DESCRIZIONE GENERALE
Al CIRA, il laboratorio sperimentale GN&C di HW-in-the-Loop (HIL) è stato realizzato per sviluppare le attività di progettazione, realizzazione e validazione di prototipi e test-rig di sistemi di controllo ed automazione in ambito aerospaziale. Nel corso degli anni tale laboratorio è divenuto uno strumento essenziale di supporto alle attività di ricerca e sviluppo nel settore della Guida, Navigazione e Controllo di veicoli aerospaziali consentendo la sperimentazione veloce di nuove tecnologie adottando tecniche di "Control System Rapid Prototyping" e di simulazione "Real Time Hardware-in-the-loop”.
STRUMENTI
• Macchine per la Simulazione in Tempo Reale
Con caratteristiche di elevata modularità, riconfigurabilità ed espandibilità, basati su piattaforme multi-processore dedicate fornite principalmente dalla ditta DSPACE, integrate con l’ambiente di sviluppo MATLAB/SIMULINK. Le capacità di I/O disponibili consentono la gestione contemporanea di alcune centinaia di segnali discreti in formati analogici, digitali e PWM e la comunicazione su differenti bus di dati digitali (seriali, Ethernet, CAN, MIL.STD-1553, Flexray, ARIC 429).
• Piattaforma di Stewart per la simulazione di assetti
E’ basata su un esapodo a 6 gradi di libertà ed è dotata di un'unità di controllo per applicazioni industriali, impiegata per la simulazione di assetti (carico massimo di circa 100 Kg).
• Dispositivi per la simulazione hardware-in-the-loop
o Apparati necessari alla realizzazione di test-rig in ambito avionico, quali dispositivi di misura, apparati di condizionamento segnale e organi di attuazione (AHRS, servoattuatori, ecc.);
o Data Link, basato su radiomodem per la comunicazione dati bidirezionale fino a 9600 bit/sec tra stazione di terra e sistema sotto test.
o Sistema di trasmissione video/audio tra stazione di terra e sistema sotto test;
o dispositivi di attuazione idro-pneumatica ed elettro-meccanica (valvole, pistoni, ecc.);
o trasduttori e sensoristica elettro-meccanica (sensori di pressione, rilevatori di posizione, ecc.);
o Air Data Test Set per la simulazione di pressione dinamica e statica.
• Ambienti di Sviluppo Prototipi di Sistemi di Controllo
Il laboratorio dispone di numerosi ambienti di sviluppo per la prototipizzazione di sistemi di controllo embedded in applicazioni airborne. Tali ambienti sono basati su HW rugged (sia su piattaforma INTEL che PowerPC) e su ambienti di sviluppo che integrano gli strumenti MATLAB/SIMULINK con quelli DPSACE RTI, xPCTarget e Tornado/VxWorks. Tutte le piattaforme di sviluppo includono inltre i necessari strumenti per la progettazione a livello sistema, la codifica automatica del SW, lo sviluppo rapido di interfacce grafiche per le funzioni di monitoraggio, gestione e registrazione e librerie di driver dedicate per il facile accesso agli I/O ed ai bus avionici disponibili sulle macchine.
• Flying Small Scale Demonstrator
o Piattaforma volante scalata, Sono disponibili due sistemi volanti corredati da una dotazione di pezzi di ricambio, basati su velivoli radiocomandati annoverati nella classe giant con un’apertura alare di quasi 4 m. Tali piattaforme, a seconda della fase di sviluppo delle tecnologie, possono essere impiegate anche nell’ambito del Testbed per la simulazione Hardware-in-the-loop, essendo di ausilio al testing di specifici aspetti funzionali
o Stazione di controllo di terra (GCS), Unità di controllo a terra ad installazione mobile che può esplicare sia funzioni di raccolta dati e visualizzazione che di comando e controllo, connessa al sistema avionico di bordo mediante un opportuno sistema di data-link.
o Componenti Avionici di Bordo, Sistemi necessari alla sperimentazione di funzioni di guida, navigazione e controllo. Essi, oltre agli apparati di seguito elencati, annoverano anche una o più unità portatili appartenenti alle Piattaforme di sviluppo prototipi sopra descritte, che realizzano i prototipi sotto test oggetto della sperimentazione in cui tale facility volante viene impiegata: sistema Data-Link per la comunicazione dati bidirezionale, sensoristica per la navigazione (sistema GPS differenziale RTK su due frequenze, piattaforma AHRS a stato solido, ecc.), sensoristica per la misura della posizione relativa (radar altimetro, laser altimetro, ecc.), servoattuatori elettrici digitali a tecnologia PWM, Sistema di monitoraggio video.
SERVIZI EROGABILI
• Verifica funzionale di apparati avionici mediante simulazioni Real Time HW-in-the-Loop
All’interno del laboratorio è possibile svolgere la verifica funzionale di sistemi avionici e GNC sviluppati all’interno o all’esterno del CIRA. Le simulazioni HIL sono parte integrante delle attività di testing sperimentale dei sistemi avionici di bordo. In particolare, esse si basano sull’utilizzo di tool HW/SW avanzati per la realizzazione di test-rig sperimentali per applicazioni aerospaziali.
Tali attività possono essere portate a termine grazie all’utilizzo, nella configurazione più completa, di tre sistemi di simulazione real-time con capacità di calcolo bi-processore interfacciabili fra di loro che, integrati con una piattaforma dedicata alla simulazione degli assetti, possono ricreare in maniera molto fedele le reali condizioni operative dei prototipi di sistemi di controllo sotto test, ed inoltre di simulare quelle interfacce il cui funzionamento non è riproducibile in maniera reale in laboratorio.
Il test rig è completato da stazioni di monitoraggio, controllo e memorizzazione che consentono, attraverso specifiche postazioni HMI, la gestione in linea dell’ambiente di simulazione e la conduzione degli esperimenti.
• Prototipazione Rapida Sistemi GNC
Un’importante attività che il laboratorio rende disponibile su specifica di enti sia interni che esterni al centro, è la realizzazione dei prototipi di sistemi di controllo (Control System Rapid Prototyping), a partire dalla progettazione system-level fino all'implementazione su sistemi dedicati.
Le piattaforme utilizzate si configurano come veri e propri sistemi di sviluppo. Tali sistemi possono essere composti da piattaforme HW basate su processori dedicati, architetture conformi a standard industriali, kernel real-time, e da ambienti SW atti all’impiego di metodologie innovative di sviluppo. Le unità portatili per applicazioni embedded consentono lo sviluppo di prototipi per un ampio range di applicazioni. Grazie alle tecniche di Rapid Prototyping è possibile generare direttamente il codice sulla macchina target real-time a partire dagli schemi di progetto in ambiente MATLAB/SIMULINK. Ciò consente di testare rapidamente le strategie progettuali ed ottimizzare il ciclo di sviluppo.
• Validazione Concettuale mediante Piattaforme Volanti Scalate
Ulteriore attività di verifica messa a disposizione grazie agli strumenti presenti nel laboratorio è la messa a punto di sistemi avionici attraverso prove sperimentali in volo e quindi in un ambiente operativo realistico. Si tratta dell’utilizzo di una vera e propria facility basata su una piattaforma volante in piccola scala per lo sviluppo e la validazione sperimentale di tecnologie critiche in ambito di Guida, Controllo ed Automazione del volo.
Analoghe esperienze condotte presso Università e/o centri di ricerca internazionali hanno dimostrato che l’utilizzo di una piattaforma scalata non comporta nessuna limitazione nello sviluppo di tali tecnologie. D’altro canto i vantaggi derivanti possono essere notevoli, in particolare tempi e costi di sviluppo molto ridotti, costi di gestione e manutenzione veramente contenuti, possibilità di minimizzare gli adempimenti per la certificazione e la gestione operativa del velivolo. Tale piattaforma sperimentale consente peraltro il montaggio di strumentazione speciale per l’effettuazione di test specifici.
PROGETTI IN CORSO
• HAPD – GN&C Prototype for a High Altitude Flexible Demonstrator
• USV – Advanced GN&C System for TAEM Phase of Re-Entry
• USV – Tools for Dropped Flight Tests Mission Optimization
• USV – On-Line Stratospheric Balloon Navigation Facility (SANBA)
• ALICIA – All Weather Autolanding Real Time Simulation Models
• TECVOL – HIL Simulation for Autonomous GN&C Technologies
• JTI GRC5 – Development and Flight Test of an FMS for Noise Reduction
• JTI GRA – System Prototypes for Active Low Noise Configurations
• MIDCAS – Sensor Fusion Prototyping for Collision Avoidance
CUSTOMER & PARTNERS
OMA Sud Sky Technologies, Vulcan Air, IAI, ASI/ESA, Agusta, Aermacchi, Eurocopter, Liebherr, Alenia Aeronautica, Alenia Spazio, Fiat Avio, Galileo Avionica, SAB Aerospace, Technosystem Developments, Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Università Phartenope, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”.
Contatto
Federico Corraro
Tel. +39 0823 623012
email: f.corraro@cira.it
TORNA AL MENU'
|
;)
;)
;)
;)
;)
;)
;)
;)
