O documento apresenta a defesa final de dissertação de mestrado de Italo Pinto Rodrigues sobre um framework para validação automática de modelos aplicado ao subsistema de energia de um picossatélite. O framework propõe: 1) Definir regras para modelar equipamentos do subsistema de energia; 2) Demonstrar interface entre simulação e modelo físico; 3) Desenvolver estratégia de associação entre simulação e execução automática de testes funcionais. O documento descreve conceitos, a demonstração do framework e conclusões, contribu

1. Defesa Final de Dissertação
UM FRAMEWORK PARA A VALIDAÇÃO AUTOMÁTICA DE
MODELOS APLICADO AO SUBSISTEMA DE ENERGIA DE UM
PICOSSATÉLITE
Aluno: Italo Pinto Rodrigues
Orientadora: Dra. Ana Maria Ambrosio
Curso de Pós Graduação em Engenharia e Tecnologia Espaciais
Área Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais

2. Escopo
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2
Verificação
Modelagem
& Simulação
Subsistema
de Energia
Pico e Nanossatélites
Execução Automática de Testes
Rastreabilidade entre Requisito X Caso de Teste
Tancredo 1
Memorando Técnico ECSS
| Simulador de Verificação Funcional

3. CONTEÚDO
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3
Contexto
Conceitos
Framework Demonstração
Conclusão

4. Motivação
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4
17%
 Bateria
 Painel Solar
Principais Falhas
Subsistema de
Suprimento de Energia.
Pouco investimento em ferramentas de testes
funcionais!
Verificação

5. Objetivos
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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.

6. 10:49
6
CONCEITOS
Verificação | Simuladores | Subsistema de Energia | Execução de Testes

7. Verificação
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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.

8. 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

9. Subsistema de Suprimento de Energia
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9
EPS
Painel Solar
Regulagem
e Controle
Armazenamento
de Energia
Cargas
Fonte de
Energia
Distribuição
e proteção

10. 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.

11. 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

12. Ferramentas
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12
Software Hardware
MATLAB / Simulink Arduino

13. 10:49
13
Visão Geral Framework
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
Artefato
Atividade
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

14. Requisitos
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14
Item Requisito
1 O Subsistema de energia deve fornecer 5V de tensão para o barramento.
2
A bateria deve ser recarregada sempre que o painel solar gerar mais energia
que a solicitada pelo barramento.
3
A bateria deve fornecer energia sempre que a demanda de energia do
barramento for maior que a energia gerada pelos painéis solares.
Etapa1

15. Matriz de Teste
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15
Resultados coletados pela execução de
todos os métodos collect de cada caso de
teste.
Os casos de teste estão associados à sua
simulação.
Etapa2

16. Modelos e Interfaces do Subsistema
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16
Etapa3

17. Estrutura de Armazenamento Arquivos
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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
Etapa3

18. Estrutura dos Modelos e Funções de Teste
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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.
Etapa3

19. Estrutura dos Modelos e Funções de Teste
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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).
Etapa3

20. Estrutura dos Modelos e Funções de Teste
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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.
Etapa3

21. Estrutura dos Modelos e Funções de Teste
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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
Etapa3

22. Configuração de Execução
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22
Ambiente de Simulação Virtual
Modelo dos
Equipamentos do Satélite
Modelos
Ambientais
Modelos da
Dinâmica do Satélite Modelo do
Subsistema
(EPS)
Ambiente de Simulação Virtual
Modelo do
Subsistema
(EPS)
Modelo dos
Equipamentos do Satélite
Modelos
Ambientais
Modelos da
Dinâmica do Satélite
Modelo
do FEE
Ambiente de Simulação Virtual
Hardware
(EPS)
Modelo dos
Equipamentos do Satélite
Modelos
Ambientais
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
Etapa4

23. Hardware-in-the-loop
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23
Etapa4

24. Hardware-in-the-loop
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24
Ambiente de
Simulação Virtual
FEE
Componente do
Subsistema em
Teste (PCDU)
Etapa4

25. Matriz de Sequência
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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( );
Etapa5

26. Matriz de Sequência
10:49
26
Etapa5

27. Matriz de Sequência
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27
Importar os elementos do modelo/teste
import <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
Etapa5

28. Relação entre Matriz de Sequência e a Implementação do Modelo
10:49
28
Etapa5

29. 10:49
29
Requisito Caso de Teste
Função
de Teste
Função de Teste e Sequência de Execução
Etapa6

30. 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
Etapa6

31. Sequência de Execução Alterada
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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
Etapa6

32. 10:49
32
Sequência de Execução Alterada
Etapa6

33. 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.
output
Transfere 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.
Etapa7

34. 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
Etapa8
Chama método
collect de todos
o testes

35. 10:49
35
CONCLUSÕES

36. 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.

37. 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.

38. 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

39. 10:49
39
OBRIGADO

40. 10:49
40
DEMONSTRAÇÃO
PRÁTICA

41. 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.
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