JP5210975B2 - Ship propulsion control device - Google Patents
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Description
本発明は、船舶推進用のプロペラの回転数をプロペラに加わる外乱に応じて制御するようにした船舶の推進制御装置に関する。 The present invention relates to a marine vessel propulsion control apparatus that controls the rotational speed of a propeller for marine vessel propulsion according to a disturbance applied to the propeller.
プロペラの推力により水上を航行する船舶の動力源としては、内燃機関や電動モータが使用されている。プロペラの回転数は、航行状況に応じた所定の回転数となるように、乗員により設定されている。航行時に波浪や潮流の変化によってプロペラに外乱が加わり、プロペラの回転数が変動すると、設定された回転数となるように駆動源の回転数は推進制御装置により自動的に制御される。例えば、内燃機関を駆動源とする船舶用の推進装置においては、内燃機関への燃料供給量をガバナーにより制御することにより、内燃機関の出力軸の回転数を一定に制御するようにしている。 An internal combustion engine or an electric motor is used as a power source of a ship that navigates on the water by a propeller thrust. The number of revolutions of the propeller is set by the occupant so as to be a predetermined number of revolutions according to the navigation situation. When a disturbance is applied to the propeller due to changes in waves and tidal currents during navigation, and the rotation speed of the propeller fluctuates, the rotation speed of the drive source is automatically controlled by the propulsion control device so that the set rotation speed is obtained. For example, in a marine propulsion device using an internal combustion engine as a drive source, the number of revolutions of the output shaft of the internal combustion engine is controlled to be constant by controlling the amount of fuel supplied to the internal combustion engine by a governor.
特許文献1には、内燃機関の出力軸の実回転数と指令回転数との偏差に応じて内燃機関に対して供給される燃料供給量を制御するようにした舶用電子ガバナーの負荷変動制御器が記載されている。この制御器においては、外乱により出力軸の回転数の変動が予測されたときには回転数のフィードバック制御のPIDパラメータを変更するようにしている。また、特許文献2には、船舶用の内燃機関の出力軸の実回転数と指令回転数との偏差に応じて内燃機関への燃料供給量を制御するようした回転数制御装置において、内燃機関の実回転数として平均回転数を演算するようにしたものが記載されている。
従来は、上述のように、船舶航行時の内燃機関の出力軸の回転数を、船舶航行速度に応じたプロペラ回転数となるように設定するようにしており、潮流や波動によりプロペラに外乱が加わって出力軸の回転数が変動した場合には、設定回転数となるように出力軸の回転数を制御するようにしている。プロペラは船舶航行時の出力軸の回転数が計画回転数の場合に、プロペラ効率が最適値となるように設定されるため、外乱によりプロペラ回転数が変動すると、プロペラ回転数はプロペラ効率が最適値から離れた回転数で駆動されることになる。 Conventionally, as described above, the rotational speed of the output shaft of the internal combustion engine during ship navigation is set to be the propeller rotational speed according to the ship navigation speed, and there is disturbance to the propeller due to tidal currents and waves. In addition, when the rotational speed of the output shaft fluctuates, the rotational speed of the output shaft is controlled so as to become the set rotational speed. The propeller is set so that the propeller efficiency becomes the optimal value when the output shaft speed when navigating the ship is the planned speed. Therefore, if the propeller speed fluctuates due to disturbance, the propeller speed is optimal. It will be driven at the number of revolutions away from the value.
波動によってプロペラに絶えず外乱が加わった状態で船舶が航行する場合には、従来のように、出力軸の回転数が常に一定となるように制御すると、プロペラ効率が低い状態で航行されることになり、内燃機関を駆動源とする場合には燃費を低減することができず、船舶航行のエネルギー効率が低下することになる。駆動源として電動モータを使用する場合にも、船舶航行のエネルギー効率が低下することになる。 When a ship navigates in a state where disturbances are constantly applied to the propeller due to waves, if the speed of the output shaft is controlled to be constant as in the past, the propeller efficiency will be low. Therefore, when the internal combustion engine is used as a drive source, the fuel efficiency cannot be reduced, and the energy efficiency of ship navigation is lowered. Even when an electric motor is used as a drive source, the energy efficiency of vessel navigation is reduced.
本発明の目的は、船舶航行の駆動源のエネルギー効率を高めることにある。 An object of the present invention is to increase the energy efficiency of a driving source for ship navigation.
本発明の船舶の推進制御装置は、船舶を推進するプロペラを回転駆動する駆動源の出力軸の回転数を制御する船舶の推進制御装置であって、前記プロペラを一定回転数に制御する一定回転数制御モードと、プロペラ効率を基準として前記プロペラの回転数を制御する回転数変更制御モードとの何れかを設定する制御モード設定手段と、前記一定回転数制御モードにおける前記出力軸の設定回転数を入力する回転数入力手段と、前記出力軸の実際の回転数を検出する回転数検出手段と、前記プロペラへの流場の水の流入速度であるプロペラ流入速度を算出する流入速度算出手段と、前記プロペラの単独効率特性のデータが格納されるプロペラ効率特性データ格納手段と、前記出力軸の回転数および前記プロペラ流入速度により求められた実際のプロペラ効率と設定プロペラ効率とを比較して前記プロペラ流入速度のもとで前記設定プロペラ効率に対応した前記出力軸の目標回転数を算出する回転数算出手段と、前記一定回転数制御モードが設定されたときには、前記実際の回転数と設定回転数とを比較して前記出力軸の回転数を前記設定回転数に制御するとともに、前記回転数変更制御モードが設定されたときには、前記回転数算出手段により算出された目標回転数に前記駆動源の前記出力軸の回転数を制御する回転数制御手段とを有することを特徴とする。
The marine vessel propulsion control device of the present invention is a marine vessel propulsion control device that controls the rotational speed of the output shaft of a drive source that rotationally drives a propeller that propels the marine vessel, and that controls the propeller to a constant rotational frequency. A control mode setting means for setting any of a number control mode and a rotation speed change control mode for controlling the rotation speed of the propeller based on propeller efficiency; and a set rotation speed of the output shaft in the constant rotation speed control mode , A rotation speed input means for detecting the actual rotation speed of the output shaft, and an inflow speed calculation means for calculating a propeller inflow speed that is an inflow speed of water in the flow field to the propeller. A propeller efficiency characteristic data storage means for storing data on the single efficiency characteristic of the propeller, and an actual speed obtained from the rotation speed of the output shaft and the propeller inflow speed. And speed calculating means for calculating a by comparing the propeller efficiency and setting propeller efficiency target rotation speed of the output shaft corresponding to the setting propeller efficiency under the propeller inflow velocity, the constant speed control mode is set When the engine speed is set, the actual rotational speed and the set rotational speed are compared to control the rotational speed of the output shaft to the set rotational speed, and when the rotational speed change control mode is set, the rotational speed calculation is performed. And a rotational speed control means for controlling the rotational speed of the output shaft of the drive source to the target rotational speed calculated by the means.
本発明の船舶の推進制御装置は、前記出力軸の回転数の基準回転数を入力する回転数入力手段を有し、前記回転数変更制御モードにおける前記出力軸の回転数が前記基準回転数に対して所定の偏差を超えたときには、前記出力軸の回転数を前記基準回転数に設定することを特徴とする。本発明の船舶の推進制御装置は、前記出力軸の軸トルクを検出するトルク検出手段と、前記軸トルクと前記回転数とに基づいてトルク係数を算出するトルク係数算出手段と、前記プロペラ流入速度および前記回転数により求められる前進係数に対する前記トルク係数特性データが格納されるトルク係数特性データ格納手段と、前記トルク係数算出手段により求められるトルク係数と前記トルク係数特性データとに基づいて前進係数を算出する前進係数算出手段と、前記前進係数と前記出力軸の回転数に基づいてプロペラ流入速度を算出するプロペラ流入速度算出手段とを有することを特徴とする。本発明の船舶の推進制御装置は、前記出力軸に軸方向に加わるスラストを検出するスラスト検出手段と、前記スラストと前記回転数とに基づいてスラスト係数を算出するスラスト係数算出手段と、前記プロペラ流入速度および前記回転数により求められる前進係数に対する前記スラスト係数データが格納されるスラスト係数特性データ格納手段と、前記スラスト係数算出手段により求められるスラスト係数と前記スラスト係数特性データとに基づいて前進係数を算出する前進係数算出手段と、前記前進係数と前記出力軸の回転数に基づいてプロペラ流入速度を算出するプロペラ流入速度算出手段とを有することを特徴とする。 The ship propulsion control device of the present invention has a rotation speed input means for inputting a reference rotation speed of the output shaft, and the rotation speed of the output shaft in the rotation speed change control mode is set to the reference rotation speed. On the other hand, when a predetermined deviation is exceeded, the rotation speed of the output shaft is set to the reference rotation speed. The ship propulsion control device according to the present invention includes a torque detection unit that detects a shaft torque of the output shaft, a torque coefficient calculation unit that calculates a torque coefficient based on the shaft torque and the rotation speed, and the propeller inflow speed. And a torque coefficient characteristic data storage means for storing the torque coefficient characteristic data for the forward coefficient obtained from the rotational speed, and a forward coefficient based on the torque coefficient obtained by the torque coefficient calculation means and the torque coefficient characteristic data. It has a forward coefficient calculating means for calculating, and a propeller inflow speed calculating means for calculating a propeller inflow speed based on the forward coefficient and the rotation speed of the output shaft. The marine vessel propulsion control device according to the present invention includes a thrust detection unit that detects a thrust applied to the output shaft in an axial direction, a thrust coefficient calculation unit that calculates a thrust coefficient based on the thrust and the rotation speed, and the propeller A thrust coefficient characteristic data storage means for storing the thrust coefficient data for a forward coefficient obtained from the inflow speed and the rotational speed, and a forward coefficient based on the thrust coefficient obtained by the thrust coefficient calculation means and the thrust coefficient characteristic data a forward coefficient calculating means for calculating a, you; and a propeller inflow velocity calculation means for calculating a propeller inflow velocity based on the rotation speed of the output shaft and the forward coefficient.
本発明によれば、プロペラに向かう流場のプロペラ流入速度に応じて、プロペラ効率が設定効率となるようにプロペラの回転数を制御するので、プロペラ効率を高効率に維持することができると同時に、プロペラを駆動するための駆動源として内燃機関を用いる場合には回転数の安定化によりエネルギー効率を高めることができる。双方の効果によりエネルギー効率の高い運転が可能となる。プロペラ流入速度は、流速測定器により直接求める方式と、トルク係数に基づいて前進係数を求めて前進係数と回転数とにより算出する方式と、スラスト係数に基づいて前進係数を求めて前進係数と回転数とにより算出する方式とのいずれでも求められる。 According to the present invention, the rotation speed of the propeller is controlled so that the propeller efficiency becomes the set efficiency in accordance with the propeller inflow speed of the flow field toward the propeller, so that the propeller efficiency can be maintained at a high efficiency. When an internal combustion engine is used as a drive source for driving the propeller, energy efficiency can be improved by stabilizing the rotational speed. Both effects enable energy efficient operation. Propeller inflow speed is obtained directly from the flow velocity measuring device, a forward coefficient is calculated based on the torque coefficient and calculated based on the forward coefficient and the rotational speed, and a forward coefficient is calculated based on the thrust coefficient. It can be obtained by any of the method of calculating by the number.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1に示されるように、船舶に搭載される駆動源10としての主機つまり内燃機関の出力軸11はプロペラ12に連結されるようになっている。プロペラ12は駆動源10により回転駆動され、船舶はプロペラ12の回転により推力を受けて航行することになる。出力軸11の回転数を検出するための回転数検出手段としての回転数検出器13と、出力軸11の軸トルクを検出するトルク検出手段としての軸トルク検出器14とが船舶に設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a main engine as a
回転数検出器13としては、出力軸11の外周面に円周方向にスポット的に1つ設けられた反射部材15に対して光を照射する発光素子と、反射部材15からの反射光を受光する受光素子とを有する形態のものが使用され、出力軸11の1回転当たりの速度から出力軸11の毎秒当たりの回転数n(rps)が検出される。ただし、出力軸11の外周部に光りを遮る突起を設けたり、光を通す孔部や溝部を有する透過光部を設けたりする場合には、回転数検出器13には出力軸11に対して平行に光を照射する発光素子と受光素子とが設けられることになる。さらに、回転数検出器13としては、出力軸11の外周面に設けられたマグネットの磁気に感応する磁気センサを有する形態のものを使用することができる。また、駆動源としての内燃機関のクランク軸の回転数を検出するクランク角センサからの信号に基づいて出力軸11の回転数を検出するようにしても良い。
As the
軸トルク検出器14としては、出力軸11に設けられた歪みゲージ16からの無線信号を受信して軸トルクQを求めるようにした形態のものが使用される。ただし、光学式の軸トルク測定器などの他の形態のものを使用するようにしても良い。動力源として内燃機関が使用される場合には、内燃機関はピストン毎の燃焼時の衝撃やプロペラ毎の流体変動により出力軸11が振動するので、軸トルクは出力軸11が1回転する間に変動することになるが、これらに起因したピーク値を出力軸11の1回転周期毎のトルク値を平均化することによってキャンセルすることができる。いずれの形態の軸トルク検出器14が使用されても、出力軸11が1回転毎に1回転するまでに送られたトルク値を平均化するフィルタ部が軸トルク検出器14に設けられている。
As the
推進制御装置は船舶航行時にプロペラ12を一定の回転数で駆動する一定回転数制御モードと回転数をプロペラ効率に応じて回転数を変化させる回転数変更制御モードとを有している。出力軸11の回転数は、駆動源10に回転数制御部17から制御信号を送ることにより制御されるようになっており、駆動源10として内燃機関が使用される場合には、回転数制御部17からの信号により燃料噴射量が制御される。一方、駆動源10として電動モータが使用される場合には、インバータを有するモータ回転数制御装置に回転数制御部17からの信号が送られることになる。
The propulsion control device has a constant rotation speed control mode for driving the
船舶の操縦室には回転数入力手段としての操縦ハンドル18と、制御モード設定手段としての制御モード切換ハンドル19とが設けられている。出力軸11を一定回転数制御モードで航行させるときには、操縦ハンドル18を操作することにより出力軸11の回転数が乗員により設定される。一方、乗員が制御モード切換ハンドル19を操作することにより、一定回転数制御モードと回転数変更制御モードとの何れかに切り換えられる。
The ship's cockpit is provided with a
一定回転数制御モードが設定されたときには、出力軸11の回転数は、回転数検出器13により検出された実際の回転数n1と設定回転数つまり目標回転数ntとを比較して回転数n1が目標回転数ntとなるように出力軸11の回転数nがフィードバック制御される。これに対し、回転数変更モードが設定されると、プロペラ効率を基準としてプロペラ12の回転数が制御される。
When the constant rotation speed control mode is set, the rotation speed of the
プロペラ12は例えば4枚のプロペラ翼を有しており、図2に示すように、1枚のプロペラ面への流場の水の平均流速であるプロペラ流入速度をVaとし、プロペラ平均速度をVとすると、プロペラ流入速度Vaとプロペラ平均速度Vとの合成方向のアタック角度はθとなる。プロペラ12の直径をDとし、プロペラ12の毎秒回転数をnとすると、VaとnDの比は、プロペラ性能を示す指標としての前進係数Jとなる。つまり、前進係数Jは、以下の式により表される無次元値となる。
J=Va/(nD)…(1)
The
J = Va / (nD) (1)
プロペラ性能を示す他の指標としては、出力軸11の軸トルクQとプロペラ12の回転数nとを変数とするトルク係数Kqがある。トルク係数Kqは以下の式により表される無次元値となり、出力軸11の軸トルクQと回転数nを検出することによりトルク係数Kqを算出することができる。
Kq=Q/(ρn2D5)…(2) ただし、この式(2)においてρは水の粘度を示す。
As another index indicating the propeller performance, there is a torque coefficient Kq with the shaft torque Q of the
Kq = Q / (ρn 2 D 5 ) (2) In this formula (2), ρ represents the viscosity of water.
このトルク係数Kqは、前進係数Jに対して、図3に示すトルク係数特性線図に示すように一定の対応関係がある。したがって、出力軸11の実際の軸トルクQ1と回転数n1の値が求められれば、上記式(2)によりトルク係数Kq1が求められ、図3のトルク係数特性線図に示すようにトルク係数Kq1に対応する実際の前進係数J1が求められる。前進係数J1が求められると、前進係数J1と回転数n1とに基づいて上記式(1)によりプロペラ流入速度Va1が求められる。
The torque coefficient Kq has a certain correspondence with the forward coefficient J as shown in the torque coefficient characteristic diagram shown in FIG. Therefore, if the values of the actual shaft torque Q 1 and the rotational speed n 1 of the
プロペラ流入速度Vaを変数とする前進係数Jと、プロペラ12の単独効率ηとには、図4に示すプロペラ効率特性線図で示す対応関係がある。これにより、図4に示されるように、前進係数Jが求められると、その前進係数Jのときのプロペラ12の単独効率ηが求められる。さらに、所定のプロペラ効率ηとなる前進係数Jの値は、図4に示すプロペラ効率特性線図に示されるように求められる。例えば、図4においては、プロペラ単独効率ηの最大効率をηaとし、最大効率ηaとなるときの前進係数Jの値をJaとして示し、単独効率ηの最大効率範囲をηbとし、最大効率範囲ηbとなるときの前進係数Jの範囲をJbとして示されている。
The forward coefficient J having the propeller inflow velocity Va as a variable and the single efficiency η of the
したがって、プロペラ流入速度Va1が求められると、プロペラ12を最大効率ηaで駆動する場合には、プロペラ流入速度Va1に対応する前進係数Jaの値に基づいて式(1)により出力軸11の目標回転数ntを求めることができる。同様に、プロペラ12を最大効率範囲ηbの範囲で駆動する場合には、プロペラ流入速度Va1に対応する前進係数Jbの範囲となる目標回転数ntの範囲を求めることができる。
Accordingly, when the propeller inflow speed Va 1 is obtained, when the
回転数検出器13の検出信号と軸トルク検出器14の検出信号は、それぞれコントローラ20に送られるようになっている。コントローラ20は、制御信号を演算するマイクロプロセッサMPUと、制御プログラム、演算式およびマップデータなどが格納されるROMと、一時的にデータを格納するRAM等を有している。図1においては、コントローラ20の有する機能構成がブロックとして示されている。
The detection signal of the
コントローラ20は、出力軸11の回転数を制御する回転数制御部17に対して回転数の指令値を算出する回転数算出部21を有しており、上述した制御モード切換ハンドル19の操作により出力軸11を一定回転制御モードで航行させるときには、上述のように、回転数算出部21により回転数n1と目標回転数ntとを比較して回転数n1が目標回転数ntとなるように出力軸11の回転数がフィードバック制御される。
The
コントローラ20は、回転数検出器13と軸トルク検出器14からの信号に基づいてトルク係数Kqを算出するトルク係数算出部22を有している。このトルク係数算出部22により、プロペラ12の回転数n1に対応する信号と、軸トルクQ1に対応する信号とに基づいて上記式(2)によりトルク係数Kq1の値が算出される。コントローラ20には、図1に示すようにトルク係数特性データ格納部23が設けられており、このトルク係数特性データ格納部23には、図3に示すように、前進係数Jに対応するトルク係数Kqの値つまりトルク係数特性のデータが格納されている。図3に示すトルク係数特性のデータは、マップデータの形態または演算式の形態として図1に示すトルク係数特性データ格納部23に格納されている。
The
トルク係数算出部22からは前進係数算出部24に信号が送られるとともに、トルク係数特性データ格納部23から信号が送られるようになっている。前進係数算出部24は、トルク係数特性データを読み出してトルク係数算出部22により算出されたトルク係数Kq1に基づいて前進係数J1を算出する。算出された前進係数J1の信号はプロペラ流入速度算出部25に送られ、プロペラ流入速度算出部25はトルク係数Kq1と回転数n1とにより上記式(1)に基づいてプロペラ流入速度Va1を算出する。
A signal is sent from the torque
コントローラ20にはプロペラ効率特性データ格納部26が設けられている。このプロペラ効率特性データ格納部26には、図4に示すプロペラ効率特性線図に対応するデータがマップデータの形態または演算式の形態として格納されている。
The
回転数算出部21には、プロペラ効率設定ハンドル27からの入力信号が送られるようになっており、乗員はプロペラ効率設定ハンドル27を操作することにより、回転数変更制御モードで出力軸11を回転制御する際には、設定プロペラ効率ηの値が入力される。例えば、プロペラ12を最大効率ηaで駆動する場合には、プロペラ効率設定ハンドル27の操作により最大効率ηaが設定され、同様に、プロペラ12を最大効率範囲ηbの範囲で駆動する場合には、最大効率範囲ηbが設定される。ただし、回転数変更制御モードのもとでは、例えば、プロペラ12を最大効率ηaでのみ駆動するか、あるいは最大効率範囲ηbの範囲でのみ駆動するのであれば、予め設定プロペラ効率をメモリに格納しておくようにすれば、プロペラ効率設定ハンドル27は不要である。
An input signal from the propeller
回転数算出部21は、設定プロペラ効率に対応した前進係数Jの値とプロペラ流入速度Va1とに基づいて式(1)により目標回転数ntを算出する。
The rotation
算出された目標回転数ntの値は回転数制御部17に送られて、駆動源10の出力軸11の回転数が設定プロペラ効率ηに基づいて制御される。上述のように駆動源10が内燃機関であれば、回転数制御部17からの信号により燃料噴射量が制御される。一方、駆動源10が電動モータであれば、回転数制御部17からはモータ回転数制御装置に制御信号が送られる。
The value of the calculated target rotational speed n t is sent to the
次に、図5に示すフローチャートを参照しつつ、船舶の推進制御装置における制御手順について説明する。 Next, a control procedure in the marine vessel propulsion control apparatus will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
船舶が出港地を離れるときや寄港地に近づくときには、通常、出力軸11は一定回転数制御モードで制御される。そのときの回転数は操縦ハンドル18を乗員が操作することにより設定され、設定された回転数の信号は回転数算出部21に指令信号として送られる。これにより、出力軸11は一定回転数制御モードで制御される。船舶が定常航行状態となった場合等のように、回転数変更モードにより航行する場合には、乗員が制御モード切換ハンドル19を操作することにより、制御モードが一定回転数制御モードから回転数変更制御モードつまり回転数制御モードに切り換えられる。制御モードが回転数制御モードに切り換えられたことがステップS1において判定されると、ステップS2において出力軸11の軸トルクQ1が検出され、ステップS3において出力軸11の毎秒当たりの回転数n1が検出される。軸トルクQ1と回転数n1とに基づいてトルク係数算出部22は式(2)によりトルク係数Kq1を算出する(ステップS4)。次いで、ステップS5においては、トルク係数特性データを読み出してトルク係数Kq1に対応する前進係数J1を算出し、前進係数J1に基づいてステップS6においてプロペラ流入速度Va1を算出する。
When the ship leaves the port of departure or approaches the port of call, the
次いで、ステップS7において、プロペラ12が設定プロペラ効率となる目標前進係数Jtの値を算出し、ステップS8において、式(1)により目標前進係数Jtと、プロペラ流入速度Va1とに基づいて出力軸11の目標回転数ntを算出する。これにより、ステップS9において、回転数算出部21からは回転数制御部17に対して目標回転数ntの信号が送られる。図5に示される回転数変更制御モードは、ステップS10において制御終了が判定されるか、ステップS1において一定回転数制御モードに切り換えられるまで、所定の周期で実行される。
Then, in step S7, it calculates the value of the target forward coefficients J t propeller 12 is set propeller efficiency, in step S8, the target advance coefficient J t by formula (1), on the basis of the propeller inflow speed Va 1 A target rotational speed n t of the
推進制御装置としては、回転数変更制御モードが実行されている際に、出力軸11の回転数の基準回転数を入力する回転数入力手段としての操縦ハンドル18の操作により定常航行時の基準となる一定回転数つまり基準回転数を入力するようにした形態がある。そのような形態においては、基準回転数と回転数変更制御モードにおいて算出された目標回転数ntとの差が所定の偏差Δnを超えたときには、回転数変更制御モードから一定回転数制御モードに自動的に切り換えるようにする。これにより、回転数変更制御モードにおいて航行していたときに万一異常が発生してもそれを回避することができる。
As the propulsion control device, when the rotation speed change control mode is being executed, the reference for steady sailing can be obtained by operating the steering handle 18 as rotation speed input means for inputting the reference rotation speed of the
図6は本発明の他の実施の形態である船舶の推進制御装置を示すブロック図であり、図7はプロペラの前進係数とスラスト係数との関係を示すスラスト係数特性を示す特性線図である。 FIG. 6 is a block diagram showing a marine vessel propulsion control apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a characteristic diagram showing a thrust coefficient characteristic indicating a relationship between a propeller forward coefficient and a thrust coefficient. .
上述した実施の形態においては、出力軸11に加わる軸トルク値に基づいてプロペラ流入速度を算出するようにしているのに対して、図6に示す実施の形態においては、出力軸11に軸方向に加わる負荷つまりスラストの値に基づいてプロペラ流入速度を算出するようにしている。
In the embodiment described above, the propeller inflow speed is calculated based on the value of the shaft torque applied to the
図7に示すように、プロペラ性能を示す他の指標としては、出力軸11のスラストTとプロペラ12の回転数nとを変数とするスラスト係数KTがある。スラスト係数KTは以下の式により表される無次元値となり、出力軸11のスラストTと回転数nを検出することによりスラスト係数KTを算出することができる。
KT=T/(ρn2D4)…(3)
As shown in FIG. 7, as another index indicating the propeller performance, there is a thrust coefficient K T using the thrust T of the
K T = T / (ρn 2 D 4 ) (3)
このスラスト係数KTは、前進係数Jに対して、図7に示すスラスト係数特性線図に示すように、図3に示したトルク係数特性と同様に一定の対応関係がある。したがって、出力軸11の実際のスラストT1と回転数n1の値が求められれば、上記式(3)によりスラスト係数KT1が求められ、図7のスラスト係数特性線図に示すようにスラスト係数KT1に対応する実際の前進係数J1が求められる。前進係数J1が求められると、前進係数J1と回転数n1とに基づいて上記式(1)によりプロペラ流入速度Va1が求められる。
This thrust coefficient KT has a certain correspondence relationship with the forward coefficient J, as shown in the thrust coefficient characteristic diagram shown in FIG. 7, as in the torque coefficient characteristic shown in FIG. Accordingly, when the actual thrust T 1 and the rotational speed n 1 of the
図6に示されるように、出力軸11に加わるスラストTを検出するために、出力軸11にはスラストセンサ30が設けられている。スラストセンサ30はそれぞれ出力軸11の軸線方向に対して傾斜させて出力軸に貼り付けられた複数のストレインゲージ、あるいは軸線方向と円周方向に備えられたストレインゲージの計測値により演算する形態を有しており、検出信号は無線によりスラスト検出器31に送られる。コントローラ20には、スラスト係数算出部32が設けられており、このスラスト係数算出部32には、スラストT1と回転数n1の信号が送られるようになっている。スラスト係数算出部32は、スラストT1に対応する信号と回転数n1に対応する信号とに基づいて上記式(3)によりスラスト係数KT1の値を算出する。
As shown in FIG. 6, a
コントローラ20には、図6に示すようにスラスト係数特性データ格納部33が設けられており、このスラスト係数特性データ格納部33には、図7に示すように、前進係数Jに対応するスラスト係数の値つまりスラスト係数特性データが格納されている。スラスト係数特性のデータは、マップデータの形態または演算式の形態としてスラスト係数特性データ格納部33に格納されている。
The
前進係数算出部24には、スラスト係数算出部32とスラスト係数特性データ格納部33とから信号が送られるようになっている。前進係数算出部24は、スラスト係数特性データを読み出してスラスト係数算出部32により算出されたスラスト係数KT1に基づいて前進係数J1を算出する。算出された前進係数J1の信号はプロペラ流入速度算出部25に送られ、プロペラ流入速度算出部25はスラスト係数KT1と回転数n1とにより上記式(1)に基づいてプロペラ流入速度Va1を算出する。プロペラ流入速度が算出されると、上述した実施の形態と同様にして目標回転数ntが算出される。
Signals are sent from the thrust
上述したように、第1の実施の形態においては、プロペラ流入速度Va1を出力軸11の軸トルクQの値に基づいて検出するようにし、第2の実施の形態においては出力軸11のスラストTの値に基づいて検出するようにしている。軸トルクQの値に基づいてプロペラ流入速度Va1を求める方式においては、出力軸11の軸トルクQ1と回転数n1とによりトルク係数Kq1を算出し、トルク係数特性に基づいて前進係数J1を算出することにより、プロペラ流入速度Va1を算出するようにしている。一方、スラストTの値に基づいてプロペラ流入速度Va1を求める方式においては、出力軸11のスラストT1と回転数n1とによりスラスト係数KT1を算出し、スラスト係数特性に基づいて前進係数J1を算出することにより、プロペラ流入速度Va1を算出するようにしている。
As described above, in the first embodiment, the propeller inflow velocity Va 1 is detected based on the value of the shaft torque Q of the
これに対し、プロペラ流入速度Va1を速度測定器により直接計測するようにしても良い。そのような形態においても、出力軸11の回転数を検出するために回転数検出器13が用いられ、回転数n1とプロペラ流入速度Va1とにより前進係数を算出し、算出された前進係数に対するプロペラ効率特性に基づいて目標回転数ntを算出する。
On the other hand, the propeller inflow speed Va 1 may be directly measured by a speed measuring device. Even in such form, the
軸トルクを検出してプロペラ流入速度を算出する形態と、スラストを検出してプロペラ流入速度を算出する形態と、速度測定器によりプロペラ流入速度を求める形態のいずれにおいても、プロペラに外乱が加わってプロペラ流入速度が変化しても、プロペラ12を設定効率で作動させることができるので、駆動源のエネルギー効率を高めることができる。
Disturbance is applied to the propeller in any of the forms of calculating the propeller inflow speed by detecting the shaft torque, the form of calculating the propeller inflow speed by detecting the thrust, and the form of obtaining the propeller inflow speed by the speed measuring device. Even if the propeller inflow speed changes, the
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
10 駆動源
11 出力軸
12 プロペラ
13 回転数検出器(回転数検出手段)
14 軸トルク検出器(軸トルク検出手段)
17 回転数制御部(回転数制御手段)
18 操縦ハンドル(回転数入力手段)
19 制御モード切換ハンドル(制御モード設定手段)
20 コントローラ
21 回転数算出部(回転数算出手段)
22 トルク係数算出部(トルク係数算出手段)
23 トルク係数特性データ格納部(トルク係数特性データ格納手段)
24 前進係数算出部(前進係数算出手段)
25 プロペラ流入速度算出部(プロペラ流入速度算出手段)
26 プロペラ効率特性データ格納部(プロペラ効率特性データ格納手段)
27 プロペラ効率設定ハンドル(プロペラ効率入力手段)
30 スラストセンサ(スラスト検出手段)
31 スラスト検出器(スラスト検出手段)
32 スラスト係数算出部(スラスト係数算出手段)
33 スラスト係数特性データ格納部(スラスト係数特性データ格納手段)
DESCRIPTION OF
14 Shaft torque detector (shaft torque detector)
17 Rotational speed control unit (Rotational speed control means)
18 Steering handle (speed input means)
19 Control mode switching handle (control mode setting means)
20
22 Torque coefficient calculation unit (torque coefficient calculation means)
23 Torque coefficient characteristic data storage unit (torque coefficient characteristic data storage means)
24 Advance coefficient calculation unit (advance coefficient calculation means)
25 Propeller inflow speed calculation unit (propeller inflow speed calculation means)
26 Propeller efficiency characteristic data storage unit (propeller efficiency characteristic data storage means)
27 Propeller efficiency setting handle (propeller efficiency input means)
30 Thrust sensor (Thrust detection means)
31 Thrust detector (Thrust detection means)
32 Thrust coefficient calculation unit (Thrust coefficient calculation means)
33 Thrust coefficient characteristic data storage unit (thrust coefficient characteristic data storage means)
Claims (4)
前記プロペラを一定回転数に制御する一定回転数制御モードと、プロペラ効率を基準として前記プロペラの回転数を制御する回転数変更制御モードとの何れかを設定する制御モード設定手段と、
前記一定回転数制御モードにおける前記出力軸の設定回転数を入力する回転数入力手段と、
前記出力軸の実際の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記プロペラへの流場の水の流入速度であるプロペラ流入速度を算出する流入速度算出手段と、
前記プロペラの単独効率特性のデータが格納されるプロペラ効率特性データ格納手段と、
前記出力軸の回転数および前記プロペラ流入速度により求められた実際のプロペラ効率と設定プロペラ効率とを比較して前記プロペラ流入速度のもとで前記設定プロペラ効率に対応した前記出力軸の目標回転数を算出する回転数算出手段と、
前記一定回転数制御モードが設定されたときには、前記実際の回転数と設定回転数とを比較して前記出力軸の回転数を前記設定回転数に制御するとともに、前記回転数変更制御モードが設定されたときには、前記回転数算出手段により算出された目標回転数に前記駆動源の前記出力軸の回転数を制御する回転数制御手段とを有することを特徴とする船舶の推進制御装置。 A propulsion control device for a ship that controls the rotational speed of an output shaft of a drive source that rotationally drives a propeller that propels the ship,
Control mode setting means for setting one of a constant rotation speed control mode for controlling the propeller to a constant rotation speed and a rotation speed change control mode for controlling the rotation speed of the propeller based on propeller efficiency;
A rotational speed input means for inputting a set rotational speed of the output shaft in the constant rotational speed control mode;
A rotational speed detection means for detecting an actual rotational speed of the output shaft;
An inflow speed calculating means for calculating a propeller inflow speed which is an inflow speed of water in the flow field to the propeller;
Propeller efficiency characteristic data storage means for storing data of the single efficiency characteristic of the propeller;
The actual propeller efficiency obtained from the rotation speed of the output shaft and the propeller inflow speed is compared with the set propeller efficiency, and the target rotation speed of the output shaft corresponding to the set propeller efficiency under the propeller inflow speed. A rotation speed calculating means for calculating
When the constant rotational speed control mode is set, the actual rotational speed is compared with the set rotational speed to control the rotational speed of the output shaft to the set rotational speed, and the rotational speed change control mode is set. by the time the propulsion control apparatus for a ship, characterized in that it comprises a rotational speed control means for controlling the rotational speed of the output shaft of the driving source to the target rotational speed calculated by the speed calculating means.
前記出力軸の軸トルクを検出するトルク検出手段と、
前記軸トルクと前記回転数とに基づいてトルク係数を算出するトルク係数算出手段と、
前記プロペラ流入速度および前記回転数により求められる前進係数に対する前記トルク係数特性データが格納されるトルク係数特性データ格納手段と、
前記トルク係数算出手段により求められるトルク係数と前記トルク係数特性データとに基づいて前進係数を算出する前進係数算出手段と、
前記前進係数と前記出力軸の回転数に基づいてプロペラ流入速度を算出するプロペラ流入速度算出手段とを有することを特徴とする船舶の推進制御装置。 In the ship propulsion control device according to claim 1 or 2 ,
Torque detecting means for detecting a shaft torque of the output shaft;
Torque coefficient calculating means for calculating a torque coefficient based on the shaft torque and the rotational speed;
Torque coefficient characteristic data storage means for storing the torque coefficient characteristic data for the forward coefficient determined by the propeller inflow speed and the rotation speed;
Forward coefficient calculating means for calculating a forward coefficient based on the torque coefficient obtained by the torque coefficient calculating means and the torque coefficient characteristic data;
A propulsion inflow control device for a ship, comprising propeller inflow speed calculating means for calculating a propeller inflow speed based on the forward coefficient and the rotational speed of the output shaft.
前記出力軸に軸方向に加わるスラストを検出するスラスト検出手段と、
前記スラストと前記回転数とに基づいてスラスト係数を算出するスラスト係数算出手段と、
前記プロペラ流入速度および前記回転数により求められる前進係数に対する前記スラスト係数データが格納されるスラスト係数特性データ格納手段と、
前記スラスト係数算出手段により求められるスラスト係数と前記スラスト係数特性データとに基づいて前進係数を算出する前進係数算出手段と、
前記前進係数と前記出力軸の回転数に基づいてプロペラ流入速度を算出するプロペラ流入速度算出手段とを有することを特徴とする船舶の推進制御装置。
In the ship propulsion control device according to claim 1 or 2 ,
Thrust detecting means for detecting axially applied thrust to the output shaft;
Thrust coefficient calculating means for calculating a thrust coefficient based on the thrust and the rotational speed;
Thrust coefficient characteristic data storage means for storing the thrust coefficient data for the forward coefficient determined by the propeller inflow speed and the rotational speed;
Forward coefficient calculating means for calculating a forward coefficient based on the thrust coefficient obtained by the thrust coefficient calculating means and the thrust coefficient characteristic data;
A propulsion inflow control device for a ship, comprising propeller inflow speed calculating means for calculating a propeller inflow speed based on the forward coefficient and the rotational speed of the output shaft.
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