센서는 오늘날 우리가 의존하는 대부분의 교통수단의 안정적인 작동을 보장하는 데 중추적인 역할을 합니다. 항공기는 특히 ECU 검증을 위한 시뮬레이션 환경에서 센서의 존재성을 보여주는 훌륭한 예시입니다. 열전대는 엔진 배기 온도를 모니터링하고, RTD는 갤리 오븐 온도를 측정하며, LVDT/RVDT/리졸버는 엔진 역추력 장치, 연료 시스템, 조종석 제어장치, 비행 표면 액추에이터를 모니터링하고, 스트레인 게이지는 날개의 꺾임, 압력, 부하, 토크를 모니터링하며, 가속도계 센서도 동체에 배치되어 있습니다.
그림 1: 다양한 형태의 센서 및 측정 대상
이러한 각 센서는 물리적 특성을 실시간 제어 시스템에 사용될 수 있는 전기 신호로 변환합니다. 예를 들어, 열전대는 엔진 배기 온도를 낮은 전압으로 변환하여 항공기의 ECU에서 증폭하고 모니터링할 수 있습니다. 역추력 위치를 모니터링하는 LVDT는 조종사가 설정한 위치에 역추력이 있는지 확인하기 위해 제어 루프에 공급하는 AC 전압 신호를 생성합니다.
센서가 제어 시스템에 제공하는 모든 정보는 항공기가 안전하고 예측 가능하게 운항할 수 있도록 보장합니다.
그림 2: 항공기에 다양한 센서가 통합되는 방식
항공기의 ECU는 임베디드 펌웨어 내의 알고리즘에 크게 의존하여 수집된 센서 데이터를 처리하고, 이를 기반으로 결정을 내리며 필요한 제어 신호를 관련 내부 시스템 및 액추에이터로 보냅니다. ECU 검증 및 테스트 중, 장치가 오픈 및 쇼트 배선과 같은 하드웨어 결함을 포함한 모든 잠재적 작동 조건에 안전하고 안정적으로 반응하는지 확인하는 것이 중요합니다. 그러나 모든 센서 입력 조건에 대한 각 ECU의 응답을 확인하기 위해 가능한 모든 환경 시나리오에 실제 항공기를 적용하는 것은 안전하지도 않고 실용적이지도 않습니다. 이 경우, 센서 시뮬레이션은 포괄적인 테스트를 위한 안전하고 실용적인 대안을 제공함으로써 엔지니어가 테스트 프로세스에 대해 쉽고 편하게 느낄 수 있도록 합니다.
ECU 펌웨어가 예상대로 작동하는지 확인하는 가장 효율적인 방법은 비행 중에 경험할 수 있는 다양한 시나리오를 실험실에서 시뮬레이션하는 것입니다. 이는 일반적으로 ECU를 '인-더-루프'에 넣고 모든 센서를 정확하게 시뮬레이션하는 테스트 장비에 연결하는 것입니다. 센서를 매우 정밀하게 시뮬레이션하면 엔지니어들은 환경 자체를 변경하지 않고도 항공기의 물리적 환경 변화를 에뮬레이션할 수 있습니다. 예를 들어, 열전대 시뮬레이션 장치를 사용하면 온도가 1000℃인 환경을 만들지 않고도 주변 온도에서 1000℃로 변화하는 물리적 열전대를 에뮬레이션할 수 있습니다. 즉, 센서 시뮬레이션은 제어 알고리즘을 검증하는 데 매우 정밀하고 효과적인 방법으로 신뢰성에 대한 확신을 심어줄 수 있습니다.
그림 3: 다양한 시뮬레이션 모듈이 포함된 하이브리드 PXI 섀시
60개 이상의 글로벌 시험 및 측정기 공급업체가 지원하는 업계 표준 모듈형 아키텍처인 PXI는 HIL (하드웨어-인-더-루프) 시뮬레이션을 위한 선호 플랫폼이 되었습니다. 이를 통해 시스템 엔지니어는 다양한 상용 기성품을 사용하여 테스트 베드를 맞춤화할 수 있습니다. 센서 시뮬레이션의 맥락에서 PXI는 실제 센서 출력의 모사를 용이하게 하는 중추적인 역할을 합니다. 그러나 사용되는 센서 유형에 따라 다양한 유형의 전기 신호가 생성되기 때문에 각 센서 유형에 맞게 특별히 제작된 시뮬레이션 기능이 필요합니다. 이러한 다양한 요구 사항을 원활하게 수용하여 적응성에 대한 확신을 심어주고 엔지니어에게 안정성을 보장하는 PXI의 다목적성이 진정으로 빛을 발하는 부분이 바로 이 부분입니다.
이 블로그 시리즈에서는 여러 가지 센서를 살펴보고, 각 센서의 고유한 특성을 강조하며, 특정 PXI 시뮬레이터가 각 센서 유형의 실제 출력 신호를 모사하는 방법을 자세히 설명합니다.
참고: 이 글은 피커링에서 제작 중인 센서 시뮬레이션에 관한 6부작 시리즈 중 1부입니다.
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