Welche Art von Verzögerung fügt das Fly-by-Wire-System des A320 hinzu?

Genauer gesagt frage ich mich, ob es irgendwelche Daten darüber gibt, wie lange es zwischen dem Bewegen des Sidesticks und dem Beobachten einer Reaktion auf die Querruder oder das Höhenruder dauert. Ich weiß, dass die physischen Steuerflächen Zeit brauchen, um sich zu bewegen, und wundere mich daher nur über die tatsächliche Latenz, die durch das Fly-by-Wire-System (FBW) hinzugefügt wird.

Meine naive Annahme ist, dass der A320 einen festen Regelkreis mit präzisen Timings durchläuft. Also alle n Millisekunden tastet es den Sidestick ab, berechnet die notwendigen Ruderausschläge und sendet diese dann über einen Bus, der bei läuft m Hertz. Im Durchschnitt gibt es also eine erwartete Verzögerung von x Millisekunden zwischen der Eingabe und dem Beginn der Reaktion der Bedienoberflächen auf die Eingabe.

Ist die Verzögerung auch für Piloten wahrnehmbar?

Ich weiß, dass Sie nach FBW fragen, aber beachten Sie, dass herkömmliche Kabel ebenso wie Hydraulikkreise aufgrund von Dehnung Verzögerungen aufweisen. Wenn Sie möchten, können Sie daraus also eine Vergleichsfrage machen.
@mins Dieser Vergleich ist irrelevant: Zwischen Maus und Bildschirm liegt viel mehr als nur die Bildwiederholfrequenz!
Beachten Sie, dass menschliche Reaktionszeiten in der Größenordnung von 100 ms liegen . Obwohl es nicht direkt das ist, was wir hier brauchen (und daher keine Antwort), ist es ein Hinweis. In einem völlig anderen Bereich (Ausrichten von Lasern) fühlt sich eine 10-Hz-Rückkopplungsrate so an, als würden die Dinge ohne Verzögerung passieren, etwas langsamer und es fühlt sich wirklich nicht wie eine Echtzeitreaktion an.
@kebs: Es ist relevant, ich spreche nicht von der Monitor-Aktualisierungsrate, sondern von der GUI-Aktualisierungsrate (Rendering-Rate).
Normale Steuerungen sollten auch eine Verzögerung haben, wenn Sie die Lichtgeschwindigkeitstheorie anwenden :)
@mins als Gamer kann ich definitiv feststellen, dass es einen deutlichen, spürbaren Unterschied zwischen 30hz und 60hz gibt. Freunde mit 120-Hz-Monitoren sagen, dass der Schritt fast genauso auffällig ist.
Das Steuern eines RC-Hubschraubers ist viel, viel nervöser und viel gefährlicher (ja, Menschen sind an RC-Hubschraubern gestorben – einschließlich eines Top-Profipiloten, der es geschafft hat, sich selbst zu enthaupten) als entweder zu spielen oder echte Flugzeuge zu fliegen. Das Steuern von RC-Hubschraubern erfordert viel schnellere Reflex- und Reaktionszeiten. RC-Geräte haben jedoch eine feste Bildwiederholfrequenz von 25 Hz (dazu kommen die wenigen Millisekunden der CPU-Verarbeitungsverzögerung bei Sender, Empfänger und Servos). 25 Hz sind schnell genug für Menschen, um ein Flugzeug zu steuern und sich in Echtzeit zu fühlen
Es sollte beachtet werden, dass RC-Piloten eine Verzögerung spüren können , aber nur, wenn sie zwei verschiedene Steuersysteme fliegen - zum Beispiel das Funkgerät einer anderen Marke testen oder Servos auf andere Marken umstellen. Wenn Sie nur die Ausrüstung fliegen, an die Sie das Fliegen gewöhnt sind, ist es fast unmöglich zu sagen, dass es eine Verzögerung gibt
Nun, das ist einfach so ein kompletter Schwachsinn : arstechnica.com/staff/2015/02/… Bei der Bildrate auf Monitoren geht es teilweise um die Glätte, also ist es immer noch positiv, wenn es keinen anderen Vorteil gibt. Eine langsamere Frame-Aktualisierung erhöht die Eingangsverzögerung des Monitors insgesamt, was leicht mehrere Frames sein kann, wenn es sich beispielsweise um einen Fernseher handelt. Also 2-seitig. Die gesamte Eingabeverzögerung und die Möglichkeit, Inkonsistenzen in der Glätte des Bildes zu sehen, wenn es sich ändert.

Antworten (3)

Ja, es wird eine Verzögerung geben, aber die durch den Regelkreis verursachte Verzögerung ist wirklich winzig. Ich habe gesehen, wie Positionsregelkreise für Simulatorbewegungssysteme erfolgreich und stabil bei einigen hundert Hz liefen, und die Zeitverzögerung beträgt nur einen Iterationsrahmen = weniger als 10 ms.

Und wie @ymb1 richtig betont, wenn wir eine Steuerfläche auslenken, unterliegt die Endposition Betätigungskräften, aerodynamischen Rückstoßkräften, Trägheit der Oberfläche, Kabeldehnung und -reibung, Aerodämpfung, maximaler Strömungsgeschwindigkeit durch das Servoventil usw. usw Die Gesamtübertragungsfunktion Stickeingabe => Oberflächenposition ist so, dass eine zusätzliche Zeitverzögerung von 10 ms in der Gesamtschleife nicht wirklich wahrnehmbar ist. Und die Steuerposition ist nur die Eingabe der Flugzeugreaktion, wobei die Flugzeugträgheit eine große Rolle spielt.

Meine Antwort wäre also: eine winzige Zeitverzögerung, die völlig vernachlässigt werden kann.

Werden die Steuereingangspositionen wirklich sequentiell von einer Schleife abgefragt oder werden stattdessen präventive Interrupts verwendet?
@mins Die meisten industriellen Steuerungssysteme laufen auf SPSen und SPSen führen ganz unten eine Schleife aus. Konzeptionell und für die meisten praktischen Zwecke sind sie als massiv parallele Zustandsmaschine programmiert und modelliert, aber der Zustand selbst wird aufgrund der Beschränkungen der zugrunde liegenden Hardware in Zeitscheiben diskretisiert, deren Dauer erforderlich ist, um den Zustand vollständig auszuwerten des Systems (dh: die "Abtastzeit", "Rahmenzeit" oder Schleifenzeit). Eine Schleife besteht aus dem Lesen von Eingängen, dem Auswerten der Steuerlogik und dem Aktualisieren der Ausgänge.
@mins Allerdings erlauben die meisten dieser Steuersysteme unter extremen Umständen Interrupts, um während der Logikauswertung (dh außerhalb der Schleife) ein sofortiges Lesen eines Eingangs (oder Schreiben in einen Ausgang) einzuleiten, aber dies kann tatsächlich das ansonsten garantierte und brechen normale maximale Scanzeit und führen mehr Nebenwirkungen ein, als es normalerweise wert ist. Wenn man versucht ist, auf einen solchen Interrupt zurückzugreifen, ist dies normalerweise ein Zeichen dafür, dass das Steuersystem stattdessen unterteilt werden muss, wobei das zeitkritischere Subsystem einen eigenen Controller erhält (und das wird normalerweise getan).
@J ... Danke für die klare Erklärung. Ich habe SPS entdeckt. Auch Wikipedia betont die zeitliche Vorhersagbarkeit der Verarbeitung.
@mins Um es klar zu sagen, ein Flugcomputer ist natürlich vollständig spezialisiert und funktioniert nicht genau wie eine industrielle SPS, aber alle "digitalen Fly-by-Wire" -Systeme haben so etwas auf der Bare-Metal-Schicht.
@J ... Hmm ... Ich bin mir nicht so sicher. Ich wäre ein wenig überrascht, wenn sie SPS anstelle von CPUs verwenden würden, auf denen ein RTOS (oder eine Bare-Metal-Anwendung) ausgeführt wird. Sie würden jedoch mit ziemlicher Sicherheit in jedem Fall einen Regelkreis verwenden.
Der A320 verwendet Mikroprozessoren aus den späten 80er Jahren für die Regelkreise, Motorola 68020 und ähnliches.
@reirab Ja, absolut. Ich meine, eine SPS war nur ein Beispiel – wie gesagt, ein Flugcomputer ist komplett maßgeschneidert. Es ist immer noch die gleiche Art von diskreter, schleifenbasierter Zustandsmaschine, die auf einem dünnen RTOS mit einer alten CPU läuft. Flugcomputer basieren wahrscheinlich auf etwas, das näher an OS9 liegt und massiv multithreaded ist, wenn auch zu ähnlichen Zwecken (eine SPS ist eigentlich ein Single-Threaded-Prozess, während ein RTOS-System Ihnen so etwas wie viele unabhängige SPS in einer Box ermöglicht). Eine SPS ist nur ein nettes und einfaches Gerät, um das Konzept zu demonstrieren.
@reirab: Eigentlich ist der SPS-Vergleich ganz treffend. Er beschrieb im Grunde, wie Servos funktionieren. Sie können sich digitale Servos als Spezial-SPS vorstellen, die eine PID-Schleife betreiben (buchstäblich eine PID-Schleife - der Kern der SPS-Programmierung). Natürlich ist die Programmierung festgelegt, so dass sie nicht in Ladder Logic programmiert sind, sondern meistens Assembler.
@slebetman Richtig. Ich meinte nur, dass sie im Allgemeinen normale CPUs verwenden, keine programmierbaren Logikgeräte. Die Algorithmen (z. B. für den Hüllkurvenschutz) wären wahrscheinlich zu kompliziert, als dass eine programmierbare Logik die vernünftigste Lösung wäre. Nicht, dass Sie es nicht könnten (zB mit einem FPGA), nur dass eine CPU, die einen Echtzeit-Regelkreis betreibt, sinnvoller wäre.
Die Gesamtsteuerungsreaktion eines Fly-by-Wire könnte sogar schneller sein als mechanisch, weil 1) es jegliches Biegen in der mechanischen oder hydraulischen Übertragung vermeidet (die Aktuatoren sind immer noch hydraulisch, aber das elektrisch gesteuerte Ventil befindet sich am Aktuator, also die Druck muss sich nicht weit ausbreiten) und 2) der Computer kann den anfänglichen Ausschlag verstärken, um die Trägheit zu überwinden, und ihn dann wieder etwas reduzieren und kann einen kurzen Gegenbefehl hinzufügen, wenn die Steuerung neutralisiert wird.
Aus praktischer Erfahrung bei der Arbeit mit dieser Art von Systemen glaube ich nicht, dass die Verzögerung so niedrig wie 10 ms ist. Ich würde mehr in der Nähe von 100 ms erwarten, was für den gegebenen Zweck noch völlig akzeptabel (und für den Piloten nicht wahrnehmbar) wäre.

Ich habe keine Antwort auf die Zeitangaben (ich persönlich glaube nicht, dass dies öffentlich zugängliche Informationen sind), aber ich kann dies beantworten

Ist die Verzögerung für Piloten wahrnehmbar?

Da ich einige direkte Erfahrungen habe und bestätigen kann, dass der Pilot keine Verzögerung zwischen einer Auslenkung des Steuerknüppels und der Reaktion des Flugzeugs wahrnimmt.

Ich würde davon ausgehen, dass die Verzögerung ungefähr der Servolenkung entspricht, die Sie in den meisten Autos erhalten. Um Menschen einen Vergleich zu etwas zu geben, mit dem sie möglicherweise Erfahrung haben.
@Baldrickk du trainierst so viel und so lange, dass du es zu dem Zeitpunkt, an dem du tatsächlich fliegen musst, nicht mit dem Fahren von etwas anderem vergleichen musst.
nicht jeder, der dies liest, wird ein Pilot sein ;)
@Baldrickk ah, ich dachte, dass Sie sich mit "Menschen" in Ihrem ersten Kommentar auf "diejenigen beziehen, die Piloten sind", nicht auf die Leser hier, sorry.

Nein, nein, Sie können einen Seitenknüppel viel, viel schneller bewegen als die herkömmlichen Bedienelemente.

Side-Stick-Eingaben zu den Computern werden alle 10 ms aktualisiert, was extrem schnell ist, dies entspricht einer 100-Hz-Aktualisierung; Im Vergleich zu den meisten Fernsehbildaktualisierungen ist FBW doppelt so schnell.

Bei sehr kleinem Versatz herkömmlicher Flugsteuerung haben Sie aufgrund des Systemspiels keine Flugsteuerungswirkung

Bei sehr schnellen und großen Eingaben in FBW wird der Befehl freiwillig gedämpft, um die Flugzeugstruktur zu schützen. Bei herkömmlichen Flugsteuerungen gibt es keinen Schutz, Sie können die Struktur beschädigen, hauptsächlich wenn das Seitenruder betroffen ist, obwohl die Reichweite im Inneren mechanisch begrenzt ist volles FBW RUDER, Pedale WIRKUNG wird freiwillig gedämpft, wenn es für den Aufbau gefährlich wird

Zusammenfassend keine ZUSÄTZLICHE Verzögerung mit FBW

Welche Art von Verzögerung fügt das Fly-by-Wire-System des A320 hinzu?
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