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© Rudolf Fiala,  7./8. 6. 2005, ' Wertergänzung im Diagramm 8.7.

Nachtrag 2009: Die neue 2,4 GHz-Technik ist ähnlich leistungsfähig wie die mc22-Familie und seit kurzem die mx24s.
Die prinzipiellen Überlegungen dieser Abhandlung bleiben voll aufrecht, ja sind teilweise bei 2G4 noch verstärkt zu beachten, da in 2G4-Betrieb Übertragungsstörungen ("Brown Out", "Zombiestate" etc.) von 0.1sec bis zu 4 sec auftreten können, was freilich bei gegebener Steuernotwendigkeit fatal sein kann.
Klar, wenn gerade KEINE Steuer-Korrekturen beim Spazierenfliegen notwendig sind wird der Pilot von der gestörten Übertragung gar nichts merken.

Von der Pilotenhand zur Servobewegung: Die verzögerte Reaktion

Synonyme: Responsetime, Verzögerungszeit, Verlustzeit, Antwortzeit, Latenzzeit etc.


Wie bei jedem technischen oder biologischen Vorgang gibt es auch bei Fernsteuerungen Zeitverluste zwischen dem Start eines Ablaufes und seiner Beendigung.

Als "Start" im Sinne dieses Themas definiere ich die Veränderung einer Knüppel-/Schalterstellung,
als "Ende" den Anlauf des dazugehörigen Servos und
als "Vorgang" alles was zwischen diesen beiden Ereignissen liegt.

Dieser "Vorgang" und seine Detailkomponenten werden hier behandelt.

Die unterschiedlichen Stellgeschwindigkeiten verschiedener Servos und das Erreichen der endgültigen Servo-/Ruderstellung sind nicht Teil diese Themas.

Interludium aus dem Test des schnellen mc22-Senders: Hätten Sie nicht schon im Ernstfall lieber 100-200cm, oder sogar nur 20 cm mehr Luft unter den Flügeln gehabt, als 1 cm zu wenig mit anschließendem Crash (Bericht)? Nie in Bodennähe versteuert? Nie starr vor Schreck (Bericht) gewesen? Ja dann brauchen Sie die Messwerte im langen Originalbericht mc22 mit den "Versprochenen Sensationen" gar nicht zu lesen.


Für Schnellleser zum Nutzeffekt diese Artikels hier anklicken


Der Vorgang und seine Teilkomponenten:


Wenn wir den Vorgang und die daraus resultierende Steuerverzögerung als unveränderlichen Teil des Systems "Fernsteuerung" akzeptieren müssten, wäre dieses Thema kaum betrachtenswert.

Interessant ist es, weil die einzelnen Komponenten der Steuerverzögerung (im weiteren Text STV) eben nicht konstant sind und einige STVs beim Aufkommen der ersten proportionalen Fernsteuerungen vor 1970 und ihrer Steuerbefehlübertragung mittels Impulsketten gar nicht vorhanden waren.

Sogar die letzte "analoge" PPM-Qualitätsfernsteuerung mit 9 Kanälen und schaltbaren Mischmöglichkeiten, Querruder-Differenzierung, Servo-Mitte und -Drehrichtungsumkehr etc. etc.  war frei von einigen Zeitverlustkomponenten, die dann bei den  "Computersendern" massiv auftraten. Durch das PCM-Prüfsummen-Management sowohl im Sender als auch im Empfänger kamen noch weitere Zeitverluste dazu.

Die STV stiegen dadurch bei den verschiedenen Fernsteuerungsserien bis zu einer Zehntel Sekunde - während der sich ja ein Servo noch nicht bewegt oder, noch schlechter, sich durch einen vorherigen Steuerbefehl in die FALSCHE Richtung bewegt, was noch mehr Steuerkorrekturen notwendig macht.

Die Industrie und vor allem deren Starpiloten erkannten freilich das Problem, sodass versucht wurde diese STVs wieder zu verringern.

In der Produktserie mc20 - mc24 - mc22 kann man das gut verfolgen:
Während die mc20 für die Berechnungen bei "Freien Mischer" noch einen ganzen Frame von 22-23Millisekunden (Zykluszeit für die sich andauernd wiederholende Abstrahlung der Steuerbefehle) zusätzlich benötigte, war das bei der mc24 bereits verschwunden.
Es wurde aber für die Abfrage der steuernden Senderkomponenten und den daraus resultiernden Berechnungen noch immer ziemlich viel Zeit - in Relation zu den "historischen primitiven computerlosen" Sendern, die gar nicht so schlecht waren, aber eine heute nicht mehr gesetzlich erlaubte Senderleistung und Störabstrahlung hatten - verwendet.

Erst die mc22 brachte hier die große Zeiteinsparung eines weitere "Frames" von ca.22msec mit dem Vorteil eines direkteren Steuergefühls UND der Zeitreserve bei persönlichen Steuerproblemen, vor denen wir alle ja kaum gefeit sind. Die sehr aufschlussreichen Details dazu hier beim vergleichenden mc22-Bericht.

Bei der PPM-Modulation sind hier fast keine Zeitgewinne mehr möglich und wenn doch, nur mehr im niederen Prozentbereich. Die mc22 stellt tatsächlich hier fast die Obergrenze dessen dar, was mit einem ungespliteten Ein-Prozessorsystem möglich erscheint.

Bei (S)PCM mit seinem Prüfsummenmanagement in Sender und Empfänger wären schon noch Zeitgewinne realisierbar, was allerdings prinzipiell neue Methoden nötig macht, bei denen die "Abwärtskompatibilität" aber verlassen werden muss.

Erste PCM Ansätze dazu sind 2005 bei der Futaba T14MZ erkennbar. Zeit-Vergleichsmessungen mit herstellerfremden Vergleichsanlagen sind noch nicht veröffentlicht. Die vergleichende T14MZ-Werbung mit der kürzeren "Responsetime" bezieht sich auf ein Futaba-eigenes Produkt.


Die Teilkomponenten:

In der Reihenfolge ihres Auftretens
Im Sender:

M: Der Mensch ist mit dem Senderzyklus nicht synchronisiert, seine Steuerbefehle erfolgen rein zufällig in Bezug auf den Senderzyklus mit seiner Zyklus-Wiederholzeit ("Frame"). Bei einem Frame von zB. 22msec, kann das ganz zufällig genau am Anfang des Frames, knappest vor seinem Ende (Ende = neuer Anfang) oder irgend wo dazwischen erfolgen. Der Zeitpunkt ist rein zufällig und hat keine besondere Verteilungskurve. Der Mittelwert aus einer repräsentativen Anzahl von Messungen ist hier 11msec, die beidseitige Varianz ebenfalls 11 msec.
Bei ALLEN Messungen zwischen Knüppelbetätigung und Servo-Anlauf MUSS die Varianz berücksichtigt werden. Es werden beliebig viele Messungen der gesamten Übertragungskette immer um einen Mittelwert pendeln, wobei ein irgendwann-Maximum und ein irgendwann-Minimum je um die halbe Frametime, hier plus/minus 11msec - total 22 msec -  verschoben sind.

Beispiel: Maximum 100 msec, Minimum 78msec, maximaler Unterschied 22msec=Frametime; Mittelwert somit 89 msec.

Nachtrag: Ein für mich erst jetzt (Oktober 2006) offenkundig gewordener Sonderfall nach Informationen aus einem amer. Forum:
Futaba PCM1024 mit der doppelten Zeitvarianz- also per zwei Frames -  für die Erfassung und/oder Weitergabe der Steuersignale. Verglichen mit PCM-G3 oder SPCM. Das Gerücht, dass das (Differenz-) PCM1024 eine Servonachstellung nur bei jedem zweiten Frame macht, ist somit bestätigt. Dass DifferenzPCM 1024 ist somit nur eine Verbesserung der Redundanz, aber kein Zeitgewinn durch besonders kurze Frames.

Für Interessenten, besonders für jene die statt PCM-G3 nur PCM1024 mit einem Futabasender 12Z, 14MZ oder FX40 verwenden wollen:
Gemessene Vergleichswerte und Diagramm hier
Quintessenz: Tun Sie es nicht, da brauchen Sie sich gleich gar keinen neuen Futaba-Sender kaufen, da ist Graupner SPCM, besonders die mc22-Familie, schneller. 

A: Abfrage der Knüppel, Steller, Schalter.

B: Berechnen der zu sendenden Werte, aus >A< und aus allen im Sender gespeicherten Werte für Servoeinstellungen, Dual/Expo, Mischer etc. etc. Das was eben einen Computersender ausmacht.

A/B: Zusammenfassung dieser beiden Zeitabläufe, die ja für einen "Black-Box"-Prüfer nicht getrennt erkennbar sind.
Die mc22-PPM hat hier bereits nur mehr ca 4.5 msec! Ohne der bis zur mc22 üblichen zusätzlichen 22 msec Frametime!

P: Prüfsummen-Errechnung für (S)PCM und noch ergänzend dazugehörige Zeitanteile samt der zeitverschobenen Absendung.

K: Kettenzeit, durchschnittlich pro Servo 1,5msec (MPX 1,6msec). Das gleich Messverfahren am Servo5 wird bei Graupner an einen Sender mit unveräderten Grundwerten eine um durchschnittlich(!) 4,5 msec größere Zeit als an Servo2 ergeben (3*1,5 msec)

Im Empfänger:

(Die KETTENZEIT muss nicht nochmals berücksichtigt werden, da Sender und Empfänger synchron laufen)

PE: Prüfsummen-Management bei PCM im Empfänger und verzögerte Impulsfreigabe an die Servos.

PCM im Diagramm: Der Senderwert P und der Empfängerwert PE sind bei der Blackboxprüfung nicht einfach getrennt erfassbar. Da die Einzelwerte P und PE eigentlich gar nicht interessieren, sondern nur die wirksame Summe P+PE dieser beiden Werte, definiere ich sie hier als "PCM", was leicht messbar ist.

Im Servo:


I: Impulslänge - das Servo kann ja erst zu laufen beginnen, wenn es weiß, wohin. Somit muss das Servo das Eintreffen des ihn betreffenden Impuls-Endes abwarten.

Somit schauen die gemessenen Zeitensummen für Servo 2(!) wie folgt aus, der Zeitwert Ausgangspunkt ist beim signierten Mittelwert 'M' und die Zeit-Endstelle am Ende des Balkens ']'. Kummulierte Fehlerbreite durch eine endliche Zahl von Messungen max(!) 1 msec:


  Hier sollte das Diagramm stehen, email wenn nicht!


                                                                
Es gibt bei alten Analoganlagen, bei denen das zeitbestimmende Potentiometer (Knüppel UND Trimmung) direkt in der Impulsstufe sitzt, keine Abfrage- und Berechnungszeit! Nur die Komponente M und die Impulslänge I.

Moderne Autosteuerungen mit 2-3 Servos ohne "Computerluxus" können noch wesentlich kürzere Zykluszeiten haben, die dazugehörigen durchschnittliche Reaktionszeiten können weit unter 10 msec liegen. Allerdings sind die Flugservos dazu nicht geeignet und die Industrie bietet Autoservos mit ca. 7msec erlaubter, überhitzungsfreier Wiederholzykluszeit an.

Eine Beschleunigung wäre auch möglich, wenn die Intelligenz im Empfänger sitzt und schnelle Primitivsender verwendbar sind. Beispiel ACT-DDS10 Empfänger.

Das historisch noch zeitaufwändigere mc20 PCM darzustellen macht keinen Sinn mehr.

Die typischen Werte für Servo Nr.2(!) sind aus des Langfassung des mc22-Testberichts entnommen.


Die Nutzeffekt einer geringeren Antwortzeit:

Kurze Zeitgewinne scheinen als abstrakte Zahl relativ unbedeutend zu sein. Da sich bei Fernsteuerungen vieles mit sehr beachtenswerten Geschwindigkeiten abspielt, folgende praktische Beispiele:

1.) Welchen Winkel hat ein schnelles Servo (in einer 1/10 sec 45°) bei den verschiedenen Sendern bereits zurückgelegt, wenn ein durch einen freien Mischer bei der mc20/PPM angesteuertes Servo gerade zu laufen beginnt, also gerade noch bei 0° steht:

mc20/PPM/ DX6: 0  |  mc24/SPCM: 4.6°  |  mc24/PPM: 9.7°  |  mc22/SPCM: 14.9° |  mc22/PPM/ T7: 19.9°

Das Servo der mc22 mit PPM-Modulation hat bereits 19.9° erreicht, wenn das mc20/PPM-Servo gerade aus dem Schlaf erwacht. Oder ist schon rund 10° weiter als ein mc24/PPM-Servo.

2.) Ein Servo, oder sogar das ganze Modell - die Betrachtungsweise ist gleich! -  befindet sich noch in Bewegung zu einem genau jetzt nicht mehr gewünschtem Wert (Böeneinfluss, neue gewünschte Fluglage, Steuerfehler).

Jetzt ausgehend von  der mc22/PPM: Wenn bereits bei der mc22 eine Änderung möglich ist, dreht ein Servo (45° pro 1/10 sec) oder ein mit nur(!) 180° pro sec rollendes Modell (=18° pro 1/10 sec bei einer Böe) noch um folgenden gerundete Winkel (Servo/drehendes Modell) weiter:

mc22/PPM/ T7 : 0/0 | mc22/SPCM:  5°/2° | mc24/PPM: 10°/4° | mc24/SPCM: 15°/6° | mc20/ DX6 etc. viel mehr

Das scheint auf den ersten Blick nicht sehr viel zu sein. Zu bedenken ist aber unbedingt, dass bei einer systembedingt erst später gestoppten Drehung nochmals mindestens die gleiche Zeit notwendig ist, um überhaupt einmal erst in jene Servostellung oder Fluglage zurückzukommen, die bei der mc22/PPM schon einige Zeit vorher erfolgreich verlassen worden war. Erst dann geht es in die Wunschrichtung weiter.
 
Doppelt schädlich ist das im Vergleich bei einem falschen, mittels mc22/PPM kürzestmöglich korrigierbaren, Ruderausschlag. Bei einer längeren Antwortzeit, in der das Servo/Ruder weiter in die falsche Stellug läuft, verändert das Modell nicht nur seine Lage, sondern es werden durch die nicht mehr im Moment der Knüppelbetätigung wunschgemäß ausschlagenden Ruder erst Modellbewegungen verursacht, die später mittels der verspätet einsetzenden, JETZT aktuellen Ruderausschläge abgebremst werden und in die dann erwünschten Modellbewegungen (mit Modell-Massenträgheit!) umgesetzt/beschleunigt werden müssen.

Und genau deswegen ist in Bodennähe eine schnelle Fernsteuerungsreaktion bei Böen oder Steuerfehlern eine gute und ggf. die Lebensdauer des Modells steigernde Hilfe für den Piloten.



Zusammenfassung:

Erst die derzeit modernsten
PPM-Fernsteuerungen nähern sich SEHR langsam jener Antwortzeit zwischen Senderknüppel und Empfänger/Servo, die in der Digitalspeicher-freien Technologie völlig problemlos und systembedingt in der primitivsten Fernsteuerung enthalten war. Sie wäre allerdings ebenfalls systembedingt beim heutigen "Luxus" nicht erreichbar. Der letzte große Schritt war 2001 die mc22, bei der erstmals wieder die Zeit A/B kürzer ist als die Frametime. Bei SPCM ist sie auch schneller als die mc24 bei PPM! Was ich für sehr beachtlich halte!

Bei PCM ist allerdings noch eine wesentliche Beschleunigung möglich, besonders durch ein anderes Failsafe-Management - ich verwende hier ganz bewusst nicht den Begriff "Prüfsummen".
Eine andere Organisation der Steuerwerte-Übertragung und eine Reduktion der immensen Redundanzen bei den derzeit starren Servokanal-Ketten habe auch noch ein großes Beschleunigungspotential.
Nachzulesen hier in meiner Vision aus dem Jahr 1999.


Noch ein fachlicher Nachtrag:

Es gab schon viele schwere Verletzungen und auch Todesfälle durch fliegende oder rollende Modelle.

Aus dem Tiefflug oder beim Landeanflug zu spät hochgezogen, zu spät ausgewichen, zu spät Motor gedrosselt etc..

Es bedarf keiner besonderen Beweisführung und ist auch leider kaum in der Praxis beweisbar, dass eine Fernsteuerung mit kurzer Responsetime samt schnellen Servos MÖGLICHERWEISE die Chance beinhaltet hätte, einen menschenschädigenden Unfall zu verhindern.

Rechenbeispiel:
Fluggeschwindigkeit nur 30m/sec gleich 108 km/h
geflogener Weg während eines Frames von ca.22 msec: 0.66m

Fazit: Mit der schnelleren Anlage, die einen Frame früher den Befehl an den Empfänger weitergibt, hätte um 66cm früher hochgezogen werden können. Ist doch unbestreitbar, nicht wahr?


Rudolf Fiala

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Postskriptum :  Ich wurde in einem Forum wieder einmal gefragt, warum ich nur mc20,22.24 untersucht habe.
Ein Auszug aus der Antwort:

Hallo Xxxx (und allen Mitlesern zur Info)

die Prüfmethode ist seit Jahren in mehreren Foren, in einer Zeitschrift und auf meiner Homepage offengelegt und sie kann und konnte von jedermann mit Sendern aus seinem Besitz durchgeführt werden. Was von einigen Andersmeinenden sogar öffentlich in Foren angekündigt worden war, aber NIE irgend etwas von Vergleichsangaben zu hören war, die man in einer halben Stunde per Oszi und einem Servo, mit Anschlüssen dafür am Motor, hätte feststellen können.

Ich als Privater ohne Rechtsschutzversicherung werde mich hüten, Vergleichstests anzubieten, ich "erzähle" euch nur - mittels eines von Graupner im Ur-Konzept approbierten Berichtes - als wie gut bezw. schnell sich die mc22/mx22 herausgestellt hat.

Wer es noch immer nicht glaubt, kann es seit Neuem grafisch aufbereitet samt der detailierten Zerpflückung der Einzelzeiten hier erkennen:
( http://members.aon.at/flug.fiala/reaktion.html Dieser Bericht eben)
 
Wenn Du bei einem vergleichbaren Messverfahren beweisen kannst, dass ein anderer Sender genau so schnell ist: Nur her mit den Ergebnissen! Ich kapriziere mich sicher nicht auf Graupner!

Derlei Messergebnisse sind in den letzten 4 Jahren nicht gekommen und sie werden auch nicht so bald kommen, das Einzige was  etwas schneller mit noch anderen Vorteilen ist, ist PCM-G3 im Vergleich zu PCM 1024 / MC24-SPCM sein. Die mc22 kann hier mithalten, allerdings mit einer geringeren Gesamtleistungsfähigkeit.
Sogar Futaba bezieht sich in den Steigerungsangaben ausschließlich auf eigene Produkte, die wissen, warum sie das tun und nichts mit Fremdprodukten vermantschen.

Autofirmen sprechen auch NUR von Ihren eigenen Produkten und machen nicht die Konkurrenz schlecht. Auch die wissen, warum!

Und noch einen Grund gibt es, dass ich hier nicht als der große Vergleichsdatensammler auftrete. Zu vergleichende Anlagen wären ja schon Geschichte, was hat der Vergleich mit einer alten FC28 noch für einen Reiz. Alte Geschichte eben durch die im September 05 jetzt bereits getestete, überragende T14MZ (Bericht).

MPX könnte doch die Schnelligkeit und Stellgenauigkeit der mc22 aus dem Sattel heben - wenn sie könnten. Warum tun sie es nicht?

Kryptisch meinst Du? Was denn, das Wort "schönrechnend" (Bericht) vielleicht? Natürlich, oder glaubst Du ich lasse mir einen Prügel von einem Hersteller der so beliebten kryptischen 3-Buchstabenabkürzungen ins Kreuz werfen, Abkürzungen die von 90% der Verwender wie eine Hostie empfangen werden und die nicht einmal wissen, was sie bedeuten? Ne!

Zitat:
Die Richtigkeit deiner Aussagen kann ich nicht beurteilen,
Dazu hast Du mein vollstes Einverständnis, den Du brauchst sie ja nicht zu beurteilen.

Du brauchst Dich nur zu informieren, wie die einzelnen Schönrechenverfahren mit diversen geschützten Namen funktionieren, technisch gesehen sind sie "gleitende Mittelwertbildungen", wie im obigen Beispiel und Zeitverlauf gezeigt.

Noch etwas: Jemand hatte mir MXP-Empfänger zur Zeituntersuchung nach ein paar seiner eigenen Tests versprochen. Die Empfänger kamen nie bei mir an, er hatte wohl genug herausgefunden.

Ich mir solche Empfänger selber besorgen? Wozu, es wäre für mich als mc22-Benutzer und mc22-Freund ein völlig nutzloses Wissen. Und öffentlich mitteilen könnte ich es nicht bezw. bräuchte ich es gar nicht, denn jeden technisch informierten Menschen ist klar, dass jedes digitalisierend und/oder Impulse-vergleichende Verfahren eine zusätzliche Zeit benötigt. Und ob die daraus resultierende Verzögerungszeit zwischen Knüppel und Servomotoranlauf dann überhaupt kleiner sein kann als bei der mc22-PPM erscheint einfachst abschätzbar.

Außerdem kommen noch die Anforderungen und/oder Überzeugungen der Verwender ins Spiel: Es gibt ja noch immer Piloten mit 256-Schritt MPX-PCM und die wissen ja warum sie das tun. Einer der Gründe könnte die nach heutiger Rechtslage unzulässig hohe Senderabstrahlung bei einem unempfindlichen Empfänger sein....hammerhart Womöglich auf heute schon verbotenen Frequenzen (Alte 35MHz-Frequenzen mit 300kHz Unterschied)
ansage "Könnte" habe ich gesagt....

Zitat:
Weshalb nennst du nur MC22 und MC24, bitte nenne entweder alle Sender die du nach genau der gleichen Methode in einem Quertest geprüft hast, oder dann eben keine, alles andere ist meines Erachtens unsaubere Berichterstattung.

Diese Deine Meinung ist somit hoffentlich mit der Schnelligkeit der mc22 und 2000 Schritte PPM ausreichend beantwortet, abgesehen davon bin ich kein beruflich abhängiger Berichterstatter. Reiner Amateur mit ca. 50 Jahren Fernsteuertechnik- und Fliegerei-Wissensaufbau, und einer mir von der Natur gegebenen besonderen Kreativität und Merkfähigkeit. Das ist alles. Kein Diplomphysiker oder Softwareingenieur, die manchmal nicht einmal die Fehler im Entwurf einer Bedienungsanleitung finden.

(Die Originalsmileys von RCL wurden bei copy&paste mitübertragen)