Automatisk pilot

En autopilot (ofte forkortet til autopilot ) er en mekanisk/elektronisk enhet som kan kjøre et kjøretøy uten hjelp fra et menneske. De fleste forbinder autopiloter spesifikt med fly , men båt- og skipsautopiloter kalles det samme og tjener samme formål. De fungerer også på lignende måte.

Luftfart

Flyautopiloter har forenklet flygingen betydelig. Selv de mest stabile flyene krever konstant oppmerksomhet fra piloten for å kunne fly. I lufttransportens tidlige dager var oppmerksomheten til mannskapet stor og trettheten høy.

Den første autopiloten ble utviklet av Sperry-selskapet . Den koblet en gyroskopisk kunstig horisont og et magnetisk kompass til hydrauliske aktuatorer. Det tillot flyet å fly rett og i konstant høyde uten pilotintervensjon, og dekket opptil 80 % av tiden som kreves for en typisk flytur.

En autopilot med disse funksjonene er fortsatt den vanligste, billigste og mest pålitelige. Den har også færrest mulig feil, fordi den er lettest å sjekke.

Moderne fly deler vanligvis en flytur inn i faser: taxi, takeoff, klatring, cruise, nedstigning, innflyging, landing og taxi. Det er autopiloter som automatiserer alle disse trinnene bortsett fra taxien, og noen har til og med et automatisk kollisjonsunngåelsessystem ( TCAS ).

Moderne autopiloter er faktisk et program ( programvare ) som kjører på en datamaskin som styrer flyet. Programvaren leser av flyets nåværende posisjon og orientering, og styrer et fly-by-wire-system som styrer det. I et slikt system vil mange autopiloter i tillegg til de klassiske flykontrollene også styre skyvekraften for å optimalisere hastigheten ( autotrigger ), og vil flytte drivstoff fra en tank til en annen for å balansere flyet og holde det i optimal trim.

Selv om autopiloter håndterer uforutsette eller farlige situasjoner lite fleksibelt, klarer de generelt å fly et fly med mindre drivstoff enn de fleste piloter.

Autopiloten leser av flyets posisjon og holdning fra et treghetsnavigasjonssystem . Et slikt system akkumulerer imidlertid feil over tid. Feil rettes ved hjelp av et satellittnavigasjonssystem og høydemålere. Uoverensstemmelser mellom de to systemene løses ved digital signalbehandling, ofte et seksdimensjonalt Kalman-filter ( rullings- , pitch- og yaw -vinkler , høyde , breddegrad og lengdegrad ).

Maskinvaren til en typisk autopilot er et sett med fem 80386 mikroprosessorer , hver på sitt eget kretskort . 80386 er den billigste og mest populære prosessoren, og nye versjoner utvikles for å være strålingsbestandige, og derfor egnet for bruk i romfart. Denne ganske gamle prosessoren er med vilje foretrukket fremfor nyere versjoner, fordi den er billig og veldig godt kjent, testet og omtalt.

Riktig drift av autopiloter er avgjørende for flysikkerheten. De er derfor designet for å takle havarier, programmeringsfeil og andre hendelser uten å miste flyet. Flyfly er generelt utstyrt med minst en redundans på to autopiloter, faktisk i tilfelle autopiloten som brukes har en feil, griper datamaskinen inn ved å sette inn den andre automatikken og signalisere uregelmessigheten til mannskapet; denne typen redundans kalles "fail-operative".

Virtualisering

Det spesielle operativsystemet som kjører på prosessoren gir en virtuell maskin av seg selv. Selve kontrollprogramvaren kjører på denne virtuelle maskinen. Derfor har programvaren aldri grensesnitt direkte med kontrollelektronikken til flyet, men virker i stedet på en programvaresimulering av sistnevnte. På denne måten kan eventuelle programvarefeil, som generelt har en tendens til å produsere grove og åpenbart feil feil, oppdages og forkastes. Under flyoperasjonen stoppes prosessen og startes på nytt fra en korrekt kopi. Under bakketesting blir disse feilene logget av virtualiseringsprogramvaren, og ingeniører kan undersøke dem for å rette opp programvaren.

Deteksjon av systemfeil

Vanligvis er en av prosessene på hver av datamaskinene en lavprioritet prosess som kontinuerlig kontrollerer at datamaskinen fungerer som den skal, for eksempel ved å gjenta den samme matematiske operasjonen to ganger og kontrollere at resultatene er de samme. Maskinvarefeil kan dermed oppdages før de kan gjøre mer alvorlig skade.

Vanligvis kjører hver av autopilotprosessene i flere identiske kopier, spredt på forskjellige datamaskiner. Systemet sammenligner resultatene fra de ulike prosessene og ved forskjeller avgjør det med flertall. Ekstreme verdier, som nesten alltid er feil, forkastes før de brukes til å kontrollere flyet.

Noen autopiloter bruker også et designmangfold. I denne tilnærmingen vil programvareprosessene ikke bare kjøre på forskjellige datamaskiner, og i flere kopier, men vil også bli designet av forskjellige grupper av ingeniører. Det er svært lite sannsynlig at forskjellige grupper gjør de samme feilene. Med den raske utviklingen av informasjonsteknologi blir programvare mer og mer kompleks og kostbar, og sistnevnte tilnærming er mindre vanlig fordi få produsenter har råd til det.

Marina

Seilskip

På et seilskip sørger autopiloten for å dirigere båten langs en forhåndsbestemt rute ved å finne det optimale forholdet mellom vindretningen og båtens. Elektroniske autopiloter kan bruke informasjon fra eksterne enheter, for eksempel et kompass eller GPS-navigator , for å styre båten til et forhåndsbestemt punkt, kurs eller vindretning.

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker