(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の重心位置より進行方向後方に配置され、前記船体に対する突出角を変更可能に設けられるフィンスタビライザと、
前記フィンスタビライザの翼角および前記突出角を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記フィンスタビライザに前記船体の横揺れ防止機能を発揮させるか前記船体の旋回力向上機能を発揮させるかを決定し、
前記船体の旋回力向上機能を発揮させる場合に、操舵に基づいて前記翼角を制御し、かつ前記突出角を第１の角度に制御し、
前記船体の横揺れ防止機能を発揮させる場合に、前記船体の横揺角に基づいて前記翼角を制御し、かつ前記突出角を第１の角度より第１の角度より大きい第２の角度に制御する
船舶の操舵装置。
【請求項２】
前記操舵に基づいて前記船体の進行方向の目標方位が入力される目標方位入力部と、
測定された前記船体の方位角が入力される方位角入力部と、
測定された前記船体の横揺角が入力される横揺角入力部と、
前記翼角を出力する翼角出力部と、
前記船体の舵の舵角を出力する舵角出力部と
をさらに備え、
前記制御部は、前記目標方位入力部から入力された目標方位、前記方位角入力部から入力された方位角、及び前記横揺角入力部から入力された横揺角に基づいて、前記翼角出力部から出力される前記翼角、及び前記舵角出力部から出力される前記舵角を制御する、請求項１に記載の船舶の操舵装置。
【請求項３】
前記制御部は、
操舵角が所定の範囲より大きい場合、操舵方向に応じて前記翼角を制御し、
操舵角が所定の範囲内の場合、前記船体の横揺角に応じて前記翼角を制御する、請求項１又は２に記載の船舶の操舵装置。
【請求項４】
船体の重心位置より進行方向後方に配置され、翼角および前記船体に対する突出角を変更可能に設けられるフィンスタビライザを制御する船舶の操舵方法において、
前記フィンスタビライザに前記船体の横揺れ防止機能を発揮させるか前記船体の旋回力向上機能を発揮させるかを決定し、
前記船体の旋回力向上機能を発揮させる場合に、操舵に基づいて前記翼角を制御し、かつ前記突出角を第１の角度に制御し、
前記船体の横揺れ防止機能を発揮させる場合に、前記船体の横揺角に基づいて前記翼角を制御し、かつ前記突出角を第１の角度より第１の角度より大きい第２の角度に制御する
船舶の操舵方法。
【請求項５】
前記操舵に基づいて前記船体の進行方向の目標方位を入力し、
測定された前記船体の方位角を入力し、
測定された前記船体の横揺角を入力し、
入力された前記目標方位、前記方位角、及び前記船体の横揺角に基づいて、出力される前記翼角及び前記船体の舵の舵角を制御する、請求項４に記載の船舶の操舵方法。
【請求項６】
操舵角が所定の範囲より大きい場合、操舵方向に応じて前記翼角を制御し、
操舵角が所定の範囲内の場合、前記船体の横揺角に応じて前記翼角を制御する、請求項４又は５に記載の船舶の操舵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の操舵装置および操舵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、フィンスタビライザを上下、左右回動自在に支持する支持装置と、フィンスタビライザを所望の姿勢にする駆動保持装置を具えたフィンスタビライザが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６１−２７７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のフィンスタビライザは、進路安定性の向上を目的として取り付け位置や取り付け方法が設計されるため、旋回性能を向上させるためには、フィンスタビライザを複雑に回動させる必要があった。
本発明の目的は、高い進路安定性能と旋回性能とを具えた船舶の操舵装置および操舵方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の態様は、船体の重心位置より進行方向後方に配置され、前記船体に対する突出角を変更可能に設けられるフィンスタビライザと、前記フィンスタビライザの翼角および前記突出角を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記フィンスタビライザに前記船体の横揺れ防止機能を発揮させるか前記船体の旋回力向上機能を発揮させるかを決定し、前記船体の旋回力向上機能を発揮させる場合に、操舵に基づいて前記翼角を制御し、かつ前記突出角を第１の角度に制御し、前記船体の横揺れ防止機能を発揮させる場合に、前記船体の横揺角に基づいて前記翼角を制御し、かつ前記突出角を第１の角度より第１の角度より大きい第２の角度に制御する船舶の操舵装置である。
【０００６】
また、第２の態様は、第１の態様に記載の船舶の操舵装置において、前記操舵に基づいて前記船体の進行方向の目標方位が入力される目標方位入力部と、測定された前記船体の方位角が入力される方位角入力部と、測定された前記船体の横揺角が入力される横揺角入力部と、前記翼角を出力する翼角出力部と、
前記舵角を出力する舵角出力部とさらに備え、前記制御部は、前記目標方位入力部から入力された目標方位、前記方位角入力部から入力された方位角、及び前記横揺角入力部から入力された横揺角に基づいて、前記翼角出力部から出力される前記翼角、及び前記舵角出力部から出力される前記舵角を制御する。
【０００７】
また、第３の態様は、第１の態様又は第２の態様に記載の船舶の操舵装置において、前記制御部は、操舵角が所定の範囲より大きい場合、操舵方向に応じて前記翼角を制御し、操舵角が所定の範囲内の場合、前記船体の横揺角に応じて前記翼角を制御する。
【０００８】
また、第４の態様は、船体の重心位置より進行方向後方に配置され、前記船体に対する突出角を変更可能に設けられるフィンスタビライザを制御する船舶の操舵方法において、前記フィンスタビライザに前記船体の横揺れ防止機能を発揮させるか前記船体の旋回力向上機能を発揮させるかを決定し、前記船体の旋回力向上機能を発揮させる場合に、操舵に基づいて前記翼角を制御し、かつ前記突出角を第１の角度に制御し、前記船体の横揺れ防止機能を発揮させる場合に、前記船体の横揺角に基づいて前記翼角を制御し、かつ前記突出角を第１の角度より第１の角度より大きい第２の角度に制御する船舶の操舵方法である。
【０００９】
また、第５の態様は、第３の態様に記載の船舶の操舵方法において、前記操舵に基づいて前記船体の進行方向の目標方位を入力し、測定された前記船体の方位角を入力し、測定された前記船体の横揺角を入力し、入力された前記目標方位、前記方位角、及び前記船体の横揺角に基づいて、出力される前記翼角及び前記舵角を制御する。
【００１０】
また、第６の態様は、第４の態様又は第５の態様に記載の船舶の操舵方法において、操舵角が所定の範囲より大きい場合、操舵方向に応じて前記翼角を制御し、操舵角が所定の範囲内の場合、前記船体の横揺角に応じて前記翼角を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
上記態様によれば、高い進路安定性能と旋回性能とを具えた船舶の操舵装置および操舵方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】フィンスタビライザの配置の一例を示す船舶の底面図である。
【図２】フィンスタビライザの配置の一例を示す船舶の背面図である。
【図３】フィンスタビライザの翼角の可動方法の一例を示す図である。
【図４】フィンスタビライザによる旋回力の発生の一例を示す図である。
【図５】操舵装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図６】操舵装置の制御の一例を示す制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して実施形態について詳しく説明する。
図１は、本実施形態に係るフィンスタビライザの配置の一例を示す船舶の底面図である。図１に示す底面図は船舶を船底側から見た図となる。すなわち、図１図示右側が船舶の左舷、図示左側が船舶の右舷を表す。また、図１図示上側が船首方向を表し、すなわち船舶の進行方向を表す。一方、図示下側は船尾方向を表す。図１において船首から船尾に図示した中心線（一点鎖線）の方向を船首船尾方向とする。図１に示す黒丸印は船舶の重心位置を示す。本実施形態において重心位置は中心線上にあるものとする。
図１において、船体１は、フィンスタビライザ２、舵３、スクリュー４を備える。
【００１４】
フィンスタビライザ２は、図１に図示する船体１の重心位置に対して、進行方向後方に配置されている。フィンスタビライザ２が船体１の重心位置に対して進行方向後方に配置されることにより、フィンスタビライザに進行方向横向きに加わる力は、船体１を旋回させる旋回力となる。例えば、フィンスタビライザ２に、図１図示左向き（右舷方向）の力が加わった場合、船体１には重心位置を中心として左旋回（取舵）の旋回力が加わることになる。本実施形態では、フィンスタビライザ２が船尾近くに配置される場合を例示している。フィンスタビライザ２が船尾近くに配置されることにより、重心位置との距離が離れ、より大きな旋回モーメントを発生させることが可能となる。
なお、本実施形態では、フィンスタビライザ２が船尾近くに配置される場合を例示したが、フィンスタビライザ２の配置位置はこれに限定されない。例えば、フィンスタビライザ２の配置位置を重心位置の僅かに後方にしてもよい。フィンスタビライザ２の配置位置は要求される旋回力に応じて適宜選択される。
本実施形態におけるフィンスタビライザ２は、船体１の右舷側と左舷側に左右対称に配置されている。フィンスタビライザ２を船体１の右舷側と左舷側に配置することにより、左右両方のフィンスタビライザ２において旋回力を得ることができ、旋回力の向上を図ることができる。
本実施形態では、フィンスタビライザ２が船体１の左右に１対配置される場合を例示したが、フィンスタビライザ２が、例えば左右に２対以上配置されるようにしてもよい。フィンスタビライザ２の数や形状は所望する旋回力によって適宜選択される。
また、フィンスタビライザ２は、船体１の側面からはみ出ないように（すなわち、図１に示す船体１の右舷側及び左舷側の側面からフィンスタビライザ２の先端が出ないように）配置される。フィンスタビライザ２が船体１の側面からはみ出ないように配置されることにより、船舶を接岸するときにフィンスタビライザ２が岸壁に当って破損することを防止することができる。フィンスタビライザ２を接岸時や狭い水路航行時に船体１に収納可能にしてもよい。
【００１５】
舵３は、船体１に配置されて、操舵に基づいて船体１の進行方向を変更する。操舵は、例えば、操船者による操舵輪の操作又は自動操舵システムからの指示によって行われる。図１で図示する舵３の回動角度θRudderを「舵角」と言う。舵角θRudderは舵３が進行方向と並行にある場合を０度として、操舵の大きさによって角度の大きさが決定される。舵３はスクリュー４によって生じる水流を舵角に応じて船体１の進行方向に対して左方向又は右方向に偏向する。船体１は、偏向された水流によって旋回する。舵角を大きくすると偏向される水流の角度も進行方向に対して大きくなり、より大きな旋回力を得ることができる。旋回力は偏向される水流の進行方向に対する角度や水量によって決まる。したがって、舵３は、水流を偏向するために水流を受ける十分な面積等を有している形状であることが望ましい。しかし、船体形状等の制約により、舵の形状が制約されて水流を偏向する能力が制限される場合がある。また、旋回性能を向上させるために舵３を大型化すると、操舵時における旋回方向とは逆側への移動（キック）や船体の横揺れが強くなり、進路安定性が低下する場合がある。本実施形態では、上記のような事情により舵３に対して大きな旋回力を与えることが困難な場合であっても、フィンスタビライザ２によって船体１の旋回性能を向上させることが可能となる。
以上で、図１を用いたフィンスタビライザの配置の説明を終了する。
【００１６】
図２は、フィンスタビライザ２の配置の一例を示す船体の背面図である。
図２において、フィンスタビライザ２は、船体１の船底湾曲部１１（ビルジ付近）に船体１から斜め下方に突出するように配置されている。フィンスタビライザ２が船体１から突出する角度を「突出角」とする。突出角は、フィンスタビライザ２が突出する方向の鉛直方向からの角度であり、図２においてθａで示す。
舵３は、船体１の船尾中央に配置されている。舵３の船体１側には図１で示したスクリュー４が配置される。フィンスタビライザ２が船舶の進行にともなう水流を利用して船舶の旋回力を得るのに対して、舵３はスクリューによって生じる水流によって旋回力を得ることができる。したがって、舵３は、船舶の航行速度が遅い場合であってもスクリューによって発生する水流によって旋回力を発生させることが可能となる。
以上で、図２を用いたフィンスタビライザの配置の説明を終了する。
【００１７】
図３は、フィンスタビライザ２の翼角の可動方法の一例を示す図である。図３において図示するフィンスタビライザ２は、右舷に配置されたフィンスタビライザ２を示している。フィンスタビライザ２は、船首船尾方向に直交する方向に回動軸２１を有する。回動軸２１はフィンスタビライザ２の船首方向に配置され、回動軸２１が図３図示反時計回りに回動すると、フィンスタビライザ２は回動軸２１を中心に反時計回りに回動する。本実施形態では、フィンスタビライザ２が回動する角度を「翼角」とよび、図示θFinで示す。翼角θFinはフィンスタビライザ２が時計回りに回動が制限される位置（図３に実線で図示する位置。以降この位置を「元位置」とする。）から反時計回りに回動した位置（２点鎖線で図示する位置）までの角度を表すものとする。図３は、フィンスタビライザ２の元位置が、回動軸２１からフィンスタビライザの先端部２２を結ぶ中心線が図示左下がりになる位置である場合を例示している。中心線が左下がりの場合、船首方向から船尾方向への水流によってフィンスタビライザ２は揚力（図３図示上向き方向の力）を受けることになる。左舷側及び右舷側に設けられたフィンスタビライザ２による揚力の差が船体をロールさせるロール力となる。すなわち、左舷のフィンスタビライザ２の浮力が右舷のフィンスタビライザ２の揚力より大きくなると、船体は進行方向に対して右に傾斜するロール力を受けることになる。
本実施形態では、左舷及び右舷のフィンスタビライザ２は両方とも浮力を受けるものとして説明したが、例えば、図３に示すフィンスタビライザ２の中心線が図示左上がりの位置である場合、フィンスタビライザ２はマイナスの揚力、すなわち図示下向きの力を受けることになる。左舷と右舷のフィンスタビライザ２のいずれか一方がプラス（正値）の揚力を発生させ、他方がマイナス（負値）の揚力を発生させるようにすると、より大きなロール力を発生させることができる。フィンスタビライザ２の元位置は、例えば揚力を発生させない水平位置として、元位置から時計方向及び反時計方向にフィンスタビライザ２を回動させるように制御してもよい。また、フィンスタビライザ２が回動できる翼角の範囲は任意に選択し得る。例えば、フィンスタビライザ２の回動範囲を９０度以上としてもよい。
【００１８】
回動軸２１は、例えば回動軸に取り付けられる油圧シリンダやモータ等のフィンスタビライザアクチュエータによって回動される。回動軸２１が回動されることによりフィンスタビライザ２の翼角が変更される。フィンスタビライザ２の翼角は、無段階に変更されても段階的に変更されてもよい。また、フィンスタビライザ２の回動速度又は回転加速度も固定であっても可変であってもよい。
なお、本実施形態では、フィンスタビライザ２の形状を回動軸２１からフィンスタビライザの先端部２２に向けて、フィンスタビライザ２の上面２３と下面２４が対称となる形状を例示しているが、フィンスタビライザ２の形状はこれに限定されず、例えば、フィンスタビライザ２の上面２３と下面２４とで非対称の形状であってもよい。
【００１９】
フィンスタビライザ２は、横揺れ防止装置として機能する装置である。フィンスタビライザ２は、翼角によって船舶の進行によって生じる水流に応じた揚力を発生させる。フィンスタビライザ２の翼角が大きくなると（すなわち、図３に示すフィンスタビライザ２が反時計方向に回動すると）、フィンスタビライザ２によって生じるプラスの揚力も大きくなる。フィンスタビライザ２によって発生する揚力の大きさは、翼角の大きさと船体１の進行にともなう水流の速さに基づいて定められる。上記のとおり、フィンスタビライザ２が図示の翼角（θFin）であったとすると、船首方向から船尾方向に流れる水流によって、フィンスタビライザ２にはプラスの揚力（フィンスタビライザ２を図示上方に持ち上げる力）が発生する。左舷及び右舷のそれぞれのフィンスタビライザ２によって生じた揚力（又はマイナスの揚力）は、船体１をローリングさせる力となる。したがって、船体１の横揺れと打ち消しあう方向にフィンスタビライザ２によって揚力を発生させることにより、フィンスタビライザ２によって横揺れを防止させることができる。左舷側のフィンスタビライザ２と右舷側のフィンスタビライザ２の翼角を、それぞれが横揺れを防止する方向に揚力を発生させるように制御ことにより、フィンスタビライザ２を横揺れ防止装置として利用可能になる。船体の横揺れは、船体のローリング角度である「横揺角」として測定できる。横揺角を測定するセンサの詳細は後述する。
【００２０】
本実施形態においては、フィンスタビライザ２を、船体１の横揺れ防止装置として機能させるとともに、旋回力の向上を図る目的で機能させる。フィンスタビライザ２による旋回力の発生について、図４を用いて説明する。図４は、フィンスタビライザによる旋回力の発生の一例を示す図である。
【００２１】
図４において、右舷のフィンスタビライザ２は、図２で説明したとおり、船体１に対して突出角θａで突出しているものとする。フィンスタビライザ２によって発生する揚力Ｆは、図３で説明した通り、翼角の大きさと船体１の進行にともなう水流の速さに基づいて定められる。揚力Ｆは、水平成分Ｆｈと垂直成分Ｆｖに分けることができる。ここで、
水平成分Ｆｈ＝Ｆ×ｃｏｓθａ
垂直成分Ｆｖ＝Ｆ×ｓｉｎθａ
である。フィンスタビライザ２の突出方向が鉛直に近い程（突出角θａが０度に近い程）、水平成分Ｆｈ＝Ｆ×ｃｏｓθａが大きくなる。
水平成分Ｆｈは、揚力がプラスである場合、右舷のフィンスタビライザ２に対して図４図示右側方向に力を及ぼす。水平成分Ｆｈは、フィンスタビライザ２の位置と図１で説明した重心位置との関係から、船体１の船首を左向きに（取り舵に）旋回させる旋回力となる。すなわち、フィンスタビライザ２によって、フィンスタビライザ２によって旋回力を発生させることが可能となり、フィンスタビライザ２の翼角を変更させることにより発生する旋回力を変更させることができる。フィンスタビライザ２によって発生する旋回力は舵３によって発生する旋回力を補い、船舶の旋回性能を向上させることができる。
なお、図３で説明したように揚力がマイナスである場合は、右舷のフィンスタビライザ２による水平成分Ｆｈは、船体１の船首を右向きに（面舵に）旋回させる旋回力となる。
また、図４は右舷のフィンスタビライザ２についての説明であるが、左舷のフィンスタビライザ２についても右舷のフィンスタビライザ２と同様に旋回力を発生させることができる。このとき左舷のフィンスタビライザ２は右舷のフィンスタビライザ２と左右逆の旋回力を発生させる。
【００２２】
フィンスタビライザ２の翼角は、操舵に基づいて制御される。例えば、操船者による操舵輪の操作又は自動操舵システムからの指示によって操舵量が決定される場合、操舵量に応じてフィンスタビライザ２の翼角を変更することができる。
上記のとおり、フィンスタビライザ２は航行中には横揺れ防止装置として機能させることができる。したがって、フィンスタビライザ２を横揺れ防止装置として機能させているときにフィンスタビライザ２によって旋回力を発生させた場合、横揺れ防止機能に影響を及ぼして進路安定性を悪くするおそれがある。一方、低速旋回時など高い旋回性能が求められ横揺れ防止性能については要求されない場合がある。そこで、フィンスタビライザ２による横揺れ防止機能と旋回力向上機能とを、切り替える制御を行うようにしてもよい。
【００２３】
例えば、操舵量が所定の閾値を超える場合に、フィンスタビライザ２を横揺れ防止を行うための制御から旋回力を向上させるための制御に切り替える制御を行ってもよい。すなわち、操舵量が所定の閾値を以下の場合には横揺れ防止を目的としてフィンスタビライザ２の翼角を横揺角に応じて制御し、操舵量が所定の閾値を超える場合には旋回力の発生を目的としてフィンスタビライザ２の翼角を操舵方向に応じて制御してもよい。例えば、面舵又は取り舵の操舵角が閾値以上になった場合、操舵方向に応じてフィンスタビライザ２の翼角が変更されて旋回力の向上を図るようにすることができる。このとき変更される翼角は、固定値であっても可変値であってもよい。例えば、変更される翼角を予め機械的又は電気的に設定するようにしてもよい。
但し、フィンスタビライザ２の翼角が変更開始されるときの操舵角とフィンスタビライザ２の翼角が元に戻されるときの操舵角を同じ閾値とすると、閾値付近での翼角変更が頻繁になり、フィンスタビライザ２の動作が不安定になる可能性がある。そこで、フィンスタビライザ２の翼角が変更されるときの操舵角とフィンスタビライザ２の翼角が元に戻されるときの操舵角を異なる閾値とすることにより、閾値付近での翼角の頻繁な変更を抑えることができる。
【００２４】
また、フィンスタビライザ２の翼角を、操舵角に応じて段階的又は無段階に変更するようにしてもよい。操舵角に応じて段階的又は無段階に変更することにより、フィンスタビライザ２の舵角変更動作を安定させることができる。
また、フィンスタビライザ２による横揺れ防止機能と旋回力向上機能との切り替えを、操船者による明示的な指示に基づいて行うようにしてもよい。
【００２５】
ところで、上記で説明した通り、フィンスタビライザ２によって発生される旋回力はＦ×ｃｏｓθａで表されるため、フィンスタビライザ２の突出角度θａが小さくなるほど大きくなる（ｃｏｓθａ＝１；θａ＝０）。一方、フィンスタビライザ２によって生じるローリング力は、揚力Ｆがそのまま利用されるため、突出角度θａによる影響は小さい。したがって、フィンスタビライザ２を旋回力の向上を図る目的で使用するときには、突出角を小さくする一方、フィンスタビライザ２を横揺れ防止装置として機能させるときにはフィンスタビライザ２の突出角を大きくすることが望ましい。すなわち、フィンスタビライザ２の突出角が小さい場合、横揺れ防止を目的としてフィンスタビライザ２の翼角を制御したときに、船体１に不要な旋回力を与えてしまう場合がある。フィンスタビライザ２を、船体１の横揺れ防止装置として機能させるとともに、旋回力の向上を図る目的で機能させるためには、フィンスタビライザ２の突出角を適切な値に設定することが望ましい。本実施形態ではフィンスタビライザ２の突出角は固定である場合を例示したが、フィンスタビライザ２の突出角を可変としてもよい。すなわち、大きな旋回力が必要な場合には突出角を小さくしてフィンスタビライザ２を鉛直方向に近くなるように突出させる。一方、外洋航行時等、フィンスタビライザ２を主に横揺れ防止装置として機能させたい場合は、突出角を大きくしてフィンスタビライザ２を水平方向に近くなるように突出させてもよい。
以上で、図４を用いたフィンスタビライザの翼角の可動方法の説明を終了する。
【００２６】
図５は。フィンスタビライザ２の翼角を制御する、操舵装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
図５において、操舵装置１０は、制御部１０１、目標方位入力部１０２、方位角入力部１０３、横揺角入力部１０４、舵角出力部１０５、及び翼角出力部１０６を備える。
【００２７】
制御部１０１は、例えば制御部１０１が有するＣＰＵがプログラムを実行することによって実現できる。制御部１０１の全ての機能又は一部の機能は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのＬＳＩによって実装されるファームウエアで実現してもよい。また、制御部１０１の全ての機能又は一部の機能をハードウエアによって実現してもよい。制御部によって実行されるプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録され、この記録媒体に記録されたプログラムを読み出して実行することによって実現してもよい。なお、制御部１０１は、ＯＳや周辺機器等のハードウエアを含むものとする。また、コンピュータが読み取り可能な記録媒体は、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、コンピュータが読み取り可能な記録媒体には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前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であってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
制御部１０１は、目標方位入力部１０２、方位角入力部１０３、横揺角入力部１０４、舵角出力部１０５、及び翼角出力部１０６に接続されて、目標方位入力部１０２、方位角入力部１０３、及び横揺角入力部１０４から入力される入力情報に基づき、舵角出力部１０５、及び翼角出力部１０６へ出力する出力情報を制御する。すなわち、制御部１０１は、舵３の舵角及びフィンスタビライザ２の翼角を制御する。本実施形態では、制御部１０１は、舵３の舵角及びフィンスタビライザ２の翼角、すなわち操舵制御を行うものとして説明するが、スクリュー４等による推進力を制御する機能等を備えていてもよい。
【００２８】
目標方位入力部１０２は、船舶が進行する目標方位が入力される。目標方位は、操舵に基づき決定される。目標方位は、例えば、操船者が操舵輪を操作することによって入力される操舵量、又は自動操舵において船舶が到達すべき目標位置と現在位置に基づく操舵量によって決定されてもよい。目標方位入力部１０２は、入力された目標方位を制御部１０１に出力する。
【００２９】
方位角入力部１０３は、船体の船首船尾の方向を示す方位角が入力される。方位角は、例えば、地磁気を検出するコンパスや、ＧＰＳ（Global Positioning System）から取得される所定フォーマットのデータから取得することができる。方位角入力部１０３は、入力された方位角（ψ）から、単位時間あたりの方位角の変化量を示す回頭角速度（dψ/dt）、及び単位時間ありの回頭角速度の変化量を示す回頭角加速度（d2Φ/dt2）を算出する。方位角入力部１０３は、方位角、回頭角速度、及び回頭角加速度の値を制御部１０１に出力する。
【００３０】
横揺角入力部１０４は、船体の横揺角（ローリング角）が入力される。横揺角は、例えば加速度センサを用いた測定器によって測定されて横揺角入力部１０４に入力される。横揺角を測定する測定器は、縦揺角（ピッチング角）等の他の測定値とともに横揺角を測定してもよい。横揺角入力部１０４は、入力された横揺角（Φ）から、単位時間あたりの横揺角の変化量を示す横揺角速度（dΦ/dt）、単位時間あたりの横揺角速度の変化量を示す横揺角加速度（d2Φ/dt2）を算出する。横揺角入力部１０４は、横揺角、横揺角速度、及び横揺角加速度を制御部１０１に出力する。
【００３１】
舵角出力部１０５は、舵３の舵角を変更させる舵角出力を出力する。舵角は、図３で説明した通り、舵３を回動させる角度である。舵角出力部１０５は、例えば舵３を回動させる油圧シリンダ等の舵アクチュエータを動作させる油圧システム等に対して舵角を出力する。
【００３２】
翼角出力部１０６は、フィンスタビライザ２の翼角を変更させる翼角出力を出力する。翼角は、図３で説明した通り、フィンスタビライザ２を回動させてフィンスタビライザ２による揚力を決定する角度である。翼角出力部１０６は、例えばフィンスタビライザ２を回動させる油圧シリンダ等のフィンスタビライザアクチュエータを動作させる油圧システム等に対して翼角を出力する。
以上で、図５を用いた操舵装置の構成を示す機能ブロック図の説明を終了する。
【００３３】
図６は、操舵装置の制御の一例を示す制御ブロック図である。図６において、操舵装置２０は、制御ブロック２０１〜制御ブロック２０９の制御ブロックを備える。
【００３４】
制御ブロック２０１は、横揺角入力部１０４から入力された横揺角Φ、横揺角速度（dΦ/dt）、及び横揺角加速度（d2Φ/dt2）、並びに方位角入力部１０３から入力された方位角（ψ）、回頭角速度（dψ/dt）、及び回頭角加速度（d2ψ/dt2）の入力値を示している。
【００３５】
制御ブロック２０２は、目標方位入力部１０２から入力された目標方位（ψ0）の入力値を示している。
【００３６】
制御ブロック２０３は、制御ブロック２０１から入力された入力値と制御ブロック２０２から入力された入力値との偏差を算出して、横揺減揺モーメント指令及び船首揺減揺モーメント指令を出力する。具体的には、制御ブロック２０３は、横揺角入力部１０４から入力された横揺角（Φ）、横揺角速度（dΦ/dt）、及び横揺角加速度（d2Φ/dt2）は、そのまま横揺減揺モーメント指令として出力する。一方、制御ブロック２０３は、目標方位入力部１０２から入力された目標方位（ψ0）と制御ブロック２０１から入力された方位角（ψ）との偏差（ψ0−ψ）を算出し、方位偏差（ψ0−ψ）、回頭角速度（dψ/dt）、及び回頭角加速度（d2ψ/dt2）を船首揺減揺モーメント指令として出力する。
【００３７】
制御ブロック２０４は、制御ブロック２０３から出力された横揺角（Φ）、横揺角速度（dΦ/dt）、及び横揺角加速度（d2Φ/dt2）に対して、ゲインＧ１を与えて出力する。また、制御ブロック２０４は、制御ブロック２０３から出力された方位偏差（ψ0−ψ）、回頭角速度（dψ/dt）、及び回頭角加速度（d2ψ/dt2）に対してゲインＧ２を与えて出力する。制御ブロック２０４で与えるゲインＧ１及びゲインＧ２は、予め定められた固定値である。Ｇ１及びゲインＧ２は、横揺角、及び方位偏差を基に適した値を予め定めておいてもよい。また、ゲインＧ１及びゲインＧ２は、横揺角、及び方位偏差を適宜計算し、可変値として設定されるようにしてもよい。例えば、船舶に対する横揺れ防止に対する要求性能と旋回能力に対する要求性能とを変えて船舶を運行する場合、ゲインＧ１とゲインＧ２とを変化させる。ゲインＧ１を上げると横揺れ性能の向上を図ることができる。一方、ゲインＧ２を上げると、旋回性能の向上を図ることができる。
【００３８】
制御ブロック２０５は、制御ブロック２０３から出力される、横揺角（Φ）、横揺角速度（dΦ/dt）、横揺角加速度（d2Φ/dt2）、方位偏差（ψ0−ψ）、回頭角速度（dψ/dt）、及び回頭角加速度（d2ψ/dt2）に対して、それぞれ個別のゲインＫ１、ゲインＫ２、ゲインＫ３、ゲインＫ４、ゲインＫ５、及びゲインＫ６を与える。制御ブロック２０５は、制御ブロック２０４と同様に、横揺減揺モーメント指令と船首揺減揺モーメント指令を調整して、フィンスタビライザ２によって発生する船体１に対する横揺軽減モーメントと船首揺減揺モーメントのバランスを調整することができる。なお、制御ブロック２０５によって与えられるゲインＫ１〜ゲインＫ６についても、制御ブロック２０４で与えられるゲインＧ１及びゲインＧ２と同様に、固定値であっても可変値であってもよい。角度、角速度、及び角加速度のそれぞれのパラメータに対して独立のゲインを適用することにより、横揺減揺モーメントと船首揺減揺モーメントの制御特性を詳細に設定することができる。
【００３９】
制御ブロック２０６は、制御ブロック２０３からの出力に対して、制御ブロック２０４及び制御ブロック２０５によってゲイン調整された横揺減揺モーメント指令値と船首揺減揺モーメント指令値を示す。
【００４０】
ここで、横揺減揺モーメントと船首揺減揺モーメントの算出方法を式１〜式３を用いて説明する。
横揺減揺モーメント指令=（横揺れ減揺フィン特性）×θFin＋（横揺れ減揺舵特性）×θRudder・・・（式１）
船首揺減揺モーメント指令=（船首揺れ減揺フィン特性）×θFin＋（船首揺れ減揺フィン特性）×θRudder・・・（式２）
評価関数=|θFin−θFin0|＋|θRudder−θRudder0 |・・・（式３）
ここで、式３に示す評価関数が最小値となるように、翼角θFin、及び舵角θRudderを算出する。評価関数は、横揺減揺モーメントと船首揺減揺モーメントのバランスを示す算定式である。算出された翼角θFin、及び舵角θRudderを基に、式１及び式２によって、横揺減揺モーメント指令及び船首揺減揺モーメント指令を算出する。
本実施形態において、制御ブロック２０４におけるゲインと、制御ブロック２０５におけるゲインを調整し、式３に示す評価を最小値として横揺減揺モーメント指令及び船首揺減揺モーメント指令を算出することにより、船舶に対する横揺れ防止に対する要求性能と旋回能力に対する要求性能とのバランスを調整することが可能となり、高い進路安定性能と旋回性能とを具えた船舶の操舵方法および操舵装置を提供することが可能となる。
なお、本実施形態では、横揺減揺モーメントと船首揺減揺モーメントのバランスを評価関数によって制御する場合を例示したが、例えば、旋回性能のみが求められる試験運行等において、横揺れ軽減性能を小さく、又は無視して、船首揺減揺モーメントを大きくし、旋回能力を向上させてもよい。
【００４１】
制御ブロック２０７は、制御ブロック２０６から入力された横揺減揺モーメント指令と船首揺減揺モーメント指令に基づき、フィンスタビライザ２の舵角と翼角の制御量を算出し、舵角指令と翼角指令を出力する。すなわち、制御ブロック２０７は、図５で説明した舵角出力部１０５に対しては舵角指令を出力し、翼角出力部１０６に対しては翼角指令を出力する。
【００４２】
制御ブロック２０８は、船舶の応答特性を示す。船舶の応答特性は、船体の大きさ、重量、ローリング特性、ピッチング特性、ヨーイング特性等、船舶によって異なる。船舶の応答特性は例えば積荷の状態等によっても影響される。船舶の応答特性は予めシミュレーションによって求めておいて、制御ブロック２０４及び制御ブロック２０５によって与えるゲインを予め算出しておいてもよい。
【００４３】
制御ブロック２０９は、制御ブロック２０７で示した横揺減揺モーメント指令と船首揺減揺モーメント指令によって舵３とフィンスタビライザ２を制御した結果の船体１の横揺角と方位角を示す。制御ブロック２０９に示す横揺角と方位角は、制御ブロック２０１に入力される。
以上で、図６を用いた操舵装置の制御の制御ブロック図の説明を終了する。
【００４４】
以上、本発明における実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
例えば、本実施形態では、フィンスタビライザ２を船体１の進行方向に対して略直角に突出させる場合を説明したが、フィンスタビライザ２の突出方向は、これに限定されない。例えば、フィンスタビライザ２を船体１の進行方向に対して斜めに突出させて、翼角を制御するようにしてもよい。
また、本実施形態では、フィンスタビライザ２を回動させて翼角を変更することにより揚力を変更する場合を説明したが、フィンスタビライザ２における揚力を変更する方法はこれに限定されない。例えばフィンスタビライザ２を翼角を変更させる代わりにフィンスタビライザ２の形状を変化させて、揚力を変化させてもよい。フィンスタビライザ２の形状を変化させる方法としては、例えばフィンスタビライザ２からフラップ形状の板を進行方向後方に伸延させて揚力を変更させてもよい。
また、本実施形態では、目標方位、方位角、及び横揺角に基づいて、フィンスタビライザ２の翼角と舵角を制御する場合を説明したが、他のパラメータ、例えば航行速度等によって舵角及び翼角を制御してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  船体
１１  船底湾曲部
２  フィンスタビライザ
３  舵
４  スクリュー
１０、２０  操舵装置
１０１  制御部
１０２  目標方位入力部
１０３  方位角入力部
１０４  横揺角入力部
１０５  舵角出力部
１０６  翼角出力部
【図１】
0006304599.tif 000002
【図２】
0006304599.tif 000003
【図３】
0006304599.tif 000004
【図４】
0006304599.tif 000005
【図５】
0006304599.tif 000006
【図６】
0006304599.tif 000007