Proposta de uma arquitetura de controle híbrida fuzzy-pid para a realização de manobras em vants

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

No segmento aeronáutico, pesquisas evoluem para a criação de pequenas aeronaves controladas remotamente por meios eletrônicos e segmentos computacionais, sendo conhecidas como Veículos Aéreos Não Tripulados ou VANTs. Os VANTs possuem algumas vantagens, dentre elas, o custo operacional, em relação a aviões tripulados ou satélites, e a possibilidade de realizar operações mais arriscadas, por não envolver tripulação. Porém, os VANTs devem ser dotados de capacidade para executar missões de vôo, passando por pontos pré-determinados, transmitindo as informações coletadas e retornando à base em segurança. O módulo de controle é responsável pelos procedimentos de navegabilidade e estabilidade da aeronave. A complexidade do ato de se controlar uma aeronave exige a implementação de um controle com um alto grau de autonomia, que realize os procedimentos necessários para manter a aeronave na trajetória e altitude desejada, fator que torna o controle um dos principais fatores limitante da difusão dos VANTs. Assim, o estudo de um modelo de controle estável é o passo inicial para a obtenção de um VANT em sua plenitude. Usualmente, o controle do VANT é baseado em técnicas clássicas, as quais são simples de implementar e robustas, porém a presença de não linearidades, em função da complexidade crescente dos modelos, e as variações paramétricas dificultam o desempenho e a sintonia dos controladores, limitando a operação nas condições operacionais. Por outro lado, a lógica Fuzzy dispensa o conhecimento da modelagem matemática do processo controlado, sendo composta por regras que sintetizam o conhecimento e a experiência do engenheiro de controle. A facilidade de implantação em tempo real, a expansão e aperfeiçoamento do conjunto de regras para a melhora do sistema de controle, a robustez em aplicações práticas e a capacidade de controlar processos complexos são algumas das vantagens da lógica Fuzzy. Diante desse contexto, o objetivo deste trabalho é demonstrar uma arquitetura de controle híbrida Fuzzy-PID (Proporcional - Integral - Derivativo) para a realização de manobras de vôo básicas de um VANT, utilizando-se equações de transferências matemáticas clássicas e a lógica Fuzzy. O uso combinado da lógica Fuzzy e o PID possibilitou juntar as vantagens isoladas de ambos os controladores, o que permitiu ajustar e adaptar as habilidades de cada controlador às não-linearidades e variações dos parâmetros da aeronave, o que garante a robustez e qualidade desejadas no sistema controlado. A ferramenta computacional Matlab/Simulink, através do Fuzzy Logical Toolbox, foi utilizada para a implementação do controle Fuzzy. A biblioteca AeroSim Blockset 1.2, foi usada para a composição do modelo aerodinâmico da aeronave. Esses recursos foram combinados para implementar e estudar o comportamento do controlador híbrido Fuzzy-PID, bem como para servir de interface de comunicação com o simulador de vôo 3D FlightGear, onde um aeromodelo realiza as manobras implementadas de forma gráfica, em três dimensões, fugindo da tradicional apresentação de gráficos em duas dimensões, gerados pelo Matlab/Simulink. Os resultados obtidos através das simulações foram satisfatórios considerando o desempenho definido para analisar a resposta temporal dos controladores. Sendo a principal contribuição da dissertação, os dados coletados nas simulações sobre o comportamento da malha de controle de um VANT, fundamentais para a implementação prática do sistema proposto em aeromodelos

ASSUNTO(S)

veículos aéreos não tripulados (vants) derivativo (pid) integral lógica fuzzy matlab/simulink fuzzy logic. controllers proportional derivative (pid) integral controlador proporcional controle fuzzy-pid unmanned aerial vehicles (uavs) ciencia da computacao

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