On a Performance Index of Automatic Steering System of Ships

선박 자동조타 시스템의 성능평가지수에 관한 고찰

A performance index is very important and indispensable to the evaluation of automatic steering system of ships in open sea from the viewpoint of energy saving. In this paper, we derive the performance index of automatic steering system from the concept of energy loss of propulsive power. The index is found to consist of three terms, energy loss due to elongation of sailing distance, energy loss due to steering, and energy loss due to yawing motion. We also provide two kinds of calculation method on the performance index ; frequency response analysis and digital simulation. The numerical calculations are carried out for an ore carrier and a fishing boat by both methods. The frequency response analysis is found to be useful if the system is linear and the disturbance on ship is not large. If the system is nonlinear or the disturbance is excessive, the method of digital simulation has to be applied for the accurate evaluation of the performance index. Further investigations into the effects of nonlinear elements such as weather adjuster, power unit etc. on the performance index, will be dealt with in another paper.

본 연구에서는 대양을 항행하는 선박의 자동조타 시스템의 정량적 평가, 해석을 위해서 추진 에너지 손실의 관점에서 성능평가지수를 도출하였다. 그 결과 성능평가지수는 침로편차, 타각, 회두각속도의 제곱평균치로써 구성됨을 밝혔고, 아울러 각 제곱평균치의 계수는 선박의 유체역학적 특성에 의해서 결정됨을 알 수 있었다. 또한 성능평가지수는 자동조타 시스템에 불규칙 외란이 입력으로 작용하였을 때, 주파수 응답법과 시뮬레이션 기법에 의해서 정도 높게 계산될 수 있음을 밝혔다. 대표적 해상 상태에서 광석운반선과 소형 어선에 대한 시계산 결과, 주파수 응답법은 작은 외란하에서 시스템이 선형인 경우에는 유용하지만, 비교적 큰 외란하에서 또는 시스템 내부에 비선형 요소가 있는 경우에는 시뮬레이션 기법이 보다 정확하고 유용함을 알 수 있었다.