Desenvolvimento de uma plataforma de teste para controle de atitude de helicópteros de pequena escala

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Magalhães Júnior, Zoé Roberto
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Monografias da UnB
Texto Completo: http://bdm.unb.br/handle/10483/8778
Resumo: Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Eletrônica, 2014.
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spelling Magalhães Júnior, Zoé RobertoLopes, Renato VilelaMAGALHÃES JÚNIOR, Zoé Roberto. Desenvolvimento de uma plataforma de teste para controle de atitude de helicópteros de pequena escala. 2014. vii, 79 f., il. Monografia (Bacharelado em Engenharia Eletrônica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2014.http://bdm.unb.br/handle/10483/8778Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Eletrônica, 2014.O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma plataforma de teste de controladores digitais da atitude de um helicóptero elétrico de pequena escala. A plataforma desenvolvida fixa o helicóptero em uma posição, restringindo os movimentos de translação e permitindo três graus de liberadade de movimentos de rotação, possui um sistema de detecção da atitude executado em computador que fornece em tempo real estimativas da atitude do helicóptero, um sistema de interface envia as medidas dos sensores para o computador e envia os sinais de comando do computador para os motores. O helicóptero usado é o helimodelo elétrico BETL CPX do fabricante Eskyr, este helimodelo apresenta módulos de controle e dinâmica semelhantes a um helicóptero convencional. Uma modelagem matemática foi realizada para a resposta do helicóptero aos sinais de controle lateral, longitudinal, pedal e coletivo, a partir de modelos da resposta dos rotores aos sinais de comando e modelos da resposta da atitude do helicóptero a forças geradas pelo movimento das hélice, ao final obteve-se um modelo dedicado para o sistema helimodelo-plataforma que considera a complexidade do BELT CPX, a barra estabilizadora presente em helimodelos e o efeito das forças de apoio e atritos introduzidos pela estrutura física da plataforma. O modelo obtido neste trabalho foi apresentado no artigo Modelagem Modelagem de um helicóptero elétrico fixo em uma plataforma três graus de liberade publicado no XIX CREEM em 2012. O sistema de determinação da atitude foi implementado com uma placa de sensores SEN-10724 fabricada pela Sparkfun, que possui acelerômetro, giroscópio e magnetômetro triaxiais. Uma estimativa de atitude é obtida pelo modelo cinemático discreto da propagação da atitude no tempo em função das velocidades angulares medidas pelo giroscópio, e outra estimativa da atitude é obtida pelo método TRIAD aplicado aos vetores de campo gravitacional e magnético medidos pelo acelerômetro e magnetômetro, respectivamente. O Filtro de Kalman Estendido Correlato (FKEC) é usado para fazer a combinação entre as duas estimativas. O FKEC foi implementado em MATLAB, e o sistema de interface entre os sensores, computador e motores foi implementada em uma versão baseada em Arduino e outra versão baseada em Raspberry Pi com Linux RTOS embarcado. Testes de desempenho mostraram que as duas versões da interface de aquisição e atuação são capazes de operar a uma taxa de leitura dos sensores e atualização do acionamento dos motores de 50Hz. Simulações realizadas para o modelo matemático mostrou os resultados esperados. E testes realizados com o sistema de determinação da atitude mostrou estimativas de atitude coerentes com os movimentos realizados nos experimentos de teste, e a comparação entre as duas estimativas obtidas sem o FKEC e a estimativa fornecida pelo FKEC permitiu observar o efeito positivo do FKEC. Um modelo em simulação de um sistema de controle da atitude com controladores PIDs discretos e o modelo matemático do helicóptero obtido como planta foi implementado em Matlab/Simulink para mostrar um caso típico de utilização da plataforma e demonstrar que controladores simples são capazes de estabilizar o helimodelo na plataforma.Submitted by Laura Maria da Conceição Neta (laurinha.to@gmail.com) on 2014-10-23T17:30:12Z No. of bitstreams: 1 2014_ZoéRobertoMagalhãesJúnior.pdf: 1430497 bytes, checksum: bfd882829f2f3a8d48ff69310f179d65 (MD5)Approved for entry into archive by Ruthlea Nascimento(ruthlea.nascimento@gmail.com) on 2014-10-24T18:52:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_ZoéRobertoMagalhãesJúnior.pdf: 1430497 bytes, checksum: bfd882829f2f3a8d48ff69310f179d65 (MD5)Made available in DSpace on 2014-10-24T18:52:15Z (GMT). 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A mathematic modelling was performed for the helicopter response to the control signals lateral, longitudinal, pedal and collective, from models for rotors response to command signals and helicopter’s attitude response to forces generated by propeller move, at the end was obtained a dedicated model for the helicopter-platform system that considers the BELT CPX complexity, the fly-bar effect and the effect of support forces and friction introduced by platform’s physical structure. The model obtained in this project was presented in the article "Modelagem de um helicóptero elétrico em uma plataforma 3DOF"publish in the XIXCREEM in 2012. The atitude detection system was implemented with SEN-10724 that integrates triaxial accelerometer, gyro, and magnetometer. An atitude estimate is obtained from discrete cinematic model of the time atitude propagation with the angular velocity measure by the gyroscope. Another atitude estimate is obtained from the method TRIAD applied to gravitational and magnetic Earth fields measured by accelerometer and gyro, respectively. The Correlated Extended Kalman Filter (CEKF) combines the two estimates. The CEFK was implemented in Matlab, the interface between computer and sensors and actuators was implemented in version with Arduino and another with Raspberry Pi running embedded RTOS. Simulations for the math model shows the results expected as corrects. And tests for the performed for the attitude detection system shows estimates consistent with movements performed during experiments. A simulation model of a control system with the obtained math model controlled by discrete by PID was implemented in Matlab/Simulink to show the using of the math model in controllers design, the obtained controllers can be tested in the developed platform.HelicópteroHelicóptero - plataforma de testesProtótiposControladores (Engenharia mecatrônica)Desenvolvimento de uma plataforma de teste para controle de atitude de helicópteros de pequena escalainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis2014-10-24T18:52:15Z2014-10-24T18:52:15Z2014-10-24T18:52:15Z2014-06info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Monografias da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBORIGINAL2014_ZoéRobertoMagalhãesJúnior.pdf2014_ZoéRobertoMagalhãesJúnior.pdfapplication/pdf1430497http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8778/1/2014_Zo%C3%A9RobertoMagalh%C3%A3esJ%C3%BAnior.pdfbfd882829f2f3a8d48ff69310f179d65MD51CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain46http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8778/2/license_url6f1da3ff281999354d4abd56d1551468MD52license_textlicense_textapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8778/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/octet-stream21889http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8778/4/license_rdf5f21d45308ffc58e8d263280cb61c64dMD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain1866http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/8778/5/license.txtb75a586ecc13178cd7f3f6846b5c845cMD5510483/87782020-04-16 20:41:11.721oai:bdm.unb.br:10483/8778TGljZW5zZSBncmFudGVkIGJ5IExhdXJhICBNYXJpYSBkYSBDb25jZWnDp8OjbyBOZXRhIChsYXVyaW5oYS50b0BnbWFpbC5jb20pIG9uIDIwMTQtMTAtMjNUMTc6MzA6MTJaIChHTVQpOgoKw4kgbmVjZXNzw6FyaW8gY29uY29yZGFyIGNvbSBhIGxpY2Vuw6dhIGRlIGRpc3RyaWJ1acOnw6NvIG7Do28tZXhjbHVzaXZhLAphbnRlcyBxdWUgbyBkb2N1bWVudG8gcG9zc2EgYXBhcmVjZXIgbm8gUmVwb3NpdMOzcmlvLiBQb3IgZmF2b3IsIGxlaWEgYQpsaWNlbsOnYSBhdGVudGFtZW50ZS4gQ2FzbyBuZWNlc3NpdGUgZGUgYWxndW0gZXNjbGFyZWNpbWVudG8gZW50cmUgZW0KY29udGF0byBhdHJhdsOpcyBkZTogYmRtQGJjZS51bmIuYnIgb3UgMzEwNy0yNjg3LgoKTElDRU7Dh0EgREUgRElTVFJJQlVJw4fDg08gTsODTy1FWENMVVNJVkEKCkFvIGFzc2luYXIgZSBlbnRyZWdhciBlc3RhIGxpY2Vuw6dhLCBvL2EgU3IuL1NyYS4gKGF1dG9yIG91IGRldGVudG9yIGRvcwpkaXJlaXRvcyBkZSBhdXRvcik6CgphKSBDb25jZWRlIMOgIFVuaXZlcnNpZGFkZSBkZSBCcmFzw61saWEgbyBkaXJlaXRvIG7Do28tZXhjbHVzaXZvIGRlCnJlcHJvZHV6aXIsIGNvbnZlcnRlciAoY29tbyBkZWZpbmlkbyBhYmFpeG8pLCBjb211bmljYXIgZS9vdQpkaXN0cmlidWlyIG8gZG9jdW1lbnRvIGVudHJlZ3VlIChpbmNsdWluZG8gbyByZXN1bW8vYWJzdHJhY3QpIGVtCmZvcm1hdG8gZGlnaXRhbCBvdSBpbXByZXNzbyBlIGVtIHF1YWxxdWVyIG1laW8uCgpiKSBEZWNsYXJhIHF1ZSBvIGRvY3VtZW50byBlbnRyZWd1ZSDDqSBzZXUgdHJhYmFsaG8gb3JpZ2luYWwsIGUgcXVlCmRldMOpbSBvIGRpcmVpdG8gZGUgY29uY2VkZXIgb3MgZGlyZWl0b3MgY29udGlkb3MgbmVzdGEgbGljZW7Dp2EuIERlY2xhcmEKdGFtYsOpbSBxdWUgYSBlbnRyZWdhIGRvIGRvY3VtZW50byBuw6NvIGluZnJpbmdlLCB0YW50byBxdWFudG8gbGhlIMOpCnBvc3PDrXZlbCBzYWJlciwgb3MgZGlyZWl0b3MgZGUgcXVhbHF1ZXIgb3V0cmEgcGVzc29hIG91IGVudGlkYWRlLgoKYykgU2UgbyBkb2N1bWVudG8gZW50cmVndWUgY29udMOpbSBtYXRlcmlhbCBkbyBxdWFsIG7Do28gZGV0w6ltIG9zCmRpcmVpdG9zIGRlIGF1dG9yLCBkZWNsYXJhIHF1ZSBvYnRldmUgYXV0b3JpemHDp8OjbyBkbyBkZXRlbnRvciBkb3MKZGlyZWl0b3MgZGUgYXV0b3IgcGFyYSBjb25jZWRlciDDoCBVbml2ZXJzaWRhZGUgZGUgQnJhc8OtbGlhIG9zIGRpcmVpdG9zCnJlcXVlcmlkb3MgcG9yIGVzdGEgbGljZW7Dp2EsIGUgcXVlIGVzc2UgbWF0ZXJpYWwgY3Vqb3MgZGlyZWl0b3Mgc8OjbyBkZQp0ZXJjZWlyb3MgZXN0w6EgY2xhcmFtZW50ZSBpZGVudGlmaWNhZG8gZSByZWNvbmhlY2lkbyBubyB0ZXh0byBvdQpjb250ZcO6ZG8gZG8gZG9jdW1lbnRvIGVudHJlZ3VlLgoKU2UgbyBkb2N1bWVudG8gZW50cmVndWUgw6kgYmFzZWFkbyBlbSB0cmFiYWxobyBmaW5hbmNpYWRvIG91IGFwb2lhZG8KcG9yIG91dHJhIGluc3RpdHVpw6fDo28gcXVlIG7Do28gYSBVbml2ZXJzaWRhZGUgZGUgQnJhc8OtbGlhLCBkZWNsYXJhIHF1ZQpjdW1wcml1IHF1YWlzcXVlciBvYnJpZ2HDp8O1ZXMgZXhpZ2lkYXMgcGVsbyByZXNwZWN0aXZvIGNvbnRyYXRvIG91CmFjb3Jkby4KCkEgVW5pdmVyc2lkYWRlIGRlIEJyYXPDrWxpYSBpZGVudGlmaWNhcsOhIGNsYXJhbWVudGUgbyhzKSBzZXUgKHMpIG5vbWUgKHMpCmNvbW8gbyAocykgYXV0b3IgKGVzKSBvdSBkZXRlbnRvciAoZXMpIGRvcyBkaXJlaXRvcyBkbyBkb2N1bWVudG8KZW50cmVndWUsIGUgbsOjbyBmYXLDoSBxdWFscXVlciBhbHRlcmHDp8OjbywgcGFyYSBhbMOpbSBkYXMgcGVybWl0aWRhcyBwb3IKZXN0YSBsaWNlbsOnYS4KBiblioteca Digital de Monografiahttps://bdm.unb.br/PUBhttp://bdm.unb.br/oai/requestbdm@bce.unb.br||patricia@bce.unb.bropendoar:115712020-04-16T23:41:11Biblioteca Digital de Monografias da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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