(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の参照方位及び参照位置を出力する軌道計画部と、センサで検出された船体の方位および位置から船体の方位と位置とを前記参照方位及び前記参照位置に追従させるべく命令舵角を出力するフィードバック制御部と、を備えた船舶用自動操舵装置において、
前記フィードバック制御部は、方位制御ループを構成する方位制御系フィードバックゲイン器と、前記方位制御ループを含む航路制御ループを構成する航路制御系フィードバックゲイン器とを備え、
前記航路制御系フィードバックゲイン器は、ｓをラプラス演算子、Ｋtを航路ゲイン、Ｋiを積分ゲインとして、
【数１】
0006278849.tif 000058
で表され、
前記積分ゲインを除く前記航路制御ループは３次式であり、前記方位制御ループは２次式であり、前記航路ゲインは、前記航路ゲインの減衰係数をζt、前記方位制御ループの２次系の減衰係数をζhとして、ζt＝ζhを用いて算出されることを特徴とする船舶用自動操舵装置。
【請求項２】
船体の参照方位及び参照位置を出力する軌道計画部と、センサで検出された船体の方位および位置から船体の方位と位置とを前記参照方位及び前記参照位置に追従させるべく命令舵角を出力するフィードバック制御部と、を備えた船舶用自動操舵装置において、
前記フィードバック制御部は、方位制御ループを構成する方位制御系フィードバックゲイン器と、前記方位制御ループを含む航路制御ループを構成する航路制御系フィードバックゲイン器とを備え、
前記航路制御系フィードバックゲイン器は、ｓをラプラス演算子、Ｋtを航路ゲイン、Ｋiを積分ゲインとして、
【数２】
0006278849.tif 000059
で表され、
前記積分ゲインは、仕様として予め設定した前記積分ゲインの仕様減衰係数に基づいて算出されることを特徴とする船舶用自動操舵装置。
【請求項３】
前記積分ゲインは、該積分ゲインの安定範囲内において、該積分ゲインの減衰係数を前記仕様減衰係数に一致させて算出することを特徴とする請求項２に記載の船舶用自動操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航路制御システムの船舶用自動操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶用自動操舵装置は、舵角を制御して参照方位に船首方位を追従させる方位制御システム（ＨＣＳ：Ｈｅａｄｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）と、舵角を制御して計画航路に船体位置を追従させる航路制御システム（ＴＣＳ：Ｔｒａｃｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）とに分けられる。
【０００３】
方位制御システムにより運航を実施する場合、船体を航路から離れさせる、主に潮流などの外乱成分が作用することに起因して、航路に船体を追従させるために適宜変針を繰り返す必要がある。また、このような変針を繰り返すことによって、結果として運航距離が増加し、したがって、運航における省エネ、省コスト、時間削減の実現が阻害される。
【０００４】
一方、方位制御システムと比較して運航に掛かるコストを低減することができる航路制御システムは、コンパス、衛星測位システム（ＧＮＳＳ）からの船体位置を検出するＧＮＳＳセンサ、ログ速度計などの航海センサが装備される比較的大型の船に適用される。また、省エネ航海の需要が高まっているため、小型または中型の船についても、航路制御システムによる運航が求められている。
【０００５】
また、航路制御システムに関連する技術として、状態推定器を、方位誤差系を基礎とした方位制御系推定器と、航路誤差系を基礎とした航路制御系推定器とに分離して構成し、航路制御系推定器において、航路誤差系の状態量及び推定潮流ベクトルを推定する船舶用自動操舵装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４８８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、中型または小型の船においては、航路制御システムに必要とされる航海センサのうち、コンパス、ＧＮＳＳセンサは標準装備されるが、ログ速度計については、その設置のために船底を加工する必要があることから、装備するにあたって船体の大きさに見合わない費用が掛かるため、必ずしも装備されない。つまり、ログ速度計が装備されない船においては、航路制御システムによる運航が実現できない、という問題があった。
【０００８】
本発明の実施形態は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ログ速度計を用いることなく航路制御を実現することができる船舶用自動操舵装置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】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本実施形態の船舶用自動操舵装置は、船体の参照方位及び参照位置を出力する軌道計画部と、センサで検出された船体の方位および位置から船体の方位と位置とを前記参照方位及び前記参照位置に追従させるべく命令舵角を出力するフィードバック制御部と、を備えた船舶用自動操舵装置において、前記フィードバック制御部は、方位制御ループを構成する方位制御系フィードバックゲイン器と、前記方位制御ループを含む航路制御ループを構成する航路制御系フィードバックゲイン器とを備え、前記航路制御系フィードバックゲイン器は、ｓをラプラス演算子、Ｋtを航路ゲイン、Ｋiを積分ゲインとして、
【数１】
0006278849.tif 000002
で表され、前記積分ゲインを除く前記航路制御ループは３次式であり、前記方位制御ループは２次式であり、前記航路ゲインは、前記航路ゲインの減衰係数をζt、前記方位制御ループの２次系の減衰係数をζhとして、ζt＝ζhを用いて算出されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、ログ速度計を用いることなく航路制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】船舶用自動操舵装置と制御対象の全体のブロック図である。
【図２】フィードバック制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】フィードバック制御部の詳細構成を示すブロック図である。
【図４】航路制御システムで用いる座標系を示す図である。
【図５】方位制御ループ及び航路制御ループを示すブロック図である。
【図６】航路ゲインＫｔに関する３次式の根軌跡を示すグラフである。
【図７】減衰係数ζｔの特性根を示すグラフである。
【図８】積分特性の根軌跡を示すグラフである。
【図９】潮流修正なし、且つ積分動作なしとした場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】潮流修正なし、且つ積分動作ありとした場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】潮流修正あり、且つ積分動作なしとした場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】潮流修正あり、且つ積分動作ありとした場合のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以降の説明において、各記号は、変数、修飾、添字として、以下の表のように定義される。
【００１３】
【表１】
0006278849.tif 000003
【００１４】
【表２】
0006278849.tif 000004
【００１５】
【表３】
0006278849.tif 000005
【００１６】
１．  船舶用自動操舵装置の構成
まず、本発明の船舶用自動操舵装置を含むシステムについて説明する。図１は、船舶用自動操舵装置と制御対象の全体のブロック図である。図２は、フィードバック制御部の構成を示すブロック図である。図３は、フィードバック制御部の詳細構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、船舶用自動操舵装置１は、計画航路に船体位置を追跡させるために舵を制御する装置であり、軌道計画部１１、軌道航路誤差演算部１２、フィードバック制御部１３、加算器１４及び各パラメータを同定する図示しない同定器を備えている。誘導システム２から計画航路が軌道計画部１１に入力され、軌道計画部１１からは参照方位ψＲ、参照位置ｘＲ、ｙＲといった参照信号及び変針中にはフィードフォワード舵角δＦＦが出力される。
【００１８】
船体３のセンサ類４は、船体３の船首方位ψを検出するジャイロコンパス、ＧＰＳ等の衛星測位システム（ＧＮＳＳ）からの船体位置（ｘ，ｙ）を検出するＧＮＳＳセンサを含む。
【００１９】
軌道航路誤差演算部１２には、船首方位ψ、船体位置（ｘ，ｙ）等のセンサ類４からの検出信号が入力され、軌道航路誤差演算部１２は、参照方位ψＲ、参照位置ｘＲ、ｙＲと、検出信号との比較を行い方位誤差ψｅ、航路誤差ｘｅ，ｙｅ等を出力する。
【００２０】
船舶用自動操舵装置１の閉ループ系は、船体モデルと外乱モデルとからなる制御対象と、フィードバック制御部１３とから構成される。フィードバック制御部１３は、図２に示すように、推定器１３１と制御系フィードバックゲイン器１３２とを備える。推定器１３１には、軌道航路誤差演算部１２からの方位誤差ψｅ、航路誤差ｘｅ、ｙｅが入力される。
【００２１】
推定器１３１は、図３に示すように、方位制御系推定器１３１Ａ、航路制御系推定器１３１Ｂを備える。方位制御系推定器１３１Ａは、方位誤差の推定を行い、外乱が除去された推定方位誤差ψｅ＾、推定旋回角誤差ｒ＾といった方位に関する状態量の推定値を出力する。航路制御系推定器１３１Ｂは、横方向の推定航路誤差ｙｅ＾といった航路に関する状態量の推定値を出力する。
【００２２】
制御系フィードバックゲイン器１３２は、方位制御系フィードバックゲイン器１３２Ａと航路制御系フィードバックゲイン器１３２Ｂとを備える。方位制御系フィードバックゲイン器１３２Ａは、推定方位誤差ψｅ＾、推定旋回角誤差ｒ＾に対してフィードバックゲインとして方位制御ゲインを掛ける。航路制御系フィードバックゲイン器１３２Ｂは、推定航路誤差ｙｅ＾に対してフィードバックゲインとして航路制御ゲインを掛ける。方位制御系フィードバックゲイン器１３２Ａと航路制御系フィードバックゲイン器１３２Ｂによる結果が加算されてフィードバック舵角δＦＢが出力される。
【００２３】
船体３の操舵機は、上述した構成による船舶用自動操舵装置１による命令舵角δＣに比例した舵角を動かすため、船体３は、舵角によって旋回角速度を生じ、方位、位置が変化する。また旋回角速度の発生と共に、斜航角（横方向速度）が発生する。
【００２４】
２．  定式化
２．１  座標系
ここで、航路座標系について説明する。図４は、航路制御システムで用いる座標系を示す図である。
【００２５】
図４に示すように、航路制御システムで用いる座標系は、対地座標系（局地水平座標系）Ｏ−ＸＹとボディ座標系Ｇ−ＸＢＹＢからなり、いずれも右手系３軸直交座標系である。座標系においてＺ軸は重力方向を正とし、回転極性は右ねじ方向を正とする。なお、座標系はＸ軸、Ｙ軸の２次元を用いるため、図４においてＺ軸は省略される。また、対地座標系はＸ軸を北向きにとり、ボディ座標系はＸＢ軸を船首方位にとる。また、図４において、ｕはｓｕｒｇｅ速度、ｖはｓｗａｙ速度、ｒは旋回角速度、ψは船首方位、ｕｘ，ｖｙは対水速度、βは斜航角を示す。
【００２６】
２．２  船体モデルと制御システム
次に、船体モデルと制御システムについて説明する。図５は、方位制御ループ及び航路制御ループを示すブロック図である。
【００２７】
図５に示すように、上述した船舶用自動操舵装置１による制御システムにおいて、航路制御ループは方位制御ループを含む構成をもつ。なお、図５において、簡単化のため、参照方位ψＲと設定航路ｙＲをゼロにおく。船体モデルを次式と定める。
【００２８】
【数２】
0006278849.tif 000006
ここで、Ｋｒ：旋回力ゲイン、Ｋｖ：横流れゲイン、Ｔｒ，Ｔｒ３，Ｔｖ＝Ｔｒ，Ｔｖ３＝０：時定数。潮流成分は対地座標で
【００２９】
【数３】
0006278849.tif 000007
に定める。
【００３０】
方位誤差と航路誤差を導出する。図５に示すように、線形化した場合は、
【００３１】
【数４】
0006278849.tif 000008
になる。ここで、Ｆｈ（ｓ）＝Ｋｄｓ＋Ｋｐ：方位フィードバック，Ｋｄ：微分ゲイン、Ｋｐ：比例ゲイン、Ｆｔ（ｓ）：航路制御ゲイン、γ：修正項。
【００３２】
方位と航路の伝達特性を導出する。（４），（５）式より
【００３３】
【数５】
0006278849.tif 000009
になる。ここで
【００３４】
【数６】
0006278849.tif 000010
（７），（９）式より
【００３５】
【数７】
0006278849.tif 000011
になる。方位の伝達特性は、（６）式の右辺に、（４），（８）式を代入すると、
【００３６】
【数８】
0006278849.tif 000012
になり、上式に（１１）式を代入すると
【００３７】
【数９】
0006278849.tif 000013
となる。一方、航路の伝達特性は、（１１）式に（１２）式を代入すると、
【００３８】
【数１０】
0006278849.tif 000014
となる。（１３）、（１４）式において、左辺の係数は同じであるが、右辺の係数が異なる。
【００３９】
２．３  定常誤差
次に、定常誤差を求める。なお、閉ループ系は安定とし、参照方位ψＲ＝０，設定航路ｙｒ＝０とし、航路フィードバックに積分制御がない場合、Ｆｔ（ｓ）＝Ｋｔとする。
【００４０】
方位誤差ψｅ＝ψ−ψＲを（１３）式から、航路誤差ｙｅ＝ｙ−ｙＲを（１４）式から求めると、定常誤差は、それぞれ、
【００４１】
【数１１】
0006278849.tif 000015
となる。方位誤差は斜航角をもち、航路誤差は修正量
【００４２】
【数１２】
0006278849.tif 000016
を用いる。ここで、δｏｒ＾（０）は方位制御系推定器１３１Ａにより求められる。また、ｖｏ＾（０）＋ｖｃ＾（０）は、一般的に、航路制御において、ログ速度計により得られる対水ログを用いた潮流推定により求められる。この潮流推定は船体位置の移動速度から求められるため、風や船体の不釣合いによる移動速度を分離できずに含み、したがって、潮流修正は航路誤差をゼロに収斂できる。
【００４３】
一方、航路フィードバックに積分制御がある場合、
【００４４】
【数１３】
0006278849.tif 000017
として、積分制御がない場合と同様に方位誤差及び航路誤差を求めると、それぞれ
【００４５】
【数１４】
0006278849.tif 000018
となり、方位誤差は斜航角をもつが、航路誤差はγ（０）を用いなくともゼロに収斂し、したがって、航路保針には、潮流推定とその修正に代えて、積分ゲインＫｉを用いることが有効であることがわかる。
【００４６】
３．  航路ゲイン
３．１  航路ゲインの計算方法
航路ゲインＫｔの計算方法について説明する。航路制御、方位制御のそれぞれについて、閉ループの特性多項式Ｄｔ（ｓ）、Ｄｈ（ｓ）は、（１３）、（１４）及び（１８）式より、
【００４７】
【数１５】
0006278849.tif 000019
になる。ここでζｈ＝１／√２。設計する特性多項式は、
【００４８】
【数１６】
0006278849.tif 000020
になる。（２１）式、（２４）式の係数を比較すると、
【００４９】
【数１７】
0006278849.tif 000021
になる。上式をωｔに関して解くと、３次方程式
【００５０】
【数１８】
0006278849.tif 000022
を得る。上式のωｔは設計パラメータζｔを与えれば、３次式の代数解より求まり、係数ａｔ、航路ゲインＫｔは順に、
【００５１】
【数１９】
0006278849.tif 000023
として求まる。
【００５２】
３．２  設計パラメータζｔの設定
設計パラメータのζｔ設定方法について説明する。図６は、航路ゲインＫｔに関する３次式の根軌跡を示すグラフである。図７は、減衰係数ζｔの特性根を示すグラフである。なお、図６（ａ）は根軌跡を広範囲に示し、図６（ｂ）、図７（ａ）及び図７（ｂ）は根軌跡における原点付近を拡大して示す。また、図６及び図７において、ゼロ点がある場合の根軌跡は実線により示され、ゼロ点がない場合の根軌跡は破線により示される。
【００５３】
まず、設計パラメータζｔについて、ゼロ点の有無の影響から調べる。航路制御ループはｓｗａｙ運動から起点したゼロ点をもつ。ゼロ点に関する特性多項式は、（２１）式から
【００５４】
【数２０】
0006278849.tif 000024
になる。ここで、ｚ：ゼロ点。上式による航路ゲインＫｔに関する根軌跡において、共役根は極から移動し、図６（ａ）に示すように、ゼロ点がない場合に漸近線±６０度に収束し、ゼロ点がある場合にゼロ点と正の値に向かう。一方、図６（ｂ）に示すように、ゼロ点がある場合、共役根は、ゼロ点がない場合に比べて下方側に配置する。（２１）式において、Ｋｔに関する特性根の感度を求めるために、Ｋｔに関して微分すると、
【００５５】
【数２１】
0006278849.tif 000025
になる。感度はＫｔに関するｓの微係数に相当し、
【００５６】
【数２２】
0006278849.tif 000026
になる。ここでｚ：ゼロ点。また、
【００５７】
【数２３】
0006278849.tif 000027
【００５８】
Ｋｔ＝０である極での感度を求める。極は方位制御ループの根に相当し、その共役根を
【００５９】
【数２４】
0006278849.tif 000028
に選ぶ。ここで減衰係数ζｒ１＝ζｈと偏角θｒ１との関係は
【００６０】
【数２５】
0006278849.tif 000029
で与えられる。ｒ１を（３０）式に代入すると
【００６１】
【数２６】
0006278849.tif 000030
になる。ここで極においてＫｔ＝０のため項ＫｔＣ＝０となり、次式の関係を用いる。
【００６２】
【数２７】
0006278849.tif 000031
【００６３】
よって、極での感度は（２９）式より
【００６４】
【数２８】
0006278849.tif 000032
になる。上式において、係数は−Ｃ＞０より正になり、偏角θが分かれば、航路ゲインによる感度変化量を把握できる。そのためＮ（ｓ）｜ｓ＝ｒ１の偏角θｎ角をゼロ点の影響を通して調べる。（３４）式より
【００６５】
【数２９】
0006278849.tif 000033
になる。ここでｚ＝−∞は（２８）式のゼロ点なしの場合に相当する。θｎは上式からゼロ点の存在により３π／４＜θｎ＜πになる。このとき感度の偏角は
【００６６】
【数３０】
0006278849.tif 000034
になる。ゼロ点は−∞＜ｚ＜０の範囲であるから、極での偏角は−９０＜θ＜−４５ｄｅｇで、−４５度より下向きになる。感度は極ｒ１の位置変化の割合であり、位置変化は航路ゲインを微小として
【００６７】
【数３１】
0006278849.tif 000035
になる。なお、上式はΔＫｔが微小である場合に有効なため、ΔＫｔが大きくなる場合は（２１）式を解く必要がある。よって、極ｒ１から航路ゲイン変化ΔＫｔでの偏角はθ’ｒ１＞θｒ１＝１３５［ｄｅｇ］になり、その減衰係数ζｔ’＞ζｈ＝１／√２になる。ΔＫｔが大きくなるに従い、図６（ｂ）に示すように、ζｔ’は最大値に達し、その後減少する。この過程で減衰係数ζｔ’はζｔ’＝ζｈに一致する場合を生じる。ここで、ζｔの相対評価を以下の表に示す。
【００６８】
【表４】
0006278849.tif 000036
【００６９】
航路ゲインの設計パラメータである減衰係数は、表４に示した減衰係数のうち、最もバランスの良い中間値ζｔ＝ζｈを設定する。
【００７０】
４．  積分ゲイン
４．１  積分ゲインの計算方法
積分ゲインの計算方法を説明する。閉ループの特性多項式Ｄｔ（ｓ）、Ｄｈ（ｓ）は、（１３）、（１４）及び（１８）式より
【００７１】
【数３２】
0006278849.tif 000037
になる。ここで
【００７２】
【数３３】
0006278849.tif 000038
【００７３】
また、Ｄｔ（ｓ）を
【００７４】
【数３４】
0006278849.tif 000039
と書き直す。ここで
【００７５】
【数３５】
0006278849.tif 000040
【００７６】
４．２  積分ゲインの安定範囲
積分ゲインの安定範囲について説明する。本実施の形態において、積分ゲインはフルビッツの安定判別法に基づいて求める。したがって、以下に詳述するステップ１からステップ３までの条件を満足する積分ゲインの範囲を求める。なお、この安定判別法において、３次方程式の場合
【００７７】
【数３６】
0006278849.tif 000041
を用い、４次方程式の場合
【００７８】
【数３７】
0006278849.tif 000042
【００７９】
ステップ１として、係数が正の条件より、Ｋｉ＞０を得る。
【００８０】
ステップ２として、Ｈ２＞０より、Ｋｉ＞０を得る。
【００８１】
【数３８】
0006278849.tif 000043
上式より
【００８２】
【数３９】
0006278849.tif 000044
【００８３】
ステップ３として、Ｈ３＞０より、Ｋｉを求める。
【００８４】
【数４０】
0006278849.tif 000045
ここで、
【００８５】
【数４１】
0006278849.tif 000046
上式より、Ｋｉに関する２次不等式
【００８６】
【数４２】
0006278849.tif 000047
を得る。ここで
【００８７】
【数４３】
0006278849.tif 000048
上式はａ＞０より下に凸になり、ｂ＞０より１つの根は負になる。よって積分ゲインＫｉは、
【００８８】
【数４４】
0006278849.tif 000049
の範囲になる。なお、数値検証によりｃの絶対値はａ、ｂに比べて小さいため
【００８９】
【数４５】
0006278849.tif 000050
のように近似でき、概算値が求まる。
【００９０】
４．３  積分ゲインの設定方法
積分ゲインの設定方法について説明する。積分ゲインは閉ループ安定性を主に、外乱除去性を従に考慮し、航路ゲインと同様に船体および制御の各パラメータから求める。ここで外乱除去性は外乱を抑制するまでの応答時間を意味する。また、積分ゲインに比例して閉ループ安定性が低下することに起因して、応答時間を早めるにしたがって過渡現象が大きくなる傾向がある。積分要素の導入によって３次式から４次式になり、新たに派生した原点付近の共役根の減衰係数に着目し、減衰係数に設計パラメータを一致させる積分ゲインを以下のように計算する。図８に積分特性の根軌跡を示す。
【００９１】
（５０）式の積分ゲインＫｉの安定限界を（５０）式から
【００９２】
【数４６】
0006278849.tif 000051
に定める。ここで安定限界とは、（４２）式の特性根で共役根が虚軸上に配置する状態または減衰係数がゼロになる状態である。この（４２）式に航路ゲイン
【００９３】
【数４７】
0006278849.tif 000052
を与えると
【００９４】
【数４８】
0006278849.tif 000053
のように因数分解できる。ここでＣＫｉ：積分ゲイン係数、添字Ｋｔ：航路ゲインから派生したもの、添字Ｋｉ：積分ゲインから派生したもの、ζＫｔ≠ζｔであり、便宜上、添字にＫを付ける。
【００９５】
設計パラメータまたは仕様は、共役根の減衰係数を
【００９６】
【数４９】
0006278849.tif 000054
と定める。上式が１に近いほど閉ループ安定性が高く、且つ外乱除去性は弱くなり、０に近いほど逆の特性となる。なお、上式については、後述する有効性の確認において検証する。また、仕様を満足する積分ゲインは、以下に説明する２つのステップから求められる。
【００９７】
まず、ステップ１として、粗い探索により、仕様を挟む積分ゲインＫｉｊを求める。（５３）式のＣＫｉを、区間［０．０５，１．０］として、対数的に等間隔に分割する対数分布を用いて、７つに分割すると
【００９８】
【数５０】
0006278849.tif 000055
になる。Ｋｉｊの範囲は上式に対応する（５４）式のζＫｉｊから
【００９９】
【数５１】
0006278849.tif 000056
になる。ここでζＫi０＝１。
【０１００】
次に、ステップ２として、細かい探索により、仕様に一致する積分ゲインを求める。ステップ１から仕様を挟む積分ゲインの下限値と上限値が与えられる。減衰係数の誤差は偏差の２乗和
【０１０１】
【数５２】
0006278849.tif 000057
によって定める。上式はＫｉを変数として（５４）式のζＫｉを、１変数による最小値問題を効率良く計算する黄金分割探索により求める。
【０１０２】
５．  有効性の確認
本実施の形態に係る船舶用自動操舵装置の航路制御により、航路誤差をゼロに収束させることを、潮流修正の有無、航路制御ゲインにおける積分動作の有無の比較に基づいて、シミュレーションによって確認する。図９は、潮流修正なし、且つ積分動作なしとした場合のシミュレーション結果を示す図である。図１０は、潮流修正なし、且つ積分動作ありとした場合のシミュレーション結果を示す図である。図１１は、潮流修正あり、且つ積分動作なしとした場合のシミュレーション結果を示す図である。図１２は、潮流修正あり、且つ積分動作ありとした場合のシミュレーション結果を示す図である。
【０１０３】
シミュレーションの条件は、船体パラメータ：ｕ＝５．１４［ｍ／ｓ］，Ｋｒ＝０．０７８５［１／ｓ］，Ｋｖ＝−４．７３［ｍ／ｓ］，Ｔｒ＝Ｔｖ＝８３．５［ｓ］，Ｔｒ３＝４．５［ｓ］,Ｔｖ３＝０［ｓ］。潮流成分：Ｕｃ＝２．５７［ｍ／ｓ］，ψｃ＝０［ｄｅｇ］，舵角オフセット：δｏｒ（０）＝δｏｖ（０）＝０ｄｅｇ。制御システム（添字ｎ：ノミナル値）：パラメータ初期値：Ｋｒｎ＝０．０２６７［１／ｓ］，Ｋｖｎ＝−２．６７［ｍ／ｓ］，Ｔｒｎ＝Ｔｖｎ＝３６．１［ｓ］，Ｔｒ３ｎ＝３．６［ｓ］，Ｔｖ３ｎ＝０［ｓ］。制御ゲイン：Ｋｐ＝１．５，Ｋｄ＝２２．７［ｓ］，Ｋｔ＝０．００１９７ｍ／ｓ，Ｋｉ＝０．００２７５。初期方位：４０［ｄｅｇ］，変針量：１００［ｄｅｇ］，終端方位：１４０［ｄｅｇ］とする。
【０１０４】
図９に示すように、潮流修正なし、且つ積分動作なしとした場合、図１１及び図１２に示した潮流修正ありとした場合と比較して、航路誤差が低減されない。これに対し、図１０に示したシミュレーションによれば、潮流修正がなされなくとも、積分動作により航路誤差が低減され、本実施の形態における航路制御が有効であることがわかる。したがって、以上に説明した航路ゲインＫｔ及び積分ゲインＫｉに基づく航路制御ゲインＦｔ（ｓ）による航路制御によれば、対水速度ログに基づく潮流推定による潮流修正を行うことなく、航路誤差を適切に低減させることができ、ひいては、ログ速度計を用いることなく航路制御を実現することができる。
【０１０５】
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０６】
１  船舶用自動操舵装置
１１  軌道計画部
１３  フィードバック制御部
１３１  推定器
１３２  制御系フィードバックゲイン器
１３２Ａ  方位制御系フィードバックゲイン器
１３２Ｂ  航路制御系フィードバックゲイン器
【図１】
0006278849.tif 000060
【図２】
0006278849.tif 000061
【図３】
0006278849.tif 000062
【図４】
0006278849.tif 000063
【図５】
0006278849.tif 000064
【図６】
0006278849.tif 000065
【図７】
0006278849.tif 000066
【図８】
0006278849.tif 000067
【図９】
0006278849.tif 000068
【図１０】
0006278849.tif 000069
【図１１】
0006278849.tif 000070
【図１２】
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