Intelligent Flight Control System

Źródłowy materiał na stronie RSI: https://robertsspaceindustries.com/comm-link/engineering/13951-Flight-Model-And-Input-Controls

Część 2, część 1 --> TUTAJ

 

W Star Citizen, IFCS to system kontroli lotu, zaprojektowany by wspierać pilotów w operowaniu statkiem. Tłumaczy on dane wejściowe z przyrządów pilota na konkretne działanie silników manewrowych aby uzyskać wykonanie żądanego polecenia, nawet w niekorzystnych warunkach lub przy uszkodzonym systemie napędowym. Jest to system adaptacyjny, używający do kontroli kombinacji czujników i informacji zwrotnej by doprowadzić rozbieżność między oczekiwaną a rzeczywistą pozycją statku do zera. Zapewnia korekcję błędu dostosowując wszystkie dostępne układy silników kierunkowych oraz zapasowego kierowanego żyropędnika* (CMG) do skompensowania uszkodzenia lub utraty jednego lub więcej silników kierunkowych by zapewnić stabilność całego statku nawet, jeśli możliwe, pod kontrolą pilota. Jeśli pozostanie nam jeden silnik kierunkowy pilot i tak będzie mógł, z pewnym utrudnieniem ale jednak, aktywnie kontrolować swój statek.

Podsystemy IFCS

IFCS to zbiór wielu podsystemów współpracujących razem by zapewnić pilotowi kontrolę i stabilność statku. A oto co zawiera:

Kontrola Napędu i Zachowania (PAC) - zasadniczo jest to zestaw wszystkich silników napędowych i kierunkowych zapewniający zarówno działanie przesunięcia i rotacji oraz zapasowy moduł (CMG), który zapewnia dodatkowe wsparcie kontroli zachowania. Zawiera także obwody i oprogramowanie sterujące tymi elementami.  

Podstawowy System Kontroli (PCS) - jest to interfejs między pilotem a IFCS. Tłumaczy polecenia pilota na działania kontrolne, które są nałożone na wirtualną ramkę kontrolną, która reprezentuje dokładnie oczekiwane przez pilota działanie. Wirtualna ramka kontrolna składa się z docelowej prędkości względem układu osiowego, docelowego stopnia rotacji względem układu osiowego, a także postawy referencyjnej. Ta wirtualna ramka reprezentuje idealną orientację statku perfekcyjnie kontrolowanego, gdzie wszystkie dane wejściowe od pilota nakładane są w odniesieniu do tej wirtualnej ramki, ograniczając w ten sposób efekt błędu zewnętrznego na przyrządach pilota.

System Kontroli Reakcji (RCS) - fizyczny stan wirtualnej ramki PCS jest kontrolowany przez oczekiwane działanie silnika kierunkowego i żyropędnika w odpowiedzi na działanie pilota. W warunkach idealnych stan ramki PCS będzie idealnie zsynchronizowany z bieżącą orientacją statku. Jednakże współczynniki jak sub- optymalna reaktywność silników kierunkowych lub ich uszkodzenie, siły zewnętrzne jak ostrzał, wybuch rakiety itp., mogą spowodować, że zachowanie statku odbiegać będzie od stanu ramki. Gdy tak sie dzieje do akcji wkracza System Kontroli Reakcji by wyzerować błąd pomiędzy obydwoma stanami. By tego dokonać użyje zarówno silników kierunkowych jak i żyropędnika. Jeżeli nie uda mu się zsynchronizować stanu rzeczywistego ze stanem ramki w rozsądnym czasie, może zresetować stan ramki wirtualnej i nadpisać ją rzeczywistą pozycją statku by uniknąć dezorientacji pilota.

System Anty Grawitacyjny (AGS) - wykrywa i kompensuje grawitację oraz, zasadniczo każdego zewnętrznego i trwałego pola siłowego, by pozwolić statkowi w utrzymaniu swojej pozycji w odniesieniu do źródła tego pola.  

System Kontroli Skrętu (TCS) - wspiera pilota w wykonaniu stabilnego skrętu. Przy dużych prędkościach silniki kierunkowe mogą nie dysponować siłą ciągu zdolną utrzymać stabilny skręt co spowoduje ślizg statku nierzadko kończącego się kolizją. Normalnie pilot obniżył by prędkość podczas skrętu, ale TCS może automatycznie ustawić główną siłę ciągu tak, by dopasować wymagany współczynnik skrętu do poziomu siły ciągu jaką silniki kierunkowe mogą zapewnić. System bierze też pod uwagę optymalne przechylenie podczas skrętu wyliczając stałą prędkość zwrotu.

Tryb Kontroli Przeciążenia (GCM) - to tryb bezpieczeństwa starający się ograniczyć oddziaływanie niebezpiecznych wartości przeciążenia na pilota. Głównym zagrożeniem dla praktycznie skrępowanego pilota jest przedłużające się oddziaływanie przeciążenia pionowego, które może powodować zamroczenie, omdlenie, przekrwienie, dezorientację, utratę świadomości, oraz jeśli nie ustanie, to nawet zgon. Unika się także ekstremalnego przeciążenia poziomego, gdyż może zarówno fizycznie zranić pilota jaki uszkodzić konstrukcję statku. 
Dla bardziej zaawansowanych i złożonych układów, może być zastosowana inna funkcjonalność kompensująca powyższe podstawowe podsystemy.

 

Działanie IFCS

Dla IFCS dane wejściowe to polecenia pilota, które mogą zawierać różnorodne czynności, ale ostatecznie przekładane są na 3 wartości kierunkowe i odpowiadające im 3 wartości obrotowe. Dodatkowo, inne polecenia pilota mogą być użyte w różnych fazach działania systemu IFCS.

Jak już wartości wejściowe zostaną zmodyfikowane przez elementy IFCS czyli kontrolę skrętu, przeciążenia, narzucone zostaną limity prędkości, itp., przekazywane są do podstawowego systemu kontroli, który zawiera regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący (PID) prędkości liniowej i kątowej. Te funkcje kontrolne obliczają optymalną moc i moment obrotowy, który przyłożony do środka ciężkości statku wykona żądany przez pilota manewr.

Jednocześnie odczyty orientacji statku przekazywane są do systemu kontroli reakcji gdzie pozycjonujący regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący (PID) jest używany do doprowadzenia orientacji rzeczywistej statku w kierunku referencyjnej orientacji docelowej, jaką wyznaczył podstawowy system kontroli (PCS). Funkcja kontrolna wytworzy moment obrotowy, który optymalnie obniży błąd postawy przy następnym kroku.  

Na koniec odczyt trwałego pola siłowego, zazwyczaj grawitacji, jest przekazywany do systemu anty grawitacyjnego, który oblicza potrzebną przeciw siłę. 

Gdy wszystkie wymagane siły i momenty zostaną wyliczone, przydzielane zostają zasoby mocy według priorytetu od najwyższego do najniższego. Najpierw alokowana jest moc do systemu anty grawitacyjnego gdyż jej niedostatek może być katastrofalny. Następnie zostaje alokowana moc dla systemu kontroli reakcji a gdyby zabrakło zasobów używa się żyropędnika. Potem alokowana jest moc dla kontroli rotacji statku, analogicznie braki zasobów kompensowane są z żyropędnika. Na końcu z najniższym priorytetem przydzielane są zasoby do układu kontroli translacji.   

Po krótkim czasie, jak już systemy napędowe zadziałają na polecenia IFCS, czujniki odczytają aktualną orientację statku, która może różnić się od oczekiwanej z powodu usterki napędu, niewyrównania oddziaływania siły zewnętrznej, itp., po czym przekażą wyniki pętlą zwrotną do IFCS który powtórzy cały proces.

 

Kontrola Prędkości i Orientacji

IFCS nie może liczyć na system napędowy i kierunkowy, że zapewni niezbędną kontrolę, używa więc proporcjonalno-całkująco-różniczkującego kontrolera zwrotnego (PID) by zminimalizować błąd między orientacją pożądaną a rzeczywistą. Te kontrolery są używane przez podstawowy system kontrolny (PCS) by obliczyć optymalną moc i moment obrotowy by wykonać polecenia pilota, oraz system kontroli reakcji (RCS) by utrzymać stabilność orientacji.  

 

 Zaloguj się aby zobaczyć tę zawartość. 

 

Kontrolery (PID) można skalować, by otrzymać różne charakterystyki reakcji. Posłużmy się przykładem prędkości, silnie tłumiony kontroler szybko przyśpieszy w kierunku prędkości referencyjnej, przestrzeli a potem oscylując ostatecznie się z nią zrówna. Słabo tłumiony kontroler będzie przyśpieszał dużo wolniej i bardzo łagodnie zrówna się z prędkością referencyjną. Kontroler krytycznie tłumiony przyśpiesza w stopniu optymalnym i w najkrótszym czasie zrównuje się z prędkością referencyjną bez przestrzelania i oscylacji. Kontrolery prędkości liniowej i kątowej w podstawowym systemie kontrolnym (PCS) są skalowane dynamicznie. W zależności od siły jaką pilot użył na przyrządach wartość reakcji przyśpieszenia waha się od subtelnej do agresywnej. Dodatkowo, niektórzy piloci mogą preferować mniej sztywną charakterystykę reakcji przyśpieszenia.

Faktyczny czas reakcji kontrolerów IFCS zależy nie tylko od wartości skalowalnych, ale także od czasu reakcji elementów składowych systemu napędowego.

 

System Napędowy

 

Silniki Kierunkowe

Głównym elementem napędu w większości statków będzie silnik kierunkowy. Model lotu w Star Citizen zapewnia 100% dokładność działania silników kierunkowych, obliczanego z uwzględnieniem lokalizacji każdego silnika względem rzeczywistego środka ciężkości samolotu, maksymalnej wielkości siły ciągu oraz czasu reakcji każdego silnika. W warunkach idealnych silniki są zbalansowane w stosunku do środka ciężkości. To zapewnia optymalną kontrolę silników kierunkowych. Na poniższym rysunku tylne silniki kierunkowe są równo zbalansowane względem środka ciężkości i wytworzony przez nie moment obrotowy względem osi Z wynosi zero.  

 

 Zaloguj się aby zobaczyć tę zawartość. 

 

Odnosząc uszkodzenia, środek ciężkości będzie się przemieszczał, destabilizując system napędowy. Na kolejnym rysunku silniki kierunkowe nie są już zbalansowane względem środka ciężkości. Skutkiem odstrzelenia silnika kierunkowego jest wprowadzenie różnego od zera momentu obrotowego skutkującego nieplanowanym odchyleniem statku. IFCS będzie starał się zrównoważyć ten błąd momentu obrotowego używając innych silników do wytworzenia przeciw ciągu, jeśli mu się to nie uda, spróbuje ograniczyć ten błąd obniżając siłę ciągu innych silników. 

 

 Zaloguj się aby zobaczyć tę zawartość. 

 

Uszkodzenia, oraz inne czynniki mogą także zmienić dostępną siłę ciągu, czas reakcji a nawet dokładność każdego silnika, który może całkowicie przestać działać lub odpaść. Każda taka zmiana będzie przekładała się na balans silników kierunkowych a co za tym idzie, jak samolot będzie się zachowywał pod kontrolą pilota.    

 

Żyropędnik Kierunkowy

Każdy statek ma mały zapas momentu obrotowego dostępnego w wypadku utraty wszystkich silników kierunkowych. Moment ten jest dostarczany dzięki zestawowi wewnętrznych żyropędników kierunkowych (CMG). Jak długo żyropędnik działa tak długo pilot będzie miał zapewniony minimalny obrót na każdej z trzech osi. Moment wystarcza na ustabilizowanie pozycji statku oraz powolne obracanie pod kontrolą pilota.
  
 

Uwagi Końcowe

Ten dokument nie jest fikcyjnym opisem systemu inteligentnej kontroli lotu w Star Citizen ale dokładnym opisem zastosowanego w grze modelu który kontroluje lot. Taki poziom realizmu był konieczny by dostarczyć system kontroli lotu będący w pełni zintegrowany i pod pełnym oddziaływaniem otoczenia, stanu obrażeń, zmiany rozłożenia masy, zasobów mocy, umiejscowienia silników, itp. IFCS jest system nowopowstałym i czasami może niedoskonałym. Ale tym jest imitowanie rzeczywistości.   

No i na koniec, włożono wiele wysiłku by ograniczyć kontrolę nad statkiem tylko do ścieżek komend realizowanych przez IFCS. Żaden gracz, SI czy nawet sam IFCS nigdy nie będzie mógł bezpośrednio zmodyfikować kierunku, prędkości, obrotu lub prędkości obrotowej statku, może poza inicjalizacją i korekcją sieciową. Gwarantuje to spójność kontroli nad statkiem oraz, że gra nigdy nie będzie miała krzywdzącej przewagi nad graczem.       
Liczę na wasze opinie gdyż cały czas dopieszczamy ten system. W końcu to tylko początek. Dopiero się rozgrzewamy.

John Pritchett
Fizyczny Programator w CIG

*Żyroskopy obracają się ze stałą prędkością, ale są nachylane odpowiednimi przegubami. Dzięki zjawisku dążenia wirującej masy do zachowania osi obrotu mogą służyć do zmiany orientacji satelity. W dużym uproszczeniu działa to tak: https://www.youtube.com/watch?v=aZlT26lF5Fw
Informacje o awionice zaczerpnąłem z blogu MF Avionics : http://mfavionics.blogspot.co.uk/2012/07/giroskop-orientacja-w-przestrzeni.html

Edytowane 7 Grudzień 2015 przez Whyduck

Kupa roboty gratki :-)

Edytowane 8 Grudzień 2015 przez Jazz

Dzięki, jeszcze jeden artykuł dokończę i robię przerwę świąteczno - sylwestrową ;D

@Whyduck A jak idzie Tobie tłumaczenie w drugą stronę? Bo mi fatalnie a szukam kogoś kto by wsparłby mój projekt na stronę RSI. 

Edytowane 8 Grudzień 2015 przez Jazz

A to różnie, zależy od tematyki, najgorzej w zakresie prawnym, tego cholerstwa nawet po polsku nie ogarniam ;-)

Zatem musimy porozmawiać chciałbym aby Neb zorganizowała spotkanie redakcyjne na TS mam pewien pomysł który można ogarnąć tylko kolektywnie.

OK nie ma sprawy.

@Whyduck W zamian za wsparcie Twój Nick "Łajdak" zostanie uwieczniony po wsze czasy w annałach naszego Syndykatu. 

Tak na marginesie "Scoundrel" to świadectwo zamiłowania do SWTOR i archetypu Hana Solo?

 

Edytowane 8 Grudzień 2015 przez Jazz

Nie, dawno temu przypadkowy wynik jakiejś zabawy słownej, koledze się tak to złożyło a ja szybko przechwyciłem pomysł i sobie "zaklepałem" jako ksywkę.

 

P.S. bez przesady z tym uwiecznianiem, nie za bardzo jest za co.

Edytowane 8 Grudzień 2015 przez Whyduck

Jest pewien Bounty Hunter który nie otrzymał jeszcze Nicka osoby z Orga. Ale ostrzegam pracy dużo ale i splendor (mam nadzieję) wielki będzie z tego.

??

@Jazz uwieczniaj IMO się nada i to bardzo.

@Whyduck Chyba chodzi o to, że mają już przygotowaną albo w przygotowaniu historię Organizacji, w której jedną z postaci jest jakiś Bounty hunter, ale nie nadali jeszcze tej postaci imienia.

@Nebthtet Tego też właśnie ma dotyczyć proponowane spotkanie redakcji.

Potwierdzam 

@Jazz, myślę że w tej konkretnej kwestii nie ma czego wałkować, raczej nikt sprzeciwu nie wniesie. A jeśli tak to jako autor i tak masz ostatnie słowo w tej kwestii.

@Nebthtet zupełnie nie o to chodzi mam plan aby to co ma być naszą wspólną historia było naprawdę "Wspólnym" Dziełem. Potrzebuje pomocy aby ten plan zrealizować. Co więcej chodzi też o to aby wyjść z tym poza Polskie Community (czytaj SC Polska) i trafić z tym na RSI. 

Kumam, myślałam że chodzi tylko o kwestię nazwania sam-wiesz-kogo. Jeśli jest opcja wciągnięcia w to ludzi jestem jak najbardziej za - postać na której losy mamy wpły staje się "nasza"  Ale nie offtopmy tutaj.