Autores: Sergio Garcí­a-Nieto Rodrí­guez y José M. Castiblanco Quintero

Introducción

La simulación avanzada mediante Hardware-In-the-Loop (HIL) es una técnica muy extendida en el sector de la automoción y en el ámbito aeroespacial. Su principal ventaja reside en la capacidad de realizar tests complejos con componentes reales en entornos controlados y no destructivos. En general, esta técnica es usada para el desarrollo y comprobación de sistemas embebidos complejos con características de tiempo real. La simulación HIL constituye una plataforma eficiente debido a que incorpora toda la complejidad dinámica de la planta que debe ser gestionada por el sistema de control embebido. Esto es posible mediante la incorporación de modelos matemáticos complejos que reflejan la dinámica completa de todos los subsistemas, formando lo que se denomina como ”simulación de la planta”. El sistema embebido de control que se desea testar, interactúa con el simulador del mismo modo que lo haría en su funcionamiento normal. De este modo, es posible comprobar de manera robusta, flexible y no destructiva, todos los modos de funcionamiento y algoritmos de control del sistema embebido.

Método

El trabajo presentado abordará el desarrollo de un entorno de simulación HIL basado en plataformas de computación PXI con software VeriStand de National Instruments, modelado mediante Matlab-Simulink y entorno de visualización gráfica basado en FlightGear. El objetivo es describir de manera detallada el conjunto de elementos necesarios para establecer un entorno de simulación HIL avanzado, estableciendo las dependencias entre los distintos componentes hardware y software.

En particular, el framework de trabajo que se propone, permite desarrollar lo modelos dinámicos complejos mediante diagramas de bloques en Matlab-Simulink para, posteriormente, integrarlos en el sistema de simulación como librerías dinámicas compiladas (DLLs). Por otra parte, la gestión, incorporación y virtualización del hardware que compondría el sistema de control real, se realiza bajo la plataforma Labview-Veristand de National Instruments. Finalmente, se emplea el entorno de visualización 3D de código abierto conocido como FlightGear, como plataforma para poder representar de manera gráfica la simulación completa.

La plataforma propuesta se analizará mediante la implementación de un ejemplo real basado en la aeronave Kadett 2400. Este Micro Vehículo Aéreo No Tripulado (MAV) presenta las siguientes características constructivas:

• Envergadura de 2400 $mm$
• Longitud:            1745 $mm$
• Peso: 5000 $g$
• Superficie alar: 100 $dm^2$
• Carga de Pago: 3 $kg$
• Propulsión: Eléctrica LiPo
• Autonomía: 40’

Resultados

El trabajo presenta en detalle la incorporación de todos los elementos necesarios, tanto software como hardware, para poder generar un entorno de simulación HIL para el Kadett 2400. Asimismo, se muestra el resultado de simulación de los sistemas de control testeados.

Conclusiones

El framework propuesta presenta una serie de ventajas relevantes comparado con otros sistemas de simulación existentes, tal y como se enumeran a continuación:

• No es necesario desarrollar una plataforma Software-Hardware específica
• Todos los módulos son reutilizables
• Reducción de tiempo de desarrollo ya que no es necesario portar los modelos a nuevas plataformas
• Entorno robusto, fiable y con soporte 24/7

Por todo ello, el sistema presentado es una alternativa robusta, confiable y flexible para la validación de nuevos sistemas de control dentro del ámbito de los sistemas UAS.

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