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Dinâmica e controle de veículos oceânicos

Resumo

A engenharia oceânica no Brasil tem sido impulsionada pelo progresso na tecnologia de exploração de petróleo, que vem sendo alcançado pela Petrobrás. Esta caminha a passos largos para o estabelecimento da exploração de petróleo em águas profundas. Como parte deste processo, o Departamento de Engenharia Naval da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo tem como linha principal de pesquisa a área de tecnologias de exploração de petróleo em águas profundas. Relacionado ao tema, o autor vem desenvolvendo, desde o seu trabalho de mestrado, pesquisas nas áreas de dinâmica e controle de veículos oceânicos e tecnologia submarina (robôs submarinos e sonares). Com aumento da profundidade das áreas de produção cresce a importância da utilização de sistemas automáticos de suporte. Sistemas de posicionamento dinâmico, para navios e plataformas semissubmersíveis, e veículos operados por controle remoto, ou "ROVs", são exemplos. Particularmente, o uso comercial de "ROVs" como elemento de apoio à exploração petrolífera já é realidade há mais de uma década. A pesquisa e desenvolvimento em "ROVs" e similares mais avançados, como os veículos submersos autônomos, ou "AUVs", possui importância não só relacionada à exploração de minérios. Entre outras possíveis aplicações, pode-se citar o mapeamento e monitoramento de nossas águas territoriais e a pesquisa brasileira na Antártida. Em ambos exemplos, a atividade humana seria dificultada devido à extensão da área a ser explorada e devido à hostilidade imposta pelo ambiente. Além do mais, ambos exemplos referem-se a elementos de apoio à soberania nacional. Do ponto de vista acadêmico, tanto no caso do posicionamento de veículos de superfície como no controle de veículos submersos, geralmente ainda é pequeno o intercâmbio entre as áreas de hidrodinâmica (puramente ligada à engenharia naval e oceânica) e controle (mais relacionada à engenharia elétrica). Como resultado, no projeto do sistema de controle, ainda se leva muito pouco em consideração as características dinâmicas específicas dos veículos em questão. Outro problema na área acadêmica, particular ao caso brasileiro, é a carência de pesquisa com suporte experimental. Para compensar tal deficiência, sem esquecer problemas de ordem econômica, é importante a disposição do pesquisador em desenvolver, ainda que gradualmente, processos e aparatos de apoio à atividade experimental. Usando-se o plano de pesquisa proposto pretende-se contribuir para o aprimoramento das relações entre as áreas de hidrodinâmica e controle de veículos oceânicos. Para tal, propõe-se a investigação de um tratamento teórico unificado para os problemas de manobra e comportamento no mar, e sua análise sob a perspectiva do projeto do sistema de controle. Outro objetivo, ainda levando-se em conta a interação "hidrodinâmica-controle" é o estudo da dinâmica e controle de veículos submersos (ROVs, AUVs e submarinos). No que tange à atividade experimental, como primeiro passo para a criação de uma plataforma de testes experimentais com modelos e protótipos de veículos oceânicos, propõe-se o desenvolvimento de um sistema de controle em tempo-real. Pretende-se iniciar a execução do projeto com o estudo teórico da dinâmica de veículos oceânicos. Em seguida e, paralelamente ao estudo teórico, desenvolve-se programas de simulação e cálculos de parâmetros de apoio ao projeto de um sistema de controle. O projeto do controlador será estudado para o caso de veículos submersos, utilizando resultados relevantes das áreas de piloto automático de navios e aviões. Finalmente, passa-se à investigação de técnicas de controle em tempo-real usando-se uma placa de aquisição de dados e controle, e um computador pessoal para experimentos sobre monitoramento e controle de um motor elétrico. (AU)