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  • »Heinrich-Der-Seefahrer« ist der Autor dieses Themas

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1

Mittwoch, 2. November 2011, 21:25

Primitv-Gyrosensor versus AHRS bei el. Autopilot für Segelyacht

Liebe Leuts,

weil in einem Thread über unzuverlässige GPS-Daten sowas andiskutiert wurde, hier die Fortsetzung:

Ich setze an meinem elektrischen Selbststeuersystem, keinen einfachen Drehratengeber (Gyroskop/Gyrometer) sondern ein sensofusioniertes AHRS zur Schiffslageberechnung ein.

Das System besteht aus:

- AHRS (Attitude and heading reference system, jeweils 3-Achsen Magnetometer, Gyroskop und Accelerometer, eigenhändig programmierte, auf die Bewegungen einer Segelyacht abgestimmte Kalman-Filterung), Strombedarf des Sensors: 10 mA

- ARM Cortex M3 Kurscomputer mit 74 MHz, Strombedarf: 50 mA

- Display momentan in der Test-und Verifikationsphase: 4x20 Zeichen Text-LCD, Strombedarf ohne Backlight: 4 mA, mit höchster Helligkeitsstufe: 130 mA.

- Aktuator: Ausgeschlachteter, alter und von seiner Elektronik befreiter TP10 (Motor mit Schubstange...)

- Motorcontroller: bis 36 V bis 18 Ampere ohne Kühlung, seriell angesteuert.

- GPS-Modul: Updaterate maximal: 10 Hz

Erste Tests:
Der Strombedarf beim Segeln reduziert sich durch meine Steuerung auf unter 10% des Bedarfes
des TP22. Der Lärmpegel an Bord ist auf ein absolutes Minimum begrenzt, weil

A) der Stellmotor wenn nicht anders erforderlich - nur mit einem Achtel seines Nennstromes betrieben wird (PWM).

B) die Periodizität der Schiffslagedaten dem Gerät eine selbsttätige Unterscheidung zwischen Amwind-, Halbwind-, raumem und achterlichem Kurs ermöglichen.

C) die Steuerung sich hinsichtlich der P, I, D-Anteile selbsttätig den Kursen und den Schiffsbewegungen anpasst.
Edit 18.06.2013: Hat auch noch Tücken, vorerst nur manuelle Einstellung der 5 Regelparameter

D) Die Analyse der Periodizität von Stampf/Roll/Gierbewegungen nach einer Clusteranalyse zurückliegender Messdaten eine Wahrscheinlichkeit ergibt, mit der ein bestimmter Ruderausschlag VOR einer zu erwartenden wellenbedingten Kursabweichung zu einer erfolgreichen vorab-Kurskorrektur führt. Vorausschauendes Steuern.
Edit 18.06.2013: D ) hat Tücken, wieder aus dem Programm rausgenommen, weitere Datenerhebung zur Verfeinerung der Algorithmen notwendig

Auf Glattwasser macht das Ding alle 10-20 sec mal eine kleine, langsame Bewegung.
siehe:



Feuer Frei!
Gyro vs intelligentes Segel-AHRS... Bin gespannt auf Eure Kommentare.

Joern

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »Heinrich-Der-Seefahrer« (18. Juni 2013, 12:12)


Squirrel

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2

Mittwoch, 2. November 2011, 21:30

Ich habe keinen Zweifel, dass das was anständiges wird, wenn Du das in die Hand nimmst... :D

[8 min später]

So, jetzt die Fragen:

- Bei dem Video letztes Jahr, da war der TP aber schon kurz vor Exitus, oder nicht? War der immer so? Ich hatte einen 20er auf der Neptun, der war aber von vor der Übernahme durch Simrad, und das Boot war leichter. An so'n Gesäge kann ich mich nicht erinnern.

- Wird es eine Embedded-Lösung ohne PC geben? Wie wird das fertige Produkt aussehen (nicht die Gestaltung der Hülle, sondern im Aufbau)?
There's nothing - absolutely nothing - half so much worth doing as simply messing about in boats.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Squirrel« (2. November 2011, 21:45)


3

Mittwoch, 2. November 2011, 21:43

... Nexus macht das oben Beschriebene ohne extra Bastelei.

Trotzdem: Hut ab vor Heinrich!
:S

Kieler Jung

Wiesensechler

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4

Mittwoch, 2. November 2011, 22:02

Hut ab !!!

Für unser kleines Böötchen haben wir ja auch den TP10.

Ich kenn also das bsssssssssssssssssssss raaaaaaaaaaaaaaaaaaaa bssssssssssssssssss raaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa bssssssssssssssssssss raaaaaaaaaaaaaaaaaaaa :rolleyes: :rolleyes:

Auf deinem Video sieht das schon sehr, sehr gut aus! Würde die gesamte Elektrik auch IN den TP10 passen bzw. muss der Schlepptop damit verbunden sein?
Beste Grüße,
Arne


"Genieße dein Leben, es könnte dein letztes sein."

:segeln:

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5

Mittwoch, 2. November 2011, 22:30

Zitat

Original von Squirrel
Ich habe keinen Zweifel, dass das was anständiges wird, wenn Du das in die Hand nimmst... :D

[8 min später]

So, jetzt die Fragen:

- Bei dem Video letztes Jahr, da war der TP aber schon kurz vor Exitus, oder nicht? War der immer so? Ich hatte einen 20er auf der Neptun, der war aber von vor der Übernahme durch Simrad, und das Boot war leichter. An so'n Gesäge kann ich mich nicht erinnern.

- Wird es eine Embedded-Lösung ohne PC geben? Wie wird das fertige Produkt aussehen (nicht die Gestaltung der Hülle, sondern im Aufbau)?


Das eingeschnittene Video-Teil(nervöser Pinnenpilot) war ein brandneuer TP22, den ich als zu Vergleichstests mit der WSA 2009/2010 von Bastian Hauck ausgeliehen bekam. Das Gerät wurde ordentlich kalibriert, und direkt auf der Batterie angeklemmt. Betrieb im Modus: Fluxgate und automatischer Seegangsanpassung, Rudder Amount= 5 (von 1..9).
Mein eigener TP10 (B-CalmXP, im Video noch vom Laptop aus angesteuert) war seit 2002 Exitus. Jetzt wiederbelebt.

Die Embedded-Lösung liegt hier vor mir auf dem Tisch. Die Algorithmen werden z.Zt 1:1 aus Delphi (Laptop) nach C++ (Embedded) übertragen. Die hier gemessenen Daten der Embedded-Lösung hinsichtlich des Stromverbrauches sind oben genannt.

Also: Das Ding besteht aus zwei Teilen:
1. Display mit Motorcontroller und Kurscomputer
2. abgesetzter Sensor zur innenbord-Schottmontage.

- An das Display wird der Stellmotor eines beliebigen AP angeklemmt. Und die Batterie. Dann lüppts schonmal.
- Optional Windgeber und GPS per NMEA (0183/2000).
- Optional analog-Windgeber und analog-Ruderlagegeber
- Optional eingebautes GPS

Joern

P.S.: Die Nexus-Anlagen halte ich übrigens für sehr teuer. Die Website gibt nicht viel her, insofern ist die Aussage, "das könnten die alle auch schon" momentan für mich sehr weit hergeholt und bis zu ggf. austehender detaillierter Diskussion der Nexus-Steuerung einer fachlichen Diskussion nicht dienlich.

Dieser Beitrag wurde bereits 4 mal editiert, zuletzt von »Heinrich-Der-Seefahrer« (2. November 2011, 22:57)


x-molich

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6

Mittwoch, 2. November 2011, 22:52

Hi,

klasse gemacht.

Gegen das was heute mit einfachen (überschaubaren finanziellen) Mitteln möglich ist, ist das käufliche Zeugs lackierte Jauche.

Wirst Du ein Produkt draus machen oder open source o.ä.?

Grüße

Sascha
Umwege erhöhen die Ortskenntnis!

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7

Mittwoch, 2. November 2011, 23:04

Die Sachen basiern zur Zeit auf open Hardware.
Das ist die Entwicklungsplattform.
Ob das dann auch open source geht, hängt von der Resonanz ab.
Immerhin muss ich mindestens die 4 Wochen für den auf Segelyachten optimierten Kalman-Filter hereinbekommen (AHRS)... sowie die 4 Saisons Messungen zur Entwicklung einer Steuerungs-Heuristik...
Ich würde mich jedenfalls sehr freuen, wenn ich über die in die open Source Community bereits geposteten Snippets hinaus das Gesamtsystem irgendwann open Source machen könnte.

Joern

8

Donnerstag, 3. November 2011, 07:31

moin Jörn

wenn Du das Ding Marktreif hast melde Dich ruhig, mir gehen die Geräusche des Autopiloten auch auf die Nerven.

Grüße Sven

Spoiler Spoiler

01.09.2017 - 03.09.2017 www.speckregatta.de

9

Donnerstag, 3. November 2011, 07:43

Zitat

Original von Heinrich-Der-Seefahrer
… Die Nexus-Anlagen halte ich übrigens für sehr teuer. Die Website gibt nicht viel her, insofern ist die Aussage, "das könnten die alle auch schon" momentan für mich sehr weit hergeholt und bis zu ggf. austehender detaillierter Diskussion der Nexus-Steuerung einer fachlichen Diskussion nicht dienlich …



Lieber Joern,

nach wie vor finde ich wirklich beachtlich, was Du aus dem als nicht besonders zuverlässig und wenig hochwertig bekannten Pinnenpiloten gemacht hast.

Du bemängelst, dass die von mir verwendete und auch schon bei Kunden montierte Anlage teuer sei. Das ist nicht von der Hand zu weisen. Sie ist im Funktionsumfang auch nicht mit Deinem derzeitig vorgestellten System vergleichbar. Vielmehr handelt es sich um einen fertig konfektionierten Einbaupiloten, der in ein Instrumentensystem integriert wird.

Aber auch Dein System ist nur deshalb preisgünstiger zu haben, weil:
• Du Deine Entwicklungszeit mit 0 € ansetzt
• Du darauf baust, dass weitere Entwicklung von anderen 0-€-Kräften erfolgt, „open source“
• Du Dich nicht damit belastest, Geräte zu produzieren und zu verkaufen
• Du Dich nicht damit belastest, dauerhafte Funktionsfähigkeit unter Seebedingungen zu garantieren

Ich greife nochmals meinen ersten Satz auf. Ich finde es großartig, wenn Anlagen verbessert, hier vielleicht sogar revolutioniert werden.
Ich bin aber kein Entwickler, sondern kann nur einbauen und anwenden. Etliche Yachteigner können nicht einmal selbst einbauen und benötigen auch noch Hilfe bei der Konfiguration ihrer Anlagen. Ich finde das nicht schlimm.

Meine Bitte an Dich wäre, dass Du Dich mit Deiner Entwicklung an die Hersteller wendest und sie mit deren Möglichkeiten zur Serienreife bringst. Dann nämlich könnte auch ich von Deiner Entwicklung profitieren, indem ich oder jeder andere das System erwirbt, einbaut und einsetzt.
:S

unregistriert

10

Donnerstag, 3. November 2011, 09:35

Zitat

Original von ugies
Meine Bitte an Dich wäre, dass Du Dich mit Deiner Entwicklung an die Hersteller wendest und sie mit deren Möglichkeiten zur Serienreife bringst. Dann nämlich könnte auch ich von Deiner Entwicklung profitieren...


Ja, ich kenne das :-) Möglichst von der Arbeit anderer profitieren zu wollen.
Es gibt sicherlich viele, die von den stromfressenden und überteuerten Autopiloten die Nase voll haben. Es wäre daher an der Zeit, mal ein Open-Source Projekt auf die Beine zu stellen, das wirklich von den praktischen Erfahrungen der Anwender gestützt wird und nicht von nur auf billige Herstellung bedachte Firmen.
Finanzieren ließe sich solch ein Open-Source Projekt sicherlich durch das Anbieten von Bausätzen in verschiedenen Baustufen je nach Fertigkeitsgeschick des Anwenders.
Die Anfeindungen der professionellen Hersteller muß man dann eben ertragen...

Gerhard

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11

Donnerstag, 3. November 2011, 09:49

das Gesäge von meinem WP30 nervt uns über Gebühr,

ich suche schon nach einem Einbaupiloten.

Bin sehr interessiert an dem Produkt von Joern.
Grußß Svenning

Squirrel

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12

Donnerstag, 3. November 2011, 10:06

Zitat

Original von svensk.tiger
ich suche schon nach einem Einbaupiloten.

Bin sehr interessiert an dem Produkt von Joern.


Ein Einbaupilot ist klasse, ich möchte nicht mehr ohne. Aber auch der kann natürlich von einer guten Regelung profitieren.
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13

Donnerstag, 3. November 2011, 10:27

Zitat

Original von Squirrel

Zitat

Original von svensk.tiger
ich suche schon nach einem Einbaupiloten.

Bin sehr interessiert an dem Produkt von Joern.


Ein Einbaupilot ist klasse, ich möchte nicht mehr ohne. Aber auch der kann natürlich von einer guten Regelung profitieren.



jo, so geht meine Denke, ein Linear- oder Hydraulikantrieb und die Steuerung von Joern.

@Joern
Sollte als kleine Hinweis verstanden werden, das Dein Produkt auch die Fernbetätigung der Kupplung von Einbauantrieben im Auge haben sollte.
Achja, ich habe zwei Steuerstände :O
Grußß Svenning

Squirrel

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14

Donnerstag, 3. November 2011, 10:32

Zitat

Original von svensk.tiger
@Joern
Sollte als kleine Hinweis verstanden werden, das Dein Produkt auch die Fernbetätigung der Kupplung von Einbauantrieben im Auge haben sollte.


Ja richtig. Ein Relaisausgang, an dem immer Spannung anliegt, sobald die Steuerung nicht im Standby ist, ist ungemein wichtig :D
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15

Donnerstag, 3. November 2011, 11:57

Zitat

Original von CarCode

Zitat

Original von ugies
Meine Bitte an Dich wäre, dass Du Dich mit Deiner Entwicklung an die Hersteller wendest und sie mit deren Möglichkeiten zur Serienreife bringst. Dann nämlich könnte auch ich von Deiner Entwicklung profitieren...


Ja, ich kenne das :-) Möglichst von der Arbeit anderer profitieren zu wollen ...
...

Die Anfeindungen der professionellen Hersteller muß man dann eben ertragen ...

Gerhard


Ich verstehe Deinen Vorwurf nicht, fühle mich angegriffen.

Ich denke, dass ein gutes System, hier eine gute Steuerungstechnik für den Antrieb, durchaus auch von den bekannten Herstellern aufgegriffen wird, wenn man das dort entspechend anbietet. Dein Video ist doch überzeugend.

Ich habe auch keineswegs Joerns Arbeit angefeindet, sondern sie ganz im Gegenteil, hoch gelobt.

Schließlich: Wenn ich von der Arbeit anderer profitiere, pflege ich dafür zu bezahlen. Mir ohne genaueres Wissen etwas anderes zu unterstellen, finde ich unfair.

PS: Wir haben das per PN geklärt und alles ist jetzt gut.
:S

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16

Donnerstag, 3. November 2011, 12:55

Zitat

Original von Squirrel

Zitat

Original von svensk.tiger
@Joern
Sollte als kleine Hinweis verstanden werden, das Dein Produkt auch die Fernbetätigung der Kupplung von Einbauantrieben im Auge haben sollte.


Ja richtig. Ein Relaisausgang, an dem immer Spannung anliegt, sobald die Steuerung nicht im Standby ist, ist ungemein wichtig :D


Relaisausgang, an dem unter Autopilotage Spannung anliegt?
- Hmm, Rätsel...
Wird die Kupplung mit einem Schließer-Relais betätigt? oder tut es auch ein TTL-Ausgang (Davon haben wir noch so ca 20 Frei...)
Klar lassen sich Ausgänge mit dem AP / Standby-Mode synchron schalten. Was auch immer man dann dranhängt.

Zweiter Steuerstand: Danke für den Hinweis. ;)
Dann müsste man noch ein reines Tochter-Display (ohne Kurscomputer drinnen) bedenken / verkabeln. Das braucht dann auch einen eigenen kleinen Mic für die Serialisierung der Tastendrücke (Davon haben wir 5). I/O-Pins hat der Cortex M3 ja genug...

Joern

Squirrel

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17

Donnerstag, 3. November 2011, 15:36

Üblicherweise handelt es sich um eine Magnetkupplung oder, bei hydraulischen Anlagen, um ein Magnetventil. Da muss schon ein gewisser Strom geschaltet werden, ich denke, TTL ist etwas wenig ;)
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18

Donnerstag, 3. November 2011, 17:59

Bin zwar technischer Laie bzgl. PiPis, aber warum ein Simrad und nicht ein Raymarine als Referenzsystem?
Habe beide kennengelernt (Simrad TP20 + Autohelm 2000), wobei TP20 nie die Klappe hielt und ständig vor/zurück schaltete.
Da ist der alte Autohelm 2000 schon besser, der kommt ohne Gyro sogar bei moderaten Bedingungen raumschots mit Welle ganz gut klar.
Verbesserungen sind immer gut, aber da wohl die meisten, wie ich, Laien auf diesem
Gebiet sind, dürften für diese sicherlich nur ein easy zu installierendes System Sinn machen.

Squirrel

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19

Donnerstag, 3. November 2011, 18:12

Welches Referenzsystem eingesetzt wird spielt hier keine Rolle, weil die Elektronik des alten Systems komplett entfernt und verschrottet wird. Der Pinnenpilot wird von einem Autopiloten zum nackten Antrieb degradiert, das neue Hirn des Autopilotens ist in einer Kiste außerhalb des Kunststoffgehäuses von Simrad bzw. Raymarine. In die vorhandene Elektronik einzugreifen wäre wirklich Bastelei.
Ich könnte mir vorstellen, dass das, was Jörn da vorhat, nicht unbedingt schlimmer zu installieren ist als... sagen wir mal "ein Echolot plus ein Log". Das mag nicht für jeden Laien ganz allein möglich sein, aber mit etwas Unterstützung durch einen fähigen Kameraden sollte es machbar sein.
Der schwierigste Punkt dürfte werden, den alten Autopiloten zu öffnen, die beiden Drähte vom Motor abzukneifen und die neue Anschlussleitung anzulöten.
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20

Donnerstag, 3. November 2011, 18:25

Zwei Kästen:
Ein Display mit Kurscomputer, da wird der Motor vom Linearantrieb/Radantrieb (Tillerpilot) angeklemmt.
Ein AHRS-Sensor zur Innenbord-Schottmontage dicht beim Drehpunkt des Schiffes.

Einschränkung:
Auf Stahlyachten ist der AHRS-Sensor nur als Lagereferenzsystem (6DOF-IMU), das ist eine Stufe über dem "primitv-Gyro" nutzbar, und der Anschluss eines externen GPS-Gebers erforderlich. Oder optional mit eingebautem GPS-Empfänger.

Joern

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »Heinrich-Der-Seefahrer« (3. November 2011, 18:34)


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