動するため、磁気ギヤードモータ42が脱調する可能性がある。
The
このように、移動体1の特定の状態が負荷トルクの変動に影響することが分かっている場合には、移動体1の特定の状態(上記した例ではピッチ角)と、脱調しない最大の電気トルク(脱調限界となる電気トルク)であるトルク制限値との関係を定めた第1制限値情報D1を用意しておく。第1制限値情報D1は、シミュレーション、模型試験、移動体1自身または類似する他の移動体の実測データなどのデータベースに基づき作成したテーブルであってもよいし、データベースに基づき構築した数学モデルであってもよい。自動設定部204は、第1制限値情報D1を使い、時々刻々と変化する本体部3のピッチ角に応じた第1トルク制限値を求める。
In this way, when it is known that a particular state of the moving body 1 affects the fluctuation of the load torque, first limit value information D1 is prepared that defines the relationship between the particular state of the moving body 1 (the pitch angle in the above example) and the torque limit value that is the maximum electric torque that does not cause step-out (the electric torque that becomes the step-out limit). The first limit value information D1 may be a table created based on a database of simulations, model tests, actual measurement data of the moving body 1 itself or other similar moving bodies, or it may be a mathematical model constructed based on a database. The
また、図3の磁気ギヤ部42Aのモデルから、負荷トルクの急変のみならず、電気トルクの急変によっても脱調が起こり得ることがわかる。たとえばクラッシュ・アスターンのような運転を行うことにより、電気トルクが急変して脱調する可能性がある。つまり、操船に関する操作指令(推進系4への回転数指令、操舵系5への舵角指令など)や実際値(低速ロータPPRの回転数、姿勢や加速度の計測データ)も、トルク制限値の決定に有効と考えられる。したがって、第1制限値情報D1は、これら操作指令や実際値とトルク制限値との関係を定めたものであってもよい。
The model of the
さらに、自動設定部204は、移動体1の様々な状態や操作指令から推測される負荷トルクに基づいて、トルク制限値を設定してもよい。まず、推定部205において、たとえば以下のように負荷トルクの推定を行う。図3の磁気ギヤ部42Aの模式図および上式(1)~(4)を参照して、磁気ギヤードモータ42で駆動される推進系4を以下のようにモデル化する。ここでは理解しやすいよう極めて簡略化したモデルを用いている。また、ここでは移動体1が船舶であり、推進器44がプロペラであるとする。
Furthermore, the
式(6)~(9)のQmotor0は磁気ギヤードモータ42の電気トルク、Qmotor1は磁気ギヤードモータの出力トルク(磁気ばねトルク)、Qpは負荷トルク(プロペラトルク)、τeは電気トルクの応答時定数、Qmotor0
*は電気トルクの指令値(トルク指令)である。式(10)のupはプロペラの流入速度を時間tの一次関数で表したものであり、同次形の微分方程式で表すと式(11)~(12)となる。これらの式より、負荷トルクQpは式(13)のモデルで表される。なお、式(13)のC1,C2,C3はプロペラの特性で決まる係数である。
In equations (6) to (9), Q motor0 is the electric torque of the magnetic geared
また、移動体1の状態変数xを式(14)のようにおく。 Furthermore, the state variable x of moving body 1 is set as shown in equation (14).
後述する方法により時々刻々と推定された状態変数x^を用いて、負荷トルクを式(15)のように推定する。 The load torque is estimated as shown in equation (15) using the state variable x^, which is estimated every moment using the method described below.
推定アルゴリズムを構築するため、状態方程式を式(16)とする。 To construct the estimation algorithm, the state equation is given by equation (16).
上式(16)の連続系の状態方程式を演算周期ΔTで離散化する。たとえば前進オイラー法で近似すると、次式(17)のような離散系の状態方程式となる。 The continuous state equation in equation (16) above is discretized with a calculation period of ΔT. For example, when approximating it using the forward Euler method, it becomes a discrete state equation as shown in equation (17) below.
ここで、kは演算ステップである。次に、観測(計測)可能な信号を定義する。たとえば高速ロータHSRおよび低速ロータPPRの角速度のみが計測できるとすると、観測方程式は次式(18)のとおりとなる。Hは状態変数を観測変数に変換する関数である。 Here, k is the calculation step. Next, we define the signals that can be observed (measured). For example, if only the angular velocities of the high-speed rotor HSR and the low-speed rotor PPR can be measured, the observation equation is as shown in the following equation (18). H is a function that converts state variables into observation variables.
式(17)の状態方程式と式(18)の観測方程式を用いて、状態変数を推定する。たとえば、本実施形態では、無香料カルマンフィルタ(Unscented Kalman Filte;UKF)にて状態変数を推定する。なお、他の実施形態では、他の手法を利用して状態変数を推定してもよい。無香料カルマンフィルタを用いた状態の推定では、「1.シグマ点の計算ステップ」、「2.予測ステップ」、「3.更新ステップ」の3つのステップを行う。以下、順に説明する。 The state variables are estimated using the state equation in equation (17) and the observation equation in equation (18). For example, in this embodiment, the state variables are estimated using an unscented Kalman filter (UKF). Note that in other embodiments, other methods may be used to estimate the state variables. State estimation using the unscented Kalman filter involves three steps: "1. Sigma point calculation step," "2. Prediction step," and "3. Update step." These steps are explained in order below.
1.シグマ点の計算ステップ
状態変数を用いてシグマ点を演算する。なお、最初の演算ステップでは初期値を設定した状態変数を用いる。状態変数の次元をnとした場合、状態変数一つにつき、2n+1個のシグマ点を設定する。なお、本例ではn=6とする。ある一つの、ある演算時点kでの状態変数(例えばx1[k])を対象としてシグマ点の設定方法を示す。数式を見やすくするため演算時点を示す記号[k]は省略する。
1. Sigma point calculation step Sigma points are calculated using state variables. Note that in the first calculation step, state variables with initial values set are used. If the dimension of the state variables is n, 2n+1 sigma points are set for each state variable. Note that in this example, n=6. A method for setting sigma points is shown below for a state variable (e.g., x 1 [k]) at a certain calculation point k. The symbol [k] indicating the calculation point is omitted to make the formula easier to read.
シグマ点の平均値を計算するための重み係数Wを以下の式(19)~(22)のとおり計算する。α、β、κはパラメータであり、一般的に0≦α≦1,κ=3-n,β=2とするのがよいとされている。αはシグマ点の散らばり具合(平均値からの距離)を調整するパラメータであり、大きくするほど散らばりが大きくなる。 The weighting coefficient W for calculating the average value of the sigma points is calculated using the following formulas (19) to (22). α, β, and κ are parameters, and it is generally considered best to set them as 0≦α≦1, κ=3-n, and β=2. α is a parameter that adjusts the dispersion of the sigma points (the distance from the average value), and the larger it is, the greater the dispersion.
式(23)~(24)のように、シグマ点の一つ(X0)は重み付きの平均値μとする。 As in equations (23) and (24), one of the sigma points (X 0 ) is set to the weighted average value μ.
残りの2n個のシグマ点は上で計算した平均値μと下式(25)~(27)を用いて算出する。 The remaining 2n sigma points are calculated using the average value μ calculated above and the following equations (25) to (27).
全ての状態変数を考慮し、シグマ点の集合を行列で表すと次式(28)のようになる。上記のとおり、本例ではn=6である。 Taking all state variables into account, the set of sigma points can be expressed as a matrix as shown in the following equation (28). As mentioned above, in this example, n = 6.
式(28)の要素Xi,jの添え字i=0,…,2nはシグマ点の番号、j=1,…,nは状態変数の番号である。 The subscript i=0, . . . , 2n of the element X i,j in equation (28) is the number of the sigma point, and j=1, .
2.予測ステップ
次式(29)にてシグマ点の無香料変換を行う。変換後の集合を行列で表すと式(30)となる。
2. Prediction step: Unscented transformation of the sigma points is performed using the following formula (29). The transformed set is expressed as a matrix as formula (30).
XおよびYは(2n+1)×n行列である。下式(31)~(34)にて平均値x ̄と共分散行列P ̄を計算する。 X and Y are (2n+1) x n matrices. The mean value x and the covariance matrix P are calculated using the following equations (31) to (34).
式(34)のQはプロセスノイズのモデルである。 Q in equation (34) is a model of process noise.
3.更新ステップ
観測方程式を用いてシグマ点を観測空間に移す。
3. Update step: Transform the sigma points into the observation space using the observation equations.
式(35)の添え字i=0,…,2nはシグマ点の番号、j=1,…,nは状態変数の番号、k=1,…,lは観測点の番号である。lは観測点の数である。また、式(36)~(38)より、観測空間に移したシグマ点の平均値μZと共分散行列PZを計算する。式(38)のRはl×l行列であり、観測ノイズのモデル(共分散行列)である。 In equation (35), the subscript i = 0, ..., 2n is the number of the sigma point, j = 1, ..., n is the number of the state variable, and k = 1, ..., l is the number of the observation point. l is the number of the observation points. Furthermore, from equations (36) to (38), the average value μ Z and the covariance matrix P Z of the sigma points transferred to the observation space are calculated. R in equation (38) is an l x l matrix, and is the model (covariance matrix) of the observation noise.
式(35)~(38)添え字i=0,…,2nはシグマ点の番号、j=1,…,nは状態変数の番号、k=1,…,lは観測点の番号である。また、lは観測点の数である。式 In equations (35) to (38), the subscripts i = 0, ..., 2n are the sigma point numbers, j = 1, ..., n are the state variable numbers, and k = 1, ..., l are the observation point numbers. Also, l is the number of observation points. Equations
また、式(39)により観測値z=[ω0,meas ω1,meas]Tの残差yを計算する。 In addition, the residual y of the observed value z=[ω 0, meas ω 1, meas ] T is calculated using equation (39).
次に、カルマンゲインKを次式(40)~(41)にて計算する。 Next, calculate the Kalman gain K using the following equations (40) to (41).
計算したカルマンゲインを使い、次式(42)にて状態変数の推定値を更新する。 The calculated Kalman gain is used to update the estimated state variables using the following equation (42).
また、計算したカルマンゲインを使い、共分散行列を次式(43)にて更新する。 The calculated Kalman gain is then used to update the covariance matrix using the following equation (43).
推定部205は、上記した「2.予測ステップ」と「3.更新ステップ」を繰り返し行う。つまり、予測ステップにおいて、前回の時刻(演算ステップ)k-1の状態推定値Xk-1から、現在時刻kの状態の事前分布X ̄kを予測する。また、更新ステップにおいて、予測された事前分布X ̄tを観測空間に移した値zの残差yを求め、この残差yに基づいて現在時刻kの状態変数の推定値を更新した事後分布X ̄k+Kyを得る。推定部205は、このようにして状態変数の推定値x^を求め、上式(15)により時々刻々と負荷トルクの推定値Qp^を演算する。
The
次に、自動設定部204は、現在時刻の負荷トルク推定値Qp^に基づいて、第2トルク制限値を決定する。たとえば、自動設定部204は、負荷トルクと脱調しない最大の電気トルク(脱調限界となる電気トルク)であるトルク制限値との関係を定めた第2制限値情報D2を用意しておく。第2制限値情報D2は、シミュレーション、模型試験、移動体1自身または類似する他の移動体の実測データなどのデータベースに基づき作成したテーブルであってもよいし、データベースに基づき構築した数学モデルであってもよい。自動設定部204は、第2制限値情報D2に基づいて、推定された負荷トルクに応じた第2トルク制限値を求める。
Next, the
また、自動設定部204は、セレクタ204Aにより、第1トルク制限値と、第2トルク制限値のうち、値が小さい方を選択して、最終的なトルク制限値とする。
The
たとえば、トルク制限値が急に上昇すると、電気トルクが過剰となり脱調を引き起こす可能性がある。このため、自動設定部204は、セレクタ204Aにより選択されたトルク制限値が前回値よりも上昇する(上げ側となる)場合には、レート制限部204Bによりトルク制限値の時刻ごとの変化量又は変化率を制限する。
For example, if the torque limit value suddenly increases, the electric torque may become excessive, which may cause step-out. For this reason, when the torque limit value selected by the
自動設定部204は、図6に示す処理を時々刻々と繰り返すことにより、移動体1の状態に応じた適切なトルク制限値を設定する。
The
図4に戻り、制御部201は、推進器44の回転数の計測データと、操作部10から指示された回転数指令との差に基づいて、磁気ギヤードモータ42のトルク指令を演算する。
Returning to FIG. 4, the
また、リミッタ206は、制御部201が演算したトルク制限値をトルク制限値で制限した最終トルク指令を決定する。マニュアルモード時は手動設定部203が設定したトルク制限値が、オートモード時には自動設定部204が設定したトルク制限値がリミッタ206に与えられる。最終トルク指令は、インバータ制御装置40に出力される。インバータ制御装置40は、磁気ギヤードモータ42の電気トルクが最終トルク指令と一致するように、インバータ41の電圧・電流を調整する。
The
制御装置2は、移動体1の運転中、図4および図6に示す処理を繰り返し実行する。
The
なお、上記した例では、説明を簡単にするため、プロペラが完全に没水した状態を表すモデルのみを考慮して負荷モデルの推定を行った。実際には、プロペラが水面上に暴露(プロペラレーシング)したあとに再び没水した場合など、プロペラから大きな負荷トルクが作用することとなる。このような動きは、船体の傾斜や上下動(Heave)などの船体運動と相関が強いと考えられる。したがって、推定部205は、船体の船体運動に関する計測データ(姿勢角や加速度など)を上述した状態方程式(17)や観測方程式(18)に追加して、負荷トルクを推定してもよい。さらに、プロペラに由来する負荷変動は、プロペラレーシング以外にも、舵を切って急旋回する場合にも起こり得る。つまり、操船に関する操作指令(推進系4への回転数指令、操舵系5への舵角指令など)や実際値(低速ロータPPRの回転数、姿勢や加速度の計測データ)も、トルク制限値の決定に有効と考えられる。したがって、推定部205は、これら操作指令や実際値を上述した状態方程式(17)や観測方程式(18)に追加して、負荷トルクを推定してもよい。これにより、負荷トルクの推定精度を向上させることができる。
In the above example, to simplify the explanation, the load model was estimated only considering a model that represents a state in which the propeller is completely submerged. In reality, a large load torque will act from the propeller when the propeller is exposed above the water surface (propeller racing) and then submerged again. Such movements are considered to be strongly correlated with hull movements such as the inclination and up-down movement (heave) of the hull. Therefore, the
また、図6には、自動設定部204が第1トルク制限値および第2トルク制限値のうち小さい方をセレクタ204Aにより選択する例が示されているが、これに限られることはない。他の実施形態では、自動設定部204は、第1トルク制限値のみ、または第2トルク制限値のみをトルク制限値として求めてもよい。この場合、セレクタ204Aは省略される。
In addition, FIG. 6 shows an example in which the
(作用、効果)
以上のように、本実施形態に係る移動体1の制御装置2は、磁気ギヤードモータ42の電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替える切替部202と、マニュアルモードに切り替えられた場合に、トルク制限値を操作者が指定した値に設定する手動設定部203と、オートモードに切り替えられた場合に、推進器44から磁気ギヤードモータ42に伝達される負荷トルク、または移動体1の状態に応じてトルク制限値を設定する自動設定部204と、を備える。
(Action, Effect)
As described above, the
このようにすることで、制御装置2は、マニュアルモード時には、操作者が状況に応じてトルク制限値を調整して、磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制することができる。一方で、制御装置2は、オートモード時には、負荷トルクや移動体1の状態に応じて電気トルクをきめ細やかに調整することにより、脱調を抑制しつつ、磁気ギヤードモータ42を最大効率で運転することができる。したがって、移動体1の移動時間の最小化、燃費最大化を図ることができる。
In this way, in manual mode, the
また、自動設定部204は、移動体1の状態とトルク制限値との関係を予め定めた第1制限値情報D1を参照して、移動体1の状態に応じた第1トルク制限値をトルク制限値として設定する。
The
たとえば移動体1が船舶であり、船体の状態(傾斜)の変化によってプロペラレーシングが発生した場合など、磁気ギヤードモータ42にかかる負荷トルクが大きく変動する可能性がある。制御装置2は、上記したように移動体1の状態に合わせてトルク制限値を設定することにより、移動体1の状態の変化に伴う負荷トルクの変動に合わせて電気トルクを適切に調整し、脱調を抑制することができる。
For example, if the moving body 1 is a ship and propeller racing occurs due to a change in the state (tilt) of the hull, the load torque on the magnetic geared
また、制御装置2は、移動体1の状態を表す計測データ含む状態変数に基づいて、負荷トルクを推定する推定部205をさらに備える。自動設定部204は、負荷トルクとトルク制限値との関係を予め定めた第2制限値情報D2を参照して、推定した負荷トルクに応じた第2トルク制限値をトルク制限値として設定する。
The
このようにすることで、制御装置2は、時々刻々と磁気ギヤードモータ42にかかる負荷トルクを推定して、負荷トルクの変動に合わせて電気トルクを適切に調整し、脱調を抑制することができる。
In this way, the
また、自動設定部204は、第1トルク制限値および第2トルク制限値を決定し、これらのうち値が小さい方をトルク制限値として設定する。
The
たとえば移動体1の傾斜がなくプロペラレーシングが発生していない場合など、移動体1の状態が安定していることから、第1トルク制限値は電気トルクの制限を緩和するような値となる可能性がある。一方で、移動体1の加速や旋回などにより、負荷トルクが上昇している場合など、第2トルク制限値は電気トルクをより制限するような値となる可能性がある。このような場合であっても、制御装置2は、値の小さい方を最終的なトルク制限値として設定することにより、電気トルクを安全側に調整することができる。これにより、脱調をより確実に抑制することができる。
For example, when the moving body 1 is not tilted and propeller racing is not occurring, the state of the moving body 1 is stable, so the first torque limit value may be a value that relaxes the restriction on the electric torque. On the other hand, when the load torque is increasing due to acceleration or turning of the moving body 1, the second torque limit value may be a value that further restricts the electric torque. Even in such a case, the
<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態について図7を参照しながら説明する。上述の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described with reference to Fig. 7. Components common to the above-mentioned embodiment are given the same reference numerals and detailed description will be omitted.
第1の実施形態において、オートモード時、制御装置2の推定部205は、現在の負荷トルクの推定値Qp^を求めた。これに対し、本実施形態に係る推定部205は、モデルMを用いて所定ステップ先の将来の負荷トルクおよび電気トルク(モータトルク)の挙動を予測する。
In the first embodiment, in the auto mode, the
図7は、第2の実施形態に係るオートモード時の処理例を示すブロック線図である。
具体的には、図7に示すように、推定部205は、第1の実施形態処理(図6)に代えて、モデルMを用いた将来の負荷トルクおよび電気トルクを推定する処理を行う。モデルMは、過去の数ステップ分の計測データを入力xとし、将来の負荷トルクおよび電気トルクの推定値yを出力とする。計測データは、移動体1(本体部3)の傾斜や揺れを表す姿勢角および加速度、各ロータの回転角度および回転速度などの計測データを含む。モデルMは、たとえば、RBF(Radial Base Function)-ARXモデルなどの自己回帰(Auto-Regressive;AR)モデルであってもよい。また、他の実施形態では、モデルMは、過去の計測データから学習した学習モデルであってもよい。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a process in the auto mode according to the second embodiment.
Specifically, as shown in FIG. 7, the
また、自動設定部204は、第1の実施形態の処理(図6)に代えて、予測された将来の負荷トルクおよび電気トルクに基づいて、現在の電気トルクを一定期間制限するようにトルク制限値を設定する処理を行う。たとえば、図7に示すように、自動設定部204は、予測された将来の負荷トルクおよび電気トルクを入力として脱調のシミュレーションを行い、将来脱調が発生することが予測される場合に、推定された負荷トルクと第2制限値情報D2とに基づいてトルク制限値(第2トルク制限値)を決定する。第2トルク制限値の決定の方法は、第1の実施形態と同様である。また、自動設定部204は、第1の実施形態と同様に、レート制限部204Bにより、トルク制限値が上げ側となる場合にのみ、トルク制限値の時刻ごとの変化量又は変化率を制限するようにしてもよい。
In addition, instead of the processing of the first embodiment (FIG. 6), the
以降の制御装置2の処理は第1の実施形態と同様である。すなわち、制御部201は、演算したトルク指令を自動設定部204が設定したトルク制限値で制限した最終トルク指令を、インバータ制御装置40に出力する。インバータ制御装置40は、磁気ギヤードモータ42の電気トルクが最終トルク指令と一致するように、インバータ41の電圧・電流を調整する。
The subsequent processing of the
このように、本実施形態に係る制御装置2は、将来的に脱調が予測される場合には、事前に電気トルクを制限しておく。このようにすることで、制御装置2は、より確実に磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制することができる。
In this way, the
<第3の実施形態>
次に、第3の実施形態について図8~図9を参照しながら説明する。上述の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment will be described with reference to Figures 8 and 9. Components common to the above-mentioned embodiment are given the same reference numerals and detailed description will be omitted.
図8は、第3の実施形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。
図9は、第3の実施形態に係る制御装置の制御例を示すブロック線図である。
上述の実施形態では、制御装置2が磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制するために、磁気ギヤードモータ42の電気トルク(モータトルク)を制限する例について説明した。これに対し、本実施形態に係る制御装置2は、操舵系5の舵角、および推進器44の回転数の少なくとも一方を制限して負荷トルクを制御することにより、磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制する。
FIG. 8 is a block diagram showing a functional configuration of a control device according to the third embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a control example of the control device according to the third embodiment.
In the above embodiment, an example has been described in which the
具体的には、図8および図9に示すように、本実施形態に係る制御装置2は、制限値演算部207をさらに備える。制限値演算部207は、手動設定部203または自動設定部204が設定したトルク制限値に基づいて、回転数指令および舵角指令を制限する回転数制限値および舵角制限値を演算する。また、制限値演算部207は、第1の実施形態または第2の実施形態に係る推定部205が推定した負荷トルク推定値や、第2の実施形態にかかる推定部205が推定した将来の負荷トルクおよび電気トルクの推定値をさらに用いて、回転数制限値および舵角制限値を演算してもよい。
Specifically, as shown in Figs. 8 and 9, the
また、図9に示すように、リミッタ206は、第1リミッタ206Aおよび第2リミッタ206Bを有する。第1リミッタ206Aは、操作部10から指定された舵角指令を、制限値演算部207が演算した舵角制限値で制限する。第1リミッタ206Aにより補正された最終舵角指令は、舵取機51に出力される。第2リミッタ206Bは、操作部10から指定された回転数指令を、制限値演算部207が演算した回転数制限値で制限する。第2リミッタ206Bにより補正された最終回転数指令は、制御部201に出力される。制御部201は、最終回転数指令と、推進器44の回転数との差に基づくフィードバック制御を行い、インバータ制御装置40に出力するトルク指令を生成する。
As shown in FIG. 9, the
なお、図9の例では、制限値演算部207が回転数制限値および舵角制限値の両方を演算する例が示されているが、これに限られることはない。他の実施形態では、制限値演算部207は回転数制限値のみを演算してもよい。この場合、第1リミッタ206Aは省略してよい。また、さらに他の実施形態では、制限値演算部207は舵角制限値のみを演算してもよい。この場合、第2リミッタ206Bは省略してよい。
Note that, although the example in FIG. 9 shows an example in which the limit
磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制するためには、電気トルク(モータトルク)を制限するだけでなく、負荷トルクを制限することも有効である。したがって、本実施形態に係る制御装置2は、上記したように、磁気ギヤードモータ42の電気トルクに代えて、操舵系5の舵角や、推進器44の回転数などを制限することにより、負荷トルクを制限する。たとえば、移動体1が船舶である場合、プロペラレーシングなどが発生した場合に、プロペラ(推進器44)の回転数指令を強制的に低下させることで、再びプロペラが没水した際にプロペラから磁気ギヤードモータ42に作用する負荷トルクを軽減することができる。したがって、より確実に脱調を回避することができる。
In order to prevent the magnetic geared
<第4の実施形態>
次に、第4の実施形態について図10~図13を参照しながら説明する。上述の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
Fourth Embodiment
Next, a fourth embodiment will be described with reference to Figures 10 to 13. Components common to the above-mentioned embodiments are given the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
図10は、第4の実施形態に係る磁気ギヤードモータの構成を示す第1の図である。
図10に示すように、磁気ギヤードモータ42は、推進器44との間に設けられたトルク制限機構42Bをさらに有していてもよい。
FIG. 10 is a first diagram showing the configuration of a magnetic geared motor according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 10, the magnetic geared
トルク制限機構42Bは、いわゆるトルクリミッタであり、たとえば摩擦力を利用したトルクリミッタ(クラッチなど)や、ばね復元力を利用するトルクリミッタなどである。トルク制限機構42Bは、低速ロータPPRと推進器44とを滑らせながらトルクを伝達する。つまり、トルク制限機構42Bは、磁気ギヤ部42Aの最大伝達トルクを超えないように、低速ロータPPRおよび推進器44の間で伝達されるトルクを制限する。
The
図11は、第4の実施形態に係る磁気ギヤードモータの構成を示す第2の図である。
また、図11に示すように、回転軸43と推進器44とを接続する継手JTを弾性継手としてもよい。なお、弾性継手JTの剛性は、磁気ギヤードモータ42の磁気的なねじり剛性よりも低く設定する。また、弾性継手JTに軸ねじれに対する減衰も付与することで、磁気ギヤードモータ42の低速ロータPPRへ入力される負荷トルクの変化を緩衝し、より確実に脱調を抑制することができる。
FIG. 11 is a second diagram showing the configuration of the magnetic geared motor according to the fourth embodiment.
11, the joint JT connecting the rotating
図12は、第4の実施形態に係る磁気ギヤードモータの効果を示す図である。
図12のグラフは、過負荷(最大伝達トルクに対して120%の負荷トルク)が作用した場合のシミュレーション結果である。たとえば、最大伝達トルクは1puである。Case 0は、トルク制限機構42Bおよび弾性継手JTのいずれも有していない構成(従来技術)、Case 1は、図10のトルク制限機構42Bを有している構成、Case 2は図11のトルク制限機構42Bおよび弾性継手JTを有している構成のシミュレーション結果を表す。Case 0の上段のグラフによれば、ある時刻に過負荷が発生し、低速ロータPPRに負荷トルクがそのまま入力されている。この結果、Case 0の中段のグラフに示すように、高速ロータおよび低速ロータの回転速度が同期しなくなり脱調が発生している。また、Case 0の下段のグラフによれば、脱調により交番トルクが発生していることがわかる。一方で、Case 1およびCase 2の両方とも、上段のグラフに示すように、トルク制限機構42Bや弾性接手JTにより低速ロータPPRに入力される負荷トルクが制限される。そうすると、低速ロータPPRと推進器44との間に滑りが生じるので、中段のグラフに示すように高速ロータHSRおよび低速ロータPPRの回転速度はCase 0のように大きく乖離せず、同期した状態を維持することができた。つまり、Case 1およびCase 2では脱調を抑制することができた。また、Case 1およびCase 2の下段のグラフに示すように、Case 0と比較して磁気ばねトルクの変動が大きく抑制された。
FIG. 12 is a diagram showing the effect of the magnetic geared motor according to the fourth embodiment.
The graph in FIG. 12 shows the simulation results when an overload (load torque of 120% of the maximum transmission torque) is applied. For example, the maximum transmission torque is 1 pu. Case 0 shows the simulation results of a configuration (conventional technology) that does not have either the
図13は、第4の実施形態に係る磁気ギヤードモータの構成を示す第3の図である。
なお、磁気ギヤードモータ42は、トルク制限機構42Bに代えて、若しくは、トルク制限機構42Bに加えて、フライホイール42Cを有していてもよい。図13には、磁気ギヤードモータ42がトルク制限機構42Bおよびフライホイール42Cの両方を有している例が示されている。また、フライホイール42Cは、両側に配置された弾性継手JT1,JT2とともにTMD(Tuned Mass Damper)を構成する。これにより、フライホイール42Cは、低速ロータPPRおよび高速ロータHSRのねじれ角変動に適度な減衰を付与することができるので、より確実に脱調を抑制することができる。
FIG. 13 is a third diagram showing the configuration of the magnetic geared motor according to the fourth embodiment.
The magnetic geared
<その他の実施形態>
以上、図面を参照して実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
<Other embodiments>
Although the embodiment has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes are possible. That is, in other embodiments, the order of the above-mentioned processes may be changed as appropriate. Also, some of the processes may be executed in parallel.
<付記>
上述の実施形態に記載の移動体の制御装置、移動体、移動体の制御方法、およびプログラムは、例えば以下のように把握される。
<Additional Notes>
The mobile body control device, the mobile body, the mobile body control method, and the program described in the above-described embodiments can be understood, for example, as follows.
(1)第1の態様によれば、移動体1の制御装置2は、磁気ギヤードモータ42に回転駆動される推進器44を有する移動体1の制御装置2であって、磁気ギヤードモータ42の電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替える切替部202と、マニュアルモードに切り替えられた場合に、トルク制限値を操作者が指定した値に設定する手動設定部203と、オートモードに切り替えられた場合に、推進器33から磁気ギヤードモータ42に伝達される負荷トルク、および移動体1の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいてトルク制限値を設定する自動設定部204と、推進器44の回転数を指定する回転数指令と推進器44の回転数の計測データとの差に基づき磁気ギヤードモータ42の電気トルクを調整するトルク指令を、トルク制限値で制限するリミッタ206と、を備える。
(1) According to the first aspect, the
このようにすることで、制御装置2は、マニュアルモード時には、操作者が状況に応じてトルク制限値を調整して、磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制することができる。一方で、制御装置2は、オートモード時には、負荷トルクや移動体1の状態に応じて電気トルクをきめ細やかに調整することにより、脱調を抑制しつつ、磁気ギヤードモータ42を最大効率で運転することができる。したがって、移動体1の移動時間の最小化、燃費最大化を図ることができる。
In this way, in manual mode, the
(2)第2の態様によれば、第1の態様に係る移動体1の制御装置2において、自動設定部204は、移動体1の状態とトルク制限値との関係を予め定めた第1制限値情報D1を参照して、移動体1の状態に応じた第1トルク制限値をトルク制限値として設定する。
(2) According to the second aspect, in the
制御装置2は、このように移動体1の状態に合わせてトルク制限値を設定することにより、移動体1の状態の変化に伴う負荷トルクの変動に合わせて電気トルクを適切に調整し、脱調を抑制することができる。
By setting the torque limit value in this way according to the state of the moving body 1, the
(3)第3の態様によれば、第1の態様に係る移動体1の制御装置2は、移動体1の状態を表す計測データを含む状態変数に基づいて、負荷トルクを推定する推定部205をさらに備え、自動設定部204は、負荷トルクとトルク制限値との関係を予め定めた第2制限値情報D2を参照して、推定した負荷トルクに応じた第2トルク制限値をトルク制限値として設定する。
(3) According to the third aspect, the
このようにすることで、制御装置2は、時々刻々と磁気ギヤードモータ42にかかる負荷トルクを推定して、負荷トルクの変動に合わせて電気トルクを適切に調整し、脱調を抑制することができる。
In this way, the
(4)第4の態様によれば、第1の態様に係る移動体1の制御装置2は、移動体1の状態を表す計測データを含む状態変数に基づいて、負荷トルクを推定する推定部205をさらに備え、自動設定部204は、移動体1の状態とトルク制限値との関係を予め定めた第1制限値情報D1を参照して、移動体1の状態に応じた第1トルク制限値を決定し、負荷トルクとトルク制限値との関係を予め定めた第2制限値情報D2を参照して、推定した負荷トルクに応じた第2トルク制限値を決定し、第1トルク制限値および第2トルク制限値のうち、値が小さい方をトルク制限値として設定する。
(4) According to the fourth aspect, the
たとえば移動体1の状態が安定している場合であっても、実際には移動体1の運転状態により負荷トルクが上昇している可能性がある。このような場合であっても、制御装置2は、移動体の状態に基づき決定した第1トルク制限値と、推定された負荷トルクに基づく決定した第2トルク制限値とを比較して最終的なトルク制限値を選択することにより、電気トルクを安全側に調整することができる。これにより、脱調をより確実に抑制することができる。
For example, even if the state of the moving body 1 is stable, the load torque may actually be increasing due to the operating state of the moving body 1. Even in such a case, the
(5)第5の態様によれば、第3の態様に係る移動体1の制御装置2において、推定部205は、状態変数に基づいて所定時刻先の将来の負荷トルクおよび電気トルクを推定し、自動設定部204は、推定した将来の負荷トルクおよび電気トルクに基づいて、トルク制限値を設定する。
(5) According to the fifth aspect, in the
このようにすることで、制御装置2は、将来的に脱調が予測される場合には、事前に電気トルクを制限しておくことができる。これにより、制御装置2は、より確実に磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制することができる。
In this way, the
(6)第6の態様によれば、第4の態様に係る移動体1の制御装置2において、推定部205は、状態変数に基づいて所定時刻先の将来の負荷トルクおよび電気トルクを推定し、自動設定部204は、推定した将来の負荷トルクおよび電気トルクに基づいて、トルク制限値を設定する。
(6) According to the sixth aspect, in the
このようにすることで、制御装置2は、将来的に脱調が予測される場合には、事前に電気トルクを制限しておくことができる。これにより、制御装置2は、より確実に磁気ギヤードモータ42の脱調を抑制することができる。
In this way, the
(7)第7の態様によれば、移動体1の制御装置2は、磁気ギヤードモータ42に回転駆動される推進器44を有する移動体1の制御装置2であって、磁気ギヤードモータ42の電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替える切替部202と、マニュアルモードに切り替えられた場合に、トルク制限値を操作者が指定した値に設定する手動設定部203と、オートモードに切り替えられた場合に、推進器44から磁気ギヤードモータ42に伝達される負荷トルク、および移動体1の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいてトルク制限値を設定する自動設定部204と、トルク制限値に基づいて、推進器44の回転数を指定する回転数指令、および移動体1の舵角を指定する舵角指令の少なくとも一方を制限する制限値を演算する制限値演算部207と、回転数指令および舵角指令の少なくとも一方を制限値で制限するリミッタ206と、を備える。
(7) According to the seventh aspect, the
このように、制御装置2は、推進器44の回転数などを制限することにより、負荷トルクを制限することができる。この結果、より確実に脱調を回避することができる。
In this way, the
(8)第8の態様によれば、移動体1は、低速ロータPPRおよび高速ロータHSRを有する磁気ギヤードモータ42と、磁気ギヤードモータ42に回転駆動される推進器44と、進行方向を変更する舵取機51と、第1から第7のいずれか一の態様に係る制御装置2と、を備える。
(8) According to the eighth aspect, the moving body 1 includes a magnetic geared
(9)第9の態様によれば、第8の態様に係る移動体1は、低速ロータPPRと推進器44との間に設けられ、高速ロータHSRおよび低速ロータPPRの最大伝達トルクを超えないように、推進器44および低速ロータの間で伝達されるトルクを制限するトルク制限機構42Bをさらに備える。
(9) According to the ninth aspect, the moving body 1 according to the eighth aspect further includes a
このようにすることで、移動体1は、磁気ギヤードモータ42の脱調をより確実に抑制することができる。
By doing this, the moving body 1 can more reliably prevent the magnetic geared
(10)第10の態様によれば、第8または第9の態様に係る移動体1は、低速ロータPPRと推進器44との間に設けられ、高速ロータHSRおよび低速ロータPPRのねじれ角変動を減衰するフライホイール42Cをさらに備える。
(10) According to the tenth aspect, the moving body 1 according to the eighth or ninth aspect further includes a
このようにすることで、移動体1は、低速ロータPPRおよび高速ロータHSRのねじれ角変動に適度な減衰を付与することができるので、より確実に脱調を抑制することができる。 By doing this, the moving body 1 can provide appropriate damping to the torsion angle fluctuations of the low-speed rotor PPR and the high-speed rotor HSR, thereby more reliably suppressing loss of synchronization.
(11)第1の態様によれば、移動体1の制御方法は、磁気ギヤードモータ42に回転駆動される推進器44を有する移動体1の制御方法であって、磁気ギヤードモータ42の電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替えるステップと、マニュアルモードに切り替えられた場合に、トルク制限値を操作者が指定した値に設定するステップと、オートモードに切り替えられた場合に、推進器33から磁気ギヤードモータ42に伝達される負荷トルク、および移動体1の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいてトルク制限値を設定するステップと、推進器44の回転数を指定する回転数指令と推進器44の回転数の計測データとの差に基づき磁気ギヤードモータ42の電気トルクを調整するトルク指令を、トルク制限値で制限するステップと、を有する。
(11) According to the first aspect, the control method for the moving body 1 is a control method for the moving body 1 having a
(12)第12の態様によれば、プログラムは、磁気ギヤードモータ42に回転駆動される推進器44を有する移動体1の制御装置2に、磁気ギヤードモータ42の電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替えるステップと、マニュアルモードに切り替えられた場合に、トルク制限値を操作者が指定した値に設定するステップと、オートモードに切り替えられた場合に、推進器33から磁気ギヤードモータ42に伝達される負荷トルク、および移動体1の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいてトルク制限値を設定するステップと、推進器44の回転数を指定する回転数指令と推進器44の回転数の計測データとの差に基づき磁気ギヤードモータ42の電気トルクを調整するトルク指令を、トルク制限値で制限するステップと、を実行させる。
(12) According to the twelfth aspect, the program causes the
1 移動体
2 制御装置
20 プロセッサ
201 制御部
202 切替部
203 手動設定部
204 自動設定部
204A セレクタ
204B レート制限部
205 推定部
206 リミッタ
206A 第1リミッタ
206B 第2リミッタ
207 制限値演算部
21 メモリ
22 ストレージ
23 通信インタフェース
3 本体部
31 センサ
33 推進器
4 推進系
40 インバータ制御装置
41 インバータ
42 磁気ギヤードモータ
42A 磁気ギヤ部
42B トルク制限機構
42C フライホイール
HSR 高速ロータ
PPR 低速ロータ
JT,JT1,JT2 継手(弾性継手)
43 回転軸
44 推進器
45 電流センサ
46 回転角センサ
5 操舵系
51 舵取機
10 操作部
1
43 Rotating
Claims (12)
前記磁気ギヤードモータの電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、前記トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替える切替部と、
前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記トルク制限値を前記操作者が指定した値に設定する手動設定部と、
前記オートモードに切り替えられた場合に、前記推進器から前記磁気ギヤードモータに伝達される負荷トルク、および前記移動体の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいて前記トルク制限値を設定する自動設定部と、
前記推進器の回転数を指定する回転数指令と前記推進器の回転数の計測データとの差に基づき前記磁気ギヤードモータの電気トルクを調整するトルク指令を、前記トルク制限値で制限するリミッタと、
を備える移動体の制御装置。 A control device for a moving body having a propeller that is rotationally driven by a magnetic geared motor,
a switching unit that switches between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value that limits an electric torque of the magnetic geared motor and an auto mode in which the torque limit value is automatically set;
a manual setting unit that sets the torque limit value to a value designated by the operator when the manual mode is switched to;
an automatic setting unit that sets the torque limit value based on at least one of a load torque transmitted from the propulsion unit to the magnetic geared motor and measurement data representing a state of the moving body when the automatic mode is switched to;
a limiter that limits, by the torque limit value, a torque command that adjusts the electric torque of the magnetic geared motor based on a difference between a rotation speed command that specifies a rotation speed of the thruster and measurement data of the rotation speed of the thruster;
A control device for a moving object comprising:
請求項1に記載の移動体の制御装置。 the automatic setting unit refers to first limit value information that defines a relationship between a state of the moving body and the torque limit value in advance, and sets a first torque limit value according to the state of the moving body as the torque limit value.
The control device for a moving body according to claim 1 .
前記自動設定部は、前記負荷トルクと前記トルク制限値との関係を予め定めた第2制限値情報を参照して、推定した前記負荷トルクに応じた第2トルク制限値を前記トルク制限値として設定する、
請求項1に記載の移動体の制御装置。 an estimation unit that estimates the load torque based on a state variable including measurement data representing a state of the moving body;
the automatic setting unit refers to second limit value information that defines a relationship between the load torque and the torque limit value in advance, and sets a second torque limit value corresponding to the estimated load torque as the torque limit value.
The control device for a moving body according to claim 1 .
前記自動設定部は、
前記移動体の状態と前記トルク制限値との関係を予め定めた第1制限値情報を参照して、前記移動体の状態に応じた第1トルク制限値を決定し、
前記負荷トルクと前記トルク制限値との関係を予め定めた第2制限値情報を参照して、推定した前記負荷トルクに応じた第2トルク制限値を決定し、
前記第1トルク制限値および前記第2トルク制限値のうち、値が小さい方を前記トルク制限値として設定する、
請求項1に記載の移動体の制御装置。 an estimation unit that estimates the load torque based on a state variable including measurement data representing a state of the moving body;
The automatic setting unit is
determining a first torque limit value according to the state of the moving body by referring to first limit value information that defines a relationship between the state of the moving body and the torque limit value in advance;
determining a second torque limit value corresponding to the estimated load torque with reference to second limit value information that defines a relationship between the load torque and the torque limit value in advance;
setting the smaller of the first torque limit value and the second torque limit value as the torque limit value;
The control device for a moving body according to claim 1 .
前記自動設定部は、推定した将来の前記負荷トルクおよび前記電気トルクに基づいて、前記トルク制限値を設定する、
請求項3に記載の移動体の制御装置。 The estimation unit estimates the load torque and the electric torque at a predetermined time ahead based on the state variables,
The automatic setting unit sets the torque limit value based on the estimated future load torque and the estimated future electric torque.
The control device for a moving body according to claim 3.
前記自動設定部は、推定した将来の前記負荷トルクおよび前記電気トルクに基づいて、前記トルク制限値を設定する、
請求項4に記載の移動体の制御装置。 The estimation unit estimates the load torque and the electric torque at a predetermined time ahead based on the state variables,
The automatic setting unit sets the torque limit value based on the estimated future load torque and the estimated future electric torque.
The control device for a moving body according to claim 4.
前記磁気ギヤードモータの電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、前記トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替える切替部と、
前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記トルク制限値を前記操作者が指定した値に設定する手動設定部と、
前記オートモードに切り替えられた場合に、前記推進器から前記磁気ギヤードモータに伝達される負荷トルク、および前記移動体の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいて前記トルク制限値を設定する自動設定部と、
前記トルク制限値に基づいて、前記推進器の回転数を指定する回転数指令、および前記移動体の舵角を指定する舵角指令の少なくとも一方を制限する制限値を演算する制限値演算部と、
前記回転数指令および前記舵角指令の少なくとも一方を前記制限値で制限するリミッタと、
を備える移動体の制御装置。 A control device for a moving body having a propeller that is rotationally driven by a magnetic geared motor,
a switching unit that switches between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value that limits an electric torque of the magnetic geared motor and an auto mode in which the torque limit value is automatically set;
a manual setting unit that sets the torque limit value to a value designated by the operator when the manual mode is switched to;
an automatic setting unit that sets the torque limit value based on at least one of a load torque transmitted from the propulsion unit to the magnetic geared motor and measurement data representing a state of the moving body when the automatic mode is switched to;
a limit value calculation unit that calculates a limit value to limit at least one of a rotation speed command that specifies a rotation speed of the propeller and a steering angle command that specifies a steering angle of the moving body based on the torque limit value;
a limiter that limits at least one of the rotation speed command and the steering angle command to the limit value;
A control device for a moving object comprising:
前記磁気ギヤードモータに回転駆動される推進器と、
進行方向を変更する舵取機と、
請求項1から7のいずれか一項に記載の制御装置と、
を備える移動体。 a magnetic geared motor having a low speed rotor and a high speed rotor;
A propulsion unit that is rotationally driven by the magnetic geared motor;
A steering gear for changing the direction of travel;
A control device according to any one of claims 1 to 7;
A moving body comprising:
請求項8に記載の移動体。 a torque limiting mechanism provided between the low-speed rotor and the propeller to limit a torque transmitted between the propeller and the low-speed rotor so as not to exceed a maximum transmission torque of the high-speed rotor and the low-speed rotor;
The moving body according to claim 8.
請求項8に記載の移動体。 a flywheel provided between the low-speed rotor and the propeller to damp fluctuations in the twist angle of the high-speed rotor and the low-speed rotor;
The moving body according to claim 8.
前記磁気ギヤードモータの電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、前記トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替えるステップと、
前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記トルク制限値を前記操作者が指定した値に設定するステップと、
前記オートモードに切り替えられた場合に、前記推進器から前記磁気ギヤードモータに伝達される負荷トルク、および前記移動体の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいて前記トルク制限値を設定するステップと、
前記推進器の回転数を指定する回転数指令と前記推進器の回転数の計測データとの差に基づき前記磁気ギヤードモータの電気トルクを調整するトルク指令を、前記トルク制限値で制限するステップと、
を有する移動体の制御方法。 A method for controlling a moving body having a propulsion unit that is rotationally driven by a magnetic geared motor, comprising the steps of:
A step of switching between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value that limits an electric torque of the magnetic geared motor and an auto mode in which the torque limit value is automatically set;
When the manual mode is selected, the torque limit value is set to a value designated by the operator.
setting the torque limit value based on at least one of a load torque transmitted from the propulsion unit to the magnetic gear motor and measurement data representing a state of the moving body when the automatic mode is selected;
a step of limiting, by the torque limit value, a torque command for adjusting an electric torque of the magnetic geared motor based on a difference between a rotation speed command specifying a rotation speed of the propeller and measurement data of the rotation speed of the propeller;
A method for controlling a moving object comprising the steps of:
前記磁気ギヤードモータの電気トルクを制限するトルク制限値を操作者が手動で設定するマニュアルモードと、前記トルク制限値を自動で設定するオートモードとを切り替えるステップと、
前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記トルク制限値を前記操作者が指定した値に設定するステップと、
前記オートモードに切り替えられた場合に、前記推進器から前記磁気ギヤードモータに伝達される負荷トルク、および前記移動体の状態を表す計測データの少なくとも一方に基づいて前記トルク制限値を設定するステップと、
前記推進器の回転数を指定する回転数指令と前記推進器の回転数の計測データとの差に基づき前記磁気ギヤードモータの電気トルクを調整するトルク指令を、前記トルク制限値で制限するステップと、
を実行させるプログラム。 A control device for a moving body having a propeller driven by a magnetic geared motor,
A step of switching between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value that limits an electric torque of the magnetic geared motor and an auto mode in which the torque limit value is automatically set;
When the manual mode is selected, the torque limit value is set to a value designated by the operator.
setting the torque limit value based on at least one of a load torque transmitted from the propulsion unit to the magnetic gear motor and measurement data representing a state of the moving body when the automatic mode is selected;
a step of limiting, by the torque limit value, a torque command for adjusting an electric torque of the magnetic geared motor based on a difference between a rotation speed command specifying a rotation speed of the propeller and measurement data of the rotation speed of the propeller;
A program that executes the following.
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