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Arquiteturas de instrumentação e controle para um protótipo de robô aéreo baseado em um helimodelo

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) ‏

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Arquiteturas de instrumentação e controle para um protótipo de robô aéreo baseado em um helimodelo

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Presentation Transcript

  1. 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

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

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

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

  5. Avanços anteriores

  6. 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;

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

  8. Instrumentação

  9. Sensores • IMU - IMU300CC crossbow • Receptor GPS SuperstarII - novatel

  10. Sensores • Altímetro barométrico HPA200 - Honeywell • LV-MaxSonar - Maxbotix

  11. Magnetômetro de três eixos

  12. Sensor de velocidade do rotor

  13. Placa controlador norte

  14. Placa controlador sul

  15. Placa de medição de nível de bateria

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

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

  18. Construção do modelo Equações de corpo rígido 18

  19. Equações simplificadas de batimento Rotor principal Barra estabilizadora 19

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

  21. 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

  22. Modelo completo • 13 estados • 32 parâmetros • Apenas equações diferenciais 22

  23. Simulador (Helisim 2.0) 23

  24. Estimação de parâmetros 24

  25. Controle PID desacoplado 25

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

  27. Controlador de estabilização 27

  28. Resultados – Estabilização 28

  29. Resultados – Estabilização 29

  30. Resultados – altitude 30

  31. Resultados – atitude 31

  32. Resultados – translação 32

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