(57)【要約】  制御装置（１）は、船舶（１０）の針路と目標方向との角度差を演算し、演算した角度差に基づいて、舵（４）に掛ける負荷の目標となる目標負荷を演算し、舵（４）に掛かる負荷を測定し、測定した舵（４）に掛かる負荷が演算した目標負荷になるように、舵（４）を取るための操船機械（６）を制御する。
2019146798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の針路と目標方向との角度差を演算する角度差演算手段と、
前記角度差演算手段により演算された前記角度差に基づいて、舵に掛ける負荷の目標となる目標負荷を演算する目標負荷演算手段と、
前記舵に掛かる負荷を測定する負荷測定手段と、
前記舵を取るための操船機械と、
前記負荷測定手段により測定された前記舵に掛かる負荷が前記目標負荷演算手段により演算された前記目標負荷になるように、前記操船機械を制御する操船制御手段と
を備えることを特徴とする操船制御装置。
【請求項２】
自然現象による外乱に適した前記目標負荷を求めるための目標負荷データが記憶される目標負荷データ記憶手段を備え、
前記目標負荷演算手段は、前記目標負荷データ記憶手段に記憶された前記目標負荷データに基づいて、前記目標負荷を演算すること
を特徴とする請求項１に記載の操船制御装置。
【請求項３】
前記船舶の推進機の回転数を測定する回転数測定手段を備え、
前記目標負荷演算手段は、前記回転数測定手段により測定された前記回転数に基づいて、前記目標負荷を演算すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の操船制御装置。
【請求項４】
前記船舶の回頭角速度を測定する回頭角速度測定手段と、
前記負荷測定手段により測定された前記舵に掛かる負荷及び前記回頭角速度測定手段により測定された前記回頭角速度に基づいて、前記船舶の主機の負荷を制御する主機制御手段と
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の操船制御装置。
【請求項５】
前記角度差演算手段により演算された前記角度差に基づいて、風力を推進力に変える帆を操作するための目標角を演算する目標角演算手段
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の操船制御装置。
【請求項６】
前記帆は、縦帆であること
を特徴とする請求項５に記載の操船制御装置。
【請求項７】
船舶の針路と目標方向との角度差を演算する角度差演算手段と、
前記角度差演算手段により演算された前記角度差に基づいて、舵に掛ける負荷の目標となる目標負荷を演算する目標負荷演算手段と、
前記舵に掛かる負荷を測定する負荷測定手段と、
前記舵を取るための操船機械と、
前記負荷測定手段により測定された前記舵に掛かる負荷が前記目標負荷演算手段により演算された前記目標負荷になるように、前記操船機械を制御する操船制御手段と
を備えることを特徴とする自動航行制御装置。
【請求項８】
舵と、
船舶の針路と目標方向との角度差を演算する角度差演算手段と、
前記角度差演算手段により演算された前記角度差に基づいて、前記舵に掛ける負荷の目標となる目標負荷を演算する目標負荷演算手段と、
前記舵に掛かる負荷を測定する負荷測定手段と、
前記舵を取るための操船機械と、
前記負荷測定手段により測定された前記舵に掛かる負荷が前記目標負荷演算手段により演算された前記目標負荷になるように、前記操船機械を制御する操船制御手段と
を備えることを特徴とする船舶。
【請求項９】
風力を推進力に変える帆と、
前記角度差演算手段により演算された前記角度差に基づいて、前記帆を操作するための目標角を演算する目標角演算手段と
を備えることを特徴とする請求項８に記載の船舶。
【請求項１０】
船舶の針路と目標方向との角度差を演算し、
演算した前記角度差に基づいて、舵に掛ける負荷の目標となる目標負荷を演算し、
前記舵に掛かる負荷を測定し、
測定した前記舵に掛かる負荷が演算した前記目標負荷になるように、前記舵を取るための操船機械を制御すること
を含むことを特徴とする操船制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の操船機械を制御する操船制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、船舶を自動操縦するための自動航行制御が知られている。例えば、自動航行制御としては、対地進行方位を目標方位に一致させるように舵角を決定し、その舵角になるようにフィードバック制御を行うことが開示されている（特許文献１参照）。【０００３】
しかしながら、実際には、海流、波、風などの様々な自然現象による外乱により、船体が流されたり、船体の向きが変わったりする。また船の喫水もしくは舵・プロペラの没水面積によっても舵角に対する船の応答は変化する。このため、ある地点で、船舶の針路が目標地点に向くように舵角を決定しても、外乱により、船舶が進むにつれ、針路が目標地点から外れる。このため、舵を何度も切り直す必要があり、船舶は、目標地点に向かって蛇行するように航行する。この結果、船舶は、必要以上に長い距離を航行することになる。【０００４】
これに対して、舵角の決定方法を機械学習により経験則として学ばせることで、様々な海象条件に対応した舵角が決定されるように制御する方法もある。しかし、このような制御方法でも、刻々と変化する自然現象に対して常に最適な針路を維持するには、頻繁に舵を切り直す必要があり、舵の操作効率は悪くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２６２９２号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態の目的は、自然現象による外乱に適した制御をする操船制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の観点に従った操船制御装置は、船舶の針路と目標方向との角度差を演算する角度差演算手段と、前記角度差演算手段により演算された前記角度差に基づいて、舵に掛ける負荷の目標となる目標負荷を演算する目標負荷演算手段と、前記負荷測定手段により測定された前記舵に掛かる負荷を測定する負荷測定手段と、前記舵を取るための操船機械と、前記舵に掛かる負荷が前記目標負荷演算手段により演算された前記目標負荷になるように、前記操船機械を制御する操船制御手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る船舶における舵の制御に関する構成を示す構成図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す構成図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る制御装置による制御手順を示すフロー図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る船舶の針路と目標方向との角度差を示す簡略図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る船舶の目標負荷を示す簡略図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る制御装置の構成を示す構成図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る船舶の舵角と回転数との関係を示す相関図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る制御装置による主機負荷と回転数との関係を示す相関図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係る制御装置の構成を示す構成図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係る帆が取り付けられた船舶の構成を示す構成図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係る操船制御による理想的なコースを示すイメージ図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態に係る操船制御による舵角と舵負荷との関係を示す相関図である。
【図１３】図１３は、第１の実施形態に係る操船制御による舵角、ＲＯＴ及び舵負荷の関係を示す相関図である。
【図１４】図１４は、第１の実施形態に係る船の舵角と舵負荷との関係を示す相関図である。
【図１５】図１５は、第１の実施形態に係る操船制御による船のローリングの振幅と周波数の関係を示す相関図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る船舶１０における舵４の制御に関する構成を示す構成図である。図２は、本実施形態に係る制御装置１の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付して、異なる部分を主に説明する。
【００１０】
船舶１０は、例えば、人又は物を載せて海上を航行する大型の船である。なお、船舶１０は、水中にある舵を操作することで方向を変えて移動する物であれば、どのような物でもよい。
【００１１】
船舶１０は、制御装置１、船体２、プロペラ３、舵４、支持部材５、操船機械６、油圧センサ２１、方位センサ２２、測位センサ２３、ＲＯＴ(回頭角速度、rate of turn)センサ２４、船速センサ２５、舵角センサ２６、航海計画データ記憶部３１、及び、目標負荷データ記憶部３２を備える。
【００１２】
プロペラ３は、船体２の後方の水中に沈む部分に設けられる。プロペラ３は、エンジンなどの動力源となる主機からの動力により回転することで、図１に示すような水流Ｆｗを発生させる。これにより、船舶１０は、推進力を得る。
【００１３】
舵４は、船舶１０の針路（船舶１０の前方の向き）を変更するための船具である。舵４は、板形状である。船舶１０の直進時は、舵４は、プロペラ３が作り出す水流Ｆｗに対して抵抗にならないように、船舶１０の直進方向と平行の向きになる。舵４は、プロペラ３が作り出す水流Ｆｗの向きを変えるように、平面部分の角度を直進方向に対して変えることで、船舶１０の針路を変える。
【００１４】
支持部材５は、舵４をプロペラ３の後方に位置するように支持し、舵４の角度が変えられるように船体２に取り付けるための部材である。
【００１５】
操船機械６は、舵４の操作をするための機器である。操船機械６は、制御装置１からの指令により、舵４を操作する。例えば、操船機械６は、舵取機である。
【００１６】
操船機械６は、舵軸６１、回転翼６２、及び、２つの油圧シリンダ６３を備える。
【００１７】
舵軸６１の下部には、舵４が取り付けられる。舵軸６１が回転するように動作することにより、舵４も回転して、舵４の角度が変わる。
【００１８】
回転翼６２は、円板形状であり、舵軸６１の上部に取り付けられる。回転翼６２は、２つの油圧シリンダ６３により、回転するように動作する。これにより、舵軸６１も回転翼６２と共に回転することにより、舵４の角度が変わる。
【００１９】
油圧シリンダ６３は、シリンダ６３２の内部にピストン６３１が挿入された機器である。油圧シリンダ６３は、シリンダ６３２の内部にある油圧により、ピストン６３１が長手方向に動作することで、アクチュエータの役割をする。２つの油圧シリンダ６３は、ほぼ平行になるように配置される。２つの油圧シリンダ６３のそれぞれのピストン６３１の端部は、回転翼６２の表面の外周側の両端にそれぞれ固定される。２つの油圧シリンダ６３のピストン６３１が互いに逆向きに動作することで、回転翼６２を回転させて、舵４の角度を変える。制御装置１は、油圧シリンダ６３の内部の油圧を制御することで、舵４を制御する。
【００２０】
油圧センサ２１は、油圧シリンダ６３の油圧を測定する。油圧センサ２１は、油圧の測定値を制御装置１に送信する。舵４に加わる負荷が変化すると、油圧シリンダ６３の油圧も変化する。したがって、油圧シリンダ６３の油圧を測定することで、舵４に加わる負荷を測定することができる。なお、油圧センサ２１は、２つの油圧シリンダ６３のそれぞれに設けてもよい。また、舵４に加わる負荷を測定できるのであれば、油圧センサに限らない。例えば、負荷を測定するようなセンサを舵４に直接取り付けて、測定結果を制御装置１に無線又は有線で送信するようにしてもよい。
【００２１】
方位センサ２２は、船舶１０の現在の針路を測定するセンサである。測位センサ２３は、船舶１０の現在位置を測定するセンサである。ＲＯＴセンサ２４は、船舶１０の現在の回頭角速度Ｒを測定するセンサである。船速センサ２５は、船舶１０の現在の船速ｖを測定するセンサである。舵角センサ２６は、舵角を測定するセンサである。なお、これらのセンサ２１〜２６は、目的の測定ができれば、どのようなものでもよい。例えば、センサ２２〜２５は、ジャイロコンパス又は衛星測位システムを利用するものでもよい。
【００２２】
航海計画データ記憶部３１には、目的地までの計画された航路に関する情報が含まれる航海計画データが記憶される。航海計画データ記憶部３１は、制御装置１からの要求に応じて、航海計画データに含まれる情報を送信する。
【００２３】
目標負荷データ記憶部３２には、目標負荷Ｆｐに関する情報が含まれる目標負荷データが記憶される。目標負荷Ｆｐは、舵４を制御するために、舵４に掛ける負荷の目標となる値であり、操船機械６が舵４を制御するための指令値である。目標負荷データ記憶部３２は、制御装置１からの要求に応じて、目標負荷データに含まれる情報を送信する。目標負荷データは、船体２の形状又は推進機の特性などによって変わるため、個々の船舶１０によってそれぞれ異なる固有のデータである。例えば、目標負荷データは、機械学習プログラムなどにより、船舶１０の試運転時に情報収集され、船舶１０の航行中に情報が随時更新される。
【００２４】
制御装置１は、制御判断部１１、目標負荷演算部１２、及び、操船制御部１３を備える。なお、制御装置１は、船舶１０の何処に設けられてもよいし、何を目的とする制御装置でもよいし、どのように構成されてもよい。例えば、制御装置１は、操船機械６を制御するための操船制御装置でもよいし、船舶１０を自動操縦するための自動航行制御装置（例えば、オートパイロット）でもよい。また、制御装置１は、操船機械６の近傍又は操船機械６の一部として設けられてもよいし、機関室又は操舵室などの船内に設けられてもよい。さらに、制御装置１は、各種センサ２１〜２６及び各種記憶部３１，３２を構成の一部としてもよい。
【００２５】
制御判断部１１は、航海計画データ記憶部３１に記憶された航海計画データ及び各種センサ２１〜２６により測定された測定結果に基づいて、舵４の制御を行うか否かの判断をする。制御判断部１１は、制御を行うと判断した場合、制御を開始する指令と共に、必要な情報を目標負荷演算部１２に出力する。
【００２６】
目標負荷演算部１２は、制御判断部１１から制御を開始する指令を受信すると、目標負荷Ｆｐを演算する。目標負荷演算部１２は、各種センサ２１〜２６による測定結果及び目標負荷データ記憶部３２から得られる目標負荷データに基づいて、目標負荷Ｆｐを演算する。舵４を切る向きについては、目標負荷Ｆｐの符号で表してもよいし、切る向きを目標負荷Ｆｐとは別の指令値にしてもよい。目標負荷演算部１２は、演算した目標負荷Ｆｐを操船制御部１３に出力する。
【００２７】
操船制御部１３は、目標負荷演算部１２から受信した目標負荷Ｆｐ及び油圧センサ２１により測定された油圧に基づいて、舵４に掛かる負荷が目標負荷Ｆｐになるように制御する。操船制御部１３は、舵４に掛かる負荷が目標負荷Ｆｐになると、制御が終了したことを知らせる通知を制御判断部１１にする。
【００２８】
図３は、本実施形態に係る制御装置１による制御手順を示すフロー図である。
【００２９】
制御判断部１１は、方位センサ２２により測定された方位に基づいて、船舶１０の針路を計測する（ステップＳ１０１）。
【００３０】
制御判断部１１は、測位センサ２３により測定された現在位置及び航海計画データ記憶部３１から受信した航海計画データに基づいて、目標方向を演算する（ステップＳ１０２）。目標方向とは、目的地に着くまでの航海計画に従って航行するために、船舶１０が現在とるべき針路のことである。
【００３１】
制御判断部１１は、図４に示すような針路と目標方向との角度差δを演算する（ステップＳ１０３）。
【００３２】
制御判断部１１は、角度差δがゼロであるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。制御判断部１１は、角度差δがゼロであれば、舵４を操作しない。ここで、ゼロとは、針路と目標方向が一致しているとみなせる値であり、舵４を切る必要がないと判断できるような値であれば、厳密にゼロでなくてもよい。また、角度差δについて、舵４を切る必要がない範囲を設けてもよい。制御判断部１１は、角度差δがゼロでなければ、目標負荷演算部１２に、舵４を切る制御を開始する通知をすると共に、演算した角度差δを送信する。
【００３３】
目標負荷演算部１２は、制御判断部１１から受信した角度差δ、ＲＯＴセンサ２４により測定された回頭角速度Ｒ、及び、船速センサ２５により測定された船速ｖに基づいて、目標舵角Ｔを演算する（ステップＳ１０５）。ここでは、目標舵角Ｔは、海象条件又は気象条件などの自然現象による外乱を考慮せずに、針路と目標方向とを一致させるために理論上求まる舵４を切る角度とする。例えば、目標舵角Ｔは、舵４を制御するために、従来から用いられている方法で求まる舵角でよい。なお、目標舵角Ｔは、どのように求めてもよい。
【００３４】
目標負荷演算部１２は、演算した目標舵角Ｔ及び目標負荷データ記憶部３２から受信した目標負荷データに基づいて、目標負荷Ｆｐを演算する（ステップＳ１０６）。例えば、目標負荷Ｆｐは、図５に示すように、プロペラ３から出力される水流が舵４の平面部分に垂直に加える負荷に対する指令値である。例えば、目標負荷データには、舵４を目標舵角Ｔにするために、自然現象による外乱を考慮して、現時点で舵４に加える最適な負荷を求めるための情報が含まれる。目標負荷演算部１２は、目標負荷データを用いて目標舵角Ｔを目標負荷Ｆｐに変換することで、目標負荷Ｆｐを求める。目標負荷データを用いることで、外乱などが考慮されるため、舵４に印加されている負荷が目標負荷Ｆｐになった時の舵角が目標舵角Ｔになるとは限らない。目標負荷演算部１２は、演算した目標負荷Ｆｐを操船制御部１３に出力する。
【００３５】
なお、目標負荷演算部１２により目標負荷Ｆｐを求める場合、水流や波などの海象データ及び風や気温などの気象データを測定して、測定結果をパラメータとして用いて、目標負荷Ｆｐを修正するようにしてもよい。
【００３６】
操船制御部１３は、油圧センサ２１により測定された油圧から舵４に現在印加されている負荷を求める。操船制御部１３は、舵４に印加されている負荷が目標負荷Ｆｐになるように舵４を切る制御をする（ステップＳ１０７）。例えば、操船制御部１３は、油圧センサ２１により測定された油圧から求まる負荷が目標負荷Ｆｐに達するまで、舵４を切り続ける。
【００３７】
操船制御部１３は、舵４に印加されている負荷が目標負荷Ｆｐになると、各種センサ２１〜２６による測定結果に基づいて、一連の制御による船舶１０の応答データを収集する（ステップＳ１０８）。操船制御部１３は、収集した応答データを目標負荷データ記憶部３２に記憶させる。これにより、目標負荷データが更新され、次回の目標負荷Ｆｐの演算に反映される。操船制御部１３は、これらの処理が終了すると、制御が終了したことを知らせる通知を制御判断部１１にする。
【００３８】
本実施形態によれば、目標負荷Ｆｐを決定して、舵４に掛かる負荷が目標負荷Ｆｐになるように舵４を切る制御を行うことにより、舵４が目標とする舵角になるように制御する場合と比較して、舵４の操作効率を向上させることができる。
【００３９】
例えば、風又は水流などの外乱により、船舶１０が流されたり、船舶１０が回頭して、針路が変わったりすることがある。このような場合、舵４を切らなくても、外乱により、船舶１０が目標方向に進む場合がある。
【００４０】
しかし、針路を目標方向に一致させるように舵角を決定し、決定した舵角になるように舵４を制御する場合、決定した舵角分必ず舵４を切ることになる。このように舵４を切ると、必要以上に船舶１０が回頭し、針路が目標方向を超えて回頭するオーバーシュートの要因になる。
【００４１】
これに対して、本実施形態のように、舵４に掛かる負荷を油圧センサ２１により測定し、舵４に掛かる負荷が目標負荷Ｆｐになるように制御することで、舵４を切る角度を少なくしたり、舵４の舵角を一定に保つように制御したりすることできる。これは、舵４に掛かる負荷が外乱の影響を受けており、このような負荷を測定して制御に用いることで、外乱を考慮した制御になるからである。これにより、舵４を切る角度及び回数を抑制することができる。
【００４２】
また、外乱により、舵４に掛かる負荷が目標負荷Ｆｐと一致していれば、針路と目標方向が一致しない場合でも、舵４を切る操作をする必要がない。これにより、針路と目標方向が一致していなくても、舵４を切らずに、外乱を利用して、船舶１０が目標方向に進むことが期待できる。このような状況は、例えば、外乱が無ければ船舶１０を回頭するために船舶１０に加える必要がある力と外乱が釣り合う場合に生じる。
【００４３】
また、針路が目標方向から離れる方向に外乱が働く場合、舵４に掛かる負荷が目標負荷Ｆｐになるように制御することで、舵４を決定した舵角になるように制御する場合と比較して、舵４を切る回数又は操作時間を抑制することができる。これにより、外乱の影響による船舶１０の迂回距離を短くし、舵４の操作効率及び船舶１０の燃料効率を向上させることができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、目標舵角Ｔを求めてから目標負荷Ｆｐを求めたが、目標舵角Ｔを求めずに、目標舵角Ｔを求めるパラメータを用いて、目標負荷Ｆｐを直接求めてもよい。例えば、船舶１０の現在の状況に合うようなパラメータを求め、試運転又は実際の航行で学習させた経験則がデータとして蓄えられた目標負荷データ記憶部３２を用いて、求めたパラメータから目標負荷Ｆｐを決定すればよい。
【００４５】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る制御装置１Ａの構成を示す構成図である。
【００４６】
制御装置１Ａは、図２に示す第１の実施形態に係る制御装置１において、船舶１０に設けられた回転数メータ２７による測定結果を受信するようにし、目標負荷演算部１２を目標負荷演算部１２Ａに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態と同様である。以降では、第１の実施形態と異なる部分について主に説明する。
【００４７】
回転数メータ２７は、主機であるエンジンの回転数を測定する。回転数メータ２７は、測定した回転数を制御装置１Ａに送信する。なお、回転数メータ２７のように回転数を直接的に測定するものに限らず、推進機であるエンジンの状態を把握できるようなもの、又は、回転数をある程度予測して測定できるようなものでもよい。
【００４８】
目標負荷演算部１２Ａは、第１の実施形態と同様に求めた目標負荷Ｆｐに対して、回転数メータ２７により測定された回転数を考慮して、最終的な目標負荷ＦｐＡを求める。具体的には、回転数が急激に変化したり、回転数が下がり過ぎたりしないように、目標負荷ＦｐＡを決定する。
【００４９】
次に、目標負荷ＦｐＡの求め方について説明する。
【００５０】
図７は、船舶１０において、舵４の舵角と回転数との関係を示す相関図である。グラフｆｒは、主機であるエンジンの回転数を示している。グラフｆｔは、舵角を示している。
【００５１】
図８は、制御装置１Ａによる主機負荷（エンジンの負荷、例えば、燃料の噴射量）と回転数との関係を示す相関図である。境界線ＢＥは、船舶１０のエンジンの過負荷領域とそうでない領域の境界を示している。即ち、境界線ＢＥよりも上側は、エンジンの過負荷領域を示している。グラフＣＥ１は、制御装置１Ａによる主機負荷と回転数との関係を示している。グラフＣＥ２は、本実施形態と比較するための従来の制御装置による主機負荷と回転数との関係を示している。
【００５２】
図７に示すように、舵角を急激に取った場合、舵４を切ったことによるプロペラの抵抗増加および船体の回頭によるエンジンの抵抗増加によりエンジンの回転数が、例えば直進状態であるゼロから３５度に急激にした場合、回転数は、約５９［ｒｐｍ］から約４５［ｒｐｍ］に大幅に低下する。
【００５３】
この時、従来の制御では、図８のグラフＣＥ２に示すように、エンジンの負荷および回転数は推移し、舵４を切ってから一度エンジンの負荷は上昇し、一般的にエンジンにとって過負荷とされる領域の境界線ＢＥを沿って推移する。これに対して、本実施形態では、図８のグラフＣＥ１に示すように、エンジンの状態に合わせて舵４の負荷を制御するか、または、舵４の負荷および船舶１０のＲＯＴに合わせてエンジンの負荷を制御することで、エンジンにとって過負荷の境界線ＢＥにとどまる時間を短くすることが出来る。したがって、目標負荷ＦｐＡは、回転数が急激な変化をしないように、又は、回転数の変化幅が一定の範囲内（例えば、変化率が±１０％の範囲内など）に収まるように、目標負荷ＦｐＡを決定する。また目標負荷ＦｐＡを大きく取らざるを得ない場合はエンジンの負荷を一定に保ち負荷上昇を下げる。
【００５４】
また、エンジンは、回転を継続させるために必要な最小回転数が決められている場合がある。この最小回転数を下回ると、エンジンは停止する。そこで、目標負荷ＦｐＡは、最小回転数を下回らないように、目標負荷ＦｐＡを決定する。
【００５５】
なお、目標負荷ＦｐＡは、回転数の変化率と最小値が共に所定条件を満たすように求めてもよいし、いずれか一方が所定条件を満たすように求めてもよい。
【００５６】
本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、主機であるエンジンの回転数を考慮して、目標負荷ＦｐＡを決定することで、舵４を切る際の舵４又はエンジンに掛かる負担を軽減することができる。
【００５７】
また上記の制御は船の過大な横滑り（ドリフト）を避け、横滑りによる針路変更後の減速を最小限に落とすことが出来る。
【００５８】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る制御装置１Ｂの構成を示す構成図である。図１０は、第３の実施形態に係る帆７が取り付けられた船舶１０Ｂの構成を示す構成図である。
【００５９】
船舶１０Ｂは、第１の実施形態に係る船舶１０に、帆７を取り付け、制御装置１を制御装置１Ｂに代えたものである。制御装置１Ｂは、図２に示す第１の実施形態に係る制御装置１において、帆制御部１４を追加し、目標負荷演算部１２を目標負荷演算部１２Ｂに代えたものである。その他の点は、第１の実施形態と同様である。以降では、第１の実施形態と異なる部分について主に説明する。
【００６０】
帆７は、船舶１０の前方部分に取り付けられた縦帆である。帆７は、飛行機の翼の揚力を得る原理と同様に、風力を推進力に変える。縦帆は、横帆よりも旋回性に優れ、風上方向の推進力を得ることができる。
【００６１】
なお、帆７は、横帆でもよいし、その他のどのような帆でもよい。また、帆７は、繊維、樹脂又は金属など、どのような材質でもよいし、弾性又は剛性など、どのような特性でもよいし、布形状又は飛行機の翼形状など、どのような形状でもよいし、前方部分に限らず、船舶１０のどの位置に取り付けてもよい。帆７は、船舶１０の形状、用途又は使用環境などに適した構成にしてよい。
【００６２】
目標負荷演算部１２Ｂは、各種センサ２１〜２６による測定結果及び目標負荷データ記憶部３２から得られる目標負荷データに基づいて、第１の実施形態と同様に目標負荷ＦｐＢを演算すると共に、帆７を制御するための指令値となる目標角αを演算する。目標角αは、図１０に示すように、船舶１０の幅方向の中央に位置する中央線と、帆７又は帆７を支持する支持部材とが為す角度に対する指令値である。なお、目標角αは、帆７の位置が決定されるのであれば、何処の角度に対する指令値でもよい。
【００６３】
帆制御部１４は、目標負荷演算部１２Ｂにより演算された目標角αになるように、帆７の角度を操作する。なお、帆制御部１４を設けずに、手動で、帆７を目標角αになるように操作してもよい。
【００６４】
本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、帆７を設けて、舵４と共に操作をすることにより、船舶１０の機動性又は走行性を向上させることができる。
【００６５】
なお、ここでは、第１の実施形態を基本構成として説明したが、第２の実施形態を基本構成として、帆７を設け、回転数を考慮して、舵４及び帆７を制御することにより、第２の実施形態による作用効果に加え、船舶１０の機動性又は走行性を向上させることができる。
【００６６】
また、目標負荷演算部１２Ｂは、目標角αを演算せずに、帆７の操作角を先に決めて、この操作角をパラメータとして入力し、目標負荷ＦｐＢを演算してもよい。このような構成でも、帆７を利用することで、第１の実施形態よりも、船舶１０の機動性又は走行性を向上させることができる。
【００６７】
（作用効果）
以降では、第１の実施形態において、目標負荷Ｆｐを決定して、舵４に掛かる負荷（舵負荷）が目標負荷Ｆｐになるように舵４を切る操船制御を行うことよる作用効果の具体例について説明する。なお、他の実施形態においても、同様の作用効果を得ることができる。但し、これらの作用効果は、各実施形態において、必ずしも全て得られなくてもよい。
【００６８】
図１１に示すように、船舶１０を理想的なコースＣＳに沿うように右側に旋回する操船を行う場合について説明する。
【００６９】
一般に、船舶は、舵４を切ってから遅れを伴って回頭しはじめる為、ＲＯＴの最大値は舵４を切ってから所定時間後（大型肥大船では４０秒後となった例もある）となる。したがって、従来のように、針路もしくはＲＯＴの測定結果に基づいて、舵４を制御する場合、この所定時間のタイムラグがあるため、制御が遅れ、理想的なコースＣＳに沿うように操船するのは難しい。
【００７０】
これに対して、本実施形態では、図１２に示すように、舵負荷をグラフＲＬとなるように制御することで、舵角がグラフＲＡとなるように舵４が制御される。図１２は、横軸を時間とし、舵角を示すグラフＲＡの縦軸を角度とし、舵負荷を示すグラフＲＬの縦軸を負荷（割合、０．１＝１０％）として表したものである。
【００７１】
即ち、海気象や地理的な影響等により舵効きが通常時と異なる条件下においてもグラフＲＡの区間Ｋ１における波形形状のような理想的な舵負荷を掛けることにより、正確に制御することができる。これにより、船舶１０は、図１１に示す理想的なコースＣＳを沿うように旋回する。したがって、舵４を余分に切り過ぎるもしくは不十分に切ることなく、船舶１０を理想的なコースＣＳに沿うように操船することができる。
【００７２】
次に、図１３を参照して、舵角、ＲＯＴ及び舵負荷の関係について説明する。グラフＲＡ１，ＲＴ１，ＲＬ１は、本実施形態に係る操船制御における舵角、ＲＯＴ及び舵負荷をそれぞれ示している。グラフＲＡ２，ＲＴ２，ＲＬ２は、本実施形態と比較するための従来の舵角、ＲＯＴ及び舵負荷をそれぞれ示している。図１３は、横軸を時間とし、舵角を示すグラフＲＡ１，ＲＡ２の縦軸を角度（度）とし、ＲＯＴを示すグラフＲＴ１，ＲＴ２の縦軸を回転速度（度／分）とし、舵負荷を示すグラフＲＬ１，ＲＬ２の縦軸を負荷（割合、０．０１＝１％）として表したものである。
【００７３】
区間Ｋ２において、従来の制御では、グラフＲＡ２，ＲＴ２に示すように、舵角及びＲＯＴのいずれも安定している。このような状態で、海流等の外乱によりグラフＲＬ２に示す舵負荷が掛かると、グラフＲＡ２，ＲＴ２に示すように、舵角の切り替えを繰り返しながら、針路を安定させるように制御する必要がある。
【００７４】
これに対して、本実施形態では、区間Ｋ２において、グラフＲＡ１，ＲＴ１，ＲＬ１（※図の初期時はＲＬ２と同様にする）に示すように、舵負荷が掛かると、この舵負荷を打ち消すように逆方向の舵負荷を掛けることで、ＲＯＴは安定し続け、舵角も最小限に保つことができる。このように、本実施形態では、舵負荷を制御するために舵負荷を常に監視するため、このような制御が可能となる。
【００７５】
次に、図１４を参照して、船舶１０の運航中における舵角と舵負荷との関係について説明する。グラフＧＳは、舵角と舵負荷との関係を示している。グラフＧＡは、舵角と舵負荷との関係を直線で近似したものを示している。図１４は、横軸を角度（度）とし、縦軸を負荷（％）として表したものである。
【００７６】
グラフＧＡに示すように、舵角０度の位置よりも右側に、船舶１０の舵角と舵負荷のバランスの中心ＣＴがある。したがって、船舶１０は、最初に舵４を直進方向に向けても、舵力が発生し、片方に曲がることになる。一般的な船舶において、舵負荷のバランスの中心は、舵角０度の位置にはなく、また船舶の状態によっても中心ＣＴは変化する。したがって、従来の舵角による操船制御において、舵角０を中心とした制御をすると、直進時に舵角を極力０度にしようとすることと船舶１０を直進方向に戻そうとすることを繰り返し、ハンチングし、船舶１０の舵４を周期的に操作してしまうことがある。
【００７７】
これに対して、本実施形態では、舵負荷を制御するため、舵負荷のバランスの中心が舵角０度の位置になくても、中心ＣＴを常に把握し船舶１０を常に直進させるように制御することができる。これにより、舵４の舵角を周期的に変えるような操作は行われない。
【００７８】
次に、図１５を参照して、船舶１０のロールと舵負荷との関係について説明する。グラフＳＲは、船舶１０のローリングの振幅と周波数の関係を示している。グラフＧＲ１は、本実施形態に係る操船制御による舵負荷の振幅と周波数の関係を示している。グラフＧＲ２は、従来の操船制御による舵負荷の振幅と周波数の関係を示している。図１５は、縦軸を振幅又は負荷の最大値に対する割合（％）とし、横軸を周波数（１／秒）として表したものである。
【００７９】
周波数の帯域Ｋ３に示すように、従来の操船制御による舵負荷の振幅を示すグラフＧＲ２と、船舶１０のローリングの振幅を示すグラフＳＲは、ピークがほぼ一致している。このことから、従来の操船制御では、船舶１０のローリングにより、舵負荷が掛かることが分かる。
【００８０】
これに対して、本実施形態に係る操船制御では、目標負荷Ｆｐがゼロであれば、舵負荷が掛からないように舵角が制御される。このため、グラフＳＲに示すローリングの振幅に関係なく、グラフＧＲ１に示すように舵負荷がゼロになるように制御される。これにより、ローリングにより掛かる舵負荷を抑制することができ、船舶１０の運航効率を向上することができる。
【００８１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、構成要素を削除、付加又は変更等をしてもよい。また、複数の実施形態について構成要素を組合せ又は交換等をすることで、新たな実施形態としてもよい。このような実施形態が上述した実施形態と直接的に異なるものであっても、本発明と同様の趣旨のものは、本発明の実施形態として説明したものとして、その説明を省略している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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