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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
MBDA IT ProprietiesMBDA IT Presentazione MATLAB EXPO 2014
• 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
MBDA IT ProprietiesMBDA IT Presentazione MATLAB EXPO 2014
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%
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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)
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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.
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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
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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)
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Modello Meccatronico: Elementi di trasduzione e Saturazioni
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Modello Meccatronico: Coppie parassite, backlash e stifness
Coppie di disturbo riconducibili ai cavi, cuscinetti, etc
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Modello Meccatronico: sistema di trasmissione asse esterno
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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Domande
Grazie per l’attenzione