traject berekenen

Wiskunde is niet alleen een vak op school. Kom je ergens in de praktijk (bijvoorbeeld tijdens je werk) een wiskundig probleem tegen dan kun je hier om hulp vragen.
fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

traject berekenen

Bericht door fredvr » 03 jan 2015, 14:42

Voor een toepassing moet ik een traject volgen over de x-as en daarbij alle bijbehorende Y waarden voor X vinden ahv een curve, waarvoor altijd een aantal variabelen bekend zijn.
Het traject krijgt een soort S-vorm waarvan de middelste deel een rechte en stijgende lijn is. Het geheel bestaat in principe uit 3 delen:
- start in (x1,y1) ( => altijd 0,0) op de bodem van een cirkel, langs de boog in het 4e kwadrant tot punt (x2,y2);
- vervolgt daarna zijn koers vanuit (x2,y3) over de raaklijn naar een 2e cirkel waarvan deze tevens de raaklijn is in (x3,y3) op het 2e kwadrant.
- vervolgt daarna de koers over de cirkelboog tot het eindpunt, de top van deze cirkel (x4, y4).
De punten (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) en (x4, y4) zijn altijd gegeven.

Afbeelding

Mijn redernatie en poging om tot een oplossing te komen is alsvolgt: ( ik berperk me hier tot het eerste gedeelte (cirkel 1 en raaklijn) daar het tweede gedeelte in principe meer van hetzelfde is)
1. bepaal de rechte lijn ( y= mx + b) ahv het gegeven begin- en eindpunt (x2,y2) en (x3, y3)
2. deze punten zijn tevens raaklijnen van de cirkels. De lijnen die in deze punten haaks op de raaklijnen staan gaan door het centrum van de cirkels, waarvan de x-pos bekend zijn. (resp x1 en x4) De m van deze lijnen in is dus -m. Aangezien de x en y bekend zijn is nu ook b' te bepalen, die het snijpunt met de y-as aangeeft, dus het centrum van de cirkel en daarmee ook de R is van de cirkel.
Nu zijn de parameters van y= mx+b bekend alsook (x- Cx) + (y-Cy) = r2
(Cx,Cy) geeft hierin het centrum van de cirkel aan. Voor de 1e cirkel is Cx dus altijd 0.
---------------------------------
Aan de hand van de gegeven punten probeer ik de cirkel te bepalen , maar als ik een controle berekening uitvoer op de uitkomst dan komt er een afwijkende uitkomst uit en kan maar niet ontdekken wat/waar ik mis ga in mijn redenering en/of berekening....
Iedere hulp is van meer dan harte welkom..!
--------------------------------
x1, y1= (0,0)
x2, y2= (61,100)
x3, y3= (115, 500)
=>
y= mx + b
m= (500-100) / (115-61) = 400 / 54 = 7.4
b= y - mx= 500 - 7.4 * 115= 500-851 =-351
y= 7.4x - 351
-------------
Deze lijn is raaklijn van beide cirkels en raakt cirkel 1 in Q4 op (61,100)
circle centrum: x= 0, y > 0
cirkel bodum ( 0, 0 )
Bepaal nu het centrum en straal van de cirkel
De lijn door het centrum naar (61,100) staat haaks op y=7.4x - 351 dus m= -7.4
100= -7.4 * 61 + b'
r= b'= 100- (-7.4 * 61)= 551.4
=> Cirkel centrum (Cx, Cy ) => ( 0, 551.4) en r= 551.4
-------------------------------------------------------------------------
Controle berekening:
(x-a)2 + (y-b)2= r2
y-b= sqrt( r2 - (x-a)2 )
y= ( +-sqrt( r2 - (x-a)2 ) ) + b

Beide mogelijke Y-waarden:
1/ y= wortel( (551.4 * 551.4) - ( (61-0) * (61-0) ) ) + 551.4= 1099.42
2/ y= -wortel( (551.4 * 551.4) - ( (61-0) * (61-0) ) ) + 551.4= 3.38453
Q4 dus y < R => uitkomst 2/ is degene waar het om gaat en dus: 3.38453
Oeps, de uitkomst (61,3.38453) ipv (61, 100)

SafeX
Moderator
Moderator
Berichten: 14278
Lid geworden op: 29 dec 2005, 11:53

Re: traject berekenen

Bericht door SafeX » 03 jan 2015, 15:11

fredvr schreef:1. bepaal de rechte lijn ( y= mx + b) ahv het gegeven begin- en eindpunt (x2,y2) en (x3, y3)
2. deze punten zijn tevens raaklijnen van de cirkels. De lijnen die in deze punten haaks op de raaklijnen staan gaan door het centrum van de cirkels, waarvan de x-pos bekend zijn. (resp x1 en x4) De m van deze lijnen in is dus -m.

x1, y1= (0,0)
x2, y2= (61,100)
x3, y3= (115, 500)
=>
y= mx + b
m= (500-100) / (115-61) = 400 / 54 = 7.4
b= y - mx= 500 - 7.4 * 115= 500-851 =-351
y= 7.4x - 351
-------------
Deze lijn is raaklijn van beide cirkels en raakt cirkel 1 in Q4 op (61,100)
circle centrum: x= 0, y > 0
cirkel bodum ( 0, 0 )
Bepaal nu het centrum en straal van de cirkel
De lijn door het centrum naar (61,100) staat haaks op y=7.4x - 351 dus m= -7.4
De m van deze lijnen in is dus -m.
Dat moet zijn, -1/m . Immers m*-1/m=-1
dus m= -7.4
dus m=-1/7.4

fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

Re: traject berekenen

Bericht door fredvr » 03 jan 2015, 16:52

aaaaahhhhhh!!!!

super!!! Ik ga er vanavond direct mee aan de slag. Hier heb ik me dus flink op staan blindstaren....
gr
Fred

fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

Re: traject berekenen

Bericht door fredvr » 03 jan 2015, 20:10

Helaas,

het is duidelijk dat mijn aanname mbt de richting van de haakse lijn onjuist is en dit -1/m moet zijn ipv -m.

Als ik mijn berekeningen hierop corrigeer dan kom ik echter nog steeds niet tot de juiste uitkomst. Er lijkt dus meer 'aan de hand' zijn... ;)

Met de aangepaste berekening kom ik nu tot:

100= (-1/7.4) * 61 + b'
r= b'= 100- (1/-7.4 * 61)= 108.24
=> Cirkel centrum (Cx, Cy ) => ( 0, 108.24) en r= 108.24
-------------------------------------------------------------------------
Controle berekening voor raakpunt (61,100):
(x-a)2 + (y-b')2= r2
y-b'= sqrt( r2 - (x-a)2 )
y= ( +-sqrt( (108.24*108.24) - (61*61) ) + 108.24
y1= 197.6873
y2= 18.8241

terwijl dit 100 zou moeten zijn.

SafeX
Moderator
Moderator
Berichten: 14278
Lid geworden op: 29 dec 2005, 11:53

Re: traject berekenen

Bericht door SafeX » 03 jan 2015, 21:06

Waarom is r=b', je weet r^2=61^2+a^2 en a ongeveer 8,24 ...

fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

Re: traject berekenen

Bericht door fredvr » 03 jan 2015, 21:32

Het is toch zo dat b' in y-mx + b' het snijpunt aangeeft van de lijn door Y?
En aangezien dat ook het centrum van de cirkel is, doordat deze zich in dit geval op de y-as bevindt (x=0), mag ik toch de conclusie trekken dat de straal van de cirkel gelijk is aan b'?
je weet r^2=61^2+a^2
hm, die gaat me helaas wat te snel...

we hebben het hier toch over (x-a)2 + (y-b')2= r2 waarin (a,b') het centrum van de cirkel is en a altijd 0 is?
=> x^2 + (y-b')^2 =r^2
je weet ... a ongeveer 8,24
??

SafeX
Moderator
Moderator
Berichten: 14278
Lid geworden op: 29 dec 2005, 11:53

Re: traject berekenen

Bericht door SafeX » 03 jan 2015, 22:26

fredvr schreef:Het is toch zo dat b' in y-mx + b' het snijpunt aangeeft van de lijn door Y?
Dit klopt en dus is r=b', prima!

fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

Re: traject berekenen

Bericht door fredvr » 03 jan 2015, 23:03

ben bang dat me dan toch niet duidelijk is waar ik de fout in ga.

Dit klopt dan toch ook obv het raakpunt (61,100)?
100= (-1/7.4) * 61 + b'
r= b'= 100- (1/-7.4 * 61)= 108.24

uitgaande van (x-a)^2 + (y-b')^2= r^2 en bovenstaande
kom ik tot dit..
y= sqrt(r^2 -x^2) + r

als dat zou kloppen ?????? dan is voor het 4e kwadrant
-sqrt( 108.4^2 - 61^2 ) + 108.24 = -89.6 + 108.4 = 18.8 en dus geen 100

SafeX
Moderator
Moderator
Berichten: 14278
Lid geworden op: 29 dec 2005, 11:53

Re: traject berekenen

Bericht door SafeX » 04 jan 2015, 10:12

Conclusie:
1. de cirkel door het punt (x_1,y_1) met het berekende middelpunt (0,108.235) heeft een straal sqrt(8.235^2+61^2)
2. de cirkel door O en het berekende middelpunt heeft straal 108.235.

fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

Re: traject berekenen

Bericht door fredvr » 04 jan 2015, 11:53

SafeX, nogmaals bedankt voor je hulp.

Ik ben er echter nog niet helemaal uit vrees ik..
sqrt(8.235^2+61^2)
ik neem aan dat je hier sqrt(108.235^2+61^2) bedoeld?

Mijn conclusie is blijkbaar ook jouw conclusie. waarom klopt dan echter mijn berekening niet als je met de gevonden waarden y berekent op de cirkel voor x=61. Dat zou dan het raakpunt moeten zijn met de raaklijn y=100. Dat lijkt niet het geval te zijn.

SafeX
Moderator
Moderator
Berichten: 14278
Lid geworden op: 29 dec 2005, 11:53

Re: traject berekenen

Bericht door SafeX » 04 jan 2015, 12:03

fredvr schreef:
sqrt(8.235^2+61^2)
ik neem aan dat je hier sqrt(108.235^2+61^2) bedoeld?
Nee,



is juist, maak maar een tekening en bekijk de rechthoekige driehoek met deze rechthoekszijden ...


Is je eerste tekening met bijbehorende punten goed?

fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

Re: traject berekenen

Bericht door fredvr » 04 jan 2015, 15:59

ai, je hebt gelijk! Niet dat dit erg is natuurlijk ;), maar het haalt helaas vermoedelijk wel mijn hele concept onderuit..

Het raakpunt is (61,100) maar in de tekening kan dat nooit. Hier is x1 > y1. Het raakpunt 100 zou gegeven het centrum vd cirkel redelijk dicht tegen het centrum aan moeten zitten waardoor de raaklijn er aanzienlijk steiler uit zou moeten zien.

Ik zal nu eerst even in een hoekje moeten gaan zitten vrees ik en kijken of wat ik wil wel kan of dat ik alleen wat uitgangspunten (vaststellen van x2 en x3 als gegeven)moet aanpassen en dan toch het gewenste resultaat geven..

Nogmaals bedankt want ik begin er al met al aardig tureluurs van te worden.. :)

SafeX
Moderator
Moderator
Berichten: 14278
Lid geworden op: 29 dec 2005, 11:53

Re: traject berekenen

Bericht door SafeX » 04 jan 2015, 18:13

Ik ken je praktijkprobleem op dit moment niet ...

fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

Re: traject berekenen

Bericht door fredvr » 04 jan 2015, 20:48

komt ie... ;)

ik ben een slider aan het maken tbv fotografie. zeg maar een rail met een wagen waarop een camera is bevestigd en wordt voortbewogen door een stappenmoter.

De stappenmotor stuur ik aan via software. 1 vd functies van het geheel is 'timelapse': over een lange periode worden met een vaste interval veel foto's gemaakt die uiteindelijk tezamen een korte videoclip gaan vormen. per sec videoclip zijn 25 foto's nodig.
Bekende voorbeelden zijn wolkenpartijen die voorbijsnellen, bloemen die opengaan, etc.
Meestal gaat dit met een camera die vast opgesteld staat gedurende die periode.

Ik wil echter gedurende de periode het camerastandpunt wijzigen. bij iedere foto schuift de camera een stukje op. Tot zover geen probleem. De afstand waarover de camera kan bewegen (T') / aantal foto's (T) geeft de afstand aan waarmee de camera na iedere opname moet opschuiven. nieuwe foto maken, stukje opschuiven naar nieuwe positie, wachten tot de volgende opname gemaakt kan worden, foto maken, etc, etc.

Nu komt ie:
ik wil de optie inbouwen dat de camera accelereert over een bepaalde afstand (y2), dan met een constante beweging voortbeweegt en vanaf een bepaald punt (y3) weer decelereert en tot stilstand komt in (y4) waarna de laatste opname genomen wordt. De x-as geeft de te nemen foto's.

Dit betekent dat tijdens de acceleratie de verplaatsingen eerst klein zijn en langzaam groeien naar de maksimale interval en bij deceleratie de afstanden weer langzaam afnemen.

----
Door dit traject in een curve te vangen kan ik steeds voor iedere nieuwe opname (X) de nieuwe bijbehorende positie (Y) berekenen. De Y komt overeen met mm's verplaatsing en X met het volgnummer van de te nemen foto.

Interactief kunnen de volgende parameters aangegeven worden:
- de totale afstand waarover de camera zich moet verplaatsen (T')
- de afstand waarover geaccelereerd moet worden tot de maximale snelheid/positie.. u' (ramp up)
- de afstand waarover gedecelereerd moet worden tot in T' d'(ramp down) (de tussenliggende afstand bestaat dus uit constante intervallen)
- parameters om het totaal aantal te nemen foto's T te bepalen.

het kan dus zijn dat er geen sprake is van acceleratie en/of deceleratie of juist wel met een minimale constante verplaatsing tussen de acceleratie en deceleratie in.

Het gaat dus hier niet om de snelheid van de beweging (dat is uiteraard in het uiteindelijke resultaat wel het geval) maar over de onderlingen afstanden die eerst geleidelijk toenemen, dan een constante afstand hebben en vervolgens weer geleidelijk in afstand afnemen. De overgang tussen de constante afstanden en acceleratie/deceleratie moeten geleidelijk verlopen.

mijn idee was dus:
eea te vangen in een figuur als in de tekening. accelereren mbv de cirkelboog in Q4, vervolgens een rechte lijn naar het punt van deceleratie over de cirkelboog in Q4. vanwege de keuze van een cirkelboog met een raaklijn voor de constante afstanden wordt een geleidelijke overgang altijd gegarandeerd. Wellicht is eea met een parabool X^2 ook mogelijk en wordt een mooiere overgang verkregen maar ik wilde het voor mezelf niet direct te complex maken. Het levert me zo ook al aardig wat hoofdpijn op, maar wil de handdoek niet zomaar in de ring gooien zolang niet vast staat dat ik een dode weg aan het bewandelen ben.. ;)

Afhankelijk van de ingegeven parameters krijg je dus 0, 1 of 2 cirkels die onderling van diameter kunnen verschillen icm een rechte lijn die de cirkels en\of begin\eindpunt verbind en aldus in lengte en hellingshoek zal verschillen.
-----
Het is een heel verhaaltje maar ik kan het helaas niet heel veel korter maken en hoop dat ik zo duidelijk heb kunnen maken wat eigenlijk de bedoeling is van eea. Uiteraard licht ik graag eea verder toe.

fredvr
Nieuw lid
Nieuw lid
Berichten: 13
Lid geworden op: 03 jan 2015, 13:49

Re: traject berekenen

Bericht door fredvr » 06 jan 2015, 00:07

Ik heb het voorbeeld nu in de juiste verhouding getekend. (hetgeen ik direct had moeten doen natuurlijk..) Hieruit blijkt dat het gebruik van twee cirkels een kansloos verhaal wordt indien de afstand in verhouding groot is tot het aantal foto's. In dit geval 650mm (y-as) met 250 (x-as) foto's. Vermoedelijk moet net het omgekeerde het geval zijn voor een goed resultaat..
En dan gaat het hier ook nog om een relatief kleine afstand waarover geac-/gedecelereerd wordt.

Deze tekening toont dat de som van beide stralen maks <= aan het totaal aantal foto's kan zijn. De raaklijn tussen beide cirkels loopt dan verticaal. Dan krijg je al de idiote situatie dat er vanaf de positie in het 1e raakpunt in 1 keer naar het 2e raakpunt gesprongen wordt terwijl de afstand waarover geaccelereerd wordt (straal cirkels) relatief klein is. de rode lijntjes in de tek.
Afbeelding
Volgens bijgaande tekening: Eerst rustig accelereren naar ca. 110mm (ca 115 foto's..) en dan via een enorme sprong naar ca 550mm springen (dat is pas echt accelereren.. ;) terwijl dat juist daar niet het geval moet zijn!) om daar vervolgens de laatste 130mm weer (135 foto's) naar het eindpunt te gaan.

Daar heb je niets aan, de foto's moeten enigszins regelmatig verspreid over de hele afstand verdeeld worden om uiteindelijk een vloeiende beweging te krijgen. Uiteraard met verdichtingen tgv de accel-/deceleratie.

Als ik het goed zie is de afstand waarover geac-/gedecelereerd kan worden maksimaal op het moment dat de centra van de cirkels dezelfde Y-waarde hebben en elkaar raken, zodat q3 van de 1e cirkel vloeiend overgaat in Q2 van de volgende cirkel.
De maksimale afstand waarover je dan kunt bewegen is dan dus de som van beide stralen. Van een raaklijn waarover je dan nog kunt bewegen is dan uiteraard geen sprake meer.
Los van het foutje in het begin (-m ipv -1/m) is het nu helder waarom ik er niet goed uit kon komen en steeds in de knoop kwam..

Kortom: deze benadering met cirkels had wellicht een simpele oplossing kunnen zijn, maar blijkt in de praktijk helaas onbruikbaar. Dit wordt achter de oren krabben..

Plaats reactie