De autopilot is voor de meeste opstappers, navigators en zelfs schippers een black box, zowel letterlijk als figuurlijk. Elementair begrip van zijn werking kan bijdragen aan een goede bediening van het apparaat.
Deze tekst is het resultaat van enig speurwerk in de tijd dat ik met schipper ook autopilotbezitter werd: ik wilde toch iets meer weten van die black box. Ik gebruik engelse termen omdat die vaak wordt gebruikt in documentatie, als label op de autopilot e.d.
Kijk vooral ook regelmatig naar het blokschema.
Op het bedieningspaneel van de autopilot moet je kiezen voor een gewenste koers (CTS, Course To Steer).
Bij koers moet je hier niet alleen denken aan kompaskoers die een richting vastlegt maar ook aan relatieve koers met betrekking tot de GPS navigator (richting naar vaste plaats) en de windvaan (vaste hoek met windrichting). Je kunt een koers van zo'n type alleen gebruiken als aan de autopilot een apparaat gekoppeld is dat die koers op de een of andere wijze waarneemt.
Zee en weer (en ook de "vorm" van het schip) voorzaken verstoringen in de koers van het schip.
Om adekwaat te kunnen reageren op deze verstoringen door middel van het roer, implementeert de autopilot een feedback loop. Daartoe moet het apparaat beschikken over voldoende controlegegevens geleverd door vast aan het schip verbonden waarnemingsapparaten.
De primaire input is de afwijking tussen de gewenste koers en de echte koers als waargenomen door, respectievelijk, kompas, navigator of vaan. Daarnaast moet de autopilot voor een goede bediening van het roer weet hebben van de actuele stand van dat roer en hiervoor dient een roerstandindicator.
Een derde apparaat dat voornamelijk op grotere schepen gebruikt wordt is een (simpele) gyro die fungeert als ROTI (Rate Of Turn Indicator), die de hoekversnelling aangeeft horend bij een wending en die dient om wendingen te optimaliseren..
Aan de hand van een algoritme in de black box wordt het roer naar stuurboord of bakboord gedraaid om zo het schip weer op de gewenste koers te brengen.
Het algoritme zelf staat voor elke autopilot vast — behoudens eventuele firmware revisies. Van buiten kan de werking van het algoritme wel nog beïnvloed worden door middel van een aantal instellingsparameters (controls).
Sommige controls hebben te maken met de vorm van het schip (van planerend tot waterverplaatsend…).
Die worden dan ook meestal eenmalig ingesteld, bij de installatie (setup) van de autopilot.
Andere hebben te maken met de karakteristieken van de verstoringen, d.w.z. met de toestand van de zee en het karakter van de wind.
Periodieke verstoringen met een gemiddelde van 0 moeten niet gecorrigeerd worden.
Kleine periodieke verstoringen kunnen genegeerd worden door een dode band. Rudder deadband is de setup control die de breedte van de dode band vastlegt.
Negeren is correct voor de tamelijk hoog-frekwente verstoring van het gieren, maar andere verstoringen met een lagere frekwentie komen er ook niet doorheen, met als resultaat een minder precieze sturing. Wel reageren daarop wordt weer mogelijk door een laagdoorlaatfilter.
De response legt een termijn van inactie vast voordat overgegaan wordt tot reactie op een kleine afwijking. Door te kiezen voor een nauwe dode band en voor de juiste duur van de response kan zo een doorlaatfilter voor deze tragere bewegingen bewerkstelligd worden.
In kalm weer moet je een lage responsewaarde instellen, en de responsewaarde moet toenemen met het toenemen van de golven.
Rudder deadband en response zijn soms vervangen door een control weather, met bij kalm weer een lage instelling en hogere waarden bij ruwere zee.
Bij een grote koersafwijking moet er meer roer gegeven worden dan bij een kleine. Om hiermee rekening te houden dient de rudder control (ook wel genoemd: rudder ratio control), een factor die proportioneel (~) is aan de koersafwijking.
De eenheid voor het zetten van deze control heeft vaak een eigen setup parameter, de rudder ratio gain; deze gain moet normaliter zo gekozen worden dat de rudder ratio in gemiddelde omstandigheden uitkomt op ongeveer 1/3 van zijn totale bereik.
Draait het schip snel van zijn koers af, dan wordt, om grote koersafwijking te voorkomen, meer roer gegeven; voordat het schip weer terugkomt op de gewenste koers, moet de roerhoek al verminderd worden, ja zelfs tegenroer gegeven worden om te voorkomen dat het schip doorschiet. Hiertoe dient de setup control counter rudder.
Counter rudder bepaalt de roerbeweging tegen de snelheid van koerswijziging (vandaar het teken d/dt) in.
Normaliter moet die zo ingesteld worden dat, bij een draai over 90°, er een overshoot van ongeveer 10° is voordat er teruggekeerd wordt naar de gewenste koers.
De setup control trim (ook wel genoemd: permanent helm) zorgt voor het tegenstuur nodig om drift en schroefeffect te compenseren; deze moeten door het algoritme in een langere tijd worden ingeschat (vandaar het teken ∫).
De roerstandbegrenzing (rudder limit) is een setup control die de maximale roeruitslag begrenst, aanwezig om duidelijk fysieke redenen.
Peter Veger
Op het bedieningspaneel van de autopilot moet je kiezen voor een gewenste koers (CTS, Course To Steer).
Bij koers moet je hier niet alleen denken aan kompaskoers die een richting vastlegt maar ook aan relatieve koers met betrekking tot de GPS navigator (richting naar vaste plaats) en de windvaan (vaste hoek met windrichting). Je kunt een koers van zo'n type alleen gebruiken als aan de autopilot een apparaat gekoppeld is dat die koers op de een of andere wijze waarneemt.
Zee en weer (en ook de "vorm" van het schip) voorzaken verstoringen in de koers van het schip.
Om adekwaat te kunnen reageren op deze verstoringen door middel van het roer, implementeert de autopilot een feedback loop. Daartoe moet het apparaat beschikken over voldoende controlegegevens geleverd door vast aan het schip verbonden waarnemingsapparaten.
De primaire input is de afwijking tussen de gewenste koers en de echte koers als waargenomen door, respectievelijk, kompas, navigator of vaan. Daarnaast moet de autopilot voor een goede bediening van het roer weet hebben van de actuele stand van dat roer en hiervoor dient een roerstandindicator.
Een derde apparaat dat voornamelijk op grotere schepen gebruikt wordt is een (simpele) gyro die fungeert als ROTI (Rate Of Turn Indicator), die de hoekversnelling aangeeft horend bij een wending en die dient om wendingen te optimaliseren..
Aan de hand van een algoritme in de black box wordt het roer naar stuurboord of bakboord gedraaid om zo het schip weer op de gewenste koers te brengen.
Het algoritme zelf staat voor elke autopilot vast — behoudens eventuele firmware revisies. Van buiten kan de werking van het algoritme wel nog beïnvloed worden door middel van een aantal instellingsparameters (controls).
Sommige controls hebben te maken met de vorm van het schip (van planerend tot waterverplaatsend…).
Die worden dan ook meestal eenmalig ingesteld, bij de installatie (setup) van de autopilot.
Andere hebben te maken met de karakteristieken van de verstoringen, d.w.z. met de toestand van de zee en het karakter van de wind.
Periodieke verstoringen met een gemiddelde van 0 moeten niet gecorrigeerd worden.
Kleine periodieke verstoringen kunnen genegeerd worden door een dode band. Rudder deadband is de setup control die de breedte van de dode band vastlegt.
Negeren is correct voor de tamelijk hoog-frekwente verstoring van het gieren, maar andere verstoringen met een lagere frekwentie komen er ook niet doorheen, met als resultaat een minder precieze sturing. Wel reageren daarop wordt weer mogelijk door een laagdoorlaatfilter.
De response legt een termijn van inactie vast voordat overgegaan wordt tot reactie op een kleine afwijking. Door te kiezen voor een nauwe dode band en voor de juiste duur van de response kan zo een doorlaatfilter voor deze tragere bewegingen bewerkstelligd worden.
In kalm weer moet je een lage responsewaarde instellen, en de responsewaarde moet toenemen met het toenemen van de golven.
Rudder deadband en response zijn soms vervangen door een control weather, met bij kalm weer een lage instelling en hogere waarden bij ruwere zee.
Bij een grote koersafwijking moet er meer roer gegeven worden dan bij een kleine. Om hiermee rekening te houden dient de rudder control (ook wel genoemd: rudder ratio control), een factor die proportioneel (~) is aan de koersafwijking.
De eenheid voor het zetten van deze control heeft vaak een eigen setup parameter, de rudder ratio gain; deze gain moet normaliter zo gekozen worden dat de rudder ratio in gemiddelde omstandigheden uitkomt op ongeveer 1/3 van zijn totale bereik.
Draait het schip snel van zijn koers af, dan wordt, om grote koersafwijking te voorkomen, meer roer gegeven; voordat het schip weer terugkomt op de gewenste koers, moet de roerhoek al verminderd worden, ja zelfs tegenroer gegeven worden om te voorkomen dat het schip doorschiet. Hiertoe dient de setup control counter rudder.
Counter rudder bepaalt de roerbeweging tegen de snelheid van koerswijziging (vandaar het teken d/dt) in.
Normaliter moet die zo ingesteld worden dat, bij een draai over 90°, er een overshoot van ongeveer 10° is voordat er teruggekeerd wordt naar de gewenste koers.
De setup control trim (ook wel genoemd: permanent helm) zorgt voor het tegenstuur nodig om drift en schroefeffect te compenseren; deze moeten door het algoritme in een langere tijd worden ingeschat (vandaar het teken ∫).
De roerstandbegrenzing (rudder limit) is een setup control die de maximale roeruitslag begrenst, aanwezig om duidelijk fysieke redenen.
Peter Veger