Letový model a ovládání – část 3.

Autor: walltar | Přidáno: 19.6.2014 Kategorie Novinky

Toto je poslední z trojice článků o letovém modelu Star Citizena. John Pritchett se v něm rozpovídal o funkci IFCS, což je systém, který nám všem dovoluje ovládat lodě.


Jp-4

eptab3saIFCS je systém letového řízení navržený, aby pomohl pilotovi při řízení letounu. Převádí pilotovy vstupy do operací trysek, aby splnil požadovaný příkaz, i při neoptimálním, nebo selhávajícím pohonným systémem. Je to adaptivní systém, který používá kombinaci senzorů a feedbacku aby změnil chybu mezi požadovaným stavem a aktuálním stavem na nulu. Umí tolerovat chyby, ve smyslu, že je schopný použít jakoukoliv kombinaci trysek a záložního Řídicího Silového Gyroskopu (Control Moment Gyro – CMG) k vykompenzování závady, nebo ztráty jedné z trysek a udržení letounu stabilního a pokud je to možné, pod kontrolou pilota. I s jednou tryskou tak pilot dokáže, s problémy, ovládat svůj letoun.

Subsystémy IFCS

 

IFCS je složeno ze subsystémů, které spolupracují, aby pilotovi poskytnuli stabilitu a ovladatelnost jeho letounu. Jsou to:

Řízení Pohonu a Polohy (Propulsion and Attitude Control – PAC) – PAC typicky zahrnuje celou řadu trysek, které dodávají jak rotační, tak translační akci, a záložní řídicí silový gyroskop (CMG), jednotku která poskytuje další ovládání rotace. Taky obsahuje obvody a kontrolní software, který řídí tyto jednotky.

Primární Řídicí Systém (Primary Control Systém – PSC) – PSC poskytuje interface mezi pilotem a IFCS. Převádí pilotovy povely do kontrolních akcí, které jsou potom aplikované do virtuálního kontrolního rámce, který reprezentuje ideální požadovaný cíl pilota. Virtuální rámec sestává z cílové rychlosti v jakékoliv kombinaci os, cílové rotaci kolem jakékoliv kombinace os, a referenční polohy. Tento virtuální rámec reprezentuje ideální stav letounu pod perfektním ovládáním a všechny vstupy od pilota jsou aplikovány relativně k tomuto rámci, což omezuje efekt externí chyby na pilotovu kontrolu.

Reakční Řídicí Systém (Reaction Control Systém – RCS) – Reálný stav virtuálního rámce je kontrolován předpovídaným výkonem trysek a CMG v odpovědi na pilotovo řízení. V ideálních podmínkách by byla poloha rámce PCS perfektně synchronizována s aktuální polohou letounu. Nicméně faktory, jako neoptimální reakce trysek, poškození, nebo vnější síly, jako palba zbraní, nebo výbuch rakety, mohou způsobit, že reálná poloha letounu nebude odpovídat virtuální poloze. Když se tohle stane, RCS je zodpovědný za změnu této chyby na nulu. Pokouší se o to použitím jak trysek, tak řídicího silového gyroskopu. Pokud selže v synchronizaci poloh reálného a virtuálního rámce v rozumném čase, může resetovat polohu virtuálního rámce na polohu skutečnou, aby nedošlo k desorientaci pilota.

Antigravitační Systém (Anti-gravity System – AGS) – AGS detekuje a kompenzuje gravitaci, a obecně jakoukoliv vnější kontinuální sílu, což dovoluje letounu zachovat pozici relativně ke zdroji síly.

Systém Kontroly Zatáčení (Turn Control System – TCS) TCS pomáhá pilotovi dosáhnout stabilního zatáčení. Ve vysokých rychlostech nemusí mít trysky letounu dostatečný výkon, aby dosáhli stabilního zatáčení, to znamená driftování lodě, což často vyústí v kolizi. Pilot normálně, při zatáčení, sníží rychlost, ale TCS řídí plyn za vás snížením rychlosti na požadovanou hodnotu, která je daná úrovní dostupného zatáčecího výkonu. Systém bere v úvahu optimální náklon pro kalkulaci udržitelné zatáčecí rychlosti.

Mód Kontroly Přetížení (G-force Control Mode – GCM) – GCM je bezpečnostní mód, který se snaží limitovat pilotovo vystavení nebezpečným hodnotám přetížení. Primární nebezpečí pro správně upoutaného pilota je dlouhodobější vertikální přetížení, které může způsobit blackout, redout, greyout, desorientaci, ztrátu vědomí, a pokud není napraveno, tak i smrt. Extrémní horizontální přetížení je taky omezováno, protože může způsobit poškození jak pilotovi, tak struktuře letounu.

K těmto základním systémům můžou být přidány další funkce u vyspělejších modelů IFCS.

Funkce IFCS

 

bce1syvyIFCS bere jako vstup příkazy pilota, což může zahrnovat množství operací, ale celkově je to převedena na 3 osy rotace a 3 osy translace. Dále, ostatní pilotovy vstupy mohou být použity jako parametry v různých fázích kontrolního systému IFCS.

Jakmile jsou vstupní hodnoty modifikovány módy IFCS, jako kontrolou zatáčení a kontrolou přetížení, zavedou se rychlostní limity a podobně, modifikované vstupy jsou potom předány primárnímu kontrolnímu systému, který obsahuje ovladače PID jak lineární, tak angulární rychlosti. Tyto kontrolní funkce vypočítají optimální tah a točivý moment, který, pokud je aplikován na těžiště lodě, poskytne pohyb požadovaný pilotem.

Současně, skutečná poloha je předávána Reakčnímu kontrolnímu systému kde je poziční PID ovladač použit ke změně skutečné polohy lodě na cílovou referenční polohu kterou poskytnul PCS. Kontrolní funkce vykoná točivý moment, který optimálně sníží chybu polohy v dalším časovém rámci.

Konečně, síla přetrvávajícího silového pole, typicky gravitace, je předána antigravitačnímu systému, který vypočítá nezbytnou protisílu.

Jakmile jsou požadované síly a točivé momenty spočítány, pohonné zdroje jsou alokovány od nejnižší, po nejvyšší prioritu. Výkon pro AGS je alokován jako první, protože nedostatek tahu pro poskytnutí dostatečné protisíly může být katastrofální. Dále je alokován moment pro RCS, první z primárního pohonného systému a poté z CMG pokud primární systém nemá dost výkonu. Dále je alokována kontrola rotace PCS opět první z primárního systému a poté z CMG. A konečně kontrola translace, s nejnižší prioritou je alokována jako poslední.

Po krátké době, jakmile pohonný systém zareagoval na požadavky IFCS, senzory zjistí aktuální stav lodě, který se může lišit od předpokládaného stavu, kvůli poruchám pohonu, nekompenzované síle, a podobné, poté podají výsledky zpět IFCS v kontrolní smyčce a proces se zopakuje.

Kontrola Rychlosti a Pozice

 

dte0d1vvProtože se IFCS nemůže, u kontroly, spoléhat jen na pohonný systém používá PID ovladač na zmenšení chyby mezi naměřeným stavem a požadovaným stavem. Podobné ovladače jsou použity v primárním kontrolním systému pro vypočítání optimální síly a momentu pro pilotovy povely, a současně u reakčního kontrolního systému pro udržení polohové stability.

PID ovladače mohou být nastaveny tak aby poskytovali různé charakteristiky. Jako příklad použijeme ovládání rychlosti, přetlumený ovladač rychle akceleruje k referenční rychlosti, přestřelí a poté osciluje, než se ustálí na referenční rychlosti. Nedostatečně tlumený ovladač bude akcelerovat pomaleji a ustálí se do referenční rychlosti bez přestřelení. Kriticky tlumený ovladač bude akcelerovat optimální rychlostí a ustálí se v minimálním čase, bez přestřelení. Ovladače primárního kontrolního systému, které poskytují lineární a angulární kontrolu rychlosti, jsou laděny dynamicky. Na základě velikosti pilotova vstupu, můžou se pohybovat od jemných po agresivní akcelerace. K tomu, různí piloti mohou preferovat různé odezvy řízení.

Skutečný čas odezvy ovladačů IFCS záleží nejenom na parametrech ladění, ale taky na době odezvy komponentů jeho pohonné jednotky.

300iflyheader

Pohonná Jednotka

 

Trysky

Primární komponent pohonu většiny lodí budou trysky. Letový model Star Citizenu poskytuje 100% přesný model trysek, který bere v úvahu pozici každé trysky, relativní k těžišti a maximální tah a dobu odezvy každé trysky. Při ideálních podmínkách jsou trysky rozmístěny kolem těžiště lodě, což dovoluje pro optimální řízení trysek. V tomto obrázku jsou horní trysky vyvážené k těžišti lodě a generují nulový moment kolem osy Z.

HornetDiagram

Po utrpení poškození se může těžiště posunout. V následujícím obrázku nejsou trysky nadále vyvážené k těžišti lodě. Při použití těchto trysek na loď působí nenulový moment, což se projeví jako nechtěné točení. IFCS se pokusí kompenzovat tento moment tak, že použije jiné trysky k vytvoření momentu opačného směru a pokud toto není schopné udělat, tak se pokusí snížit chybu, snížením výkonu trysek.

HornetDiagram2

Poškození a další okolnosti mohou snížit dostupný výkon trysek, dobu odezvy, nebo dokonce přesnost každé trysky, nebo tryska může přestat fungovat úplně. Všechny tyto změny ovlivní vyvážení trysek, takže budou mít vliv na to, jak se loď chová.

Kontrolní Silový Gyroskop (CMG)

Každá loď má malé množství záložního momentu, i pokud jsou trysky ztraceny. Tento moment je poskytován řadou interních kontrolních silových gyroskopů. Pokud jsou gyroskopy funkční, pilot má vždy minimální moment v každé ose rotace. Tento moment je dostatečně silný, aby stabilizoval polohu lodě, a může být použitý k pomalému otočení lodě pod pilotovou kontrolou.

Finální Poznámky

 

Tento dokument není fikčním popisem IFCS, je to přesný popis skutečného letového modelu, který je zakomponován ve hře. Tato úroveň realizmu byla nutná k doručení řídicího systému, který by byl plně integrovaný a ovlivněný prostředím, poškozením, změnou polohy těžiště, alokací energie, pozicí trysek a podobně. IFCS je emergentní systém, což znamená, že někdy nemusí být perfektní. Ale napodobuje realitu.

A konečně, velké množství úsilí bylo učiněno, aby kontrola plavidla byla limitována jen na řídící linky IFCS. Žádný hráč, AI, nebo samo IFCS nebude schopné modifikovat svou polohu, rychlost, nebo rotaci lodě přímo, s výjimkou inicializace a opravy síťové chyby. To zaručuje, že všechno ovládání lodě je konzistentní a hra nebude mít nikdy nefér výhodu nad hráčem.

Těším se na váš feedback, jak budeme upravovat a ladit systém. Konec konců tohle je teprve začátek!

 

John Pritchett

Physics Programmer v CIG


Toto je poslední část článku.

Původní článek: Flight Model and Input Controls

Napsat komentář

Jak mít vlastní obrázek u komentářů

Zaregistrujte se na stránkách Gravatar.com, připojte si k účtu e-mail, který používáte na star-citizen.cz a nastavte si libovolný obrázek.

Snažte se v komentářích držet tématu, na rozsáhlejší diskuse je vhodnější naše fórum