MATLAB EXPO 2017 Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre

Transkript

1 MATLAB EXPO 2017 Robert Doering, M.Sc. und Daniel Apenbrink, B.Sc. 27. Juni 2017, München Folie 1

2 Forschungsorientierte Lehre Was bedeutet das? Projektarbeit Fachlabor Seminararbeit Studiengangsreform Systemtechnisches Entwicklungsprojekt?Heute Früher Folie 2

3 Systemtechnisches Entwicklungsprojekt Semesterübergreifende Systementwicklung entlang des V-Modells (a) (b) (c) Folie 3

4 Inhalt Systemtechnischer Flugsimulator Konzeptionierung Implementierung Integration Fallbeispiel Zusammenfassung Folie 4

5 Systemtechnischer Flugsimulator Simulator Bewertung von Systemarchitekturen auf Gesamtflugzeugebene Kopplung von System- und Flugzeugdynamik Konzeption von Displayanwendungen Szenariobasiertes Testen mit Pilot-in-the-Loop Integrierte Systeme Flugmechanisches Modell Multifunktionales Brennstoffzellensystem Hydraulisches System Cockpit-Displays Elektrisches System APU left right GPU 230VAC 230VAC RAT TRU TRU ATU TRU TRU ATU 28VDC 115VAC 230VAC 28VDC 115VAC 270VDC INV TRU TRU ATU 270VDC 115VAC 28VDC 270VDC DCDC INV Bat 1 28VDC BAT Bat 2 Folie 5

6 Arbeitsaufteilung im Team [1] [2] Modellierung [3] Ac#ve Inac#ve Fail Integration Visualisierung Folie 6

7 Konzeptionierung Modellierung Ableitung einer Systemarchitektur aus Anforderungsliste Unterschiedliche Spannungsarten Redundante Architektur hinsichtlich: Quellen Sammelschienen Wandlern Rekonfigurierbar eratoren Leistungselektronik Lasten Power Management System Visualisierung Identifizierung notwendiger Anzeige- und Bedienelemente für: Zustandsüberwachung Schalten von Systemkomponenten Steuerung elektrischer Kabinenverbaucher Design der Anzeige- und Bedienelemente Implementierung in SCADE und MATLAB Folie 7

8 Implementierung: Modellbildung elektrischer Komponenten Beispiel: Transformer Rectifier Unit Basierend auf Simscape Power Systems Transformieren der Wechselspannung Gleichrichten durch B2-6U Schaltung Filtern der Restwelligkeit durch Tiefpass-Filter Folie 8

9 Integrationsphase: Integration in den Flugsimulator Herausforderungen Echtzeitsystem (dspace) Vielfältige Hard- & Software-Komponenten Uni- & bidirektionale Kommunikation (Ethernet und CAN-Bus) Vielfältige Wechselwirkungen [4] Echtzeitfähige Modelle benötigt Detaillierte Modelle nicht echtzeitfähig Maßnahmen erforderlich Folie 9

10 Integrationsphase: Modellreduktion Reduktionstechniken Gleichungsbasierte Techniken: Zustandsraumbasiert Frequenzbasiert Modellbasierte Techniken: Linearisierung von Komponentenverhalten Vereinfachung physikalischer Zusammenhänge Angewandtes Verfahren Effektivwert-Modelle Idealisiertes Komponentenverhalten Detaillierte Architektur einer TRU Idealisierte Architektur einer TRU Folie 10

11 Integrationsphase: Power Management System Power Management System Systemautomation mittels Stateflow Implementierung von: Schnittstellen zum elektrischen Netz und Displays Verarbeiten von Inputsignalen Reaktion auf Fehlerfälle TRU_230_270 [State_Signals] State Inputs [FOHD] Display Inputs gen_1_state tru_230_270_1_state gen_1_pilot gen_2_pilot gen_apu_pilot gen_rat_pilot bat_1_pilot bat_2_pilot galley_pilot galley_cabindisp comm_pilot failure_reset gen_1_command gen_2_command gen_apu_command gen_rat_command bat_1_command bat_2_command tru_230_28_1_command tru_230_28_2_command tru_230_28_ess_command tru_230_270_1_command tru_230_270_2_command tru_230_270_ess_command atu_230_115_1_command atu_230_115_2_command atu_230_115_ess_command dcdc_28_270_command inv_28_230_command inv_28_115_command galley_command comm_command schiene_230_1_command schiene_230_2_command schiene_230_ess_1_command schiene_230_ess_2_command schiene_115_ess_1_command schiene_115_ess_2_command schiene_270_ess_1_command schiene_270_ess_2_command schiene_28_ess_1_command schiene_28_ess_2_command schiene_28_ess_command gen_1_display gen_2_display gen_apu_display gen_rat_display bat_1_display bat_2_display tru_230_28_1_display tru_230_28_2_display tru_230_28_ess_display tru_230_270_1_display tru_230_270_2_display tru_230_270_ess_display atu_230_115_1_display atu_230_115_2_display atu_230_115_ess_display dcdc_28_270_display inv_28_230_display inv_28_115_display galley_display comm_display State Outputs [Command_Signals] Display Outputs [Display_Signals] Active 2 1 Sensor Fail 1 Inactive Sensor 2 Reset Power Management System Beispiel: Transformer Rectifier Unit Abbildung der möglichen Zustände Zustandsabhängige Ausgabe von: Schaltsignalen für andere Komponenten Darstellungsinformationen für Displays Fehlerfallerkennung durch Sensorik Folie 11

12 Demonstration: Verhalten im Fehlerfall Beispiel: Ausfall einer TRU Flugzeug befindet sich im Reiseflug Betrachtung des linken und essentiellen Systems 1. Ausfall der linken TRU 2. Einschalten der essentiellen TRU 3. Umschalten der Versorgung Folie 12

13 Zusammenfassung APU RAT GPU Systemtechnisches Entwicklungsprojekt Semesterübergreifende Systementwicklung Teamprojekt Elektrisches Netz eines Verkehrsflugzeuges left 230VAC TRU TRU 28VDC 270VDC Bat 1 ATU 115VAC INV 230VAC TRU TRU ATU 115VAC 28VDC 270VDC DCDC INV 28VDC BAT right 230VAC TRU TRU ATU 28VDC 115VAC 270VDC Bat 2 Konzeption & Implementierung Entwicklung von Netzarchitektur & Displaykonzepten Implementierung komplexer Modelle in Simscape Power Systems Umsetzung der Displays in SCADE und MATLAB Integration & Demonstration Effektivwert-Modelle Power-Management Demonstration: TRU-Ausfall TRU_230_270 Active 2 1 Sensor Fail 1 Inactive 2 Sensor Reset Folie 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie Fragen? Kontakt: Robert Doering, M.Sc. Institut für Flugzeug-Systemtechnik TU Hamburg Hamburg, Deutschland Daniel Apenbrink, B.Sc. TU Hamburg Hamburg, Deutschland Folie 14

15 Quellenverzeichnis [1] anjelismith578.wordpress.com [2] pixabay.com [3] Busch, Rudolf: Elektrotechnik und Elektronik, 5. Auflage, Vieweg + Teubner, 2008 [4] lifewire.com Folie 15