KR102623953B1 - A ship having a plurality of propellers and a thrust allocation method therefor - Google Patents
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Abstract
서로 다른 위치에 설치되어 선박을 추진하는 복수의 추진기; 및 목표 위치가 입력되고, 현재 위치와의 차이를 측정하여 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 연산하는 제어기와, 각 상기 복수의 추진의 추력 및 타각을 연산하는 추력분배기로 형성되는 제어부;를 포함하고, 상기 추력분배기는 각 상기 추진기의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 선정하며, 선정된 각 상기 가상 값들의 조합 중 상기 최종 값과 오차가 최소가 되는 값을 최적 값으로 선택하는 것을 특징으로 하여, 선형화 또는 볼록함수로의 변환 없이 최적의 추력 분배가 가능하도록 하는 복수의 추진기을 구비한 선박 및 그 추력 분배 방법을 개시한다.A plurality of thrusters installed at different locations to propel the ship; And a control unit formed by a controller that inputs the target position and calculates the final values of the required force and required moment by measuring the difference from the current position, and a thrust distributor that calculates the thrust and rudder angle of each of the plurality of propulsions. And, the thrust distributor selects a plurality of virtual values of the rudder angle and thrust of each of the thrusters, and selects the value with the minimum error from the final value among the combinations of each selected virtual value as the optimal value. Disclosed is a ship equipped with a plurality of thrusters that enables optimal thrust distribution without linearization or conversion to a convex function, and a thrust distribution method thereof.
Description
본 발명은 선박에 관한 것으로, 구체적으로는 복수의 추진기를 구비한 선박 및 그 추력 분배 방법에 관한 것이다.The present invention relates to ships, and more specifically, to ships equipped with a plurality of propulsors and a method of distributing thrust thereof.
선박은 목표 위치까지 도달하기 위하여 추진기를 사용하며, 우회 거리를 줄이고 추진력을 향상시키기 위하여 복수의 추진기가 서로 다른 위치에 설치된다. 이때 선박은 각 추진기에서 발생되는 추력 및 모멘트의 합으로 이동되므로, 각 추진기로 추력을 분배하는 것이 중요한 요소가 된다.Ships use thrusters to reach the target location, and multiple thrusters are installed at different locations to reduce the detour distance and improve propulsion. At this time, the ship is moved by the sum of the thrust and moment generated from each thruster, so distributing the thrust to each thruster becomes an important factor.
종래에는 복수의 추진기를 구비하는 경우, 추력 분배의 문제를 선형화하거나 볼록함수의 형태로 구분 또는 변형하여 해결하였다. 구체적으로는 추력분배의 문제를 선형계획(linear programming), 이차계획(quadratic programming) 등의 최적화 문제로 정의하고 이를 수치해석기법으로 풀이하게 되는데, 수치해석기법을 적용하기 위해서는 모든 제한 조건들을 반드시 선형행렬방정식 또는 볼록함수 형태의 선형행렬부등식으로 정의하였다.Conventionally, when a plurality of thrusters are provided, the problem of thrust distribution was solved by linearizing it or dividing it into a convex function or transforming it. Specifically, the problem of thrust distribution is defined as an optimization problem such as linear programming or quadratic programming, and this is solved using numerical analysis techniques. In order to apply numerical analysis techniques, all constraints must be linear. It was defined as a linear matrix inequality in the form of a matrix equation or convex function.
다만 이와 같은 경우에는 선형화 또는 볼록함수 형태로 변형이 불가능한 경우에서 사용하기 어렵다는 문제점이 있었으며, 해를 구하기 위하여 1차 또는 2차 함수로 구성이 필수적이라는 문제점이 있었다.
상기한 바와 같은 종래의 선박의 운동 제어 방법은 일본 특허출원공개공보 제2018-176922호(특허문헌1) 및 일본 특허출원공개공보 제1996-119197호(특허문헌2)에 기재되어 있다.However, in this case, there was a problem that it was difficult to use in cases where it was impossible to transform it into a linear or convex function, and there was a problem that it was essential to construct a linear or quadratic function to find the solution.
The conventional ship motion control method as described above is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-176922 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1996-119197 (Patent Document 2).
본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수의 추진기로 추력 분배 시 선형화 또는 볼록함수 형태로의 변환이 필요없이 최적의 추력 분배가 가능한 복수의 추진기를 구비한 선박 및 그 추력 분배 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present invention was devised to solve the above problems, and includes a ship equipped with a plurality of thrusters capable of optimal thrust distribution without the need for linearization or conversion to a convex function form when distributing thrust with a plurality of thrusters, and The purpose is to provide a method of distributing the thrust.
본 발명의 일실시 예의 복수의 추진기를 구비한 선박은 서로 다른 위치에 설치되어 선박을 추진하는 복수의 추진기; 및 목표 위치가 입력되고, 현재 위치와의 차이를 측정하여 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 연산하는 제어기와, 각 상기 복수의 추진의 추력 및 타각을 연산하는 추력분배기로 형성되는 제어부;를 포함하고, 상기 추력분배기는 각 상기 추진기의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 선정하며, 선정된 각 상기 가상 값들의 조합 중 상기 최종 값과 오차가 최소가 되는 값을 최적 값으로 선택하는 것을 특징으로 한다.A ship equipped with a plurality of propulsors according to an embodiment of the present invention includes a plurality of propulsors installed at different positions to propel the ship; And a control unit formed by a controller that inputs the target position and calculates the final values of the required force and required moment by measuring the difference from the current position, and a thrust distributor that calculates the thrust and rudder angle of each of the plurality of propulsions. And, the thrust distributor selects a plurality of virtual values of the rudder angle and thrust of each of the thrusters, and selects the value with the minimum error from the final value among the combinations of each selected virtual value as the optimal value. do.
이때 상기 추력분배기는 각 상기 추진기의 단위 시간당 최대 추력 변화량, 사용 가능한 최대 추력, 사용 가능한 최소 추력, 단위 시간당 최대 타각 변화량 및 사용 가능한 타각 영역 중 적어도 어느 하나를 제한 값으로 채택하고, 상기 제한 값 내에서 상기 가상 값들을 무작위로 선정하는 것을 특징으로 한다.At this time, the thrust distributor adopts at least one of the maximum thrust change per unit time, the maximum usable thrust, the minimum usable thrust, the maximum rudder angle change per unit time, and the usable rudder angle area of each of the thrusters as a limit value, and within the limit value Characterized in that the virtual values are randomly selected.
상기 최적 값은 선정된 상기 가상 값들의 조합에 의해 연산되는 연산 값과 상기 최종 값의 오차의 제곱이 값을 변수로 하는 가격함수를 통해 선택되는 것이 바람직하다.The optimal value is preferably selected through a price function whose variable is the square of the error between the calculation value calculated by combining the selected virtual values and the final value.
본 발명의 일실시 예의 복수의 추진기로 구동되는 선박의 추력 분배 방법은 목표 위치를 입력받는 단계; 상기 목표 위치와 현재 위치의 차이를 측정하여 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 구하는 단계; 각 상기 추진기의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 선정한 후 그 중 최적 값을 선택하는 단계; 및 선택된 상기 최적 값을 각 상기 추진기를 구동하는 구동기로 전달하는 단계;를 포함하고, 상기 최적 값을 선택하는 단계는 선정된 각 상기 추진기의 복수의 가상 값들의 조합 중 상기 최종 값과 오차가 최소가 되는 값을 상기 최적 값으로 선택하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, a method of distributing thrust for a ship driven by a plurality of propellers includes receiving a target position; calculating the final values of the required force and required moment by measuring the difference between the target position and the current position; selecting a plurality of virtual values of the rudder angle and thrust of each of the thrusters and then selecting an optimal value among them; and transmitting the selected optimal value to an actuator that drives each thruster, wherein the step of selecting the optimal value is such that the error between the final value and the minimum among the combinations of the plurality of virtual values of each selected propeller is minimal. It is characterized in that the value of is selected as the optimal value.
상기 최적 값을 선택하는 단계는 각 상기 추진기의 제한 값을 채택하는 제1 단계; 상기 제한 값의 범위 내에서 상기 가상 값들을 무작위로 선정하는 제2 단계; 선정된 각 상기 추진기의 복수의 가상 값들을 조합하여 복수의 연산 힘과 연산 모멘트를 연산하는 제3 단계; 및 상기 연산 힘과 상기 연산 모멘트 및 상기 필요 힘과 상기 필요 모멘트를 가격함수에 대입하여 그 결과 값이 최소가 되는 상기 가상 값을 상기 최적 값으로 선택하는 제4 단계;로 형성될 수 있다.Selecting the optimal value may include a first step of adopting a limiting value for each of the thrusters; a second step of randomly selecting the virtual values within the range of the limit values; A third step of calculating a plurality of calculated forces and calculated moments by combining a plurality of virtual values of each selected propeller; and a fourth step of substituting the calculated force, the calculated moment, the necessary force, and the necessary moment into a price function, and selecting the virtual value whose resulting value is the minimum as the optimal value.
상기 제2 단계는 각 상기 추진기의 단위 시간당 최대 추력 변화량, 사용 가능한 최대 추력, 사용 가능한 최소 추력, 단위 시간당 최대 타각 변화량 및 사용 가능한 타각 영역 중 적어도 어느 하나를 상기 제한 값으로 채택할 수 있다.The second step may adopt at least one of the maximum thrust change per unit time, the maximum usable thrust, the minimum usable thrust, the maximum rudder angle change per unit time, and the usable rudder angle area of each of the thrusters as the limit value.
상기 가격함수는 상기 연산 힘과 상기 필요 힘의 오차의 제곱 값과 상기 연산 모멘트와 상기 필요 모멘트의 오차의 제곱 값을 변수로 포함하는 것이 바람직하다.The price function preferably includes as variables the square value of the error between the calculated force and the required force and the squared value of the error between the calculated moment and the required moment.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만 본 발명이 하기와 같은 효과를 발휘해야 성립되는 것은 아니다.As discussed above, various effects including the following can be expected according to the problem-solving means of the present invention. However, the present invention does not need to have the following effects to be established.
본 발명에 따른 복수의 추진기를 구비하는 선박 및 그 추력 분배 방법은 각 추진기의 타각 및 추력에 대한 복수의 가상 값들을 선정하고 이를 가격함수에 대입하여 최적 값을 선택하는 방식으로 추력 분배 문제를 선형화 또는 볼록함수로 변형할 필요가 없어 보다 구체적이고 실용적인 가격함수 책정이 가능하다. 따라서 다양한 추력 분배를 가능하도록 하여 활용도를 향상시키는 효과를 갖는다.The ship equipped with multiple propulsors and its thrust distribution method according to the present invention linearizes the thrust distribution problem by selecting a plurality of virtual values for the rudder angle and thrust of each propulsion and substituting them into a price function to select the optimal value. Alternatively, there is no need to transform it into a convex function, so a more specific and practical price function can be established. Therefore, it has the effect of improving utilization by enabling various thrust distributions.
또한 각 추진기의 단위 시간당 최대 추력 변화량, 사용 가능한 최대 추력, 사용 가능한 최소 추력, 단위 시간당 최대 타각 변화량 및 사용 가능한 타각 영역 등의 제한 값을 채택하여 보다 정밀한 추력 분배가 가능하다.In addition, more precise thrust distribution is possible by adopting limit values such as the maximum thrust change per unit time, maximum usable thrust, minimum usable thrust, maximum rudder angle change per unit time, and usable rudder angle area of each thruster.
또한 제한 값 채택이 보다 자유로워 사용자의 다양한 필요에 맞는 최적의 추력 분배가 가능하여, 사용자에게 보다 향상된 편의를 제공한다.In addition, the limit value can be more freely selected, enabling optimal thrust distribution to suit the user's various needs, providing improved convenience to the user.
도 1은 종래기술의 선형화를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시 예의 선박을 도시한 도면.
도 3은 도 2의 선박의 제어부를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명의 일실시 예의 선박의 추력 분배 방법의 흐름도.
도 5는 도 4의 최적 값을 선택하는 단계의 흐름도.1 is a diagram showing linearization of the prior art.
Figure 2 is a diagram showing a ship according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing the control unit of the ship of Figure 2.
Figure 4 is a flow chart of a thrust distribution method for a ship according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a flowchart of the steps for selecting the optimal value of Figure 4.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다. 이때 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략하기로 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. At this time, when describing the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted so as not to confuse the gist of the present invention.
또한 본 발명의 일실시 예의 선박 추진 방법은 복수의 추진기를 구비한 선박에 관한 것으로, 본 발명의 일실시 예의 복수의 추진기를 구비한 선박에 적용 가능하며 그 목적이 동일하다. 따라서 선박의 구체적인 설명에서는 제어 방법에 대해서는 생략하고 제어 방법에서 함께 설명하도록 한다.In addition, the ship propulsion method of one embodiment of the present invention relates to a ship equipped with a plurality of propulsors, and is applicable to a ship equipped with a plurality of propulsors of one embodiment of the present invention, and its purpose is the same. Therefore, in the detailed description of the ship, the control method will be omitted and explained together with the control method.
도 2는 본 발명의 일실시 예의 선박을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 선박의 제어부를 도시한 개략도이다. 도 4는 본 발명의 일실시 예의 선박의 추력 분배 방법의 흐름도이고, 도 5는 도 4의 최적 값을 선택하는 단계의 흐름도이다.Figure 2 is a diagram showing a ship according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a schematic diagram showing a control unit of the ship of Figure 2. Figure 4 is a flowchart of a thrust distribution method for a ship according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a flowchart of the step of selecting the optimal value of Figure 4.
도 2 및 도 3를 참조하면, 본 발명의 일실시 예의 복수의 추진기(20)를 구비한 선박(10)은 서로 다른 위치에 설치되어 선박(10)을 추진하는 복수의 추진기(20) 및 목표 위치가 입력되는 제어기(31)와, 각 상기 복수의 추진의 추력 및 타각을 연산하는 추력분배기(32)로 형성되는 제어부(30)를 포함하고, 상기 추력분배기(32)는 상기 목표 위치와 현재 위치의 차이를 측정하여 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 연산하고, 각 상기 추진기(20)의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 선정하며, 선정된 각 상기 가상 값들의 조합 중 상기 최종 값과 오차가 최소가 되는 값을 최적 값으로 선택하는 것을 특징으로 한다.Referring to Figures 2 and 3, a
선박(10)은 추진기(20)를 구비하여 이동하며, 추진력 및 자유도 향상을 위하여 복수의 추진기(20)를 사용한다. 이때 선박(10)을 특정 위치로 이동하기 위하여 복수의 추진기(20) 각각은 서로 다른 추력 및 타각을 가져야하며, 각 추진기(20)의 힘과 모멘트의 합의 값에 따라 선박(10)은 추진 및 이동한다.The
따라서 선박(10)의 위치 제어를 위해서는 특정 힘과 모멘트를 갖도록 각 추진기(20)의 추력 분배가 중요한 문제가 된다.Therefore, in order to control the position of the
추진기(20)는 선박(10)의 서로 다른 위치에 설치되어 선박(10)을 추진하는 복수 개로 형성된다. 이때 추진기(20)의 종류는 고정 피치 프로펠러(FPP), 가변 피치 프로펠러(CPP), 쓰러스터(Thruster), 보이드 슈나이트 프로펠러(Voith-Schneider Propeller) 및 워터젯(Water-jet) 등의 다양한 추진기(20)로 구성될 수 있다.The
또한 추진기(20)는 각 종류 및 위치에 따라서 단위 시간당 최대 추력 변화량, 사용 가능한 최대 추력, 사용 가능한 최소 추력, 단위 시간당 최대 타각 변화량 및 사용 가능한 타각 영역 등은 서로 다른 값을 가지므로 추진기(20)는 많아질수록 추진력 및 자유도는 향상되나, 추진 분배는 어렵다.In addition, the
제어부(30)는 선박(10)의 목표 위치가 입력되는 제어기(31)와 복수의 추진기(20) 각각의 추력 및 타각을 연산하는 추력분배기(32)로 형성된다. 이때 제어기(31)는 사용자에 의해 목표 위치가 직접 입력되거나, 자율 주행 시스템을 통해 자동으로 입력되며, 사용자가 목표 위치를 직접 입력 하는 경우에는 제어기(31)는 조타장치와 연결된다. 또한 제어기(31)는 목표 위치와 현재 위치의 차이를 측정하여 선박(10)의 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 연산하여 추력분배기(32)로 전달한다.The
추력분배기(32)는 복수의 각 추진기(20)의 타각 및 추력을 최적 값을 선택하여, 각 추진기(20)를 구동하는 구동기(33)로 이를 전달한다. 이때 추력분배기(32)는 각 추진기(20)의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 선정하고, 선정된 각 가상 값들의 조합 중 최종 값과 오차가 최소가 되는 값을 최적 값으로 선정한다.The
이때 추진기(20)의 종류 및 위치에 따라서 서로 다른 단위 시간당 최대 추력 변화량, 사용 가능한 최대 추력, 사용 가능한 최소 추력, 단위 시간당 최대 타각 변화량 및 사용 가능한 타각 영역을 가지므로, 이들 중 적어도 하나 이상을 제한 값으로 선정하는 것이 바람직하다.At this time, depending on the type and location of the
다시 말해, 추력분배기(32)는 선택된 제한 값 내에서 각 추진기(20)의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 무작위로 선정하고, 선정된 가상 값들의 조합에 의해 연산되는 연산 값과 제어기(31)에서 전달되는 최적 값을 비교 그 오차가 최소가 되는 조합을 최적 값으로 선택한다.In other words, the
구체적으로는 연산 값은 연산 힘과 연산 모멘트로 형성되며, 최적 값은 연산 힘과 필요 힘의 오차의 제곱과 연산 모멘트와 필요 모멘트의 오차의 제곱의 합이 최소가 되는 값을 각 추진기(20)의 추력 추력 및 타각의 가상 값을 최적 값으로 선택한다.Specifically, the calculated value is formed by the calculated force and the calculated moment, and the optimal value is the value at which the sum of the square of the error between the calculated force and the required force and the square of the error between the calculated moment and the required moment is minimum. The virtual values of thrust thrust and rudder angle are selected as the optimal values.
다시 말해 선정된 가상 값들로부터 최적 값을 선택하기 위해 사용되는 가격함수는 최적 값은 연산 힘과 필요 힘의 오차의 제곱과 연산 모멘트와 필요 모멘트의 오차의 제곱을 변수로 포함한다. 가격함수의 변수의 경우에는 에너지 효율 등 사용자의 필요에 따라 다양한 변수를 포함할 수 있다.In other words, the price function used to select the optimal value from the selected virtual values includes as variables the square of the error between the calculated force and the required force and the square of the error between the calculated moment and the required moment. Variables in the price function can include various variables depending on the user's needs, such as energy efficiency.
따라서 본 발명의 제어부(30)는 복수의 추진기(20)의 추력 분배를 정의하지 않고 제한 값 내에서 무작위로 선정되는 가상 값들을 통해 최적 값을 찾아내는 몬테카를로스 방법을 사용하여, 최적 값을 구하기 위해 문제를 선형화 하거나 볼록함수 형태로 변형할 필요가 없어 보다 다양한 제한 값을 고려하는 최적화된 추력 분배가 가능하다.Therefore, the
다만 가상 값을 무작위로 선정하고 각 무작위로 선정된 가상 값들을 통해 연산 값을 연산하여야 하므로 추진기(20)의 개수가 일정 이상으로 형성되는 경우에는 그 연산 시간에 제한이 있다. 따라서 본 발명의 복수의 추진기(20)를 구비하는 선박(10)은 추진기(20)를 2개 이상에서 5개 이하의 추진기(20)를 구비하는 것이 바람직하다.However, since virtual values must be randomly selected and calculation values must be calculated through each randomly selected virtual value, there is a limit to the calculation time when the number of
다만 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 동시에 다수의 연산이 가능한 제어부(30)를 갖는 경우에는 5개를 초과하여 추진기(20)가 설치되는 경우에도 적용 가능하다.However, the scope of the present invention is not limited to this, and in the case of having a
따라서 본 발명의 일실시 예의 복수의 추진기(20)를 구비한 선박(10)은 몬테카를로스 방법을 따르는 제어부(30)를 구비하여 보다 다양한 제한 값을 고려하는 복수의 추진기(20) 각각의 타각 및 추력을 선택할 수 있어 보다 활용도가 높은 동시에 사용자에게 보다 향상된 편의를 제공한다.Therefore, the
이하 제어기(31)의 추력 분배 방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다. 다만 본 발명의 일실시 예의 선박의 추력 분배 방법은 상기한 본 발명의 일실시 예의 복수의 추진기(20)를 구비한 선박(10)에 적용될 수 있는 추력 분배 방법으로 그 목적 및 효과가 동일하므로 앞서 설명한 내용에 대해서는 생략하도록 한다.Hereinafter, the thrust distribution method of the
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예의 복수의 추진기(20)로 구동되는 선박(10)의 제어 방법은 목표 위치를 입력받는 단계, 상기 목표 위치와 현재 위치의 차이를 측정하여 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 구하는 단계, 각 상기 추진기(20)의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 선정한 후 그 중 최적 값을 선택하는 단계 및 선택된 상기 최적 값을 각 상기 추진기(20)를 구동하는 구동기(33)로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 최적 값을 선택하는 단계는 선정된 각 상기 추진기(20)의 복수의 가상 값들의 조합 중 상기 최종 값과 오차가 최소가 되는 값을 상기 최적 값으로 선택하는 것을 특징으로 한다.Referring to Figures 4 and 5, the control method of a
추력 분배는 선박(10)을 원하는 목표 위치의 이동 시키기 위하여 현재 위치에서 선박(10)에 설치된 복수의 각 추진기(20)가 가져야하는 타각 및 추력을 구하기 위한 것으로, 목표 위치를 입력받는 단계가 선행된다. 이때 목표 위치를 입력은 사용자에 의해 직접 입력되거나, 자율 운항 시스템과 같은 운항 시스템에서 자동으로 입력될 수 있다.Thrust distribution is to obtain the rudder angle and thrust that each of the plurality of
목표 위치가 입력되면, 목표 위치와 현재 위치의 상대적인 위치 차이를 측정하여 최종적으로 필요로 하는 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 구한다. 이때 최종 값은 선박(10)이 필요로 하는 힘과 모멘트로 형성되며, 각 추진기(20)의 추력 및 타각을 통해 최종적으로 목표하는 값을 의미한다.When the target position is input, the relative position difference between the target position and the current position is measured to obtain the final values of the required force and required moment. At this time, the final value is formed by the force and moment required by the
최종 값이 구해지면, 추력분배기(32)는 각 추진기(20)의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 선정한 후, 선정된 값들 중에서 최적 값을 선택하는 단계를 수행한다. 구체적으로 최적 값을 선택하는 단계는 각 추진기(20)의 제한 값을 채택하는 제1 단계와, 제한 값 범위 내에서 가상 값들을 무작위로 선정하는 제2 단계와, 선정된 각 추진기(20)의 복수의 가상 값들을 조합하여 복수의 연산 값을 연산하는 제3 단계와, 연산 값과 최종 값을 가격함수에 대입하여 그 결과 값이 최소가 되는 가상 값을 최적의 값으로 선택하는 제4 단계로 형성된다.Once the final value is obtained, the
다시 말해 본 발명의 선박의 추력 분배 방법은 각 추진기(20)에 타각 및 추력 선정 시 몬테카를로스 방법을 적용하여 보다 실용적인 추력 분배 방법을 제공한다.In other words, the ship's thrust distribution method of the present invention provides a more practical thrust distribution method by applying the Monte Carlos method when selecting the rudder angle and thrust for each thruster (20).
제1 단계는 각 추진기(20)의 제한 값을 선택하는 단계로 설치되는 각 추진기(20)의 종류 및 위치에 따라 제한되는 조건들을 선택하여 가상 값을 선정하는 제2 단계에 보다 수월하게 수행되도록 한다.The first step is to select the limiting value of each
따라사 제한 값은 각 추진기(20)의 단위 시간당 최대 추력 변화량, 사용 가능한 최대 추력, 사용 가능한 최소 추력, 단위 시간당 최대 타각 변화량 및 사용 가능한 타각 영역 중 적어도 어느 하나가 채택되는 것이 바람직하다.It is preferable that at least one of the maximum thrust change per unit time, the maximum usable thrust, the minimum usable thrust, the maximum rudder angle change per unit time, and the usable rudder angle area of each
다만 제1 단계는 가상 값을 선정한 후 제한 값을 적용하여 이에 해당되는 가상 값에 한하여 연산 값을 연산하도록, 제2 단계 이후에도 수행될 수 있으나 추진기(20)의 수가 증가될수록 가상 값 선정 및 연산 값 연산에 소요되는 시간이 증가되는 점을 고려하였을 때 가상 값 선정보다 먼저 수행되는 것이 바람직하다.However, the first step can be performed after the second step so that a virtual value is selected and a limit value is applied to calculate the calculation value only for the corresponding virtual value. However, as the number of
제2 단계는 각 추진기(20)의 타각 및 추력에 대한 복수의 값들을 무작위로 선정하는 단계로, 목표 위치로 선박(10) 이동 시 선형화 또는 볼록함수로의 변환을 제외 가능하도록 하여 보다 실용적인 가격함수를 책정할 수 있도록 한다.The second step is a step of randomly selecting a plurality of values for the rudder angle and thrust of each
제3 단계는 선정된 각 복수의 가상 값들의 조합하여 복수의 연산 값을 연산하는 단계로, 각 가상 값들의 조합에 의해 발생가능한 선박(10)의 힘과 모멘트를 연산으로 추정한다. 여기서 연산 값은 각 추진기(20)의 어느 하나의 가상 값들을 통해 연산되는 선박(10)의 연산 힘과 연산 모멘트를 의미한다.The third step is a step of calculating a plurality of calculation values by combining the plurality of selected virtual values, and calculating the force and moment of the
제4 단계는 연산 값과 최종 값을 가격함수에 대입하여 최적 값을 선택하는 단계로, 구체적으로 가격함수는 연산 힘과 필요 힘의 오차의 제곱 값과 연산 모멘트와 필요 모멘트의 오차의 제곱 값을 변수로 포함하여 그 결과 값이 최소가 되는 가상 값을 최적 값으로 선택한다.The fourth step is to select the optimal value by substituting the calculated value and the final value into the price function. Specifically, the price function is the square value of the error between the calculated force and the required force and the squared value of the error between the calculated moment and the required moment. The virtual value that is included as a variable and has the minimum result value is selected as the optimal value.
다시 말해 본 발명의 선박의 추력 분배 방법은 선박(10)이 현재 위치에서 목표 위치까지 이동하기 위해 실질적으로 필요한 최종 값과 사용자가 채택한 제한 조건 하에서 각 추진기(20)로 발생시킬 수 있는 최적 값의 오차가 최소가 되도록 추력 분배한다.In other words, the thrust distribution method of the ship of the present invention is the final value actually required for the
이때 최적 값은 제한 값 내에서 무작위로 선정되는 가상 값들의 조합에 의해 선택되므로, 일정 제한 조건 하에서 문제를 선형화 또는 볼록함수로 변환하는 과정을 제외하여 다양한 제한 조건을 고려할 수 있어 활용도를 향상시킨다.At this time, the optimal value is selected by a combination of virtual values randomly selected within the limit values, thus improving usability by excluding the process of linearizing or converting the problem into a convex function under certain limiting conditions and considering various limiting conditions.
또한 가격함수 책정시 1차 혹은 2차 항을 반드시 사용할 필요가 없어 보다 실용적인 추력 분배 방법을 제공할 수 있다. 일 예로 추진기(20)의 RPM을 가격함수에 고려하고 싶은 경우 3/2 제곱승의 변수를 포함하여야 하여 종래 추력 분배 방법으로는 적용이 어렵다는 한계가 있었으나, 본 발명의 선박의 추력 분배 방법에서는 그 적용이 가능하다.In addition, there is no need to use the first or second order terms when determining the price function, providing a more practical thrust distribution method. For example, if you want to consider the RPM of the
최적 값이 선택되면 추력분배기(32)는 최적 값들을 각 추진기를 구동하는 구동기(33)로 전달하고, 전달된 각 추진기(20)의 타각 및 추력을 갖도록 구동기(33)는 추진기(20)를 구동시켜 선박을 목표 위치로 이동시킨다.When the optimal value is selected, the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것은 본 발명의 보호범위에 해당한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and any appropriate changes that can be made within the scope of the patent claims are within the scope of protection of the present invention. It applies.
10 선박
20 추진기 30 제어부
31 제어기 32 추력분배기
40 구동기10 ships
20
31
40 actuator
Claims (7)
목표 위치가 입력되고, 현재 위치와의 차이를 측정하여 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 연산하는 제어기와, 각 상기 복수의 추진의 추력 및 타각을 연산하는 추력분배기로 형성되는 제어부;를 포함하고,
상기 추력분배기는
각 상기 추진기의 단위 시간당 최대 추력 변화량, 사용 가능한 최대 추력, 사용 가능한 최소 추력, 단위 시간당 최대 타각 변화량 및 사용 가능한 타각 영역 중 적어도 어느 하나를 제한 값으로 채택하고, 상기 제한 값 내에서 각 상기 추진기의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 무작위로 선정하며, 선정된 상기 가상 값들의 조합에 의해 연산되는 연산 값과 상기 제어기에서 전달되는 최종 값을 비교하여 오차가 최소가 되는 값을 최적 값으로 선택하는 것을 특징으로 하는 복수의 추진기를 구비한 선박.
Multiple thrusters installed at different locations to propel the ship, but with rudder angle limitations; and
A control unit formed by a controller in which the target position is input and the difference from the current position is calculated to calculate the final values of the required force and required moment, and a thrust distributor that calculates the thrust and rudder angle of each of the plurality of propulsions; ,
The thrust distributor is
At least one of the maximum thrust change per unit time, the maximum usable thrust, the minimum usable thrust, the maximum rudder angle change per unit time, and the usable rudder angle area of each of the thrusters is adopted as a limit value, and each of the thrusters within the limit value is selected. A plurality of virtual values of rudder angle and thrust are randomly selected, and the calculated value calculated by the combination of the selected virtual values is compared with the final value transmitted from the controller to select the value with the minimum error as the optimal value. A ship equipped with a plurality of propellers, characterized in that:
상기 최적 값은
상기 연산 값과 상기 최종 값의 오차의 제곱이 값을 변수로 하는 가격함수를 통해 선택되는 것을 특징으로 하는 복수의 추진기를 구비한 선박.
According to paragraph 1,
The optimal value is
A ship equipped with a plurality of propulsors, characterized in that the square of the error between the calculated value and the final value is selected through a price function with the value as a variable.
목표 위치를 입력받는 단계;
상기 목표 위치와 현재 위치의 차이를 측정하여 필요 힘과 필요 모멘트의 최종 값을 구하는 단계;
각 상기 추진기의 타각 및 추력의 복수의 가상 값들을 선정한 후 그 중 최적 값을 선택하는 단계; 및
선택된 상기 최적 값을 각 상기 추진기를 구동하는 구동기로 전달하는 단계;를 포함하고,
상기 최적 값을 선택하는 단계는
각 상기 추진기의 단위 시간당 최대 추력 변화량, 사용 가능한 최대 추력, 사용 가능한 최소 추력, 단위 시간당 최대 타각 변화량 및 사용 가능한 타각 영역 중 적어도 어느 하나를 제한 값으로 채택하는 제1단계;
상기 제한 값의 범위 내에서 상기 가상 값들을 무작위로 선정하는 제2 단계;
선정된 각 상기 추진기의 복수의 가상 값들을 조합하여 복수의 연산 힘과 연산 모멘트를 연산하는 제3 단계
상기 연산 힘과 상기 연산 모멘트 및 상기 필요 힘과 상기 필요 모멘트를 가격함수에 대입하여 그 결과 값이 최소가 되는 상기 가상 값을 상기 최적 값으로 선택하는 제4 단계;로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 추력 분배 방법.
In a method of distributing thrust for a ship driven by a plurality of thrusters,
Receiving a target location as input;
calculating the final values of the required force and required moment by measuring the difference between the target position and the current position;
selecting a plurality of virtual values of the rudder angle and thrust of each of the thrusters and then selecting an optimal value among them; and
A step of transmitting the selected optimal value to an actuator that drives each of the propellers,
The step of selecting the optimal value is
A first step of adopting at least one of the maximum thrust change per unit time, the maximum usable thrust, the minimum usable thrust, the maximum rudder angle change per unit time, and the usable rudder angle area of each of the thrusters as a limit value;
a second step of randomly selecting the virtual values within the range of the limit values;
A third step of calculating a plurality of calculated forces and calculated moments by combining a plurality of virtual values of each selected propeller.
A fourth step of substituting the calculated force, the calculated moment, the necessary force, and the necessary moment into a price function and selecting the virtual value with the minimum result as the optimal value. Thrust distribution method.
상기 가격함수는
상기 연산 힘과 상기 필요 힘의 오차의 제곱 값과 상기 연산 모멘트와 상기 필요 모멘트의 오차의 제곱 값을 변수로 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 추력 분배 방법.According to clause 4,
The price function is
A thrust distribution method for a ship, characterized in that it includes the square value of the error between the calculated force and the required force and the squared value of the error between the calculated moment and the required moment as variables.
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