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NASAs Top Model

Skaliertes UAV für Testflüge unter Extrembedingungen

22. Juni 2010: Die NASA arbeitet bei ihrer Testeinrichtung AirSTAR (Airborne Subscale Transport Aircraft Research) mit einem UAV (Unmanned Aerial Vehicle), um Flugsituationen zu untersuchen, die mit echten Flugzeugen zu riskant und zu kostspielig wären. Ein per Funk angebundenes dSPACE-System übernimmt dabei die Rolle des Flugsteuerungscomputers.

Flugsteuerung mit dSPACE-System
Obwohl das UAV im Vergleich zu einem echten Verkehrsflugzeug klein ist, können die von der NASA getesteten Algorithmen sehr umfangreich sein. Die Regelstrategien und die Anforderungen an das Echtzeitsystem entwickeln die Ingenieure zumeist am Schreibtisch, und zwar mit Algorithmen-Prototypen, die in einem modellbasierten Simulationstool wie MATLAB®/Simulink® implementiert sind. Ein Ziel des AirSTAR-Programms war es, die Übertragung dieser Algorithmen auf ein Echtzeitsystem für die Flugtests zu beschleunigen und ausreichend Rechenleistung für den untersuchten Code bereitzustellen.
Hierdurch ist es möglich, die Ergebnisse realer Flugversuche bereits in einer frühen Phase der Technologieentwicklung zu berücksichtigen. Möglich wurde das durch den Einsatz des dSPACE-Systems am Boden, das mit dem Flugzeug über eine breitbandige telemetrische Verbindung kommuniziert.

Mobile Bodenstation zur Flugkontrolle
Die Bodenstation besteht zum einen aus einem Multi-Prozessor-dSPACE-System und zum anderen aus weiteren Rechnern zur Erzeugung der Bildschirmdarstellung und für die Messdatenaufzeichnung. Auf dem ersten Prozessorboard des dSPACE-Systems befinden sich die "Bordsysteme", die die Pilotenbefehle empfangen (diskret, analog und PWM I/O), die Telemetriedaten des UAVs verwalten (RS422 seriell) und die Daten für die Echtzeitanzeige (UDP) verarbeiten und einstellen. Das zweite dSPACE-Prozessorboard untersucht die jeweils aktivierten Regelalgorithmen, und zwar sowohl unter regulären als auch fehlerhaften Flugzeugkonfigurationen. Die je nach Testflug unterschiedlichen Regelalgorithmen führen Code aus, der in Simulink mit Hilfe eines Simulationsmodells für das UAV entwickelt wurde. Der Einsatz des zweiten Prozessors für diesen Code sorgt nicht nur insgesamt für sehr viel Rechenleistung, sondern ermöglicht es dem Hauptprozessor auch, Software-Fehler zu überwachen und zu isolieren, darunter Code-Sperrungen, Segmentierungsfehler oder unkontrolliertes Verhalten, und automatisch an eine der Überwachungsstationen weiterzuleiten.

Grundlegende Informationen