Modelação, Controlo e Simulação de uma Estação Marítima Autónoma

• Autor(a) principal: Tavares, José Pedro de Figueiredo
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/23984
• topic: Autonomous maritime station; wind; rigid wingsail; control; simulation; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia

A exploração dos oceanos através de plataformas do tipo Autonomous Underwater Vehicle (AUV) e Autonomous Surface Vehicle (ASV) constitui uma forma segura e eficiente de caracterizar, mapear, monitorizar e, consequentemente, proteger estas vastas áreas remotas do planeta. O objetivo desta dissertação, realizada no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), foi conceber e avaliar, recorrendo a simulação, uma estação autónoma marítima para a realização de mis sões de duração variável em áreas restritas. A estação autónoma deve ser capaz de permanecer num local de interesse por um período de tempo configurável sem estar ancorada (station keeping) e ser energeticamente eficiente. Em primeiro lugar, efetuou-se um levantamento exaustivo dos Autonomous Sur face Vehicles com diferentes tipos de propulsão existentes, seguido de um estudo dos princípios físicos da navegação à vela. Decidiu-se então conceber um ASV pro pulsionado pelo vento, equipado com um conjunto vela-cauda de asas rígidas. Esta solução, que permite controlar o ângulo de ataque da vela asa com o vento através da cauda, tem um baixo consumo energético. A plataforma idealizada foi modelada no SolidWorks e, posteriormente, contro lada e simulada através do Robot Operating System (ROS) e do ambiente de simu lação Gazebo. A correta simulação do comportamento do ASV no Gazebo envolveu a reutilização, alteração e criação de plugins. O sistema de controlo do ângulo de ataque da vela asa e da direção do veleiro recorreu a dois controladores do tipo Proporcional Derivativo (PD), um para atuar na cauda e outro no leme. O ASV simulado realiza missões definidas através de waypoints, incluindo station keeping. Por fim, foram realizados testes para caracterizar e validar o comportamento físico e o controlo do veleiro. Os resultados obtidos são promissores: a estação marí tima autónoma é capaz de navegar à vela até aos waypoints definidos e permanecer na área de interesse estabelecida.