Aufbau des "Autopiloten"

[philharmony]

Hi, ich habe mir mal ein paar Gedanken zum Thema autoflight bei Boeing gemacht, würde mich über feedback freuen, wo stimmt ihr mir zu, wo hab ich einen MDF (mega denkfehler) eingebaut, was habe ich einfach falsch verstanden.
Ziel ist es, theorietisch einen Sim-Autopiloten OHNE Computer zu bauen, also ein rein schaltungsorientiertes Gerät dass Die wichtigsten Daten vom FS (speed, alt, vs, heading, VOR/ILS-Data,) und vom FMC ( LNAV und VNAV) bekommt und am ende einfach servos oder stepper bedient um Trim, Roll und Throttle zu bedienen.
Dazu habe ich das gesamte system erstmal in kleinstmögliche Komponenten zerlegt, ich nenne sie einfach mal "Module".
Diese kann man dann wieder zu Modulgruppen zusamensetzen und diese dann zu den Drei Systemen Flightdirector, Autothrottle System und Autopilot.
Fangen wir beim Flightdirector an:

1. WAS MACHT DIESER?

Hier hoffe ich auf besonders viel feedback weil ich mir hier nicht ganz sicher bin.
Ich habe das mal so aufgefasst:
Der FD Vergleicht soll-werte (die "knöbbes" am glareshield, LNAV und VNAV vom FMC) mit den ist-werten die er vom INS und von den Instrumenten (hier vom flusi, oder man liesst die fs-gesteuerten instrumente aus, was realistische messfehler ergibt) bekommt und errechnet daraus PITCH, ROLL und THROTTLE commands die er dann an den Autopiloten und das Autothrottlesystem weitergibt.
Hierzu stehen ihm verschiedene möglichkeiten (modi) zur Verfügung die auf verschiedenen Modulen aufbauen.

Beispiel LVL CHG:

Thrust.......Konstant bei CLB thrust,
gesetzt im FMC oder per N1
bugs

Roll.........Nicht betroffen

Pitch........Variabel sodass die im
Glareshield eingedrehte
Geschwindigkeit gehalten
wird

Also haben wir ein modul Thrust, es kann: Flight Idle halten, Einen gegebenen Wert Halten, variabel zwischen flight idle und N1 Limit verstellt werden. (regelkreis mit vergleichern, einfache schaltung)

Beispiel 2 Modulgruppe: Pitch, kann nach oben und unten verändert werden:
1. nach modul "geschwindigkeit per pitch konstant halten" (vergleicherschaltung: zu schnell, mehr pitch up; zu langsam, pitch down; das ganze innerhalb von trim und pitch maxima, schaltungstechnisch leicht zu realisieren) das käme beim LVL CHG zum Einsatz.
2. nach modul "vertical speed per pitch konstant halten" (wieder: vergleicherschaltung)
3. nach glideslope halten (welch wunder, vergleicherschaltung).
Die module müssen dann noch so verknüpft werden dass sie nur in logisch funktionierenden gruppen geschalten werden können
(N1 konstant + Pitch variabel um geschwindigkeit zu halten = logisch; Speed per throttle halten + Speed per pitch halten = regelt sich selbst "zu tode" unlogisch, funktioniert nicht)
Auch diese verknüpfungen sind sogar per full nand technik zu realisieren.

Nächste Modulgruppe ist die Vertikale Navigation, also heading, course, vor, nav, glidepath.

Auch hier wieder, Heading: Soll und ist wert vergleichen, wenn unterschiedlich dann nach differenz links oder rechtsherum rollen bis limit, bei 5° abweichung rollwinkel verringern, sanftes angleichen, per schaltung machbar.

Nennen wir "heading" mal das Hauptmodul, es bekommt seinen istwert wom kurskreisel und den sollwert von anderen untergeordneten modulen bzw modulgruppen, zb NAV: dieses modul bekommt vom FMC Die information ob wir uns auf der linie zwischen zwei wegpunkten befinden, also "on track" sind und ob wir auf kurs sind (das eine ist die position, dabei kann die nase sonstwohin zeigen, das zweite ist der steuerkurs, wenn beides stimmt sind und bleiben wir on track). ist dies nicht der fall kommt die information "X meilen Links oder rechts vom track". Und dreht entsprechend nach links oder rechts ein, oberhalb einer gewissen grenze (zb 2nm) wird 90° zum track eingedreht, sind wir näher sind es nur 30°.
Sobald wir uns dem track annähern bekommt das modul HEADING seine vorgabe direkt vom FMC.
Das selbe passiert bei VOR oder APP.

Auch hier kann immer nur EIN modul aktiv sein und die ROLLCOMMANDS an den Autopiloten weitergeben.
Ebenfalls ist hier wieder eine Logische zusamenarbeit notwendig (APP + LVL CHG ist unsinnig und daher nicht zugelassen).

Der Autopilot setzt nun die Kommandos um, heisst: er vergleicht die vorgaben des FD mit den ISTWERTEN und gleicht diese über servos an.

Autothrottle hält entweder N1 konstant bei einem festen wert (clb, to, lvl chg) oder Flight Idle (des), oder hält eine festgelegte geschwindigkeit, entweder vom Glareshield (vs, app) oder vom FMC (crz).

Ich hoffe ihr könnt mir halbwegs folgen und ich habe das alles nicht so kompliziert beschrieben, man muss im prinzip die funktionen nur in ausreichend einfache stücke (eben module) unterteilen sodass man jedes modul per schaltung, notfalls microcontroller, realisieren kann,und diese verknüpfen.
Also wie gegesagt, gebt feedback, vllt konnte ich dem einen oder anderen eine anregung geben oder ihr teilt mir mit wenn ich irgendwo falsch lag.
Gruss
Phil

[philharmony]

35 hits und nicht ein wort? aah leute das war DER geistesblitz meiner mittagspause, sagt doch mal was

[Dutch]

Hallo

Naja, ich wollte vorhin schonmal antworten, aber eben noch abwarten. Nun, da werde ich mich mal erbarmen.
Ehrlich gesagt, kann ich den sinn nicht ganz verstehen keinen computer zu verwenden und das ganze ueber externe schaltungen zu machen. Sicher , es ist machbar, selbst ganz und gar ohne microprozessoren. Du koenntest alles ueber logische verknuepfungen von relais ansteuern. Aber viel aufwand ! Ich hatte vor ein paar jahren, weit vor FSBUS und wie sie alle heissen auch aehnliche ideen. Heute wuerde ich mich damit nicht mehr aufhalten. Ich finde es auf jeden fall mutig, sich ueber so etwas gedanken zu machen.....back to the roots
Wie gesagt von der sache her koennte es funktionieren, aber es wird nicht billiger und einfacher als FSBUS und co.

Gruesse,Daniel

[DENGI]

Na ja

ich möchte mich Dutch anschließen.

Aber sicherlich kann man das Rad neu erfinden.

Einfacher wäre es in einem Avionikbetrieb ein Blockschaltbid zu besorgen oder aber die Stromlaufpläne entsprechend der Funktionen im Maintenance Manual verfolgen, ehrlich gesagt ist der Aufwand die Unterlagen zu besorgen größer als wie vom PMG den AP zu besorgen und zu bezahlen.

In der Zeit kann man....

oder einfach andere Teile besorgen

Viel Spaß

Michael

[mbessler]

Phil,


die Stichworte dazu sind microcontroller bzw. DSPs (digital signal processor) mit PID Algorithmen.

PID=Proportional, Integral, Derivative

PIDs sind in der Steuerungstechnik zu Hause, also genau dass was ein autopilot macht.

Da man fuer diese algorithmen schon ein wenig Rechenpower braucht, sollte man schon etwas mit bisserl power nehmen.

Such mal in google nach PID, da gibts genug Infos darueber.

Bzgl Autopilot und Regelalgorithmen und Koeffizienten dafuer kannst du dir mal JSBSim ansehen, eine der flug dynamic engines die u.a. von flightgear verwendet wird:
http://www.jsbsim.org
http://jsbsim.sourceforge.net/Automa...htInJSBSim.pdf

Da gibts glaub ich auch ein paar config files fuer autopiloten.

Rein mit logischen verknuepfungen/gattern wirds nicht wirklich brauchbar. Das Flugzeug wuerde da nur in der Luft rumeiern weil es immer ueberkorrigiert, dann uebersteuert, dann wieder in die andere Richtung ueberkorrigiert, usw.

Das ganze ist also nicht unbedingt trivial.

Manuel

[philharmony]

hi, ok die einwände verstehe ich, stimmt schon.
@Daniel ich möchte halt dass der AP ein gerät ist, ohne dass dre pcs hinten dran hängen (übertrieben gesagt), sondern einfach da hinter dem glareshield sitzt, kabel für input rein und am anderen ende die kabel zu den servos raus, also so meine idealvorstellung.

[DENGI]

Hallo Manuel,
nachdem ich mir deine Quellen angeschaut habe, bin ich richtig froh das ich nur zu den Bedienern gehöre.

Besten Dank

oder besser

vielen Dank für das Gespräch

Michael