Onderwerp: Eigenschappen, nauwkeurigheid en ijken instruments

De i70 klokjes van Raymarine geven aan hoe snel je moet draaien. Dat is echt heel langzaam, lukt een goede crew prima op zeil. Behalve het indewindse stuk dan natuurlijk.

Interessante gedachte! Maar hoe ga je dat doen bij verschillende zeilvoeringen? Bij (bv) 15 kn wind ben je aan-de-wind al gereefd, terwijl ruime wind de spi erop moet (wil je volgens je polar varen). Dit wordt dan tevens een oefening in naadloze zeilwissels

Ook is deze zeilvoering afhankelijk van de TWS: smalle HA fok en gereefd grootzeil zal bovenin minder upwash geven dan onder voltuig.

Om die reden gebruiken de performance systemen een 2D tabel (=upwash correctie afhankelijk van koers en wind...). In de praktijk hoef je zo'n 2D tabel maar één keer te vullen (wat veel tijd kost). Het lijkt mij minder handig om voor elke tocht dit soort calibratierondjes te varen.

Vreemd dat er zo weinig te vinden is over de meetpricipes van onze windsensoren. Vanwege de noodzaak tot regelmatige calbratie van RM systemen verwacht ik dat hier gebruikt wordt gemaakt van magnetische opnemers (spoeltjes). Bij mijn systeem kan en hoef ik slechts een offset in te stellen, direct na inbouw. Wordt daar gebruik gemaakt van een digitale encoder? Signaal komt tenslotte ook digitaal naar buiten, waar RM dit analoog doet?

Dat kan fysisch in ieder geval niet verlopen. Zoiets als hieronder maar dan met hogere resolutie? Met een 9 bit systeem is de resolutie al kleiner dan 1 graad.



Edit: indien in die calibratieprocedure de rondjes worden gevaren zonder dat kompasinformatie gebruikt wordt, wéét de sensor niet hoe snel je aan het draaien bent! De sensor weet dan ook niet of niet-lineariteiten in de snelheid van draaiing van de AWA veroorzaakt worden door upwash of andere (electrische) effecten. Als zo'n systeem wél iets doet met de KK, kan de AWA gecalibreerd worden tov de KK en is de draaisnelheid minder van belang!

Calibratie door rondjesvaren is denk ik bedoeld om bij magnetische systemen de maxima en minima te meten. Immers je meet een sinus- en haaks er op een cosinusachtig signaal. Door daarvan de maxima en minima te bepalen, weet je waarmee je straks het gemeten signaal moet verrekenen om de hoek er uit te halen.
Het is vooral niet bedoeld om de hoekoffset te weten, en ook niet om lineariteitsafwijkingen te compenseren.

It Paradyske schreef :
Wat bedoel je precies?

Bij de RM St60: wat het calibreren doet is zorgen dat de meter de juiste hoeken (weer) aanwijst.
Het komt regelmatig voor dat de display een andere hoek laat zien dan de windex (stilliggend).
Veel voorkomende fout is dat halve wind op de windex op de display 10 of 20 graden meer is, en dat kan verschillend zijn over SB en BB.
Ook aan de wind (45 TWA) is een afwijkende display regelmatig aan de orde. (moeilijker te zien aan de windex, maar wel goed te zien aan tell tales op de UA-TWA varend). Ook hier soms 10 graden afwijking.

Rondjes varen helpt echt. Lang niet altijd komen de 3 piepjes en knippers (einde calibratie met succes), maar met elk extra rondje wordt de aanwijzing beter. Ik doe het wel 10 keer per jaar.....

Afwijkingen ontstaan vooral na onweer, en ook als je bij de zender in Trintelhaven lag....

Ook de middenstand (wind recht van voren) kan verlopen. Dat is eenvoudig te verhelpen met de knopjes. Altijd eerst doen voor het rondjes draaien!

Je kunt de display zelf ook calibreren met een fabrieks-procedure. Dan draait de wijzer telkens 30 graden verder en kun je hem precies op 30, 60, 90 etc zetten. Dat is alleen lokaal in de display, zonder de sensor erbij te gebruiken. Ervaring is dat deze fabrieksprocedure eigenlijk nooit nodig is: er zijn nooit afwijkingen, hooguit 1 graadje.

Dus de gewone calibratie (rondjes) werkt op de combinatie sensor-display. De data uit de sensor verlopen kennelijk.

Upwash en het "TWD is tacking with me" effect

Een goede schatting van de TWD wordt hier en daar The Holy Grail of Boat Instrumentation genoemd. Dit heeft een reden: TWD is de meest kritische output en "klopt" pas indien alle inputs (en dat zijn ook letterlijk alle inputs) consistent zijn. Los of het nuttig of niet is om TWD op je plotter te kunnen plotten, is evaluatie van de TWD de beste validatiemethode om te zien of je calibratie enigszins klopt.

Eerder hebben we de drift zo goed mogelijk bepaald. Ik vind de schattings-methode robuuster, bovendien werkt die op zowel stromend als stilstaand water. Die gebruik ik verder.

Het upwash effect had ik al even genoemd; interessant is om te bepalen hoe groot die upwash nu is en welk effect de daardoor veroorzaakte fout op de performance berekening heeft. Daartoe heb ik hieronder de ruwe TWA gecorrigeerd voor:

1. Drift
2. Drift én upwash

Omdat de upwash koers én zeilvoering afhankelijk is, gebruikt de PP software een 2D tabel. Dat is veel werk om na te bouwen in Excel. Bovendien bestaat deze testdata uit relatief constante condities: er is alléén opgekruisd met eenzelfde zeilvoering en vrij constante wind. Ik heb de upwash correctie daartoe sterk vereenvoudigd hier: voor alle |TWA| < 60 graden wordt een constante upwashcorrectie uitgevoerd.

Hieronder de ruwe, ongecorrigeerde TWA en de daaruit berekende TWD:


Je ziet dat de TWD (bovenste plot) een grote correlatie met de koers vertoont. Dat klopt niet want TWD is een meteorologische variabele die onafhankelijk van de gevaren koers is. Het "overstag gaan van de TWD" samen met het overstag gaan van de boot is het genoemde "TWD is tacking with me" effect.

Hieronder zie je de alléén voor drift gecorrigeerde TWA en TWD. Zoals verwacht wordt het effect sléchter (sterkere correlatie):


Nu met leeway én een upwashcorrectie van -16 graden per boeg:


Je ziet dat de correlatie (een groot deel) verdwenen is. De pieken die er nog inzitten komen uit de drift schatting; die piekt even wanneer de boot na de overstag al helling maakt maar nog niet op snelheid is.

Het netto effect van drift+upwash correctie op de kruishoeken is groter dan ik dacht. Voor deze boot en zeilvoering compenseren ze elkaar zeker niet:

• Zonder correctie lijkt de kruishoek op basis van de geschatte TWA zo'n 52 graden
• Met drift+upwash correctie blijkt deze kruishoek netto 10(!) graden lager, zo'n 42 graden
• UA voor Gregor's boot bij deze TWS is 42 graden, dat klopt aardig met de perceptie "hoog aan de wind" te hebben gevaren

Hier de polar van Gregor's boot:


Voor deze 10 kn TWS ligt de targetspeed bij 52 gr op 6.8 kn; bij UA op 6.1 kn. Er is (gemiddeld, grafisch geschat..) zo'n 6 kn gevaren tijdens het kruisen.

De performance zónder drift+upwash correctie zou zijn gemeten als 88%, terwijl de performance mét de correcties 98% is geweest.

PS: wat zijn "normale" te verwachtten waarden voor upwash eigenlijk? Ik heb er iets arbitrairs ingezet door naar de TWD te kijken.

Nachtvlinder schreef :
uit de Speed Guide explanation:

Lift Coeff. loopt van 1,5 windward tot 0 voor de wind.

Dus zo'n 6 graden...

De upwash ligt hier een stuk hoger dan verwacht, hoewel dit soort getallen vaker voor blijken te komen: B&G True wind angle calibration

Op basis van (het nu juiste...) polar wordt na drift+upwash correctie 98% gevaren, waar dat daarvoor 88% was. Een verschil van 10%. Deze correcties kunnen dus een grote rol spelen!

Nu data verzamelen (testmiddagen varen bij verschillende TWS'sen) om onderstaande tabel verder te bevolken

Ik twijfel of onderstaande post hier thuis hoort of beter past in het PolarPlot draadje. Het gaat namelijk over een PP-specifieke methode, echter met als doel om slimmer met de ruisge boord data om te gaan. Ik post 'em hier omdat er dezelfde data als hierboven gebruikt wordt...

TWD op basis van heading met TWD als interne toestand

Eerst een teaser uit de Sailmon documentatie, waar iets soortgelijks wordt toegepast:
Eerder is al opgemerkt dat TWD een "meteorologische variabele" is, die niet beïnvloed wordt door wat er aan boord gebeurt. Net zoals TWA en TWS berekeningen, blijf ik dit bewust schattingen noemen, omdat deze variabelen niet direct gemeten kunnen worden. Strikt genomen zijn dit namelijk geen metingen, al zie je ze pal naast bv de AWA staan op je instrumenten!

De omstandigheden waarin je vaart worden bovenwater voor een groot deel bepaald door TWD en TWS. In het "boot" model hieronder zijn dit niet-meetbare verstoringen. Links de inputs naar het systeem "boot"; de uitgangen zijn de resulterende AWA en AWS:


Omdat we TWD en TWS toch graag willen weten, doen onze instrumenten ongeveer het omgekeerde. Door wat gonio en aftrekken worden de (niet direct meetbare) TWD en TWS geschat:


Te zien is dat TWA een interne variabele is, nodig om TWD te schatten. Tegelijk is TWA essentieel als polar-input en dient zo precies mogelijk berekend te worden. In de posts hierboven is getracht TWD zo goed mogelijk te schatten door de "standaard berekening" te verbeteren door te corrigeren voor drift en upwash. Ondanks dat de TWD daardoor (meer) onafhankelijk is geworden van de koers (dat deel werkt dus), zijn zowel TWD/TWA als TWS behoorlijk ruisig. Ruisiger dan de echte variabelen wanneer je die op land zou meten.

Dat wordt veroorzaakt door foutjes in de calibraties, ruis op bv BSP, maar ook door stampen in golven en slingeringen in de masttop. Wanneer we TWD en TWS op het land zouden meten (wat daar wél kan), dan zullen deze veel rustiger zijn dan bij ons aan boord.

De upwash en drift correcties zorgen voor een statisch verbeterd resultaat: vaste afwijkingen (wanneer je één koers vaart) worden er mee geprobeerd uit te halen. Wat nu als we, om óók dynamisch een beter resultaat te bereiken, ruis proberen te onderdrukken door aan te nemen dat de eerder geschatte TWD minder wild beweegt dan in de schattingen in de voorgaande posts?

Als we TWD zien als een toestand die relatief langzaam varieert, mogen we deze schatting over een tijdje constant houden en de actuele waarde van deze schatting langzaam updaten. Zó langzaam, dat we relevante meteorologische veranderingen wél zien, maar de ruis geen invloed heeft op het updaten.

Nadat we deze toestand zo schoon mogelijk geschat hebben, kunnen we de TWA in een eenvoudige stap weer terugrekenen; dat gebeurt op basis van de kompaskoers, waarvan we weten dat de fout in de orde van 3 graden ligt: een stuk lager dan de ruis die we eerder zagen en direct gerelateerd met de akties van de stuurman:


In lijn met wat Sailmon claimed kun je dan een TWA weergave (en polar-input!) verwachten die snel op stuurveranderingen, overstagjes etc reageert, en geen last heeft van de meetruis waarmee we deze updaten!

Hieronder de resultaten
Weer dezelfde tocht van Gregor over een langere periode.

In grijs de eerdere weergave (inclusief de drift+upwash correctie), in rood daar doorheen de resultaten die deze methode geven:


Je ziet dat de ruis op TWA stukken lager is geworden, de pieken door de ruis in de driftschatting zijn geheel verdwenen, echter zónder deze schatting traag te maken. Je zou wellicht zelfs op de TWA kunnen stúren (UA/DA) en de performance berekening zal veel rustiger worden.

Hieronder ingezoomd op een stukje kruisen:


Je ziet dat de overstag manouvres onvertraagd doorkomen in de TWA.

Tot slot een vergelijking met een "dom" filter op de direct bepaalde TWA, wat ook effectief ruis onderdrukt, maar de stuurbewegingen vertraagd doorgeeft (te traag om op te sturen: na een overstag duurt het een halve minuut voordat de TWA weer klopt):

Hoe meten en registreren jullie de helling eigenlijk?

koko schreef : Deze informatie staat op de Raymarine bus en is afkomstig van de EV-100 puk.

Aha, op die manier.

Ik zal eens kijken of Navmonpc helling kan registreren.

Nachtvlinder schreef :
En daarom even hier afgesplitst.

Baasklusje schreef :
Een veelgebruikte methode voor een hoekopnemer is een magneetje boven een halfgeleider, of anderszins bijzonder materiaal. Door het magnetische veld veranderd de weerstand en/of de stroom door het substraat.
Het resultaat daarvan is een sinusvormig signaal als het magneetje rond draait, waarvan helaas de amplitude en de offset nog niet bekend zijn.
Wat er tijdens die kalibratierondjes gebeurt is het minimum en het maximum van dat signaal opzoeken, zo weet de meetapparatuur achter de sensor hoe het signaal moet worden omgerekend.
Die offset en amplitude zouden op zich vrij stabiel moeten zijn, maar blijkbaar zijn ze dat niet, dat kan zijn doordat de sensor een grotere of kleinere afwijking krijgt, maar het kan natuurlijk ook dat de kalibratiegegevens corrupt raken. Ik vermoed eigenlijk de eerste.
De hoekoffset (da's een andere dan de eerdergenoemde offset hoor) dus het nulpunt van de sensor zal niet of nauwelijks veranderen.

Het pijltje op het display is weer een ander verhaal,dat is waarschijnlijk een soort stappenmotortje, waarbij de 0-positie even moet worden vastgelegd.