Die Entwicklung von Experimentfunktionen für den DLR-Forschungshubschrauber ACT/FHS

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1 Die Entwicklung von Experimentfunktionen für den DLR-Forschungshubschrauber ACT/FHS M. Gestwa Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. (DLR) Institut für Flugsystemtechnik Lilienthalplatz 7, Braunschweig

2 DLR.de Folie 2 Vortragsgliederung DLR Forschungshubschrauber ACT/FHS Systemarchitektur Architektur der Experiment-Software Software-Entwicklung mit einem modifizierten Simulink-Coder Modifikation des Simulink-Coders Modifikationsbeispiel: GetVersionInfo Entwicklungsprozess von Experiment-Software Beispiel: Reduzierung der Arbeitsbelastung des Piloten durch Modell-basierte Regelung

3 DLR.de Folie 3 DLR Forschungshubschrauber ACT/FHS - Systemarchitektur

4 ARINC Model Basierte Regelung Aktive Sidestciks Bahnregelung Flight Planer Bahnplanung DLR.de Folie 4 Architektur der Experiment-Software ACT/FHS-System-Software (C) Echtzeitbetriebssystem (VxWorks) Experiment Computer (EC) Ethernet DinGo (C++) Betriebssystem (Windows) Experiment Co-Computer (ECC) Harte Echtzeit Weiche Echtzeit Gelände- Datenbank Betriebssystem (Windows) ACT/FHS-Kernsystem (zugelassen) Sensor Co-Computer (SCC)

5 u_tr_m_free ymeas ysys cmd I F S ATTAS IFS software / WVE debug rec yctrim_req sensors on/off lim on/off (plant module) DLR.de Folie 5 Software-Entwicklung mit einem modifizierten Simulink-Coder Modifizierter Simulink-Coder Compilieren Linken Experimentfunktion Experimentprogramm Booten Entwicklungswerkzeug z. B. MATLAB / Simulink Generierter Quellcode System-SW System-SW Taskstruktur S-Function Systemtest Manuell erstellter Quellcode

6 Liefere Schrittweite DLR.de Folie 6 Modifikation des Simulink-Coders Anforderungen für die Integration von Experiment- Funktion in die System-Software: Alle Simulink-Blöcke müssen unterstützt werden Der generiete Quell-Code darf nicht auf ein spezielles Betriebssystem zu geschnitten sein, von verschiedenen Modellen muss nebenläufig ausführbar sein darf nur eine Model-Instanz beinhalten und muss die Simulationsschritt und Versionsinformationen auf Abruf bereitstellen. Initialisierung Berechnung Direkt aus dem Model generierte C-Prozeduren (z.b. Parameter) Terminierung vom Modelzustand abhängige vorhandene C-Prozeduren (z.b. Integrationsverfahren) Kapselung in einer Bibliothek in der alle Elemente lokal sind Liefere Versionsinfo. vom Modelzustand unabhängige vorhandene C-Prozeduren (z.b. Interpolationstabelle) RTW System Bibliothek

7 DLR.de Folie 7 Modifikationsbeispiel: GetVersionInfo TLC-Anweisung zum Auslesen der Versionsinformation aus dem MATLAB-Workspace %if DLR_VCI == 1 %assign vciarg1 = "( unsigned long *puj_revision, unsigned long *puj_interface, %assign vciarg2 = " unsigned long *puj_modul, double *pd_timestamp ) %assign vcifcn %% %% Befehlssyntax: = "void %<mdl_name>_getversioninfo%<vciarg1>%<vciarg2> %% %assign <TCL-Variable> = FEVAL("evalin","base","<MATLAB-Workspace-Variable>") %% <TCL-Variable> : Dieser TLC-Variablen wird der Wert der MATLAB-Variablen %% im Workspace zugewiesen %% %endif %assign vci_revision = FEVAL("evalin","base","Version.revision") %assign vci_interface = FEVAL("evalin","base","Version.interface") %assign vci_modul = FEVAL("evalin","base","Version.modul") %assign vci_timestamp = FEVAL("evalin","base","Version.timestamp") %assign vci_ident = FEVAL("evalin","base","Version.ident")

8 DLR.de Folie 8 Modifikationsbeispiel: GetVersionInfo TLC-Anweisungen zum Erstellen der C-Prozedur %<vcifcn> { } // should never be executed; ensure usage of SVN Ident Code if( NULL==puj_revision ){ printf("adress Error should be never displayed!: %s\n", &c_svnident_code[0] ); } // DLR Version Control Information out of the MATLAB-Workspace: // - Revision : %<vci_revision> // - Interface : %<vci_interface> // - Modul : %<vci_modul> // - Timestamp : %<vci_timestamp> // - Ident : %<vci_ident> *puj_revision = ( (unsigned long) (%<vci_revision>+0.5 ) ); *puj_interface = ( (unsigned long) (%<vci_interface>+0.5) ); *puj_modul = ( (unsigned long) (%<vci_modul>+0.5 ) ); *pd_timestamp = ( (double) (%<vci_timestamp> ) );

9 DLR.de Folie 9 Modifikationsbeispiel: GetVersionInfo Resultierende C-Code void fhs_fcs_getversioninfo( unsigned long *puj_revision, unsigned long *puj_interface, unsigned long *puj_modul, double *pd_timestamp ) { } // should never be executed; ensure usage of SVN Ident Code if( NULL==puj_revision ){ } printf("adress Error should be never displayed!: %s\n", &c_svnident_code[0] ); // DLR Version Control Information out of the MATLAB-Workspace: // - Revision : // - Interface : 33.0 // - Modul : 0.0 // - Timestamp : E+7 // - Ident : Rev3090_ _1847_halas_ _0911_mycopter_ _0811 *puj_revision = ( (unsigned long) ( ) ); *puj_interface = ( (unsigned long) ( ) ); *puj_modul = ( (unsigned long) ( ) ); *pd_timestamp = ( (double) ( E+7 ) );

10 DLR.de Folie 10 Entwicklungsprozess von Experiment-Software

11 DLR.de Folie 11 Beispiel: Reduzierung der Arbeitsbelastung des Piloten durch Modell-basierte Regelung Problem: Wie kann das stark gekoppelte System Hubschrauber stabilisiert werden? Lösung: Modell-basierte Regelung bildet das geforderte Flugverhalten aus dem Kommandomodell auf den Hubschrauber ab (EC 135) Steuerkommando des Piloten ist der Eingang des Kommandomodells Pilot steuert das stabile Kommandomodell anstatt des instabilen Hubschraubers Pilot Steuer- Kom. gefordertes Hubschrauberverhalten Modellbasierte Regelung Steuersignale für das geforderte Verhalten Aktuelle Hubschrauberdynamik Hubschrauber Reaktion Kommandomodell Umsetzung des Sollverhaltens = geregelter Hubschrauber ACT/FHS

12 DLR.de Folie 12 Beispiel: Reduzierung der Arbeitsbelastung des Piloten durch Modell-basierte Regelung Kommandomodelle Antwortverhalten Ratenkommando (RC) h p f v pos p f v pos Lagekommando (AC) h p f v pos

13 DLR.de Folie 13 Beispiel: Reduzierung der Arbeitsbelastung des Piloten durch Modell-basierte Regelung Kommandomodelle Antwortverhalten Geschwindigkeitskommando (TRC) h p f v pos p f v pos Positionskommando (PC) h p f v pos

14 Longitudinal Longitudinal DLR.de Folie 14 Beispiel: Reduzierung der Arbeitsbelastung des Piloten durch Modell-basierte Regelung Einfluss des Antwortverhalten auf die Steueraktivität Vergleich der Handling Qualities mit Rate Command (RC) Attitude Command Attitude Hold (ACAH) Translational Rate Command (TRC) RC ACAH TRC HQR = 6 HQR = 4.5 HQR = 6 HQR = 5 HQR = 2 HQR = 2 Pilot D Pilot B Lateral Lateral Lateral Zunehmende Stabilisierung Quelle: Blanken, Hart, Hoh, Helicopter Control Response Types for Hover and Low-Speed Near-Earth Tasks in Degraded Visual Environment, 47th AHS Forum, Phoenix, AZ, USA, 1991

15 Danke für Ihre Aufmerksamkeit und Frage? Die Entwicklung von Experimentfunktionen für den DLR-Forschungshubschrauber ACT/FHS Martin Gestwa