Desenvolvimento de um veículo aéreo não tripulado autônomo especificação de uma aeronave asa-fixa capaz de decolar e aterrissar verticalmente

Autor(es)

Natássya Barlate Floro da Silva

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC/SB)
• Data de defesa: 2018-03-29

Membros da banca

Fernando Santos Osório; Rafael Vidal Aroca; Catherine Dezan; Karl Heinz Kienitz; Maíra Martins da Silva

• Orientador: Kalinka Regina Lucas Jaquie Castelo Branco; Denis Fernando Wolf

Resumo

Diversas configurações de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) foram propostas para serem utilizadas em diferentes aplicações. Uma delas é o tailsitter, uma aeronave de asa fixa capaz de decolar e pousar sobre a própria cauda. Esse tipo de aeronave apresenta a vantagem de aeronaves de asa fixa de voar sobre grandes áreas com pouco tempo e bateria e, como helicópteros e multicópteros, não necessita de pista para decolar e pousar. Porém, um tailsitter possui uma operação complexa, com múltiplos estágios de voo, cada um com suas peculiaridades e requisitos, o que enfatiza a necessidade de um piloto automático confiável para seu uso como um VANT. A literatura já introduz VANTs tailsitters com mecanismos complexos ou múltiplos motores contra-rotativos, mas não com apenas um motor e sem estruturas para auxiliar no pouso e na decolagem. Essa tese apresenta um VANT tailsitter, chamado AVALON (Autonomous VerticAL takeOff and laNding), e seu piloto automático, composto por 3 unidades principais: Unidade Sensorial, Unidade de Navegação e Unidade de Controle. Diferentes soluções são avaliadas para a escolha das técnicas mais apropriadas para o piloto automático. Para a Unidade Sensorial, Extended Kalman Filter e Unscented Kalman Filter estimam a informação espacial de múltiplos dados de diversos sensores. Os algoritmos de seguimento de trajetória Lookahead, Pure Pursuit and Line-of-Sight, Nonlinear Guidance Law e Vector Field são estendidos para considerar a informação da altitude para a Unidade de Navegação. Além do mais, uma estrutura baseada em métodos clássicos com controladores Proporcional- Integral-Derivativo desacoplados é comparada a uma nova estrutura de controle baseada em dinâmica inversa. Juntas, todas essas técnicas demonstram a eficácia do piloto automático do AVALON. Portanto, AVALON resulta em um VANT tailsitter pequeno e elétrico, com um design simples, apenas um motor e sem estruturas para auxiliar o pouso e a decolagem, capaz de executar todos os estágios de voo. (AU)

• Processo FAPESP: 12/13641-1 - Um sistema de controle focado no auxílio à minimização de deriva: especificação de um VTOL
• Beneficiário: Natassya Barlate Floro da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto