Hallo, ich baue nun schon (seit längerem ;) ) an meinem U-Boot. Mein momentanes Problem ist wie folgt: Ich habe vier Tauchtanks oben auf meinem U-Boot (Glasflaschen mit Gummikörper drin), mit denen ich die Lage meines U-Bootes ändern will. Da die Glasflasche nicht exakt in der Mitte sind und auch nicht genau gleich befüllt werden, brauche ich eine Regelung. Ich habe eine Pumpe, die über T-Stücke mit vier Ventilen verschlaucht sind, die dann wiederum mit je einem Druckkörper verbunden sind. Die Grundlagen eines PID-Reglers habe ich (glaube ich) verstanden und eine Implementation habe ich im großen Internet gefunden. Auch was die grundlegende Lageregelung angeht, habe ich folgendes Konzept: - Wenn Neigung nach vorne => Vordere Tanks leerer / hintere Tanks voller - Wenn Neigung nach hinten => vice versa - Wenn Neigung nach links => linke Tanks leerer / rechte Tanks voller - Wenn Neigung nach rechts => vice versa - Wenn Neigung zu einer Ecke => greifen die anderen Regeln und heben sich auf Das ist mir jetzt soweit klar, jedoch habe ich folgende Fragen: - Ich kenne bei Ventilen ja nur an oder aus, ich kann sie also nur voll oder gar nicht zuschalten. Um jetzt zu verhindern, dass die ständig klackern und dabei kaputtgehen, wollte ich fragen, es geht, dass mein PID-Regler erst ein gewisses Treshhold an Abewichung erreicht haben soll bevor gegengesteuert wird? Oder führt das zu zu starken Schwingungen? - Was macht der D-Teil konkret? Der P-Teil ist das naive Gegensteuern, also macht es den Regler aggressiver. Der I-Teil erkennt eine generelle Richtung, kann also systematische Fehler beseitigen. Stimmt das so? - die Pumpe kann ich mit PWM (habe einen Fahrtenregler verbaut) ansteuern. Macht es Sinn die PID-Regler-Werte auf die Pulsbreite zu mappen? - Ich kann ja nicht ein Ventil leeren und gleichzeitig das andere Füllen. Wie kann ich das Problem lösen? Muss ich da hin und her schalten? Und dadurch mehr Klackern erzeugen? Mit freundlichen Grüßen, Til Hoff
Til Hoff schrieb: > - Ich kenne bei Ventilen ja nur an oder aus, ich kann sie also nur voll > oder gar nicht zuschalten. Es gibt auch Proportionalventile, deren Stellung sich gleichmäßig mit dem fließenden Strom ändert. Und es gibt welche, die steuern den Durchfluss und welche, die regeln den Druck.
Theorie dazu findet sich unter dem Namen Dreipunktschrittregler.
Nette Überlegung aber sinnlos, da das System diskontinuierlich arbeitet ( wie "Noch einer" schon richtig bemerkte). Zudem ist das tauchen eines U-Boots auch heute noch eine sehr anspruchsvolle Aufgabe, wenn sich das Boot nicht rücklings in den Grund bohren soll, weshalb man zunächst dafür sorgt, dass seine Lage möglichst eigenstabil ist. Dies erreicht man indem man oben Auftriebs- und unten Ballastkörper so anordnet, dass es eigenstabil ist. Baut man das anders, taucht es genau ein Mal (egal welchen chichi man noch einbaut). Da mir die Form nicht bekannt ist, kann ich zu weiteren Details nur allgemein sagen: -Auftriebskörper einzeln abgeschlossen -Ballast als Tank und/oder Masse --> beides symmetrisch zum Schwerpunkt -Tanks aufgeteilt in einzelne Bereiche wegen Schwappen bei Teilfüllung -Volumenstromteiler (ähnlich Zahnradpumpe) ist in der Hydraulik üblich zum Teilen in zwei gleich Teilströme (fraglich ob es das in der Baugröße gibt) -dynamische Trimmung ist vermutlich am einfachsten mit einem geschlossenen System möglich, in dem zwischen zwei Tanks (einer vorn und einer hinten bei klassischer Bootgeomtrie) eine Pumpe sitzt die in beide Richtungen arbeiten kann bzw. als gekoppeltes System über die Ballasttanks (setzt permanente Teilfüllung voraus).
Generell solltest du dein System überdenken. U-Boote haben 2 Schwerpunkte. Den fürs aufgetauchte Fahren und den fürs getauchte Fahren. Hier ist für eine eigenstabile Lage (wie sie alle U Boote haben) erstmal wichtig, daß du es schaffst beide so anzuordnen, daß sie Mittig und in vertikaler Linie übereinander angeordnet sind. Damit entfällt schonmal eine Neigung zum Krängen, welche man somit auch nicht mehr ausgleichen muss. Das Boot wird so von sich aus schon mit ebenem Kiel sinken. Des weiteren kann ich dir nur raten, dich von den Ballonen in Glasflaschen zu verabschieden. Nutze lieber Kolbentanks. Der Vorteil davon ist die Eigenstabilität. Deine Ballongeschichte ist von sich aus schon instabil. Oder du nutzt vollkommen geflutete Tanks, die nur 2 zustände kennen: Voll oder leer (so wie das üblicherweise bei richtigen U-Booten gemacht wird.) Wichtig ist, daß du keine Masseverschiebung beim Tauchen, und erst recht nicht beim Regelvorgang, bekommst. Du kannst das gern versuchen, indem du ein Reagenzglas mit Wasser füllst und eine Luftblase drin lässt. Es wird dir nicht gelingen, es so zu balancieren, daß die Luftblase mittig und das Reagenzglas horizontal eben ist. Die richtigen U Boote tauchen mittels Luft gefüllter Tanks. Diese werden nach dem Tauchen auch von eben diesen Luftblasen befreit (das sog. durchpendeln, das U-Boot schaukelt in der Längsachse um die letzten Luftblasen aus dem System zu bekommen) Fazit: wenn du das Boot entsprechend baust, brauchst du nur eine Regelung für die Tauchtiefe (die jedoch idR über Propeller / Tiefenruder gemacht wird, da das schneller ist. Das Boot wird normalerweise so getrimmt, daß es bei gefluteten Tanks leichte Tendenz zum Sinken hat.), nicht jedoch für die Lage unter Wasser. das sollte dein Ziel sein.
Dann gibt es auch noch Probleme mit der Elektronik, die sollte wasserdicht unter Druck sein, hat aber Verbindungen zu draussen. Und dann gibt es noch probleme mit dem Antriebsmotor, der sollte auch wasserdicht unter Druck sein, aber trotzdem einen Propeller antreiben. Aber diese Probleme loesen wir wenn sie anstehen.
Jetzt Nicht schrieb: > Dann gibt es auch noch Probleme mit der Elektronik, die sollte > wasserdicht unter Druck sein, hat aber Verbindungen zu draussen. das ist nicht wirklich ein Problem, selbst bei lösbaren Verbindungen nicht. (Ich gehe davon aus, daß er kein Forschungsuboot für große Tiefen bauen will sondern eher ein Modell (was bei 40MHz Steuerung eh kaum tiefer als 5m kommt) Jetzt Nicht schrieb: > Und > dann gibt es noch probleme mit dem Antriebsmotor, der sollte auch > wasserdicht unter Druck sein, aber trotzdem einen Propeller antreiben. Ist auch absolut keine Hürde. Es gibt verschiedene Möglichkeiten das zu lösen. Vom direkt im Wasser laufenden brushless Motor über Stopfbuchsengedichtete bis hin zu Fettgedichteten Wellendurchführungen gibt es eine breite Anzahl der Möglichkeiten.
5m sind immerhin ein halbes Bar. Ich hab diese Probleme gesehen und auch deren Loesung. die gingen allerdings bis 10..20m. Die Loesung ist, die Elektronik unter Aussendruck laufen zu lassen. Der Motor kann auch nicht im Wasser laufen. Der Luftspalt, resp das Wasser dort drin hat dermassen hohe Scherkraefte, da kommt nichts an Drehmoment mehr raus. Und Dichtungen irgendwelcher Art unter Wasserdruck kann man auch vergessen, die Lecken ueber die Zeit. Auch hier die Loesung... der Motor, sowie die Dichtung muss unter Aussendruck laufen. Dh ohne Druck ueber der Dichtung. Hoert sich vielleicht einfach an, ist es aber nicht.
So nebenbei. Es gibt eine interessante Art Unterseeboot. Die Glider : http://en.wikipedia.org/wiki/Underwater_glider Die bewegen sich ohne Schraube, nur mit Druckdifferenzen. Die Navigation ist nicht wirklich trivial
Jetzt Nicht schrieb: > uch hier die > Loesung... der Motor, sowie die Dichtung muss unter Aussendruck laufen. Und wie machst du das wenn das U-Boot mehrfach die Tiefe wechselt? Da nach deiner Theorie Dichtungen nicht funktionieren geht beim weniger tief tauchen dein Druck flöten und wenn du wieder tiefer tauchen willst... Es gibt genug U-Boote, die das Gegenteil beweisen. Für das bischen Wasser, das eindringt gibt es die Bilge und die Lenzpumpe, die es wieder nach aussen befördert.
Bilge und Lenzpumpe ist was fuer grosse Installationen. In einem Mini-U-boot ist es zusaetzliches Gewicht und benoetigt Strom. Ich sah es oft genug. Erst kommt das Wasser Signal, dann war bald Schluss. Zum Glueck war das Uboot am Kabel, dann konnte man's daran hochziehen. So ein Ding musste Stunden unten bleiben koennen. Den Innendruck gleich dem Aussendruck macht man mit einer Membran. Die muss nicht flach sein. Ein Schlauch geht auch.
Ohne Not würde ich das U-Boot nicht vom Wasserdruck entkoppeln. Dadurch entfallen auch viele Probleme im Bereich der Dichtigkeit. Du musst ja das Teil deshalb nicht gleich fluten, aber die Gleichung: Innendruck = Außendruck = keine Druckdifferenz bleibt. Eine Membran oder ein Ballon, an richtiger Stelle, kann dies ohne Feuchtigkeit erledigen. Linear regelbare Ventile sind recht aufwändig und im Bastelbereich nicht zu empfehlen. Vergiss bitte den letzten Schwerpunkt nicht: Neigung nach Vorne und Hinten - OK und das Rollen? Sieht beim Auftauchen ein bisschen blöd aus, wenn die Aufbauten nach unten zeigen. Da der Rumpf im Großen und Ganzen rund ist...
Jetzt Nicht schrieb: > Den Innendruck gleich dem > Aussendruck macht man mit einer Membran. Das geht aber nur bei geringen Differenzen. Eine ebene Membran auf der Wasseroberfläche müsste in 5m Tiefe schon die Hälfte des Innenraums einnehmen. Wenn du das Teil allerdings eh über ein Schlauch/Kabelbündel von der Oberfläche aus versorgst dann hast du natürlich recht, dann kannst du ja beliebig Luft reinpumpen/ablassen.
Nein. Das Kabel bringt keinen Druck. Im Gegenteil, das muss auch unter Aussendruck sein. Das ist ueblicherweise ein Koaxkabel RG58 oder so, das bringt Energie runter und Signale in beiden Richtungen. Das Kabel ist bei der Navigation sehr hinderlich, so ganz nebenbei Nein. Das kompressible Volumen muss kleiner sein als die unter der Membran moeglichen Menge. Nehmen wir an, im habe 5cm^3 im Luftspalt des Motores. Der soll trocken bleiben. Dann benoetige ich fuer 10m, 1 Bar, nochmals 5cm^3 zum Zusammendruecken. Sind wir grosszuegig und nehmen 20cm^3. Man hat nur minimale komprimierbare Volumen, die trocken bleiben muessen, nicht den halben Raum oder so. Und die Membran ist nicht flach
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Jetzt Nicht schrieb: > Man hat nur minimale komprimierbare Volumen, die trocken bleiben > muessen, nicht den halben Raum oder so. Dennoch gilt P*V/T = konstant => V2 = V1 * (P1/P2) P1/P2 ist das Druckverhältnis mit P1 = 1 (Atmosphäre muss bei P dazu addiert werden), was zu folgendem führt: bei 10m = 1 bar: V2 = V1*(1/2) bei 20m = 2 bar: V2 = V1*(1/3) bei 30m = 3 bar: V2 = V1*(1/4) usw. Damit wird dein wasserfreies Volumen immer kleiner, je tiefer du kommst, und das muss deine Membrane ausgleichen. Bei 30m also 3/4 des Volumens. Zudem sollte das dann so sein wie bei einer offenen Taucherglocke, dass das Wasser von unten nach oben steigen kann, was viele Vorteile hat, z.B. oben ist es immer trocken.
Ja, sicher. Das geht genau so und nicht anders. Da gibt's keine Probleme. Wie gesagt, das zu komprimierende Volumen muss minimal gehalten werden.
Öhm warum soll da irgendwo eine Membran oder sowas sein, die meisten U-Pumpen Tauchen 10-20m ohne Probleme über Jahre und es sind bei weitem nicht alle davon mit Öl gefüllt. z.B. Grundfos, Flygt, Tsurumi und wie sie alle heisen bauen U-Pumpen mit Trockenlaufenden Motoren und teilweise ohne Ölkammer. Diese sind auch über teils 15jahre dicht... Alle haben gemeinsam das der volle Förderdruck von teilweise 10bar zusätzlich zum Wasserdruck auf der Wellenabsdichtung lasten kann. Dort sind auch "nur" Gleitringdichtungen verbaut, auch günstige Varianten von Burgmann halten diese Zeit. KSB baut in Öl laufende Pumpen, dort gibt es bei 3000/min keine probleme mit Scherung im Luftspalt und Leistungsverlust. Füllung Marcol 82 Ein paar U-Motoren für Güllepumpen und Rührwerke haben nichtmal GRDs sondern einfach nur 3 Simmerringe hintereinander. Hält auch locker 10 Jahre... Haben die Leute die hier machen als wär das ne Raketenwissenschaft und unglaublich kompliziert eigentlich auch Praxis in dem Bereich oder "nur mal so gehört" wie man sowas angeblich macht? Übrigens bekommt man von fast jedem Pumpen und U-Motorhersteller Zeichnungen und Teilelisten, teilweise sogar online, da kann man sich das anschauen wies gemacht wird. Von allen GRD Herstellern bekommt man Appnotes wie Abdichtungen auszuführen sind. Da würde ich hier lieber keinen fragen wie man sowas macht... Gruß Torstenb
Weil eine Membran den selben Zweck erfuellt wie eine Pumpe plus Motor, mit Batterieanteil zum Betreiben der Pumpe, plus die Ansteuerelektronik. Dann noch aufwenige Dichtungen. Machen wir mal den Kostenvergleich ... Machen wir mal den Zuverlaessigkeitsvergleich ... Machen wir den Lebensdauervergleich ... alles klar ? Ja, es gibt ein Limit mit der Tauchtiefe. Das war aber schon zu beginn vorgegeben.
Bezueglich Scherkraeften von Wasser im Luftspalt .. kann man ja mal laufenlassen und messen.
Machen wir mal den Zuverlaessigkeitsvergleich ... Machen wir den Lebensdauervergleich ... LoL, ja, kapput in der Garantiezeit. Gibt ja auch Hersteller die das so machen. Wird das U-Boot auch über ne Membran angetrieben?
Da der Motor unter Aussendruck steht, ist die Wellen Dichtung kein Problem. Aber lieber Teile verbauen, Gewicht und Kosten anhaeufen ... macht mal.
Ich verstehe auch nicht, worauf das hier hinausläuft. der TO soll erstmal sagen, um was für ein U-Boot es sich denn überhaupt handelt, (Größe, Tauchtiefe, Steuerart) Wenn es ein Modell U-Boot ist: da gibt es die von mir angesprochenen Möglichkeiten, welche jahrelang bewährten Stand der Technik darstellen. Damit dringt absolut kein tropfen Wasser ins Boot ein. Wenn es ein Tiefer tauchendes U-Boot werden soll, so wird auch das mit Sicherheit mit entsprechenden Dichtungen zu bewerkstelligen sein. Oder glaubt hier jemand ernsthaft, Auguste Piccard hätte den Boden des Mariannengrabens mit einer Konstruktion erreicht, die den Innendruck dem Äußeren Druck anpasst? wohl kaum. Auch wenn dieser Bathyscaph keinen Antrieb hatte, so mussten doch zumindest Kabelverbindungen nach außen geführt werden.
Wie wäre es mit einer mechanischen Lösung? Benutze ein Trimmgewicht, welches du auf der Längsachse im U-Boot verschiebst. Damit kannst Du den Schwerpunkt viel feiner einstellen. Als Antrieb könntest Du ein handelsübliches Servo benutzen. Tauchen und auftauchen müsste dann halt anders gelöst werden. Grüße, Stefan
Auch hier wieder Elektronik und Mechanik, die unter Wasser laufen soll.. Bevor's vergessen geht. Designvorgabe fuers ferngesteuerte Inspektions U-Boot wie oben beschrieben war guenstige Produzierbarkeit. Also Plastikspritzguss. Fuer Tausenderstueckzahlen. Billigst.
Ich hab grad nachgeschaut. Das Produkt gibt's noch. Resp den Namen. Die Firma haette gewechselt. Version 2N+1 .. http://www.atlas-elektronik.com/fileadmin/user_upload/documents/products/Unmanned_Vehicles/241_SeaCat.pdf Dieses Teil macht sogar 600m Tiefe. Das Gehaeuse ist natuerlich kein Druckgehaeuse, sondern aus Plastik. Beeindruckend.
Til Hoff schrieb: > - Was macht der D-Teil konkret? Der P-Teil ist das naive Gegensteuern, > also macht es den Regler aggressiver. Der I-Teil erkennt eine generelle > Richtung, kann also systematische Fehler beseitigen. Stimmt das so? Deine Erklärung zu P und I stimmt fast. Hier hilft es, sich ins Gedächtnis zu rufen, was hinter den einzelnen Anteilen steht. P - proportional - das Gegensteuern ist umso stärker, je größer die Abweichung ist. I - integral - hier wird (einfach gesagt) die Größe der Abweichung mit der Zeit multipliziert, die sie besteht. Eine kleine Abweichung die über einen längeren Zeitraum besteht wird somit über die Zeit ausgelichen. Das kann aber auch zum Überschwingen der Regelung führen. D - differenzial - dieser Anteil reagiert auf Änderungen, er kann also schon eingreifen, bevor überhaupt eine nennenswerte Regeldifferenz entsteht. Um deinen Sollwert herum ist er sehr viel aggressiver als der P-Anteil.
Mit Luftsaecken zu manoevrieren ist unguenstig. Denn man kriegt keine Regelung stabil damit. Die Regelstrecke ist nichtlinear. Das Ganze ist machbar wenn der Tiefenbereich stark eingeschraenkt wird. zB auf max 2m.
Christian B. schrieb: > Auch wenn dieser Bathyscaph keinen > Antrieb hatte, so mussten doch zumindest Kabelverbindungen nach außen > geführt werden. Dann guck dir mal Unterwasserdurchführungen an. Da geht kein Kabel durch die Wand. Das sind üblicherweise vergossene Steckverbinder mit O-Ring Dichtung. Die erschrecken sich dann auch nicht über eine Druckdifferenz von 300bar. http://macartney.com/systems/connectivity/subconn-0/circular-series
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