JP6421111B2

JP6421111B2 - 操船装置

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Publication number: JP6421111B2
Application number: JP2015242464A
Authority: JP
Inventors: 学司田村; 大資苛原; 林　晃良; 晃良林
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: US20190041857A1; WO2017098744A1; EP3388329A4; US10782692B2; EP3388329B1; EP3388329A1; JP2017105403A

Description

本発明は、船舶の位置及び方位をそれぞれ目標位置及び目標方位に保持するように、船舶に作用する外力に船舶の推力を釣り合わせる定点保持制御を実施可能な船舶の操船装置に関する。

従来より、船舶の位置及び方位をそれぞれ目標位置及び目標方位に保持するための定点保持制御は公知となっている。この制御を実施している間に、風力及び潮力を含む大きな外力が船舶に作用する場合には、目標位置及び目標方位に達するまでに船舶の推力が外力に釣り合うことによって、目標位置から離れた位置で船舶の移動及び回頭が停止するような事態が生じる。

一方、特許文献１に記載された定点保持装置は、位置検出手段と、方位検出手段と、外力として風向及び風速を検出する風信儀とを備えている。また、定点保持装置は、ＰＩＤ制御器と加算処理手段とを備えている。ＰＩＤ制御器は、検出位置及び検出方位と、設定位置及び設定方位との偏差がゼロになるように船舶に加える制御力及びモーメントを導出する。加算処理手段は、検出された風向及び風速から推定した風圧力成分を、導出された制御力及びモーメントに加算処理する。そして、定点保持装置は、加算処理手段の出力からバウスラスタ、可変ピッチプロペラ及び舵の各制御操作量を算出して、バウスラスタ、可変ピッチプロペラ及び舵を制御している。

特開平１−１４８６９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の定点保持装置は、ＰＩＤ制御器によるＰＩＤ制御として単にＩ項が含まれているとしても、位置が推力の二次遅れであるため、洋上における動作の応答性が低い。つまり、特許文献１に記載の定点保持装置は、ハンチングし易く、効率的且つ精度よく定点保持制御を実施することができない。

そこで、本発明は、効率的且つ精度よく定点保持制御を実施できる操船装置を提供することを目的とする。

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を説明する。

請求項１に係る発明は、
動力源と、推進装置と、船舶の位置を算出する位置算出装置と、船舶の方位を算出する方位算出装置とを備え、船舶に作用する外力に船舶の推力を釣り合わせる定点保持制御を実施可能な船舶の操船装置において、
定点保持制御を実施する間に、目標位置からの距離偏差が所定値よりも大きい場合、且つ、単位時間当たりの船舶の移動量が所定量以下である状態が所定時間継続している場合、或いは、目標方位からの方位偏差が所定値よりも大きい場合、且つ、単位時間当たりの船舶の回頭量が所定量以下である状態が所定時間継続している場合に、これらの判定時点における定点保持制御の推力の設定値を基準値として保存し、入力される定点保持制御の推力の設定値に前記基準値を加算する、操船装置としたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した操船装置において、
ジョイスティックレバーを更に備え、
前記ジョイスティックレバーが操作されない状態が維持されたままで、船速が所定の船速以下である場合、前記基準値が閾値以下である場合、前記目標位置からの距離偏差が所定距離以下である状態が所定時間継続した場合、又は、前記目標方位からの方位偏差が所定角度以下である状態が所定時間継続した場合に、設定された上限値以下の回転数で前記動力源が作動する定点保持制御を実施する、としたものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載した操船装置において、
前記ジョイスティックレバーが操作されない状態が維持されたままで、船速が所定の船速よりも大きい場合、前記基準値が閾値よりも大きい場合、前記目標位置からの距離偏差が所定距離よりも大きい場合、又は、前記目標方位からの方位偏差が所定角度よりも大きい場合に、前記上限値以下の回転数の制限を解除して定点保持制御を継続する、としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１に係る発明によれば、外力に釣り合ったときの推力を表す推力の設定値が基準値として保存されることにより、船舶に作用する外力をキャンセルしたうえで、目標位置に近付くための推力の設定値を算出することができる。このような制御により、外力を都度算出等したうえで出力すべき推力の設定値に外力を都度加算する場合に比べて、オーバーシュート及びハンチングを抑制することができるので、効率的且つ精度よく定点保持制御を実施できる。従って、効率的且つ精度よく定点保持制御を実施できる操船装置を提供することができる。

請求項２に係る発明によれば、目標位置及び目標方位付近に船舶が位置するとともに外力が作用しない凪いだ状況において、船舶に静穏性及び快適性等を付与することができる。

請求項３に係る発明によれば、動力源の出力を一旦低減させた場合でも、外力が作用する状況において出力の制限を解除することができるので、凪いだ状況における船舶の静穏性及び快適性等と、外力が作用する状況における応答性とを両立できる。

本発明に係る操船装置を備えた船舶の全体概要を示す概略図である。本発明に係る操船装置を備えた船舶のサイドスラスタと前後進プロペラとの配置を示す概略平面図である。本発明に係る操船装置のジョイスティックレバーの構成を示す斜視図である。本発明に係る操船装置に関する制御システムを示すブロック図である。本発明に係る操船装置が実施する定点保持制御の開始条件を示すフローチャートである。本発明に係る操船装置が実施する定点保持制御における外力の学習を示すフローチャートである。本発明に係る操船装置が実施する定点保持制御においてサイレントモードの実施を判定する制御フローを示すフローチャートである。本発明に係る操船装置が実施する定点保持制御においてサイレントモードの解除を判定する制御フローを示すフローチャートである。

まず、図１、図２及び図３を用いて、操船装置７を備える船舶１００の全体概要及び構成について説明する。なお、図１の船舶１００は、いわゆる二軸推進方式の船舶（シャフト船）を示している。但し、推進軸の数や推進装置の形式はこれに限定されるものではなく、複数の軸を有するものやアウトドライブ方式、又は、ポッド方式のものであってもよい。以下において、船舶１００の船首方向を前として前後左右方向を規定する。

図１と図２とに示すように、船舶１００は、動力源としてのエンジン２の動力が、プロペラシャフト４ａを介して前後進プロペラ４に伝達されるシャフト船である。船舶１００の船体１には、エンジン２、切換クラッチ３、前後進プロペラ４、舵５、サイドスラスタ６及びＥＣＵ１６からなる推進装置１７と、アクセルレバー８、操舵ハンドル９、ジョイスティックレバー１０、サイドスラスタコントローラー１１、モニタ１２、ＧＰＳ装置１３、ヘディングセンサ（方位センサ）１４及び操船制御装置１５からなる操船装置７とが具備される。なお、船舶１００は、左舷と右舷とに推進装置１７を有するシャフト船としたがこれに限定されるものではなく、スタンドライブ船等でもよい。

２つのエンジン２は、左舷と右舷との前後進プロペラ４をそれぞれ回転させるための動力を発生させる。エンジン２は、船体１の左舷後部側と右舷後部側とにそれぞれ配置されている。エンジン２の出力軸には、切換クラッチ３がそれぞれ接続されている。

２つの切換クラッチ３は、エンジン２の出力軸から伝達された動力を正回転方向と逆回転方向とに切り換えて出力するものである。切換クラッチ３の入力側には、エンジン２の出力軸が接続されている。切換クラッチ３の出力側には、プロペラシャフト４ａがそれぞれ接続されている。つまり、切換クラッチ３は、エンジン２からの動力をプロペラシャフト４ａに伝達するように構成されている。

２つの前後進プロペラ４は、前後方向の推力を発生させるものである。前後進プロペラ４は、船体１の左舷の船底と右舷の船底とを貫通して船外に至るように設けられている２本のプロペラシャフト４ａにそれぞれ接続されている。前後進プロペラ４は、プロペラシャフト４ａを介して伝達されたエンジン２の動力によって回転駆動され、その回転軸周りに配置された複数枚のブレードが周囲の水をかくことによって推力を発生させる。

２つの舵５は、前後進プロペラ４の回転駆動により発生した水流の方向を変更するものである。舵５は、船体１の左舷の船底後端（船尾側）と右舷の船底後端（船尾側）とであって前後進プロペラ４の後方にそれぞれ配置されている。舵５は、船体１に設けられた回転軸を中心として左右方向に所定の角度範囲で回転可能に構成されている。舵５は、操舵ハンドル９と連動可能に連結されている。これにより、舵５は、操舵ハンドル９の操作によってその後端部を船体１の右側に向けると、水流により発生した推力によって船舶１００の船尾が左側に推され、船首側が右側を向くように構成されている。同様に舵５は、操舵ハンドル９の操作によってその後端部を船舶１００の左側に向けると、水流により発生した推力によって船舶１００の船尾が右側に推され、船首側が左側を向くように構成されている。

サイドスラスタ６は、左右方向の推力を発生させるものである。サイドスラスタ６は、船体１の船首側であって左右方向中央に設けられている。サイドスラスタ６は、プロペラ６ａとモータ６ｂとを具備している。モータ６ｂは、サイドスラスタコントローラー１１１１に接続され、任意の回転数で回転可能に構成されている。サイドスラスタ６は、プロペラ６ａによって発生する推力が船体１の左右方向を向くように構成されている。サイドスラスタ６は、サイドスラスタコントローラー１１からの信号に基づいてモータ６ｂを駆動することによりプロペラ６ａが回転され、左右方向に任意の大きさの推力を発生させる。

操船装置７を構成するアクセルレバー８は、左舷の前後進プロペラ４の回転数、右舷の前後進プロペラ４の回転数及びそれらの回転方向についての信号を生成するものである。アクセルレバー８は、左舷の前後進プロペラ４に対応したレバーと右舷の前後進プロペラ４に対応したレバーとから構成されている。つまり、アクセルレバー８は、左舷の前後進プロペラ４と右舷の前後進プロペラ４とについての信号をそれぞれ独立して生成するように構成されている。アクセルレバー８は、船舶１００の前後方向に任意の角度で傾斜するように構成されている。アクセルレバー８は、操作方向及び操作量に応じて各エンジン２の回転数と対応する切換クラッチ３の切り換え状態についての信号をそれぞれ独立して生成するように構成されている。アクセルレバー２は、前方に傾斜するように操作されると船舶１００が前進する推力を発生させるように前後進プロペラ４の信号を生成し、後方に傾斜するように操作されると船舶１００が後進する推力を発生させるように前後進プロペラ４の信号を生成する。

操船装置７を構成する操舵ハンドル９は、舵５の回転角度を変更するものである。操舵ハンドル９は、左舷と右舷との舵５にワイヤーリンク機構又は油圧回路を介して連動連結されている。操舵ハンドル９は、右方向に回転操作されると舵５の後端部が右側に向かうように回転する。これにより、船舶１００は、前後進プロペラ４により発生した水流が右側に向かうことで船尾が左側に推され、船首側が右側を向くように構成されている。同様にして、操舵ハンドル９は、左方向に回転操作されると舵５の後端部が左側に向かうように回転する。これにより、船舶１００は、前後進プロペラ４により発生した水流が左側に向かうことで船尾が右側に推され、船首側が左側を向くように構成されている。

図１と図３とに示すように、操船装置７を構成するジョイスティックレバー１０は、船舶１００を任意の方向に移動させるための信号を生成するものである。ジョイスティックレバー１０は、任意の方向に任意の角度で傾斜できるように構成されている。また、ジョイスティックレバー１０は、レバー軸周りに任意の角度に回転操作できるように構成されている。ジョイスティックレバー１０は、操作態様及び操作量に応じてエンジン２の回転数と切換クラッチ３の切り換え状態とについての信号、及び、サイドスラスタ６の回転数と回転方向とについての信号を生成するように構成されている。具体的には、ジョイスティックレバー１０は、任意の方向に傾斜するように操作されると操作量に応じた推力で船舶１００を操作方向に移動させるための両舷の前後進プロペラ４とサイドスラスタ６との信号を生成する。また、ジョイスティックレバー１０は、レバー軸周りに回転するように操作されると操作量に応じた推力で船舶１００を任意の方向に回転させるための両舷の前後進プロペラ４とサイドスラスタ６との信号を生成する。

ジョイスティックレバー１０は、定点保持制御の開始を指示するポジショニングスイッチ１０ａと、船舶１００の横移動、斜め移動、及び、回頭移動用のキャリブレーションスイッチ１０ｂと、各種設定を変更する変更スイッチ１０ｃとを具備している。

定点保持制御とは、船舶１００を所望の座標位置に且つ船首が所望の方位に向くように移動させ、更に、その位置を保持することをいう。

操船装置７を構成するサイドスラスタコントローラー１１は、サイドスラスタ６を駆動させるものである。サイドスラスタコントローラー１１は、オン操作されるとサイドスラスタ６のプロペラ６ａによって左右方向の推力が発生するようにサイドスラスタ６のモータ６ｂを任意の回転方向で回転させる。

操船装置７を構成するＧＰＳ（ＧＰＳ：ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）装置１３は、船舶１００の位置座標を計測（算出）するものである。ＧＰＳ装置１３は、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信することで船舶１００の位置座標を算出し、現在の位置を緯度Ｌａ（ｎ）と経度Ｌｏ（ｎ）として出力する。つまり、位置算出装置としてのＧＰＳ装置１３は、船舶１００の位置座標の絶対値を算出する。

操船装置７を構成する方位算出装置であるヘディングセンサ１４は、船舶１００の方向を計測（算出）するものである。ヘディングセンサ１４は、地磁気から船舶１００の船首の方位を算出する。つまり、ヘディングセンサ１４は、船舶１００の船首の絶対方位を算出する。

図１に示すように、ＥＣＵ１６は、エンジン２を制御するものである。ＥＣＵ１６には、エンジン２の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納される。ＥＣＵ１６は、各エンジン２にそれぞれ設けられる。ＥＣＵ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、或いは、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。

ＥＣＵ１６は、エンジン２の図示しない燃料供給ポンプの燃料調量弁、燃料噴射弁及び各種センサ等と接続され、燃料調量弁の開度、燃料噴射弁の開閉を制御することができ、各種センサが検出する情報を取得することが可能である。

操船装置７を構成する操船制御装置１５は、アクセルレバー８、操舵ハンドル９及びジョイスティックレバー１０等からの検出信号に基づいてエンジン２、切換クラッチ３及びサイドスラスタ６を制御するものである。なお、操船制御装置１５は、ＧＰＳ装置１３からの情報に基づいて自らの位置と設定された目的地とから航路を算出して自動で操船を行なう、いわゆる自動航法を可能に構成されてもよい。

操船制御装置１５は、エンジン２、切換クラッチ３、サイドスラスタ６の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納される。操船制御装置１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、或いは、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。

操船制御装置１５は、各切換クラッチ３及び各エンジン２のＥＣＵ１６に接続され、各切換クラッチ３の状態、各エンジン２の起動状況及び各ＥＣＵ１６が各種センサから取得するエンジン回転数や各種信号を取得することが可能である。

操船制御装置１５は、各切換クラッチ３にクラッチの状態を変更する（切り換える）信号を送信することが可能である。

操船制御装置１５は、ＥＣＵ１６に燃料供給ポンプの燃料調量弁、燃料噴射弁その他エンジン２の各種機器を制御するための信号を送信することが可能である。

操船制御装置１５は、アクセルレバー８及びジョイスティックレバー１０と接続され、アクセルレバー８及びジョイスティックレバー１０からの信号を取得することが可能である。

操船制御装置１５は、サイドスラスタ６のサイドスラスタコントローラー１１に接続され、サイドスラスタ６を制御するための信号を送信することが可能である。

操船制御装置１５は、ＧＰＳ装置１３及びヘディングセンサ１４に接続され、船舶１００の絶対座標と絶対方位とを取得することが可能である。

操船制御装置１５は、モニタ１２に接続され、船舶１００の現在位置やジョイスティックレバー１０による操船状況をモニタ１２に表示させることが可能である。

次に、図４を用いて、洋上において船舶１００を目標位置及び目標方位に保持するための定点保持制御を実施する、操船制御装置１５を含む操船装置７の構成について説明する。

操船制御装置１５は、ＲＯＭ又はＲＡＭ等の記憶領域の他に、種々の演算機能及びタイマとしての機能を有している。操船制御装置１５は、ＧＰＳ装置１３から取得する位置情報及びヘディングセンサ１４から取得する方位情報に基づいて、船舶１００に作用する外力、及び、船速を算出することができる。そして、算出された外力に釣り合わせるための推力の設定値を更に算出し、この設定値で表される推力が出力されるようにサイドスラスタコントローラー１１とＥＣＵ１６とを制御する。

操船制御装置１５には、定点保持制御スイッチ１８が接続されている。操船制御装置１５は、定点保持制御スイッチ１８のオンとオフとの切り替えを認識できる。定点保持制御スイッチ１８は、船体１においてオペレータが操作できる位置に設けられている。定点保持制御スイッチ１８は、ジョイスティックレバー１０に設けられたポジショニングスイッチ１０ａであってもよく、例えばタッチパネル式のモニタ１２に表示される別のものであってもよい。

定点保持制御スイッチ１８がオン操作される場合には、定点保持制御が開始され、オフ操作される場合には、定点保持制御が中止される。また、定点保持制御には、サイレントモードが組み込まれている。後述のように、定点保持制御が実施されている間に、サイレントモード開始のための所定条件が満たされるときには、サイレントモードの許可フラグが立ち上げられ、更に、サイレントモードのための所定条件が満たされるときに、サイレントモードの定点保持制御が実施される。また、サイレントモードの定点保持制御が実施されている間に、所定条件が満たされなくなる場合には、サイレントモードが解消されて通常の定点保持制御が実施される。サイレントモードの有無については、メーカーによる初期設定で切替可能である。つまり、操船装置７の仕様については、サイレントモードが含まれる定点保持制御を実施可能な操船装置７と、サイレントモードが含まれない定点保持制御を実施する操船装置７とを別に用意することができる。

次に、船舶１００を洋上における設定位置及び設定方位に保持するための定点保持制御の開始条件について説明する。なお、定点保持制御が実施される間には、洋上において、船舶１００の動力は停止しておらず、推進装置１７は作動している。

図５に示すように、ステップＳ１１においては、定点保持制御の開始が指示されたか否かが判定される。定点保持制御は、定点保持制御スイッチ１８（図４参照）がオン操作される場合に開始される。定点保持制御の開始が指示されると、ステップＳ１２に移行する。定点保持制御スイッチ１８がオン操作された時点における洋上の船舶１００の位置及び方位が、目標位置及び目標方位に設定される。

ステップＳ１２においては、定点保持制御が実施される。定点保持制御においては、風力と潮力とを含む外力に対して、推進装置１７による推力が釣り合うように、サイドスラスタコントローラー１１及びＥＣＵ１６が制御される。サイドスラスタコントローラー１１及びＥＣＵ１６の制御により、洋上の設定位置及び設定方位に船舶１００を自動的に保持することができる。

操船制御装置１５には、後述のサイレントモードのオンとオフとの切替を指示するためのスイッチが接続されていてもよい。例えば、図３に示す変更スイッチ１０ｃが、この指示のためのスイッチあってもよい。この場合に、サイレントモードスイッチによる指示よりも、定点保持制御スイッチ１８による操作が優先される。即ち、定点保持制御スイッチ１８がオンに切り替えられ且つサイレントモードスイッチがオンに切り替えられる場合には、サイレントモードが、所定の条件を満たすときに開始されるスタンバイ状態となる。一方、サイレントモードスイッチがオンに切り替えられているとしても、定点保持制御スイッチ１８がオフに切り替えられている場合には、サイレントモードは実施されない。なお、サイレントモードスイッチは、変更スイッチ１０ｃでなくてもよく、他の位置に設けられる別のスイッチであってもよい。

次に、定点保持制御における外力の学習について、図６を用いて説明する。
外力の学習とは、比較的大きな外力が船舶１００に作用することにより、目標位置から離れた位置において船舶１００の移動が停止する場合に、この外力に釣り合ったときの推力を表す推力の設定値を基準値として保存することである。以下のように、操船装置７は、船舶１００に作用する外力を効率的に学習することにより、効率的且つ精度よく船舶１００の位置及び方位を制御することができる。

なお、図６に示すステップＳ１２２，Ｓ１２３，Ｓ１２４は並行したステップであって、各順序は入れ替わっていてもよい。

定点保持制御においては、ステップＳ１２１のようにＰＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御によって船舶１００の位置が制御されている。

ステップＳ１２１に並行して、ステップＳ１２２においては、前回の学習時（基準値の保存時点）から所定時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ１２２において、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１２３に移行し、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１２１に戻る。

ステップＳ１２３において、設定された目標位置からの距離偏差が所定値よりも大きいか否かが判定される。また、ステップＳ１２３においては、設定された目標方位からの方位偏差が所定値よりも大きいか否かが判定される。ステップＳ１２３において、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１２４に移行し、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１２１に戻る。

ステップＳ１２４において、単位時間当たりの船舶１００の移動量が所定量以下である状態が所定時間継続したか否かが判定される。また、ステップＳ１２４においては、単位時間当たりの船舶１００の回頭量が所定量以下である状態が所定時間継続したか否かが判定される。ステップＳ１２４において、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１２５に移行し、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１２１に戻る。このように、ステップＳ１２３及びステップＳ１２４においては、大きな外力に推力が釣り合うことにより、目標位置に達することなく目標位置から離れた位置において船舶１００の移動が停止しているかどうか、更に、目標方位に達することなく目標方位からずれた角度で船舶１００の回頭が停止しているかどうかが判定されている。

ステップＳ１２５においては、ステップＳ１２３及びステップＳ１２４の判定時点における推力の設定値、即ち、釣り合ったときの推力を表す推力の設定値が基準値として保存される。

ステップＳ１２６においては、ＰＤ制御の推力の設定値に基準値が加算（ベクトル加算）される。また、ステップＳ１２１〜Ｓ１２６が順次繰り返されることにより、新たな基準値が都度保存、即ち、基準値が都度更新される。以降は、加算される基準値を含めてＰＤ制御よる定点保持制御が実施される。このような外力の学習によれば、ＰＤ制御のフィードバック項に基準値を加算することにより、船舶１００に作用する外力をキャンセルしたうえで、目標位置に近付くための推力の設定値を算出することができる。

このように、定点保持制御においては、目標位置又は目標方位からの偏差が閾値よりも大きい否か（ステップＳ１２３）、且つ、単位時間当たりの船舶１００の移動量又は回頭量が所定量以下である状態が所定時間継続したか否か（ステップＳ１２４）が判定されることにより、外力と推力とが釣り合っているか否かが判定されている。また、波等による一時的な変位による船舶１００の移動量を誤って反映しないように、距離及び方位の偏差に応じた制御量のみが学習の対象となっている。

そして、外力と釣り合ったときの推力の設定値が基準値として保存される。以降は、互いにベクトル加算されるフィードバック項と基準値とを用いて定点保持制御が実施される。つまり、操船装置７の定点保持制御においては、比較的大きな外力が作用する場合に、ＰＤ制御の推力の設定値のうちの基準値によって外力がキャンセルされる。このように、外力が無い状況と制御上同じ状況を作り出すことにより、目標位置及び目標方位に効率的且つ精度よく船舶１００を追従させることができる。

つまり、操船装置７の定点保持制御は、外力が作用する状況においてその外力に釣り合わせた推力によって船舶１００の移動が停止したことを自動的に検出し、その作用時の外力分だけをキャンセルできる制御の形態を有している。これにより、制御の一巡ごとに外力を都度算出等したうえで、出力すべき推力の設定値に当該外力を都度加算する場合に比べて、オーバーシュート及びハンチングを抑制することができる。

また、ステップＳ１２３のように、再学習までにインターバルが設けられているので、過剰な学習によるハンチング及び船舶１００の動作の発散を回避できる。

次に、定点保持制御においてサイレントモードの実施を判定する制御フローについて、図７を用いて説明する。なお、サイレントモードとは、船舶１００の静穏性及び快適性等のために、各エンジン２の回転数に上限が設けられたモードをいう。サイレントモードにおいて、エンジン２の状態は、ローアイドル回転数である。具体的には、サイレントモードにおけるエンジン２の回転数の上限は、例えば５５０ｒｐｍに設定されている。

先ず、図７に示す各ステップの前提として、サイレントモードの有効スイッチがオンであるか否か、即ち、操船装置７がサイレントモードを実施可能である仕様に設定されているか否かが判定される。操船装置７は、サイレントモードが実施可能に初期設定として設定されているため、ここではＹｅｓと判定される。一方、上述のように、サイレントモードスイッチが設けられている場合には、ステップＳ１３１よりも前のステップにおいて、サイレントモードスイッチのオフ操作によってサイレントモードが解除されたか否かが判定される。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１３１に進み、Ｎｏと判定される場合には、ステップＳ１３１以下のステップは実施されず、通常の定点保持制御が実施される。

ステップＳ１３１において、ジョイスティックレバー１０が操作されない状態が維持されたままであるか否かが判定される。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１３３に進み、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１３１に戻る。ここでは、定点保持制御の開始が指示されて（ステップＳ１１（図５参照））から、ジョイスティックレバー１０が操作されていないと扱うこととし、Ｙｅｓと判定される。

定点保持制御とジョイスティックレバー１０の操作とでは、ジョイスティックレバー１０の操作が優先される。そのため、ジョイスティックレバー１０の操作が終了すると、定点保持制御が再度実施される。つまり、ジョイスティックレバー１０の操作が終了された時点（又は当該時点から所定時間を経過した後）において、定点保持制御が自動的に再開される。

ステップＳ１３２においては、船速が、サイレントモード許可船速以下であるか否かが判定される。サイレントモード許可船速は、サイレントモードを実施不能な各エンジン２の出力範囲のうちの最小値よりも小さい出力によって発生する船舶１００の所定の船速として、予め設定されている。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１３３に進み、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１３１に戻る。

ステップＳ１３３においては、サイレントモードの実施について、許可フラグがオンされる。即ち、上述のステップＳ１３１，Ｓ１３２の２つの条件が満たされる場合に、定点保持制御においてサイレントモードの実施が許可される。

ステップＳ１３４においては、基準値が所定の閾値以下であるか否かが判定される。つまり、ステップＳ１３４においては、船舶１００に作用する外力がサイレントモードを実施可能な適度に小さいか否かについて判定されている。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１３５に進む。

ステップＳ１３５においては、目標位置からの距離偏差がサイレントモード判定距離以下である状態が所定時間経過したか否かが判定される。つまり、ステップＳ１３５においては、目標位置に対して、サイレントモードを実施可能な範囲に船舶１００が継続して位置しているか否かについて判定されている。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１３６に進む。

ステップＳ１３６においては、目標方位からの方位偏差がサイレントモード判定角度以下である状態が所定時間継続したか否かが判定される。つまり、ステップＳ１３６においては、目標方位に対して、サイレントモードを実施可能な角度範囲に船舶１００の船首が継続して収まっているか否かについて判定されている。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１３７に移行する。

ステップＳ１３７においては、ＰＤ制御によるサイレントモードの定点保持制御が実施される。即ち、通常の定点保持制御よりも各エンジン２の回転数が制限された状態で、目標位置及び目標方位に向かって船舶１００の位置が制御される。なお、図７に示すステップＳ１３４，Ｓ１３５，Ｓ１３６は並行したステップであって、各順序は入れ替わっていてもよい。

次に、一旦許可されたサイレントモードの解除を判定する制御フローについて、図８を用いて説明する。以下のように、図８に示す何れかの条件が満たされる場合に、サイレントモードが解除され、各エンジン２の回転数が制限されない通常の定点保持制御に移行する。

ステップＳ１４１においては、ジョイスティックレバー１０が操作されたか否かが判定される。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１４７に進み、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１４２に移行する。

ステップＳ１４２においては、船速が、サイレントモード許可船速よりも大きいか否かが判定される。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１４６に進み、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１４３に移行する。

ステップＳ１４３においては、基準値が所定の閾値よりも大きいか否かが判定される。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１４６に進み、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１４４に移行する。つまり、ステップＳ１４３においては、サイレントモードを実施不能な適度の大きな外力が船舶１００に作用しているか否かが、判定されている。

ステップＳ１４４においては、設定された目標位置からの距離偏差がサイレントモード判定距離よりも大きいか否かが判定される。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１４５に進み、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１４６に移行する。サイレントモード判定距離は、サイレントモードを持続可能な目標位置からの距離偏差の上限として、予め設定されている。つまり、ステップＳ１４４においては、サイレントモードを持続不能な適度に船舶１００が目標位置から大きく離れているか否かが判定されている。

ステップＳ１４５においては、設定された目標方位からの方位偏差がサイレントモード判定角度よりも大きいか否かが判定される。ここで、Ｙｅｓと判定される場合にはステップＳ１４６に進み、Ｎｏと判定される場合にはステップＳ１４１に戻る。サイレントモード判定角度は、サイレントモードを持続可能な目標方位からの方位偏差の上限として、予め設定されている。つまり、ステップＳ１４５においては、サイレントモードを持続不能な適度に船舶１００の船首が目標方位から大きく傾いているか否かが判定されている。

ステップＳ１４６においては、サイレントモードが解除される。但し、サイレントモードが一旦解除されたとしても、図７に示すステップＳ１３４・Ｓ１３５・Ｓ１３６の３つの条件が満たされる場合に、再度復帰することができる（図７，８中のＧ参照）。

そして、復帰したサイレントモードについても、図８に示すステップＳ１４２・Ｓ１４３・Ｓ１４４・Ｓ１４５の何れかの条件が満たされる場合に解除されて、通常の定点保持制御に移行する。

２エンジン（動力源）
７操船装置
１３ＧＰＳ装置（位置算出装置）
１４ヘディングセンサ（方位算出装置）
１５操船制御装置
１７推進装置
１００船舶

Claims

動力源と、推進装置と、船舶の位置を算出する位置算出装置と、船舶の方位を算出する方位算出装置とを備え、船舶に作用する外力に船舶の推力を釣り合わせる定点保持制御を実施可能な船舶の操船装置において、
定点保持制御を実施する間に、目標位置からの距離偏差が所定値よりも大きい場合、且つ、単位時間当たりの船舶の移動量が所定量以下である状態が所定時間継続している場合、或いは、目標方位からの方位偏差が所定値よりも大きい場合、且つ、単位時間当たりの船舶の回頭量が所定量以下である状態が所定時間継続している場合に、これらの判定時点における定点保持制御の推力の設定値を基準値として保存し、入力される定点保持制御の推力の設定値に前記基準値を加算する、操船装置。
ジョイスティックレバーを更に備え、
前記ジョイスティックレバーが操作されない状態が維持されたままで、船速が所定の船速以下である場合、前記基準値が閾値以下である場合、前記目標位置からの距離偏差が所定距離以下である状態が所定時間継続した場合、又は、前記目標方位からの方位偏差が所定角度以下である状態が所定時間継続した場合に、設定された上限値以下の回転数で前記動力源が作動する定点保持制御を実施する、ことを特徴とする請求項１に記載の操船装置。
前記ジョイスティックレバーが操作されない状態が維持されたままで、船速が所定の船速よりも大きい場合、前記基準値が閾値よりも大きい場合、前記目標位置からの距離偏差が所定距離よりも大きい場合、又は、前記目標方位からの方位偏差が所定角度よりも大きい場合に、前記上限値以下の回転数の制限を解除して定点保持制御を継続する、ことを特徴とする請求項２に記載の操船装置。