Controle Robusto Probabilístico Aplicado a Veículos Aéreos não Tripulados do tipo Balão-Multicóptero

• Processo: 17/06877-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 08 de janeiro de 2018
• Data de Término da vigência: 07 de julho de 2018
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Dinâmica de Vôo
• Pesquisador responsável: Davi Antônio dos Santos
• Beneficiário: Davi Antônio dos Santos
• Pesquisador Anfitrião: Constantino Manuel Costa Lagoa
• Instituição Sede: Divisão de Engenharia Mecânica (IEM). Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Ministério da Defesa (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Pennsylvania State University, Estados Unidos
• Assunto(s): Aeronaves não tripuladas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: controle de vôo | Controle por modos deslizantes | Controle robusto probabilístico | Otimização de cenários | Veículo aéreo multirotor | Veículo Aéreo Não Tripulado | Controle de Voo/Veículos aéreos não tripulados

Resumo

Nos últimos anos, os veículos aéreos multicópteros (MAVs) têm sido empregados em diversas aplicações. Na maioria dos casos, a operação poderia tornar-se mais eficiente se a duração do voo e a capacidade de carga útil fossem ambas estendidas. Uma maneira muito simples de melhorar um MAV nesses dois aspectos é combinando-o com um balão de hélio, que proporciona uma sustentação aerostática líquida contrária ao peso total do veículo. Este projeto de pesquisa de seis meses tratará da modelagem dinâmica e o dimensionamento robusto de leis de controle de vôo para um veículo aéreo híbrido não tripulado constituído de um balão de hélio esferoidal oblato acoplado a um airframe de múltiplos rotores verticais de inclinações fixas (não vetoráveis). Um modelo dinâmico não-linear com seis graus de liberdade é derivado para este balão-multicóptero usando a formulação Newton-Euler. Entre outros esforços aos quais os MAVs são geralmente sujeitos, o modelo proposto aqui incluirá um torque de restauração devido ao deslocamento do centro de empuxo do balão acima do centro de massa do veículo, uma variação aleatória das densidades do ar e do hélio, uma vibração de segunda ordem que representa uma conexão flexível entre o balão e a estrutura do multicóptero e a restrição dos vetores de empuxo aerodinâmico e torque resultantes dentro de conjuntos apropriados que asseguram a satisfação de limites dos rotores. A estrutura de controle de vôo mais comum nos sistemas aeroespaciais é adotada neste trabalho. Trata-se de uma arquitetura hierárquica na qual o controle de atitude é realizado por uma malha interna mais rápida, enquanto o controle de posição é realizado por uma malha externa mais lenta. Em particular, para lidar com o problema de controle acima mencionado, vamos investigar um método de projeto de controle robusto probabilístico baseado em uma estratégia de controle por modos de deslizantes sem chattering, de entradas múltiplas, combinada com o método de otimização de cenários. Os métodos propostos serão avaliados por simulações Monte Carlo.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SANTOS, DAVI A.; LAGOA, CONSTANTINO M.. Wayset-based guidance of multirotor aerial vehicles using robust tube-based model predictive control. ISA TRANSACTIONS, v. 128, p. 13-pg., 2022-09-12. (17/06877-2, 19/05334-0)

DOS SANTOS, DAVI ANTONIO; CUNHA, AMERICO. Flight control of a hexa-rotor airship: Uncertainty quantification for a range of temperature and pressure conditions. ISA TRANSACTIONS, v. 93, p. 268-279, OCT 2019. (17/06877-2)