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JP2025028560A - MOBILE BODY CONTROL DEVICE, MOBILE BODY ... CONTROL METHOD, AND PROGRAM - Google Patents

MOBILE BODY CONTROL DEVICE, MOBILE BODY ... CONTROL METHOD, AND PROGRAM Download PDF

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JP2025028560A
JP2025028560A JP2023133460A JP2023133460A JP2025028560A JP 2025028560 A JP2025028560 A JP 2025028560A JP 2023133460 A JP2023133460 A JP 2023133460A JP 2023133460 A JP2023133460 A JP 2023133460A JP 2025028560 A JP2025028560 A JP 2025028560A
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torque
limit value
moving body
torque limit
geared motor
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JP2023133460A
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Japanese (ja)
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強志 若狭
Tsuyoshi Wakasa
眞司 有永
Shinji Arinaga
利和 林
Toshikazu Hayashi
篤 湯下
Atsushi Yushimo
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric
    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors

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Abstract

To provide a control device that is able to prevent step-out of a magnetic geared motor mounted on a moving body.SOLUTION: A control device for a moving body comprises: a switching unit configured to switch between a manual mode in which an operator manually sets a torque limit value and an automatic mode in which the torque limit value is automatically set; a manual setting unit configured to set the torque limit value to a value specified by the operator when switching to the manual mode is performed; an automatic setting unit configured to set the torque limit value, based on at least one of load torque transmitted from the propulsion device to the magnetic geared motor and measurement data indicating a state of the moving body, when switching to the automatic mode is performed; and a limiter configured to limit, with the torque limit value, a torque command for adjusting electric torque of the magnetic geared motor, based on a difference between a rotation speed command for specifying a rotation speed of the propulsion device and measurement data of the rotation speed of the propulsion device.SELECTED DRAWING: Figure 4

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.

特開2022-99788号公報JP 2022-99788 A

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の実施形態に係る移動体の全体構成を示す図である。1 is a diagram showing an overall configuration of a moving body according to a first embodiment; 第1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。FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of a control device according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る磁気ギヤ部の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a magnetic gear unit according to the first embodiment. 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。FIG. 2 is a block diagram showing a control example of the control device according to the first embodiment. 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。5A and 5B are diagrams for explaining a function of a switching unit according to the first embodiment. 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。FIG. 4 is a block diagram showing an example of processing in an auto mode according to the first embodiment. 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。FIG. 11 is a block diagram showing an example of a process in an auto mode according to the second embodiment; 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。FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration of a control device according to a third embodiment. 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。FIG. 13 is a block diagram showing a control example of a control device according to a third embodiment. 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。FIG. 13 is a first diagram showing the configuration of a magnetic geared motor according to a fourth embodiment. 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。FIG. 13 is a second diagram showing the configuration of the magnetic geared motor according to the fourth embodiment. 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。13A to 13C are diagrams illustrating the effects of the magnetic geared motor according to the fourth embodiment. 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。FIG. 13 is a third diagram showing the configuration of the magnetic geared motor according to the fourth embodiment.

<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 main body 3, a propulsion system 4, a steering system 5, an operation unit 10, and a control device 2.

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 main body 3 is the body (hull, aircraft body, vehicle body) of the moving object 1. In addition, a plurality of sensors 31 are provided in each part of the main body 3. Each sensor 31 detects the speed of the moving object 1 (main body 3),
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 propulsion system 4 is a mechanism that provides thrust to the moving body 1 (main body 3). The propulsion system 4 has an inverter control device 40, an inverter 41, a magnetic geared motor 42, a rotating shaft 43, a thruster 44, a current sensor 45, and a rotation angle sensor 46.

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 inverter 41 supplies power to the magnetic geared motor 42 according to the commands (voltage and current commands) of the inverter control device 40.

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 motor 42 has a magnetic gear section 42A consisting of a high-speed rotor HSR and a low-speed rotor PPR. When current supplied from the inverter 41 flows through the stator windings (not shown), the high-speed rotor HSR rotates due to the magnetomotive force of the windings. The electric torque (motor torque) applied to the high-speed rotor HSR is transmitted to the low-speed rotor PPR via a magnetic spring. This causes the low-speed rotor PPR to rotate in synchronization with the high-speed rotor HSR at a predetermined reduction ratio.

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 shaft 43 is the output shaft of the magnetic geared motor 42 and connects the low-speed rotor PPR and the propeller 44 via the joint JT.

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 propulsion device 44 is rotated by the torque transmitted from the magnetic geared motor 42, and provides thrust to the moving body 1 (main body 3). The propulsion device 44 is, for example, a propeller. In other embodiments, the propulsion device 44 may be a wheel of an automobile or a railroad vehicle.

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 current sensor 45 is provided on the power line connecting the inverter 41 and the magnetic geared motor 42. The current sensor 45 measures the current (motor current) supplied from the inverter 41 to the magnetic geared motor 42. The magnetic geared motor 42 is also provided with a rotation angle sensor 46. The rotation angle sensor 46 includes a high-speed side rotation angle sensor 46A that measures the rotation angle and rotation speed of the high-speed rotor HSR, and a low-speed side rotation angle sensor 46B that measures the rotation angle and rotation speed of the low-speed rotor PPR (rotating shaft 43).

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 inverter control device 40 feedback controls the voltage and current applied by the inverter 41 to the magnetic geared motor 42 based on measurement data such as the motor current and the rotation speed of the rotating shaft 43 so that the torque of the magnetic geared motor 42 matches the torque command requested by the control device 2 described below.

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 steering system 5 has a steering gear 51 that can change the direction of travel of the moving body 1 (main body 3).

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 operation unit 10 accepts inputs such as operation commands from the operator.

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 control device 2 controls the propulsion system 4 and steering system 5 based on operation commands from the operator. In this embodiment, in particular, the state of the moving body 1 and meteorological and sea conditions are monitored, and the torque of the magnetic geared motor 42 of the propulsion system 4 is adjusted to suppress loss of synchronism. Note that the control of the steering system 5 (such as the calculation of the rudder angle command) is the same as in the prior art, so a detailed description is omitted.

(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 control device 2 includes a processor 20, a memory 21, a storage 22, and a communication interface 23.

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 processor 20 operates according to a predetermined program to perform the functions of a control unit 201, a switching unit 202, a manual setting unit 203, an automatic setting unit 204, an estimation unit 205, and a limiter 206.

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 control unit 201 performs feedback control to adjust the electric torque (motor torque) of the magnetic geared motor 42 based on the difference between the measurement data of the rotation speed of the propulsion unit 44 (rotating shaft 43) and the rotation speed command.

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 switching unit 202 switches the setting mode of the torque limit value that limits the electric torque of the magnetic geared motor 42. The setting modes include a manual mode in which the operator manually sets the torque limit value, and an auto mode in which the torque limit value is automatically set.

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 manual setting unit 203 sets the torque limit value to a value specified by the operator.

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 automatic setting unit 204 sets the torque limit value based on at least one of the load torque transmitted from the propulsion unit 44 to the magnetic geared motor 42 and the measurement data representing the state of the moving body 1.

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 estimation unit 205 estimates the load torque based on state variables including measurement data representing the state of the moving body 1.

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 limiter 206 outputs a final torque command to the inverter control device 40, which is the torque limit value calculated by the control unit 201 and limited by the torque limit value set by the manual setting unit 203 or the automatic setting unit 204.

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 processor 20 is stored in a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, etc. The computer program may be distributed to a computer via a communication line, and the computer that receives the program may execute the program. Furthermore, the program may be for realizing part of the above-mentioned functions. Furthermore, the program may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.

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。 Memory 21 has memory space necessary for the operation of processor 20.

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。 Storage 22 is a so-called auxiliary storage device, such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD). Storage 22 stores data that each part of processor 20 acquires, generates, and references during processing.

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 communication interface 23 transmits and receives signals (operation commands, measurement data, etc.) between each device.

(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 control device 2. The control device 2 according to this embodiment reduces the torsional torque generated in the magnetic gear portion 42A instead of increasing the maximum transmission torque of the magnetic geared motor 42. By reducing the torsional torque, step-out is suppressed without increasing the size of the magnetic geared motor 42.

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 magnetic gear portion 42A is represented by a simplified model as shown in Fig. 3, the torsional torque generated in the magnetic gear portion 42A can be reduced by controlling the electric torque generated by applying a current to the stator winding (not shown) of the magnetic gear motor 42 or the torque of the thruster 44 in accordance with the load torque. From Fig. 4, the following equations (1) to (4) are established.

Figure 2025028560000002
Figure 2025028560000002

Figure 2025028560000003
Figure 2025028560000003

Figure 2025028560000004
Figure 2025028560000004

Figure 2025028560000005
Figure 2025028560000005

式(1)のθ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)、ωは回転速度差を示すねじれ角速度(電気角)である。式(1)のθ、ωは式(2)より得られる。式(2)のp、θ、ω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n、θ、ω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J、Tは式(4)より得られる。式(4)のJは高速ロータHSRの慣性モーメント、Jは低速ロータPPRの慣性モーメント、Tは電気トルク、Tは負荷トルクである。したがって、式(3)の右辺第一項T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 magnetic gear portion 42A, and its maximum value is the maximum transmission torque Tmax . Jr and Tr in equation (3) are obtained from equation (4). J0 in equation (4) is the moment of inertia of the high speed rotor HSR, J1 is the moment of inertia of the low speed rotor PPR, T0 is the electric torque, and T1 is the load torque. Therefore, when the first term Tr on the right side of equation (3) exceeds the maximum transmission torque Tmax , a stable operating point disappears, resulting in loss of synchronization.

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TがΔT増えると、式(3)からT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θが変化する。このとき、仮に負荷トルクTの変化と全く同じタイミングで、電気トルクTを次式(5)で示すΔT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 .

Figure 2025028560000006
Figure 2025028560000006

そうすると、T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 motor 42 will decrease, and it will take time for the mobile unit 1 to move (navigate). For this reason, the amount by which the electric torque is reduced (limited) and the duration of this reduction must be appropriately adjusted.

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 control device 2 according to this embodiment performs processing to limit the electric torque in the manual setting unit 203 or the automatic setting unit 204.

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 control device 2 will be described in detail with reference to FIG.

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 switching unit 202 switches the setting mode to manual mode or auto mode.

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 switching unit 202 switches the setting mode to the manual mode when any one of the conditions M1 to M3 is satisfied, and switches the setting mode to the auto mode when all of the conditions A1 to A3 are satisfied.

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 operation unit 10.
(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 operation unit 10.
(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 motor 42 will occur), the operator selects the manual mode (condition M1). On the other hand, if it is known in advance that such severe driving will not be performed, the operator selects the auto mode (condition A1).

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 automatic setting unit 204 to set the torque limit value, and measurement data of the speed, attitude angle, acceleration, etc. of the moving body 1 (main body unit 3) measured by the sensor 31. For example, if any of the sensors fails or a data transmission abnormality occurs, the reliability of the measurement data is determined to be insufficient (condition M2). On the other hand, if all sensors are operating normally or no data transmission abnormality occurs, the reliability of the measurement data is determined to be sufficient (condition A2).

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 control device 2 acquires the current and future environmental conditions (good/bad) along the travel path of the moving body 1 from the operation unit 10 or an external server (not shown). The environmental conditions may include predicted values such as wind speed, rainfall, and wave height, and the switching unit 202 may determine whether the environmental conditions are good or bad based on whether any of these predicted values exceed a threshold value.

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 estimator 205 to estimate the load torque, such as in stormy weather, and the judgment of an experienced operator is important. The auto mode is set when the weather and sea conditions are calm, such as in fine weather, and the load torque can be estimated relatively accurately. In order to minimize the travel time (navigation time) of the mobile unit 1 and maximize fuel efficiency, it is necessary to finely adjust the torque limit value. Therefore, when conditions A2 to A3 are met, it is desirable to set the auto mode and adjust the torque limit value according to the condition of the mobile unit 1, etc.

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 manual setting unit 203 sets the value input by the operator via the operation unit 10 as the torque limit value.

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 automatic setting unit 204 sets the torque limit value according to the torque determination logic shown in Fig. 6. In the auto mode, attention is focused on factors that increase the load torque, and the state of those factors is determined from measurement data measured by sensors, operation commands, etc.

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 automatic setting unit 204 determines the first torque limit value according to the state (measurement data) of the mobile body 1 by referring to the first limit value information D1, which defines a predetermined relationship between the measurement data indicating the state of the mobile body 1 and the torque limit value. The measurement data indicating the state of the mobile body is, for example, the attitude angle of the main body 3 of the mobile body 1 measured by the sensor 31. If the mobile body 1 is a ship, the hull motion (pitching) may become large in rough weather, and the thruster 44 (propeller) installed at the rear of the hull may be temporarily exposed above the water surface and spin freely (propeller racing). In such a case, the load torque varies greatly depending on whether the propeller is exposed or not, which may cause the magnetic geared motor 42 to lose synchronism.

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 automatic setting unit 204 uses the first limit value information D1 to determine the first torque limit value according to the pitch angle of the main body unit 3, which changes from moment to moment.

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 magnetic gear unit 42A in FIG. 3 also shows that step-out can occur not only due to a sudden change in load torque, but also due to a sudden change in electric torque. For example, a crash astern operation can cause a sudden change in electric torque, resulting in step-out. In other words, operation commands related to maneuvering the ship (such as rotation speed commands to the propulsion system 4 and rudder angle commands to the steering system 5) and actual values (such as the rotation speed of the low-speed rotor PPR and measurement data on attitude and acceleration) are also considered to be effective in determining the torque limit value. Therefore, the first limit value information D1 may define the relationship between these operation commands and actual values and the torque limit value.

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 automatic setting unit 204 may set the torque limit value based on the load torque estimated from various states of the moving body 1 and operation commands. First, the estimation unit 205 estimates the load torque, for example, as follows. With reference to the schematic diagram of the magnetic gear unit 42A in FIG. 3 and the above equations (1) to (4), the propulsion system 4 driven by the magnetic geared motor 42 is modeled as follows. Here, an extremely simplified model is used for ease of understanding. Also, it is assumed here that the moving body 1 is a ship and the propeller 44 is a propeller.

Figure 2025028560000007
Figure 2025028560000007

Figure 2025028560000008
Figure 2025028560000008

Figure 2025028560000009
Figure 2025028560000009

Figure 2025028560000010
Figure 2025028560000010

Figure 2025028560000011
Figure 2025028560000011

Figure 2025028560000012
Figure 2025028560000012

Figure 2025028560000013
Figure 2025028560000013

Figure 2025028560000014
Figure 2025028560000014

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)、Qは負荷トルク(プロペラトルク)、τ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u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C,C,C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 motor 42, Q motor1 is the output torque (magnetic spring torque) of the magnetic geared motor, Q p is the load torque (propeller torque), τ e is the response time constant of the electric torque, and Q motor0 * is the command value of the electric torque (torque command). In equation (10), u p represents the inflow speed of the propeller as a linear function of time t, and when expressed as a homogeneous differential equation, it becomes equations (11) to (12). From these equations, the load torque Qp is expressed by the model of equation (13). In equation (13), C 1 , C 2 , and C 3 are coefficients determined by the characteristics of the propeller.

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).

Figure 2025028560000015
Figure 2025028560000015

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.

Figure 2025028560000016
Figure 2025028560000016

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).

Figure 2025028560000017
Figure 2025028560000017

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.

Figure 2025028560000018
Figure 2025028560000018

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.

Figure 2025028560000019
Figure 2025028560000019

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x[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.

Figure 2025028560000020
Figure 2025028560000020

Figure 2025028560000021
Figure 2025028560000021

Figure 2025028560000022
Figure 2025028560000022

Figure 2025028560000023
Figure 2025028560000023

式(23)~(24)のように、シグマ点の一つ(X)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.

Figure 2025028560000024
Figure 2025028560000024

Figure 2025028560000025
Figure 2025028560000025

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).

Figure 2025028560000026
Figure 2025028560000026

Figure 2025028560000027
Figure 2025028560000027

Figure 2025028560000028
Figure 2025028560000028

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.

Figure 2025028560000029
Figure 2025028560000029

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).

Figure 2025028560000030
Figure 2025028560000030

Figure 2025028560000031
Figure 2025028560000031

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).

Figure 2025028560000032
Figure 2025028560000032

Figure 2025028560000033
Figure 2025028560000033

Figure 2025028560000034
Figure 2025028560000034

Figure 2025028560000035
Figure 2025028560000035

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.

Figure 2025028560000036
Figure 2025028560000036

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μと共分散行列P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.

Figure 2025028560000037
Figure 2025028560000037

Figure 2025028560000038
Figure 2025028560000038

Figure 2025028560000039
Figure 2025028560000039

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).

Figure 2025028560000040
Figure 2025028560000040

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).

Figure 2025028560000041
Figure 2025028560000041

Figure 2025028560000042
Figure 2025028560000042

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).

Figure 2025028560000043
Figure 2025028560000043

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).

Figure 2025028560000044
Figure 2025028560000044

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 ̄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 ̄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 ̄+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 estimation unit 205 repeats the above-mentioned "2. prediction step" and "3. update step". That is, in the prediction step, a prior distribution X̂k of the state at the current time k is predicted from the state estimate Xk -1 at the previous time (calculation step) k-1. In addition, in the update step, a residual y of a value z obtained by transferring the predicted prior distribution X̂t to the observation space is obtained, and a posterior distribution X̂k +Ky is obtained by updating the estimate of the state variable at the current time k based on this residual y. The estimation unit 205 thus obtains the estimate x^ of the state variable, and momentarily calculates the estimate Qp^ of the load torque using the above equation (15).

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 automatic setting unit 204 determines the second torque limit value based on the load torque estimate value Qp^ at the current time. For example, the automatic setting unit 204 prepares second limit value information D2 that defines the relationship between the load torque and the torque limit value that is the maximum electric torque that does not cause step-out (electric torque that is the step-out limit). The second limit value information D2 may be a table created based on a database of simulations, model tests, actual measurement data of the mobile body 1 itself or other similar mobile bodies, or it may be a mathematical model constructed based on a database. The automatic setting unit 204 determines the second torque limit value according to the estimated load torque based on the second limit value information D2.

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 automatic setting unit 204 also uses the selector 204A to select the smaller of the first and second torque limit values, and sets this as the final torque limit value.

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 selector 204A increases from the previous value (is on the higher side), the automatic setting unit 204 limits the amount or rate of change of the torque limit value per time by the rate limiting unit 204B.

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 automatic setting unit 204 repeatedly performs the process shown in FIG. 6 from time to time to set an appropriate torque limit value according to the state of the moving body 1.

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 control unit 201 calculates the torque command for the magnetic geared motor 42 based on the difference between the measurement data of the rotation speed of the propulsion unit 44 and the rotation speed command issued by the operation unit 10.

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 limiter 206 determines a final torque command by limiting the torque limit value calculated by the control unit 201 with the torque limit value. In manual mode, the torque limit value set by the manual setting unit 203 is given to the limiter 206, and in auto mode, the torque limit value set by the automatic setting unit 204 is given to the limiter 206. The final torque command is output to the inverter control device 40. The inverter control device 40 adjusts the voltage and current of the inverter 41 so that the electric torque of the magnetic geared motor 42 matches the final torque command.

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 control device 2 repeatedly executes the processes shown in Figures 4 and 6 while the mobile body 1 is operating.

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 estimation unit 205 may estimate the load torque by adding measurement data (attitude angle, acceleration, etc.) related to the hull movement of the hull to the above-mentioned state equation (17) and observation equation (18). Furthermore, load fluctuations caused by the propeller may occur not only when propeller racing, but also when the rudder is turned to make a sharp turn. In other words, operation commands related to maneuvering (rotation speed commands to the propulsion system 4, rudder angle commands to the steering system 5, etc.) and actual values (measurement data of the rotation speed, attitude, and acceleration of the low-speed rotor PPR) are also considered to be effective in determining the torque limit value. Therefore, the estimation unit 205 may estimate the load torque by adding these operation commands and actual values to the above-mentioned state equation (17) and observation equation (18). This can improve the estimation accuracy of the load torque.

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 automatic setting unit 204 selects the smaller of the first torque limit value and the second torque limit value using the selector 204A, but this is not limited to this. In other embodiments, the automatic setting unit 204 may determine only the first torque limit value or only the second torque limit value as the torque limit value. In this case, the selector 204A is omitted.

(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 control device 2 of the moving body 1 in this embodiment is equipped with a switching unit 202 that switches between a manual mode in which the operator manually sets a torque limit value that limits the electric torque of the magnetic geared motor 42, and an auto mode in which the torque limit value is automatically set, a manual setting unit 203 that sets the torque limit value to a value specified by the operator when switched to the manual mode, and an automatic setting unit 204 that sets the torque limit value in accordance with the load torque transmitted from the propulsion unit 44 to the magnetic geared motor 42 or the state of the moving body 1 when switched to the auto mode.

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 control device 2 allows the operator to adjust the torque limit value according to the situation and suppress step-out of the magnetic geared motor 42. On the other hand, in auto mode, the control device 2 can operate the magnetic geared motor 42 at maximum efficiency while suppressing step-out by finely adjusting the electric torque according to the load torque and the state of the moving body 1. This makes it possible to minimize the travel time of the moving body 1 and maximize fuel efficiency.

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 automatic setting unit 204 also refers to first limit value information D1, which defines a predetermined relationship between the state of the moving body 1 and the torque limit value, and sets the first torque limit value according to the state of the moving body 1 as the torque limit value.

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 motor 42 may fluctuate significantly. By setting a torque limit value according to the state of the moving body 1 as described above, the control device 2 can appropriately adjust the electric torque according to the fluctuation in the load torque caused by the change in the state of the moving body 1, thereby suppressing loss of synchronization.

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 control device 2 further includes an estimation unit 205 that estimates the load torque based on state variables including measurement data representing the state of the moving body 1. The automatic setting unit 204 references second limit value information D2 that predetermines the relationship between the load torque and the torque limit value, and sets the second torque limit value according to the estimated load torque as the torque limit value.

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 control device 2 can estimate the load torque applied to the magnetic geared motor 42 from moment to moment, and appropriately adjust the electric torque in accordance with fluctuations in the load torque, thereby suppressing loss of synchronization.

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 automatic setting unit 204 also determines a first torque limit value and a second torque limit value, and sets the smaller of these values as the torque limit value.

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 control device 2 can adjust the electric torque to the safe side by setting the smaller value as the final torque limit value. This makes it possible to more reliably suppress loss of synchronization.

<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 estimation unit 205 of the control device 2 determines an estimated value Qp^ of the current load torque. In contrast, the estimation unit 205 in this embodiment predicts the behavior of the future load torque and electric torque (motor torque) a certain number of steps ahead using a model M.

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 estimation unit 205 performs a process of estimating future load torque and electric torque using a model M, instead of the process of the first embodiment (FIG. 6). The model M receives measurement data for several past steps as an input x, and outputs estimated values y of future load torque and electric torque. The measurement data includes measurement data such as an attitude angle and acceleration representing the inclination and sway of the moving body 1 (main body 3), and a rotation angle and a rotation speed of each rotor. The model M may be, for example, an auto-regressive (AR) model such as a radial base function (RBF)-ARX model. In another embodiment, the model M may be a learning model learned from past measurement data.

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 automatic setting unit 204 performs processing to set the torque limit value so as to limit the current electric torque for a certain period of time based on the predicted future load torque and electric torque. For example, as shown in FIG. 7, the automatic setting unit 204 performs a simulation of out-of-step using the predicted future load torque and electric torque as input, and when it is predicted that out-of-step will occur in the future, determines the torque limit value (second torque limit value) based on the estimated load torque and second limit value information D2. The method of determining the second torque limit value is the same as in the first embodiment. Also, the automatic setting unit 204 may limit the amount of change or rate of change of the torque limit value per time only when the torque limit value is on the increasing side by the rate limiting unit 204B, as in the first embodiment.

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 control device 2 is the same as in the first embodiment. That is, the control unit 201 outputs a final torque command, which is the calculated torque command limited by the torque limit value set by the automatic setting unit 204, to the inverter control device 40. The inverter control device 40 adjusts the voltage and current of the inverter 41 so that the electric torque of the magnetic geared motor 42 matches the final torque command.

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 control device 2 according to this embodiment limits the electric torque in advance when a loss of synchronism is predicted in the future. In this way, the control device 2 can more reliably suppress loss of synchronism of the magnetic geared motor 42.

<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 control device 2 limits the electric torque (motor torque) of the magnetic geared motor 42 in order to suppress loss of synchronism of the magnetic geared motor 42. In contrast, the control device 2 according to the present embodiment suppresses loss of synchronism of the magnetic geared motor 42 by controlling the load torque by limiting at least one of the rudder angle of the steering system 5 and the rotation speed of the propeller 44.

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 control device 2 according to this embodiment further includes a limit value calculation unit 207. The limit value calculation unit 207 calculates a rotation speed limit value and a steering angle limit value that limit the rotation speed command and the steering angle command based on the torque limit value set by the manual setting unit 203 or the automatic setting unit 204. The limit value calculation unit 207 may also calculate the rotation speed limit value and the steering angle limit value using the load torque estimate value estimated by the estimation unit 205 according to the first or second embodiment, or the future load torque and electric torque estimate values estimated by the estimation unit 205 according to the second embodiment.

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 limiter 206 has a first limiter 206A and a second limiter 206B. The first limiter 206A limits the steering angle command specified by the operation unit 10 with the steering angle limit value calculated by the limit value calculation unit 207. The final steering angle command corrected by the first limiter 206A is output to the steering gear 51. The second limiter 206B limits the rotation speed command specified by the operation unit 10 with the rotation speed limit value calculated by the limit value calculation unit 207. The final rotation speed command corrected by the second limiter 206B is output to the control unit 201. The control unit 201 performs feedback control based on the difference between the final rotation speed command and the rotation speed of the propeller 44, and generates a torque command to be output to the inverter control device 40.

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 value calculation unit 207 calculates both the rotation speed limit value and the steering angle limit value, this is not limited to this. In other embodiments, the limit value calculation unit 207 may calculate only the rotation speed limit value. In this case, the first limiter 206A may be omitted. Furthermore, in still other embodiments, the limit value calculation unit 207 may calculate only the steering angle limit value. In this case, the second limiter 206B may be omitted.

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 motor 42 from losing synchronism, it is effective to limit not only the electric torque (motor torque) but also the load torque. Therefore, as described above, the control device 2 according to this embodiment limits the load torque by limiting the rudder angle of the steering system 5 and the rotation speed of the propeller 44 instead of the electric torque of the magnetic geared motor 42. For example, if the moving body 1 is a ship, when propeller racing or the like occurs, the rotation speed command of the propeller (propeller 44) can be forcibly reduced to reduce the load torque acting from the propeller on the magnetic geared motor 42 when the propeller is submerged again. Therefore, loss of synchronism can be more reliably avoided.

<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 motor 42 may further include a torque limiting mechanism 42B provided between the magnetic geared motor 42 and the propeller 44.

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 torque limiting mechanism 42B is a so-called torque limiter, such as a torque limiter that uses frictional force (such as a clutch) or a torque limiter that uses a spring restoring force. The torque limiting mechanism 42B transmits torque while causing the low-speed rotor PPR and the propeller 44 to slide. In other words, the torque limiting mechanism 42B limits the torque transmitted between the low-speed rotor PPR and the propeller 44 so as not to exceed the maximum transmission torque of the magnetic gear section 42A.

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 shaft 43 and the thruster 44 may be an elastic joint. The rigidity of the elastic joint JT is set to be lower than the magnetic torsional rigidity of the magnetic geared motor 42. By providing the elastic joint JT with damping against axial torsion, the change in the load torque input to the low-speed rotor PPR of the magnetic geared motor 42 can be buffered, and loss of synchronism can be more reliably suppressed.

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 torque limiting mechanism 42B or the elastic coupling JT, Case 1 shows the simulation results of a configuration that has the torque limiting mechanism 42B of FIG. 10, and Case 2 shows the simulation results of a configuration that has the torque limiting mechanism 42B of FIG. 11 and the elastic coupling JT. According to the upper graph of Case 0, an overload occurs at a certain time, and the load torque is input as it is to the low-speed rotor PPR. As a result, as shown in the middle graph of Case 0, the rotation speeds of the high-speed rotor and the low-speed rotor are not synchronized, and step-out occurs. Also, according to the lower graph of Case 0, it can be seen that an alternating torque is generated due to step-out. On the other hand, in both Case 1 and Case 2, as shown in the upper graph, the load torque input to the low-speed rotor PPR is limited by the torque limiting mechanism 42B and the elastic coupling JT. This causes slippage between the low-speed rotor PPR and the thruster 44, so that the rotational speeds of the high-speed rotor HSR and the low-speed rotor PPR do not deviate significantly as in Case 0, as shown in the middle graph, and a synchronized state can be maintained. In other words, step-out can be suppressed in Case 1 and Case 2. Also, as shown in the lower graphs of Case 1 and Case 2, the fluctuation in the magnetic spring torque is significantly suppressed compared to Case 0.

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 motor 42 may have a flywheel 42C instead of or in addition to the torque limiting mechanism 42B. Fig. 13 shows an example in which the magnetic geared motor 42 has both the torque limiting mechanism 42B and the flywheel 42C. The flywheel 42C, together with the elastic couplings JT1 and JT2 arranged on both sides, constitutes a Tuned Mass Damper (TMD). This allows the flywheel 42C to 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 synchronism.

<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 control device 2 of the moving body 1 is a control device 2 of the moving body 1 having a propeller 44 that is rotationally driven by a magnetic geared motor 42, and includes a switching unit 202 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 42 and an auto mode in which the torque limit value is automatically set, a manual setting unit 203 that sets the torque limit value to a value specified by the operator when switched to the manual mode, an automatic setting unit 204 that sets the torque limit value based on at least one of the load torque transmitted from the propeller 33 to the magnetic geared motor 42 and the measurement data representing the state of the moving body 1 when switched to the auto mode, and a limiter 206 that limits the torque command that adjusts the electric torque of the magnetic geared motor 42 based on the difference between a rotation speed command that specifies the rotation speed of the propeller 44 and the measurement data of the rotation speed of the propeller 44, by the torque limit value.

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 control device 2 allows the operator to adjust the torque limit value according to the situation and suppress step-out of the magnetic geared motor 42. On the other hand, in auto mode, the control device 2 can operate the magnetic geared motor 42 at maximum efficiency while suppressing step-out by finely adjusting the electric torque according to the load torque and the state of the moving body 1. This makes it possible to minimize the travel time of the moving body 1 and maximize fuel efficiency.

(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 control device 2 of the moving body 1 according to the first aspect, the automatic setting unit 204 refers to the first limit value information D1 that predetermines the relationship between the state of the moving body 1 and the torque limit value, and sets the first torque limit value according to the state of the moving body 1 as the torque limit value.

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 control device 2 can appropriately adjust the electric torque according to the fluctuations in the load torque that accompany changes in the state of the moving body 1, thereby suppressing loss of synchronization.

(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 control device 2 of the moving body 1 according to the first aspect further includes an estimation unit 205 that estimates the load torque based on state variables including measurement data representing the state of the moving body 1, and the automatic setting unit 204 sets the second torque limit value according to the estimated load torque as the torque limit value by referring to second limit value information D2 that predetermines the relationship between the load torque and the torque limit value.

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 control device 2 can estimate the load torque applied to the magnetic geared motor 42 from moment to moment, and appropriately adjust the electric torque in accordance with fluctuations in the load torque, thereby suppressing loss of synchronization.

(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 control device 2 of the moving body 1 according to the first aspect further includes an estimation unit 205 that estimates the load torque based on state variables including measurement data representing the state of the moving body 1, and the automatic setting unit 204 determines a first torque limit value according to the state of the moving body 1 by referring to first limit value information D1 that predetermines the relationship between the state of the moving body 1 and the torque limit value, determines a second torque limit value according to the estimated load torque by referring to second limit value information D2 that predetermines the relationship between the load torque and the torque limit value, and sets the smaller of the first torque limit value and the second torque limit value as the torque limit value.

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 control device 2 can adjust the electric torque to the safe side by comparing the first torque limit value determined based on the state of the moving body with the second torque limit value determined based on the estimated load torque and selecting the final torque limit value. This makes it possible to more reliably suppress loss of synchronism.

(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 control device 2 of the moving body 1 according to the third aspect, the estimation unit 205 estimates future load torque and electric torque at a predetermined time ahead based on the state variables, and the automatic setting unit 204 sets the torque limit value based on the estimated future load torque and electric torque.

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 control device 2 can limit the electric torque in advance if a loss of synchronism is predicted in the future. This allows the control device 2 to more reliably suppress loss of synchronism of the magnetic geared motor 42.

(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 control device 2 of the moving body 1 according to the fourth aspect, the estimation unit 205 estimates future load torque and electric torque at a predetermined time ahead based on the state variables, and the automatic setting unit 204 sets the torque limit value based on the estimated future load torque and electric torque.

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 control device 2 can limit the electric torque in advance if a loss of synchronism is predicted in the future. This allows the control device 2 to more reliably suppress loss of synchronism of the magnetic geared motor 42.

(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 control device 2 of the moving body 1 is a control device 2 of the moving body 1 having a propeller 44 that is rotationally driven by a magnetic geared motor 42, and includes a switching unit 202 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 42 and an auto mode in which the torque limit value is automatically set, a manual setting unit 203 that sets the torque limit value to a value specified by the operator when switched to the manual mode, an automatic setting unit 204 that sets the torque limit value based on at least one of the load torque transmitted from the propeller 44 to the magnetic geared motor 42 and the measurement data representing the state of the moving body 1 when switched to the auto mode, a limit value calculation unit 207 that calculates a limit value that limits at least one of a rotation speed command that specifies the rotation speed of the propeller 44 and a steering angle command that specifies the steering angle of the moving body 1 based on the torque limit value, and a limiter 206 that limits at least one of the rotation speed command and the steering angle command by a limit value.

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 control device 2 can limit the load torque by restricting the rotation speed of the propeller 44. As a result, step-out can be avoided more reliably.

(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 motor 42 having a low-speed rotor PPR and a high-speed rotor HSR, a propeller 44 that is rotationally driven by the magnetic geared motor 42, a steering gear 51 that changes the direction of travel, and a control device 2 according to any one of the first to seventh aspects.

(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 torque limiting mechanism 42B provided between the low-speed rotor PPR and the propeller 44, which limits the torque transmitted between the propeller 44 and the low-speed rotor so as not to exceed the maximum transmission torque of the high-speed rotor HSR and the low-speed rotor PPR.

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 motor 42 from losing synchronization.

(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 flywheel 42C provided between the low-speed rotor PPR and the propeller 44, which dampens the torsion angle fluctuations of the high-speed rotor HSR and the low-speed rotor PPR.

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 propeller 44 that is rotationally driven by a magnetic geared motor 42, 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 42 and an auto mode in which the torque limit value is automatically set, a step of setting the torque limit value to a value designated by the operator when the manual mode is selected, a step of setting the torque limit value based on at least one of the load torque transmitted from the propeller 33 to the magnetic geared motor 42 and measurement data representing the state of the moving body 1 when the auto mode is selected, and a step of limiting a torque command that adjusts the electric torque of the magnetic geared motor 42 based on the difference between a rotation speed command that specifies the rotation speed of the propeller 44 and the measurement data of the rotation speed of the propeller 44, by the torque limit value.

(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 control device 2 of the moving body 1 having the propeller 44 driven by the magnetic geared motor 42 to execute the following steps: 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 42, and an auto mode in which the torque limit value is automatically set; setting the torque limit value to a value specified 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 33 to the magnetic geared motor 42 and the measurement data representing the state of the moving body 1 when the auto mode is selected; and limiting the torque command that adjusts the electric torque of the magnetic geared motor 42 based on the difference between a rotation speed command that specifies the rotation speed of the propeller 44 and the measurement data of the rotation speed of the propeller 44, using the torque limit value.

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 Mobile object 2 Control device 20 Processor 201 Control unit 202 Switching unit 203 Manual setting unit 204 Automatic setting unit 204A Selector 204B Rate limiting unit 205 Estimation unit 206 Limiter 206A First limiter 206B Second limiter 207 Limit value calculation unit 21 Memory 22 Storage 23 Communication interface 3 Main body unit 31 Sensor 33 Propulsion unit 4 Propulsion system 40 Inverter control device 41 Inverter 42 Magnetic geared motor 42A Magnetic gear unit 42B Torque limiting mechanism 42C Flywheel HSR High speed rotor PPR Low speed rotor JT, JT1, JT2 Joint (elastic joint)
43 Rotating shaft 44 Propulsion device 45 Current sensor 46 Rotation angle sensor 5 Steering system 51 Steering gear 10 Operation unit

Claims (12)

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:
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。
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 .
前記移動体の状態を表す計測データを含む状態変数に基づいて、前記負荷トルクを推定する推定部をさらに備え、
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 .
前記移動体の状態を表す計測データを含む状態変数に基づいて、前記負荷トルクを推定する推定部をさらに備え、
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 .
前記推定部は、前記状態変数に基づいて所定時刻先の将来の前記負荷トルクおよび前記電気トルクを推定し、
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.
前記推定部は、前記状態変数に基づいて所定時刻先の将来の前記負荷トルクおよび前記電気トルクを推定し、
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.
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:
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、
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:
前記低速ロータと前記推進器との間に設けられ、前記高速ロータおよび前記低速ロータの最大伝達トルクを超えないように、前記推進器および前記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をさらに備える、
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.
前記低速ロータと前記推進器との間に設けられ、前記高速ロータおよび前記低速ロータのねじれ角変動を減衰するフライホイールをさらに備える、
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.
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:
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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