Defesa Final de Dissertação

UM FRAMEWORK PARA A VALIDAÇÃO AUTOMÁTICA DE

MODELOS APLICADO AO SUBSISTEMA DE ENERGIA DE UM

PICOSSATÉLITEAluno: Italo Pinto Rodrigues

Orientadora: Dra. Ana Maria Ambrosio

Curso de Pós Graduação em Engenharia e Tecnologia Espaciais

Área Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais

Escopo

10:49

2

Verificação

Modelagem

& Simulação

Subsistema

de EnergiaPico e Nanossatélites

Execução Automática de Testes

Rastreabilidade entre Requisito X Caso de Teste

Tancredo 1

Memorando Técnico ECSS

| Simulador de Verificação Funcional

CONTEÚDO

10:49

3

Contexto

Conceitos

Framework Demonstração

Conclusão

Motivação

10:49

4

17%

Bateria

Painel Solar

Principais Falhas

Subsistema de

Suprimento de Energia.

Pouco investimento em ferramentas de testes

funcionais!

Verificação

Objetivos

10:49

5

Objetivo Principal

Definir um framework para apoiar as atividades

de verificação funcional do subsistema de energia

de pico e nanossatélites por meio da execução

automática de testes.

Objetivos Secundários

Definir regras para modelar os equipamentos de um

subsistema de energia;

Demonstrar o uso de um equipamento de interface,

para estabelecer a comunicação entre o ambiente de

simulação virtual e um modelo físico;

Desenvolver uma estratégia que associe simulação e

execução automática de testes funcionais.

10:49

6

CONCEITOS

Verificação | Simuladores | Subsistema de Energia | Execução de Testes

Verificação

10:49

7

Durante o

desenvolvimento de um

produto espacial são

realizadas diversas

atividades de verificação,

cujo objetivo é garantir

que o projeto atende os

requisitos.

Uma técnica importante

que apoia as atividades

de verificação é a

simulação, que permite

medir o desempenho

e/ou avaliar as funções

do artefato sob

verificação.

Simuladores

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8

Concepção do Sistema

Verificação Funcional

Spacecraft AIT

Teste do Sistema de Solo

Treinamento, Operação, Manutenção

Validação de Software

Banco de dados do sistema

Somente Software

0/A B C/D E/F

Desempenho da Missão

Engenharia Funcional

Hardware in the loop (HIL)

Reuso de modelo (parcial)

Simuladores ao longo do Ciclo de Vida de uma Missão Espacial

Subsistema de Suprimento de Energia

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9

EPS

Painel SolarRegulagem e Controle

Armazenamento de Energia

CargasFonte de Energia

Distribuição e proteção

Execução Automática de Testes

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10

Benefícios

Maior cobertura para detecção de erros e redução de custos;

Repetibilidade;

Melhoria da produtividade.

Casos de Teste

Abstrato: não pode ser aplicado diretamente ao sistema em teste;

Executável: pode ser aplicado diretamente ao sistema em teste.

Resultado

Passou: atende ao requisito;

Falhou: não atende ao requisito;

Inconclusivo: a saída não permite dizer o resultado.

10:49

11

FRAMEWORK

Ferramentas | Visão Geral | Requisitos | Matriz de Teste | Plano de Verificação

Modelos do Subsistema | Matriz de Sequência | Configuração de Execução

Função de Teste | Sequência de Execução | Log de Execução

Ferramentas

10:49

12

Software Hardware

MATLAB / Simulink Arduino

10:49

13

Visão GeralFramework

Criar modelos

(Subsistema)

Modelos

Criar matriz

de teste

Criar função

de teste

Log da

Execução

Sequência de

Execução

Executar

teste

Veredicto de

teste

Analisar

resultados

Matriz de

Sequência

Definir

configuração

de execução

Configuração

Criar matriz

de sequência

Matriz de

Teste

ArtefatoAtividade

manual

Artefato de

Entrada

Atividade

automática

Criar Plano de

Verificação

Início

Requisitos

Função de

Teste

Casos de

Teste

Plano de

Verificação

1

2 3 4

5

6

7

8

Requisitos

10:49

14

Item Requisito

1 O Subsistema de energia deve fornecer 5V de tensão para o barramento.

2A bateria deve ser recarregada sempre que o painel solar gerar mais energia

que a solicitada pelo barramento.

3A bateria deve fornecer energia sempre que a demanda de energia do

barramento for maior que a energia gerada pelos painéis solares.

Etap

a 1

Matriz de Teste

10:49

15

Resultados coletados pela execução de todos os métodos collect de cada caso de

teste.

Os casos de teste estão associados à sua simulação.

Etap

a 2

Modelos e Interfaces do Subsistema

10:49

16Etap

a 3

Estrutura de Armazenamento Arquivos

10:49

17

(a) Raiz do modelo

(b) Pasta do modelo específico

(e) Pasta do controlador

(f) Objeto de interface

(g) Método de configuração inicial

(h) Método de atualização

(c) Modelo do componente

(d) Preparador do modelo

Etap

a 3

Estrutura dos Modelos e Funções de Teste

10:49

18

Objeto Model

parameters

methods

input

output

internal

profile

setup

update

gets/sets

a) Método é chamado para inicializar o modelo.

b) Método é chamado para fazer a evolução de 1 passo no modelo.

c) Métodos de transferência dos parametros de/para o workspace.

d) Parâmetros que caracterizam o modelo.

c) Parâmetros internos do modelo.

b) Parâmetros que saem do modelo para o workspace

a) Parâmetros que vêm do workspace para o modelo

Objeto Test

parameters

methods

input

output

internal

profile

setup

update

gets/sets

a) Método é chamado para inicializar o modelo.

b) Método é chamado para fazer a evolução de 1 passo no modelo.

c) Métodos de transferência dos parametros de/para o workspace.

d) Parâmetros que caracterizam o modelo.

c) Parâmetros internos do modelo.

b) Parâmetros que saem do modelo para o workspace

a) Parâmetros que vêm do workspace para o modelo

collect Método é chamado para coletar os resultados do teste na simulação.Etap

a 3

Estrutura dos Modelos e Funções de Teste

10:49

19

Parâmetros

Métodos

Campos das propriedades (variáveis)

a) Variáveis de entrada.

b) Variáveis de saída.

c) Variáveis internas.

d) Variáveis que descrevem o modelo.

Métodos de (a) inicialização e (b) atualização do modelo encapsulado.

c) Métodos de exportação (get) e importação (set).

Etap

a 3

Estrutura dos Modelos e Funções de Teste

10:49

20

ABRE

a) Importa os elementos contidos dentro da pasta model, do modelo da PCDU

b) Nomeia o modelo

c) Abre o manuseador do modelo.

d) Inicializa as variáveis com valores iniciais.

Etap

a 3

Estrutura dos Modelos e Funções de Teste

10:49

21

a) Prepara os parâmetros de entrada do executor do modelo

b) Chama o executor do modelo

c) Coleta os resultados da execução.

a) Importa os elementos contidos dentro da pasta model, do modelo da PCDU

b) Chama o executor do modelo que está na pasta pcdu/model

Etap

a 3

Configuração de Execução

10:49

22

Ambiente de Simulação Virtual

Modelo dosEquipamentos do Satélite

ModelosAmbientais

Modelos da Dinâmica do Satélite Modelo do

Subsistema(EPS)

Ambiente de Simulação Virtual

Modelo do Subsistema

(EPS)

Modelo dosEquipamentos do Satélite

ModelosAmbientais

Modelos da Dinâmica do Satélite

Modelo do FEE

Ambiente de Simulação Virtual

Hardware(EPS)

Modelo dosEquipamentos do Satélite

ModelosAmbientais

Modelos da Dinâmica do Satélite

FEE

Definir configuração

de execução

Equipe de V&V

Somente Software

Somente SW com o modelo do FEE

HIL

Configuração

Etap

a 4

Hardware-in-the-loop

10:49

23Etap

a 4

Hardware-in-the-loop

10:49

24

Ambiente de

Simulação Virtual

FEEComponente do

Subsistema em

Teste (PCDU)

Etap

a 4

Matriz de Sequência

10:49

25

Indica que é um parâmetro

Indica que é um modelo

Linha influencia na coluna

M P: Exportar parâmetro P, do modelo M para o workspace

P M: Importar parâmetro P do workspace, atualizando o parâmetro P do modelo M

M M: Executar a atualização do Modelo M

<nomeDoModelo>.set<nomedoParametro>(<nomeDoParametro>);solarPanel.setHasSun(HasSun);

<nomeDoModelo>.update(<nomeDoModelo>);solarPanel.update(solarPanel);

<nomeDoParametro> = <nomeDoModelo>.get<nomedoParametro>( );SagPower = solarPanel.getSagPower( );

Etap

a 5

Matriz de Sequência

10:49

26Etap

a 5

Matriz de Sequência

10:49

27

Importar os elementos do modelo/testeimport <nome>.*

Instanciar o controlador do modelo/teste<nome> = <nome>.controller;

Chamar a função de inicialização<nome>.setup(<nome>);

Blocos de sentenças para configuração dos modelos e testes

Etap

a 5

Relação entre Matriz de Sequência e a Implementação do Modelo

10:49

28Etap

a 5

10:49

29

Requisito Caso de Teste

Função

de Teste

Função de Teste e Sequência de ExecuçãoEt

apa

6

10:49

30

Sequência de Execução

Modelo1

Modelo2

Modelo3

Modelo4

1

4

7

10

Parâmetro1

Parâmetro2

Parâmetro3

Parâmetro4

3

2

5

6 8

911

Sequencia de ExecuçãoMatriz de Sequência

Caso de teste a ser conectado ao modelo.

CasoTeste1+1

Leitura

Saída

+1

+1

Etap

a 6

Sequência de Execução Alterada

10:49

31

CasoTeste1 4

Modelo1

Modelo2

Modelo3

Modelo4

1

7

10

13

Parâmetro1

Parâmetro2

Parâmetro3

Parâmetro4

2

8

9 11

14

3

Parâmetro1

5

6

12

Etap

a 6

10:49

32

Sequência de Execução AlteradaEt

apa

6

Passo de Simulação

10:49

33

Passo de simulação Model

Workspace set Transfere do Workspace todos os parâmetros necessários pelo objeto do modelo.

input Transfere para o workspace do objeto todos os parâmetros necessários para execução do modelo.

Executa o modelo passando de entrada o workspace do objeto. Obs.: Os nomes das variáveis no workspace devem ser as mesmas necessárias ao modelo.

outputTransfere para o objeto todos os parâmetros exportados para o workspace pela execução do modelo.

Workspace get Transfere para o Workspace todos os parâmetros de interface.

Etap

a 7

10:49

34

Log de Execução

Executar a

verificação

Log de

Execução

Resultados coletados pela execução de todos os métodos collect de cada caso de

teste.

Os casos de teste estão associados à sua simulação.

Rastreabilidade: requisitos x casos de teste

x

Etap

a 8

Chama método collect de todos o testes

10:49

35

CONCLUSÕES

Conclusão e Contribuições

10:49

36

• O framework demonstrou ser viável para verificação funcional do

subsistema de energia de pico e nanossatélites;

• Possibilitou rastrear requisitos e casos de teste;

• Possibilitou a reuso de casos de testes para as diferentes

configurações incluindo o hardware à malha de simulação;

• Explorou o uso de modelos híbridos (software + hardware);

• A solução do script que interpreta a matriz de sequência pode

ser aplicado ao teste de qualquer outro subsistema.

Trabalhos futuros

10:49

37

• Aplicar o framework para o EPS de um pico ou nanossatélite mais complexo,

priorizando o reuso e adaptação dos modelos desenvolvidos;

• Aplicar o framework para outros subsistemas de pico ou nanossatélites, como

por exemplo, o subsistema de comunicação;

• Adaptar o framework para subsistemas de satélites convencionais;

• Estender o framework para outras fases do ciclo de desenvolvimento de um

satélite;

• Acoplar ferramentas apropriadas para geração automática dos casos de teste,

de forma que uma parcela dos casos de teste possam ser gerados

automaticamente para posterior utilização pelo framework;

• Utilizar outras formas de modelagem para os componentes dos subsistemas,

tais como, Excel, LabView, programas em C++, que possam ser interligados

pelo framework, criando um ambiente de co-simulation;

• Realizar a transformação automática de uma linguagem de descrição de

modelos, como OPM (Object Process Methodology), para a Matriz de Sequência,

assim como os outros elementos de entrada, de forma a facilitar a abstração de

uso para o engenheiro especialista no subsistema e o engenheiro de teste.

Publicações

10:49

38

Simulação com Hardware-in-the-loop

integrada por Arduino a um Simulador

de Satélite

Utilização de Realidade Virtual,

Aumentada e Cruzada em Simuladores

de Satélites no INPE

Verificação de Requisitos através do

Uso de um Simulador Funcional

Towards an Automated Hybrid Test and

Simulation Framework to Functional

Verification of Nanosatellites‘ Electrical

Power Supply Subsystem

10:49

39

OBRIGADO

10:49

40

DEMONSTRAÇÃO

PRÁTICA

Demonstração

10:49

41

• O estado de carga da bateria não

pode ser menor que 3Ah. 1

• A bateria deve ser recarregada toda vez

que o painel solar gerar mais energia

que a solicitada pelo barramento.2