Fakulta elektrotechnická. autopilotu. vedoucí: Doc. Ing. Zdislav Pech, CSc

ˇ ´ vysoke ´ uc ˇen´ı technicke ´ v Praze Cesk e ´ Fakulta elektrotechnicka ˇr ˇen´ı Katedra me ˇ´ıdic´ı techniky Katedra r

Zobrazovaˇ c letov´ ych m´ od˚ u autopilotu Diplomov´ a pr´ ace

autor: Jiˇ r´ı Sk´ ala vedouc´ı: Doc. Ing. Zdislav Pech, CSc. term´ın odevzd´ an´ı: Leden 2007

i

ii

iii

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou diplomovou pr´ aci vypracoval samostatnˇe a pouˇzil pouze podklady ( literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v pˇriloˇzeném seznamu.

V Praze dne podpis

iv

Podˇ ekov´ an´ı Dˇekuji pˇredevˇs´ım vedouc´ımu mé diplomové pr´ ace Doc. Ing. Zdislavu Pechovi CSc. za veden´ı, ˇ ep´ cenné rady a vˇenovan´ y ˇcas, dále Ing. Stˇ anu Kroupovi za cenné pˇripom´ınky a v neposledn´ı ˇradˇe chci podˇekovat svému nejbliˇzˇs´ımu okol´ı za podporu po celou dobu studia.

v

Abstrakt Tato diplomov´ a pr´ ace se zab´ yv´ a n´ avrhem a realizac´ı programu pro simulaci letov´ ych mód˚ u letounu Airbus A310. Program umoˇzn ˇuje simulaci vˇsech základn´ıch mód˚ u pro oba kan´ aly autopilotu. Ovl´ ad´ an´ı simul´ atoru je moˇzné jak prostˇrednictv´ım ovl´ adac´ı skˇr´ıˇ nky autopilotu FCU, tak aktivac´ı logick´ ych podm´ınek v logick´ ych s´ıt´ıch. O aktivn´ıch módech uˇzivatele informuje zobrazovaˇc mód˚ u FMA. Letov´ a a navigaˇcn´ı situace je zobrazena na displej´ıch EFIS. V teoretické ˇcásti pr´ ace je proveden rozbor systém˚ u automatického ˇr´ızen´ı a logick´ ych s´ıt´ı. V praktické ˇcásti je pˇribl´ıˇzen postup ˇreˇsen´ı v jazyce C#.

vi

Abstract The aim of this diploma thesis is to design and implement flight modes simulator of aircraft Airbus A310. Program allows simulation of all basic modes for both autopilots channels. User can actuate simulator by FCU - Flight Control Unit, or by checking logic signals in logic nets. User is informed about active modes by FMA - Flight Mode Anunciator. Flight and navigation situations are displayed on EFIS displays. Theoretical part of thesis involves analysis of flight control systems and logic nets. Consecution of software solution and its implementation in programming language C# is demonstrated in practical part.

OBSAH

vii

Obsah ´ 1 Uvod

1

2 Historie letadla Airbus A310

1

3 Syst´ emy automatick´ eho ˇ r´ızen´ı Airbusu A310 3.1 Automatick´ y systém ˇr´ızen´ı . . . . . . . . . . . 3.2 Uspoˇra´d´ an´ı ˇcást´ı AFS v pilotn´ı kabinˇe . . . . 3.3 Autopilot Airbusu A310 . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Funkce autopilotu . . . . . . . . . . . 3.3.2 Reˇzimy autopilotu . . . . . . . . . . . 3.3.3 Obsluha autopilotu - FCU . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

2 2 2 3 3 4 4

4 Letov´ e m´ ody Airbusu A310 4.1 Zobrazovaˇc mód˚ u . . . . . . . 4.2 F´ aze zapnut´ı zvoleného módu 4.3 Autopilot v reˇzimu CWS . . . 4.4 Autopilot v reˇzimu CMD . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

5 5 6 6 6

5 M´ ody pouˇ z´ıvan´ e pro pod´ eln´ y kan´ al autopilotu 5.1 V/S mód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Logické podm´ınky pro aktivaci V/S m´ odu . . . . 5.2 ALT m´ od . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Logické podm´ınky pro aktivaci ALT m´ odu . . . . 5.3 LVL/CH mód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Logické podm´ınky pro aktivaci LVL/CH m´ odu . 5.4 PROFILE m´ od . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.1 Logické podm´ınky pro aktivaci PROFILE m´ odu

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

7 7 7 9 9 10 11 12 12

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

6 M´ ody pouˇ z´ıvan´ e pro pˇ r´ıˇ cn´ y kan´ al autopilotu 6.1 HDG m´ od . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1 Logické podm´ınky pro aktivaci HDG m´ odu . . . 6.2 HDG SEL m´ od . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Logické podm´ınky pro aktivaci HDG SEL m´ odu 6.3 NAV m´ od . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Logické podm´ınky pro aktivaci NAV m´ odu . . . 6.4 VOR m´ od . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Logické podm´ınky pro aktivaci VOR m´ odu . . . 6.5 LOC mód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5.1 Logické podm´ınky pro aktivaci LOC m´ odu . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

13 13 14 15 15 15 16 16 17 17 18

7 M´ ody pouˇ z´ıvan´ e pro oba kan´ aly autopilotu 7.1 GA m´ od . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.1 Logické podm´ınky pro aktivaci GA m´ odu 7.2 TO mód . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Logické podm´ınky pro aktivaci TO m´ odu 7.3 LAND m´ od . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

19 19 19 20 20 21

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

OBSAH

viii 7.3.1

Logické podm´ınky pro aktivaci LAND m´ odu . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

8 Anal´ yza probl´ emu 23 8.1 Poˇzadavky na aplikaci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 8.2 N´ avrh zp˚ usobu ˇreˇsen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 9 V´ ybˇ er vhodn´ eho software pro realizaci simul´ atoru 9.1 MATLAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 MATLAB a C# . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1 Komunikace mezi C# a MATLABEM . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 MATLAB WIZARD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.1 V´ yhody pouˇzit´ı programu MATLAB WIZARD ve spojen´ı se C# 9.4 Shrnut´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

24 24 24 24 25 25 25

10 Realizace simul´ atoru 10.1 Charakteristika objektovˇe orientovaného programov´ an´ı 10.2 PFD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.1 Double Buffering . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.2 Struktura tˇr´ıdy PFD . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 ND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4 V´ ysledn´ a podoba EFIS displej˚ u . . . . . . . . . . . . . 10.5 FCU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.1 Realizace vlastn´ıch ovl´ adac´ıch prvk˚ u . . . . . . 10.5.2 N´ avrh prvku Voliˇc . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.3 Tvorba prvku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.4 Testován´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.5.5 N´ avrh ostatn´ıch ovl´ adac´ıch prvk˚ u . . . . . . . 10.6 FMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7 Simul´ ator logick´ ych s´ıt´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.1 Diskuze moˇzn´ ych ˇreˇsen´ı . . . . . . . . . . . . . 10.7.2 Pˇr´ıklad n´ avrhu hradla . . . . . . . . . . . . . . 10.7.3 N´ avrh bloku Delay . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.4 N´ avrh vstupn´ıho konektoru . . . . . . . . . . . 10.7.5 Ostatn´ı prvky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.7.6 Vyhodnocen´ı logické s´ıtˇe . . . . . . . . . . . . . 10.7.7 V´ ysledn´ a podoba logické s´ıtˇe . . . . . . . . . . 10.8 Shrnut´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26 26 26 26 27 28 29 30 30 30 30 33 33 34 35 35 35 37 38 39 40 41 41

11 Kinematika 11.1 M´ od V/S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 M´ od ALT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 M´ od HDG/SEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.4 M´ od VOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.5 M´ od LAND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.6 Implementace kinematiky do prostˇred´ı Visual Studia 11.7 Shrnut´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

42 42 43 45 46 48 50 51

. . . . . . .

´ U ˚ SEZNAM OBRAZK

ix

12 Architektura vytvoˇ ren´ eho programu 12.1 Ovl´ adac´ı panely . . . . . . . . . . . . 12.1.1 Implementace v programu . . 12.2 Logika . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2.1 Implementace v programu . . 12.3 Letadlo . . . . . . . . . . . . . . . . 12.3.1 Implementace v programu . . 12.4 EFIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.1 Implementace v programu . . 12.5 Ovl´ ad´ an´ı s´ıtˇe . . . . . . . . . . . . . 12.5.1 Implementace v programu . . 12.6 V´ ysledn´ y vzhled aplikace . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

52 52 52 52 53 53 53 53 53 53 53 54

13 Z´ avˇ er 55 ´ eˇsnost zadaného u 13.1 Uspˇ ´kolu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 14 N´ avrhy na navazuj´ıc´ı projekty 14.1 Simulace letu podle letového pl´ anu . . . . . . . 14.2 Vyuˇzit´ı jazyku Java v prostˇred´ı Matlab . . . . 14.3 Simulace displej˚ u EFIS pro letoun Boeing B747 14.4 Autopilot pro letoun Boeing B747 . . . . . . . 14.5 Simulace displej˚ u ED letounu Airbus A310 . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

Reference A Pˇ r´ıloha - Ovl´ ad´ an´ı programu A.1 FCU . . . . . . . . . . . . . A.2 EFIS . . . . . . . . . . . . . A.3 NAVIGATION . . . . . . . A.4 EADI . . . . . . . . . . . . A.5 EHSI . . . . . . . . . . . . . A.6 Ovl´ ad´ an´ı s´ıtˇe . . . . . . . . A.7 Menu - Aplication . . . . . A.8 Menu - Logic . . . . . . . . A.9 Menu - Units . . . . . . . . A.10 Menu - Displays . . . . . . A.11 Menu - Help . . . . . . . . . A.12 Pˇr´ıklad simulace . . . . . .

56 56 56 56 56 56 57

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

58 58 58 59 60 60 61 61 61 61 62 62 62

B Pˇ r´ıloha - Instalace programu

63

C Pˇ r´ıloha - Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

63

Seznam obr´ azk˚ u 1 2

Rozm´ıstˇen´ı ˇcást´ı AFS v pilotn´ı kabinˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . FCU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 4

´ U ˚ SEZNAM OBRAZK 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

Prim´ arn´ı letov´ y displej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ’ Logick´ a s´ıt pro m´ od V/S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logick´ a s´ıt’ pro m´ od ALT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logick´ a s´ıt’ pro m´ od LVL/CH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ’ Logick´ a s´ıt pro m´ od PROFILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logick´ a s´ıt’ pro m´ od HDG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logick´ a s´ıt’ pro m´ od HDG SEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logická s´ıt’ pro m´ od NAV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logická s´ıt’ pro m´ od VOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logická s´ıt’ pro m´ od LOC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logická s´ıt’ pro m´ od GA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ’ Logická s´ıt pro m´ od To . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Logická s´ıt’ pro m´ od LAND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . N´ astin ˇreˇsen´ı v prvn´ım pˇribl´ıˇzen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kreslen´ı metodou Double Buffering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V´ ysledn´ a podoba PFD displeje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V´ ysledná podoba ND displeje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V´ ysledn´ a podoba voliˇce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V´ ysledn´ a podoba FCU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hradlo OR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Blok Delay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vstupn´ı konektor s popisem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hradlo And . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Negace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tlaˇc´ıtko . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V´ ystupn´ı konektor s popisem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nakreslen´ı s´ıtˇe v n´ avrh´ aˇri Visual Studia 2003 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vzhled s´ıtˇe po spuˇstˇen´ı programu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Simulinkové schéma stabilizace vertikáln´ı rychlosti . . . . . . . . . . . . . . . . Stabilizace vertik´ aln´ı rychlosti - odezva na skok . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pr˚ ubˇeh v´ yˇsky pˇri konstantn´ı vertik´ aln´ı rychlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . Simulinkové schéma stabilizace barometrické v´ yˇsky . . . . . . . . . . . . . . . . Stabilizace barometricke vysky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pr˚ ubˇeh vertik´ aln´ı rychlosti pˇri stabilizaci v´ yˇsky . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schéma koordinovaného stranového pohybu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pˇrechodové charakteristiky v´ ystup˚ u koordinovaného stranového pohybu . . . . Simulinkové schéma letu ˇr´ızené u ´hlovou odchylkou od trati . . . . . . . . . . . Pˇrechodové charakteristiky pro let v módu VOR pro vzd´ alenost letadla 5000 m Pˇrechodové charakteristiky pro let v módu VOR pro vzd´ alenost letadla 1000 m Let v sestupové rovinˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Detail podrovn´ an´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pˇrenosov´ a funkce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konfigurace Real Time Workshop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vytv´ aˇren´ı assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zpr´ ava o uspˇeˇsném vygenerov´ an´ı .Net assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . V´ ysledné blokové schéma navrˇzeného systému . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V´ ysledn´ y vzhled aplikace - pˇr´ıklad simulace pˇrepnut´ı módu HDG SEL do m´ odu

x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . NAV

5 7 9 10 12 13 15 15 16 17 19 20 21 23 27 29 29 33 34 35 38 39 39 39 39 39 41 41 42 43 43 44 44 45 45 46 47 47 48 48 49 50 50 51 51 52 54

´ U ˚ SEZNAM OBRAZK 50 51 52 53 54 55 56

FCU panel . . . . . . . . . . . . EFIS control panel . . . . . . . . VOR/ILS control panel . . . . . Ovl´ ad´ an´ı EADI . . . . . . . . . . Ovl´ ad´ an´ı EHSI . . . . . . . . . . Logická s´ıt’ módu ALT . . . . . . Simulace letu v m´ odu PROFILE

xi . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

58 58 59 60 60 61 62

1

1

´ UVOD

1

´ Uvod

V dneˇsn´ıch dopravn´ıch letadlech je snaha plnˇe, nebo alespoˇ n ˇcásteˇcnˇe automatizovat jejich ˇr´ızen´ı. Pilot uˇz se nespoléh´ a pouze na své pilotn´ı schopnosti, ale hlavnˇe na techniku, kterou je v kabinˇe letounu obklopen. V nejmodernˇeji vybaven´ ych dopravn´ıch letadlech je pilotova ˇcinnost omezena v podstatˇe na kontrolu a provˇerku ˇr´ıd´ıc´ıch systém˚ u, pˇr´ıpadnˇe na drobné zásahy pˇri opravˇe letové trasy pomoc´ı kl´ avesnice palubn´ıho poˇc´ıtaˇce. Klasick´ y sloupek ˇr´ızen´ı byl jiˇz nahrazen systémem umˇelého citu - joystickem. Hlavn´ı slovo pˇri ˇr´ızen´ı letadla m´ a systém ˇr´ızen´ı letu - Flight Managment System. Tento systém bˇehem letu pˇrij´ımá data ze vˇsech mˇeˇric´ıch systém˚ u, porovn´ av´ a je s daty z´ıskan´ ymi z vlastn´ı datab´ aze yˇskové a a na základˇe této anal´ yzy prostˇrednictv´ım autopilotu ˇr´ıd´ı let letadla od startu, pˇres v´ stranové manévry aˇz po pˇriveden´ı letadla do pˇribiˇzovac´ıho prostoru vˇcetnˇe koneˇcného pˇribl´ıˇzen´ı pˇred pˇrist´ an´ım, podrovn´ an´ı, pˇr´ıpadnˇe i dosednut´ı a v´ ybˇehu letadla. Pilot m˚ uˇze do ˇr´ızen´ı zasahovat pomoc´ı sloupku ˇr´ızen´ı, nebo pomoc´ı voliˇc˚ u a tlaˇc´ıtek na ovl´ adac´ı skˇr´ıˇ nce autopilotu - Flight Control Unit. V prvn´ım pˇr´ıpadˇe jsou vyhodnoceny smˇer a s´ıla p˚ usob´ıc´ı na sloupek ˇr´ızen´ı a n´ aslednˇe jsou vygenerov´ any a pˇrivedeny na vstup poˇc´ıtaˇc˚ u autopilotu pˇr´ısluˇsné sign´ aly. V pˇr´ıpadˇe druhém se aktivuj´ı nebo deaktivuj´ı módy pro pˇr´ıˇcn´ y a podéln´ y kan´ al autopilotu. ych postup˚ u a podléhaj´ı Aktivace a deaktivace jednotliv´ ych mód˚ u se ˇr´ıd´ı podle pravidel - letov´ splnˇen´ı ˇrady logick´ ych podm´ınek. V n´ asleduj´ıc´ım textu diplomové pr´ ace popisuji pr´ avˇe tyto logické podm´ınky a jejich implementaci do simulaˇcn´ıho programu. Vyvinut´ y simul´ ator by mˇel uˇzivateli pomoci pochopit ˇcinnost autopilotu bez nutnosti studovat mnoˇzstv´ı dalˇs´ı, mnohdy nedostupné literatury.

2

Historie letadla Airbus A310

Obchodn´ı ne´ uspˇechy pˇri prodeji mnoh´ ych evropsk´ ych dopravn´ıch typ˚ u letadel v 50. a 60. letech 20.stolet´ı pˇrivedly pˇredn´ı pr˚ umyslové západoevropské zemˇe k dohodˇe o zaloˇzen´ı sdruˇzen´ı Airbus Industrie, jeˇz se mˇelo ˇcasem stát rovnocenn´ ym partnerem americk´ ych v´ yrobc˚ u letadel. Zpoˇcátku se na jeho ˇcinnsoti pod´ılely pˇredevˇs´ım Francie a SRN, z´ ahy se vˇsak stala rovnocenn´ ym ˇclenem také ˇ Velk´ a Brit´ anie. Sv˚ uj pod´ıl v konsorciu pˇrijalo téˇz Spanˇ elsko. Prvn´ı realizovan´ y projekt dostal oznaˇcen´ı A300. Stalo se j´ım dvoumotorové dolnokˇr´ıdlé letadlo tˇr´ıdy aerobus se ˇsirok´ ym trupem a proudov´ ymi pohonn´ ymi jednotkami o velkém obtokovém pomˇeru. Rozmˇery A-300 b´ yvaj´ı aˇz na malé v´ yjimky 53,32 m (délka) a 44,85 m (rozpˇet´ı). Letadlo je schopno dosáhnout cestovn´ı rychlosti 841 km/h a plnˇe naloˇzeno ulétne aˇz 6 245 km. Poprvé vzlétlo 28.10.1972. Letadlo Airbus A310 bylo odvozeno od svého pˇredch˚ udce A300. Oproti nˇemu má vˇsak kratˇs´ı trup (46,66 m) a upravené kˇr´ıdlo o menˇs´ım rozpˇet´ı (43,90 m). Mnoho stavebn´ıch d´ıl˚ u je ovˇsem shodn´ ych. To se stalo v´ yhodou z hlediska v´ yroby a také u ´drˇzby letadel u tˇech spoleˇcnost´ı které provozuj´ı oba typy. Dolnoploˇsn´ık se dvéma proudov´ ymi pohonn´ ymi jednotkami je dod´ av´ an ve dvou základn´ıch poveden´ıch. Verze A310-200 je urˇcena pro stˇredn´ı linky. S pln´ ym n´ akladem m˚ uˇze cestovn´ı rychlost´ı pˇrekonat vzd´ alenost 5 100 km. V´ ykonnˇejˇs´ı varianta A310-300 reprezentuje d´ alkov´ y letoun schopn´ y pˇreletu oceán˚ u. Dolet tohoto typu s 280ti pasaˇzéry na palubˇe je 6 950 km. Obvyklejˇs´ı je vˇsak varianta s 218ti m´ısty. Ta zvyˇsuje jak pohodl´ı cestuj´ıc´ıch, tak dolet aˇz na 8 350 km. Vzhledem k tomu, ˇze letadla Airbus A310 jsou dvoumotorové stroje a v´ ypadek jednoho z motor˚ u by mohl ohrozit bezpeˇcnost letu, b´ yvaj´ı jejich letové trasy upraveny tak, aby nejvˇetˇs´ı vzd´ alenost od z´ aloˇzn´ıho letiˇstˇe nepˇsesáhla 120 minut letu. Airbus A310 poprvé vzlétl 3. dubna 1982 z letiˇstˇe v Tolouse.

3

´ ´ ˇ ÍZENÍ AIRBUSU A310 SYSTEMY AUTOMATICKEHO R

3

2

Syst´ emy automatick´ eho ˇ r´ızen´ı Airbusu A310

3.1

Automatick´ y syst´ em ˇ r´ızen´ı

Airbus A310 je vybaven dvˇema digit´ aln´ımi automatick´ ymi systémy ˇr´ızen´ı AFS, které ˇr´ıd´ı pohyb letadla kolem pˇr´ıˇcné, podélné a svislé osy, dále rychlost a tah motor˚ u. Tento systém je sloˇzen ze ˇctyˇr podystém˚ u. 1. Autopilot - AP, letov´ y direktor - FD Hlavn´ı ˇcást´ı tohoto podsystému jsou dva poˇc´ıtaˇce ˇr´ızen´ı letu FCC, obsluha autopilotu a servomotory. 2. Poˇ c´ıtaˇ c pro zv´ yˇ sen´ı bezpeˇ cnosti letu - FAC Tento systém obsahuje tlumiˇc boˇcn´ıch kmit˚ u, trimov´ an´ı v´ yˇskovky a stabiliz´ atoru a prostˇredky pro ochranu letové ob´ alky pomoc´ı u ´hlu n´ abˇehu. 3. Automat tahu motoru - ATS Základn´ımi ˇclánky ATS jsou poˇc´ıtaˇce pro ˇr´ızen´ı tahu motoru TCC. Ty maj´ı za u ´kol na z´ akladˇe zmˇeˇrené venkovn´ı teploty a poˇzadavk˚ u autopilotu stanovit potˇrebn´ y tah motor˚ u a zobrazovat jejich parametry. 4. Syst´ em pro sledov´ an´ı vˇ sech ˇ c´ ast´ı AFS Slouˇz´ı nejen pro potˇreby u ´drˇzby, ale téˇz obsahuje informace o ˇcinnosti AFS.

3.2

Uspoˇ r´ ad´ an´ı ˇ c´ ast´ı AFS v pilotn´ı kabinˇ e

Obr´ azek 1: Rozm´ıstˇen´ı ˇcást´ı AFS v pilotn´ı kabinˇe

3


3

• FCU - Flight Control Unit Zajiˇst’uje komunikaci mezi posádkou a autopilotem za u ´ˇcelem jeho obsluhy. • EFIS control panel Slouˇz´ı pro volbu m´ od˚ u zobrazen´ ych na navigaˇcn´ım displeji ND • EFIS secondary control panel Sekund´ arn´ı panel pro pˇrep´ın´ an´ı VOR/NAV/ILS reˇzim˚ u a pro nastaven´ı jasu na PFD a ND • FAC, Y/D, ATS engage unit Panel vyp´ınaˇc˚ u pro trimov´ an´ı v´ yˇskovky, tlumiˇce boˇcn´ıch kmit˚ u, automat tahu motoru ATS • PFD - Primary Flight Display Zobrazuje umˇel´ y horizont, povelov´ a bˇrevna, m´ ody autopilotu a automatu tahu motoru. • ND - Navigation Display Spad´ a do skupiny navigaˇcn´ıch pˇr´ıstroj˚ u. Z´ aroveˇ n slouˇz´ı pro zobrazen´ı dat palubn´ıho radaru a je téˇz grafick´ ym v´ ystupem letového pl´ anu FMS. • Control Wheel Sloupek ˇr´ızen´ı. Na sloupku se téˇz nacházej´ı tlaˇc´ıtko rychlého odpojen´ı autopilotu a pˇrep´ınaˇc pro trimov´ an´ı v´ yˇskovky. • GO levers Tyto p´ aˇcky se nacházej´ı na plynov´ ych p´ ak´ ach. GO je pouˇz´ıv´ ana pro zapnut´ı mód˚ u TAKE OFF a GO AROUND D´ ale je zde tlaˇc´ıtko rychlého odpojen´ı automatu tahu motoru. • VOR/ILS Control panel Panel pro obsluhu navigaˇcn´ıch systém˚ u VOR a ILS s voliˇci frekvenc´ı a kursu.

3.3 3.3.1

Autopilot Airbusu A310 Funkce autopilotu

1. Stabilizace letadla kolem centr´ aln´ıho bodu gravitace, ˇr´ızen´ı letadla prostˇrednictv´ım základn´ıch mód˚ u V/S - Vertical Speed a HDG - Heading. ˇ ızen´ı letadla pomoc´ı dalˇs´ıch mód˚ 2. R´ u: ALT - Altitude, SPD/MACH - Speed/Mach, P.ALT Profile Altitude, P.CLB - Profile Climb, P.DES - Profile Descent, SRS - Speed Reference System, HDG/S - Heading Selector, NAV - Navigation, VOR, RWY - Runway, GA - Go Around. ˇ ızen´ı letadla ve f´ 3. R´ azi zachycen´ı mód˚ u. ALT* - Altitude Capture, G/S* - Glide Slope Capture, NAV* - Navigation Capture, VOR* - Vor Capture, LOC* - Loc Capture. 4. Automatické pˇrist´ an´ı s v´ yjezdem na pˇrist´ avac´ı dr´ ahu. LOC - Localizer, G/S - Glide Slope, LAND, FLARE, ROLL OUT.

3


3.3.2

4

Reˇ zimy autopilotu

Autopilot Airbusu A310 m˚ uˇze pracovat ve tˇrech reˇzimech. 1. FD - Flight Director Tento reˇzim AP dovoluje pilot˚ um ˇr´ıdit letadlo ruˇcnˇe podle povelov´ ych bˇreven zobrazen´ ych na ˇ PFD. Aktivuje se ve chv´ıli, kdy jsou nap´ ajeny poˇc´ıtaˇce autopilotu. R´ıdic´ı sign´ aly pro povelov´ a bˇrevna pˇrich´ azej´ı z poˇc´ıtaˇc˚ u autopilotu. 2. CWS - Control Wheel Stearing V tomto reˇzimu autopilot udrˇzuje polohu sklonu PITCH ATTITUDE a polohu n´ aklonu BANK ANGLE letadla. V z´ avislosti na zvolen´ ych módech autopilotu m˚ uˇze pilot tyto referenˇcn´ı hodnoty mˇenit prostˇrednictv´ım sloupku ˇr´ızen´ı. 3. CMD - Command V tomto reˇzimu jsou autopilotem udrˇzovány hodnoty parametr˚ u zvolen´ ych posádkou na FCU v závislosti na m´ odech pro oba kan´ aly AP. Hodnoty tˇechto parametr˚ u (napˇr. kurs, vertik´ aln´ı rychlost) jsou vyhodnoceny v poˇc´ıtaˇc´ıch AP a jako analogové signály pˇrivedeny na hydraulické aln´ı sign´ aly jsou pˇrivedeny na povelov´ a bˇrevna PFD. motory, které ovládaj´ı ˇr´ıdic´ı plochy. Digit´ 3.3.3

Obsluha autopilotu - FCU

Obr´ azek 2: FCU • P´ aˇcky zapnut´ı/vypnut´ı ON/OFF: Pˇripojen´ı obsluhy autopilotu, dynamometrick´ ych tyˇc´ı a servomotor˚ u. • Tlaˇc´ıtko volby reˇzimu CWS/CMD: Pˇrep´ın´ an´ı mezi reˇzimem CWS a CMD viz. v´ yˇse. • Voliˇc rychlosti SPD/MACH: Zvolen´ı rychlosti letadla pro m´ od SPD/MACH. • Voliˇc v´ yˇsky ALT SEL: Umoˇznˇ nuje zvolit v´ yˇsku pro m´ ody podélného kan´ alu autopilotu. • Voliˇc kursu HDG SEL: Umoˇzn ˇuje zvolit kurs pro m´ ody pˇr´ıˇcného kan´ alu. • Voliˇc vertik´ aln´ı rychlosti V/S: Volba vertik´ aln´ı rychlosti pro m´ od V/S. • Tlaˇc´ıtko A/THR: Pˇripojen´ı/odpojen´ı automatu tahu motoru ATS k autopilotu. • Tlaˇc´ıtko ALT HLD: Aktivace/deaktivace módu ALT v podélném kanálu. Stabilizace barometrické v´ yˇsky.

4

´ MODY ´ LETOVE AIRBUSU A310

5

• Tlaˇc´ıtko LVL/CH: Aktivace/deaktivace m´ odu LVL/CH v podélném kanálu. Zmˇena letové hladiny. • Tlaˇc´ıtko PROFILE: Aktivace/deaktivace módu PROFILE v podélném kanálu, pˇripojen´ı autopilotu a automatu tahu motoru k systému ˇr´ızen´ı letu FMS. • Tlaˇc´ıtko HDG/SEL: Aktivace/deaktivace m´ odu HDG SEL pro pˇr´ıˇcn´ y kan´ al, z´ısk´ an´ı a udrˇzen´ı zvoleného kursu. • Tlaˇc´ıtko NAV: Aktivace/deaktivace módu NAV pro pˇr´ıˇcn´ y kan´ al. Pˇripojen´ı ˇr´ızen´ı automatu tahu motoru a pˇr´ıˇcného kan´ alu autopilotu k FMS. • Tlaˇc´ıtko V/L: Aktivace/deaktivace módu VOR nebo LOC pro pˇr´ıˇcn´ y kan´ al. Letadlo je ˇr´ızeno podle paprsk˚ u z maj´ ak˚ u VOR a LOC. odu LAND pro oba kan´ aly autopilotu souˇcasnˇe, au• Tlaˇc´ıtko LAND: Aktivace/deaktivace m´ tomatické pˇrist´ an´ı letadla.

4 4.1

Letov´ e m´ ody Airbusu A310 Zobrazovaˇ c m´ od˚ u

Obr´ azek 3: Prim´ arn´ı letov´ y displej Zobrazovaˇc mód˚ u FMA se nach´ az´ı v horn´ı ˇcásti prim´ arn´ıho letového displeje. V obr´ azku je vyznaˇcen ˇcervenou barvou. Jeho u ´kolem je informovat pos´ adku o stavu zapnut´ı mód˚ u. Prostor pro zobrazen´ı je rozdˇelen na pˇet zón. Kaˇzd´ a zóna obsahuje dva ´ra´dky. Spodn´ı ˇra´dek zobrazuje modˇre symboly m´ od˚ u které jsou v pˇr´ıpravˇe, vrchn´ı ˇra´dek zobrazuje zelenˇe symboly aktivn´ıch mód˚ u.

4

´ MODY ´ LETOVE AIRBUSU A310

6

1. Zóna 1: Symboly m´ od˚ u pro automat tahu motoru ATS. SPD/MACH, P.SPD/MACH, THR/L, RETARD. 2. Z´ ona 2: Symboly m´ od˚ u pro podéln´ y kan´ al. V/S, ALT*, ALT, G/S*, G/S, SPD, SRS, P.CLB, P.DES, P.ALT. 3. Z´ ona 3: Symboly m´ od˚ u pro pˇr´ıˇcn´ y kan´ al. HDG, HDG/S, NAV*, NAV, LOC*, LOC, VOR*, VOR, RWY. 4. Z´ ona 2,3: Zobrazen´ı symbol˚ u spoleˇcn´ ych pro oba kanály autopilotu. LAND, FLARE, ROLL OUT. 5. Zóna 4: Symbol zvolené kategorie autopilotu - (kategorie I - III). 6. Z´ ona 5: Stav zapnut´ı autopilotu/povelového systému. FD1, FD2, CWS1, CWS2, CMD1, CMD2.

4.2

F´ aze zapnut´ı zvolen´ eho m´ odu

M´ od se zap´ın´ a stisknut´ım pˇr´ısluˇsného tlaˇc´ıtka, nebo vytaˇzen´ım voliˇce na FCU. Zapnut´ı módu podléhá splnˇen´ı ˇrady logick´ ych podm´ınek. Aktivn´ı mód je indikov´ an na FMA rozsv´ıcen´ım pˇr´ısluˇsného symbolu a na FCU rozsv´ıcen´ım kontrolky vestavˇené v tlaˇc´ıtku. Aktivace m´ odu se provede aˇz ve tˇrech po sobˇe jdouc´ıch f´ az´ıch. 1. Pˇ r´ıpravn´ a f´ aze - ARM: V této f´ azi prob´ıh´ a kontrola nastaven´ı voliˇc˚ u na FCU a parametr˚ u letu letadla. FMA zobrazuje symbol m´ odu modrou barvou ve druhé ˇra´dce. 2. F´ aze zachycen´ı - CPT: Vypnut´ı pˇredchoz´ıho aktivn´ıho m´ odu. FMA zobrazuje symbol m´ odu s hvˇezdiˇckou zelenˇe v prvn´ı ˇra´dce. 3. F´ aze veden´ı - TRK: Zvolen´ y mód je aktivn´ı, symbol m´ odu je na FMA zobrazen zelenˇe ve druhé ˇra´dce.

4.3

Autopilot v reˇ zimu CWS

V tomto reˇzimu autopilot udrˇzuje aktu´ aln´ı u ´hly n´ aklonu a sklonu letadla. Pilot m˚ uˇze tyto hodnoty mˇenit pomoc´ı sloupku ˇr´ızen´ı. V tomto reˇzimu nen´ı moˇzn´ a ˇcinnost obou autopilot˚ u souˇcasnˇe. Reˇzim CWS se zap´ın´ a automaticky pˇri zapnut´ı jednoho ze dvou autopilot˚ u. Pˇrechod mezi reˇzimy CWS a CMD se prov´ ad´ı stiskem tlaˇc´ıtka CWS/CMD na FCU.

4.4

Autopilot v reˇ zimu CMD

V tomto reˇzimu je letadlo ˇr´ızeno ve tˇrech osách (sklon, n´ aklon, zat´ aˇcka). V kan´ alu sklonu PITCH AXIS je letadlo ˇr´ızeno prostˇrednictv´ım módu zvoleného pro pˇr´ıˇcn´ y kan´ al autopilotu. V kan´ alu n´ aklonu ROLL AXIS podle m´ odu pro podéln´ y kan´ al. Zapnut´ı CMD se prov´ ad´ı na zemi - bez spuˇstˇen´ ych motor˚ u, jen pro potˇreby kontroly ˇcinnosti, ve vzduchu - 4 sekundy po odlehˇcen´ı podvozku. V reˇzimu CMD nen´ı moˇzn´ a ˇcinnost obou autopilot˚ u souˇcasnˇe, s v´ yjimkou m´ od˚ u GO AROUND a LAND.

5

´ ˇÍVANE ´ PRO PODELN ´ Y ´ KANAL ´ AUTOPILOTU MODY POUZ

5

7

M´ ody pouˇ z´ıvan´ e pro pod´ eln´ y kan´ al autopilotu

5.1

V/S m´ od

Je základn´ım módem pro podéln´ y kan´ al autopilotu a prov´ ad´ı n´ asleduj´ıc´ı ˇcinnosti. • Udrˇzuje zvolenou hodnotu vertik´ aln´ı rychlosti. • Umoˇzn ˇuje zmˇenu vertik´ aln´ı rychlosti • Zap´ın´ a mód SPD/MACH pro automat tahu motoru.

Obr´ azek 4: Logická s´ıt’ pro m´ od V/S

5.1.1

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci V/S m´ odu

• 1,3,7 - Podm´ınky pro ˇcinnost jednotliv´ ych mód˚ u podélného kan´ alu AP. Jejich nesplnˇen´ı má za n´ asledek pˇrechod do základn´ıho m´ odu V/S. Potvrzen´ı tˇechto podm´ınek zajiˇst’uje FCC.

5


8

• 2,4,8 - Logické podm´ınky zapnut´ı/vypnut´ı zvolen´ ych mód˚ u. Prvn´ı stisknut´ı tlaˇc´ıtka znamen´ a zapnut´ı módu, druhé stisknut´ı vypnut´ı pr´ avˇe aktivn´ıho m´ odu. Potvrzen´ı o zapnut´ı/vypnut´ı pˇrich´ az´ı z FCC. • 5 - Zapnut´ı V/S m´ odu vytaˇzen´ım voliˇce V/S na FCU lze provést ve vˇsech fáz´ıch letu mimo f´ aze módu LAND TRACK. • 6 - Zmˇena letové hladiny pˇri aktivn´ım ALT*. Pokud nejsou splnˇeny podm´ınky pro zmˇenu, dojde k zachycen´ı p˚ uvodn´ı v´ yˇsky. • 9 - Zapnuto nap´ ajen´ı FCC a vystavena inerce, spolu s aktivn´ım V/S m´ odem je v pˇr´ıpravˇe ARM nˇekter´ y z mód˚ u pro podéln´ y kan´ al. AFS nen´ı v konfiguraci kdy jsou oba povelové systémy FD vypnuty nebo oba autopiloty AP v CMD reˇzimu. Nen´ı zvolen mód TAKE OFF. ale je vypnut m´ od LAND • 10 - Je aktivn´ı mód zachycen´ı, nebo veden´ı po sestupovém paprsku, d´ a zároveˇ n nen´ı aktivn´ı jin´ y mód pro ˇr´ızen´ı podélného kan´ alu.

5


5.2

9

ALT m´ od

• Pro vertik´ aln´ı rychlost V/S = 0 udrˇzuje letovou hladinu, kterou m´ a letadlo pˇri zapnut´ı tohoto módu. • Pro vertik´ aln´ı rychlost V/S = 0 nejprve letadlo vyrovn´ a do horizont´ aln´ıho letu a takto dosaˇzenou letovou hladinu udrˇzuje. • Zapnut´ım ALT módu AP aktivuje automatické zapnut´ı módu SPD/MACH pro automat tahu motoru ATS.

Obr´ azek 5: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od ALT

5.2.1

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci ALT m´ odu

• 1 - Aktivn´ı mód ALT* a splnˇeny podm´ınky pro zapnut´ı módu ALT, automatické pˇrepnut´ı do módu ALT. • 2 - Nen´ı aktivn´ı mód ALT, nen´ı aktivn´ı f´ aze pˇrist´ an´ı LAND TRK. • 3 - Je aktivn´ı PROFILE m´ od, vytaˇzen´ım voliˇce rychlosti SPD/MACH na FCU se zap´ın´ a mód ALT jako doprovodn´ y mód k m´ odu SPD pro automat tahu motoru ATS. • 4 - Oba povelové systémy nejsou vypnuty, oba autopiloty nejsou zapnuty v CMD m´ odu.

5


5.3

10

LVL/CH m´ od

• Dovoluje provést zmˇenu letové hladiny s minim´ aln´ım zásahem posádky. • Autopilot zap´ın´ a mód pro stabilizaci rychlosti, automat tahu motoru zap´ın´ a mód THR pro udrˇzen´ı a zv´ yˇsen´ı tahového limitu pro stoup´ an´ı, nebo m´ od RETARD pro sn´ıˇzen´ı tahu motoru pˇri kles´ an´ı. • LVL/CH mód je chr´ anˇen proti pˇrekroˇcen´ı maximáln´ı rychlosti pˇri kles´ an´ı a proti minim´ aln´ı rychlosti pˇri stoup´ an´ı. Tato ochrana je taky pouˇzita pro m´ ody PROFILE, SRS a GO AROUND.

Obr´ azek 6: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od LVL/CH

5


5.3.1

11

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci LVL/CH m´ odu

• 1 - Stisknuto tlaˇc´ıtko LVL/CH, nejsou aktivn´ı módy SPD/MACH, ALT*, LAND TRK. • 2 - Nen´ı aktivn´ı mód PROFILE. Na FCU je vytaˇzen´ım voliˇce v´ yˇsky potvrzena nov´ a letov´ a hladina. • 3 - Je aktivn´ı mód PROFILE pro stoup´ an´ı P.CLB nebo P.DES pro kles´ an´ı. Vytaˇzen voliˇc rychlosti na FCU. • 4 - Splnˇeny podm´ınky pro zapnut´ı ALT* módu. Tento m´ od n´ asleduje automaticky po LVL/CH módu. Jedn´ a se o pˇrechodovou f´ azi pro dosaˇzen´ı zvolené letové hladiny. • 5 - Je aktivn´ı mód V/S a dosaˇzena mezn´ı dopˇredn´ a rychlost letadla, sign´ al proximity detector (sn´ımaˇc stlaˇcen´ı/nestlaˇcen´ı podvozku). • 6 - Oba autopiloty nejsou zapnuty v CMD reˇzimu, oba povelové systémy nejsou vypnuty. Aktivn´ı mód GO AROUND a m´ od TAKE OFF.

5


5.4

12

PROFILE m´ od

• Dovoluje pˇripojen´ı autopilotu a automatu tahu motoru k FMS. • Autopilot zap´ın´ a ˇr´ızen´ı letadla v podélném kanálu. Na z´ akladˇe informac´ı z datab´ aze FMS, m˚ uˇze b´ yt aktivn´ı jeden z tˇechto tˇr´ı subm´ od˚ u: P.ALT, P.CLB, P.DES. Kaˇzd´ y z tˇechto submód˚ u má f´ azi pˇr´ıpravnou a aktivn´ı. • Displeje zobrazuj´ıc´ı hodnoty SPD a V/S na FCU zobrazuj´ı pouze ˇcárky (vypnut´ı ˇr´ızen´ı podélného kan´ alu prostˇrednictv´ım povel˚ u z FCU). • Automat tahu motoru ATS zap´ın´ a v závislosti na aktivn´ım subm´ odu autopilotu pˇr´ısluˇsn´ y mód pro dosaˇzen´ı tahového limitu.

Obr´ azek 7: Logická s´ıt’ pro m´ od PROFILE

5.4.1

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci PROFILE m´ odu

• 1 - Stisknut´ı tlaˇc´ıtka PROFILE na FCU, m´ od PROFILE nesm´ı b´ yt aktivn´ı nebo v pˇr´ıpravˇe, nen´ı aktivn´ı mód LAND TRK, vˇsechny informace z FCC jsou v poˇra´dku. • 2 - Splnˇeny vˇsechny podm´ınky pro aktivaci m´ odu PROFILE. • 3 - Sign´ al z FMC pro stabilizaci v´ yˇsky (altitude) • 4 - Sign´ al z FMC pro stoup´ an´ı (climb) • 5 - Sign´ al z FMC pro kles´ an´ı (descent)

6

´ ˇÍVANE ´ PRO PR ˇ ÍCN ˇ Y ´ KANAL ´ AUTOPILOTU MODY POUZ

6

13

M´ ody pouˇ z´ıvan´ e pro pˇ r´ıˇ cn´ y kan´ al autopilotu

6.1

HDG m´ od

• Udrˇzuje kurs kter´ ym letadlo let´ı v okamˇziku aktivace módu. ano a poté udrˇzován z´ıskan´ y • Pokud je u ´hel n´ aklonu vˇetˇs´ı neˇz 5◦ , je letadlo nejprve vyrovn´ kurs.

Obr´ azek 8: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od HDG

6


6.1.1

14

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci HDG m´ odu

• 1 - Je aktivn´ı f´ aze zachycen´ı, nebo veden´ı kursového paprsku LOC CPT respektive LOC TRK. • 2 - Nen´ı zapnut´ y ˇzádn´ y z mód˚ u na vstupu OR hradla, m´ od LAND je v pˇr´ıpravˇe. • 3 - Aktivace módu HDG bˇehem poˇcáteˇcn´ı f´ aze startu (m´ od TAKE OFF - f´ aze ˇr´ızen´ı sklonu), nen´ı aktivn´ı mód HDG SEL. • 4 - Dalˇs´ı f´ aze startu, mód NAV v pˇr´ıpravˇe. • 5 - Stisk tlaˇc´ıtka HDG SEL na FCU, ztr´ ata nˇekteré z logick´ ych podm´ınek pro ˇcinnost HDG SEL m´ odu. • 6 - Zapnuté nap´ ajen´ı poˇc´ıtaˇc˚ u FCC. • 7 - Obdobné podm´ınk´ am 5. azi LOC CPT stisknut´ım tlaˇc´ıtka na FCU. • 8 - Vypnut´ı módu LAND ve f´ • 9 - Nen´ı aktivn´ı mód LAND, v´ ypadek sign´ alu z majáku VOR nebo LOC.

6


6.2

15

HDG SEL m´ od

• Umoˇzn ˇuje volbu a stabilizaci kursu letadla zvoleného na FCU.

Obr´ azek 9: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od HDG SEL

6.2.1

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci HDG SEL m´ odu

• 1 - Nen´ı aktivn´ı mód HDG SEL, stisknut´ı tlaˇc´ıtka HDG SEL na FCU, nebo vytaˇzen´ı voliˇce HDG SEL na FCU. • 2 - Nen´ı aktivn´ı mód LAND TRK.

6.3

NAV m´ od

• Umoˇzn ˇuje pˇripojen´ı autopilotu k FMS pro ˇr´ızen´ı letadla v pˇr´ıˇcném kanálu.

Obr´ azek 10: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od NAV

6


6.3.1

16

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci NAV m´ odu

• 1 - Stisknuto tlaˇc´ıtko NAV na FCU, nen´ı aktivn´ı mód LAND TRK. Nen´ı aktivn´ı ˇzádn´ a f´ aze módu NAV. ˇ ıd´ıc´ı sign´ • 2 - R´ aly z FMS jsou bez chyby. • 3 - SGU - Symbol Generator Unit neindikuje z´ avadu. • 4 - Platn´ y ˇr´ıdic´ı sign´ al z FMS. • 5 - Zmˇeˇren´ a v´ yˇska letadla je vˇetˇs´ı neˇz 30 ft, symbol v´ yˇsky na PFD je zobrazen spr´ avnˇe (SGU neindikuje z´ avadu). • 6 - Nepracuje radiov´ yˇskomˇer (nen´ı informace o v´ yˇsce), mód NAV se zap´ın´ a 5 sekund po odlehˇcen´ı podvozku.

6.4

VOR m´ od

• Umoˇzn ˇuje zachycen´ı a veden´ı letadla podle sign´ al˚ u z pozemn´ıch trat’ov´ ych radiomaj´ ak˚ u VOR.

Obr´ azek 11: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od VOR

6


6.4.1

17

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci VOR m´ odu

• 1 - Stisk tlaˇc´ıtka V/L na FCU. • 2 - Pˇrep´ınaˇc VOR/NAV/ILS v poloze VOR. • 3 - SGU neindikuje z´ avadu, sign´ al z pˇrij´ımaˇce VOR je v poˇra´dku. • 4 - Nen´ı aktivn´ı mód LAND TRK, nebo m´ od TAKE OFF. • 5 - Nen´ı aktivn´ı ˇzádn´ a f´ aze módu VOR nebo LOC. • 6 - Jsou splnˇeny podm´ınky pro zachycen´ı a veden´ı po sign´ alu z radiomaj´ aku VOR (kvalita sign´ alu, spr´ avné naladˇen´ı pˇrij´ımaˇce, atd.)

6.5

LOC m´ od

• Dovoluje zachycen´ı a veden´ı letadla podle kursového paprsku z radiomaj´ aku LOC (naz´ avisle na G/S paprsku). • Pouˇz´ıv´ a se v pˇr´ıpadech, kdy vysad´ı maj´ ak pro sestupov´ y paprsek GLIDE SLOPE (G/S), nebo kdyˇz letiˇstˇe nen´ı vybaveno t´ımto radiomaj´ akem. (nen´ı moˇzné pouˇz´ıt plnohodnotn´ y LAND mód, ˇr´ızen´ı letadla pˇri pˇrist´ an´ı pouze v pˇr´ıˇcném kanálu).

Obr´ azek 12: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od LOC

6


6.5.1

18

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci LOC m´ odu

• 1 - Stisk tlaˇc´ıtka V/L na FCU. • 2 - Vypoˇctená odchylka od kursového maj´ aku LOC, sign´ al z radiomaj´ aku je v poˇra´dku (NCD - Non Computed Data). • 3 - Nejsou aktivn´ı módy GO AROUND, LAND TRK, TAKE OFF. • 4 - Nen´ı aktivn´ı ˇzádn´ a f´ aze módu VOR nebo LOC. • 5 - Pˇrep´ınaˇc VOR/NAV/ILS je v poloze ILS. • 6 - LAND mód je ve f´ azi pˇr´ıpravy. • 7 - Opˇetovné potvrzen´ı spr´ avnosti sign´ alu z pˇrij´ımaˇce LOC. • 8 - Splnˇeny podm´ınky pro zachycen´ı a veden´ı po kursovém paprsku.

7

´ ˇÍVANE ´ PRO OBA KANALY ´ MODY POUZ AUTOPILOTU

7

M´ ody pouˇ z´ıvan´ e pro oba kan´ aly autopilotu

7.1

GA m´ od

• Dovoluje proveden´ı nového okruhu veden´ım letadla souˇcasnˇe v obou kan´ alech. • Umoˇzn ˇuje automatické pˇripojen´ı automatu tahu motoru k autopilotu. • Pro podéln´ y kan´ al AP je vyuˇz´ıv´ an subm´ od SRS. • V pˇr´ıˇcném kanálu je letadlo vystˇredˇeno na nulov´ y n´ aklon.

Obr´ azek 13: Logická s´ıt’ pro m´ od GA

7.1.1

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci GA m´ odu

• 1 - AP1 nebo AP2 nejsou v CMD reˇzimu. • 2 - Podvozek nen´ı zat´ıˇzen, zapnut´ı GA m´ odu 30 sekund po dosednut´ı. • 3 - Sloty jsou vysunuty nejménˇe na 15◦ . • 4 - M´ od TAKE OFF nen´ı aktivn´ı. • 5 - Stisknuto tlaˇc´ıtko TO/GA.

19

7


7.2

20

TO m´ od

• Zajiˇst’uje veden´ı letadla v poˇcáteˇcn´ı f´ azi startu. • V podélném kanálu je zapnut subm´ od SRS. • V pˇr´ıˇcném kanálu jsou vyuˇz´ıv´ any m´ ody RWY, HDG SEL, HDG.

Obr´ azek 14: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od To

7.2.1

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci TO m´ odu

• 1 - Nen´ı aktivn´ı GA m´ od. • 2 - Podvozek je zat´ıˇzen, tlaˇc´ıtko TO/GA je stisknuto aˇz 30 sekund od zat´ıˇzen´ı podvozku (logick´ a podm´ınka pro v´ ybˇer mezi módy GO AROUND a TAKE OFF). • 3 - Sloty jsou vysunuty nejménˇe na 15◦ . • 4 - Zapnut´ı p´ aˇcek GO na plynov´ ych p´ ak´ ach. • 1..4,5 - Splnˇen´ı podm´ınek pro ˇr´ızen´ı letadla v pˇr´ıˇcné a podélné ose. • 6 - Ani jeden z autopilot˚ u nen´ı zapnut v CMD reˇzimu. • 7 - Symboly na PFD jsou zobrazeny bez chyby.

7


21

• 8 - Sign´ al z kursového maj´ aku je bez chyby • 9 - Odchylka od skuteˇcného kursu od kursu ud´ avaného maj´ akem LOC je v toleranci.

7.3

LAND m´ od

• Dovoluje zachycen´ı a veden´ı letadla po paprsc´ıch maj´ aku ILS aˇz do koneˇcné f´ aze pˇrist´ an´ı ROLL OUT.

Obr´ azek 15: Logick´ a s´ıt’ pro m´ od LAND

7


7.3.1

22

Logick´ e podm´ınky pro aktivaci LAND m´ odu

• 1 - Je-li pˇri stisknut´ı tlaˇc´ıtka LAND detekov´ ana chyba f´ aze ROLL OUT, nelze LAND m´ od zapnout. • 2,3 - Fáze LAND ARM se m˚ uˇze zapnout pˇri stoj´ıc´ıch motorech na zemi pro potˇreby u ´drˇzby, nebo za letu ve v´ yˇsce QFE = RH vˇetˇs´ı neˇz 400 ft. • 4 - Inerce IRS-1 a IRS-2 jsou vystˇredˇeny a vypoˇc´ıt´ avaj´ı sign´ al kursu. • 5 - Symbol v´ yˇsky je zobrazen na PFD ve spr´ avné velikosti. • 6, 7 - Symbol kursového a sestupového paprsku je zobrazen na PFD ve spr´ avné velikosti a smˇeru. • 8 - Stisknuto tlaˇc´ıtko LAND na FCU. • 9, 10, 11, 12, 13 - V okamˇziku zapnut´ı LAND módu nen´ı ˇzádn´ y z tˇechto mód˚ u aktivn´ı. • 14 - Podm´ınka zachycen´ı kursového paprsku je splnˇena v okamˇziku kdy odchylka letadla od paprsku je max. 2/3 teˇcky. • 15 - Podm´ınka veden´ı letadla po kursovém paprsku je splnˇena, je-li odchylka po dobu 10ti sekund menˇs´ı neˇz 2/3 teˇcky. • 16 - Podm´ınka zachycen´ı sestupového paprsku je splnˇena, je-li odchylka letadla od sestupového paprsku v povoleném rozmez´ı. • 17 - Na PFD je zobrazen symbol pro odchylku sestupového paprsku. • 18, 19 - Pˇred zapnut´ım f´ aze G/S CPT je nutno, aby byla aktivn´ı f´ aze LOC CPT nebo LOC TRK. Pro standardn´ı pˇribl´ıˇzen´ı se vykon´ av´ a sekvence krok˚ u: LOC CPT, LOC TRK, G/S CPT, G/S TRK. • 20 - Pro zachycen´ı sestupového paprsku je nutno nejdˇr´ıve splnit podm´ınky pro f´ azi LAND ARM a LOC CPT. • 21 - Podm´ınka veden´ı letadla po sestupovém paprsku je splnˇena, pokud je chyba po dobu 10ti sekund menˇs´ı neˇz povolen´ a aktu´ aln´ı mez. • 22 - Ve v´ yˇsce RH = 400 ft se zap´ın´ a mód LAND TRK. • 23, 24, 25 - V´ yˇska 50 ft a splnˇen´ı podm´ınek pro f´ azi FLARE. Z d˚ uvod˚ u zv´ yˇsené bezpeˇcnosti nesm´ı b´ yt aktivn´ı mód ROLL OUT. To samé plat´ı i pro f´ azi ALIGN. • 26, 27 - Potvrzen´ı, ˇze LAND TRK mód je st´ ale aktivn´ı spolu s v´ yˇskou RH menˇs´ı neˇz 30 ft aktivuje ALIGN m´ od. ahy a stlaˇcen´ı • 28, 29 - Pro ROLL OUT m´ od je nutné potvrzen´ı o vystˇredˇen´ı letadla do osy dr´ pravé nebo levé podvozkové nohy. • 30 - Ve v´ yˇsce RH menˇs´ı neˇz 20 ft a je-li letadlo vystˇredˇeno, je zaslán pˇres funkci A/THR sign´ al z AP do ATS na staˇzen´ı p´ ak pˇr´ıpusti motor˚ u na 5◦ .

8

´ ´ ANALYZA PROBLEMU

8

23

Anal´ yza probl´ emu

8.1

Poˇ zadavky na aplikaci

M´ ym u ´kolem je na z´ akladˇe dokumentace realizovat simulaˇcn´ı program, kter´ y bude umoˇzn ˇovat simulaci letov´ ych mód˚ u letounu Airbus A310. V souladu se zad´ an´ım a po konzultaci s vedouc´ım mé pr´ ace, jsem si stanovil na aplikaci n´ asleduj´ıc´ı poˇzadavky. 1. Aktivn´ı módy budou indikov´ any zobrazovaˇcem mód˚ u FMA. 2. Pro kaˇzd´ y mód bude v maxim´ aln´ı moˇzné m´ıˇre zobrazov´ ana letov´ a a navigaˇcn´ı situace na displej´ıch EFIS. 3. Pˇri pˇrechodech mezi módy bude uvaˇzována kinematika pohybu letadla v m´ıˇre, kter´ a je nezbytn´ a k pˇrep´ın´ an´ı mód˚ u. 4. Jednotlivé módy bude moci uˇzivatel ovl´ adat nejen prostˇrednictv´ım FCU, ale téˇz aktivac´ı pˇr´ısluˇsn´ ych sign´ al˚ u v logické s´ıti. 5. Kaˇzd´ y aktivn´ı vodiˇc v logické s´ıti bude barevnˇe zv´ yraznˇen. 6. Program bude navrˇzen tak, aby jej bylo moˇzné vyuˇz´ıt pro v´ yuku. y manu´ al. 7. Souˇcást´ı programu bude uˇzivatelsk´

8.2

N´ avrh zp˚ usobu ˇ reˇ sen´ı

Obr´ azek 16: N´ astin ˇreˇsen´ı v prvn´ım pˇribl´ıˇzen´ı M´ a prvn´ı pˇredstava o struktuˇre aplikace odpov´ıdala v´ yˇseuvedenému schématu. Vazba mezi ´ AN ´ Í SÍTE. ˇ Blok LOGIKA obsystémem a uˇzivatelem se uzav´ır´ a pˇres bloky FCU, FMA a OVLAD sahuje logické podm´ınky nutné pro aktivaci m´ od˚ u a blok LETADLO pˇr´ısluˇsné kinematické rovnice a dynamické parametry letadla.

´ ER ˇ VHODNEHO ´ ´ VYB SOFTWARE PRO REALIZACI SIMULATORU

9

9

24

V´ ybˇ er vhodn´ eho software pro realizaci simul´ atoru

9.1

MATLAB

Prostˇred´ı MATLAB si na akademické p˚ udˇe vybudovalo znaˇcnou oblibu. Z p˚ uvodn´ıho pomˇernˇe jednoduchého programu pro technické v´ ypoˇcty se vyvinul siln´ y n´ astroj vhodn´ y i pro simulaci velice sloˇzit´ ych systém˚ u. Uplatnˇen´ı si z´ıskal nejen ve ˇskolstv´ı, ale prakticky ve vˇsech nehumanitn´ıch vˇedn´ıch oborech - napˇr. v elektrotechnice, letectv´ı, biologii, ale i v ekonomii. Stalo se tak d´ıky mnoˇzstv´ı doplˇ nuj´ıc´ıch toolbox˚ u a zvl´ aˇstˇe pak d´ıky integrovanému prostˇred´ı SIMULINK. V letectv´ı se Matlab s v´ yhodou pouˇz´ıv´ a napˇr. pro n´ avrh autopilot˚ u. Velkou pˇrednost´ı Matlabu je dosaˇzen´ı kvalitn´ıho v´ ysledku za pomˇernˇe kr´ atk´ y ˇcas. Samozˇrejmˇe toto tvrzen´ı nelze br´ at doslova a plat´ı jen v urˇcit´ ych situac´ıch. V prvn´ıch pokusech jsem se tedy snaˇzil vybudovat j´ adro systému v Matlabu. V Simulinku jsem ale s´ıt’ reprezentuj´ıc´ı logické podm´ınky pro aktivaci vytvoˇril model autopilotu stranového pohybu1 , d´ módu HDG/SEL. Ovl´ adac´ı panel FCU a zobrazovaˇc FMA jsem realizoval jako S-funkci napsanou v jazyce Matlabu - tzv. mfile. Toto ˇreˇsen´ı bylo sice funkˇcn´ı, ale z´ aroveˇ n se uk´ azalo jako nevyhovuj´ıc´ı. Matlab je sice jedniˇcka na simulace dynamick´ ych systém˚ u, ale vytv´ aˇren´ı pˇra´telského grafického rozhran´ı v nˇem je leckdy infarktové. Pokud chci vytvoˇrit v Matlabu sofistikovanˇejˇs´ı GUI, mus´ım vyuˇz´ıt JAVA knihoven. To je na prvn´ı pohled velice elegantn´ı zp˚ usob, kter´ y bohuˇzel rovnˇeˇz ˇcin´ı pot´ıˇze. Prvn´ı z nich je syntaktick´ a, t.j. zp˚ usob z´ apisu programu. Objekty Javy totiˇz nem˚ uˇzu v Matlabu vytv´ aˇret v jazyce Java, ale v jazyce Matlabu. T´ım doch´ az´ı ke zmˇenˇe syntaxe, kter´ a je pak ˇcasto matouc´ı. Dalˇs´ım problémem je, ˇze program napsan´ y v Matlabu se nepˇrekl´ ad´ a, ale vykon´ av´ a an´ı programu se pˇr´ıkaz za pˇr´ıkazem. To je u vˇetˇs´ıch projekt˚ u nev´ yhodné, protoˇze se tak vykonáv´ znaˇcnˇe zpomal´ı.

9.2

MATLAB a C#

Druhou moˇznost´ı je pouˇz´ıt Matlab, respektive simulink pouze pro bloky LETADLO a LOGIKA viz. obr´ azek16 a pro veˇskerá grafick´ a rozhran´ı pouˇz´ıt nˇejak´ y vyˇsˇs´ı programovac´ı jazyk. Pˇri v´ ybˇeru jazyka jsem vycházel ze sv´ ych dosavadn´ıch zkuˇsenost´ı a z moˇznost´ı, které dan´ y jazyk nab´ız´ı. Jeˇ ıdic´ı techniky Programovac´ı jazyky pro ˇr´ızen´ı ve kterém se likoˇz jsem absolvoval pˇredmˇet katedry R´ vyuˇcuje jazyk C#, a jelikoˇz tento jazyk bohatˇe postaˇcuje m´ ym poˇzadavk˚ um, pouˇzil jsem pro dalˇs´ı experimenty pr´ avˇe C#. 9.2.1

Komunikace mezi C# a MATLABEM

Komunikaci mezi modelem navrˇzen´ ym v Simulinku a aplikac´ı napsanou v C# lze pod operaˇcn´ım systémem Windows XP nejjednoduˇseji zaˇr´ıdit uˇzit´ım nˇekterého standardn´ıho komunikaˇcn´ıho protokolu. • Protokol TCP: TCP - Transmision Control Protocol. Tento protokol je dnes asi nejpouˇz´ıvanˇejˇs´ı. Jedn´ a se o protokol orientovan´ y na spojen´ı. To znamená, ˇze pˇred samotnou komunikac´ı se ana a po skonˇcen´ı vys´ıl´ an´ı je nutné sponav´ aˇze spojen´ı. Vˇsechna odeslaná data jsou potvrzov´ jen´ı ukonˇcit. • Protokol UDP: UDP - User Datagram Protokol. Tento protokol patˇr´ı mezi nespojové sluˇzby. Nespojové v tom smyslu, ˇze nedocház´ı k nav´ azán´ı spojen´ı a odchoz´ı data nejsou potvrzov´ ana. 1

Veˇskeré simulinkové modely budou uvedeny d´ ale

´ ER ˇ VHODNEHO ´ ´ VYB SOFTWARE PRO REALIZACI SIMULATORU

9

25

Data jsou odesl´ ana na danou IP adresu a dan´ y UDP port a odes´ılatel se nedozv´ı zda doˇsla, nebo zda nebyla nˇejak poˇskozena. UDP protokol je vhodné pouˇz´ıt v pˇr´ıpadˇe, kdy by bylo TCP velkou z´ atˇeˇz´ı pro s´ıt’. Vzhledem k tomu, ˇze aplikace je navrhov´ ana pro bˇeh na lok´ aln´ım poˇc´ıtaˇci, a tud´ıˇz nehroz´ı velké nebezpeˇc´ı ztr´ aty dat, implementoval jsem komunikaci pˇres UDP. V prostˇred´ı Simulinku jsem vytvoˇril S-funkci pro blok odes´ıl´ an´ı dat, pˇriˇcemˇz program FMA naslouchal na daném portu.

9.3

MATLAB WIZARD

V pr˚ ubˇehu studia dané problematiky z internetov´ ych zdroj˚ u jsem se seznámil s volnˇe dostupn´ ym programem Matlab Wizard2 . Autory programu jsou Jan Maˇsek a Petr Stodulka z 1. Lékaˇrské fakulty UK. Tento program umoˇzn ˇuje spr´ avnˇe navrˇzen´ y model v prostˇred´ı Simulink pˇrevést na platformu .Net. Navrhneme-li v Simulinku model, m˚ uˇzeme Matlab Wizardem vygenerovat .Net assembly a toto assembly standardn´ım zp˚ usobem zaˇclenit do naˇs´ı aplikace, kter´ a bude naps´ ana v libovolném jazyce rodiny .Net. 9.3.1

V´ yhody pouˇ zit´ı programu MATLAB WIZARD ve spojen´ı se C#

Tato cesta pˇrin´ aˇs´ı mnoho v´ yhod. Pˇri sv´ ych u ´vah´ ach vych´ az´ım z pˇredpokladu, ˇze program má slouˇzit pro v´ yuku. Bude-li program z´ avisl´ y na Matlabu, znemoˇzn´ı pouˇz´ıv´ an´ı tˇem uˇzivatel˚ um, kteˇr´ı k Matlabu nemaj´ı pˇr´ıstup. Dalˇs´ım problémem je, ˇze nemohu zaruˇcit kompatibilitu se vˇsemi verzemi. A posledn´ım racion´ aln´ım d˚ uvodem je moˇznost pohodlného ovl´ ad´ an´ı. Pokud se uˇzivatel mus´ı pˇrep´ınat mezi aplikacemi, ovlád´ an´ı systému se pak stáv´ a nepohodln´ ym. Vytvoˇren´ı samostatné aplikace je yhodnˇejˇs´ı. tedy jasnˇe nejv´

9.4

Shrnut´ı

Po zv´ aˇzen´ı vˇsech uveden´ ych skuteˇcnost´ı, dosaˇzen´ ych v´ ysledk˚ u a z´ıskan´ ych zkuˇsenost´ı jsem se rozhodl realizovat simul´ ator v jazyce C# jako samostatnou aplikaci, pracuj´ıc´ı na platformˇe .Net.

2

Program vˇcetnˇe dokumentace je na pˇriloˇzeném CD

´ REALIZACE SIMULATORU

10

10

26

Realizace simul´ atoru

Po anal´ yze problému jsem se rozhodl rozˇclenit v´ yvoj systému do nˇekolika f´ az´ı. Vych´ azel jsem opˇet ze schématu základn´ıho pˇribl´ıˇzen´ı 16. 1. N´ avrh a realizace zobrazovaˇce FMA a displej˚ u EFIS. 2. N´ avrh a realizace ovládac´ıho panelu FCU. 3. N´ avrh a implementace matematického modelu. 4. Implementace logick´ ych podm´ınek. 5. N´ avrh a realizace simulátoru logick´ ych s´ıt´ı. 6. Slouˇcen´ı vˇsech modul˚ u. 7. Vytvoˇren´ı dokumentace.

10.1

Charakteristika objektovˇ e orientovan´ eho programov´ an´ı

Pro realizaci zobrazovaˇce a displej˚ u nebudu vyuˇz´ıvat ˇzádn´ ych speciáln´ıch knihoven. K mému u ´ˇcelu velmi dobˇre poslouˇz´ı komponenty uˇzivatelského rozhran´ı WinForms, které je souˇcást´ı Microsoft Visual Studia. Jazyk C# je ryze objektov´ y. To znamená, ˇze kaˇzd´ y projekt mus´ı obsahovat alespoˇ n jednu tˇr´ıdu. Kaˇzd´ a tˇr´ıda m´ a své vlastnosti, metody a ud´ alosti. Pro lepˇs´ı pˇredstavu poslouˇz´ı analogie s reáln´ ymi objekty. Kaˇzd´ y ˇclovˇek se s nˇejak´ ymi objekty setk´ av´ a, nebo je vlastn´ı. Mˇejme napˇr´ıklad tˇr´ıdu Auto. Kaˇzdé auto má nˇejakou barvu. Jakou barvu, to reprezentuje vlastnost. Proto i naˇse tˇr´ıda Auto bude m´ıt vlastnost barva. S takovou vlastnot´ı se mohou prov´ adˇet r˚ uzné operace. Barvu auta m˚ uˇzeme zmˇenit napˇr´ıklad z ˇcervené na modrou. Kaˇzdé auto pokud je v poˇra´dku po otoˇcen´ı kl´ıˇcku alost Nastartuj. Po seˇslápnut´ı plynového ped´ alu se,pokud nastartuje. Pˇriˇrad´ıme tedy naˇs´ı tˇr´ıdˇe ud´ ’ je zaˇrazena rychlost, auto rozjede. Tomu by mohla odpov´ıdat ud´ alost jed , kter´ a by se odstartovala po stisku ped´ alu. Metody tˇr´ıdy by mohly prov´ adˇet v´ ypoˇcty rychlosti, stavu paliva, atd. Pokud vytvoˇr´ıme instanci naˇs´ı tˇr´ıdy Auto, dostaneme objekt Auto, se kter´ ym pak m˚ uˇzeme provádˇet dané operace. Princip objektového programov´ an´ı tedy pˇripom´ın´ a jakousi stavebnici.

10.2

PFD

Pˇri v´ yvoji prim´ arn´ıho displeje jsem vyˇsel z vlastn´ı podoby displeje na z´ akladˇe dokumentace. Do displeje je zaˇclenˇen FMA, d´ ale umˇel´ y horizont EADI, ukazatel vzduˇsné rychlosti, ukazatel v´ yˇsky, ukazatel stranové odchylky ILS a ukazatel v´ yˇskové odchylky ILS. Kaˇzd´ y zobrazovac´ı prvek displeje je zobrazov´ an na vlastn´ım panelu. Pˇri realizaci displeje jsem musel ˇreˇsit problém Flickeringu. Pˇri pˇr´ımém kreslen´ı na obrazovku obraz blik´ a od postupného vytváˇren´ı. Tento efekt je tˇreba odstranit. Metoda kter´ a to umoˇzn ˇuje se naz´ yv´ a Double Buffering 10.2.1

Double Buffering

Tato program´ atorsk´ a metoda spoˇc´ıv´ a v tom, ˇze se tvorba obrazu rozdˇel´ı na vykreslovanou a zobrazovanou ˇcást, draw buffer a display buffer - ten b´ yv´ a zpravidla uloˇzen´ y pˇr´ımo v pamˇeti grafické ’ karty. Samotn´ y program pak obsahuje jednu pomocnou pamˇet , zpravidla bitmapu. Princip metody nejlépe pˇribl´ıˇz´ı obr´ azek17.

10


Obr´ azek 17: Kreslen´ı metodou Double Buffering

10.2.2

Struktura tˇ r´ıdy PFD

public class FormPfd : System.Windows.Forms.Form { Bitmap bmp; //Bitmapa pro eadi } public FormPfd() { InitializeComponent(); } //------------Vlastnosti-------------------//.......................................... //-----------------------------------------public void prekresli() { if (pPlocha==null && pPlocha.Size.Width==0 || pPlocha.Size.Height==0) return; //Je uz vytvoren panel? if (buffering == true) { if (bmp == null)//Vytvorime bitmapu bmp = new Bitmap(pPlocha.Size.Width, pPlocha.Size.Height, PixelFormat.Format24bppRgb); nakresli(Graphics.FromImage(bmp)); //Kreslime do bitmapy Graphics dc = pPlocha.CreateGraphics(); dc.DrawImageUnscaled(bmp,0,0); } else pPlocha.Invalidate();

27

10


28

} public void nakresli(Graphics g) { //Nakreslime Eadi } private void pPlocha_Paint(object sender, System.Windows.Forms.PaintEventArgs e) { Graphics dc = e.Graphics; if (buffering == true) { dc.DrawImageUnscaled(bmp,0,0); // kop´ ırujeme na obrazovku return; } else { nakresli(dc); } } Uveden´ y fragment k´ odu zn´ azorˇ nuje postup pˇri kreslen´ı PFD displeje. Z´ akladn´ı metodou je metoda nakresli(Graphics g). Tato metoda kresl´ı dan´ y objekt, v naˇsem pˇr´ıpadˇe zobrazen´ı EADI, ˇcili elektronické podoby umˇelého horizontu. Metoda prekresli() vytvoˇr´ı, v pˇr´ıpadˇe, ˇze jeˇstˇe nen´ı vytvoˇrena, bitmapu, zavol´ a metodu nakresli(Graphics g) a objekt kreslen´ y touto metodu je nakreslen do pamˇeti - bitmapy. Vlastn´ı vykreslován´ı na obrazovku je obslouˇzeno metodou Paint(). T´ımto postupem je zajiˇstˇen Double Buffering, popsan´ y na v´ yˇseuvedeném obr´ azku. Stejn´ ym zp˚ usobem jsou vykresleny vˇsechny ostatn´ı prvky displeje jako jsou ukazatel vzduˇsné rychlosti, ukazatel v´ yˇsky, indik´ atory odchylek ILS, apod. Takto navrˇzené tˇr´ıdˇe jsem pˇriˇradil vlastnoti, prostˇrednictv´ım kter´ ych um pˇristupovat. Napˇr´ıklad: je moˇzno k objekt˚ public int tbRollValue { get { return tb_RollValue;} set { tb_RollValue = value;} } Deklarovan´ a vlastnost umoˇzn ˇuje ovl´ ad´ an´ı podélného sklonu. Pro detailnˇejˇs´ı pˇredstavu se na pˇriloˇzeném CD nach´ az´ı kompletn´ı v´ ypis programu.

10.3

ND

Navigaˇcn´ı displej byl vykreslen stejnou technikou jako prim´ arn´ı displej. Struktura tˇr´ıdy je stejn´ a, jen metody kresl´ı jiné objekty a vlastnosti tˇr´ıdy jsou jiné.

10


10.4

V´ ysledn´ a podoba EFIS displej˚ u

Obr´ azek 18: V´ ysledn´ a podoba PFD displeje

Obr´ azek 19: V´ ysledn´ a podoba ND displeje

29

10


10.5

30

FCU

Pro n´ avrh FCU jsem zprvu vyuˇzil standardn´ıch komponent uˇzivatelského rozhran´ı WindowsForms. Tyto komponety bohatˇe postaˇcovaly k vlastn´ı funkˇcnosti simul´ atoru. V pr˚ ubˇehu pr´ ace jsem vˇsak dospˇel k pˇresvˇedˇcen´ı, ˇze bude tˇreba vzhled FCU panelu co nejv´ıce pˇribl´ıˇzit skuteˇcnosti. T´ım bude dojem ze simulace vˇernˇejˇs´ı. Nemluvˇe o dojmu estetickém. Za t´ımto u ´ˇcelem jsem tedy musel vytvoˇrit vlastn´ı ov´ adac´ı prvky. Jednalo se o pˇrep´ınaˇce autopilot˚ u, voliˇce v´ yˇsky, kursu, vzduˇsné a vertik´ aln´ı rychlosti a tlaˇc´ıtka. 10.5.1

Realizace vlastn´ıch ovl´ adac´ıch prvk˚ u

Realizace kaˇzdého ovl´ adac´ıho prvku se d´ a rozˇclenit do n´ asleduj´ıc´ıch u ´kon˚ u 1. N´ avrh 2. Tvorba 3. Testován´ı 4. Zaˇclenˇen´ı 10.5.2

N´ avrh prvku Voliˇ c

ame, jak´ ym Neˇz zaˇcneme nˇejak´ y uˇzivatelsk´ y prvek vytv´ aˇret, mus´ıme si ujasnit co od prvku oˇcekáv´ zp˚ usobem bude ovl´ ad´ an, jak´ y bude generovat v´ ystup a v neposledn´ı ˇradˇe jak bude graficky reprezentov´ an. Napˇr´ıklad pro voliˇc vzduˇsné rychlosti jsem si nadefinoval n´ asleduj´ıc´ı poˇzadavky: 1. Voliˇc bude graficky co nejlépe odpov´ıdat skuteˇcnosti 2. Voliˇc bude reagovat na ud´ alosti myˇsi. 3. Do prvku bude implementov´ ana moˇznost hrubého a jemného nastaven´ı rychlosti. 4. D´ ale bude implementov´ ana moˇznost potvrzen´ı zvolené rychlosti. 5. Pˇri najet´ı kurzoru myˇsi se zobraz´ı struˇcn´ a n´ apovˇeda jak s prvkem pracovat. Z tohoto v´ yˇctu je jasnˇe vidˇet co od prvku oˇcekáv´ ame a m˚ uˇzeme pˇristoupit k dalˇs´ımu u ´konu, j´ımˇz je vlastn´ı tvorba. 10.5.3

Tvorba prvku

V tomto bodu jsem postupoval v poˇrad´ı daném pˇredchoz´ım v´ yˇctem. Nejprve jsem si vzhled voliˇce nakreslil. V dalˇs´ım kroku jsem ve tˇr´ıdˇe prvku implementoval reakce na ud´ alosti. Pokud m´ a n´ ami budovan´ y prvek alespoˇ n nˇekteré rysy spoleˇcné s prvky WindowsForms, je neadac´ı prvek, odvodit jej z nˇejaké základn´ı tˇr´ıdy. Fragjjednoduˇsˇs´ı cesta jak vybudovat vlastn´ı ovl´ ment programu, kter´ y zn´ azorˇ nuje kostru prvku Voliˇc, odvozeného ze tˇr´ıdy UserControl, je uveden v n´ asleduj´ıc´ım textu.

10


public class Volic : System.Windows.Forms.UserControl { private int _Value; public int Value //Vlastnost vraci nastavenou hodnotu { get {return _Value;} set {_Value = value;} } private int _Maximum; public int Maximum //Horn´ ı mez pro nastavenou hodnotu { get {return _Maximum;} set {_Maximum = value;} } private int _Minimum; //Doln´ ı mez pro nastavenou hodnotu public int Minimum { get {return _Minimum;} set {_Minimum = value;} } public event EventHandler Scroll; //Deklarace ud´ alosti pro nastaven´ ı hodnoty public event EventHandler Klick; //Deklarace ud´ alosti, kter´ a se odp´ al´ ı //po kliknut´ ı na prvku public Volic() { } System.Timers.Timer t = new System.Timers.Timer(); //Deklarace c ˇasovaˇ ce bool Dn = false; //Promˇ enn´ a signalizuje zda je tlaˇ c´ ıtko myˇ si stisknuto private void DnHrube_MouseDown(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e) { //Tato metoda zajist´ ı nastaven´ ım intervalu c ˇasovaˇ ce na //15ms hrub´ e nastavov´ an´ ı Dn = true; t.Interval = 15; t.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(t_elapsed); t.Enabled = true; //Spuˇ stˇ en´ ı ˇ casovaˇ ce } private void DnHrube_MouseUp(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e) { //Zde rikame, z ˇe tlaˇ cı ´tko myˇ si nen´ ı stisknuto. //Ukonˇ c´ ıme ud´ alost c ˇasovaˇ ce - nastavov´ an´ ı hodnot. Dn = false; t.Enabled = false; } private void t_elapsed(object sender,

31

10

´ REALIZACE SIMULATORU System.Timers.ElapsedEventArgs e) { //Ud´ alost c ˇasovaˇ ce. Pokud je stisknuto tlaˇ c´ ıtko pro naˇ c´ ıt´ an´ ı //v kladn´ em smˇ eru,st´ avaj´ ıc´ ı hodnota se inkrementuje. //v opaˇ cn´ em pˇ r´ ıpadˇ e dekrementuje, a to v dan´ ych mez´ ıch. if(this.Scroll != null) Scroll(this,EventArgs.Empty); if(Dn && (this.Value > this.Minimum)) this.Value--; else if(!Dn && (this.Value < this.Maximum)) this.Value++; }

private void DnJemne_MouseDown(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e) { Dn = true; t.Interval = 300; t.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(t_elapsed); t.Enabled = true; } private void DnJemne_MouseUp(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e) { Dn = false; t.Enabled = false; } private void UpHrube_MouseDown(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e) { Dn = false; t.Interval = 15; t.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(t_elapsed); t.Enabled = true; } private void UpHrube_MouseUp(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e) { Dn = false; t.Enabled = false; } private void UpJemne_MouseDown(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e) { Dn = false; t.Interval = 300; t.Elapsed += new System.Timers.ElapsedEventHandler(t_elapsed);

32


10

33

t.Enabled = true; } private void UpJemne_MouseUp(object sender, System.Windows.Forms.MouseEventArgs e) { Dn = false; t.Enabled = false; } private void Check_Click(object sender, System.EventArgs e) { //tato ud´ alost slouˇ zı ´ k potvrzen´ ı zvolen´ e hodnoty Voliˇ ce. if(this.Klick != null) Klick(this,EventArgs.Empty); } } } Funkci uvedeného k´ odu popisuj´ı koment´ aˇre, které jsou jeho souˇcást´ı.

Obr´ azek 20: V´ ysledn´ a podoba voliˇce

10.5.4

Testov´ an´ı

Ovl´ adac´ı prvek je tedy navrˇzen. Neˇz ho vˇsak budeme moci pouˇz´ıt v projektu, je tˇreba ho peˇclivˇe otestovat a m´ıt jistotu, ˇze se chová pˇresnˇe tak, jak od nˇej oˇcekáv´ ame. Pro testován´ı ovl´ adac´ıho prvku jsem musel vytvoˇrit nˇekolik m´ısty jednoduch´ ych, m´ısty n´ aroˇcnˇejˇs´ıch testovac´ıch skript˚ u. Ty zde vˇsak nebudu uv´ adˇet. Vˇsechny jsou souˇcást´ı pˇriloˇzeného CD. Zm´ınˇené testy si vyˇzádaly nˇekolik nen´ aroˇcn´ ych u ´prav, které jsem provedl. Po odladˇen´ı prvek pracoval bez problém˚ u podle poˇzadavk˚ u, které jsem uvedl na zaˇcátku podkapitoly. Proto bylo moˇzné jej zaˇclenit do aplikace. 10.5.5

N´ avrh ostatn´ıch ovl´ adac´ıch prvk˚ u

Pˇri n´ avrhu ostatn´ıch prvk˚ u jsem postupoval obdobnˇe. Na n´ asleduj´ıc´ım obr´ azku je v´ ysledn´ a podoba vytvoˇreného FCU.

10


34

Obr´ azek 21: V´ ysledn´ a podoba FCU

10.6

FMA

FMA je souˇcást´ı prim´ arn´ıho letového dipleje, jehoˇz tvorbu jsem uˇz popsal. Vlastn´ı zobrazovaˇc byl vytvoˇren pomoc´ı prvk˚ u label. Na základˇe splnˇen´ı podm´ınek pro zapnut´ı urˇcitého módu se zmˇen´ı vlastnost text zvoleného labelu. Mˇejme napˇr´ıklad prvek label jména lbZona12, kde ˇc´ıslo 12 oznaˇcuje, ˇze se jedná o prvn´ı ˇra´dek a druh´ y sloupec. Budeme-li cht´ıt zobrazit na zobrazovaˇci symbol pro m´ od ALT, m˚ uˇzeme tak uˇcinit pˇr´ıkazem lbZona12.Text = "ALT"

10


10.7

35

Simul´ ator logick´ ych s´ıt´ı

Pˇred samotn´ ym vytv´ aˇren´ım simul´ atoru logick´ ych s´ıt´ı je tˇreba si znovu pˇripomenout a upˇresnit poˇzadavky na simul´ ator. 1. S´ıt’ je kreslena dle normy ASA. 2. Ovl´ ad´ an´ı s´ıtˇe je moˇzno prov´ adˇet dialogovˇe. 3. Aktivn´ı vodiˇce jsou barevnˇe odliˇseny od neaktivn´ıch. 4. Blok˚ um zpoˇzdˇen´ı je moˇzno pˇriˇrazovat hodnotu zpoˇzdˇen´ı v ms. 5. Na základˇe vyhodnocen´ı s´ıtˇe je moˇzno provést simulaci konkrétn´ıho m´ odu. 10.7.1

Diskuze moˇ zn´ ych ˇ reˇ sen´ı

Na základˇe uveden´ ych poˇzadavk˚ u je tˇreba provést diskusi moˇzn´ ych ˇreˇsen´ı a vybrat nejvhodnˇejˇs´ı. P˚ uvodnˇe jsem uvaˇzoval nad moˇznost´ı vytvoˇrit kaˇzdou souˇcástku jako objekt a jednotlivé objekty a. Kaˇzdé logické - souˇcástky tak pospojovat jako ve schématu. Tato moˇznost je vˇsak pˇr´ıliˇs n´ aroˇcn´ hradlo pˇredstavuje vlastnˇe miniaturn´ı poˇc´ıtaˇc, kter´ y je tˇreba naprogramovat. Dalˇs´ım problémem je vytvoˇren´ı pin˚ u pro pˇripojen´ı vstup˚ u. Protoˇze hradla v mém schématu maj´ı promˇenn´ y poˇcet vstup˚ u, bylo by nutné zajistit voliteln´ y poˇcet vstupn´ıch pin˚ u. Tuto moˇznost jsem tedy opustil. Bylo tˇreba zvolit nejjednoduˇsˇs´ı a pˇritom nejefektivnˇejˇs´ı ˇreˇsen´ı. Proto jsem jednotliv´ a hradla realizoval tak, aby je bylo moˇzno reprezentovat odpov´ıdaj´ıc´ı grafickou znaˇckou, ale jejich vlastn´ı vyhodnocen´ı je prov´ adˇeno metodami samostatné tˇr´ıdy. Tento zp˚ usob ˇreˇsen´ı umoˇzn ˇuje na z´ akladˇe vyhodnocen´ı odpov´ıdaj´ıch vstupn´ıch sign´ al˚ u pˇriˇradit hradlu odpov´ıdaj´ıc´ı v´ ystupn´ı hodnotu. Pro lepˇs´ı ilustraci jsou uvedeny pˇr´ıklady. 10.7.2

Pˇ r´ıklad n´ avrhu hradla

Obr´ azek 22: Hradlo OR Jak uˇz jsem uvedl dˇr´ıve, kaˇzdé hradlo je komponentou, kter´ a vˇsak nen´ı schopna sama vyhodnotit své vstupy. Ty jsou vyhodnoceny pomoc´ı metod jin´ ych tˇr´ıd. Strukturu tˇr´ıdy hradla OR ukazuje n´ asleduj´ıc´ı k´ od. public class Or : System.Windows.Forms.Control { public Or() { } //--------------------Vlastnosti-----------//hodnota

10


36

private bool rb_Value; public bool mValue { get {return rb_Value;} set {rb_Value = value;} } //popisek private string p_opisek; public string popisek { get {return p_opisek;} set {p_opisek = value;} } //--------------------end Vlastnosti--------private void nakresli(Graphics g) { //Zde nakreslime soucastku System.Resources.ResourceManager resources = new System.Resources.ResourceManager(typeof(Or)); Image image = ((System.Drawing.Image)(resources.GetObject("Or.JPG"))); g.DrawImage(image,x,y); //............................ //............................ if (!mValue) { g.DrawLine(vyp,x0,y0,x1,y1); } else { g.DrawLine(zap,x0,y0,x1,y1); } } public void vyhodnot() { this.Invalidate(true); } protected override void OnPaint(PaintEventArgs pe) { Graphics dc = pe.Graphics; this.nakresli(dc,sirka, vyska); base.OnPaint(pe); } } Z k´ odu je zˇrejmé, ˇze tˇr´ıda m´ a vlastnosti mValue a popisek. Vlastnost mValue je kl´ıˇcová pro celé hradlo. Podle toho jestli je nastavena na false, nebo true má hradlo odpov´ıdaj´ıc´ı v´ ystupn´ı hodnotu. Vlastnost popisek je typu string a slouˇz´ı k pˇriˇrazen´ı popisu hradla ve schématu, napˇr.

10


37

Or1. Hlavn´ı metodou, kter´ a vlastn´ı hradlo kresl´ı je metoda nakresli(Graphics g). V jej´ım tˇele doch´ az´ı k vykreslov´ an´ı bitmapy odpov´ıdaj´ıc´ı znaˇcce hradla Or, jeho vstup˚ u a v´ ystup˚ u. Podle toho, zda je vlastnost mValue nastavena na true nebo false, je v´ ystup nakreslen zelenou respektive ˇcernou ˇcárou. Metoda vyhodnot() je veˇrejn´ a, a proto je ji moˇzno volat i z metod jin´ ych tˇr´ıd. Prov´ ad´ı poˇzád´ an´ı o ud´ alost OnPaint(), a tedy okamˇzité vykreslen´ı na obrazovku. Celou filosofii pouˇzit´ı hradla opˇet ukazuje pˇr´ıklad. public bool test(bool x, bool y) { Or1.mValue = x || y; Or1.vyhodnot(); return Or1.mValue; } Pro zobrazen´ı logick´ ych schémat jsem potˇreboval pouze hradla OR a AND. Hradlo AND je ˇreˇseno u ´plnˇe stejnˇe jako OR. Liˇs´ı se pouze v zobrazen´ı grafické znaˇcky. Dalˇs´ımi ˇcleny, které bylo tˇreba navrhnout, byly bloky zpoˇzdˇen´ı a vstupn´ı a v´ ystupn´ı konektory logické s´ıtˇe. 10.7.3

N´ avrh bloku Delay

public class Del : System.Windows.Forms.Control { public Del() { InitializeComponent(); } //-----------------Vlastnosti--------------//hodnota private bool rb_Value; public bool mValue { get {return rb_Value;} set {rb_Value = value;} } //popisek private string p_opisek; private string popisek { get {return p_opisek;} set {p_opisek = value;} } //popisek private bool _vystup; public bool vystup { get {return _vystup;} set {_vystup = value;} }

10


38

//---------------end Vlastnosti-------------public void nakresli(Graphics g,int sirka,int vyska) { //-------Zde nakreslime grafickou znacku bloku Delay } public void vyhodnot() { Thread.Sleep(Convert.ToInt32(this.textBox1.Text)); this.vystup = this.mValue; this.Invalidate(true); } protected override void OnPaint(PaintEventArgs pe) { Graphics dc = pe.Graphics; this.nakresli(dc,this.Size.Width,30); base.OnPaint(pe); } } N´ avrh bloku zpoˇzdˇen´ı Delaye je obdobn´ y jako u hradel. Je zde nav´ıc vlastnost vystup typu bool. Blok obsahuje nav´ıc prvek textBox. Ten slouˇz´ı k nastaven´ı zpoˇzdˇen´ı v ms. Vlastn´ı zpoˇzdˇen´ı je uskuteˇcnˇeno pozastaven´ım vl´ akna na uˇzivatelem stanovenou dobu. Po uplynut´ı této doby se hodnota vlastnosti mValue pˇriˇrad´ı i vlastnosti vystup.

Obr´ azek 23: Blok Delay

10.7.4

N´ avrh vstupn´ıho konektoru

N´ avrh vstupn´ıho konektoru vych´ az´ı z pˇredchoz´ıch pˇr´ıklad˚ u, proto zde jiˇz nebudu uv´ adˇet kód. Vlastnosti i cel´ a kostra jsou stejné jako v pˇr´ıpadˇe hradel. Jedin´ ym rozd´ılem je pˇriˇrazen´ı ud´ alosti a n´ asledovnˇe. Zdroj MouseDown(). Pˇriˇrazen´ı hodnoty vlastnosti mValue prob´ıh´ bool mouseDown = false; private void Zdroj_MouseDown() { mouseDown = !mouseDown; this.mValue = mouseDown; }

10


39

Obr´ azek 24: Vstupn´ı konektor s popisem 10.7.5

Ostatn´ı prvky

N´ avrh ostatn´ıch prvk˚ u zcela vycház´ı z uveden´ ych pˇr´ıklad˚ u. Konkrétnˇe z pˇr´ıkladu n´ avrhu hradel. N´ıˇze uvád´ım jejich grafickou podobu.

Obr´ azek 25: Hradlo And

Obr´ azek 26: Negace

Obr´ azek 27: Tlaˇc´ıtko

Obr´ azek 28: V´ ystupn´ı konektor s popisem Mezi uveden´ ymi souˇcástkami chyb´ı ˇcára - respektive vodiˇc. Je to z toho d˚ uvodu, ˇze hradla jsou spolu propojena pouze v´ yvody. Lomen´ a ˇcára se v pouˇzit´ ych schématech aˇz na v´ yjiky nevyskytuje. V tˇechto pˇr´ıpadech jsem lomenou ˇcáru nahradil n´ avˇeˇst´ım.

10


10.7.6

40

Vyhodnocen´ı logick´ e s´ıtˇ e

V této f´ azi jsem mˇel k dispozici vˇsechny potˇrebné prvky. Zb´ yvalo s´ıtˇe nakreslit a naj´ıt vhodn´ y algoritmus pro jejich vyhodnocen´ı. Nakreslen´ı s´ıtˇe jsem uskuteˇcnil standardn´ım zp˚ usobem v n´ avrh´ aˇri Visual Studia 2003. Vyhodnocen´ı s´ıt´ı jsem provedl prost´ ym vyhodnocen´ım s´ıtˇe v jednom okamˇziku. Aˇz na v´ yjimky, kdy bylo tˇreba simulovat zpoˇzdˇen´ı. V tom pˇr´ıpadˇe je s´ıt’ vyhodnocena dvakr´ at. Na zaˇcátku a po uplynut´ı zpoˇzdˇen´ı. Pro vyhodnocen´ı s´ıtˇe je pro kaˇzd´ y mód sestavena metoda test(), kter´ a provede vyhodnocen´ı s´ıtˇe po stisknut´ı tlaˇc´ıtka pro emulaci. N´ıˇze uv´ ad´ım pˇr´ıklad vyhodnocen´ı s´ıtˇe pro m´ od HDG/SEL. private bool test(bool HdgSel, bool PbSwHdgSel, bool HdgSelVol, bool LandTrk_m) { Neg1.mValue = !HdgSel; Neg1.vyhodnot(); Sw1.mValue = PbSwHdgSel; Sw1.vyhodnot(); Sw2.mValue = HdgSelVol; Sw2.vyhodnot(); Neg2.mValue = !LandTrk_m; Neg2.vyhodnot(); Or1.mValue = PbSwHdgSel || HdgSelVol; Or1.vyhodnot(); And1.mValue = (PbSwHdgSel || HdgSelVol) && !HdgSel && !LandTrk_m; And1.vyhodnot(); HdgSelOut.mValue = And1.mValue; HdgSelOut.vyhodnot(); return HdgSelOut.mValue; } private void btEmulate_Click(object sender, System.EventArgs e) { bool aktiv = this.test(HdgSe.mValue,PbSwHdgSel.mValue,HdgSelVol.mValue,LandTrkm.mValue); if(aktiv) { //spustime simulaci } }

10


10.7.7

41

V´ ysledn´ a podoba logick´ e s´ıtˇ e

Obr´ azek 29: Nakreslen´ı s´ıtˇe v n´ avrh´ aˇri Visual Studia 2003

Obr´ azek 30: Vzhled s´ıtˇe po spuˇstˇen´ı programu

10.8

Shrnut´ı

Uveden´ y zp˚ usob implementace simul´ atoru logick´ ych s´ıt´ı je velice jednoduch´ y, avˇsak plnˇe funkˇc´ı a pro u ´ˇcely mé aplikace postaˇcuj´ıc´ı.

11 KINEMATIKA

11

42

Kinematika

V této f´ azi je tˇreba realizovat blok LETADLO ze z´ akladn´ıho schématu. V dalˇs´ım textu se budu vˇenovat kinematick´ ym rovnic´ım, model˚ um pro jednotlivé módy a jejich zaˇclenˇen´ı do prostˇred´ı Visual Studia. Protoˇze jsem nemˇel k dispozici dynamické parametry letounu A310, jsou vˇsechny modely navrˇzeny pro letoun L410.

11.1

M´ od V/S

Jak uˇz bylo zm´ınˇeno, mód V/S je z´ akladn´ım módem pro podéln´ y kan´ al autopilotu. Umoˇzn ˇuje volbu vertik´ aln´ı rychlosti a jej´ı stabilizaci. Základn´ı kinematickou rovnici popisuj´ıc´ı vertik´ aln´ı rychlost lze napsat jako: h˙ = V0 (Θ − α) + uZ Integrac´ı pˇredch´ azej´ıc´ı rovnice dost´ av´ ame rovnici pro v´ ypoˇcet barometrické v´ yˇsky: h = V0 ((Θ − α) + uZ ) dt

(1)

(2)

Pokud budeme pracovat s konstantn´ı sloˇzkou vertik´ aln´ıho vˇetru, dostaneme vztah pro barometrickou v´ yˇsku ve tvaru: (3) h = V0 (Θ − α) t + uZ t Aby bylo moˇzné uvedené rovnice ˇreˇsit, je tˇreba uvaˇzovat i nˇekteré dynamické parametry letadla. Pro ˇreˇsen´ı tˇechto rovnic jsem vyˇsel z autopilotu podélného pohybu. Jeho strukturu ukazuje obr´ azek.

Obr´ azek 31: Simulinkové schéma stabilizace vertikáln´ı rychlosti Nastaven´ı autopilotu jsem provedl metodou geometrického m´ısta koˇren˚ u a dospˇel k n´ asleduj´ıc´ım hodnot´ am zes´ılen´ı: KΘ = 1, KΘ˙ = 1, Kh˙ = 0.085

11 KINEMATIKA

43

Obr´ azek 32: Stabilizace vertik´ aln´ı rychlosti - odezva na skok

Obr´ azek 33: Pr˚ ubˇeh v´ yˇsky pˇri konstantn´ı vertik´ aln´ı rychlosti

11.2

M´ od ALT

M´ od ALT udrˇzuje zvolenou letovou hladinu, t.j zajiˇst’ujˇe stabilizaci barometrické v´ yˇsky. Schéma pro mód ALT dostaneme jednoduchou u ´pravou schématu 31.

11 KINEMATIKA

44

Obr´ azek 34: Simulinkové schéma stabilizace barometrické v´ yˇsky

Obr´ azek 35: Stabilizace barometricke vysky

11 KINEMATIKA

45

Obr´ azek 36: Pr˚ ubˇeh vertik´ aln´ı rychlosti pˇri stabilizaci v´ yˇsky Pˇri stabilizaci barometrické v´ yˇsky nen´ı zapojen automat tahu motoru. Ust´ alen´ı probˇehne sice pomaleji, ale bez pˇrekmitu.

11.3

M´ od HDG/SEL

V pˇredchoz´ıch odstavc´ıch jsem principielnˇe vyˇreˇsil kinematiku nutnou pro pˇrep´ın´ an´ı mód˚ u v podélném kan´ alu. Dalˇs´ım u ´kolem je vyˇreˇsit stranov´ y pohyb. Strukturu obvodu koordinovaného stranového

Obr´ azek 37: Schéma koordinovaného stranového pohybu pohybu ukazuje obr´ azek 37. Pˇri n´ avrhu metodou GMK jsem doˇsel k tˇemto hodnot´ am zes´ılen´ı: Kψ˙ = 0.5, Kβ = 1, Kγ = 1.7, Kγ˙ = 2.5 V pˇr´ımé vˇetvi obvodu je zapojen blok saturace, kter´ y zajiˇst’uje omezen´ı pˇr´ıˇcného n´ aklonu tak, aby nepˇrekroˇcil 30◦ .

11 KINEMATIKA

46

Obr´ azek 38: Pˇrechodové charakteristiky v´ ystup˚ u koordinovaného stranového pohybu

11.4

M´ od VOR

Kinematiku letu v paprsku radiomaj´ aku popisuj´ı n´ asleduj´ıc´ı vztahy. Letadlo let´ı konstantn´ı rychlost´ı ´hlem setkán´ı s trat´ı Δψ a je v dosahu sign´ alu V0 a bl´ıˇz´ı se k zadanému kursu trati ψT pod u ´hl˚ u vznik´ a u ´hlov´ a odchylka od radiomaj´ aku VOR, kter´ y mˇeˇr´ı jeho azimut ψA . Rozd´ılem tˇechto u trati T . Δψ = ψ − ψ T

(4)

T = ψT − ψA

(5)

Pˇr´ısluˇsná kinematick´ a rovnice je d´ ana vztahem: sinT = y/D → T ∼ = y/D

(6)

kde D je pˇr´ımá promˇenn´ a vzd´ alenost k radiomaj´ aku. Tu m˚ uˇzeme mˇeˇrit d´ alkomˇerem DME Distance Measuring Equipment, kter´ y b´ yv´ a um´ıstˇen spolu s radiomaj´ akem VOR. Nahrazen´ı funkce sinus u ´hlem v rovnici 6 umoˇzn ˇuje skuteˇcnost, ˇze letadlo se pohybuje uvnitˇr line´ arn´ıho p´ asma v odech rozmez´ı T = ±10◦ . Vypoˇctená odchylka je u A310 zobrazena na navigaˇcn´ım displeji ND v m´ ROSE, ARC a MAP bˇrevnem pohybuj´ıc´ım se rovnobˇeˇznˇe s ukazatelem kursu trati. Souˇcasnˇe je ˇsipkou indikov´ an i smˇer letu TO/FROM vzhledem k maj´ aku VOR, jej´ıˇz smysl se ˇr´ıd´ı vztahy: T O : |ψ − ψA | 90◦ ◦

F ROM : |ψ − ψA | ≺ 90

(7) (8)

11 KINEMATIKA

47

N´ asleduj´ıc´ı rovnice ukazuje v´ ypoˇcet kolmé rychlosti y˙ pˇribliˇzován´ı k trati. ˙ 0 → y˙ ∼ sinΔψ = y/V = V0 Δψ + u y

(9)

Vypuˇstˇen´ı goniometrické funkce je moˇzné vzhledem ke konstantn´ı hodnotˇe Δψ ˇ ıd´ıc´ı systém pro let po trati dan´ R´ yu ´hlovou odchylkou z´ısk´ ame rozˇs´ıˇren´ım systému pro stranov´ y pohyb o v´ ypoˇcet kinematické rovnice.

Obr´ azek 39: Simulinkové schéma letu ˇr´ızené u ´hlovou odchylkou od trati

Obr´ azek 40: Pˇrechodové charakteristiky pro let v m´ odu VOR pro vzd´ alenost letadla 5000 m

11 KINEMATIKA

48

Obr´ azek 41: Pˇrechodové charakteristiky pro let v m´ odu VOR pro vzd´ alenost letadla 1000 m Z obr´ azk˚ u je patrné, ˇze systém je navrˇzen tak, ˇze pokud se letadlo nalézá daleko od radi´ alu, zatoˇc´ı a let´ı smˇerem k nˇemu - viz. obr. 40.

11.5

M´ od LAND

K módu LAND nebyl z ˇcasov´ ych d˚ uvod˚ u navrˇzen ˇr´ıdic´ı systém. Je implementována pouze kinematika, coˇz vˇsak je v souladu se zad´ an´ım.

Obr´ azek 42: Let v sestupové rovinˇe

11 KINEMATIKA

49

Obr´ azek 42 naznaˇcuje kinematiku letu v sestupové rovinˇe. Pˇredpokl´ ad´ a se let ve stˇredu kursové roviny, kterého jiˇz bylo dosaˇzeno v u ´seku stˇredn´ıho pˇribl´ıˇzen´ı. Jelikoˇz pro let v sestupové rovinˇe (pro u ´ˇcely mé diplomové pr´ ace) mohu pouˇz´ıt autopilot podélného pohybu, zab´ yval jsem se ˇreˇsen´ım kinematiky pouze ve f´ azi podrovn´ an´ı. Situace v podrovn´ an´ı je naznaˇcena obr´ azkem.

Obr´ azek 43: Detail podrovn´ an´ı Podrovn´ an´ı lze s v´ yhodou aproximovat exponencielou. Pro generov´ an´ı ˇr´ıd´ıc´ıho sign´ alu plat´ı n´ asleduj´ıc´ı vztahy: −t

h (t) = h (0) · e τ ˙ = −h (0) · 1 · e −t τ h (t) τ

(10) (11)

Z tˇechto vztah˚ u je moˇzno vypoˇc´ıst velikost ˇcasové konstanty τ , v´ yˇsku zah´ ajen´ı podrovn´ an´ı h (0) ˙ v okamˇziku zah´ a rychlost klesán´ı h (0) ajen´ı podrovn´ an´ı. Uvaˇzujeme-li rychlost letadla vi , m˚ uˇzeme ji rozloˇzit na sloˇzky. Pro u ´sek D tak dost´ av´ ame vztah: D = vx · 3τ = vi cosγ · 3τ

(12)

Jelikoˇz u ´hel sestupové roviny b´ yv´ a mal´ y, m˚ uˇzeme psát, ˇze cosγ = 1 Pˇredpokl´ ad´ ame-li dobu trv´ an´ı podrovn´ avac´ıho manévru 4τ , plat´ı pro u ´sek L vztah: D = 4τ vi =

h (0) + D = τ vi + D tgγ

(13)

Uvedené vztahy pˇredstavuj´ı vˇsechny nutné rovnice, které byly potˇreba k naprogramov´ an´ı podrovn´ an´ı.

11 KINEMATIKA

11.6

50

Implementace kinematiky do prostˇ red´ı Visual Studia

Do prostˇred´ı Visual Studia lze vˇsechny uvedné modely implementovat zaˇclenˇen´ım assembly, kterou vytvoˇr´ıme prostˇrednictv´ım programu Matlab Wizard. Postup vytvoˇren´ı .Net assembly ze simulinkového modelu uk´ aˇzu na pˇr´ıkladu. Pˇredpokl´ adejme, ˇze máme schéma pˇrenosové funkce zn´ azornˇené obr´ azkem.

Obr´ azek 44: Pˇrenosov´ a funkce Záloˇzku Real Time Workshop ze Simulation Parameters zaˇskrtneme podle obr´ azku:

Obr´ azek 45: Konfigurace Real Time Workshop

11 KINEMATIKA

51

Poté stiskneme tlaˇc´ıtko Generate Code. Pokud vˇse probˇehlo v poˇra´dku, vytvoˇr´ı se sloˇzka priklad cs2003 rtw. Spust´ıme Matlab Wizard a zvol´ıme soubor priklad.mk.

Obr´ azek 46: Vytváˇren´ı assembly O spr´ avnˇe vygenerované assembly nás ujist´ı dialogové okno.

Obr´ azek 47: Zpr´ ava o uspˇeˇsném vygenerován´ı .Net assembly

11.7

Shrnut´ı

V této v´ yvojové f´ azi jsou pˇripraveny vˇsechny bloky ze základn´ıho schématu 16 a je tedy moˇzné pˇristoupit k sestaven´ı programu.

12

ˇ ´ ARCHITEKTURA VYTVOREN EHO PROGRAMU

12

52

Architektura vytvoˇ ren´ eho programu

Obr´ azek 48: V´ ysledné blokové schéma navrˇzeného systému Schéma 48 ukazuje zapojen´ı jednotliv´ ych blok˚ u v aplikaci. Oproti schématu 16 jsem uˇcinil urˇcité ´ Í PANELY v sobˇe obsahuje nejen FCU, ale téˇz EFIS control panel, NAVIzmˇeny. Blok OVLADAC GATION panel, d´ ale panely EADI a EHSI. Funkce FCU a EFIS control panelu byla pops´ ana v u ´vodu pr´ ace. NAVIGATION panel v sobˇe obsahuje VOR/ILS control panel a umoˇzn ˇuje ladˇen´ı VOR/ILS maj´ ak˚ u. Panely EADI a EHSI umoˇzn ˇuj´ı ovl´ ad´ an´ı grafick´ ych symbol˚ u na displej´ıch EFIS za u ´ˇcelem uˇzivatelova seznámen´ı se zobrazovan´ ymi symboly. Protoˇze tvorba tˇechto pˇridan´ ych panel˚ u pˇresahuje r´ amec p˚ uvodn´ıho zad´ an´ı, a protoˇze se odv´ıjela od jiˇz uveden´ ych postup˚ u, nebudu zde zp˚ usob jejich programov´ an´ı uv´ adˇet. Snad jen pˇripomenu, ˇze veˇskeré zdrojové kódy jsou souˇcást´ı pˇriloˇzeného CD. V n´ asleduj´ıc´ıch odstavc´ıch upˇresn´ım funkci implementovan´ ych blok˚ u.

12.1

Ovl´ adac´ı panely

´ Í PANELY, d´ Blok OVLADAC ale OP, zajiˇst’uje ovl´ ad´ an´ı aplikace. Komunikuje s blokem LOGIKA a nastavuje parametry simulace v bloc´ıch LETADLO a EFIS. 12.1.1

Implementace v programu

• FormFcu - tˇr´ıda obsahuje metody pro nastaven´ı parametr˚ u simulace. Zároveˇ n obsahuje jednoduchou logiku pro pˇr´ıpad, ˇze je prov´ adˇena simulace bez pouˇzit´ı ovl´ ad´ an´ı logick´ ych s´ıt´ı a v neposledn´ı ˇradˇe metody pro vykreslen´ı FCU a panel˚ u EFIS, NAVIGATION, EADI a EHSI.

12.2

Logika

´ AN ´ Í SÍTE ˇ umoˇzn Na základˇe pˇrijat´ ych informac´ı z blok˚ u OP, LETADLO a OVLAD ˇuje simulaci konkrétn´ıho m´ odu a pˇrechody mezi módy.

12


12.2.1

53


´ AN ´ Í SÍTE. ˇ O funkci tohoto bloku se dˇel´ı metody tˇr´ıd implementovan´ ych v bloc´ıch OP a OVLAD

12.3

Letadlo

Blok obsahuje uvedené autopiloty, dynamiku a kinematiku letadla, zas´ıl´ a bloku LOGIKA vypoˇctené parametry a ten na jejich z´ akladˇe pˇrepne do urˇcitého módu, nebo v nˇem setrvá. D´ ale zas´ıl´ a vypoˇctené hodnoty bloku EFIS. 12.3.1


• Knihovna Hradla - Obsahuje vytvoˇren´ a logick´ a hradla a metody pro pr´ aci s nimi. • Knihovna pPohyb - obsahuje model podélného pohybu letadla. • Knihovna StranovyPohyb - Obsahuje model stranového pohybu letadla. • Knihovna VorLoc - Obsahuje model letu letadla v paprsku radiomaj´ aku VOR/LOC.

12.4

EFIS

Tento blok obsahuje PFD a ND displeje. Na z´ akladˇe informac´ı pˇrijat´ ych z blok˚ u OP, LOGIKA a LETADLO zobrazuje na EFIS displej´ıch letovou a navigaˇcn´ı situaci. 12.4.1


• FormEadi - tˇr´ıda, obsahuj´ıc´ı metody pro kreslen´ı PFD. • FormEhsi - tˇr´ıda, obsahuj´ıc´ı metody pro kreslen´ı ND.

12.5

Ovl´ ad´ an´ı s´ıtˇ e

Blok slouˇz´ı k aktivaci a vysl´ an´ı sign´ al˚ u z logick´ ych s´ıt´ı do bloku LOGIKA, kter´ y je vyhodnot´ı a na jejich základˇe umoˇzn´ı simulaci konkrétn´ıho m´ odu. 12.5.1


• FormAltMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe ALT módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormGaMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe GA módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormHdgMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe HDG módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormHdgSelMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe HDG SEL m´ odu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormLandMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe LAND módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormLocMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe LOC módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormLvlChMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe LVL/CH módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı.

12


54

• FormNavMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe NAV módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormProfileMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe PROFILE m´ odu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormToMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe TO módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormVorMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe VOR módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı. • FormVsMod - kresl´ı schéma logické s´ıtˇe V/S módu a obsahuje metody pro jej´ı vyhodnocen´ı.

12.6

V´ ysledn´ y vzhled aplikace

Obr´ azek 49: V´ ysledn´ y vzhled aplikace - pˇr´ıklad simulace pˇrepnut´ı módu HDG SEL do m´ odu NAV

´ ER ˇ ZAV

13

13

55

Z´ avˇ er

Ve své diplomové pr´ aci jsem navrhl a realizoval program pro simulaci letov´ ych mód˚ u letounu Airbus A310. Podaˇrilo se mi vytvoˇrit funkˇcn´ı simul´ ator pouˇziteln´ y nejen pro vlastn´ı simulaci letov´ ych mód˚ u, ale d´ıky implementovanému simulátoru logick´ ych s´ıt´ı i pro jejich v´ yuku z hlediska logick´ ych podm´ınek. Souˇcást´ı programu je i demo, které demonstruje simulaci vˇsech d˚ uleˇzit´ ych mód˚ u pouˇzit´ ych od startu letadla aˇz po jeho automatické pˇrist´ an´ı v kategorii IIIb. Jelikoˇz simulace displej˚ u EFIS, kter´ a je v pr´ aci rovnˇeˇz pouˇzita, je nad r´ amec p˚ uvodn´ıho zad´ an´ı, nen´ı implementov´ ano zobrazen´ı varovn´ ych symbol˚ u. Toto rozˇs´ıˇren´ı spolu s uvaˇzován´ım logick´ ych podm´ınek pro zobrazov´ an´ı varovn´ ych symbol˚ u a mezn´ıch stav˚ u, m˚ uˇze b´ yt tématem dalˇs´ıch prac´ı.

13.1

´ eˇ Uspˇ snost zadan´ eho u ´ kolu

1. Vytvoˇrte zobrazovaˇc m´ od˚ u ˇcinnosti systému automatického ˇr´ızen´ı letu vˇcetnˇe pˇr´ısluˇsné ˇca ´sti prim´ arn´ıho letového displeje. Symboly m´ od˚ u jsou bˇehem simulace zobrazovány na zobrazovaˇci mód˚ u FMA a letov´ a a navigaˇcn´ı situace jsou zobrazov´ any na displej´ıch EFIS. 2. Sestavte logickou s´ıt’ a jej´ı ovl´ ad´ an´ı dialogovým zp˚ usobem, umoˇzn ˇuj´ıc´ı aktivov´ an´ı pˇr´ısluˇsných m´ od˚ u ˇcinnosti autopilotu, pˇrechody mezi jeho m´ ody s odpov´ıdaj´ıc´ım zobrazen´ım na zobrazovaˇci m´ od˚ u Vytvoˇren´ y simul´ ator umoˇzn ˇuje aktivovat sign´ aly v logické s´ıti a rovnˇeˇz indikovat aktivn´ı vodiˇce ve schématu zmˇenou jeho barvy. Aktivac´ı sign´ al˚ u a spuˇstˇen´ım emulace se zároveˇ n spust´ı simulace konkrétn´ıho m´ odu. 3. Pˇri pˇrechodech mezi m´ ody uvaˇzujte kinematiku pohybu letadla Je uvaˇzována kinematika, vˇcetnˇe dynamick´ ych parametr˚ u. To umoˇzn ˇuje pozorovat na displej´ıch EFIS letovou a navigaˇcn´ı situaci. 4. Ovˇeˇrte ˇcinnost navrˇzeného systému Program spolehlivˇe bˇeˇz´ı na vˇsech poˇc´ıtaˇc´ıch s procesorem nad 600 MHz a pamˇet´ı 256 MB. Z uveden´ ych mód˚ u nen´ı implementov´ an pouze m´ od GA. Vˇsechny ostatn´ı módy se mi podaˇrilo oˇzivit.

14

´ NAVRHY NA NAVAZUJÍCÍ PROJEKTY

14

56

N´ avrhy na navazuj´ıc´ı projekty

Bˇehem tvorby mé diplomové pr´ ace jsem ˇreˇsil r˚ uzné problémy, které by mohly poslouˇzit jako n´ amˇety pro dalˇs´ı diplomové pr´ ace.

14.1

Simulace letu podle letov´ eho pl´ anu

´ Ukolem pr´ ace by bylo navrhnout a realizovat systém pro simulaci letu letadla podle letového pl´ anu. V pr´ aci by byl realizov´ an Flight Managment System do kterého by uˇzivatel mohl zadat celou trat’ letu a spustit simulaci. Poloha letadla by byla zn´ azornˇena na mapˇe. Systém by byl realizov´ an v prostˇred´ı Matlab. V pˇr´ıpadˇe, ˇze by na tématu pracoval jeden student, byl by pro vizualizaci pouˇzit simul´ ator Flight Gear. V pˇr´ıpadˇe spolupr´ ace dvou student˚ u by jeden student navrhl matematick´ y model a druh´ y vytvoˇril grafické rozhran´ı, napˇr´ıklad pouˇzit´ım OpenGL, nebo DiretX, pˇr´ıpadnˇe vyuˇzit´ım Virtual Reality Toolboxu.

14.2

Vyuˇ zit´ı jazyku Java v prostˇ red´ı Matlab

Programov´ y bal´ık Matlab od své verze 6 umoˇzn ˇuje u ´plnou integraci s jazykem Java. Pro tento u ´ˇcel ´ vˇsak neexistuje ˇzádn´ a uspokojiv´ a publikace. Ukolem práce by bylo sezn´ amit se s moˇznostmi vyuˇzit´ı jazyku Java v Matlabu, provést porovn´ an´ı s moˇznostmi Matlab scriptu. D´ ale by student sestavil mnoˇzstv´ı motivaˇcn´ıch pˇr´ıklad˚ u. V´ ystupem pr´ ace by byla vyˇcerp´ avaj´ıc´ı studie na toto téma.

14.3

Simulace displej˚ u EFIS pro letoun Boeing B747

Dosavadn´ı diplomové pr´ ace na dané téma se zab´ yvaly pouze letouny A310 a L139. V´ ystupem pr´ ace by byl detailn´ı popis diplej˚ u B747, vˇcetnˇe simulaˇcn´ıho programu. Souˇcást´ı programové ˇcásti by byl téˇz n´ avrh a realizace interface pro komunikaci s prostˇred´ım Matlab.

14.4

Autopilot pro letoun Boeing B747

´ Knihovna Airlib pro Matlab obsahuje dynamické parametry nˇekolika letoun˚ u vˇcetnˇe B747. Ukolem by bylo navrhnout autopilot tohoto letadla. Po propojen´ı se simulátorem Flight Gear a programem na simulaci displej˚ u pro B747, coˇz by bylo u ´kolem jiné diplomové pr´ ace, by vznikl kompletn´ı simul´ ator na z´ akladˇe matematického modelu.

14.5

Simulace displej˚ u ED letounu Airbus A310

´ Ukolem pr´ ace by bylo sestavit studii na dané téma, t.j displeje pro sledov´ an´ı parametr˚ u motoru, a vytvoˇrit poˇc´ıtaˇcov´ y program pro simulaci tˇechto displej˚ u. Ovl´ ad´ an´ı programu a zobrazov´ an´ı by bylo navrˇzeno tak, aby bylo moˇzné program pouˇz´ıt pro v´ yuku.

REFERENCE

57

Reference Literatura [1] Sells, Ch. (2005). C# a WinForms Zonner Press. ˇ sené pˇr´ıklady v C# aneb C# skuteˇcnˇe prakticky Kopp. [2] Pirkl, J. (2005). Reˇ ˇ ńyi, M. (1995). Letové a palubn´ı postupy Airbusu A310 - diplomov´ [3] Beza a pr´ ace FEL CVUT, Praha. ˇ (2002). Simulace letového a navigaˇcn´ıho displeje na PC - diplomov´ [4] Kroupa, S. a pr´ ace FEL ˇ CVUT, Praha. ˇ ˇk, V. (2005). Systémy ˇr´ızen´ı letu Vydavatelstv´ı CVUT, [5] Pech, Z., Ve Praha. ˇar, B., Zaplat´ılek, K. (2005). Matlab – tvorba uˇzivatelských aplikac´ı Nakladatelstv´ı [6] Don BEN – Technická literatura. [7] Aibus Industry (1990). A310 – Aircraft Maintenance Manual Aibus Industry

Internetov´ e zdroje ˇ [8] Susta, R.; Programovac´ı jazyky pro ˇr´ızen´ı [online]. http://dce.felk.cvut.cz/pjr/. ˇ Systémy ˇr´ızen´ı letu [online]. http://dce.felk.cvut.cz/srl1/. [9] Kroupa, S.; [10] Maˇ sek, J.; Str´ anky projektu Matlab Wizard [online]. http://patf-biokyb.lf1.cuni.cz/projects/matlab-wizards/wizards.htm. [11] The Mathworks, Inc.; Matlab [online]. http://www.mathworks.com/products/matlab. [12] The Mathworks, Inc.; Matlab Central [online]. http://www.mathworks.com/matlabcentral/. [13] The Code Project; The Code Project [online]. http://www.codeproject.com/. [14] Aibus Industry; Airbus [online]. http://www.airbus.com/en/.

Pouˇ zit´ y software [15] Microsoft, Inc.; Windows XP, Home Edition [16] Microsoft, Inc.; Visual Studio .Net 2003 [17] The Mathworks, Inc.; Matlab 6.5 [18] Maˇ sek, J., Stodulka P.; Matlab Wizard

A

ˇ ÍLOHA - OVLAD ´ AN ´ Í PROGRAMU PR

A

58

Pˇ r´ıloha - Ovl´ ad´ an´ı programu

Ovl´ ad´ an´ı programu se prov´ ad´ı prostˇrednictv´ım ovl´ adac´ıho formul´ aˇre. Ten obsahuje z´ aloˇzky s pˇr´ısluˇsn´ ymi ovl´ adac´ımi panely.

A.1

FCU

Obr´ azek 50: FCU panel Zvolen´ım záloˇzky FCU se otevˇre ovl´ adac´ı panel autopilotu. Jeho ovl´ ad´ an´ı je obdobné jako v reálném letadle. Potvrzen´ı hodnoty zvolené voliˇcem se provede kliknut´ım na voliˇc. Voliˇc umoˇzn ˇuje jemné a hrubé nastavov´ an´ı hodnot, podle toho do které jeho ˇcásti je um´ıstˇen kurzor.

A.2

EFIS

Obr´ azek 51: EFIS control panel

A


59

• ND modes - Slouˇz´ı k v´ ybˇeru zobrazovac´ıch mód˚ u navigaˇcn´ıho displeje ND. • Range - Slouˇz´ı k pˇrep´ın´ an´ı rozsah˚ u na navigaˇcn´ım displeji v m´ odu MAP a PLAN. • MAP - Pokud je pro ND zapnut m´ od MAP, nebo PLAN, umoˇzn ˇuje zobrazen´ı trat’ov´ ych ’ bod˚ u, maj´ ak˚ u, letiˇst . • VOR/NAV/ILS - Pˇrep´ın´ an´ı mezi módy VOR, NAV a ILS. Pokud je zvolen m´ od VOR nebo ILS, je moˇzno na FCU tlaˇc´ıtkem V/L aktivovat m´ od VOR respektive LOC. V pˇr´ıpadˇe volby NAV, na FCU stiskem pˇr´ısluˇsného tlaˇc´ıtka aktivujeme mód NAV. • FD - Zap´ın´ a nebo vyp´ın´ a letov´ y direktor.

A.3

NAVIGATION

Na této záloˇzce se nacház´ı VOR/ILS control panel. Naladˇen´ı maj´ aku se provede stiskem tlaˇc´ıtka TUNE. Po stisku tlaˇc´ıtka X se na dispeji CRS uk´ aˇze kurs k majáku. Tento kurs nastav´ıme posuvn´ıkem OBS. Simulace letu se spust´ı pˇrepnut´ım pˇrep´ınaˇce VOR/NAV/ILS do pˇr´ısluˇsné polohy a n´ asledn´ ym stiskem pˇr´ısluˇsného tlaˇc´ıtka na FCU.

Obr´ azek 52: VOR/ILS control panel

A


A.4

60

EADI

Tento panel slouˇz´ı pouze pro sezn´ amen´ı se s grafick´ ymi symboly na PFD. Nem´ a vliv na simulaci mód˚ u.

Obr´ azek 53: Ovl´ ad´ an´ı EADI

A.5

EHSI

Obr´ azek 54: Ovl´ ad´ an´ı EHSI Tento panel slouˇz´ı pouze pro sezn´ amen´ı se s grafick´ ymi symboly na ND. Nem´ a vliv na simulaci mód˚ u.

A


A.6

61

Ovl´ ad´ an´ı s´ıtˇ e

Simulaci m´ od˚ u je moˇzno prov´ adˇet nejen prostˇrednictv´ım FCU, ale také pˇr´ımou volbou logick´ ych podm´ınek v logické s´ıti. Po zvolen´ı poˇzadovan´ ych parametr˚ u na FCU a zvolen´ım platn´ ych logick´ ych podm´ınek, se tlaˇc´ıtkem EMULATE spust´ı simulace letu v poˇzadovaném módu. Na obr´ azku je pˇr´ıklad logické s´ıtˇe módu ALT.

Obr´ azek 55: Logick´ a s´ıt’ módu ALT

A.7

Menu - Aplication

• Reset - Volba této poloˇzky otevˇre dialogové okno pro vyresetov´ an´ı programu. Programu se nastav´ı parametry které mˇel pˇri spuˇstˇen´ı. • Demo - Volba této poloˇzky otevˇre dialogové okno pro spuˇstˇen´ı dema. Demo simuluje let letadla ve vˇsech základn´ıch módech. • Exit - Ukonˇcen´ı aplikace.

A.8

Menu - Logic

Umoˇzn ˇuje otevˇr´ıt schémata uveden´ ych logick´ ych funkc´ı a jejich pouˇzit´ı pro simulaci uveden´ ym zp˚ usobem.

A.9

Menu - Units

Poloˇzka Transformations otevˇre dialogové okno pro pˇrevod jednotek.

A


A.10

Menu - Displays

• Primary Flight Display - Volba poloˇzky otevˇre PFD displej, pokud nen´ı otevˇren. • Navigation Display - Volba poloˇzky otevˇre ND displej, pokud nen´ı otevˇren.

A.11

Menu - Help

Volbou poloˇzky Tutorial otevˇreme manual k programu.

A.12

Pˇ r´ıklad simulace

Obr´ azek 56: Simulace letu v módu PROFILE

62

ˇ ÍLOHA - INSTALACE PROGRAMU B PR

B

63

Pˇ r´ıloha - Instalace programu

Pro u ´spˇeˇsn´ y bˇeh programu je tˇreba m´ıt nainstalov´ an operaˇcn´ı systém Windows 2000, nebo vyˇsˇs´ı a .Net Framework verzi 1.1, nebo vyˇsˇs´ı. Verze 1.1 je souˇcást´ı pˇriloˇzeného CD. Po u ´spˇeˇsném nainstalov´ an´ı .Net Framework pˇrekop´ırujeme do zvoleného adres´ aˇre sloˇzku Aplication. Vˇsechny soubory v této sloˇzce jsou d˚ uleˇzité pro bˇeh programu a musej´ı tedy z˚ ustat jej´ı souˇcást´ı. Program spust´ıme zvolen´ım a spuˇstˇen´ım souboru FMA.EXE ze sloˇzky Aplication.

C

Pˇ r´ıloha - Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD • Source - Zdrojové k´ ody programu. • Matlab - Veˇskeré vytvoˇrené simulinkové modely pouˇzité v programu. • Aplication - Program FMA simulator. • MatlabWizard - Instalace programu Matlab Wizard pouˇzitého pro export schémat z programu Simulink. • FrameWork - .Net framework SDK verze 1.1., nutn´ a pro bˇeh vytvoˇrené aplikace. • LaTex - Zdrojov´ y k´ od této diplomové pr´ ace vytvoˇrené v sázec´ım programu LaTex.

Fakulta elektrotechnická. autopilotu. vedoucí: Doc. Ing. Zdislav Pech, CSc

Recommend Documents