Allgemeine Überlegungen zur Programmierung von Autopiloten

[harry3]

Ich habe mich nun auch mal auseinandergesetzt mit dem Thema Autopilot im FS.
Im Prinzip müsste ein normaler PID Regler reichen, um den Flieger einigermaßen stabil fliegen zu lassen.
Für Top Autopiloten braucht man klarerweise mehr, da ist Florian('AOG') eh schon drauf eingegangen. Es war aber meine Absicht, einen Demonstrator für die Autopilotlogik zu bauen, und da reicht ein normaler PID Regler.



Für die das Thema AP noch Neuland ist, hier eine kurze Beschreibung: Oben sieht man einen Regelkreis, w ist der Sollwert, also der Wert, der erreicht werden soll(z.B. eine VSI von +500ft/min). x ist der Istwert, also der gemessene Wert(z.B. 200ft/min). Wenn man die beiden subtrahiert, so erhält man e, die Regeldifferenz(welche dann 300ft/min wäre). Diese gibt also an, wie weit man noch von seinem gewünschten Wert entfernt ist.
Aus dem Wert e wird nun mittels des PID Reglers eine Stellgröße y berechnet. Diese wirkt auf die Höhenrudertrimmung(Pitch Trim).
Durch die Ansteuerung der Höhenrudertrimmung ergibt sich nun eine Änderung der VS, diese wird wieder gemessen und nach vorne zur Differenzbildung mit dem Sollwert gebracht, wo in weiterer Folge die nächste Stellgröße berechnet wird. Und hiermit schließt sich der Kreis.

Nun aber zurück zum Thema.
Hier ein Screenshot meines APs:


Ich habe mir also nun einen Autopiloten programmiert, welcher die Höhe hält bzw. eine eingestellte Höhe anfliegt. Man wählt zwar die Höhe aus, welche gehalten werden soll, der Regler arbeitet allerdings mit der Vertical Speed. Zum Beispiel wenn man auf 1000ft Höhe fliegt und auf 2000ft steigen will, so steuert der AP einen Steigwert von +500ft/min an, bis 1800ft erreicht sind, danach wird nur noch mit +200ft/min gestiegen. Bei 1990ft/min wird schließlich die VS auf 0ft/min runtergeregelt.
Der AP weicht also bei idealer Einstellung max. +-10ft von der gewünschten Höhe ab.

Die 3 Werte des PID Reglers(Proportionalteil, Integralteil, Differenzialteil) kann ich während des Fluges einfach mittels Mausklick ändern.
Die Einstellung der Regelzeit ist fix einprogrammiert mit 0,5sec. Jede halbe Sekunde wird also überprüft ob eine Abweichung vorhanden ist und wenn ja dann wird die Höhenrudertrimmung betätigt.

Ich habe meine Testflüge mit der gutmütigen C172 geflogen.
Interessant ist nun wie die einzelnen Werte Einfluß auf das Regelverhalten haben.
Ein großer P Anteil bringt das Flugzeug ist extremes Auf und Abschaukeln, P sollte also möglichst klein sein(bei der C172 P=0,01).
Der I Anteil sorgt für ein vollständiges Ausregeln auf den gewünschten Sollwert. Allerdings bringt auch der I Anteil ein Schwingen ins System und sollte klein gehalten werden(bei der C172 I=0,02)
Erst der D Anteil bringt schließlich Stabilität ins System. Er wirkt nämlich dem I und P Anteil entgegen. Dieser D Anteil sollte eher groß gewählt werden(bei der C172 D=0,15)

Man kann nun natürlich Regler berechnen, in diesem Fall ist es weitaus besser sich an Einstellregeln zu halten.
Wikipedia zeigt da z.B. ein paar Tipps und Tricks, wie man den Regler einstellen kann:

Siehe: Wikipedia - Faustformelverfahren

Weiters zu empfehlen wäre dieser Link, wo ich mir auch die Regelkreisgraphik geliehen habe:
roboternetz - Regler(roboternetz)

Soviel dazu, vielleicht ist das Thema dem einen oder anderen dadurch verständlicher geworden.
Wer selber herumprobieren will dem kann ich das Gauge schicken(PN).

Grüße,
Harri