Formel für Bewegung einen Schiffes im Wasser

lord-maricek · Anmeldungsdatum: 05.11.2010 Beiträge: 4

Hi,

ich arbeite momentan an einem Autopiloten für Modellboote.[url]autorino.de.vu[/url] Es wird später möglich sein, dass ein Boot automatisch per GPS Koordinaten ansteuert.
Ich versuche ein Formel zu entwickeln, mit der ich die Position des Lenkservos berechnen kann.
Ich brauche ein Gleichung, in die den gewollten Wendekreis eingeben kann, und dass dann mit der aktuelle Geschwindigkeit, Trägheit usw, errechnet wird, wie stark gelenkt werden muss.
Wind und Strömung bleiben außen vor, da ich keine Möglichkeit habe, diese Komponenten zu errechnen.
Soviel Ahnung habe ich von Physik nicht, aber es sollte reichen.

Meine Idee ist:
Man errechnet die Verdrängung (ca. 8-10kg bei mir) und die Trägheit, die das Schiff hat, wenn es mit der aktuelle Geschwindigkeit eine kurve fährt.
Da muss man dann noch den Winkel mit einrechnen, den das Boot fahren soll.

Habt ihr eine Idee, wie ich das ambesten anstellen könnte?
Danke schon mal im voraus.

MfG
Philipp

alpha centauri · Anmeldungsdatum: 06.07.2005 Beiträge: 68 Wohnort: LPZ

Eigentlich reicht es zu prüfen ob der Winkel vom aktuellen Kurs dem Winkel vom Zielkurs entspricht und in welcher Richtung (positiv oder negativ) er abweicht. Man kann dann solange gegensteuern, bis der Kurs-Winkel erreicht ist, also die Differenz beider Winkel 0.

Der Winkel ergibt sich aus 2 Geraden.
1. Aktueller Standort und aktuelle Richtung
und
2. Aktueller Standort und gewünschte Richtung

Ist die Richtung nicht bekannt, muss man aus 2 Messpunkten durch weiterfahren die Richtung bestimmen.

Problem wird nur sein, dass die Koordinaten weit auseinander liegen müssen, da GPS sehr schlecht auflöst und erst so ab ein paar Hundert Meter bis wenige km genau Winkel bestimmt werden können. Deshalb werden zusätzlich Magnetfeld oder Beschleunigungssensoren verwendet um Richtungsänderung für kleine Strecken zu berechnen.

Du musst also als erstes den Winkel zwischen den Kursen bestimmen.

SG

Brot · Anmeldungsdatum: 08.10.2009 Beiträge: 374 Wohnort: Dresden

Ein ständiges Kontrollieren und Korrigieren der Fahrtrichtung ist wahrscheinlich die pragmatischste Lösung. Hierfür ist aber auch ein entsprechend genauer GPS-Empfänger notwendig. Bedingungen wie die Strömungsgeschwindigkeit vom Boot aus zu messen, halte ich - mit für Modellbau akzeptablem Aufwand - für schwierig.

lord-maricek · Anmeldungsdatum: 05.11.2010 Beiträge: 4

Moin,
das habe ich schon alles, jede Sekunde wird vom GPS Empfänger (ca. 1-3m Genauigkeit) die Koordinaten ausgegeben, daraus werden dann Kurs und Entfernung zum Zielpunkt berechnet. Für den Kurs habe ich einen Magnetfeldsensor in dem Boot.
Mir geht es hier nicht darum das Boot auf Kurs zu halten, sondern darum, dass ich größere Kurven berechnen kann, damit es auch einigermaßen realistisch aussieht, da die Kurven bei Modellbooten immer sehr unrealistisch sind.
Eine andere Sache wäre dann noch, der Kurs den die Boote zum Zielpunkt fahren.
Z.B. der Zielpunkt liegt nördlich des Bootes auf 360°. Wenn das Boot aber z.b. nach Westen zeigt, muss es erst noch wenden, und nach diesem Manöver wird dass Boot direkt auf das Ziel zu fahren, aber durch die Kurve sind das nicht mehr die 360° sondern z.b. 030°. Wenn ich den Wendekreis berechnen kann, wäre es möglich, das Boot auf den 360° Kurs zum ziel zurück zuführen.
Das wird wichtig, wenn man engere Kanäle durchfahren will.

MfG
Philipp

alpha centauri · Anmeldungsdatum: 06.07.2005 Beiträge: 68 Wohnort: LPZ

Wenn es realistisch wirken soll, dann wäre sicher die Geschwindigkeit entscheidend mit der der Kurs korrigiert wird. Man kann die Steuerung doch sicher langsam regeln?

SG

lord-maricek · Anmeldungsdatum: 05.11.2010 Beiträge: 4

Wenn die aktuelle Position und Zielpunkt z.b. 20m auseinander liegen. Ich errechne dann mit Vektorrechnung den Punkt, der auf der strecke in der Mitte liegt (bei 10m). Der Kurs zum Ziel ist 360°. Das Boot hat ein Heading nach Westen (270°). Gibt da dann eine Möglichkeit, die Position des Lenkservos so zu berechnen, dass das Boot einen Kreis mit dem Radius 5m fährt und dann bei der errechneten Koordinate (mitte der Strecke 10m) die strecke anschneidet?

Mfg
Philipp

alpha centauri · Anmeldungsdatum: 06.07.2005 Beiträge: 68 Wohnort: LPZ

Man müsste erst mal wissen, welche Funktion zwischen Lenkservo und Lenkradius besteht. Du solltest auch Fachbegriffe erläutern und dein Problem zeichnerisch veranschaulichen (punkte, Richtungskoordinaten). Keiner kennt dein Modell und dessen Geometrie und Aufbau. Was ist Heading?
Du kannst ja für verschiedene Stellwinkel beobachten, wie groß der Wendekreis wird - das Ganze für mehrere Werte machen - eine Wertetabelle anlegen und eine Regression durchführen oder an der Kurve die Funktion ablesen.
Dann muss ja sicher noch ein Abschnitt berücksichtigt werden, der zwischen der Grenze am Lenkkreis und der Entfernung bis zum Lenkkreis liegt. Da soll das Boot ja sicher harmonisch eingelenkt werden?

SG

lord-maricek · Anmeldungsdatum: 05.11.2010 Beiträge: 4

Moin,

ich habe mich nochmal ein bisschen mit meinen Teamkameraden unterhalten, und sind zu dem Schluss gekommen, dass man es einfach ausprobieren muss. Damit das Boot aber auch nach einer Kurve noch die gleiche Strecke fährt, werden einfach alle 5m ein Koordinaten errechnet, die nach einander abgefahren werden-.

MfG
Philipp