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Folie 127. Juni 2017, MünchenRobert Doering, M.Sc. und Daniel Apenbrink, B.Sc.
Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und LehreMATLAB EXPO 2017
Folie 2Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Forschungsorientierte Lehre
Projektarbeit
Früher
Systemtechnisches Entwicklungsprojekt
Was bedeutet das?
?Heute
Fachlabor
Seminararbeit
Studiengangsreform
Folie 3Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Systemtechnisches Entwicklungsprojekt
Semesterübergreifende Systementwicklung entlang des V-Modells
(a)
(b)
(c)
Folie 4Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
§ Systemtechnischer Flugsimulator
§ Konzeptionierung
§ Implementierung
§ Integration
§ Fallbeispiel
§ Zusammenfassung
Inhalt
Folie 5Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
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
Genright
RATGen
TRU
APUGen
Bat2
Bat1
ATU ATUTRU TRUTRU TRU
230VAC230VAC
115VAC 115VAC
115VAC
ATUTRU
28VDC
270VDC
28VDC
270VDC
28VDC
270VDCINV
DCDC
28VDCBAT
230VAC
Genleft
GPU
INV
Elektrisches System
Folie 6Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Arbeitsaufteilung im Team
Modellierung
VisualisierungIntegration
[1] [2]
[3]
Ac#ve Inac#ve
Fail
Folie 7Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Konzeptionierung
Modellierung§ Ableitung einer Systemarchitektur aus
Anforderungsliste§ Unterschiedliche Spannungsarten§ Redundante Architektur hinsichtlich:
− Quellen− Sammelschienen− Wandlern
§ Rekonfigurierbar
Visualisierung§ Identifizierung notwendiger Anzeige- und
Bedienelemente für:− Zustandsüberwachung − Schalten von Systemkomponenten − Steuerung elektrischer Kabinenverbaucher
§ Design der Anzeige- und Bedienelemente§ Implementierung in SCADE und MATLAB
GeneratorenLeistungselektronikLastenPower Management System
Folie 8Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
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 9Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Integrationsphase: Integration in den Flugsimulator
Herausforderungen§ Echtzeitsystem (dSPACE)§ Vielfältige Hard- & Software-Komponenten§ Uni- & bidirektionale Kommunikation (Ethernet
und CAN-Bus)§ Vielfältige Wechselwirkungen
Echtzeitfähige Modelle benötigt
Detaillierte Modelle nicht echtzeitfähig
Maßnahmen erforderlich
[4]
Folie 10Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Integrationsphase: Modellreduktion
Detaillierte Architektur einer TRU Idealisierte Architektur einer TRU
Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017
Reduktionstechniken§ Gleichungsbasierte Techniken:
− Zustandsraumbasiert− Frequenzbasiert
§ Modellbasierte Techniken:− Linearisierung von Komponentenverhalten− Vereinfachung physikalischer Zusammenhänge
Angewandtes Verfahren§ Effektivwert-Modelle§ Idealisiertes Komponentenverhalten
Folie 11Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Integrationsphase: Power Management System
Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017
Power Management System§ Systemautomation mittels Stateflow§ Implementierung von:
− Schnittstellen zum elektrischen Netz und Displays− Verarbeiten von Inputsignalen− Reaktion auf Fehlerfälle
Beispiel: Transformer Rectifier Unit§ Abbildung der möglichen Zustände§ Zustandsabhängige Ausgabe von:
− Schaltsignalen für andere Komponenten− Darstellungsinformationen für Displays
§ Fehlerfallerkennung durch Sensorik
[Display_Signals]
[State_Signals]
[Command_Signals]
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
Power Management System
[FOHD]
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
<tru_230_270_1_state>
State Inputs
Display
Inputs
Dis
play
O
utpu
tsSt
ate
Out
puts
Fail
Inactive
Active
SensorSensor
Reset
TRU_230_270
22
1
1
Folie 12Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Demonstration: Verhalten im Fehlerfall
Beispiel: Ausfall einer TRU§ Flugzeug befindet sich im Reiseflug§ Betrachtung des linken und
essentiellen Systems1. Ausfall der linken TRU 2. Einschalten der essentiellen TRU 3. Umschalten der Versorgung
Folie 13Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Zusammenfassung
Systemtechnisches Entwicklungsprojekt§ Semesterübergreifende Systementwicklung§ Teamprojekt§ Elektrisches Netz eines Verkehrsflugzeuges
Konzeption & Implementierung§ Entwicklung von Netzarchitektur & Displaykonzepten§ Implementierung komplexer Modelle in Simscape
Power Systems§ Umsetzung der Displays in SCADE und MATLAB
Genright
RATGen
TRU
APUGen
Bat2
Bat1
ATU ATUTRU TRUTRU TRU
230VAC230VAC
115VAC 115VAC
115VAC
ATUTRU
28VDC
270VDC
28VDC
270VDC
28VDC
270VDCINV
DCDC
28VDCBAT
230VAC
Genleft
GPU
INV
Integration & Demonstration§ Effektivwert-Modelle§ Power-Management§ Demonstration: TRU-Ausfall
Fail
Inactive
Active
SensorSensor
Reset
TRU_230_270
22
1
1
Folie 14Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit!
Haben Sie Fragen?Kontakt:Robert Doering, M.Sc.Institut für Flugzeug-SystemtechnikTU HamburgHamburg, [email protected]
Daniel Apenbrink, B.Sc.
TU HamburgHamburg, [email protected]
Folie 15Doering & Apenbrink, MATLAB EXPO 2017, 27. Juni 2017Systemtechnischer Flugsimulator für Forschung und Lehre
Quellenverzeichnis
[1] anjelismith578.wordpress.com[2] pixabay.com[3] Busch, Rudolf: Elektrotechnik und Elektronik, 5. Auflage, Vieweg + Teubner, 2008[4] lifewire.com