(57)【要約】【課題】巡航速度における最適な転舵速度を実現するための最適デューティ比を、簡単かつ精度良く求めることができる自動操舵装置を提供する。【解決手段】自動操舵装置１０は、対応関係取得部２４と、デューティ比算出部２５と、を備える。対応関係取得部２４は、第１デューティ比で舵機１１を制御したときの第１転舵速度と、第２デューティ比で舵機１１を制御したときの第２転舵速度と、に基づいて、デューティ比と転舵速度との対応関係を求める。デューティ比算出部２５は、対応関係取得部２４が求めた対応関係に基づいて、所定の転舵速度に対応するデューティ比を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の舵を駆動するための舵機を、転舵速度に対応したパラメータに基づいて制御する自動操舵装置であって、
前記パラメータに第１の値を設定して前記舵機を制御したときの転舵速度と、前記パラメータに第２の値を設定して前記舵機を制御したときの転舵速度と、に基づいて、前記パラメータの値と前記転舵速度との対応関係を求める対応関係取得部と、
前記対応関係取得部が求めた対応関係に基づいて、所定の転舵速度に対応する前記パラメータを算出するパラメータ算出部と、
を備えることを特徴とする自動操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動操舵装置であって、
前記舵機の駆動電流を検出する駆動電流取得部と、
前記駆動電流に基づいて舵の位置を検出する位置検出部と、
を備えることを特徴とする自動操舵装置。
【請求項３】
請求項２に記載の自動操舵装置であって、
前記位置検出部は、前記駆動電流の急上昇を検出した場合に、前記舵がその移動可能範囲の端に到達したと検出することを特徴とする自動操舵装置。
【請求項４】
請求項３に記載の自動操舵装置であって、
前記位置検出部は、始動電流が収まって以降の駆動電流に基づいて、舵の位置を検出することを特徴とする自動操舵装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の自動操舵装置であって、
前記舵がその移動可能範囲の一端から他端まで移動するために要した時間を測定することで転舵速度を算出する転舵速度取得部を備えることを特徴とする自動操舵装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の自動操舵装置であって、
前記パラメータは、前記舵機に印加する駆動電圧のデューティ比であり、
前記対応関係取得部は、前記デューティ比と転舵速度との関係が比例関係にあるとみなして前記対応関係を求めることを特徴とする自動操舵装置。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載の自動操舵装置であって、
前記移動体の巡航速度における最適な転舵速度を記憶している最適転舵速度記憶部を備え、
前記パラメータ算出部は、前記対応関係取得部が求めた対応関係に基づいて、前記巡航速度における最適な転舵速度に対応するパラメータを算出することを特徴とする自動操舵装置。
【請求項８】
請求項１から７までの何れか一項に記載の自動操舵装置であって、
前記移動体の走行状況を取得する走行状況取得部と、
前記走行状況に応じた最適な転舵速度を取得する転舵速度調整部と、
を備え、
前記パラメータ算出部は、前記対応関係取得部が求めた対応関係に基づいて、前記転舵速度調整部が取得した最適な転舵速度に対応するパラメータを算出することを特徴とする自動操舵装置。
【請求項９】
移動体の舵を駆動するための舵機を、転舵速度に対応したパラメータに基づいて制御する自動操舵方法であって、
前記パラメータに第１の値を設定して前記舵機を制御したときの転舵速度を取得する第１転舵速度取得工程と、
前記パラメータに第２の値を設定して前記舵機を制御したときの転舵速度を取得する第２転舵速度取得工程と、
前記第１転舵速度取得工程及び前記第２転舵速度取得工程で取得した転舵速度に基づいて、前記パラメータの値と前記転舵速度との対応関係を求める対応関係取得工程と、
前記対応関係取得工程で求めた対応関係に基づいて、所定の転舵速度に対応する前記パラメータを算出するパラメータ算出工程と、
を含むことを特徴とする自動操舵方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の自動操舵方法であって、
前記舵機の駆動電流を検出する電流検出工程と、
前記駆動電流に基づいて舵の位置を検出する位置検出工程と、
を含むことを特徴とする自動操舵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、自動操舵装置において、舵機に印加する駆動電圧のデューティ比を決定するための動作テストに関する。
【背景技術】
【０００２】
航行中の船舶は、波や風などの外乱の影響を受けることにより、船体の姿勢が常時変動している。このため、針路（船首が向く方向）を一定に保つためには舵を細かく操作し続ける必要があり、これが操船者にとって大きな負担となる。そこで、予め設定された針路を自動的に保つように、舵機をフィードバック制御する自動操舵装置が知られている。このような自動操舵装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
舵機が単位時間あたりの舵角（舵の角度）を変化させる量を、転舵速度と呼ぶ。この転舵速度が遅過ぎると船体の旋回性が低下し、逆に転舵速度が速過ぎると船体が不安定になる。そこで、自動操舵装置としては、最適な転舵速度で舵を動かすように舵機を制御することが好ましい。
【０００４】
最適な転舵速度は、船速や船体長によって異なる。図２には、船体長及び巡航速度と、最適な転舵速度の範囲と、の関係を示している。なお、巡航速度とは、燃料の消費効率が最も良い状態で移動する速度のことであり、船体の通常の移動速度である。船体長と巡航速度は船体ごとに決まっているので、最適な転舵速度は船体ごとに予め決まっている。従って自動操舵装置は、予め決まっている最適な転舵速度を実現するように舵機を制御すれば良い。
【０００５】
また、特許文献１から３には、船速（又は車速）に応じて転舵速度を変化させる構成が開示されている。このように、状況に応じて転舵速度を変化させても良い。何れにせよ、自動操舵装置は、所期の転舵速度を実現するように舵機を適切に制御できることが望まれる。
【０００６】
舵機の駆動機構（油圧ポンプやモータなど）は、ＰＷＭ（パルス幅変調）方式で制御される場合が多い。この場合、自動操舵装置は、舵機に対して出力する駆動電圧のデューティ比を設定することにより、舵機による転舵速度を制御できる。ところが、舵機には個体差があるため、最適な転舵速度を実現するために必要なデューティ比は舵機ごとに異なる。そこで従来から、自動操舵装置を船体に最初に据え付けたときに、所定のデューティ比で舵機を駆動して転舵速度を測定する動作テスト（「ラダーテスト」と呼ばれている）が行われている。
【０００７】
この従来の動作テスト方法について、図６のフローチャートを参照して説明する。この動作テストは、最適な転舵速度を実現できるデューティ比を求めるために、デューティ比を段階的に減少させながら舵機を駆動し、そのときの転舵速度を測定するものである。
【０００８】
自動操舵装置を船体に最初に据え付けたとき、まずユーザは、当該自動操舵装置に対して適宜の操作を行うことにより、動作テストを開始させる。ユーザによって動作テストが開始されると、自動操舵装置は、舵機に対して出力する駆動電圧のデューティ比を最大の値（１００％）に設定する（ステップＳ２０１）。続いて自動操舵装置は、設定されたデューティ比の駆動電圧を舵機に対して印加することにより、当該舵機を駆動する（ステップＳ２０２）。これにより、舵が動いて、舵角が変更される。自動操舵装置は、このときの舵の動きを適宜のセンサ等によって検出することで、転舵速度を測定する（ステップＳ２０３）。
【０００９】
続いて、自動操舵装置は、測定された転舵速度が、図２に示した最適な転舵速度の範囲内に収まっているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。転舵速度が最適な転舵速度の範囲内に収まっていた場合、自動操舵装置は、当該転舵速度の測定に用いたデューティ比を、最適デューティ比として記憶する（ステップＳ２０５）とともに、得られた最適デューティ比を適宜の表示手段によって表示する（ステップＳ２０６）。
【００１０】
ステップＳ２０４の判定において、測定した転舵速度が最適な範囲内に収まっていなかった場合、自動操舵装置は、デューティ比を段階的に減少させて、上記の転舵速度の測定を繰り返す。例えば図６のフローチャートでは、デューティ比を１０％ずつ減少させて（ステップＳ２０８）、転舵速度が最適な範囲内に収まるまで、転舵速度の測定を繰り返すようになっている。
【００１１】
なお、舵を動かすためには一定以上の程度の力が必要であるから、デューティ比が小さ過ぎると舵が動かない場合がある。従って、あまりに小さいデューティ比を設定して上記の動作テストを行うことは意味が無い。そこで図６のフローチャートでは、デューティ比が５０％以下になるとテストを打ち切るようになっている（ステップＳ２０７）。
【００１２】
上記動作テストにより、巡航速度における最適な転舵速度を実現するための最適デューティ比を求めることができる。自動操舵装置による自動操舵制御においては、上記動作テストで求めた最適デューティ比の駆動電圧を舵機に印加することで、当該舵機を駆動する。これにより、自動操舵装置は、巡航速度における最適な転舵速度で自動操舵制御を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１−２８９７９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２１７１８０号公報
【特許文献３】特開昭５９−８１２７４号公報
【特許文献４】特開２００３−１１１８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、図６のフローチャートで示した動作テスト方法は、デューティ比を１０％ずつ減少させて転舵速度の測定を繰り返すものであるから、最適デューティ比を１０％よりも細かい精度で求めることはできない。従って、図６の動作テスト方法は、必ずしも精度の良いテスト方法であるとは言えない。
【００１５】
もちろん、図６のステップＳ２０８でデューティ比を減少させる幅を１０％よよりも小さくすれば、最適デューティ比を１０％よりも細かい精度で求めることが可能になる。しかし、デューティ比を減少させる幅を小さくした場合、転舵速度が最適な範囲に収まるまでにステップＳ２０２及びＳ２０３の処理を繰り返さなければならない回数が増大する。このため、動作テストを終了させるまでに時間がかかってしまうという問題がある。
【００１６】
また、船体の種類によっては、舵の位置を検知するためのセンサ（舵角センサ）を舵機が備えていない場合がある。舵機が舵角センサを備えていない場合、自動操舵装置は舵の動きを検知できないので、当該自動操舵装置において転舵速度を測定できない。従って、このような船体においては、図６の動作テストを自動で行うことはできない。
【００１７】
もっとも、舵機が舵角センサを備えていない場合であっても、図６の動作テストを行うこと自体は可能である。しかしこの場合、作業者が舵の動きを目視で確認することにより転舵速度を測定する必要がある。作業者が目視で転舵速度を測定することは極めて手間がかかるので、動作テストにおいて転舵速度の測定（図６のステップＳ２０３）を行う回数はなるべく少ない方が好ましい。
【００１８】
なお、例えば特許文献４には、モータの駆動電流に基づいて、実質的な負荷トルクを求める構成が開示されている。このように、特別なセンサを用いることなく、モータの駆動電流を検出することで様々な状況を検出する手法が提案されている。そこで、舵機の駆動電流に基づいて舵の位置を検出することができれば、舵機が舵角センサを備えていない場合であっても転舵速度を測定できると考えられる。
【００１９】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、巡航速度における最適な転舵速度を実現するための最適デューティ比を、簡単かつ精度良く求めることができる自動操舵装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、舵機が舵角センサを備えていない場合であっても、上記最適デューティ比を簡単に求めることができる自動操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００２０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００２１】
本発明の第１観点によれば、移動体の舵を駆動するための舵機を、転舵速度に対応したパラメータに基づいて制御する自動操舵装置の以下の構成が提供される。即ち、この自動操舵装置は、対応関係取得部と、パラメータ算出部と、を備える。前記対応関係取得部は、前記パラメータに第１の値を設定して前記舵機を制御したときの転舵速度と、前記パラメータに第２の値を設定して前記舵機を制御したときの転舵速度と、に基づいて、前記パラメータの値と前記転舵速度との対応関係を求める。前記パラメータ算出部は、前記対応関係取得部が求めた対応関係に基づいて、所定の転舵速度に対応する前記パラメータを算出する。
【００２２】
このように、転舵速度の測定を２回行い、当該２回の測定で得られた結果に基づいて、パラメータ（例えばデューティ比）と転舵速度の対応関係を求めておく。転舵速度の測定は２回だけで良いので、転舵速度の測定を何度も繰り返す必要がない。そして上記のように、パラメータ（例えばデューティ比）と転舵速度の対応関係を予め求めておくことで、所望の転舵速度を実現するために必要なパラメータ（例えばデューティ比）を、いつでも精度良く算出できる。
【００２３】
上記の自動操舵装置は、前記舵機の駆動電流を取得する駆動電流取得部と、前記駆動電流に基づいて舵の位置を検出する位置検出部と、を備えるように構成することができる。
【００２４】
この構成によれば、舵の位置を検出するための特別なセンサを設けなくとも、舵機の駆動電流を監視することにより舵の位置を検出できる。
【００２５】
上記の自動操舵装置は、以下のように構成することが考えられる。即ち、前記位置検出部は、前記駆動電流の急上昇を検出した場合に、前記舵がその移動可能範囲の端に到達したと検出する。
【００２６】
即ち、舵が物理的に移動可能な範囲の限界に到達すると、舵機の負荷が大きくなって、駆動電流が急激に増大する。そこで上記のように、駆動電流の急上昇を検出したことに基づいて、舵が物理的に移動可能な範囲の端に到達したことを検出できる。
【００２７】
上記の自動操舵装置において、前記位置検出部は、始動電流が収まって以降の駆動電流に基づいて、舵の位置を検出することが好ましい。
【００２８】
即ち、舵機の駆動を開始した直後は駆動電流が大きくなる（始動電流）ので、舵が移動可能範囲の端に到達したと誤検出される原因となる。そこで上記のように、始動電流が収まって以降の駆動電流に基づいて舵の位置を検出することで、舵の位置の誤検出を防止できる。
【００２９】
上記の自動操舵装置は、前記舵がその移動可能範囲の一端から他端まで移動するために要した時間を測定することで転舵速度を算出する転舵速度取得部を備えることが好ましい。
【００３０】
前述のように、舵がその移動可能範囲の端まで動いたことは、舵機の駆動電流に基づいて検出できるので、移動可能範囲の端から端まで舵が移動するのに要した時間を簡単に測定できる。これにより、舵の位置を検出するための専用のセンサを使わずに転舵速度を算出できる。
【００３１】
上記の自動操舵装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、前記パラメータは、前記舵機に印加する駆動電圧のデューティ比である。前記対応関係取得部は、前記デューティ比と転舵速度との関係が比例関係にあるとみなして前記対応関係を求める。
【００３２】
即ち、舵機をＰＷＭ制御する場合、デューティ比と転舵速度は、比例関係にあるとみなすことができる。従って、デューティ比と転舵速度の対応関係を簡単に求めることができる。
【００３３】
上記の自動操舵装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、この自動操舵装置は、前記移動体の巡航速度における最適な転舵速度を記憶している最適転舵速度記憶部を備える。前記パラメータ算出部は、前記対応関係取得部が求めた対応関係に基づいて、前記巡航速度における最適な転舵速度に対応するパラメータを算出する。
【００３４】
このようにして求めたパラメータ（例えばデューティ比）を利用して舵機を制御することにより、巡航速度における最適な転舵速度を実現できる。
【００３５】
上記の自動操舵装置は、以下のように構成することもできる。即ち、この自動操舵装置は、前記移動体の走行状況を取得する走行状況取得部と、前記走行状況に応じた最適な転舵速度を取得する転舵速度調整部と、を備える。前記パラメータ算出部は、前記対応関係取得部が求めた対応関係に基づいて、前記転舵速度調整部が取得した最適な転舵速度に対応するパラメータを算出する。
【００３６】
このようにして求めたパラメータ（例えばデューティ比）を利用して舵機を制御することにより、走行状況に応じた最適な転舵速度を実現できる。
【００３７】
本発明の別の観点によれば、移動体の舵を駆動するための舵機を、転舵速度に対応したパラメータに基づいて制御する自動操舵方法であって、以下の方法が提供される。即ち、この自動操舵方法は、第１転舵速度取得工程と、第２転舵速度取得工程と、対応関係取得工程と、パラメータ算出工程と、を含む。前記第１転舵速度取得工程では、前記パラメータに第１の値を設定して前記舵機を制御したときの転舵速度を取得する。前記第２転舵速度取得工程では、前記パラメータに第２の値を設定して前記舵機を制御したときの転舵速度を取得する。前記対応関係取得工程では、前記第１転舵速度取得工程及び前記第２転舵速度取得工程で取得した転舵速度に基づいて、前記パラメータの値と前記転舵速度との対応関係を求める。前記パラメータ算出工程では、前記対応関係取得工程で求めた対応関係に基づいて、所定の転舵速度に対応する前記パラメータを算出する。
【００３８】
上記の自動操舵方法は、前記舵機の駆動電流を検出する電流検出工程と、前記駆動電流に基づいて舵の位置を検出する位置検出工程と、を含んでいても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動操舵装置の機能を示すブロック図。
【図２】巡航速度及び船体長と、最適な転舵速度と、の関係を示す図。
【図３】本発明の一実施形態に係る自動操舵装置の動作テスト方法を示すフローチャート。
【図４】本発明の別の実施形態に係る自動操舵装置の機能を示すブロック図。
【図５】駆動電流の経時変化を例示するグラフ。
【図６】従来の自動操舵テスト方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１に示すのは、本発明に係る自動操舵装置１０を備えた自動操舵システムの構成を示すブロック図である。
【００４１】
この自動操舵装置１０は、制御対象である船舶の船体に取り付けられるものである。この船体には、自動操舵装置１０に加えて、舵機１１と、船体の走行状況を取得するための各種の走行状況検出部（船首方位センサ１２、ＧＰＳ受信機１３、風向・風速センサ１４、姿勢センサ１５、潮流計１６など）を備えている。
【００４２】
舵機１１は、舵１７の角度（舵角）を変更するためのものである。本実施形態において、舵機１１は、リバーシブルポンプとして構成された油圧ポンプ１８と、当該油圧ポンプ１８によって吐出される圧油によって駆動される油圧シリンダ１９と、を備え、前記油圧シリンダ１９によって舵１７を駆動するように構成されている。前記油圧ポンプ１８には、当該油圧ポンプ１８を駆動するための駆動電圧が印加されている。なお、以下の説明では、舵機１１の油圧ポンプ１８の駆動電圧のことを、単に「舵機１１の駆動電圧」と呼ぶ。
【００４３】
舵機１１に駆動電圧が印加されると、当該舵機１１が駆動されて舵角が変更される。自動操舵装置１０は、舵機１１に対して出力する駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、必要に応じて舵機１１を駆動して、舵角を変更できるように構成されている。
【００４４】
また、自動操舵装置１０は、所定のパラメータ（具体的にはデューティ比）を設定することにより、舵機１１による転舵速度を制御できるように構成されている。具体的には、舵機１１の油圧ポンプ１８はＰＷＭ方式で制御されるように構成されている。また、自動操舵装置１０は、舵機１１（の油圧ポンプ１８）に出力する駆動電圧のデューティ比を適宜変更制御できるように構成されている。油圧ポンプ１８による圧油の吐出速度は、駆動電圧のデューティ比に応じて変化する。従って、舵機１１に印加する駆動電圧のデューティ比を変更することにより、当該舵機１１による転舵速度を変更できる。
【００４５】
船首方位センサ１２は、船体の船首が向いている方位を検出するように構成されている。また、舵機１１は、舵１７の実際の角度（実舵角）を検出する舵角センサ２０を備えている。舵角センサ２０が検出した実舵角と、船首方位センサ１２が検出した船首方位は、自動操舵装置１０に入力される。
【００４６】
ユーザは、例えば設定つまみを操作することにより、船体が進むべき針路（設定針路）を自動操舵装置１０に入力することができる。自動操舵装置１０は、ユーザが設定した設定針路に船首方位を向けるべく、舵機１１を制御して舵角を変更し、船体を旋回させる。なお、この制御には、ＰＩＤ制御などの公知のフィードバック制御手法を利用できる。自動操舵装置において、舵角をフィードバック制御する構成は公知であるから、詳細な説明は省略する。
【００４７】
以上のフィードバック制御により、波や風などの影響により船体の姿勢が変動しても、舵角を自動的に修正して船首方位を設定針路に向けることができる。従って、波や風などの外乱によらず針路を保つことが容易になり、操船者の負担を大幅に低減することができる。
【００４８】
続いて、本実施形態の自動操舵装置１０の構成について詳しく説明する。
【００４９】
自動操舵装置１０は、転舵速度取得部２３と、対応関係取得部２４と、デューティ比算出部（パラメータ算出部）２５と、最適転舵速度記憶部２６と、走行状況取得部２７と、転舵速度調整部２８と、を備えている。
【００５０】
最適転舵速度記憶部２６には、巡航速度及び船体長と、最適な転舵速度の範囲と、の関係を示す図２のようなテーブルが記憶されている。自動操舵装置１０のユーザは、適宜の操作を行うことにより、船体の船体長と、巡航速度と、を自動操舵装置１０に予め設定しておく。自動操舵装置１０は、最適転舵速度記憶部２６の記憶内容と、ユーザによって設定された船体長及び巡航速度に基づいて、当該船体の巡航速度における最適な転舵速度の範囲を求めることができる。
【００５１】
転舵速度取得部２３は、舵機１１によって舵角が変更されたときの実際の転舵速度を取得するように構成されている。本実施形態において、舵機１１は舵角センサ２０を備えているので、自動操舵装置１０は現在の舵角を簡単に取得できる。そこで、転舵速度取得部２３は、単位時間あたりの舵角の変化量を舵角センサ２０の出力に基づいて取得することにより、転舵速度を求める。もっとも、転舵速度取得部２３による転舵速度の取得方法はこれに限らず、転舵速度を何らかの方法により取得できれば良い。例えば、舵角の変化速度（角速度）を検出する角速度センサを設けておき、当該角速度センサによって転舵速度を取得する構成でも良い。
【００５２】
続いて、対応関係取得部２４及びデューティ比算出部２５の機能について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態の自動操舵装置１０を利用した自動操舵方法に含まれるラダーテスト（動作テスト）を示すフローチャートである。
【００５３】
前述のように、自動操舵装置１０の動作テストは、当該自動操舵装置１０を船体に最初に据え付けたときに行われる。自動操舵装置１０を船体に据え付けると、まずユーザは、自動操舵装置１０に対して所定の操作を行うことにより、動作テストを開始させる。動作テストが開始されると、自動操舵装置１０は、デューティ比を所定の第１の値（第１デューティ比Ｄ1、本実施形態では１００％）として（ステップＳ１０１）、舵機１１を駆動する（ステップＳ１０２）。転舵速度取得部２３は、このときの転舵速度（第１転舵速度ｖ1）を測定する（ステップＳ１０３、第１転舵速度取得工程）。
【００５４】
続いて自動操舵装置１０は、最適転舵速度記憶部２６の記憶内容（図２）を参照することにより、第１デューティ比Ｄ1のときに取得した第１転舵速度ｖ1が、巡航速度における最適な転舵速度の範囲に収まっているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。
【００５５】
第１転舵速度ｖ1が最適な転舵速度の範囲内に収まっていた場合、前記第１デューティ比Ｄ1（本実施形態では１００％）が、巡航速度において舵機１１を制御するための最適なデューティ比（最適デューティ比）である。そこでこの場合、自動操舵装置１０は、第１デューティ比Ｄ1（本実施形態の場合は１００％）を最適デューティ比として、その結果を表示し（ステップＳ１０６）、動作テストを終了する。
【００５６】
ステップＳ１０４において、第１転舵速度ｖ1が巡航速度における最適な転舵速度の範囲内に収まっていなかった場合、自動操舵装置１０は、デューティ比を所定の第２の値（第２デューティ比Ｄ2、本実施形態では５０％）として（ステップＳ１０７）、舵機１１を駆動する（ステップＳ１０８）。転舵速度取得部２３は、このときの転舵速度（第２転舵速度ｖ2）を測定する（ステップＳ１０９、第２転舵速度取得工程）。
【００５７】
なお前述のように、デューティ比が小さ過ぎると舵が動かない場合がある。仮に舵が動かなかった場合、第２転舵速度ｖ2を測定することができない。そこで自動操舵装置１０は、第２デューティ比Ｄ2で舵を動かすことができたか否かを判定し（ステップＳ１１０）、舵を動かすことができていなかった場合には、第２デューティ比Ｄ2を所定量（本実施形態では１０％）だけ増加させたうえで（ステップＳ１１１）、第２転舵速度ｖ2の測定をやり直すように構成されている。
【００５８】
第１転舵速度ｖ1と第２転舵速度ｖ2が得られると、対応関係取得部２４が、転舵速度とデューティ比の対応関係を求める（ステップＳ１１２、対応関係取得工程）。
【００５９】
ここで、本実施形態のようにＰＷＭ方式で舵機１１を制御する構成の場合、舵機１１に印加する駆動電圧のデューティ比と、当該舵機１１による転舵速度は、単純な比例関係にあるとみなすことができる。従って、舵機１１を第１デューティ比Ｄ1で制御したときの第１転舵速度ｖ1と、舵機１１を第２デューティ比Ｄ2で制御したときの第２転舵速度ｖ2に基づいて、デューティ比と転舵速度との対応関係を以下のように簡単に求めることができる。なお、Ｄ（ｖ）は、転舵速度ｖで舵機１１を駆動するために必要なデューティ比を示している。
【数１】
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【００６０】
次に、デューティ比算出部２５は、最適転舵速度記憶部２６の記憶内容を参照することにより、船体の巡航速度における最適な転舵速度を取得する。なお、本実施形態の最適転舵速度記憶部２６には、巡航速度における最適な転舵速度の「範囲」が記憶されている（図２）。そこで例えば、デューティ比算出部２５は、前記範囲の中央の値を、巡航速度における最適な転舵速度として採用する。もっとも、これに限らず、最適転舵速度記憶部２６の記憶内容に基づいて、巡航速度における最適な転舵速度を取得できればよい。
【００６１】
そしてデューティ比算出部２５は、巡航速度における最適な転舵速度を実現するために必要なデューティ比（最適デューティ比）を、転舵速度とデューティ比の対応関係に基づいて算出する（ステップＳ１１３、パラメータ算出工程）。具体的には、巡航速度における最適な転舵速度を、上記式（１）の変数ｖに代入することで、当該転舵速度に対応したデューティ比（最適デューティ比）を算出する。
【００６２】
最後に、自動操舵装置１０は、ステップＳ１１３で求めた最適デューティ比の駆動電圧で実際に舵機１１の駆動を行い（ステップＳ１１４）、所期の転舵速度が得られていることを確認（ステップＳ１１５）した後、その結果を適宜表示（ステップＳ１１６）して動作テストを終了する。
【００６３】
そして、本実施形態の自動操舵装置１０による自動操舵制御においては、上記動作テストで求めた最適デューティ比の駆動電圧を舵機１１に印加することで、当該舵機１１を駆動する。これにより、自動操舵装置１０は、巡航速度における最適な転舵速度で自動操舵制御を行うことができる。
【００６４】
以上のように、本実施形態の自動操舵装置１０による動作テスト方法では、転舵速度を２回測定することで（ステップＳ１０３とステップＳ１０９）、デューティ比と転舵速度の対応関係（式（１））を求めることができる。そして、求めた対応関係に基づいて、巡航速度における最適な転舵速度に対応したデューティ比（最適デューティ比）を算出できる。
【００６５】
このように、本実施形態の動作テスト方法によれば、転舵速度の測定を２回行うだけで最適デューティ比を算出できるので、従来の動作テスト（図６）のように転舵速度の測定を何度も繰り返し行わなければならない場合がない。
【００６６】
また本実施形態の動作テスト方法は、従来の動作テスト（図６）のように最適デューティ比を直接的に決定するのではなく、デューティ比と転舵速度の対応関係（式（１））を求めたうえで、当該対応関係に基づいて最適デューティ比を算出するものである。デューティ比と転舵速度の対応関係は、式（１）のように単純な１次式であるから、当該式（１）に基づいて最適デューティ比を任意の精度で算出できる。これは、最適デューティ比を１０％きざみの精度でしか得ることができなかった従来の動作テスト方法（図６）とは大きく異なる点である。
【００６７】
また、本実施形態の自動操舵装置１０は、上記のようにして求めたデューティ比と転舵速度の対応関係（式（１））を、上記動作テストの終了後も記憶しておくように構成されている。これによれば、自動操舵装置１０は、動作テストの終了後であれば、任意の転舵速度を実現するために必要なデューティ比を、記憶した対応関係（式（１））に基づいて即座に精度良く算出できる。
【００６８】
そこで本実施形態の自動操舵装置１０は、動作テストの終了後、船体の通常の航行中に、走行状況に応じてデューティ比を随時調整するように構成されている。
【００６９】
このために、自動操舵装置１０の走行状況取得部２７は、船体が備える走行状況検出部（船首方位センサ１２、ＧＰＳ受信機１３、風向・風速センサ１４、姿勢センサ１５、潮流計１６など）の検出結果に基づいて、船体の走行状況をリアルタイムに検出するように構成されている。そして、転舵速度調整部２８は、検出された走行状況に応じた最適な転舵速度を求めるように構成されている。
【００７０】
具体的には以下のとおりである。例えば走行状況取得部２７は、航行中に船首方位センサ１２が検出した船首方位の変化に基づいて、自船の船体特性（旋回性）を取得するように構成されている。転舵速度調整部２８は、動作テストを行ったときに想定されていた旋回性を上回る船体特性が取得され場合、その度合いに応じて転舵速度を遅くする。逆に、想定されていた旋回性を下回るような船体特性が取得された場合、その度合いに応じて転舵速度を速くする。これによれば、船体の実際の船体特性に応じて、転舵速度を調整できる。
【００７１】
また走行状況取得部２７は、ＧＰＳ受信機１３が検出した自船の位置情報に基づいて、現在の船速を取得するように構成されている。転舵速度調整部２８は、現在の船速が巡航速度より速い場合、その度合いに応じて転舵速度を遅くする。逆に、現在の船速が巡航速度より遅い場合、その度合いに応じて転舵速度を速くする。これによれば、現在の船速に応じて、転舵速度を調整できる。
【００７２】
また走行状況取得部２７は、風向・風速センサ１４、姿勢センサ１５、及び潮流計１６等の検出値に基づいて、現在の海況を判断するように構成されている。例えば、風向・風速センサ１４によって風が強いことが検出された場合は、海況が荒れていると判断できる。潮流計１６によって潮の流れが速いことが検出された場合も同様である。また、姿勢センサ１５によって自船の姿勢（ローリング、ピッチング）が激しく変動していることが検出された場合も、海況が荒れていると判断できる。海況が荒れている場合、素早い応答が必要とされるので、転舵速度調整部２８は、海況の荒れ具合に応じて転舵速度を速くする。これによれば、現在の海況に応じて、転舵速度を調整できる。
【００７３】
デューティ比算出部２５は、転舵速度調整部２８によって転舵速度が調整された場合、当該調整後の転舵速度を実現するために必要なデューティ比を、式（１）に基づいて算出する。そして、自動操舵装置１０は、上記のようにして調整されたデューティ比に基づいて、舵機１１を駆動するように構成されている。本実施形態の自動操舵装置１０は、デューティ比と転舵速度の対応関係（式（１））を記憶しているので、走行状況に応じた転舵速度を実現するために必要なデューティ比を、いつでも精度良く算出できる。そして、走行状況に応じて調整されたデューティ比に基づいて舵機１１を駆動することにより、実際の走行状況（自船の実際の船体特性、現在の船速、現在の海況など）に応じた転舵速度で自動操舵制御を行うことができる。
【００７４】
以上で説明したように、本実施形態の自動操舵装置１０は、舵機１１を、デューティ比に基づいて制御するものであって、以下のように構成されている。即ち、この自動操舵装置１０は、対応関係取得部２４と、デューティ比算出部２５と、を備える。対応関係取得部２４は、第１デューティ比Ｄ1で舵機１１を制御したときの第１転舵速度ｖ1と、第２デューティ比Ｄ2で舵機１１を制御したときの第２転舵速度ｖ2と、に基づいて、デューティ比と転舵速度との対応関係を示す式（１）を求める。デューティ比算出部２５は、対応関係取得部２４が求めた対応関係に基づいて、所定の転舵速度に対応するデューティ比を算出する。
【００７５】
このように、転舵速度の測定を２回行い、当該２回の測定で得られた結果に基づいて、デューティ比と転舵速度の対応関係を求めておく。転舵速度の測定は２回だけで良いので、転舵速度の測定を何度も繰り返す必要がない。そして上記のように、デューティ比と転舵速度の対応関係を予め求めておくことで、所望の転舵速度を実現するために必要なデューティ比を、いつでも精度良く算出できる。
【００７６】
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
【００７７】
上記実施形態において、自動操舵装置１０は、舵角センサ２０の検出値を利用して転舵速度を取得することができた。しかし、船体の種類や形状によっては、舵機１１に舵角センサ２０を取り付けることができない、又は取り付けることが困難な場合がある。舵機１１が舵角センサ２０を備えていない場合、自動操舵装置１０は舵１７の動きを検知できないので、転舵速度を測定することができない。
【００７８】
そこでこのような場合に対応できるようにするため、自動操舵装置１０は、転舵速度をユーザの目視によって測定できるように構成されている。例えば、ユーザが適宜の操作を行うと、自動操舵装置１０が舵機１１を駆動して、舵１７を一方向に向けて移動させる。ユーザは、舵１７が所定の角度を動いたことを目視で確認すると、自動操舵装置１０に対して適宜の操作を行う。自動操舵装置１０は、舵１７を動かし始めてから、当該舵１７が所定角度動いたことをユーザが目視で確認するまでにかかった時間に基づいて、転舵速度を算出する。このように、舵機１１が舵角センサ２０を備えていない場合であっても、ユーザが舵１７の動きを目視で確認することにより、図３のステップＳ１０３において第１転舵速度ｖ1を、ステップＳ１０９において第２転舵速度ｖ2を、それぞれ取得できる。このように、舵機１１が舵角センサ２０を備えていない場合であっても、第１転舵速度ｖ1と第２転舵速度ｖ2を取得できるので、デューティ比と転舵速度の対応関係を求めることができる。
【００７９】
なお、ユーザが目視で舵１７の動作を確認するには手間がかかるため、上記の方法による転舵速度の測定はユーザにとって負担になる。この点、本実施形態の自動操舵装置１０の動作テスト方法では、たかだか２回の転舵速度の測定を行うだけでデューティ比と転舵速度の対応関係を求めることができる。これにより、転舵速度の測定を何度も繰り返し行う必要がないので、ユーザの負担を最小限に抑えることができる。
【００８０】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
【００８１】
上記変形例で説明したように、船体の種類や形状によっては、舵機１１に舵角センサ２０を取り付けることができない、又は取り付けることが困難な場合がある。上記変形例では、舵１７の動きをユーザが目視によって確認する構成について説明したが、これはユーザの負担になる。そこで、以下で説明する実施形態では、舵機１１が舵角センサを備えていない場合であっても、自動操舵装置において舵１７の位置を検出して転舵速度を算出できるようにしたものである。
【００８２】
図４に、本実施形態のブロック図を示す。図４に示すように、本実施形態において、舵機１１の近傍には、当該舵機１１の油圧ポンプ１８に流れる電流（駆動電流）の大きさを検出する電流センサ３１が設けられている。電流センサ３１が検出した駆動電流の大きさは、自動操舵装置１０の駆動電流取得部３２に取得される。
【００８３】
駆動電流取得部３２が取得する駆動電流の経時変化について、図５のグラフを例として説明する。図５の縦軸は駆動電流の大きさであり、横軸は経過時間である。
【００８４】
図５に示すように、舵機１１を駆動していないときには、当該舵機１１に駆動電圧が印加されないので、駆動電流の大きさもゼロである。この状態の舵機１１に対して駆動電圧を印加して、当該舵機１１の駆動を開始した場合、静止している舵１７を動かし始めるために一時的に大きな力が必要となる。このため、舵機１１の駆動を開始した直後には、図５に示すように、駆動電流が一時的に大きくなる。このように、舵機１１の駆動開始直後に一時的に大量に流れる電流を、始動電流と呼ぶ。
【００８５】
舵１７が動き始めると始動電流が収まるので、舵機１１の駆動を開始して一定時間経過後には、駆動電流はほぼ一定の値で安定する。この状態で舵機１１を駆動させ続けると、やがて舵１７は、物理的に移動できる範囲（移動可能範囲）の端まで到達する。舵１７が移動可能範囲の端に到達した場合、舵機１１に対して駆動電圧を印加しても舵１７を動かすことができなくなる。この結果、舵機１１の負荷が急激に高まるので、図５に示すように、駆動電流が急上昇する。
【００８６】
以上の観点に基づいて、本実施形態の自動操舵装置３０の位置検出部３３は、駆動電流の急上昇に基づいて、舵１７が移動可能範囲の端に到達したことを検知するように構成されている。
【００８７】
具体的には以下のとおりである。位置検出部３３は、駆動電流取得部３２が取得する駆動電流の大きさを監視している。位置検出部３３は、舵機１１の駆動が開始された後、始動電流が収まったことを検知すると、それ以降の駆動電流の平均値を算出するように構成されている。なお、始動電流が収まったことは、適宜の方法で検知すれば良い。例えば本実施形態の位置検出部３３は、舵機１１の駆動を開始してから所定時間経過したことをもって、始動電流が収まったと判定するように構成されている。もっともこれに限らず、例えば、舵機１１の駆動を開始した後、駆動電流の変化が小さくなったことをもって、始動電流が収まったと判定するように構成しても良い。なお、位置検出部３３は、始動電流が収まったタイミングを厳密に検知する必要はない。要は、始動電流が収まった後の駆動電流についての平均値を算出できれば良い。
【００８８】
位置検出部３３は、最新の駆動電流の値が駆動電流取得部３２によって取得されるたびに、当該最新の駆動電流の値を含めて、駆動電流の平均値を算出し直す。更に、位置検出部３３は、上記のようにして求めた平均値に所定の判定係数を乗じた判定閾値を算出する。そして、位置検出部３３は、上記最新の駆動電流の値が、上記判定閾値を上回っているか否かを判定するように構成されている。
【００８９】
最新の駆動電流の値が判定閾値を上回っている場合、駆動電流が急上昇したと判断できる。図５からわかるように、駆動電流が急上昇するのは、舵機１１の駆動を開始した直後（始動電流が流れているとき）と、舵１７が移動可能範囲の端に到達したときである。ただし、本実施形態の位置検出部３３は、始動電流が収まった後で判定閾値の算出を開始しているので、前記始動電流が判定閾値を上回ったと判定されることはない。
【００９０】
そこで、位置検出部３３は、最新の駆動電流の値が判定閾値を上回っていた場合、舵１７が、その移動可能範囲の端に到達したと判定する。なお、この判定を正確に行うためには、舵１７が移動可能範囲の端に到達したときのみ、駆動電流の値が判定閾値を上回るように、判定係数が適切に設定されている必要がある。つまり、上記判定係数は１以上の値であり、センサノイズや駆動電流の微細な増減を判定外とでき、かつ舵１７が移動可能範囲の端に到達した際の急激な駆動電流の上昇を確実に把えることができる値であることが好ましい。
【００９１】
以上に示した本実施形態の構成によれば、舵１７の位置を検出するための専用のセンサ（舵角センサ）を備えていない場合であっても、舵１７が移動可能範囲の端に到達したことを位置検出部３３によって検出できる。なお、舵１７は左右に駆動できるので、舵１７の移動可能範囲には右端と左端が存在する。従って、本実施形態の位置検出部３３によれば、舵１７がその移動可能範囲の右端に到達したこと、及び、舵１７がその移動可能範囲の左端に到達したことを検出できることになる。
【００９２】
そして、本実施形態の自動操舵装置３０において、転舵速度取得部２３は、位置検出部３３の検出結果に基づいて、転舵速度を算出するように構成されている。即ち、舵１７の移動可能範囲は物理的に決まっているので、移動可能範囲の端から端まで舵１７が動くときの舵角の変化量は既知である。そこで、転舵速度取得部２３は、舵１７がその移動可能範囲の一端側に到達したことが位置検出部３３によって検出された後、舵機１１を反対側の端に向けて駆動し、舵１７がその移動可能範囲の他端側に到達したことが位置検出部３３によって検出されるまでの時間を計測する。そして、転舵速度取得部２３は、舵角の変化量を、計測された時間で割ることにより、単位時間あたりの舵角の変化量（転舵速度）を算出する。
【００９３】
このように、本実施形態の構成によれば、舵１７の位置を検出するための専用のセンサ（舵角センサ）を備えていない場合であっても、転舵速度を計測できる。この場合、ユーザが目視によって舵１７の動きを確認しなくても転舵速度を取得できるので、転舵速度の計測がユーザの負担となることがない。従って、舵機１１が舵角センサを備えていない場合であっても、自動操舵装置３０による動作テストを簡単に行うことができる。
【００９４】
以上で説明したように、本実施形態の自動操舵装置３０は、舵機１１の駆動電流を取得する駆動電流取得部３２と、前記駆動電流に基づいて舵１７の位置を検出する位置検出部３３と、を備えている。
【００９５】
この構成によれば、舵１７の位置を検出するための特別なセンサを設けなくとも、舵機１１の駆動電流を監視することにより舵１７の位置を検出できる。
【００９６】
以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００９７】
本発明の自動操舵装置は、船舶の舵を制御する目的に限らず、例えば飛行機などの他の移動体の舵を制御する目的で利用できる。
【００９８】
上記実施形態では、舵機１１は油圧ポンプによって舵１７を駆動する構成としたが、これに限らず、例えば機械式のギアで構成されるギアモータによって舵１７を駆動する構成であっても良い。この場合であっても、舵機１１の上記ギアモータをＰＷＭ制御できるように構成することで、上記実施形態の自動操舵装置によって舵機１１を制御できる。
【００９９】
上記実施形態では、舵機１１をＰＷＭ制御する構成としたので、転舵速度は駆動電圧のデューティ比によって制御できる。しかし、デューティ比以外のパラメータによって転舵速度を制御する場合であっても、本願発明の構成は有効である。例えば、駆動電圧の電圧レベルをパラメータとして、転舵速度を制御しても良い。この場合は、駆動電圧の電圧レベルを第１電圧としたときの転舵速度と、駆動電圧の電圧レベルを第２電圧としたときの転舵速度と、に基づいて、駆動電圧の電圧レベルと転舵速度との対応関係を求めることになる。この他にも、例えば駆動電流の電流レベルをパラメータとして転舵速度を制御しても良い。ただしこの場合、駆動電流の電流レベルと転舵速度は単純な比例関係になるとは限らないので、当該電流レベルと転舵速度の対応関係を求めることが難しくなると予想される。この点、上記実施形態のようにデューティ比をパラメータとして転舵速度を制御する構成であれば、デューティ比と転舵速度は単純な比例関係にあるとみなせるので、当該デューティ比と転舵速度の対応関係を簡単に求めることができる。
【０１００】
上記実施形態において、第１デューティ比は１００％、第２デューティ比は５０％としたが、これに限らず、任意の値とすることができる。ただし、デューティ比が小さ過ぎると、舵機を十分に駆動できなくなる結果、デューティ比と転舵速度との関係を単純な比例関係とみなせなくなる可能性がある。そこで、第１デューティ比と第２デューティ比は、ともに、舵機を十分に駆動できる程度のデューティ比（たとえば５０％以上）であることが好ましい。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  自動操舵装置
１１  舵機
２４  対応関係取得部
２５  デューティ比算出部（パラメータ算出部）
【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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