Identificação da dinâmica e controle por alocação de autoestrutura para pouso automático de Mini-VANT em pista curta com aproximação 3D

• Autor(a) principal: Tiago Bücker
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do ITA
• Texto Completo: http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=1900
• topic: Aeronave não-tripulada; Aterrissagem; Pilotos automáticos; Sistemas de computadores embarcados; Controle; Engenharia aeronáutica

Este trabalho propõe e avalia, através de simulação, um sistema de controle multivariável para o pouso automático de um mini-VANT em pista curta valendo-se de tubo de pitot, sensores girométricos, GPS, altímetro-pressão e altímetro-ultrassom embarcados. A manobra visa automatizar o procedimento de pouso realizado por piloto experiente de aeromodelo radiocontrolado, o qual é caracterizado por uma etapa descendente com variação simultânea de azimute para alinhamento da proa com a pista, seguida por descida segundo rampa íngreme e arredondamento final antes do encontro do solo. Tal manobra é motivada quando há disponível apenas uma pequena extensão de pista e cujas dimensões da zona de aproximação livre de obstáculos impeçam o pouso com emprego de rampa longa e suave alinhada com o eixo da pista. A brusca variação de altitude e azimute simultaneamente, no entanto, acaba por provocar o acoplamento dinâmico dos modos de resposta nos planos longitudinal e látero-direcional da aeronave, fator que introduz maior complexidade no projeto de um controlador robusto às perturbações externas e às incertezas de modelagem. A aeronave utilizada no estudo foi o aeromodelo de treinamento de pequeno porte Alpha60 da Hangar-9, originalmente radiocontrolado, disponível comercialmente e amplamente utilizado por aeromodelistas. Suas principais características foram determinadas a partir de ensaios em túnel de vento, os quais juntamente com os dados obtidos de softwares de modelagem CAD e CFD permitiram a definição de um modelo adequado para o projeto e validação do piloto automático para pouso. A técnica de controle, alocação de autoestrutura, mostrou-se uma alternativa efetiva para lidar com o acoplamento das dinâmicas longitudinal e látero-direcional existente durante a etapa em curva descendente. Foram avaliados diversos cenários de pouso, com a aeronave exposta a turbulências do tipo Dryden e vento constante de magnitude média de até 31 km/h, aproximadamente 50% da velocidade da aeronave durante a etapa de aproximação para pouso. Adicionalmente, investigaram-se efeitos na variação dos parâmetros do veículo e ruído nos diversos sensores. Nos casos em que o vento sopra lateralmente à aeronave com magnitude elevada, observou-se que o desvio em relação à pista após a etapa em curva descendente pode ser demasiado elevado visto que o controle lateral se dá somente em azimute, e a posterior descida segundo uma rampa íngreme se torna inviável. Nestas situações, torna-se necessário percorrer um trecho adicional, sem perda de altitude, para correção do desvio lateral e posterior descida. A fim de evitar esta etapa adicional, foi proposta uma estimação da velocidade do vento lateral baseada nas características do voo em cruzeiro. Com esse mecanismo, em caso de vento lateral em um nível aceitável, a descida pode ser conduzida logo após a etapa de curva descendente, dando à manobra características semelhantes àquela executada por piloto experiente de aeromodelo radiocontrolado. Ao final, obteve-se um piloto automático capaz de realizar o pouso em uma pista de extensão média entre 235 e 329 metros, dependendo da intensidade e direção do vento, e com erro lateral médio inferior a 2,5 metros