[Tehani]

Abro nuevos hilos acerca de los pilotos automáticos. Este en concreto, tiene dos objetivos:
- Sacarle el máximo partido al piloto, conociendo sus diversos modos de funcionamiento y los requerimientos en cada uno de ellos.
- Recoger experiencias de usuario, de manera que puedan compararse pilotos de diversas generaciones y fabricantes.

[Tehani]

A lo largo de los años, me ha ido sorprendiendo ver la cantidad de navegantes que sólo ponen el piloto en modo AUTO (por compás) y que sólo usan las teclas de corrección +1, -1, +10 y -10.

Un piloto puede ser nuestro aliado en más circunstancias, y si aprendemos y practicamos un poco, podemos sacarle mucho jugo.
Todos los pilotos comerciales tiene varios modos posibles de funcionamiento, sin contar con los que permiten dibujar rumbos con formas geométricas (pesca).

Los modos básicos son:
- AUTO (compás: guiado por fluxgate o gyro).
- WIND / VANE. Que mantiene un ángulo constante de incidencia del viento en las velas.
- TRACK / NAV. Que sigue una ruta creada con waypoints, o simplemente se dirige a un waypoint. Este modo requiere un navegador o plotter.

Otros modos menos conocidos:
- NO DRIFT. Este modo no lo tienen los pilotos Raymarine. Consiste en mantener el COG constante, compensando así cualquier deriva o abatimiento. Y sin que sea necesario navegar a un waypoint. Este modo requiere la conexión a un GPS. (Plotter también sirve, claro)
- NON FOLLOW y NON FOLLOW UP. Estos modos son operativos en los barcos de gran desplazamiento, aunque también los podemos encontrar en pilotos para la náutica de recreo. La cosa viene a ser como una dirección asistida en un coche. En un mercante, la fuerza muscular de un timonel no da para mover la pala del timón, así como tampoco hay una transmisión mecánica entre el puente y la mecha del timón. El gobierno funciona con accionamientos hidráulicos en todo momento, incluyendo las maniobras en puerto.
La diferencia entre NON FOLLOW y NON FOLLOW UP reside básicamente en que el control se hace con potenciómetro o joystick.
- Hay otro modo que puede resultar interesante para pescar, pero personalmente considero arriesgado: DEPHT. Consiste en que el piloto intenta dibujar una ruta siguiendo puntos con la misma profundidad.
- Puede ser que se me pase algún modo. Éstos son los que conozco. Ya diréis si conocéis alguno más.

Animo a los que tenéis pilotos de caña o de rueda sencillos, a investigar sus conexiones, porque casi seguro que también podrán hablarse con equipos de viento y navegadores, y así se os abrirá un mundo nuevo.

Bueno, hecha la presentación, si os parece empezaremos dando un par de detalles del modo AUTO, de los ajustes "RUDDER" y "TRIM" y de alguna diferencia que hay entre los pilotos Raymarine y Simrad / B&G en ese modo.

[gypsylyon]

Pasado al hilo de " los que quieran saber mas"

[Tehani]

Para qué sirve el ajuste "RUDDER"?
Sirve para que la pala del timón se mueva con mayor o menor amplitud.
Eso influye directamente en la velocidad de giro del barco. Lógicamente, si la pala del timón es pequeña, y/o la velocidad de avance es pequeña, el ángulo del timón deberá ser mayor para que una maniobra se realice en un tiempo razonable. En esos casos aumentaremos el valor de "RUDDER".
Si el valor de rudder es muy alto, se da el caso de que el barco se vuelve inestable y nunca alcanza un punto de equilibrio. El motor del timon no para de girar en los dos sentidos.

Los pilotos más modernos incluyen el ajuste automático de "RUDDER" en su modo de autoaprendizaje. Estos pilotos ajustan ese valor en función de la velocidad del barco y condiciones de la mar.

[Tehani]

Los ajustes "RUDDER" y "TRIM" son operativos en cualquier modo de funcionamiento automático del piloto.
Vamos a conocer ahora de qué va el ajuste "TRIM".
Como introducción, creo que es mejor explicar un poco por encima lo que es un control PID aplicado a un piloto:
PID significa control Proporcional, Integrativo y Diferencial. Menudos palabros!!!.
No es muy difícil de entender. Tenemos lo que se llama una consigna de error, ésta es la diferencia entre el rumbo al que queremos ir, y el rumbo instantáneo al que realmente vamos.
Si esa consigna de error fuera 0, lógicamente el piloto no debería mover el timón porque ya vamos bien.
A partir de aquí, pueden darse diferentes situaciones, una donde el mar está como un plato y el piloto se desvía muy ligeramente del rumbo, pero se desvía.
Otra donde el mar está movido, o hay mucho viento y el barco da guiñadas bruscas.
Pues el tema es que el piloto debe hacer lo mismo que si lleváramos el timón a manopla: Si vemos que el barco se va desviando ligeramente del rumbo, aplicaremos timón de forma suave y espaciada. Si por el contrario, una ola nos aparta bruscamente la proa del rumbo deseado, debemos actuar de inmediato y con energía.
Aquí está la relación. El cálculo integral va acumulando el error, hasta que crece por encima de un nivel, y entonces acciona el motor. El cálculo diferencial establece cuánto ha aumentado o disminuído el error de un instante al siguiente. Si es variación instantánea es grande, acciona el motor con mucha energía.

Bueno, la parte proporcional, lógicamente se calcula directamente desde la diferencia de rumbos deseado y real.
Esos tres valores P, I y D se suman para dar un resultado total que será lo que mueva el motor con mayor o menor alegría.
Pero claro, esa suma puede ser un valor muy grande, pero también muy pequeño. Si traducimos eso a voltios de alimentación del motor, se da el caso de sea un valor tan bajo que gaste energía, pero que no sea suficiente para mover el motor.
También pasa que el motor no pare ni un momento, aunque se mueva poco, pero el consumo se dispara.

Total, que para eso se establece lo que se llama zona muerta o umbral de accionamiento. Si el valor total PID no llega a ese valor, el motor no se mueve. Ese ajuste del ancho de la zona muerta es lo que se llama "TRIM".

[Tehani]

Seguimos con el modo AUTO, y de paso, enlazamos con el modo WIND / VANE.
Como norma general, debemos saber que un piloto toma el ángulo magnético (compás, fluxgate, gyro) como referencia permanente.
En los modos WIND, TRACK y NO DRIFT, se añade una referencia del ángulo de viento o BRG/XTE, o COG.

Los pilotos Raymarine, por lo menos los antiguos Seatalk, permiten hacer una virada (Tack) incluso en modo AUTO. E incluso la realizan si nos hemos equivocado de banda.
Claro, eso ha evolucionado y mejorado, porque resultaba peligroso.
El ángulo a incrementar o disminuir en una virada puede cambiarse en el setup del piloto.

Actualmente, un piloto no permite realizar viradas y trasluchadas si no está en modo WIND/VANE. E incluso puede impedirse la trasluchada para mayor seguridad. Claro, eso funciona porque el piloto tiene datos de viento y conoce su incidencia y velocidad.

El ángulo a variar para una virada podrá ser calculado por un piloto actual, a partir del viento real presente antes de la maniobra. De manera que el barco quede amurado a la banda contraria con el mismo ángulo de viento después de esa maniobra.

Esos detalles son los que están incorporando los pilotos más modernos. A partir de aquí, los pilotos también pueden cambiar dinámicamente su respuesta en función de los datos de los sensores: escora y su velocidad de variación, velocidad del barco, velocidad de rotación, etc.
La sensación que tiene un navegante es que el piloto se adelanta a los acontecimientos. Yo creo que, simplemente, la precisión y velocidad de respuesta de esos sensores (girocompases de 9 ejes) hacen que parezca así. Y dudo de que los pilotos "aprendan", ya que la cantidad de variables es altísima. (Puede haber mar cruzado, por ejemplo).

En todo caso, me gustaría que alguien discuta y aporte pruebas de que los pilotos "aprenden".

[Tehani]

Cuando hablo de "viento real", me refiero al calculado con respecto al agua. Con la velocidad de corredera (STW).

[Tehani]

Qué es eso del "Dodge":
Eso es esquivar. Esquivar una boya de palangre, por ejemplo.
Según el tipo de piloto, será necesario salir del modo actual WIND o TRACK, y realizar el cambio de rumbo, eso es obligatorio en los Simrad y B&G, (no me gusta ese procedimiento).
En los pilotos modernos de Ray, el antiguo rumbo (modo TRACK), queda memorizado al pulsar las teclas +1,-1,+10 y -10, y podremos retomarlo después de salvado el obstáculo.
Se supone que cuando navegamos en modo "WIND", cuando pulsamos una corrección, podemos optar por que sea permanente o no.
Todas estas cosas son las que conviene tener aprendidas del comportamiento de nuestro piloto.
En estos casos, si desconocemos cómo reacciona nuestro piloto, podemos llevarnos algún susto.

[Auskalo]

En buques que realizan operaciones especiales, equipados con posicionamiento dinámico (que no deja de ser piloto y control de motores), el sistema si aprende. Tu de entrada configuras un orden y preponderancia de algunos sensores y el sistema va continuamente detectando, corrigiendo, y en base a esto prediciendo lo que ocurrirá, adelantándose de esta manera a la situación y obteniendo una precisión asombrosa. Sólo de esa manera puedes conseguir por ejemplo que un buque de 100 metros de eslora siga de costado, o con cualquier punto de referencia del casco, a un buzo que está trabajando a decenas de metros del casco y unido a el por un umbilical.
O que buques de servicio de plataformas puedan operar con condiciones de fuerza 8 sin separarse un metro de su posición asignada en mar abierto.
En los Imoca, hay patrones que venden el barco sin el piloto, y este se lo lleva a su nuevo barco. Comentaban el caso de Desjojeaux, creo que con NKE, que le preparan el piloto de fabrica bajo unos ajusten determinados que el pide y no se facilitan a nadie. Y ese piloto (o pilotos) porque creo que llevan más de una docena de equipos completos va con por sus diferentes barcos. Estos si que no se si autoaprenden o no.
Saludos.
Auskalo

[Tehani]

Sí, los buques que realizan operaciones especiales como la que has expuesto, los de prospecciones petrolíferas, los que trazan cables submarinos, etc, tienen unos sensores muy precisos, redundantes y megacaros.
Esos sistemas de sensores inerciales, combinados con filtros matemáticos de tipo Kalman, permiten obtener un posicionamiento muy preciso, mucho mayor y más fiable que el obtenido sólo con GPS diferenciales.
Claro, el control del accionamiento de los motores como respuesta a las desviaciones es otro cantar.
El tipo de respuesta viene impuesta por las dimensiones y la inercia del buque. Y algo así , aunque simplificado, es lo que se hace en el procedimiento "commisioning" de nuestros pilotos. En ese setup inicial, informamos al piloto sobre el modo de navegación (planeo, desplazamiento...), tipo de barco y punto donde se encuentra la aplicación del empuje, y si éste gira o no. (Gira la orientación del eje de la hélice, por ejemplo en los fuerabordas).
Claro, en los buques que has comentado, hay varios impulsores situados en diferentes puntos, y la mayoría son orientables. Así es posible mantener el barco estático incluso en malas condiciones meteo.
Creo que la predicción se basa exclusivamente en las características del buque, y sobretodo de su inercia, de manera que la impulsión o corrección de timón se detengan antes de que el barco haya llegado a la posición requerida.
Tal es el caso del ajuste del contratimón (counter rudder) que se hace midiendo la velocidad de giro.

Creo recordar que en otro hilo se comentó algo relacionado con la predicción.
Es una opinión personal, pero creo que no es posible, ni siquiera conveniente aplicar un sistema predictivo al sistema de gobierno de un barco de las dimensiones de los nuestros.
Una situación vivida me hace asegurar eso: Una ola aislada y como una montaña en la noche golpeó el costado de nuestro barco y nos pasó por encima. Quién o qué sistema inteligente, no adivino, puede predecir esa situación y actuar en contecuencia?

Otra cuestión son las preferencias y los umbrales de las señales de los sensores que se escojan y se introduzcan en un setup personalizado, para que el piloto se comporte de una forma u otra según el gusto de cada uno. NKE está especializado en solitarios y regatas de alto nivel, y pueden permitirse esas filigranas personalizables porque no son muy baratos que digamos.

[Tehani]

En Cruisers Forum, hace unos meses estuvimos debatiendo sobre sistemas de detección más avanzado.
Hubo quien defendía la instalación de cámaras y sistemas de analisis de imágenes para que el gobierno fuera predictivo.

Entonces me planteé la idea de incorporar un sensor al timón, de manera que fuera posible conocer la fuerza ejercida por el agua, y sus variaciones instantáneas. No basta con medir la corriente que circula por el motor del piloto, porque sólo podría medirse cuando gira.
De esa manera, añadiríamos esa sensación que nos transmite la caña en la mano.
Eso, muchas veces de forma insconsciente, nos informa de que vamos a salir de orzada, que nos alcanza una ola por popa y más cosas.

[Tehani]

Retomanos las directrices iniciales del hilo, Explicaré algunas utilidades que me sé del modo WIND / VANE.

En principio, creo que este modo de trabajo del piloto es útil para singladuras más o menos largas y cuando naveguemos a vela, claro.
Me refiero a travesías, no a regatas de tipo triángulo de pocas millas, donde la supuesta pericia del timonel humano, con el añadido de que los barcos pueden estar muy próximos unos de otros, desaconsejan el uso del piloto.
En el transcurso de travesías de cierta distancia, lo usual es que el viento vaya rolando y se acerque a las previsiones meteo generales, a medida que nos alejamos de la costa.
Esas predicciones nos pueden ser favorables o no, tomando en cuenta el ángulo inicial del viento.
Así, una buena planificación del recorrido intentando navegar con el máximo VMC, pero respetando un buen VMG con respecto al viento es lo más acertado, pero no fácil. Todos sabemos que la línea recta no suele ser la mejor navegando a vela.
En las regatas oceánicas se selecciona el velamen según las previsiones meteo. Y si es de noche y con tripulación reducida, se intentará no cambiar el trapo. Tanto más importante es establecer esa estrategia en este caso. Bueno, la estrategia global incluye navegar hacia las colas de los anticiclones tanto el de Santa Elena como el de Azores. Se va a buscar viento de verdad y el trazado es muchísimo más largo que la ortodrómica, llegando a aproximarse a Brasil antes de enfilar hacia el Cabo de Buena Esperanza.
No me enrrollo más sobre el tema porque estoy seguro de que bastantes foreros pueden darme un repaso...

Sólo quiero relatar algo que me pasó allá por el 2000. Se trataba de una ruta de Pollença de la ANAM, y resulta que el viento iba a ir rolando de SE a E a partir de las 4h AM. El ángulo de viento inicial era pésimo para ceñir hacia Formentor, pero podíamos navegar razonablemente bien hacia Sòller. Nos la jugamos con el uso del piloto en modo viento. Marqué un rumbo que fuera bueno para un VMG decente (Soller), confiando en que cuando fuera rolando el viento, poco a poco fuéramos mejorando en VMC. Y así fue: Sin actuar sobre el piloto en toda la noche (sólo controlando de vez en cuando), de madrugada íbamos directos a destino, y sin hacer ningún bordo. Eso gracias al uso del modo WIND / VANE, fue genial!

[Auskalo]

Sí, los buques que realizan operaciones especiales como la que has expuesto, los de prospecciones petrolíferas, los que trazan cables submarinos, etc, tienen unos sensores muy precisos, redundantes y megacaros.
Esos sistemas de sensores inerciales, combinados con filtros matemáticos de tipo Kalman, permiten obtener un posicionamiento muy preciso, mucho mayor y más fiable que el obtenido sólo con GPS diferenciales.
Claro, el control del accionamiento de los motores como respuesta a las desviaciones es otro cantar.
El tipo de respuesta viene impuesta por las dimensiones y la inercia del buque. Y algo así , aunque simplificado, es lo que se hace en el procedimiento "commisioning" de nuestros pilotos. En ese setup inicial, informamos al piloto sobre el modo de navegación (planeo, desplazamiento...), tipo de barco y punto donde se encuentra la aplicación del empuje, y si éste gira o no. (Gira la orientación del eje de la hélice, por ejemplo en los fuerabordas).
Claro, en los buques que has comentado, hay varios impulsores situados en diferentes puntos, y la mayoría son orientables. Así es posible mantener el barco estático incluso en malas condiciones meteo.
Creo que la predicción se basa exclusivamente en las características del buque, y sobretodo de su inercia, de manera que la impulsión o corrección de timón se detengan antes de que el barco haya llegado a la posición requerida.
Tal es el caso del ajuste del contratimón (counter rudder) que se hace midiendo la velocidad de giro.

Creo recordar que en otro hilo se comentó algo relacionado con la predicción.
Es una opinión personal, pero creo que no es posible, ni siquiera conveniente aplicar un sistema predictivo al sistema de gobierno de un barco de las dimensiones de los nuestros.
Una situación vivida me hace asegurar eso: Una ola aislada y como una montaña en la noche golpeó el costado de nuestro barco y nos pasó por encima. Quién o qué sistema inteligente, no adivino, puede predecir esa situación y actuar en contecuencia?

Otra cuestión son las preferencias y los umbrales de las señales de los sensores que se escojan y se introduzcan en un setup personalizado, para que el piloto se comporte de una forma u otra según el gusto de cada uno. NKE está especializado en solitarios y regatas de alto nivel, y pueden permitirse esas filigranas personalizables porque no son muy baratos que digamos.

En esos sistemas la predicción no se basa en las características e inercia del barco, se basa en el comportamiento del barco en las condiciones meteo del momento. Es decir, el barco es siempre el mismo ( o no, hay barcos de ese tipo que cambian su fisionomía y comportamiento frente a los elementos durante las operaciones que estén ejecutando como por ejemplo los que tienen grúas muy grandes o colocan aerogeneradores, etc.)
Aunque se puede calcular como afecta un determinado viento a un casco, el sistema no se alimenta de ello, se alimenta de la diferencia entre el comportamiento que tiene el barco con el que el sistema piensa que debería tener según las acciones realizadas.
De hecho, no se recomienda empezar a operar en modo DP hasta que pasa un rato y el sistema se ha estabilizado y ha "aprendido" las condiciones del lugar en ese momento.
Puedes medir el viento y la corriente, pero no puedes medir la succión que te genera el operar frente a unos pilotes de una plataforma petrolífera, los desventes que provocan sus superficies, o los cambios del centro de gravedad según estas descargando.El sistema mide donde estaba, que operación ha hecho, donde tenia que estar y donde esta realmente, esa diferencia, ese vector, lo incorpora al siguiente movimiento y se recalibra, y así continuamente, ese es el aprendizaje, efectivamente como tu dices con filtros kalman. Ese vector de corrección no es igual cuando arrancas el sistema que al de media hora, y no recoge efectos no previsibles, o al menos no los recoge hasta que tienen un efecto y un peso determinado en la operación.
El caso de la ola que comentas ningún sistema va a poder adelantarse a eso, naturalmente, pero tampoco es lo que buscan, lo que el sistema intenta es aprender en todo momento las condiciones generales que hay para poder operar con seguridad, aprende la generalidad, no la excepción, buscando la eficacia en el porcentaje mayor posible, desdeñando la particularidad. Siguiendo el ejemplo que das, si en ese momento empezasen a surgir olas de esas el sistema tiene que asumir que están, ya no son una particularidad, y entonces actuar en consecuencia.
Saludos
Auskalo

[Tehani]

Muchas gracias Auskalo, es interesante tu aportación, pero aún me pregunto si puede ser aplicable a un barco pequeño, mucho más vulnerable de forma inmediata a la climatología y oleaje.
Lógicamente, falta ver si los nuevos pilotos, diseñados para barcos como los nuestros, tienen alguna ventaja en ese sentido (predicción).

En cualquier caso, me gustaría que los foreros comentárais experiencias propias acerca del uso de vuestros pilotos. De momento, sin ir más lejos.

[Tehani]

Seguimos con otro modo de funcionamiento del piloto: Ese gran desconocido, por algunos innecesario y, a veces, proveedor de algún susto.
Modo TRACK / NAV:

Ese modo de trabajo, hace que el piloto siga una línea de rumbo verdadero, marcado por el plotter o navegador, y tomando datos de un receptor GPS/GNSS.
Esa línea de rumbo es trazada desde un waypoint o punto de partida, hasta un waypoint de destino.
Una línea simple es conocida como segmento de una ruta o "leg". Una ruta completa está formada por varios segmentos entre waypoints, con un orden de secuencia.
Pero, de momento, vamos a analizar el caso más simple: navegación entre dos waypoints o dos puntos marcados sobre la carta.
Hay que remarcar aquí que, en muchos casos, no es necesario que los waypoints esté memorizados en el plotter; sino que bastará con clicar sobre un punto de destino e indicar "Navegar hasta aquí". En este caso, el punto de partida es la posición actual del barco, y es muy importante que el usuario sea consciente de eso, luego veremos el por qué.

Haré una pequeña introducción acerca de los datos que provienen de un GPS y de un chart plotter o navegador:
- Un GPS suministra datos de fecha, hora, coordenadas, COG, SOG, información sobre los satélites que tiene a la vista y los que está usando, HDOP, etc.
- Un Plotter / navegador suministra, además, datos de navegación hacia un waypoint cuando se ha activado la navegación. Es decir, entrega también las coordenadas del punto de destino, distancia ortodrómica desde la posición actual del barco a ese punto, ángulo verdadero desde la posición actual a ese punto, VMC (Velocidad efectiva hacia el objetivo), y sobretodo: XTE, que es el error transversal de rumbo.
Es muy importante conocer el concepto de XTE para entender cómo se comportan la mayoría de pilotos (por no decir todos).


- Las líneas azules, indican los bordes de la "carretera". Son los límites que el usuario considere admisibles como apartamiento máximo de la línea ideal. Los plotters, y OpenCPN tienen un valor por defecto, pero el usuario puede cambiarlo. Sirven para activar la alarma de fuera de ruta.
- VMC es la velocidad efectiva hacia el waypoint. O sea, la proyección de la velocidad sobre la línea que une el waypoint de origen y destino.
- XTE es el error transversal de rumbo. Es decir, la distancia a la que se encuentra el barco de esa línea negra ideal. Tiene signo según el barco se encuentre a la derecha o a la izquierda de esa línea (He dicho bien, izquierda o derecha, en ésto no se emplea la terminología babor o estribor...). Las unidades en las que se envíe este dato dependen del protocolo (NMEA0183, Seatalk, NMEA2000) empleado (Millas náuticas, centímetros).