e-mail: enerdb@gmail.com Defesa de trabalho de mestrado entitulado Arquiteturas de instrumentação e controle para um protótipo de robô aéreo baseado em um helimodelo Ener Diniz Beckmann, e-mail: enerdb@gmail.com Laboratório de Robótica e automação (LARA)‏ Departamento de Engenharia Elétrica (UnB)‏ Faculdade de Tecnologia UnB 1 1

Contextualização Aplicações de UAV’s Sensoreamento remoto Transporte Operações militares de alto risco Busca e resgate

O Helicóptero Vantages Desvantagens Pouca autonomia Pequena carga útil Dinâmica instável e acoplamento entre os modos Vantages Vôo pairado Agilidade e manobrabilidade VTOL

O Helicóptero Atuadores Forças Acelerador Coletivo principal Cíclico lateral Cíclico longitudinal Coletivo de cauda. Forças Empuxo Gravidade Perturbações aerodinâmicas

Avanços anteriores

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;

Instrumentação Raptor 90 SE Dimensões: 1410 x 190 x 476mm Diâmetro do rotor: 1605mm Massa sem instrumentação: 4,9kg Capacidade total estimada: 14kg

Instrumentação

Sensores IMU - IMU300CC crossbow Receptor GPS SuperstarII - novatel

Sensores Altímetro barométrico HPA200 - Honeywell LV-MaxSonar - Maxbotix

Magnetômetro de três eixos

Sensor de velocidade do rotor

Placa controlador norte

Placa controlador sul

Placa de medição de nível de bateria

Placa PC104 Processador AMD Geode 500MHz 256Mb RAM 4 portas seriais Alimentação 5V Distribuição Linux LiRE (20MB + RTAI)

Alimentação Bateria LiPo – 4 células Tensão nominal: 14,8V Capacidade: 6000mAh Conversores DC-DC

Construção do modelo Equações de corpo rígido 18

Equações simplificadas de batimento Rotor principal Barra estabilizadora 19

Momentos Batimento Momento torsor Assumindo T ~ mg (vôos não agressivos)‏ 20

Dinâmica de guinada e altitude Guinada (primeira ordem + gyro): Altitude (equações de corpo rígido + aerodinâmica): Translação lateral e longitudinal (equações de corpo rígido + aerodinâmica): 21

Modelo completo 13 estados 32 parâmetros Apenas equações diferenciais 22

Simulador (Helisim 2.0) 23

Estimação de parâmetros 24

Controle PID desacoplado 25

Alterações na lei de controle Do modelo “Trimming” do controle de velocidade de subida Ganho direto da perturbação para controle de guinada 26

Controlador de estabilização 27

Resultados – Estabilização 28

Resultados – Estabilização 29

Resultados – altitude 30

Resultados – atitude 31

Resultados – translação 32