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Arquiteturas de instrumentação e controle para um protótipo de robô aéreo baseado em um helimodelo
1
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
2
Contextualização
• Aplicações de UAV’s– Sensoreamento
remoto– Transporte– Operações militares
de alto risco– Busca e resgate
3
O Helicóptero
• Vantages– Vôo pairado– Agilidade e
manobrabilidade– VTOL
Desvantagens Pouca autonomia Pequena carga útil Dinâmica instável e
acoplamento entre os modos
4
O Helicóptero
Atuadores Acelerador Coletivo principal Cíclico lateral Cíclico longitudinal
Coletivo de cauda.
Forças Empuxo Gravidade Perturbações
aerodinâmicas
5
Avanços anteriores
6
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;
7
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
9
Sensores
IMU - IMU300CC crossbow
Receptor GPS SuperstarII - novatel
10
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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