Arquiteturas de instrumentação e controle para um protótipo de robô aéreo baseado em um helimodelo

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Ener Diniz Beckmann, e-mail: enerdb@gmail.com

Laboratório de Robótica e automação (LARA)

Departamento de Engenharia Elétrica (UnB)

Faculdade de Tecnologia

UnB

Defesa de trabalho demestrado entitulado

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Contextualização

• Aplicações de UAV’s– Sensoreamento

remoto– Transporte– Operações militares

de alto risco– Busca e resgate

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O Helicóptero

• Vantages– Vôo pairado– Agilidade e

manobrabilidade– VTOL

Desvantagens Pouca autonomia Pequena carga útil Dinâmica instável e

acoplamento entre os modos

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O Helicóptero

Atuadores Acelerador Coletivo principal Cíclico lateral Cíclico longitudinal

Coletivo de cauda.

Forças Empuxo Gravidade Perturbações

aerodinâmicas

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Avanços anteriores

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Objetivos

Adaptar o sistema mecânico e de acionamento; Instrumentar o protótipo; Desenvolver o software de controle prevendo

operação em tempo real; Propor uma arquitetura de controle para os

primeiros testes de vôo;

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Instrumentação

Raptor 90 SE Dimensões: 1410 x 190 x 476mm Diâmetro do rotor: 1605mm Massa sem instrumentação: 4,9kg Capacidade total estimada: 14kg

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Instrumentação

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Sensores

IMU - IMU300CC crossbow

Receptor GPS SuperstarII - novatel

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Sensores

Altímetro barométrico HPA200 - Honeywell

LV-MaxSonar - Maxbotix

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Magnetômetro de três eixos

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Sensor de velocidade do rotor

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Placa controlador norte

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Placa controlador sul

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Placa de medição de nível de bateria

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Placa PC104

Processador AMD Geode 500MHz 256Mb RAM 4 portas seriais Alimentação 5V Distribuição Linux LiRE (20MB + RTAI)

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Alimentação

Bateria LiPo – 4 células Tensão nominal: 14,8V Capacidade: 6000mAh Conversores DC-DC

Construção do modelo

Equações de corpo rígido

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Equações simplificadas de batimento

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Rotor principal

Barra estabilizadora

Momentos

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Batimento

Momento torsor

Assumindo T ~ mg (vôos não agressivos)

Dinâmica de guinada e altitude

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Guinada (primeira ordem + gyro):

Altitude (equações de corpo rígido + aerodinâmica):

Translação lateral e longitudinal (equações de corpo rígido + aerodinâmica):

Modelo completo

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13 estados 32 parâmetros Apenas equações

diferenciais

Simulador (Helisim 2.0)

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Estimação de parâmetros

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Controle PID desacoplado

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Alterações na lei de controle

Do modelo

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Ganho direto da perturbação para controle de guinada

“Trimming” do controle de velocidade de subida

Controlador de estabilização

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Resultados – Estabilização

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Resultados – Estabilização

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Resultados – altitude

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Resultados – atitude

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Resultados – translação

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