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 CALCOLO DEL VENTO

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T O P I C    R E V I E W
orsica Posted - 04/10/2012 : 13:11:55
Autunno, tempo di masturbazioni celebrali.
Mi chiedevo: come mai tutti i costruttori di computer di volo utilizzano per il calcolo del vento ancora il dato magnetico. Con i dispositivi disponibili oggi dovrebbe essere possibile fare in maniera diversa. Ad esempio (ditemi se vi pare un'idiozia): esistono dispositivi (costituiti basicamente da terne di accelerometri e giroscopi solidi) che potrebbero costituire una sorta di piattaforma inerziale (li usano negli AHRS) per cui sono in grado di dare in ogni istante assetto (yaw,pitch e roll) dell'aliante e dati inerziali (accelerazioni sui tre assi). Da questi dati si potrebbe poi con una sorta di simulatore di volo interno al software calcolare per un istante di tempo successivo quale dovrebbe essere la posizione dell'aliante se volasse in aria calma. Rilevando dopo lo stesso istante di tempo quale è invece la sua reale posizione (o dai dati gps e altimetrici o da doppia integrazione dei dati accelerometrici), dalla differenza delle due posizioni si potrebbe rilevare il vettore perturbazione esterna in direzione e modulo (derivandone il modulo nel tempo si otterrebbe la velocità). Scomponendo poi lungo gli assi del velivolo si otterrebbero le componenti verticale (tipo un nettovario), laterale e longitudinale.

O no?

Il triangolo del vento era nato in origine per i velivoli a motore che si presupponeva percorressero una rotta rettilinea e orizzontale, per cui in effetti la bussola era in grado di dare dati abbastanza attendibili.

Carlo
15   L A T E S T    R E P L I E S    (Newest First)
jlder Posted - 14/10/2020 : 10:11:14
Hello,

I am resurrecting this very old post concerning wind calculation based on IMU/GPS fusion.
This technique has certainly excellent potential for horizontal wind estimation but could also be used for vertical wind estimation i.e. compensated vario, without traditional TE probes wind gradient sensitivity.
I started a discussion with Bill Premerlani who would be interested to support investigation of the algorithms developed for the UDB/matrixpilot platform more specifically for glider use.
I was wondering if you guys already tried this approach and if you had any success.

BTW, I was planning on using LK8000 to display UDB vario and wind and was wondering what would be the most appropriate NMEA sentence to use.

Regards,
JL
Coolwind Posted - 06/10/2012 : 03:19:46
Berto, guarda qui che roba https://groups.google.com/forum/?fromgroups=#!topic/uavdevboard/UNL4YgvF2NQ .
UN Easystar, circa 2m di apertura, 900g complessivi, in volo autonomo per 1 ora abbondante, a 700m QFE!!
Questa famosa "matrice" di parametri dà il nome al MatrixPilot , altro che calcolare solo il vento.
Ho l'impressione che sia un italiano in mezzo a questi matti!

Notare che durante il volo, il modello rileva di essere entrato in termica, e .. ci gira dentro. Da solo!
Berto Posted - 06/10/2012 : 00:42:16
HE he, ho trovato cosa fare nei lunghi mesi invernali ... :-)
Coolwind Posted - 06/10/2012 : 00:29:45
wpremerlani chiocciola gmail punto com .
Ma prima di disturbarlo, leggiti il loro forum. Sicuramente ci sono tutte le risposte che cerchi, anche perchè ricordo che le avevo lette (e dimenticate in fretta..)
https://groups.google.com/forum/?fromgroups#!forum/uavdevboard

Berto Posted - 05/10/2012 : 23:22:42
E beh, scusa, ma se hai dei link posta, che io vado a vedere volentieri.

Comunque sono andato sul suo blog e ho guardato un pò per documentarmi.
La teoria sul calcolo del vento è sempre quella del 2009, che essendo sostanzialmente matematica era già esatta.
Continua ad essere necessaria una variazione di assetto per il calcolo del vento.
Ad Aprile 2011 Bill dice di essere finalmente riuscito a implementare il calcolo del vento.
Non ho però la minima idea di quale variazione minima sia necessaria per un calcolo accurato.
Mi piacerebbe contattarlo per chiacchierare un pò, ma non riesco a trovare da nessuna parte l'indirizzo e-mail, ce l'hai?
Coolwind Posted - 05/10/2012 : 20:05:24
Forse è meglio che cerchi bene, perchè stai leggendo roba vecchia di due o tre anni.
Nel frattempo non solo il suo approccio si è consolidato, ma ci sono pure kit hardware che lo implementano.
Se non sbaglio tu riporti i suoi report sulle impressioni iniziali, a metà 2009.
Siamo alla fine del 2012, e Premerlani è andato avanti..
Berto Posted - 05/10/2012 : 18:41:50
Certo, usa gli alettoni, intendevo che corregge un errore di yaw.

Per quanto riguarda la minima variazione, ne hai discusso con lui? di quanti gradi deve essere?
Io ho l'impressione che nei traversoni, le variazioni che facciamo noi non siano sufficientemente "veloci" rispetto a quelle di un RC.

"Premerlani è un mito": e chi ha mai detto il contrario?
Io mi baso su quello che dice lui, e in un suo paper lui stesso dice: "compute the wind vector. In principle this should be possible to do, given the low residual gyro offset, provided the plane makes some turns. We are presently looking into this approach, to see if it will work better than the above approach"

Aggiungo che ho usato il termine "teoria" per comodità, in realtà si tratta di "teoria applicata", con tutte le complicazioni del caso, e lui sta risolvendo (brillantemente) le problematiche relative al suo campo.
Probabilmente applicando le cose ad un aliante ci sarebbe da fare un lungo testing per la differente dinamica e cinematica.
Coolwind Posted - 05/10/2012 : 18:12:31
E' vero che non puoi andare dritto, ma basta una minima variazione di direzione, anche di pochi gradi, e lo fa.
Quindi, dato che tutti noi facciamo piccole correzioni di rotta assecondando l'aria, il calcolo viene sempre fatto.
In ogni caso mi pare un problema del tutto trascurabile rispetto all'enormità del risultato.
Non ho capito la storia del "timone". Lui usa gli alettoni.
Guarda che Premerlani è un mito..
Berto Posted - 05/10/2012 : 17:47:06
Ok, letto un breve paper di Premerlani e confermo che senza il dato di airspeed nemmeno la sua teoria può calcolare il vento andando in linea retta.
Tenete presente che la sua teoria è applicata al controllo di un aeromodello, per cui un errore in yaw indipendentemente da essere dovuto al vento o a un errore di "drifting" del gyro viene trattato alla stessa maniera, cioè usando il timone.
Il calcolo del vento lo fanno solo quando l'aerero cambia direzione per cui hanno dati vettoriali in più direzioni e sono in grado di calcolare il vento; il concetto è simile a quello usato dai computer di planata in termica, anche se non dovrebbe avere bisogno nè di un giro completo, nè di un giro "regolare".
In linea retta però nisba.
Berto Posted - 05/10/2012 : 17:16:11
Ah dimenticavo, il vero punto cruciale è l'assenza del dato di airspeed dal pitot.
Non ho la minima idea di come sia calcolato questo.
Coolwind Posted - 05/10/2012 : 16:55:41
Beh se volete togliervi la curiosità, i Mahoney Papers illustrano quelle che Premerlani ha realizzato (ha usato solo metà della teoria di Mahoney).
E' tutta roba che si trova su internet.
Berto Posted - 05/10/2012 : 16:47:58
Aldo, una piattaforma inerziale con l'opportuno software serve proprio a calcolare assetti e posizione indipendentemente dal GPS, "semplicemente" integrando i dati.
Una piattaforma inerziale deve essere accesa a velivolo fermo, e allineata con la sua prua. Da quel momento integrando le accelerazioni lineari (date dagli accelerometri) e angolari (date dai Gyro) è in grado di calcolare il vettore velocità e gli assetti (angolo di cabrata, rollio e heading).
Elaborando la differenza tra il vettore velocità e l'heading si ottiene il vento.
Inoltre integrando il vettore velocità e conoscendo la posizione di partenza si può anche calcolare la posizione corrente.
Il problema di tutte le piattaforma inerziali è il "drift", cioè un errore progressivo che aumenta con il tempo.
A quanto ho capito Premerlani elimina il drift con l'ausilio di un gps, assumo che compari la posizione calcolata dalla piattaforma inerziale con la posizione gps, e utilizzando una eventuale variazione di questa per correggere i dati della piattaforma inerziale.
Come al solito però una teoria semplice a parole, diventa complicata quando la si traduce in modello matematico e bisogna implementarla in un programma.
Coolwind Posted - 05/10/2012 : 14:42:49
Il metodo non usa i dati sulla escursione dei comandi.
Calcola la velocità dell'aria solo dal gps, dagli accelerometri e dai giroscopi.
Lo so che sembra magico, ma guarda qui
http://www.mcselec.com/index.php?option=com_content&task=view&id=269
cernauta Posted - 05/10/2012 : 14:19:13
Cool, tu hai capito come riesce questo algoritmo a discriminare tra cambi dovuti al vento, e variazioni di rotta imposte dai comandi dell'aereo? Io non riesco a immaginarlo, e vedo che Carlo, pure lui, pensa possa essere necessario raccogliere dati sulla escursione dei comandi.

ciao!
aldo
Coolwind Posted - 05/10/2012 : 13:59:38
Ne so poco o nulla, Carlo. Permerlani ha realizzato, e altri a ruota, questo sistema che si auto-calibra, senza bisogno di alcun ausilio umano, e funziona talmente bene che ci fanno l'autopilota degli aeromodelli. Voglio dire: autopilota per aerei di 1.5m di apertura, significa necessariamente essere molto veloci e precisi, perchè è un attimo perderne il controllo. Una delle cose che non funzionavano a suo tempo era lo scarroccio causato dal vento, che ovviamente incasinava tutti i calcoli. Cosi ha realizzato questo complesso metodo di calcolo, che funziona: il vento gli viene dato in tempo reale, costantemente, ad ogni minima variazione di direzione.
Ha pubblicato la documentazione alla fine del 2009, e il codice successivamente.
Lo avevo contattato e mi ha anche risposto cosi:
Hi Paolo,


Yes, you could use the method that you reference to compute wind. All that is needed for sensors is a GPS, 3 axis gyros, and 3 axis accelerometers. You do not need any sort of air flow sensor. And it is not necessary to fly in any sort of prescribed pattern. All that is required is that the plane does not fly in a straight line forever.


And if the wind changes direction or strength, the algorithm will track it whenever the plane changes direction.


Attached is a typical plot of wind vectors from one of my recent flights.




Si puo notare che il vento cambia in prossimità dei filari degli alberi, è veramente eccezionale poter "vedere" il flusso dell'aria in queste condizioni.

Rimane il fatto che servono giroscopi e accelerometri, il che non è un problema oggi, ma poi implementare l'algoritmo, anche avendo a disposizione il codice, rimane un bel casino.

Tra tutte le soluzioni che ho a suo tempo esaminato, questa era e rimane la piu brillante.
Posso dirti Carlo che ci sono diverse offerte oggi sul mercato di "scatoli" come tu li descrivi: aggregati di sensori di tutti i tipi. E tutti questi scatoli si illudono di poter essere di ausilio semplicemente inviando i dati via seriale ad un "computer intelligente" che li elabori.
Questo è l'errore, mastodontico, di chi produce questi apparati. Che infatti cosi come sono proposti non servono a nulla, e di conseguenza nessuno li compra.



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