NAV-Modus: ein paar Erkenntnisse

[alfora]

Hallo Leute!

Hier ein paar Erkenntnisse beim Verwenden des NAV-Modus beim FS9.

Mir ist bei einem Flug mit der Project Fokker 100 aufgefallen, dass sich die Maschine sehr schwer tut, einem CRS auf ein VOR zu folgen. OK, es war sehr starker Wind (>50 kts) aber trotzdem ist mir das komisch vorgekommen. Vor allem, weil das auch beim ILS so ähnlich war. Da hat die Fokker zum ILS hingedreht anstatt den Leitstrahl schön einzufangen.

Also flugs (im doppelten Sinn) ein Test-Szenario erstellt mit folgenden Eckdaten:

* geplanter Anflug auf ein VOR mit CRS 270
* geplantes Anschneiden des Radial bei VOR D50
* HDG zum Anschneiden mit 250°, also 20° Winkel zum geplanten CRS auf das VOR
* Startposition bei VOR D90

Geflogen bin ich das sowohl mit der Standard B737 als auch mit der Project Fokker 100 in Höhe 5000 ft. und IAS 250. Das VOR sollte natürlich eine Reichweite von mehr als 90 nm haben, eh klar.

Beide Flugzeuge verhalten sich ungefähr gleich:
* bei D60 drehen auf 240°, also mit noch stumpferem Winkel! Dieser 30°-Winkel wird ja auch von der ATC für die Vectors to Final benutzt. (Die Fokker schaltet hier auch von HDG auf NAV um.)
* Prompt wird das Radial bei D50 überschossen.
* unter nocheinmal auf die rechte Seite bei D40
* und nocheinmal nach links bei D30
* und schließlich pendelt sich das Flugzeug endlich bei D20 auf dem Radial ein.

Ich finde das eigentlich eher erschreckend. Mir ist das früher nie so aufgefallen aber das liegt wohl eher daran, dass ich viel mit GA-Flugzeugen unterwegs bin von denen die Hälfte gar keinen Autopiloten hat.

Erst vor kurzem habe ich mich mit der Project Fokker 70/100 beschäftigt. Nun ist mir auch klar, warum sich die Fokker zum Leitstrahl des ILS hingedreht hatte. Sie wollte den 30° Anschneidewinkel unter allen Umständen erreichen!

Nun ein paar Fragen:
* Habt ihr ähnliche Erfahrungen?
* Verwendet ihr überhaupt den NAV-Modus? (oder fliegen Jet-Flieger alle mit dem FMC und legen die Beine hoch? )
* Verwende ich den NAV/APP-Modus falsch? Muss ich immer mit 30° anschneiden?
* kann man das Verhalten irgendwie anpassen?
* Oder ist das im FS9 fix verdrahtet und man sollte es besser ignorieren und sich anderen/besseren Maschinen zuwenden?

[Yves G.]

Das Problem mit dem Überschiessen kenne ich auch und zwar bei allen schnelleren Maschinen. In der Sim1.dll habe ich zwei Werte gefunden, die den Anschnittkurs definieren.

Ich habe Folgendes beobachtet:
Wenn man im NAV Mode ein Radial oder einen LOC anschneidet (z.B. mit HDG), tut sich seitens NAV Mode zunächst gar nichts. Erst wenn das Flugzeug nur noch 5° Offset vom Zielkurs ist (z.B. auf Radial 095 bei Zielradial 100), wird der AP aktiv (HDG schaltet sich aus). Er dreht dann das Flz. fix auf 30° Anscheidekurs, ohne dabei den Wind zu berücksichtigen.
Wenn man noch näher an den Zielkurs gelangt (ca. 2.5° Offset vom Zielradial), beginnt das Eindrehen auf den Endkurs. Oft liegen dazwischen nur Sekunden, so dass der AP nicht bei 30° verweilt, sondern gleich weiter eindreht. Besonders bei Wind erfolgt dieses Eindrehen aber oft zu spät und es kommt zum Überschiessen.

Dabei ist man schnell mehr als 1-2° auf die andere Seite vom Zielkurs abgedriftet und für den AP beginnt das Spiel von vorne. Er dreht wieder auf 30°, auch wenn das übertrieben stark und ein weiteres Überschiessen zurück auf die andere Seite vorprogrammiert ist. Ist man sogar weiter als 5° vom Zielkurs weg, wird ein Anschneidekurs von 50° angepeilt.

Diese 30° (bei weniger als 5° Winkeldifferenz) und 50° (grösser 5°) sind in der Sim1.dll zu finden. Ich weiss allerdings nicht, ob es sinnvoll ist, diese Werte zu verkleinern. Bei weit entfernten VORs kann das Anschneiden dann ewigs dauern.

Ich würde eher an den Nav_* Werte in der Aircraft.cfg unter [autopilot] etwas verändern. Setze mal "nav_integrator_boundary = 1.0" anstatt 2.5 (Grad). Bei mir folgt der AP dem LOC etwas besser, dreht aber immer noch recht spät ein.

[alfora]

Danke für den Hinweis. Dann werde ich mich mal mit den Werten dort beschäftigen und weitere Testflüge machen. Ergebnisse gibt's dann hier.

[Yves G.]

Grundsätzlich ist der AP im Flusi ein PID-Regler (engl. PID Controller), wobei P für Proportional, I für Integral und D für Derivative Gain steht.
http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

Im FS98 und 2000 konnte man in Rec 1199 für alle AP-Modes wie HDG Hold, PITCH Hold, V/S, YAW DAMPER etc. die zugehörigen PID-Werte verändern. Im FS2004 gab uns MS gerade mal die NAV und Glideslope Werte zurück. Der Rest verbirgt sich irgendwo in der sim1.dll. Aber die Werte in der .cfg funktionieren tatsächlich so, wie auch ein echter PID-Regler arbeiten würde. Ich konnte heute anhand des NAV Modus endlich auch quantitativ nachvollziehen, wie der AP im Flusi versucht, den Kurs zu halten.

Die besten PID-Werte zu finden, ist aber wie bei einem echten Regler eine Sache des Experimentierens.

[alfora]

Ich hab jetzt ein paar Tests gemacht. Die Parameter im [autopilot]-Abschnitt sind im FS2004 Aircraft Container SDK zwar kurz beschrieben aber leider nicht besonders ausführlich.

Eine ganz gute Beschreibung für so einen PID-Dämpfer (proportional, integral, derivativ) habe ich auf http://www.engin.umich.edu/group/ctm/PID/PID.html gefunden.

Mein Testflug befindet sich im Anhang.

Die B737 befindet sich auf einem GPS-Flugplan und wird gleich auf Kurs 250° einschwenken, um später CRS 270° des SAM VOR zu intercepten.

Wenn 250° erreicht sind den AP auf HDG schalten, den NAV-Schalter von GPS auf NAV zurück und den AP zusätzlich auf NAV-Modus. Wenn das Flugzeug das VOR intercepten möchte, dann wird automatisch der HDG-Modus deaktiviert. Das ist der Zeitpunkt für die erste Entfernungsangabe. Die anderen Entfernungen sind immer das Schneiden der 270°-Linie (also des 90°-Radials von SAM VOR).

Wenn man den Visual Flight Path einschaltet, dann kann man die Schneidepunkte sehr gut erkennen.

Mit den Originalwerten
nav_proportional_control=12.00
nav_integrator_control=0.25
nav_derivative_control=0.00
nav_integrator_boundary=2.50
nav_derivative_boundary=0.00
ergeben sich folgende Entfernungen der Schnittpunkte:
D61.8 eindrehen auf 240°
D52 überschießen nach links
D41.5 zurückpendeln nach rechts
D32.3 und wieder nach links

Original



Den Winkelbereich nav_integrator_boundary erhöhen bringt nichts. Das Flugzeug überschießt um einen größeren Bereich. So also nicht.


Ein größerer Integrator verkleinert dafür die Kurvenradien weil stärker gelenkt wird:
D61.8
D52
D41.7
D32.7

Größerer Integrator

Hier werden die Kurvenradien etwas kleiner aber das Flugzeug übersteuert.


Den Winkelbereich zu verkleinern hat ja schon Yves angesprochen. Zusätzlich habe ich den Integrator auch noch reduziert.

nav_proportional_control=12.00
nav_integrator_control=0.1
nav_derivative_control=0.00
nav_integrator_boundary=1.50
nav_derivative_boundary=0.00

Das ergibt:
D61.8
D48.8
D24
asymptotische Annäherung


Kleinerer Integrator


Ist wahrscheinlich eine ganz gute Einstellung für Praxistest, um zu sehen, ob der Integrator hoch genug ist. Bei starkem Wind sollte das Flugzeug ja trotzdem auf Kurs bleiben.

Eine Veränderung der derivative-Werte hat bei mir keinen Unterschied zum Original ergeben. Vielleicht ist dieser Faktor gar nicht implementiert?

[Yves G.]

Die unterste Grafik sieht recht zufriedenstellend aus. Den Integrator muss man offenbar ein wenig in seinem Tun einschränken. Beim Glideslope konnte ich mit etwas kleineren Integral und einem höheren Proportional Wert ebenfalls eine Verbesserung erzielen.

Momentan habe ich in einer 737:

gs_proportional_control=20.0000
gs_integrator_control=0.060000
gs_integrator_boundary=0.400000

Die Derivatives zeigten bei mir auch keine Wirkung, weder bei NAV noch bei GS.