Onderwerp: Metingen aan autopilots

In diverse posts op ZF wordt over ervaringen met autopilots (AP) geschreven. Jaren geleden heb ik metingen uitgevoerd met een meetrecorder aan boord. Het betrof hier een eenvoudige AP van Navik (niet meer op de markt) die ongeveer vergelijkbaar was met de Autohelm 2000. Het schip was een Westerly Konsort (29 ft).
De AP had een vaste instelling van de stuurcorrectie en twee instelmogelijkheden voor de zeegang maar geen automatische trimfunctie.
De AP deed het vrij goed, behalve bij ruime wind en windje 5-6 Bf. Zie de grafiek. Met een dode band van 2 graden koersfout , stand 2 , ging het nog wel, maar bij een dode band instelling van 7 graden (stand 1) ontstond een sterk slingerende koers. De draaisnelheid van de boot was soms > 5 graden/sec en de AP kon dat niet bijhouden of liever voorblijven.
De AP's van nu zijn sneller geworden, maar ook voorzien van automatische aanpassingen aan de zeegang. Door toepassing van versnellingsopnemers wordt er ook beter geanticipeerd op golven en vlagen.
Ik ben eigenlijk wel benieuwd hoe dat er uitziet. Meten met een recorder hoeft niet meer. Veel boten hebben de benodigde signalen, zoals kompashoek, roerhoek, schijnbare windrichting al in een netwerk. Door deze te loggen en daarna te plotten op tijdbasis ontstaat een vergelijkbare meetstrook. Op mijn boot heb ik geen signalen in een netwerk. Wie zou voor de aardigheid eens wat opnames kunnen maken van een moderne AP in een grenssituatie van sturen ?

Jan

Leuk!
Ben benieuwd.
Ik (wij) hebben veel autopiloten ingebouwd in grotere schepen van 15 tot 50 meter en er dus ook veel aan gemeten en ingesteld.

Vroeger ging dat met een N-Z en O-W spoel onder het magnetisch kompas, dat as matig. De latere rate of turn fluxgates van Simrad waren en zijn erg goed, ook ruime wind.

De huidige (goede) GPS kompasen zijn perfect.

Het betrof wel altijd Simrad/Kongsberg

Interessant,

Het lijkt me lastig om metingen (verschillende boten, verschillende zeegang) te vergelijken. Het lijkt me wél een goede methode om bij één boot gedurende dezelfde omstandigheden tijdens een lange tocht, verschillende tuning uit te proberen en het resultaat zichtbaar te maken.

Het lijkt me vooral interessant om na te gaan hoe goed de huidige AP "leert" van de omstandigheden. Dus de koers en roer hoek registreren vanaf het inschakelen tijdens de "leerperiode". Verder wordt natuurlijk het effect van andere instellingen met registreren beter zichtbaar.
In dit geval voldeed de grotere dode band niet op de ruime koers met deze wind en golven. Aan de wind was dat wel goed.
Daarna ook eens de AP prestaties vergelijken met het sturen op de hand.

Jan

De AP leert doormiddel van differentiaalvergelijkingen. Het een en ander is uit te proberen in het programma Scilab/Matlab. Door op Stuurautomaat AND differentiaalvergelijking te googlen kom je denk ik een stuk verder.
mvg

je vergelijkt niet alleen de AP, boot en golfslag , maar ook de trimkunsten van de zeiler.
Lijkt me nogal een onnauwkeurig verhaal te worden.
Met de kans dat onterecht hier en daar AP's worden afgeserveerd..

Je hebt er ook die gewoon een anker voorop hangen , of 100 meter ankerketting meenemen, blijbkbaar

Okay, nachtvlinder heeft het over 1 boot. Dan zou het kunnen werken.

Go west schreef :
Mijn ervaring is dat een AP vele malen beter stuurt dan een mensch voor langere tijd. Op zee is het een volwaardig extra bemanningslid.
Rooie Dirk en ik hebben allebei wat langere reizen gemaakt op de Tooluka met een simrad piloot, maar met de bestaande aandrijving. Ik had die AP toch zeker niet willen missen. Ik daar de piloot in 2004 ingebouwd, maar de simrad is goed zelf lerend.
Tijdens een seatrail gaat de piloot elf het roer overnemen en allerlei figuren varen om de basis eigenschappen te leren van het schip. Hoe langer de piloot werkt, hoe beter hij leert van de bewegingen.

Daar gaat het ook wel eens mis met de grote zeeschepen schepen, AP is "geleerd" toen het schip geladen was en vertrekt dan leeg uit een haven Waarom ben je nieuwsgierig naar deze gegevens?

Vooral met achteroplopende zeeen merk je de zelflerende functie van de AP's erg goed. Ik heb oorspronkelijk een Furuno 511 ingebouwd met de toen nieuwste gyrogestabiliseerde Rate of turn compass van Simrad.
in 2014 heb ik een nieuwe simrad AP ingebouwd met haar eigen kompas welke feitelijk een nieuwere uitvoering is van wat ik al had.

De Furuno stuur gelijkmatiger en rustiger, resulterend in een lager energie verbruik, maar ook iets grotere afwijkingen. De Simrad daarentegen kan kritischere condities aan dan de Furuno.

Ik wil nooit meer zonder. 98% van de afstand staat er een AP het werk te doen, ik stuur bijna nooit zelf.
Nooit geen metingen gedaan, maar ik ben best bereid om daar wat mee te doen als daar belangstelling voor is.

De Furuno drijft een hydraulische arm op het kwadrant aan, de Simrad is aangesloten op een lineaire elektro motor die in de tandwielkast van het stuurwiel zit.

@ BenK
Bij mijn vroegere baan ben ik betrokken geweest bij het gebruik van Autopilots en Dynamic Positioning/Tracking op werk- en baggerschepen. Daar weet ik voldoende van.

De meetstrook laat eigenlijk de performance zien van de eerste generatie AP's voor de pleziervaart. Analoge techniek, flux-gate kompas, constante snelheid van de drive in combinatie met een dode band.
De huidige AP's voor zeiljachten hebben een microprocessor, eventueel een ander kompas (rate gyro),variable rate drive, versnellingsopnemers etc. waardoor een betere en ook adaptieve regelstrategie ("leren" ) mogelijk wordt. Toch lees ik af en toe verhalen, dat de AP het niet aan kan. Maar je ziet eigenlijk nooit hoe goed of slecht de nieuwe generatie AP's voor de zeiljachten sturen in zwaardere omstandigheden. Vandaar mijn vraag in de eerste post (alleen voor de aardigheid natuurlijk ).

Jan
.
.

@ Ericdejong

Interessant. Dank voor je info.

Jan

Ben zeker benieuwd!
Zou voor de jol ook een AP willen.

Situaties waarin we zien dat een AP het niet aan kan is b.v. als de stuurpomp het niet aan kan. Simrad heeft b.v. een pomp RPU-3000, die 3 liter olie per minuut kan verpompen. In oudere schepen zitten vaak nog de stuur cilinders van vroeger. Cilinder inhoud van 8 of 16 liter komt voor. Als je dus 8 liter cilinder aansluit op een 3 liter pomp, duurt het ruim 2 minuten van boord tot boord. Dan heb je al snel met wat zeeën dat de pomp het niet kan bijhouden.
Het makkelijke van de Simrad pompen is dat alle kleppen, ventielen etc. al in het pomphuis zitten, kant en klaar.
De praktijk wijst uit (rule of the thumb) dat de capaciteit van de pomp moet in staat zijn om het roer in ongeveer 18-25 seconden van boord tot boord te pompen.
Voor pomp mag je natuurlijk ook lineaire motor of tandwielkast o.i.d. lezen.

De Simrad piloten kunnen elke elektromotor aansturen, dus pomp, stuurmotor etc. De laatste 25 jaar gebeurd dat extreem efficient met pulsbreedte modulatie. Dit zorgt samen met een rate-of-turn kompas voor een perfect stuurgedrag en aanzienlijker energie zuinig dan de aan-uit piloten.
Ook je mechanische constructie vindt dit erg fijn, weinig slijtage.

@ Tilikum

Met data bedoel ik gemeten waarden van de kompaskoers, liefst ook roerhoek en schijnbare windkoers, zodat achteraf een zelfde plotje kan worden gemaakt, zoals ik in de 1e post heb getoond. Alleen de kompaskoers is al interessant. Als de boot regelmatige halen maakt van 20 a 25 graden aan beide zijden van de gemiddelde koerslijn, dan is dat geen plezierig varen meer en zeker een grens van het systeem zeilboot + AP voor die koers. Ik ben benieuwd of de intelligentere AP zo'n grens verlegd hebben.

Jan

@ WADnWIND.

De oudere AP's zijn relatief traag t.o.v. de huidige. Snellere respons helpt zeker. Mijn TP32 haalt ( bij 200N stuurkracht ) ongeveer een draaisnelheid van het roer van 6,5 graad per seconde. Ik heb echter geen metingen met de TP32, zoals indertijd gemaakt van de oudere Navik AP.
Wel heb ik voor de zelfde koers als de Navik, metingen van een windvaansysteem, die het schip wel vrij goed stuurt. Een windvaanpendulum kan ook snelle roerbewegingen geven. Dat helpt dus. Mijn vraag blijft, is de verbetering van het intelligenter sturen van de moderne AP's zichtbaar te maken is.

Jan

Een autopilot heeft meestal het meeste moeite met ruime windse (downwind) koersen, en dan vooral in combinatie met golven. Op een ruimewinse koes zullen de betere pilots meestal ingesteld worden op het zeilen van een bepaalde TWA, want dat is juist (mede) waarom deze pilots zo goed zijn.
Het instellen op kompaskoers en kijken aan de hand van grafieken of een 'goede' pilot beter koers houdt lijkt mij dus niet heel veel zeggend.
Het varen op kompaskoers is relevant voor halvewinde koersen (en dat kunnen de meeste piots wel goed). Upwind AWA en downwind TWA.

Go west schreef :
je zou de koers kunnen plotten, zoals je al eens gedaan hebt, in dit geval vanuit een logfile van b.v. opencpn.
Je kan ook de stroom meten van de stuurmotor of pomp. Er vanuit gegaan dat het systeem proportioneel stuurt, is de stroom opname een maatstaf voor de correctie factor van de koers.
Maar of iemand dat al eens gedaan heeft?

Bij het lezen van dit draadje wordt niet duidelijk wat er onderzocht word. Er zijn inderdaad goede en minder goede stuurautomaten. Maar ook makkelijker en minder makkelijker sturende bootjes. Ruwe zee of minder ruwe zee. Teveel variabelen om uit zo'n log iets over de kwaliteit van de stuurautomaat te kunnen zeggen.

Overigens bij een goede automaat kun je het stroomverbruik gewoon op de display aflezen.

Aan de bovenstaande plots kun je zien, mits de tijdsbasis juist is, dat de automaat niet anticipeert op wat komen gaat. En verder dat een signaal analyse van de eerste orde al voldoende is om een iets betere automaat te ontwerpen. In andere bewoordingen de automaat waggelt met een vaste periode

Ik ga de N2K logger kopen die "alles" logt. Kom tegen die tijd wel met de logs

Sunday schreef :
Dat lijkt me zeer interessant. Goed initiatief ! Ik heb net de topic "Verschil autohelm 4000 , Raymarine SPX5 en SPX5 GP" nog eens opnieuw doorgelezen. Daarin ook een mooi video-tje met de Pelagic Drive.
Moderne technieken uit o.a.de scheepvaart zijn nu ook beschikbaar voor de AP's van kleine jachten.
Op papier ziet alles er goed uit. Praktijkmetingen kunnen dat dan bevestigen.

Jan

De crux is om een logbestand te maken waar je iets mee kan. De meest gebruikte is het spul in excel te laden.

Mijn csv-logjes zijn redelijk beperkt. Geen roerstand of AIS bijvoorbeeld.
Tien keer per seconde het volgende segmentje. Echter een dag varen geeft al een bestand wat zo groot is dat excel er eindeloos lang over doet om er een simpele bewerking op uit te voeren. Dit los ik zelf op door de informatie die ik er uit wil halen door een eigen programma geschreven in C++ te doen. Echter is het dan wel nodig eerst een zinvolle vraag te formulieren.

@ 3Noreen,
In mijn eerste post van dit topic heb ik verwoord wat de achtergrond is van de vraag. Het is nieuwsgierigheid. ( Geen commerciele belangen.) Indertijd (1984) hadden we een project in de Vereniging Van Toerzeilers om meer te weten te komen van AP's . Een soort state of the art.
Vroeger was het meten met een schrijvende recorder aan boord een heel gedoe. Je moest aparte opnemers maken en inlezen. Een paar AP's en windvaanstuurinrichtingen hebben we gemeten en er ook over gerapporteerd in het blad "Toerzeilen".
Uit de metingen bleek dat met een ruime koers en Bf 5 a 6 de ( eenvoudige) AP van dat moment z'n grens bereikte.
De AP's zijn nu beter en het meten is gemakkelijker. Vandaar mijn vraag of iemand interesse heeft om te meten waar nu ongeveer de grens ligt en hoe het koersverloop dan is.
Hoogfrequent meten geeft inderdaad grote logfiles en inderdaad zoals je zegt kun je met een apart programma de hoeveelheid data reduceren.
De oude meetstrook laat zien, dat in ca. 7 minuten meten al een duidelijk verschil te zien is tussen stand 1 en stand 2 van de dode band. Een dag meten is dus niet nodig. Verder is de periode van het koersverloop 25 a 30 seconden. Het gaat er niet om relatief kleine koersschommelingen vast te leggen, maar de grote "halen", die de boot maakt en die ook feitelijk de bruikbaarheidsgrens aangeeft. Interessant is ook om dan het handmatig sturen te meten.
Als je op dat gebied iets zou doen, dan ben ik zeker geinteresseerd in de uitkomst.

Jan

Ter aanvulling laat ik hier aansluitend de meting zien van een windvaanpendulum systeem. De boot, ingestelde koers en de windkracht en -richting is hetzelfde.
Hieruit is te zien, dat het windvaansysteem geen enkele moeite heeft met het sturen van de boot op deze ruime koers. De slingeringen zijn veel kleiner.

Jan

Een Nmea logfile van 1000 regels met een interval van 16 sec. Ruimwinds ware wind tussen 20-25 kn op stuurautomaat. Het gaat er best ruig aan toe.
Download op
nmea_log

Indeling zoals stukje hierboven.
RMC is gps positie e.d.
XDR is helling en rol van de boot
VHW kompaskoers en snelheid
MWV schijnbare wind richting en sterkte
De andere regels heb je niet veel aan. Diepte en of we aan het motoren zijn.
De laatste is een waypoint om later de track te kunnen zien.

Na wat geklungel met excel krijg ik uit mijn logbestand het volgende grafiekje. Nog steeds geen idee wat er voor conclusies uit getrokken kunnen worden.