Вопрос к реальным проектировщикам или спецам.

Требуемые аппаратные ресурсы для автопилотирования.
Теги:авиация
 

KEW_

втянувшийся

Меня занимает умозрительный вопрос.

Как известно, реально работающие и реально используемые автопилоты(АП) были созданы сто лет назад.

Массовое применение их происходило например в ФАУ-1.

Тем не менее, на сегодняшний день, при немыслимых сто лет назад возможностях техники автоматического управления, не применяются полностью автоматические истребители.

Не являясь специалистом в аэромеханике, но имея какой-то опыт в программировании, почитал литературу по аэромеханике, и увидел там кучу нелинейных диффур в частных производных.

В литературе по БПЛА эти диффуры линеаризуют и тем самым упрощают задачу и с нею снижают требования к вычислителям.

В общем, пришел к выводу, что задача управления(в смысле динамического управления летательным аппаратом в реальном масштабе времени) весьма и весьма непростая, то есть требует немаленьких аппаратных ресурсов вычислителя(вычислителей).

Буду признателен за оценочный(в смысле, типа какие гигафлопсы требуемы для полного маневрирования ЛА типа Ф-35, то есть с перегрузками который он может выносить) ответ специалистов.
 3.0.83.0.8

hcube

старожил
★☆
KEW_> Буду признателен за оценочный(в смысле, типа какие гигафлопсы требуемы для полного маневрирования ЛА типа Ф-35, то есть с перегрузками который он может выносить) ответ специалистов.

0.1 ГФЛОПС
Убей в себе зомби!  8.08.0

a2v

втянувшийся

KEW_> Не являясь специалистом в аэромеханике, но имея какой-то опыт в программировании, почитал литературу по аэромеханике, и увидел там кучу нелинейных диффур в частных производных.

Уравнения движения самолёта как твёрдого тела - обыкновенные. Частные производные там появятся только если учитывать, скажем, упругость (или вообще какие-то распределённые параметры).

KEW_> В общем, пришел к выводу, что задача управления(в смысле динамического управления летательным аппаратом в реальном масштабе времени) весьма и весьма непростая, то есть требует немаленьких аппаратных ресурсов вычислителя(вычислителей).

На A320 в вычислителях системы управления стоят процессоры Intel 80186 и Motorola 68000. Вот такая это непосильная вычислительная задача :) Это конечно не совсем F-35, но пример показательный. Дело в том, что вычислителю не нужно решать уравнений движения - он (если очень грубо) берёт какие-то сигналы (угловые скорости, углы и т.д.) с датчиков, умножает их на коэффициенты, складывает и выдаёт на привода.

Другое дело моделирование динамики самолёта (особенно в реальном времени). Для этого 80186 будет маловато :) И опять же, основные сложности возникнут не из-за уравнений движения, а из-за того, что нужно будет моделировать различные фильтры, которые есть в системе управления, и привода.
 3.0.153.0.15
Это сообщение редактировалось 24.11.2009 в 03:26
+
+2
-
edit
 

tarasv

опытный

KEW_> Тем не менее, на сегодняшний день, при немыслимых сто лет назад возможностях техники автоматического управления, не применяются полностью автоматические истребители.

Полностью автоматические истребители чуть моложе ФАУ-1, ЗУР назваются. ;)
Основные проблема для постройки автоматического истребителя это не маневрирорование а получение информации о тактической обстановке, ее оценка и принятие решений на основании этой оценки, вот тут многофлопсы и нужны.

KEW_> Буду признателен за оценочный(в смысле, типа какие гигафлопсы требуемы для полного маневрирования ЛА типа Ф-35, то есть с перегрузками который он может выносить) ответ специалистов.

Можете легко оценить сами - полосам пропускания систем управления истребителей десятки герц (20-30) больше просто не надо, объект достаточно инертен. Таким образом систему дифуров надо решать 20-30 раз в секунду даже для высокоманевренного самолета. Потребная вычислительная мощность для этого очень незначительная. Во всяком случае автопилот (правда без автомата тяги и не для истребителя а для Л-410) на 8080 я видел своими глазами.
 8.08.0

a2v

втянувшийся

tarasv> Можете легко оценить сами - полосам пропускания систем управления истребителей десятки герц (20-30)

Меньше в несколько раз :)

tarasv> Таким образом систему дифуров надо решать 20-30 раз в секунду даже для высокоманевренного самолета.

И тем не менее, для полноценного моделирования решать её придётся с шагом не больше 0,01 с. В цифровых системах управления истребителей частота выдачи управляющих сигналов тоже порядка 100 Гц.
 3.0.153.0.15
Это сообщение редактировалось 30.11.2009 в 01:32

Fisben

втянувшийся

a2v> И тем не менее, для полноценного моделирования решать её придётся с шагом не больше 0,01 с. В цифровых системах управления истребителей частота выдачи управляющих сигналов тоже порядка 100 Гц.

Это не так. В цифровых СДУ частота счета контура более 100 Гц, а привода по определению считаются чаще, причем намного.
 8.08.0

a2v

втянувшийся

Fisben> Это не так.

По сравнению с 20-30 100 - гораздо более точная цифра. А так да, и 200 может быть.
 3.0.153.0.15

tarasv

опытный

a2v> И тем не менее, для полноценного моделирования решать её придётся с шагом не больше 0,01 с.

Помедитировал над скоростями крена истребителей и понял что 0.03c это действительно много ;)

a2v>В цифровых системах управления истребителей частота выдачи управляющих сигналов тоже порядка 100 Гц.

На гидравлику? А как она это отрабатывает?
 8.08.0

a2v

втянувшийся

tarasv> Помедитировал над скоростями крена истребителей и понял что 0.03c это действительно много ;)

Не столько из-за этого, сколько из-за динамики отдельных элементов системы управления. Даже самая примитивная модель привода (первого порядка) может иметь постоянную времени 0,05-0,1 с. Чтобы моделирование было точным, надо чтоб в это время уложилось хотя бы несколько шагов интегрирования. Отсюда и получается шаг не больше 0,01 с.

a2v>>В цифровых системах управления истребителей частота выдачи управляющих сигналов тоже порядка 100 Гц.
tarasv> На гидравлику? А как она это отрабатывает?

В меру своих способностей :) В аналоговых системах вообще непрерывные сигналы.
 3.0.153.0.15
Это сообщение редактировалось 04.12.2009 в 21:48

KEW_

втянувшийся

Благодарю за полезную (для меня) информацию.

Я сэкономил мегаДжоули нервной энергии, поскольку перестал фантазировать

о применении каких-нибудь нейропроцессоров в САУ типового дрона.

Романьтизьму не нашлось... и тут... :)
 3.0.83.0.8
RU Владимир Малюх #11.01.2010 13:53  @KEW_#11.01.2010 13:00
+
-
edit
 
KEW_> Я сэкономил мегаДжоули нервной энергии, поскольку перестал фантазировать
KEW_> о применении каких-нибудь нейропроцессоров в САУ типового дрона.

Все еще менее романтично - все нужное хозяйство уже готовым продается и дешево:


Здесь продается автопилот ArduPilot для беспилотника за 24,95$
Может управлять навигацией и стабилизацией.


Здесь продается приемник GPS за 59,95$ называется 20 Channel EM-406A SiRF III Receiver with Antenna
Естественно для ArduPilot.
При горячем старте время обновления координат 1 секунда.
Попадание 10 метров, с WAAS 5 метров.


Здесь продаются датчики стабилизации Co Pilot Sensor Module за 42,95$,
которые рекомендуют для покупки с ArduPilot


Домашняя страница проекта ArduPilot:

ArduPilot home page - DIY Drones

[This home page has moved. It's now here]

// diydrones.com
 



Здесь размещен написанный код Ardupilot для навигации и стабилизации.


Autopilot code projects, by processor/OS type - DIY Drones

The following are links to code, tutorials and discussion on DIY Drones about autopilots for different embedded processors, onboard computers and operating sys…

// diydrones.com
 

Здесь представлено несколько автопилотов для беспилотников.


Здесь продаются автопилоты.
Maschinen muessen "idiotensicher" werden  8.08.0
MD Wyvern-2 #11.01.2010 16:23  @Владимир Малюх#11.01.2010 13:53
+
-
edit
 

Wyvern-2

координатор
★★★☆
KEW_>> Я сэкономил мегаДжоули нервной энергии, поскольку перестал фантазировать
KEW_>> о применении каких-нибудь нейропроцессоров в САУ типового дрона.
В.М.> Все еще менее романтично - все нужное хозяйство уже готовым продается и дешево:

Есть еще вот такой, отечественный вариант: КомпаНав-2: | ИНС - GPS система навигации | МИНС | gps навигатор , ТеКнол | Автопилот в легком корпусе | Управление БЛА/ДПЛА | Авиационное применение | Продукция
Всё в одном флаконе :) +: кроме ГП/Глонасс есть и инерциалка, -: по отзывам хреновато работает, требует доработки врукопашную напильником
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  3.0.173.0.17
+
-
edit
 

hcube

старожил
★☆
Wyvern-2> Есть еще вот такой, отечественный вариант: +: кроме ГП/Глонасс есть и инерциалка, -: по отзывам хреновато работает, требует доработки врукопашную напильником

ZALA.AERO Группа компаний

Мы являемся единственной компанией, которая разрабатывает, производит, испытывает и поддерживает серию тактических БПЛА. Программное обеспечение позволяет иметь доступ к необходимой информации в реальном времени. Данные, полученные с платформы, записываются для послеполетного анализа. // zala.aero
 
Убей в себе зомби!  8.08.0
RU a2v #11.01.2010 19:35  @Владимир Малюх#11.01.2010 13:53
+
-
edit
 

a2v

втянувшийся

В.М.> Все еще менее романтично - все нужное хозяйство уже готовым продается и дешево

А чуть подороже можно взять вот такое: Страница не найдена - МНПК Авионика :)

 3.0.173.0.17

KEW_

втянувшийся

tarasv> Полностью автоматические истребители чуть моложе ФАУ-1, ЗУР назваются. ;)

Ну, если обобщать вопрос, то ЗУР - одноразовая штуковина, и в этом ее антифишка.
И еще(непринципиально) по-моему первые серийные ЗУР(кажется Баттерфляй)
появились все же попозже, чем первые серийные самолеты-снаряды(ФАУ-1).

tarasv> Основные проблема для постройки автоматического истребителя это не маневрирорование а получение информации о тактической обстановке, ее оценка и принятие решений на основании этой оценки, вот тут многофлопсы и нужны.

Вот тут-то, как раз-таки(как мне казалось) проблем то и не должно было быть,
ведь программный инструментарий для таких вещей был создан еще на заре
микропроцессорной эпохи - 80-е годы, еще тогда были созданы всякие разные
сложные программные системы с элементами искусственного интеллекта - экспертные
системы, машины баз знаний; были созданы удобные проблемно-ориентированные
языки(например Пролог). И по моему разумению, аппаратные ресурсы уже тогда были
адекватны программным наворотам, а за прошедшие 20 лет хардвер скакнул еще как,
мэйнфреймы давно распилены на драгметаллы, но те же кобольные пакеты крутятся
уже в виртуальных ser. IBM-360 (OS-360), которые исполняются на типовой
персональной микроЭВМ.
Хотя(тут присоединяюсь к мнению) это вопрос не относящийся к проблеме
автопилотирования в узком смысле.
 3.0.83.0.8

KEW_

втянувшийся

Аналоговые автопилоты (например серии "АП") представляют из себя многоконтурные
ПИД-регуляторы с небольшой связью между контурами.
Реализация ПИД-регуляторов означает, что звеньями в цепи(контуре) управления
являются последовательно(или параллельно) соединенные звенья имеющие передаточные
функции(преобразования по Лапласу) всего трех видов(сама аббревиатура), короче,
динамическая модель общей(полной) САУ ЛА являет собой систему линейных
дифференциальных уравнений не очень высокого порядка.
То есть серийные аналоговые автопилоты могут работать при небольших внешних и
внутренних возмущениях, а если возмущения будут большими, то даже стабилизации
точно не будет(будет потеря устойчивости, автоколебания и прочие прелести).
Сказанные выше вещи - азбука для спецов(но я себя к таковым не отношу).


Что меня интересует в реальности и на практике ?
Как я предполагаю(пока не переводил с английского описание на изделие "UAV from
Aurdi & Co", но так вскольз заметил там ту же туфту под названием "PID"),
т.е. в современных микроконтроллерных автопилотах используется принцип эмуляции,
то есть реализованы те же передаточные функции(которые в ПИД-регуляторах) и
они просто эмулируются программно(раньше замену аппаратного объекта на
программный называли "иммитация", а эмуляцией называли замену аппаратного
объекта на другой аппаратный).
Получается, что с точки зрения проблемы запаса устойчивости при даже стабилизации,
современный микроконтроллерный автопилот ничем не лучше аналогового или цифрового
с жесткой схемной логикой. Означает ли это, что дрон с таким микроконтроллерным
автопилотом будет недостаточно надежен по допустимым возмущениям ? А если какие-то
сингулярности и анизотропии в газодинамическом атмосферном поле(термики,
турбуленции,вихри,порывы). Тогда, вероятно, такой дрон весьма капризен по
"нелетной погоде". Интересно, есть какая-то примерная статистика потерь дронов
по причине недопустимо больших внешних и внутренних возмущений ?


И наконец, меня не отпускает мысль о том, что существуют какие-то эвристики(то есть
неполностью детерминированные алгоритмы), которые могут намного повысить запас
по устойчивости при автопилотировании. Такие эвристики могут работать на принципе
обучения(так обучается почти любой нейрокомпьютер). Еще раз замечу, речь идет
именно о проблеме автопилотирования в узком смысле. Подозреваю, что такие
разработки ведутся(на базе методов нейрокомпьютинга), но они
засекречены... может быть...
Кто поделится секретной информацией ? Тому будет... тому ничего не будет...
может быть... ;)
 3.0.83.0.8
+
-
edit
 
KEW_> То есть серийные аналоговые автопилоты могут работать при небольших внешних и внутренних возмущениях, а если возмущения будут большими, то даже стабилизации точно не будет(будет потеря устойчивости, автоколебания и прочие прелести).
по практике работы с древним АП (на цессне 310, мохнатых годов) - подтверждаю. В спокойном воздухе отрабатывает, если броски - начинает жужжать-гулять, ведет в раскачку, надо руками удерживать-успокаивать...
 3.0.13.0.1

boyan

втянувшийся

KEW_> Благодарю за полезную (для меня) информацию.
KEW_> Я сэкономил мегаДжоули нервной энергии, поскольку перестал фантазировать
KEW_> о применении каких-нибудь нейропроцессоров в САУ типового дрона.
KEW_> Романьтизьму не нашлось... и тут... :)

Могу подкинуть идейку, еще в конце 80-х на Б-52 внедрили систему диагностики на основе нейросетей. правда наземную, сами представляете тот уровень железа для таких вычислений. Сам я писал кандидатскую уже для полетной диагностики Ми-24, правда не на нейросетях, а с использованием экспертных систем на нечетких моделях логического вывода. По многим данным программа селекции целей Апача, и уж точно Ми-28Н(барышню которая делала знаю лично) сделана аналогично. Так что дерзайте, правда смысл конечно иметь дело с чем нибудь типа GlobalHawk.
 3.5.73.5.7

a2v

втянувшийся

Первое:

KEW_> Реализация ПИД-регуляторов означает, что ... динамическая модель общей(полной) САУ ЛА являет собой систему линейных
KEW_> дифференциальных уравнений не очень высокого порядка.

со вторым:

KEW_> То есть серийные аналоговые автопилоты могут работать при небольших внешних и
KEW_> внутренних возмущениях, а если возмущения будут большими, то даже стабилизации
KEW_> точно не будет(будет потеря устойчивости, автоколебания и прочие прелести).

вообще никак не связано.
 3.0.173.0.17
RU Спокойный_Тип #20.01.2010 01:39  @a2v#15.01.2010 21:43
+
-
edit
 
а что аппаратно - сложного в нейросети ??
вот обучить её - это да, в этом весь вопрос
If plan A didn't work , the alphabet has 25 more letters ! so stay cool  3.5.73.5.7

Wyvern-2

координатор
★★★☆
KEW_> Аналоговые автопилоты (например серии "АП") представляют из себя многоконтурные ПИД-регуляторы с небольшой связью между контурами....

KEW_> =========================================================
KEW_> т.е. в современных микроконтроллерных автопилотах используется принцип эмуляции, то есть реализованы те же передаточные функции(которые в ПИД-регуляторах) и они просто эмулируются программно(раньше замену аппаратного объекта на программный называли "иммитация", а эмуляцией называли замену аппаратного объекта на другой аппаратный).

Это у современных "автопилотов" нет и быть не может ибо уже давно нет...самих автопилотов :D А есть ЦЭДСУ - цифровая электродистанционная система управления Которой, даже на пилотируемом самолете, пилот вообщем то и не нужен :D Пилоты самолетов давным давно не ПИЛОТИРУЮТ самолет, а УПРАВЛЯЮТ им - т.е. отдают опосредованные логические команды, типа "вправо-вниз"-"влево-вверх", ЭДСУ, которая САМА, независимо от пилота, по скрытому от него алгоритму их выполняет. Началось все с статически неустойчивых самолетов (F-117 из за бредовой с точки зрения аэродинамики формы и Су-27 из за желания получить максимальную маневренность) а теперь перекинулось уже и на пассажирские авиалайнеры. Мало того - многие современные самолеты человек вообще не может пилотировать - просто не хватит думалки и реакции.
Например, на Су-37 ЦЭДСУ имеет функцию "автомат выхода из штопора" Пилот просто "нажимает кнопку" а система САМА выводит самолет из ЛЮБОГО штопора (а они бывают разные и весьма) либо сообщает пилоту, что пора делать ноги ибо не хватает высоты ;) И как ЭТО по-твоему делала бы система "просто эмулирующая программно аналоговый ПИД"? :)
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  3.0.173.0.17
Это сообщение редактировалось 20.01.2010 в 11:53
RU a2v #20.01.2010 19:17  @спокойный тип#20.01.2010 01:39
+
-
edit
 

a2v

втянувшийся

Спокойный_Тип> а что аппаратно - сложного в нейросети ??
Спокойный_Тип> вот обучить её - это да, в этом весь вопрос

Не знаю, совсем не специалист по нейросетям. Вопрос - зачем она нужна? :)
 3.0.173.0.17

a2v

втянувшийся

Wyvern-2> Это у современных "автопилотов" нет и быть не может ибо уже давно нет...самих автопилотов :D

Как это нет? :) Очень даже есть, как часть системы управления.

Wyvern-2> Пилоты самолетов давным давно не ПИЛОТИРУЮТ самолет, а УПРАВЛЯЮТ им - т.е. отдают опосредованные логические команды, типа "вправо-вниз"-"влево-вверх", ЭДСУ, которая САМА, независимо от пилота, по скрытому от него алгоритму их выполняет.

Пилот управляет таким самолётом точно так же, как управлял бы неавтоматизированным. Для него, по сути, без разницы, как обеспечиваются такие характеристики устойчивости и управляемости - аэродинамикой самолёта или системой управления.

Wyvern-2> Например, на Су-37 ЦЭДСУ имеет функцию "автомат выхода из штопора" Пилот просто "нажимает кнопку" а система САМА выводит самолет из ЛЮБОГО штопора

Это фантастика :)

Wyvern-2> ЭТО по-твоему делала бы система "просто эмулирующая программно аналоговый ПИД"? :)

Тем не менее, авиационные системы управления, пусть даже и очень сложные, состоят, в основном, из "П", "И" и "Д".
 3.0.173.0.17
Это сообщение редактировалось 20.01.2010 в 20:54
BG Реконструктор #20.01.2010 19:40  @Wyvern-2#20.01.2010 11:45
+
-
edit
 
Wyvern-2> Например, на Су-37 ЦЭДСУ имеет функцию "автомат выхода из штопора" Пилот просто "нажимает кнопку" а система САМА выводит самолет из ЛЮБОГО штопора (а они бывают разные и весьма) либо сообщает пилоту, что пора делать ноги ибо не хватает высоты ;)

Интересно, учитывает ли алгоритм ЭДСУ сигналы полученых повреждений и отказов?
 
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
RU Спокойный_Тип #20.01.2010 19:54  @Реконструктор#20.01.2010 19:40
+
-
edit
 
Реконструктор> Интересно, учитывает ли алгоритм ЭДСУ сигналы полученых повреждений и отказов?
насчет Су-37 не знаю (кстати, а что за самолет вообще?)
а вот на f-117 был случай когда один из двух килей "потерялся" в полете, и самолет вернулся на аэродром
If plan A didn't work , the alphabet has 25 more letters ! so stay cool  3.5.73.5.7

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru