可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法
【課題】運転モードの切替をより安全に行い得る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法を提供する。
【解決手段】可変ピッチプロペラ５のピッチが可変の機動性モードと、可変ピッチプロペラ５の回転速度が可変の静粛・安全モードと、を持ち、目標値設定手段１１により、各モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定して、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、モード切替制御手段１３により、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にする。
【解決手段】可変ピッチプロペラ５のピッチが可変の機動性モードと、可変ピッチプロペラ５の回転速度が可変の静粛・安全モードと、を持ち、目標値設定手段１１により、各モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定して、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、モード切替制御手段１３により、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法に係り、特に、運転モードの切替をより安全に行い得る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶の推進方法には、プロペラピッチを前進から後進まで自由に変えることができる機構を持った可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ：Controllable Pitch Propeller）装置を利用したものがある。この可変ピッチプロペラを装備した船舶の場合、主機および可変ピッチプロペラの運転は、基本的に、下記の方法で行われている。すなわち、（１）可変ピッチプロペラのピッチを一定にして、主機の回転速度を変更する方法、（２）主機の回転速度を一定にして、可変ピッチプロペラのピッチを変更する方法、（３）主機の回転速度および可変ピッチプロペラのピッチの両方を変更する方法、の３通りである。
【０００３】
例えば、特表２００７−５０９７９２号公報に開示の「制御可能なピッチ航海用プロペラのための制御方法および制御システム」では、運転モードとして、可変ピッチプロペラ（主機）の回転速度を低速（約３０％）に保持しつつ可変ピッチプロペラのピッチを変更することにより変速する操縦モード、並びに、可変ピッチプロペラの回転速度を最大まで使用するクルーズモードを持ち、必要に応じてこれら運転モードを切り替えて運用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５０９７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術においては、操縦モードでは可変ピッチプロペラの回転速度を低速に保持することから、該操縦モードを運用可能な船速が低速に限られるという事情があった。
【０００６】
また、モード切替時には、可変ピッチプロペラの回転速度を予め定められた回転速度に設定して、可変ピッチプロペラのピッチを船速に基づくピッチに設定するため、一時的に船速が増速または減速してしまうという事情もあった。
【０００７】
例えば、図９に示す特性図上で、船速がＶ１１であるときに、回転速度を一定に保持（目標値曲線６２）しつつピッチを可変（目標値曲線６１）とする操縦モードから、ピッチを一定に保持（目標値曲線６３）しつつ回転速度を可変（目標値曲線６４）とするクルーズモードに運転モードを切り替える場合について考えてみる。
【０００８】
まず、回転速度を所定の回転速度（目標値曲線６４上の船速Ｖ１１の位置ｎ１３に相当する回転速度）に設定することから、この回転速度の増加により船は加速されて、操縦モードの第１の状態（ピッチが目標値曲線６１上の船速Ｖ１１の位置ｐ１１にあって、回転速度が目標値曲線６２上の船速Ｖ１１の位置ｎ１１にある状態）から、船速がＶ１２の第２の状態（ピッチが位置ｐ１２にあって、回転速度が位置ｎ１２にある状態）に推移することになる。そして、ピッチを船速Ｖ１１に基づくピッチ（目標値曲線６３上の船速Ｖ１１の位置ｐ１３に相当するピッチ）に設定することにより、第２の状態からクルーズモードの第３の状態（ピッチが目標値曲線６３上の船速Ｖ１１の位置ｐ１３にあって、回転速度が目標値曲線６４上の船速Ｖ１１の位置ｎ１３にある状態）に推移する。このような状態推移の結果、加速前進中の運転モードの切替によって一時的に船速が増速してしまうこととなる。
【０００９】
このようなモード切替時の一時的な増速または減速は、運転者にとって想定外のものであり、事故等の要因となる恐れもあり、安全上の問題となる。
【００１０】
また他方で、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避したいという要望もあった。
【００１１】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、運転モードの切替をより安全に行い得る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法を提供することを目的としている。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避可能な可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置は、可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定手段と、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、前記主機出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にするモード切替制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、運転モードの切替時に、主機出力を切替後の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にし、それに伴ってプロペラの回転速度を切替後の運転モードにおける目標値に推移させるので、プロペラのピッチ変化によっても船速は殆ど変化せず、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができ、結果として運転モードの切替をより安全に行うことができる。また、安全な運転モード切替により、ピッチ可変の第１の運転モードの運用を、船速が低速である場合に限定することなく、低速域から高速域まで広範囲に可能とすることができる。
【００１５】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置において、当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出する船速検出手段と、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、を有し、前記モード切替制御手段は、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、実測した船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、船速を確実に目標値にすることができる。
【００１７】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置において、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、を有し、前記モード切替制御手段は、前記プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、前記プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、プロペラのピッチ変化により、プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、プロペラの回転速度を確実に目標値にすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置は、可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定手段と、前記プロペラの回転速度のスキップ範囲を設定するスキップ範囲設定手段と、前記スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第１ピッチ変化量を設定するピッチ変化量設定手段と、前記第２の運転モードによる加速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、前記主機出力を第１の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第１ピッチ変化量分変化させて、前記第１の運転モードに移行し、前記プロペラのピッチが前記第２の運転モードにおける目標値に達したときに、前記第２の運転モードに移行するモード切替制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、第２の運転モードによる加速中にプロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、主機出力を第１の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを第１ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えてプロペラの回転速度をスキップ範囲の上端に推移させることができ、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置において、前記ピッチ変化量設定手段は、前記スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第２ピッチ変化量を設定し、前記モード切替制御手段は、前記第２の運転モードによる減速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに前記第１の運転モードに移行し、該第１の運転モードにおける前記プロペラのピッチ変化量が前記第２ピッチ変化量に達したときに、前記主機出力を第２の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第２ピッチ変化量分変化させ、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、第２の運転モードによる減速中にプロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに第１の運転モードに移行して、該第１の運転モードにおけるプロペラのピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機出力を第１の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを第２ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えてプロペラの回転速度をスキップ範囲の下端に推移させることができ、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置において、前記スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する継続時間推定手段を有し、前記モード切替制御手段は、前記第１の運転モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、前記第２の運転モードへの移行が完了していない場合には、該第２の運転モードに戻すことを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、運転モードの切替が滞った場合であっても確実に運転モードを移行させて、より安全な推進制御を行うことができると共に、船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避する手順をプログラム化することができ、自動運転プログラムに取り入れることができる。
【００２５】
本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法は、可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定ステップと、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、前記主機出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にするモード切替制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、運転モードの切替時に、主機出力を切替後の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にし、それに伴ってプロペラの回転速度を切替後の運転モードにおける目標値に推移させるので、プロペラのピッチ変化によっても船速は殆ど変化せず、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができ、結果として運転モードの切替をより安全に行うことができる。また、安全な運転モード切替により、ピッチ可変の第１の運転モードの運用を、船速が低速である場合に限定することなく、低速域から高速域まで広範囲に可能とすることができる。
【００２７】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出する船速検出手段と、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、を有する上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記モード切替制御ステップは、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、実測した船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、船速を確実に目標値にすることができる。
【００２９】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、を有する上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記モード切替制御ステップは、前記プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、前記プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、プロペラのピッチ変化により、プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、プロペラの回転速度を確実に目標値にすることができる。
【００３１】
また、本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法は、可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持ち、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段を備えた可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定ステップと、前記プロペラの回転速度のスキップ範囲を設定するスキップ範囲設定ステップと、前記スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第１ピッチ変化量を設定するピッチ変化量設定ステップと、前記第２の運転モードによる加速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、前記主機出力を第１の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第１ピッチ変化量分変化させて、前記第１の運転モードに移行し、前記プロペラのピッチが前記第２の運転モードにおける目標値に達したときに、前記第２の運転モードに移行するモード切替制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、第２の運転モードによる加速中にプロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、主機出力を第１の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを第１ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えてプロペラの回転速度をスキップ範囲の上端に推移させることができ、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記ピッチ変化量設定ステップは、前記スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第２ピッチ変化量を設定し、前記モード切替制御ステップは、前記第２の運転モードによる減速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに前記第１の運転モードに移行し、該第１の運転モードにおける前記プロペラのピッチ変化量が前記第２ピッチ変化量に達したときに、前記主機出力を第２の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第２ピッチ変化量分変化させ、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする。
【００３４】
本発明によれば、第２の運転モードによる減速中にプロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに第１の運転モードに移行して、該第１の運転モードにおけるプロペラのピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機出力を第１の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを第２ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えてプロペラの回転速度をスキップ範囲の下端に推移させることができ、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００３５】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する継続時間推定ステップを有し、前記モード切替制御ステップは、前記第１の運転モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、前記第２の運転モードへの移行が完了していない場合には、該第２の運転モードに戻すことを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、運転モードの切替が滞った場合であっても確実に運転モードを移行させて、より安全な推進制御を行うことができると共に、船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避する手順をプログラム化することができ、自動運転プログラムに取り入れることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、運転モードの切替時に、主機出力を切替後の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にし、それに伴ってプロペラの回転速度を切替後の運転モードにおける目標値に推移させるので、プロペラのピッチ変化によっても船速は殆ど変化せず、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができ、結果として運転モードの切替をより安全に行うことができる。また、安全な運転モード切替により、ピッチ可変の第１の運転モードの運用を、船速が低速である場合に限定することなく、低速域から高速域まで広範囲に可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法を説明するフローチャートである。
【図３】機動性モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図である。
【図４】静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図（軸回転の停止・逆転可）である。
【図５】静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図（軸回転の停止・逆転不可）である。
【図６】第１実施形態の運転モード切替時の回転速度およびピッチの状態推移を特性図上に例示する説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の構成図である。
【図８】第２実施形態の静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図（軸回転の停止・逆転不可）である。
【図９】従来の運転モード切替時の回転速度およびピッチの状態推移を特性図上に例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法の実施形態について、第１実施形態、第２実施形態の順に図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の構成図である。同図において、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置１は、可変ピッチプロペラ５と、可変ピッチプロペラ制御機構７と、主機９と、制御器３と、を備えて構成されている。
【００４１】
主機９は、船舶の内部に配置され、可変ピッチプロペラ５を回転駆動させる回転駆動力を発生する。主機９の回転軸は中間軸を介してプロペラ軸と連結されており、これら、中間軸およびプロペラ軸を介して回転駆動力を可変ピッチプロペラ５に伝達する。主機９の運転は制御器３によって制御されており、出力（トルク）は制御器３の主機主力指令により制御される。なお、主機９としては、例えばディーゼルエンジン等の公知のものを用いることができ、特に限定されるものではない。
【００４２】
また、可変ピッチプロペラ５は、制御器３のピッチ指令に応じて可変ピッチプロペラ制御機構７により、プロペラピッチを前進から後進まで自由に変えることができる機構を持つ。また、可変ピッチプロペラ制御機構７は、可変ピッチプロペラ５の本体に対して回動可能に取り付けられた複数枚のプロペラ羽根のピッチ（ピッチ角）を、変節油ポンプから供給された作動油の圧力等の動力で作動する変節装置を用いて変えるもので、例えば、特開昭６０−７６４９９号公報や特開２０１０−１０５４３７号公報などで開示されているものを用いれば良い。
【００４３】
また、船体には船速センサ２３が設置されており、当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出して制御器３に通知する。また、主機９には回転速度センサ２２が設置されており、主機９の回転速度（回転数）を検出して制御器３に通知する。また、可変ピッチプロペラ制御機構７にはピッチセンサ２１が設置されており、可変ピッチプロペラ５のピッチを検出して制御器３に通知する。なお、制御器３では、これらの実測値を船の推進状況のモニタリングや後述のフィードバック制御に使用する。ここで、フィードバック制御は本発明に必須の機能ではなく、従って各種センサも必須の構成要素ではない。
【００４４】
また、制御器３は、運転者の船速指示または回転速度指示並びに運転モード指示に従って、主機９の出力、並びに可変ピッチプロペラ５のピッチを制御する。制御器３は、目標値設定手段１１、モード切替制御手段１３、主機出力制御手段１５、プロペラピッチ制御手段１７およびプロペラ回転速度制御手段１９を備えた構成である。なお、これらの構成要素は、制御器３内に持つＭＰＵやＤＳＰ等のプロセッサ上で実行されるプログラムの機能的まとまりとして具現されるものである。
【００４５】
本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置１は、可変ピッチプロペラ５の回転速度を一定として可変ピッチプロペラ５のピッチを可変とする機動性モード（第１の運転モード）と、可変ピッチプロペラ５のピッチを一定として可変ピッチプロペラ５の回転速度を可変とする静粛・安全モード（第２の運転モード）と、を持つ。これらの運転モードは、自動運転を行う航行制御プログラム内で自動設定されるか、或いは、運転者のモード指示に従って手動設定される。
【００４６】
目標値設定手段１１では、各運転モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定する。目標値設定手段１１により設定される船速に応じたピッチ、回転速度および主機出力の目標値について、運転モード別に図３〜図５に例示する。なお、図３〜図５において、目標船速に応じた各目標値を簡易的に直線で表現しているが、これに限定されることなく船の特性に合わせた曲線的な設定であっても良い。
【００４７】
図３は機動性モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図である。目標船速に応じて、可変ピッチプロペラ５の回転速度（図中、実線５２）は一定に保持され、可変ピッチプロペラ５のピッチ（図中、破線５１）は右肩上がりに設定される。なお、可変ピッチプロペラ５のピッチ（ピッチ角）は、正方向（前進）では図面に対して上に行くほど深く、下に行くほど浅くなる表記となっており、また、逆方向（後進）では図面に対して上に行くほど浅く、下に行くほど深い。また、これらを実現するため主機９の出力（図中、一点鎖線７１）はＶ字状に設定されている。
【００４８】
また、図４は静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図である。目標船速に応じて、可変ピッチプロペラ５のピッチ（図中、破線５３）は一定に保持され、可変ピッチプロペラ５の回転速度（図中、実線５４）は右肩上がりに設定される。また、これらを実現するため主機９の出力（図中、一点鎖線７２）はＶ字状に設定されている。なお、図４に例示したものは、プロペラ軸の軸回転を停止・逆転させることが可能な可変ピッチプロペラ機構を備えた場合のものである。
【００４９】
プロペラ軸の軸回転を停止・逆転させることが不可能な機構の場合には、図５に例示するように、船速が微速の箇所では機動性モードと同等の設定としている。すなわち、船速がＶ１からＶ２の範囲では、可変ピッチプロペラ５の回転速度を一定（図中、位置ｎｍ１からｎｐ１に回転速度一定で推移する）とし、可変ピッチプロペラ５のピッチを可変（図中、位置ｐｍ１からｐｐ１にピッチが変化して推移する）とする。これ以外の船速範囲では、可変ピッチプロペラ５のピッチ（図中、破線５５）は正方向および逆方向でそれぞれ正値および負値の一定値に保持され、可変ピッチプロペラ５の回転速度（図中、実線５６）はＶ字状に設定される。また、これらを実現するため主機９の出力（図中、一点鎖線７３）はＶ字状に設定されている。なお、船速Ｖ１およびＶ２の時点で運転モードが切り替わるが、切替前後のピッチおよび回転速度の目標値はそれぞれ同一であるため、このモード切替において本発明が特徴とするモード切替時の制御を行う必要はない。
【００５０】
また、モード切替制御手段１３では、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にする。すなわち、機動性モードから静粛・安全モードへのモード切替の指示があったときには、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを静粛・安全モードにおける目標値にする。また、静粛・安全モードから機動性モードへのモード切替の指示があったときには、主機９の出力を機動性モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを機動性モードにおける目標値にする。
【００５１】
また、プロペラピッチ制御手段１７では、静粛・安全モードではピッチが一定となるように、また、機動性モードではモード切替制御手段１３が指示する目標値となるように、ピッチ指令を可変ピッチプロペラ制御機構７に与えて可変ピッチプロペラ５のピッチを制御する。
【００５２】
また、プロペラ回転速度制御手段１９では、機動性モードでは回転速度が一定となるように、また、静粛・安全モードではモード切替制御手段１３が指示する目標値となるように、回転速度を増減する指令をモード切替制御手段１３（を介して主機出力制御手段１５）に与えて可変ピッチプロペラ５の回転速度を制御する。なお、可変ピッチプロペラ５の回転速度と主機９の回転速度とは比例関係にあり、可変ピッチプロペラ５の回転速度を主機９の回転速度（回転数）で代替しても良く、制御パラメータとしては何れか一方を使用すれば良い。また、何れか一方を検出して他方を換算により求める構成として良い。
【００５３】
また、主機出力制御手段１５では、モード切替制御手段１３が指示する目標値となるように、主機出力指令を主機９に与えて主機９の出力（トルク）を制御する。
【００５４】
また、モード切替制御手段１３では、可変ピッチプロペラ５のピッチ変化により、可変ピッチプロペラ５の回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、可変ピッチプロペラ５の回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行う。すなわち、主機９の回転速度センサ２２によって主機９の回転速度（回転数）を検出し、プロペラ回転速度制御手段１９によって、該検出値に基づく可変ピッチプロペラ５の回転速度換算値と、切替後の運転モードにおける可変ピッチプロペラ５の回転速度の目標値との公差を求め、該公差が零となるようフィードバック制御により主機９の出力を調整する。
【００５５】
なお、可変ピッチプロペラ５の回転速度の代替として船速を用いる構成としても良い。つまり、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行う構成である。この場合、船速センサ２３によって船速を検出して目標船速との公差を求め、該公差が零となるように、フィードバック制御により機動性モードの場合には可変ピッチプロペラ５のピッチを、また静粛・安全モードの場合には可変ピッチプロペラ５の回転速度（即ち、主機９の出力）を、それぞれ調整する。このようなフィードバック制御は、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消するためのものである。
【００５６】
次に、以上のような構成要素を備えた可変ピッチプロペラ船の推進制御方法について、図２および図６を参照して説明する。ここで、図２は本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法を説明するフローチャート、図６は本実施形態の運転モード切替時の回転速度およびピッチの状態推移を特性図上に例示する説明図である。
【００５７】
運転者による機動性モードから静粛・安全モードへのモード切替の指示、或いは静粛・安全モードから機動性モードへのモード切替の指示があったときには、図２に沿った処理プログラムが起動する。
【００５８】
まず、静粛・安全モードへのモード切替指示の場合には、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値まで変化させ（ステップＳ１０１）、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを静粛・安全モードにおける目標値まで変化させる（ステップＳ１０２）。また、機動性モードへのモード切替指示の場合には、主機９の出力を機動性モードにおける目標値まで変化させ（ステップＳ１０１）、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを機動性モードにおける目標値まで変化させる（ステップＳ１０２）。
【００５９】
次に、主機９の回転速度センサ２２から回転速度（回転数）の実測値を受け取り、該検出値に基づく可変ピッチプロペラ５の回転速度換算値と、切替後の運転モードにおける可変ピッチプロペラ５の回転速度の目標値との公差を求め、該公差が所定公差内となったか否かを判断する（ステップＳ１０３）。ここでの判断は、可変ピッチプロペラ５のピッチ変化により、可変ピッチプロペラ５の回転速度が切替後の運転モードにおける目標値近傍に推移したかどうかを判断するもので、所定公差の範囲は経験的に設定される。
【００６０】
そして、ステップＳ１０３で可変ピッチプロペラ５の回転速度の実測・換算値と目標値との公差が所定公差内となったときには、該公差が零となるようフィードバック制御により可変ピッチプロペラ５のピッチを調整する（ステップＳ１０４）。
【００６１】
これらステップＳ１０３およびＳ１０４は、可変ピッチプロペラ５の回転速度の代替として船速を用いても良い。つまり、船速センサ２３による船速を受け取り、実測した船速と目標船速との公差を求めて該公差が所定公差内となったか否かを判断し（ステップＳ１０３）、該公差が所定公差内となったときには、該公差が零となるようフィードバック制御により可変ピッチプロペラ５のピッチを調整する（ステップＳ１０４）ものである。
【００６２】
次に、図６を参照して、本実施形態の運転モード切替時の回転速度およびピッチの状態推移を検証する。同図は上述した従来技術によるもの（図９参照）と対比するため、図９と同じ状況設定となっている。すなわち、船速がＶ１１であるときに、回転速度を一定に保持（目標値曲線６２）しつつピッチを可変（目標値曲線６１）とする機動性モードから、ピッチを一定に保持（目標値曲線６３）しつつ回転速度を可変（目標値曲線６４）とする静粛・安全モードに運転モードを切り替える場合である。
【００６３】
本実施形態では、まず、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値まで変化させ、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを静粛・安全モードにおける目標値（目標値曲線６３上の船速Ｖ１１の位置ｐ１３に相当するピッチ）まで変化させる。この可変ピッチプロペラ５のピッチ変化によっても、主機出力は一定に保持されているから、船速は（Ｖ１１のまま）殆ど変化しない。
【００６４】
したがって、可変ピッチプロペラ５のピッチは、機動性モードの第１の状態（目標値曲線６１上の船速Ｖ１１の位置ｐ１１にある状態）から、静粛・安全モードの第２の状態（目標値曲線６３上の殆ど変わらない船速Ｖ１１での位置ｐ１３にある状態）に推移することになる。この可変ピッチプロペラ５のピッチ変化に伴って、可変ピッチプロペラ５の回転速度は、機動性モードの第１の状態（目標値曲線６２上の船速Ｖ１１の位置ｎ１１にある状態）から、静粛・安全モードの第２の状態（目標値曲線６４上の殆ど変わらない船速Ｖ１１での位置ｎ１３にある状態）に推移する。
【００６５】
従来技術（図９参照）では、モード切替時に一時的に増速または減速するという船速の変化があったのに対して、本実施形態では、主機出力を一定に保持したままの可変ピッチプロペラ５のピッチ変化によって、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、可変ピッチプロペラ５を装備し、該プロペラ５の回転速度を一定として該プロペラ５のピッチを可変とする機動性モード（第１の運転モード）と、該プロペラ５のピッチを一定として該プロペラ５の回転速度を可変とする静粛・安全モード（第２の運転モード）と、を持つときに、目標値設定手段１１により、各モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定して、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、モード切替制御手段１３により、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にする。
【００６７】
このように、運転モードの切替時に、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にし、それに伴って可変ピッチプロペラ５の回転速度を切替後の運転モードにおける目標値に推移させるので、可変ピッチプロペラ５のピッチ変化によっても船速は殆ど変化せず、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができ、結果として運転モードの切替をより安全に行い得る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法を提供することができる。
【００６８】
また、このような安全な運転モード切替により、ピッチ可変の機動性モード（第１の運転モード）の運用を、従来技術のように船速が低速である場合に限定することなく、図３に示す如く船速が高速である場合でも可能として、低速域から高速域まで広範囲に可能とすることができる。
【００６９】
また、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、モード切替制御手段１１により、可変ピッチプロペラ５の回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、可変ピッチプロペラ５の回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、プロペラの回転速度を確実に目標値にすることができる。
【００７０】
また、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、モード切替制御手段１１により、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、船速を確実に目標値にすることができる。
【００７１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法について説明する。船舶の船体は構造物であることから固有振動数を持つ。他方で、可変ピッチプロペラ５の回転に基づいて船体起振力が誘導される。この可変ピッチプロペラ５の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数とが一致すると共振（共鳴）を起こし、船体の振動が増大して金属疲労による安全性の低下や居住性の悪化を招くため、この共振点となる可変ピッチプロペラ５の回転速度での運転を回避したいという要望がある。そこで、本実施形態では、第１実施形態で用いた技法、即ち、主機出力を一定に保持したままの可変ピッチプロペラ５のピッチ変化によって、船速の変化を極力抑えて可変ピッチプロペラ５の回転速度を目標値に移行させる技法を用いて、固有振動数に相当する可変ピッチプロペラ５の回転速度での運転を回避することとした。
【００７２】
図７は本発明の第２実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の構成図である。同図において、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置２は、可変ピッチプロペラ５と、可変ピッチプロペラ制御機構７と、主機９と、制御器４と、を備えて構成されている。本実施形態の構成は、第１実施形態の構成（図１）における制御器３に別の機能が付加されたものであり、以下では、制御器４に付加された機能について詳細に説明し、他の構成要素については説明を省略する。
【００７３】
制御器４は、第１実施形態と同様に、運転者の船速指示および運転モード指示に従って、主機９の出力、並びに可変ピッチプロペラ５のピッチを制御する。制御器４は、目標値設定手段１１、スキップ範囲設定手段３１、ピッチ変化量設定手段３３、モード切替制御手段１４、主機出力制御手段１５、プロペラピッチ制御手段１７およびプロペラ回転速度制御手段１９を備えた構成である。なお、これらの構成要素は、制御器４内に持つＭＰＵやＤＳＰ等のプロセッサ上で実行されるプログラムの機能的まとまりとして具現されるものである。なお、主機出力制御手段１５、プロペラピッチ制御手段１７およびプロペラ回転速度制御手段１９については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置２においても、可変ピッチプロペラ５の回転速度を一定として可変ピッチプロペラ５のピッチを可変とする機動性モード（第１の運転モード）と、可変ピッチプロペラ５のピッチを一定として可変ピッチプロペラ５の回転速度を可変とする静粛・安全モード（第２の運転モード）と、を持つ。
【００７５】
目標値設定手段１１では、第１実施形態と同様に、各運転モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定する。
【００７６】
また、スキップ範囲設定手段は、可変ピッチプロペラ５の回転速度のスキップ範囲を設定する。ここで、可変ピッチプロペラ５の回転速度のスキップ範囲は、船体の固有振動数に相当する可変ピッチプロペラ５の回転速度を中心とした一定幅の範囲である。なお、一定幅は船舶の種類や規模等に応じて設定すれば良い。
【００７７】
また、ピッチ変化量設定手段は、設定されたスキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な可変ピッチプロペラ５の第１ピッチ変化量を設定する。また、スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な可変ピッチプロペラ５の第２ピッチ変化量についても設定する。ここで、第１ピッチ変化量は静粛・安全モード下の加速中にスキップ範囲での運転回避に使用し、また、第２ピッチ変化量は静粛・安全モード下の減速中にスキップ範囲での運転回避に使用する。なお、第１ピッチ変化量および第２ピッチ変化量を同値に設定しても良い。
【００７８】
また、モード切替制御手段１４では、第１実施形態と同様に、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にする。
【００７９】
また、モード切替制御手段１４では、静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、主機９の出力を機動性モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第１ピッチ変化量分だけ変化させて機動性モードに移行し、可変ピッチプロペラ５のピッチが静粛・安全モードにおける目標値に達したときに、静粛・安全運転モードに移行する。また、モード切替制御手段１４では、静粛・安全モードによる減速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに機動性モードに移行し、該機動性モードにおける可変ピッチプロペラ５のピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第２ピッチ変化量分だけ変化させ、静粛・安全運転モードに移行する。
【００８０】
また、モード切替制御手段１４には、スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する（継続時間推定手段の）機能を備え、機動性モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、静粛・安全モードへの移行が完了していない場合には、該静粛・安全モードに戻す。
【００８１】
次に、以上のような構成要素を備えた可変ピッチプロペラ船の推進制御方法について、図８を参照して説明する。ここで、図８は軸回転の停止・逆転が不可能な場合の静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図である。
【００８２】
図８において、各目標値の設定は、スキップ範囲（図中、回転速度Ｎ０１〜Ｎ０２の範囲）近傍を除いて、第１実施形態の図５と同様である。すなわち、船速がＶ１からＶ２の範囲では、可変ピッチプロペラ５の回転速度を一定とし、可変ピッチプロペラ５のピッチを可変とする。これ以外の船速範囲（スキップ範囲近傍を除く）では、可変ピッチプロペラ５のピッチ（図中、破線５７）は正方向および逆方向でそれぞれ正値および負値の一定値に保持され、可変ピッチプロペラ５の回転速度（図中、実線５８）はＶ字状に設定される。なお、主機９の出力については省略している。
【００８３】
次に、図８を参照して、加速時におけるスキップ範囲近傍の各目標値の設定について説明する。静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の下端に達したとき、同図においては、可変ピッチプロペラ５の回転速度（目標値）がスキップ範囲の下端（Ｎ０１近傍）に達して、目標値曲線５８上の船速Ｖ３の位置ｎｐ２１にある状態となる。このとき、モード切替制御手段１４によって、主機９の出力を機動性モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第１ピッチ変化量分だけ変化させることにより、可変ピッチプロペラ５のピッチ（目標値）は位置ｐｐ２１から位置ｐｐ２２に推移し、これに伴って、可変ピッチプロペラ５の回転速度は位置ｎｐ２１から位置ｎｐ２２へ（スキップ範囲Ｎ０１〜Ｎ０２をスキップして）推移することになる。
【００８４】
そして、モード切替制御手段１４によって機動性モードに移行し、可変ピッチプロペラ５のピッチが静粛・安全モードにおける目標値（目標値Ｐ１：位置ｐｐ３）に達したときに、静粛・安全運転モードに移行する。なお、機動性モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で静粛・安全モードへの移行が完了していない場合にも、該静粛・安全モードに戻す。
【００８５】
次に、図８を参照して、減速時におけるスキップ範囲近傍の各目標値の設定について説明する。静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の上端に達したとき、同図においては、可変ピッチプロペラ５の回転速度（目標値）がスキップ範囲の下端（Ｎ０２近傍）に達して、目標値曲線５８上の船速Ｖ４の位置ｎｐ３にある状態となる。このとき、モード切替制御手段１４によって機動性モードに移行し、該機動性モードにおける可変ピッチプロペラ５のピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したとき（位置ｐｐ２２に推移したとき）に、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第２ピッチ変化量分だけ変化させる。これにより、可変ピッチプロペラ５のピッチ（目標値）は位置ｐｐ２２から位置ｐｐ２１に推移し、それに伴って、可変ピッチプロペラ５の回転速度は位置ｎｐ２２から位置ｎｐ２１へ（スキップ範囲Ｎ０１〜Ｎ０２をスキップして）推移することになる。
【００８６】
そして、モード切替制御手段１３によって静粛・安全モードに移行する。なお、機動性モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で静粛・安全モードへの移行が完了していない場合にも、該静粛・安全モードに戻す。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、可変ピッチプロペラ５を装備し、該プロペラ５の回転速度を一定として該プロペラ５のピッチを可変とする機動性モード（第１の運転モード）と、該プロペラ５のピッチを一定として該プロペラ５の回転速度を可変とする静粛・安全モード（第２の運転モード）と、を持つときに、目標値設定手段１１により、各モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定して、またスキップ範囲設定手段３１により可変ピッチプロペラ５の回転速度のスキップ範囲を設定し、さらにピッチ変化量設定手段３３により、スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な可変ピッチプロペラ５の第１ピッチ変化量を設定して、静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の下端に達したとき、モード切替制御手段１４により、主機９の出力を機動性モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第１ピッチ変化量分変化させ、機動性モードに移行し、可変ピッチプロペラ５のピッチが静粛・安全モードにおける目標値に達したときに、静粛・安全運転モードに移行する。
【００８８】
このように、静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の下端に達したときには、主機９の出力を機動性モードにおける目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第１ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えて可変ピッチプロペラ５の回転速度をスキップ範囲の上端に推移させることができ、主機９の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００８９】
また、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、ピッチ変化量設定手段３３により、スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な可変ピッチプロペラ５の第２ピッチ変化量を設定し、モード切替制御手段１４により、静粛・安全モードによる減速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに機動性モードに移行し、該機動性モードにおける可変ピッチプロペラ５のピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第２ピッチ変化量分変化させ、静粛・安全モードに移行する。
【００９０】
このように、静粛・安全モードによる減速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに機動性モードに移行して、該機動性モードにおける可変ピッチプロペラ５のピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機９の出力を機動性モードにおける目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第２ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えて可変ピッチプロペラ５の回転速度をスキップ範囲の下端に推移させることができ、主機９の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００９１】
また、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、モード切替制御手段１４の継続時間推定手段の機能により、スキップ範囲をスキップさせるために必要な機動性モードの運転継続時間を推定することとしたので、運転モードの切替が滞った場合であっても確実に運転モードを移行させて、より安全な推進制御を行うことができると共に、船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避する手順をプログラム化することができ、自動運転プログラムに取り入れることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１，２ 可変ピッチプロペラ船の推進制御装置
３，４ 制御器
５ 可変ピッチプロペラ
７ 可変ピッチプロペラ制御機構
９ 主機
１１ 目標値設定手段
１３，１４ モード切替制御手段
１５ 主機出力制御手段
１７ プロペラピッチ制御手段
１９ プロペラ回転速度制御手段
２１ ピッチセンサ（ピッチ検出手段）
２２ 回転速度センサ（回転速度検出手段）
２３ 船速センサ（船速検出手段）
３１ スキップ範囲設定手段
３３ ピッチ変化量設定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法に係り、特に、運転モードの切替をより安全に行い得る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶の推進方法には、プロペラピッチを前進から後進まで自由に変えることができる機構を持った可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ：Controllable Pitch Propeller）装置を利用したものがある。この可変ピッチプロペラを装備した船舶の場合、主機および可変ピッチプロペラの運転は、基本的に、下記の方法で行われている。すなわち、（１）可変ピッチプロペラのピッチを一定にして、主機の回転速度を変更する方法、（２）主機の回転速度を一定にして、可変ピッチプロペラのピッチを変更する方法、（３）主機の回転速度および可変ピッチプロペラのピッチの両方を変更する方法、の３通りである。
【０００３】
例えば、特表２００７−５０９７９２号公報に開示の「制御可能なピッチ航海用プロペラのための制御方法および制御システム」では、運転モードとして、可変ピッチプロペラ（主機）の回転速度を低速（約３０％）に保持しつつ可変ピッチプロペラのピッチを変更することにより変速する操縦モード、並びに、可変ピッチプロペラの回転速度を最大まで使用するクルーズモードを持ち、必要に応じてこれら運転モードを切り替えて運用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５０９７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術においては、操縦モードでは可変ピッチプロペラの回転速度を低速に保持することから、該操縦モードを運用可能な船速が低速に限られるという事情があった。
【０００６】
また、モード切替時には、可変ピッチプロペラの回転速度を予め定められた回転速度に設定して、可変ピッチプロペラのピッチを船速に基づくピッチに設定するため、一時的に船速が増速または減速してしまうという事情もあった。
【０００７】
例えば、図９に示す特性図上で、船速がＶ１１であるときに、回転速度を一定に保持（目標値曲線６２）しつつピッチを可変（目標値曲線６１）とする操縦モードから、ピッチを一定に保持（目標値曲線６３）しつつ回転速度を可変（目標値曲線６４）とするクルーズモードに運転モードを切り替える場合について考えてみる。
【０００８】
まず、回転速度を所定の回転速度（目標値曲線６４上の船速Ｖ１１の位置ｎ１３に相当する回転速度）に設定することから、この回転速度の増加により船は加速されて、操縦モードの第１の状態（ピッチが目標値曲線６１上の船速Ｖ１１の位置ｐ１１にあって、回転速度が目標値曲線６２上の船速Ｖ１１の位置ｎ１１にある状態）から、船速がＶ１２の第２の状態（ピッチが位置ｐ１２にあって、回転速度が位置ｎ１２にある状態）に推移することになる。そして、ピッチを船速Ｖ１１に基づくピッチ（目標値曲線６３上の船速Ｖ１１の位置ｐ１３に相当するピッチ）に設定することにより、第２の状態からクルーズモードの第３の状態（ピッチが目標値曲線６３上の船速Ｖ１１の位置ｐ１３にあって、回転速度が目標値曲線６４上の船速Ｖ１１の位置ｎ１３にある状態）に推移する。このような状態推移の結果、加速前進中の運転モードの切替によって一時的に船速が増速してしまうこととなる。
【０００９】
このようなモード切替時の一時的な増速または減速は、運転者にとって想定外のものであり、事故等の要因となる恐れもあり、安全上の問題となる。
【００１０】
また他方で、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避したいという要望もあった。
【００１１】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、運転モードの切替をより安全に行い得る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法を提供することを目的としている。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避可能な可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置は、可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定手段と、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、前記主機出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にするモード切替制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、運転モードの切替時に、主機出力を切替後の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にし、それに伴ってプロペラの回転速度を切替後の運転モードにおける目標値に推移させるので、プロペラのピッチ変化によっても船速は殆ど変化せず、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができ、結果として運転モードの切替をより安全に行うことができる。また、安全な運転モード切替により、ピッチ可変の第１の運転モードの運用を、船速が低速である場合に限定することなく、低速域から高速域まで広範囲に可能とすることができる。
【００１５】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置において、当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出する船速検出手段と、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、を有し、前記モード切替制御手段は、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、実測した船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、船速を確実に目標値にすることができる。
【００１７】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置において、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、を有し、前記モード切替制御手段は、前記プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、前記プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、プロペラのピッチ変化により、プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、プロペラの回転速度を確実に目標値にすることができる。
【００１９】
また、本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置は、可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定手段と、前記プロペラの回転速度のスキップ範囲を設定するスキップ範囲設定手段と、前記スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第１ピッチ変化量を設定するピッチ変化量設定手段と、前記第２の運転モードによる加速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、前記主機出力を第１の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第１ピッチ変化量分変化させて、前記第１の運転モードに移行し、前記プロペラのピッチが前記第２の運転モードにおける目標値に達したときに、前記第２の運転モードに移行するモード切替制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、第２の運転モードによる加速中にプロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、主機出力を第１の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを第１ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えてプロペラの回転速度をスキップ範囲の上端に推移させることができ、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置において、前記ピッチ変化量設定手段は、前記スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第２ピッチ変化量を設定し、前記モード切替制御手段は、前記第２の運転モードによる減速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに前記第１の運転モードに移行し、該第１の運転モードにおける前記プロペラのピッチ変化量が前記第２ピッチ変化量に達したときに、前記主機出力を第２の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第２ピッチ変化量分変化させ、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、第２の運転モードによる減速中にプロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに第１の運転モードに移行して、該第１の運転モードにおけるプロペラのピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機出力を第１の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを第２ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えてプロペラの回転速度をスキップ範囲の下端に推移させることができ、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置において、前記スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する継続時間推定手段を有し、前記モード切替制御手段は、前記第１の運転モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、前記第２の運転モードへの移行が完了していない場合には、該第２の運転モードに戻すことを特徴とする。
【００２４】
本発明によれば、運転モードの切替が滞った場合であっても確実に運転モードを移行させて、より安全な推進制御を行うことができると共に、船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避する手順をプログラム化することができ、自動運転プログラムに取り入れることができる。
【００２５】
本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法は、可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定ステップと、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、前記主機出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にするモード切替制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明によれば、運転モードの切替時に、主機出力を切替後の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にし、それに伴ってプロペラの回転速度を切替後の運転モードにおける目標値に推移させるので、プロペラのピッチ変化によっても船速は殆ど変化せず、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができ、結果として運転モードの切替をより安全に行うことができる。また、安全な運転モード切替により、ピッチ可変の第１の運転モードの運用を、船速が低速である場合に限定することなく、低速域から高速域まで広範囲に可能とすることができる。
【００２７】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出する船速検出手段と、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、を有する上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記モード切替制御ステップは、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、実測した船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、船速を確実に目標値にすることができる。
【００２９】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、を有する上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記モード切替制御ステップは、前記プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、前記プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、プロペラのピッチ変化により、プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、プロペラの回転速度を確実に目標値にすることができる。
【００３１】
また、本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法は、可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持ち、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段を備えた可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定ステップと、前記プロペラの回転速度のスキップ範囲を設定するスキップ範囲設定ステップと、前記スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第１ピッチ変化量を設定するピッチ変化量設定ステップと、前記第２の運転モードによる加速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、前記主機出力を第１の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第１ピッチ変化量分変化させて、前記第１の運転モードに移行し、前記プロペラのピッチが前記第２の運転モードにおける目標値に達したときに、前記第２の運転モードに移行するモード切替制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００３２】
本発明によれば、第２の運転モードによる加速中にプロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、主機出力を第１の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを第１ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えてプロペラの回転速度をスキップ範囲の上端に推移させることができ、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記ピッチ変化量設定ステップは、前記スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第２ピッチ変化量を設定し、前記モード切替制御ステップは、前記第２の運転モードによる減速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに前記第１の運転モードに移行し、該第１の運転モードにおける前記プロペラのピッチ変化量が前記第２ピッチ変化量に達したときに、前記主機出力を第２の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第２ピッチ変化量分変化させ、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする。
【００３４】
本発明によれば、第２の運転モードによる減速中にプロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに第１の運転モードに移行して、該第１の運転モードにおけるプロペラのピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機出力を第１の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを第２ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えてプロペラの回転速度をスキップ範囲の下端に推移させることができ、主機の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００３５】
また、本発明は、上記記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法において、前記スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する継続時間推定ステップを有し、前記モード切替制御ステップは、前記第１の運転モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、前記第２の運転モードへの移行が完了していない場合には、該第２の運転モードに戻すことを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、運転モードの切替が滞った場合であっても確実に運転モードを移行させて、より安全な推進制御を行うことができると共に、船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避する手順をプログラム化することができ、自動運転プログラムに取り入れることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、運転モードの切替時に、主機出力を切替後の運転モードにおける目標値に保持したまま、プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にし、それに伴ってプロペラの回転速度を切替後の運転モードにおける目標値に推移させるので、プロペラのピッチ変化によっても船速は殆ど変化せず、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができ、結果として運転モードの切替をより安全に行うことができる。また、安全な運転モード切替により、ピッチ可変の第１の運転モードの運用を、船速が低速である場合に限定することなく、低速域から高速域まで広範囲に可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法を説明するフローチャートである。
【図３】機動性モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図である。
【図４】静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図（軸回転の停止・逆転可）である。
【図５】静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図（軸回転の停止・逆転不可）である。
【図６】第１実施形態の運転モード切替時の回転速度およびピッチの状態推移を特性図上に例示する説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の構成図である。
【図８】第２実施形態の静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図（軸回転の停止・逆転不可）である。
【図９】従来の運転モード切替時の回転速度およびピッチの状態推移を特性図上に例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法の実施形態について、第１実施形態、第２実施形態の順に図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の構成図である。同図において、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置１は、可変ピッチプロペラ５と、可変ピッチプロペラ制御機構７と、主機９と、制御器３と、を備えて構成されている。
【００４１】
主機９は、船舶の内部に配置され、可変ピッチプロペラ５を回転駆動させる回転駆動力を発生する。主機９の回転軸は中間軸を介してプロペラ軸と連結されており、これら、中間軸およびプロペラ軸を介して回転駆動力を可変ピッチプロペラ５に伝達する。主機９の運転は制御器３によって制御されており、出力（トルク）は制御器３の主機主力指令により制御される。なお、主機９としては、例えばディーゼルエンジン等の公知のものを用いることができ、特に限定されるものではない。
【００４２】
また、可変ピッチプロペラ５は、制御器３のピッチ指令に応じて可変ピッチプロペラ制御機構７により、プロペラピッチを前進から後進まで自由に変えることができる機構を持つ。また、可変ピッチプロペラ制御機構７は、可変ピッチプロペラ５の本体に対して回動可能に取り付けられた複数枚のプロペラ羽根のピッチ（ピッチ角）を、変節油ポンプから供給された作動油の圧力等の動力で作動する変節装置を用いて変えるもので、例えば、特開昭６０−７６４９９号公報や特開２０１０−１０５４３７号公報などで開示されているものを用いれば良い。
【００４３】
また、船体には船速センサ２３が設置されており、当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出して制御器３に通知する。また、主機９には回転速度センサ２２が設置されており、主機９の回転速度（回転数）を検出して制御器３に通知する。また、可変ピッチプロペラ制御機構７にはピッチセンサ２１が設置されており、可変ピッチプロペラ５のピッチを検出して制御器３に通知する。なお、制御器３では、これらの実測値を船の推進状況のモニタリングや後述のフィードバック制御に使用する。ここで、フィードバック制御は本発明に必須の機能ではなく、従って各種センサも必須の構成要素ではない。
【００４４】
また、制御器３は、運転者の船速指示または回転速度指示並びに運転モード指示に従って、主機９の出力、並びに可変ピッチプロペラ５のピッチを制御する。制御器３は、目標値設定手段１１、モード切替制御手段１３、主機出力制御手段１５、プロペラピッチ制御手段１７およびプロペラ回転速度制御手段１９を備えた構成である。なお、これらの構成要素は、制御器３内に持つＭＰＵやＤＳＰ等のプロセッサ上で実行されるプログラムの機能的まとまりとして具現されるものである。
【００４５】
本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置１は、可変ピッチプロペラ５の回転速度を一定として可変ピッチプロペラ５のピッチを可変とする機動性モード（第１の運転モード）と、可変ピッチプロペラ５のピッチを一定として可変ピッチプロペラ５の回転速度を可変とする静粛・安全モード（第２の運転モード）と、を持つ。これらの運転モードは、自動運転を行う航行制御プログラム内で自動設定されるか、或いは、運転者のモード指示に従って手動設定される。
【００４６】
目標値設定手段１１では、各運転モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定する。目標値設定手段１１により設定される船速に応じたピッチ、回転速度および主機出力の目標値について、運転モード別に図３〜図５に例示する。なお、図３〜図５において、目標船速に応じた各目標値を簡易的に直線で表現しているが、これに限定されることなく船の特性に合わせた曲線的な設定であっても良い。
【００４７】
図３は機動性モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図である。目標船速に応じて、可変ピッチプロペラ５の回転速度（図中、実線５２）は一定に保持され、可変ピッチプロペラ５のピッチ（図中、破線５１）は右肩上がりに設定される。なお、可変ピッチプロペラ５のピッチ（ピッチ角）は、正方向（前進）では図面に対して上に行くほど深く、下に行くほど浅くなる表記となっており、また、逆方向（後進）では図面に対して上に行くほど浅く、下に行くほど深い。また、これらを実現するため主機９の出力（図中、一点鎖線７１）はＶ字状に設定されている。
【００４８】
また、図４は静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図である。目標船速に応じて、可変ピッチプロペラ５のピッチ（図中、破線５３）は一定に保持され、可変ピッチプロペラ５の回転速度（図中、実線５４）は右肩上がりに設定される。また、これらを実現するため主機９の出力（図中、一点鎖線７２）はＶ字状に設定されている。なお、図４に例示したものは、プロペラ軸の軸回転を停止・逆転させることが可能な可変ピッチプロペラ機構を備えた場合のものである。
【００４９】
プロペラ軸の軸回転を停止・逆転させることが不可能な機構の場合には、図５に例示するように、船速が微速の箇所では機動性モードと同等の設定としている。すなわち、船速がＶ１からＶ２の範囲では、可変ピッチプロペラ５の回転速度を一定（図中、位置ｎｍ１からｎｐ１に回転速度一定で推移する）とし、可変ピッチプロペラ５のピッチを可変（図中、位置ｐｍ１からｐｐ１にピッチが変化して推移する）とする。これ以外の船速範囲では、可変ピッチプロペラ５のピッチ（図中、破線５５）は正方向および逆方向でそれぞれ正値および負値の一定値に保持され、可変ピッチプロペラ５の回転速度（図中、実線５６）はＶ字状に設定される。また、これらを実現するため主機９の出力（図中、一点鎖線７３）はＶ字状に設定されている。なお、船速Ｖ１およびＶ２の時点で運転モードが切り替わるが、切替前後のピッチおよび回転速度の目標値はそれぞれ同一であるため、このモード切替において本発明が特徴とするモード切替時の制御を行う必要はない。
【００５０】
また、モード切替制御手段１３では、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にする。すなわち、機動性モードから静粛・安全モードへのモード切替の指示があったときには、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを静粛・安全モードにおける目標値にする。また、静粛・安全モードから機動性モードへのモード切替の指示があったときには、主機９の出力を機動性モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを機動性モードにおける目標値にする。
【００５１】
また、プロペラピッチ制御手段１７では、静粛・安全モードではピッチが一定となるように、また、機動性モードではモード切替制御手段１３が指示する目標値となるように、ピッチ指令を可変ピッチプロペラ制御機構７に与えて可変ピッチプロペラ５のピッチを制御する。
【００５２】
また、プロペラ回転速度制御手段１９では、機動性モードでは回転速度が一定となるように、また、静粛・安全モードではモード切替制御手段１３が指示する目標値となるように、回転速度を増減する指令をモード切替制御手段１３（を介して主機出力制御手段１５）に与えて可変ピッチプロペラ５の回転速度を制御する。なお、可変ピッチプロペラ５の回転速度と主機９の回転速度とは比例関係にあり、可変ピッチプロペラ５の回転速度を主機９の回転速度（回転数）で代替しても良く、制御パラメータとしては何れか一方を使用すれば良い。また、何れか一方を検出して他方を換算により求める構成として良い。
【００５３】
また、主機出力制御手段１５では、モード切替制御手段１３が指示する目標値となるように、主機出力指令を主機９に与えて主機９の出力（トルク）を制御する。
【００５４】
また、モード切替制御手段１３では、可変ピッチプロペラ５のピッチ変化により、可変ピッチプロペラ５の回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、可変ピッチプロペラ５の回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行う。すなわち、主機９の回転速度センサ２２によって主機９の回転速度（回転数）を検出し、プロペラ回転速度制御手段１９によって、該検出値に基づく可変ピッチプロペラ５の回転速度換算値と、切替後の運転モードにおける可変ピッチプロペラ５の回転速度の目標値との公差を求め、該公差が零となるようフィードバック制御により主機９の出力を調整する。
【００５５】
なお、可変ピッチプロペラ５の回転速度の代替として船速を用いる構成としても良い。つまり、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行う構成である。この場合、船速センサ２３によって船速を検出して目標船速との公差を求め、該公差が零となるように、フィードバック制御により機動性モードの場合には可変ピッチプロペラ５のピッチを、また静粛・安全モードの場合には可変ピッチプロペラ５の回転速度（即ち、主機９の出力）を、それぞれ調整する。このようなフィードバック制御は、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消するためのものである。
【００５６】
次に、以上のような構成要素を備えた可変ピッチプロペラ船の推進制御方法について、図２および図６を参照して説明する。ここで、図２は本発明に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御方法を説明するフローチャート、図６は本実施形態の運転モード切替時の回転速度およびピッチの状態推移を特性図上に例示する説明図である。
【００５７】
運転者による機動性モードから静粛・安全モードへのモード切替の指示、或いは静粛・安全モードから機動性モードへのモード切替の指示があったときには、図２に沿った処理プログラムが起動する。
【００５８】
まず、静粛・安全モードへのモード切替指示の場合には、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値まで変化させ（ステップＳ１０１）、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを静粛・安全モードにおける目標値まで変化させる（ステップＳ１０２）。また、機動性モードへのモード切替指示の場合には、主機９の出力を機動性モードにおける目標値まで変化させ（ステップＳ１０１）、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを機動性モードにおける目標値まで変化させる（ステップＳ１０２）。
【００５９】
次に、主機９の回転速度センサ２２から回転速度（回転数）の実測値を受け取り、該検出値に基づく可変ピッチプロペラ５の回転速度換算値と、切替後の運転モードにおける可変ピッチプロペラ５の回転速度の目標値との公差を求め、該公差が所定公差内となったか否かを判断する（ステップＳ１０３）。ここでの判断は、可変ピッチプロペラ５のピッチ変化により、可変ピッチプロペラ５の回転速度が切替後の運転モードにおける目標値近傍に推移したかどうかを判断するもので、所定公差の範囲は経験的に設定される。
【００６０】
そして、ステップＳ１０３で可変ピッチプロペラ５の回転速度の実測・換算値と目標値との公差が所定公差内となったときには、該公差が零となるようフィードバック制御により可変ピッチプロペラ５のピッチを調整する（ステップＳ１０４）。
【００６１】
これらステップＳ１０３およびＳ１０４は、可変ピッチプロペラ５の回転速度の代替として船速を用いても良い。つまり、船速センサ２３による船速を受け取り、実測した船速と目標船速との公差を求めて該公差が所定公差内となったか否かを判断し（ステップＳ１０３）、該公差が所定公差内となったときには、該公差が零となるようフィードバック制御により可変ピッチプロペラ５のピッチを調整する（ステップＳ１０４）ものである。
【００６２】
次に、図６を参照して、本実施形態の運転モード切替時の回転速度およびピッチの状態推移を検証する。同図は上述した従来技術によるもの（図９参照）と対比するため、図９と同じ状況設定となっている。すなわち、船速がＶ１１であるときに、回転速度を一定に保持（目標値曲線６２）しつつピッチを可変（目標値曲線６１）とする機動性モードから、ピッチを一定に保持（目標値曲線６３）しつつ回転速度を可変（目標値曲線６４）とする静粛・安全モードに運転モードを切り替える場合である。
【００６３】
本実施形態では、まず、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値まで変化させ、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを静粛・安全モードにおける目標値（目標値曲線６３上の船速Ｖ１１の位置ｐ１３に相当するピッチ）まで変化させる。この可変ピッチプロペラ５のピッチ変化によっても、主機出力は一定に保持されているから、船速は（Ｖ１１のまま）殆ど変化しない。
【００６４】
したがって、可変ピッチプロペラ５のピッチは、機動性モードの第１の状態（目標値曲線６１上の船速Ｖ１１の位置ｐ１１にある状態）から、静粛・安全モードの第２の状態（目標値曲線６３上の殆ど変わらない船速Ｖ１１での位置ｐ１３にある状態）に推移することになる。この可変ピッチプロペラ５のピッチ変化に伴って、可変ピッチプロペラ５の回転速度は、機動性モードの第１の状態（目標値曲線６２上の船速Ｖ１１の位置ｎ１１にある状態）から、静粛・安全モードの第２の状態（目標値曲線６４上の殆ど変わらない船速Ｖ１１での位置ｎ１３にある状態）に推移する。
【００６５】
従来技術（図９参照）では、モード切替時に一時的に増速または減速するという船速の変化があったのに対して、本実施形態では、主機出力を一定に保持したままの可変ピッチプロペラ５のピッチ変化によって、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、可変ピッチプロペラ５を装備し、該プロペラ５の回転速度を一定として該プロペラ５のピッチを可変とする機動性モード（第１の運転モード）と、該プロペラ５のピッチを一定として該プロペラ５の回転速度を可変とする静粛・安全モード（第２の運転モード）と、を持つときに、目標値設定手段１１により、各モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定して、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、モード切替制御手段１３により、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にする。
【００６７】
このように、運転モードの切替時に、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にし、それに伴って可変ピッチプロペラ５の回転速度を切替後の運転モードにおける目標値に推移させるので、可変ピッチプロペラ５のピッチ変化によっても船速は殆ど変化せず、船速の変化を極力抑えて運転モードの切替を行うことができ、結果として運転モードの切替をより安全に行い得る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法を提供することができる。
【００６８】
また、このような安全な運転モード切替により、ピッチ可変の機動性モード（第１の運転モード）の運用を、従来技術のように船速が低速である場合に限定することなく、図３に示す如く船速が高速である場合でも可能として、低速域から高速域まで広範囲に可能とすることができる。
【００６９】
また、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、モード切替制御手段１１により、可変ピッチプロペラ５の回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、可変ピッチプロペラ５の回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、プロペラの回転速度を確実に目標値にすることができる。
【００７０】
また、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、モード切替制御手段１１により、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うので、船の汚れや気象・海象等によって発生し得る誤差を解消して、船速を確実に目標値にすることができる。
【００７１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法について説明する。船舶の船体は構造物であることから固有振動数を持つ。他方で、可変ピッチプロペラ５の回転に基づいて船体起振力が誘導される。この可変ピッチプロペラ５の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数とが一致すると共振（共鳴）を起こし、船体の振動が増大して金属疲労による安全性の低下や居住性の悪化を招くため、この共振点となる可変ピッチプロペラ５の回転速度での運転を回避したいという要望がある。そこで、本実施形態では、第１実施形態で用いた技法、即ち、主機出力を一定に保持したままの可変ピッチプロペラ５のピッチ変化によって、船速の変化を極力抑えて可変ピッチプロペラ５の回転速度を目標値に移行させる技法を用いて、固有振動数に相当する可変ピッチプロペラ５の回転速度での運転を回避することとした。
【００７２】
図７は本発明の第２実施形態に係る可変ピッチプロペラ船の推進制御装置の構成図である。同図において、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置２は、可変ピッチプロペラ５と、可変ピッチプロペラ制御機構７と、主機９と、制御器４と、を備えて構成されている。本実施形態の構成は、第１実施形態の構成（図１）における制御器３に別の機能が付加されたものであり、以下では、制御器４に付加された機能について詳細に説明し、他の構成要素については説明を省略する。
【００７３】
制御器４は、第１実施形態と同様に、運転者の船速指示および運転モード指示に従って、主機９の出力、並びに可変ピッチプロペラ５のピッチを制御する。制御器４は、目標値設定手段１１、スキップ範囲設定手段３１、ピッチ変化量設定手段３３、モード切替制御手段１４、主機出力制御手段１５、プロペラピッチ制御手段１７およびプロペラ回転速度制御手段１９を備えた構成である。なお、これらの構成要素は、制御器４内に持つＭＰＵやＤＳＰ等のプロセッサ上で実行されるプログラムの機能的まとまりとして具現されるものである。なお、主機出力制御手段１５、プロペラピッチ制御手段１７およびプロペラ回転速度制御手段１９については、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置２においても、可変ピッチプロペラ５の回転速度を一定として可変ピッチプロペラ５のピッチを可変とする機動性モード（第１の運転モード）と、可変ピッチプロペラ５のピッチを一定として可変ピッチプロペラ５の回転速度を可変とする静粛・安全モード（第２の運転モード）と、を持つ。
【００７５】
目標値設定手段１１では、第１実施形態と同様に、各運転モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定する。
【００７６】
また、スキップ範囲設定手段は、可変ピッチプロペラ５の回転速度のスキップ範囲を設定する。ここで、可変ピッチプロペラ５の回転速度のスキップ範囲は、船体の固有振動数に相当する可変ピッチプロペラ５の回転速度を中心とした一定幅の範囲である。なお、一定幅は船舶の種類や規模等に応じて設定すれば良い。
【００７７】
また、ピッチ変化量設定手段は、設定されたスキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な可変ピッチプロペラ５の第１ピッチ変化量を設定する。また、スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な可変ピッチプロペラ５の第２ピッチ変化量についても設定する。ここで、第１ピッチ変化量は静粛・安全モード下の加速中にスキップ範囲での運転回避に使用し、また、第２ピッチ変化量は静粛・安全モード下の減速中にスキップ範囲での運転回避に使用する。なお、第１ピッチ変化量および第２ピッチ変化量を同値に設定しても良い。
【００７８】
また、モード切替制御手段１４では、第１実施形態と同様に、一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、主機９の出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを切替後の運転モードにおける目標値にする。
【００７９】
また、モード切替制御手段１４では、静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、主機９の出力を機動性モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第１ピッチ変化量分だけ変化させて機動性モードに移行し、可変ピッチプロペラ５のピッチが静粛・安全モードにおける目標値に達したときに、静粛・安全運転モードに移行する。また、モード切替制御手段１４では、静粛・安全モードによる減速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに機動性モードに移行し、該機動性モードにおける可変ピッチプロペラ５のピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第２ピッチ変化量分だけ変化させ、静粛・安全運転モードに移行する。
【００８０】
また、モード切替制御手段１４には、スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する（継続時間推定手段の）機能を備え、機動性モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、静粛・安全モードへの移行が完了していない場合には、該静粛・安全モードに戻す。
【００８１】
次に、以上のような構成要素を備えた可変ピッチプロペラ船の推進制御方法について、図８を参照して説明する。ここで、図８は軸回転の停止・逆転が不可能な場合の静粛・安全モードにおける目標船速に応じた各目標値を例示する説明図である。
【００８２】
図８において、各目標値の設定は、スキップ範囲（図中、回転速度Ｎ０１〜Ｎ０２の範囲）近傍を除いて、第１実施形態の図５と同様である。すなわち、船速がＶ１からＶ２の範囲では、可変ピッチプロペラ５の回転速度を一定とし、可変ピッチプロペラ５のピッチを可変とする。これ以外の船速範囲（スキップ範囲近傍を除く）では、可変ピッチプロペラ５のピッチ（図中、破線５７）は正方向および逆方向でそれぞれ正値および負値の一定値に保持され、可変ピッチプロペラ５の回転速度（図中、実線５８）はＶ字状に設定される。なお、主機９の出力については省略している。
【００８３】
次に、図８を参照して、加速時におけるスキップ範囲近傍の各目標値の設定について説明する。静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の下端に達したとき、同図においては、可変ピッチプロペラ５の回転速度（目標値）がスキップ範囲の下端（Ｎ０１近傍）に達して、目標値曲線５８上の船速Ｖ３の位置ｎｐ２１にある状態となる。このとき、モード切替制御手段１４によって、主機９の出力を機動性モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第１ピッチ変化量分だけ変化させることにより、可変ピッチプロペラ５のピッチ（目標値）は位置ｐｐ２１から位置ｐｐ２２に推移し、これに伴って、可変ピッチプロペラ５の回転速度は位置ｎｐ２１から位置ｎｐ２２へ（スキップ範囲Ｎ０１〜Ｎ０２をスキップして）推移することになる。
【００８４】
そして、モード切替制御手段１４によって機動性モードに移行し、可変ピッチプロペラ５のピッチが静粛・安全モードにおける目標値（目標値Ｐ１：位置ｐｐ３）に達したときに、静粛・安全運転モードに移行する。なお、機動性モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で静粛・安全モードへの移行が完了していない場合にも、該静粛・安全モードに戻す。
【００８５】
次に、図８を参照して、減速時におけるスキップ範囲近傍の各目標値の設定について説明する。静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の上端に達したとき、同図においては、可変ピッチプロペラ５の回転速度（目標値）がスキップ範囲の下端（Ｎ０２近傍）に達して、目標値曲線５８上の船速Ｖ４の位置ｎｐ３にある状態となる。このとき、モード切替制御手段１４によって機動性モードに移行し、該機動性モードにおける可変ピッチプロペラ５のピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したとき（位置ｐｐ２２に推移したとき）に、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第２ピッチ変化量分だけ変化させる。これにより、可変ピッチプロペラ５のピッチ（目標値）は位置ｐｐ２２から位置ｐｐ２１に推移し、それに伴って、可変ピッチプロペラ５の回転速度は位置ｎｐ２２から位置ｎｐ２１へ（スキップ範囲Ｎ０１〜Ｎ０２をスキップして）推移することになる。
【００８６】
そして、モード切替制御手段１３によって静粛・安全モードに移行する。なお、機動性モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で静粛・安全モードへの移行が完了していない場合にも、該静粛・安全モードに戻す。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、可変ピッチプロペラ５を装備し、該プロペラ５の回転速度を一定として該プロペラ５のピッチを可変とする機動性モード（第１の運転モード）と、該プロペラ５のピッチを一定として該プロペラ５の回転速度を可変とする静粛・安全モード（第２の運転モード）と、を持つときに、目標値設定手段１１により、各モードにおける目標船速に応じた可変ピッチプロペラ５のピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機９の出力の目標値を設定して、またスキップ範囲設定手段３１により可変ピッチプロペラ５の回転速度のスキップ範囲を設定し、さらにピッチ変化量設定手段３３により、スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な可変ピッチプロペラ５の第１ピッチ変化量を設定して、静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の下端に達したとき、モード切替制御手段１４により、主機９の出力を機動性モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第１ピッチ変化量分変化させ、機動性モードに移行し、可変ピッチプロペラ５のピッチが静粛・安全モードにおける目標値に達したときに、静粛・安全運転モードに移行する。
【００８８】
このように、静粛・安全モードによる加速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の下端に達したときには、主機９の出力を機動性モードにおける目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第１ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えて可変ピッチプロペラ５の回転速度をスキップ範囲の上端に推移させることができ、主機９の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００８９】
また、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、ピッチ変化量設定手段３３により、スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な可変ピッチプロペラ５の第２ピッチ変化量を設定し、モード切替制御手段１４により、静粛・安全モードによる減速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに機動性モードに移行し、該機動性モードにおける可変ピッチプロペラ５のピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機９の出力を静粛・安全モードにおける目標値にし、主機９の出力を該目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第２ピッチ変化量分変化させ、静粛・安全モードに移行する。
【００９０】
このように、静粛・安全モードによる減速中に可変ピッチプロペラ５の回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに機動性モードに移行して、該機動性モードにおける可変ピッチプロペラ５のピッチ変化量が第２ピッチ変化量に達したときに、主機９の出力を機動性モードにおける目標値に保持したまま、可変ピッチプロペラ５のピッチを第２ピッチ変化量分変化させることにより、船速の変化を極力抑えて可変ピッチプロペラ５の回転速度をスキップ範囲の下端に推移させることができ、主機９の回転に基づき誘導される船体起振力の起振周波数と船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避することができ、結果として船舶の安全性や居住性を向上させることができる。
【００９１】
また、本実施形態の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置および推進制御方法では、モード切替制御手段１４の継続時間推定手段の機能により、スキップ範囲をスキップさせるために必要な機動性モードの運転継続時間を推定することとしたので、運転モードの切替が滞った場合であっても確実に運転モードを移行させて、より安全な推進制御を行うことができると共に、船体が持つ固有振動数との共振点となるプロペラの回転速度での運転を回避する手順をプログラム化することができ、自動運転プログラムに取り入れることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１，２ 可変ピッチプロペラ船の推進制御装置
３，４ 制御器
５ 可変ピッチプロペラ
７ 可変ピッチプロペラ制御機構
９ 主機
１１ 目標値設定手段
１３，１４ モード切替制御手段
１５ 主機出力制御手段
１７ プロペラピッチ制御手段
１９ プロペラ回転速度制御手段
２１ ピッチセンサ（ピッチ検出手段）
２２ 回転速度センサ（回転速度検出手段）
２３ 船速センサ（船速検出手段）
３１ スキップ範囲設定手段
３３ ピッチ変化量設定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、
各運転モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定手段と、
一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、前記主機出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にするモード切替制御手段と、
を有することを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項２】
当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出する船速検出手段と、
前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、を有し、
前記モード切替制御手段は、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項３】
前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、
前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、を有し、
前記モード切替制御手段は、前記プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、前記プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項４】
可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、
前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記プロペラの回転速度のスキップ範囲を設定するスキップ範囲設定手段と、
前記スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第１ピッチ変化量を設定するピッチ変化量設定手段と、
前記第２の運転モードによる加速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、前記主機出力を第１の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第１ピッチ変化量分変化させて、前記第１の運転モードに移行し、前記プロペラのピッチが前記第２の運転モードにおける目標値に達したときに、前記第２の運転モードに移行するモード切替制御手段と、
を有することを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項５】
前記ピッチ変化量設定手段は、前記スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第２ピッチ変化量を設定し、
前記モード切替制御手段は、前記第２の運転モードによる減速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに前記第１の運転モードに移行し、該第１の運転モードにおける前記プロペラのピッチ変化量が前記第２ピッチ変化量に達したときに、前記主機出力を第２の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第２ピッチ変化量分変化させ、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする請求項４に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項６】
前記スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する継続時間推定手段を有し、
前記モード切替制御手段は、前記第１の運転モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、前記第２の運転モードへの移行が完了していない場合には、該第２の運転モードに戻すことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項７】
可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
各運転モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定ステップと、
一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、前記主機出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にするモード切替制御ステップと、
を有することを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項８】
当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出する船速検出手段と、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、を有する可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
前記モード切替制御ステップは、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項９】
前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、を有する可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
前記モード切替制御ステップは、前記プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、前記プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項１０】
可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持ち、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段を備えた可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定ステップと、
前記プロペラの回転速度のスキップ範囲を設定するスキップ範囲設定ステップと、
前記スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第１ピッチ変化量を設定するピッチ変化量設定ステップと、
前記第２の運転モードによる加速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、前記主機出力を第１の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第１ピッチ変化量分変化させて、前記第１の運転モードに移行し、前記プロペラのピッチが前記第２の運転モードにおける目標値に達したときに、前記第２の運転モードに移行するモード切替制御ステップと、
を有することを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項１１】
前記ピッチ変化量設定ステップは、前記スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第２ピッチ変化量を設定し、
前記モード切替制御ステップは、前記第２の運転モードによる減速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに前記第１の運転モードに移行し、該第１の運転モードにおける前記プロペラのピッチ変化量が前記第２ピッチ変化量に達したときに、前記主機出力を第２の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第２ピッチ変化量分変化させ、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする請求項１０に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項１２】
前記スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する継続時間推定ステップを有し、
前記モード切替制御ステップは、前記第１の運転モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、前記第２の運転モードへの移行が完了していない場合には、該第２の運転モードに戻すことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項１】
可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、
各運転モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定手段と、
一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、前記主機出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にするモード切替制御手段と、
を有することを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項２】
当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出する船速検出手段と、
前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、を有し、
前記モード切替制御手段は、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項３】
前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、
前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、を有し、
前記モード切替制御手段は、前記プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、前記プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項４】
可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御装置であって、
前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記プロペラの回転速度のスキップ範囲を設定するスキップ範囲設定手段と、
前記スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第１ピッチ変化量を設定するピッチ変化量設定手段と、
前記第２の運転モードによる加速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、前記主機出力を第１の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第１ピッチ変化量分変化させて、前記第１の運転モードに移行し、前記プロペラのピッチが前記第２の運転モードにおける目標値に達したときに、前記第２の運転モードに移行するモード切替制御手段と、
を有することを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項５】
前記ピッチ変化量設定手段は、前記スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第２ピッチ変化量を設定し、
前記モード切替制御手段は、前記第２の運転モードによる減速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに前記第１の運転モードに移行し、該第１の運転モードにおける前記プロペラのピッチ変化量が前記第２ピッチ変化量に達したときに、前記主機出力を第２の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第２ピッチ変化量分変化させ、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする請求項４に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項６】
前記スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する継続時間推定手段を有し、
前記モード切替制御手段は、前記第１の運転モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、前記第２の運転モードへの移行が完了していない場合には、該第２の運転モードに戻すことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御装置。
【請求項７】
可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持つ可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
各運転モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定ステップと、
一の運転モードから他の運転モードへの切替を行う際に、前記主機出力を切替後の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを切替後の運転モードにおける目標値にするモード切替制御ステップと、
を有することを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項８】
当該可変ピッチプロペラ船の船速を検出する船速検出手段と、前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、を有する可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
前記モード切替制御ステップは、当該可変ピッチプロペラ船の船速と目標船速との差が所定公差内に入ったとき、当該可変ピッチプロペラ船の船速が目標船速になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項９】
前記プロペラのピッチを検出するピッチ検出手段と、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段と、を有する可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
前記モード切替制御ステップは、前記プロペラの回転速度と目標値との差が所定公差内に入ったとき、前記プロペラの回転速度が目標値になるようフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項１０】
可変ピッチプロペラを装備し、該プロペラの回転速度を一定として該プロペラのピッチを可変とする第１の運転モードと、該プロペラのピッチを一定として該プロペラの回転速度を可変とする第２の運転モードと、を持ち、前記プロペラの回転速度を検出する回転速度検出手段を備えた可変ピッチプロペラ船の推進制御方法であって、
各モードにおける目標船速に応じた前記プロペラのピッチおよび回転速度の目標値、並びにこれらを実現するための主機出力の目標値を設定する目標値設定ステップと、
前記プロペラの回転速度のスキップ範囲を設定するスキップ範囲設定ステップと、
前記スキップ範囲の下端から上端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第１ピッチ変化量を設定するピッチ変化量設定ステップと、
前記第２の運転モードによる加速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の下端に達したときに、前記主機出力を第１の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第１ピッチ変化量分変化させて、前記第１の運転モードに移行し、前記プロペラのピッチが前記第２の運転モードにおける目標値に達したときに、前記第２の運転モードに移行するモード切替制御ステップと、
を有することを特徴とする可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項１１】
前記ピッチ変化量設定ステップは、前記スキップ範囲の上端から下端まで回転速度をスキップさせるために必要な前記プロペラの第２ピッチ変化量を設定し、
前記モード切替制御ステップは、前記第２の運転モードによる減速中に前記プロペラの回転速度がスキップ範囲の上端に達したときに前記第１の運転モードに移行し、該第１の運転モードにおける前記プロペラのピッチ変化量が前記第２ピッチ変化量に達したときに、前記主機出力を第２の運転モードにおける目標値にし、前記主機出力を該目標値に保持したまま、前記プロペラのピッチを前記第２ピッチ変化量分変化させ、前記第２の運転モードに移行することを特徴とする請求項１０に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【請求項１２】
前記スキップ範囲をスキップさせるために必要な第１の運転モードの運転継続時間を推定する継続時間推定ステップを有し、
前記モード切替制御ステップは、前記第１の運転モードへ移行してから推定した運転継続時間が経過した時点で、前記第２の運転モードへの移行が完了していない場合には、該第２の運転モードに戻すことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の可変ピッチプロペラ船の推進制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−７６５６０（Ｐ２０１２−７６５６０Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２２５０４（Ｐ２０１０−２２２５０４）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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