선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 비행제어컴퓨터의 이중화 시스 템의 설계 내용과 시험 및 검증 방법에 대해서 기술하였다.
제안 방법
- 5 km 반경에 대한 점항법 모드로 비행하는 조건에서 비행제어컴퓨터를 강제로 재시작 시킨 후 결과를 분석하였다. 1차 시험에서는 틸트 각 80도와 착륙장치 down 상태에서 귀환점(Return Home Point, RHP) 정보를 업로드를 시킨 후 발전기와 착륙장치 스위치 명령 없이 하드웨어 초기화를 하였다. 하드웨어 초기화가 완료 된 후 틸트 각도와 조종면 변위는 허용 범위 내에서 유지되었고, NVRAM 기록 명령 신호가 없기 때문에 귀환점 정보는 초기화 되어 NVRAM에 비행데이터가 기록되지 않음을 확인하였다.
- 비행제어컴퓨터의 1단계 이중화 기능 검증을 위해 CCDL과 연관된 제어법칙 태스크의 중지 및 재시작 시험이 채널 별로 수행되었다. 2단계 이중화 기능 검증은 주 채널에 대한 소프트웨어 및 하드웨어 초기화 시험과 주/보조 채널에 대한 하드웨어 초기화 시험이 수행되었다.
- 데이터 복원 과정에서 비행제어법칙 출력의 불연속성을 방지하기 위하여 비행제어법칙에 사용되는 저주파 통과 필터(Low Pass Filter, LPF) 와 소프트웨어 속도 제한기(Software Rate Limiter, SRL)에 대한 초기 값 설정 기능이 구현되었다. 이러한 기능은 틸트 각 및 비행속도에 스케줄링 된 콜렉티브 피치 각도, 엔진 출력 레버 작동기 (Power Lever Actuator, PLA), 플랩 각도 그리고 고도/속도 명령 등에 주로 사용된다.
- 비행제어컴퓨터 이중화 시험 검증을 위하여 비행제어컴퓨터를 이용한 벤치 테스트와 비행체와 지상관제시스템을 이용한 통합시험이 수행되었다. 비행제어컴퓨터를 이용한 벤치 테스트를 수행하기 위하여 이중화 기능을 위한 채널과 간단한 매트릭스 기능을 위한 케이블이 제작되었다.
- 비행제어컴퓨터 이중화 최종 검증 시험은 비행체와 지상관제시스템을 이용한 통합시험환경에서 수행되었다. 비행제어컴퓨터에 대한 독립적인 전원 차단을 위하여 별도의 외부전원이 비행제어 컴퓨터에 연결되었다.
- 비행제어컴퓨터 재부팅 시 NVRAM에 기록된 비행데이터를 참조하여 비행운용프로그램의 초기값을 부팅 직전의 값으로 설정하는 기능은 비행 운용프로그램의 카운터 정보가 30 이상이고 터빈 회전속도가 50%를 초과하는 조건에서 실행되도록 설계되었다. 엔진 시동 후 지상 혹은 비행운용 조건에서만 데이터 복원 기능이 동작되도록 이 조건이 추가되었다.
- 초기화 후 비행체 자세, 고도 그리고 속도에 대해서 약간의 변동이 있었으나 바로 안정화 되는 것을 확인할 수 있다. 비행제어컴퓨터가 하드웨어 초기화되면 비행데이터 기록장치에 저장되는 시간 정보도 초기화되기 때문에 획득된 데이터의 카운트 정보를 이용하여 비행제어컴퓨터의 시간을 도시하였다. 데이터 카운트 축에 대해서 시간이 0초로 초기화 되는 구간이 비행제어컴퓨터 하드웨어 초기화 완료 시점으로 볼 수 있다.
- 비행제어컴퓨터 이중화 시험 검증을 위하여 비행제어컴퓨터를 이용한 벤치 테스트와 비행체와 지상관제시스템을 이용한 통합시험이 수행되었다. 비행제어컴퓨터를 이용한 벤치 테스트를 수행하기 위하여 이중화 기능을 위한 채널과 간단한 매트릭스 기능을 위한 케이블이 제작되었다. 벤치 테스트에서는 1단계와 2단계 검증을 위한 시험이 수행되었다.
- 비행제어컴퓨터의 1, 2단계 기능 점검은 벤치 시험과 비행체 및 지상관제 시스템을 이용한 통합 시험 환경에서 수행되었고, 3단계 기능 점검은 통합 시험 환경에 HILS 기능이 추가되어 수행되었다.
- 비행제어컴퓨터의 1단계 이중화 기능 검증을 위해 CCDL과 연관된 제어법칙 태스크의 중지 및 재시작 시험이 채널 별로 수행되었다. 2단계 이중화 기능 검증은 주 채널에 대한 소프트웨어 및 하드웨어 초기화 시험과 주/보조 채널에 대한 하드웨어 초기화 시험이 수행되었다.
- 비행제어컴퓨터의 이중화 기능 구현 및 점검 시험을 통해 틸트로터 무인기 비행제어시스템의 신뢰도를 확보하였다.
- CCDL을 이용한 이중화 시스템은 비행제어컴퓨터 간 데이터 통신을 기반으로 동작되기 때문에 비정상적인 동작에 대한 감시에 제한이 있다. 이러한 문제를 보완하기 위하여 워치독 타이머를 이용하여 주 컴퓨터의 동작상태를 감시하는 기능이 구현되었다.주 컴퓨터의 비행운용프로그램에는 워치독 타이머 초기화를 위하여 20ms 간격으로 펄스 신호를 생성시키는 기능이 구현되어있다.
- 비행제어컴퓨터 이중화 기능 3단계 검증 은 HILS 시험환경에서 수행되었다. 이륙 후 2.5 km 반경에 대한 점항법 모드로 비행하는 조건에서 비행제어컴퓨터를 강제로 재시작 시킨 후 결과를 분석하였다. 1차 시험에서는 틸트 각 80도와 착륙장치 down 상태에서 귀환점(Return Home Point, RHP) 정보를 업로드를 시킨 후 발전기와 착륙장치 스위치 명령 없이 하드웨어 초기화를 하였다.
- 7에 보였다. 이중화 기능 3단계인 비행데이터 복원 기능에 대한 시험은 통합시험환경에 비행체 운동모델과 탑재장비모사 기능이 추가적으로 연결된 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation) 환경에서 수행되었다.
- 이중화로 구성된 비행제어컴퓨터는 전원이 공급되면 동시에 시작된 후 주변 장치로부터 정보를 받아 동작되도록 설계되었다. 두 개의 컴퓨터가 동시에 동작하지만 신호출력은 한 개의 컴퓨터에서만 나오도록 설 계되었다.
- 특히 3단계 기능 점검을 위한 시험 환경에서는 회전익, 천이 그리고 고정익 비행모드에서 데이터 복원 기능 점검이 각각 수행되었다.
- 틸트로터 무인기에 탑재되는 비행제어컴퓨터는 주 채널과 보조 채널로 구성되어 있는 이중화 시스템으로 설계되었다.
성능/효과
- 같은 조건에서 착륙장치 up 명령을 업로드 하여 NVRAM 에 비행 데이터를 기록하게 한 후 하드웨어 초기화를 시킨 결과 틸트 각 , 조종면 변위 그리고 귀환점 정보 모두 유지되는 것을 확인하였다. 이러한 시험은 틸트 각 60도, 30도 그리고 0도에서 각각 수행되었고, 이중화 기능 3단계가 정상적으로 동작되는 것이 확인되었다.
- 시뮬레이션 결과 분 석을 통해 비행제어컴퓨터 이중화 기능 중 데이터 복원 기능이 정상적으로 동작되는 것을 확인하였다. 그러나 비행체 자세, 속도 그리고 고도 데이터 분석 결과에서 데이터 복원 후 현재 고도와 속도가 초기에 유지 되지 못하는 문제가 발견되었다. 유지성능 저하 문제는 비행제어컴퓨터 하드웨어 초기화 후 데이터 복구 과정에서 정지비행 수준의 상수로 설정된 PLA 위치 값에 의해 발생하는 것으로 분석되었다.
- 시뮬레이션 결과 분 석을 통해 비행제어컴퓨터 이중화 기능 중 데이터 복원 기능이 정상적으로 동작되는 것을 확인하였다. 그러나 비행체 자세, 속도 그리고 고도 데이터 분석 결과에서 데이터 복원 후 현재 고도와 속도가 초기에 유지 되지 못하는 문제가 발견되었다.
- 그러나 비행체 자세, 속도 그리고 고도 데이터 분석 결과에서 데이터 복원 후 현재 고도와 속도가 초기에 유지 되지 못하는 문제가 발견되었다. 유지성능 저하 문제는 비행제어컴퓨터 하드웨어 초기화 후 데이터 복구 과정에서 정지비행 수준의 상수로 설정된 PLA 위치 값에 의해 발생하는 것으로 분석되었다. 향후 PLA 위치 값을 비행체 현재 속도와 고도에 스케줄링 된 값으로 설정하게 되면 PLA 명령 불연속에 의한 성능 저하를 개선시킬 수 있을 것으로 예상된다.
- 주 채널의 이상동작이 CCDL을 통해 보조 채널에서 감지되면 보조 채널로 출력전환이 되고 CCDL 상태가 정상이 되면 주 채널로 출력 전환이 확인되었다. 주 채널에서 재시작이 발생되면 보조 채널로 출력전환이 되고 주 채널이 정상적으로 동작되어도 보조 채널의 출력이 유지됨을 확인하였다. 각각의 시험 조건에 대한 채널 별출력 상태 결과는 Table 6에 보였다.
- 주 채널의 이상동작이 CCDL을 통해 보조 채널에서 감지되면 보조 채널로 출력전환이 되고 CCDL 상태가 정상이 되면 주 채널로 출력 전환이 확인되었다. 주 채널에서 재시작이 발생되면 보조 채널로 출력전환이 되고 주 채널이 정상적으로 동작되어도 보조 채널의 출력이 유지됨을 확인하였다.
- 1차 시험에서는 틸트 각 80도와 착륙장치 down 상태에서 귀환점(Return Home Point, RHP) 정보를 업로드를 시킨 후 발전기와 착륙장치 스위치 명령 없이 하드웨어 초기화를 하였다. 하드웨어 초기화가 완료 된 후 틸트 각도와 조종면 변위는 허용 범위 내에서 유지되었고, NVRAM 기록 명령 신호가 없기 때문에 귀환점 정보는 초기화 되어 NVRAM에 비행데이터가 기록되지 않음을 확인하였다.
후속연구
- 유지성능 저하 문제는 비행제어컴퓨터 하드웨어 초기화 후 데이터 복구 과정에서 정지비행 수준의 상수로 설정된 PLA 위치 값에 의해 발생하는 것으로 분석되었다. 향후 PLA 위치 값을 비행체 현재 속도와 고도에 스케줄링 된 값으로 설정하게 되면 PLA 명령 불연속에 의한 성능 저하를 개선시킬 수 있을 것으로 예상된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.