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MBDA IT ProprietiesMBDA IT Presentazione MATLAB EXPO 2014

Model-Based Design per la progettazione di servomeccanismi per radar avionici

MATLAB EXPO 2014 4-Nov-2014

Company: MBDA ITALIA

Speaker: Domenico Borzacchiello

MBDA IT Proprieties


• Presentazione MBDA

• Model Based Design per il controllo di assetto di un Radar Avionico

• Costruzione del modello (da CAD ProE a SimMechanic)

• Introduzione delle non idealità

• Validazione del modello con misure su scenari riproducibili in

laboratorio

• Simulazione di scenari previsti a requisito

• Analisi dei risultati e Conclusioni

• Domande

Presentazione MBDA


Struttura del gruppo MBDA

• Accordo legale con il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per operare nel rispetto di un

Accordo di Sicurezza Speciale (SSA, Special Security Agreement) e per mantenere il nulla osta di

sicurezza per la realizzazione di business in modo classificato negli Stati Uniti

37.5% 37.5% 25%

MBDA DEUTSCHLAND MBDA ITALIA

100%

MBDA UK

100%

MBDA FRANCE

MBDA USA

100%

SSA*

100% 100%

/ /

MBDA SPAIN

100%


Presentazione MBDA

• Creata nel 2001, MBDA è uno dei principali protagonisti

mondiali nel mercato dei sistemi missilistici

• MBDA leader europeo nei sistemi missilistici, è il primo gruppo di

difesa europea completamente integrato ad avere un unico

management e una sola struttura operativa

• MBDA è “prime contractor” per la fornitura di alcuni tra i sistemi

missilistici più avanzati al mondo

• MBDA è presente in UK (4 siti), Francia (3 siti ), Germania (4 siti)

e Italia (3 siti)


Approccio al Design

I radar avionici devono garantire le prestazioni richieste in condizioni ambientali di funzionamento

particolarmente gravose.

Compito del progettista è di selezionare l’architettura più idonea a garantirle in tutti gli scenari di

impiego.

Durante le prime fasi di sviluppo, frequenti riallocazioni di prestazioni e ridefinizioni di margini

producono numerose iterazioni progettuali generando, non di rado, significative lievitazioni dei costi

preventivati.

In questo scenario l’utilizzo del Model Based Design in ambiente Simulink può consentire in tempi

congrui

• una pronta valutazione delle conseguenze delle scelte progettuali in analisi;

• mantenere le prestazioni economiche preventivate dello sviluppo in corso.


Controllo di assetto di un radar avionico

DESIGN

Modello Meccatronico

Simulazione scenari richiesti

Ricerca Requisito

L’ attenzione è posta sul requisito principali dell’oggetto da sviluppare:

capacità di mantenere la direzione di tracking

in presenza di disturbi cinematici indotti dal volo.

Si realizza un dimostratore (breadboard) utile per identificare e confermare i

parametri cinematici non derivabili dal modello CAD e indispensabili

a validare il modello meccatronico.

Data la specifica tecnica e i vincoli dimensionali si sviluppa

in ProE un modello CAD;

Importato in Simuilnk il modello consente in tempi rapidi un design preliminare

Modello Fisico Ideale

Verifica Requisiti

Dimostratore

Misure

Introduzione non Idealità

Tuning


Realizzazione del modello CAD con i vincoli cinematici utili all’import in ambiente SimMechanic;

Il modello è non lineare, ideale (in quanto privo delle coppie parassite, delle saturazioni e del

backlash) e dunque richiede un ulteriore lavoro di affinamento.

Il primo vantaggio sostanziale consiste nell’aver ridotto a giorni un’attività che prima

richiedeva mesi e nel poterla ripetere al variare dei requisiti con un impatto accettabile sui tempi

Modello Meccatronico: (Import da ProEng a SimMechanics)


Modello Meccatronico: Elementi di trasduzione e Saturazioni


Modello Meccatronico: Coppie parassite, backlash e stifness

Coppie di disturbo riconducibili ai cavi, cuscinetti, etc


Modello Meccatronico: sistema di trasmissione asse esterno


Modello Meccatronico Completo

Il modello meccatronico è ora completo, restano da identificare i parametri

associati ai modelli rappresentativi dei fenomeni non ideali

L’identificazione dei parametri è ottenuta confrontando gli output, di due tipi di

scenari riprodotti in simulazione, con i loro rispettivi risultati forniti dal dimostratore.


Modello Meccatronico: Misure nel Tempo (Identificazione Parametri delle coppie parassite)

Test Equipment

Da misure sul dimostratore, effettuate nel dominio del tempo, si identificano le coppie parassite.

Il test utilizza una Tilt Table che stimola il radar avionico privo di controllo.

Pe poter eseguire il confronto tra gli output delle simulazioni e il test su dimostratore occorre

modellare anche il test equipment

Tra le simulazioni prese in esame, differenti per i valori assegnati ai parametri da

identificare, è scelta quella con “lo stesso output” ottenuto dal test su dimostratore.

Nota la simulazione sono quindi identificati i parametri incogniti del modello che

descrive le coppie parassite.


Modello Meccatronico: Misure in Frequenza(Identificazione Parametri “Backlash/Stifness”)

Anche in questo caso si eseguono diverse simulazioni, variando i parametri incogniti, e

ricercando il set che meglio approssima le curve di misura.

A differenza del test precedente, in questo caso si ricorre all’utilizzo del Frequency

Responcy Estimation

f [Hz]

|H(f

)| [

dB

]

I rimanenti parametri incogniti del modello sono individuati dalla caratterizzazione

in frequenza del dimostratore alle diverse angolazioni di tracking


Performance Tracking vs disturbi indotti dal volo

Al modello meccatronico così validato si è aggiunto il modello di giroscopio prima e

poi, con il Control System Designer, il loop di velocità richiesto dalla specifica

tecnica.

Si sono quindi simulati diversi scenari di tracking con frequenze e ampiezze di

stimolo, richieste da requisito, e non riproducibili in laboratorio con la Tilt Table

disponibile.


Conclusioni

Dalle simulazioni si è dimostrata la robustezza del design, in particolare il corretto

dimensionamento della massima coppia motore.

È utile sottolineare che tutto ciò è stato fatto senza dover effettuare un flow down

dei requisiti dal sistema al sottoassieme radar avionico.


Domande

Grazie per l’attenzione

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