Desenvolvimento de um laboratório virtual e remoto para controle de um helicóptero com três graus de liberdade

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Kaneko, Eduardo Hideki
• Orientador(a): Borges, Adailton Silva
• Banca de defesa: Borges, Adailton Silva , Geromel, Luiz Henrique , Domiciano, Sandra Mara
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Cornelio Procopio
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelagem; Sistemas lineares de controle; Laboratórios; Modelyng; Linear control systems; Laboratories
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5303

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um laboratório virtual e remoto (LVR) para o controle de um Helicóptero com 3 graus de liberdade (GDL). Este é um sistema mecânico para o estudo da dinâmica de uma aeronave de hélices paralelas. Os três movimentos da planta são denominados arfagem, elevação e deslocamento, sendo o objetivo controlar estes dois últimos. O modelo matemático do Helicóptero com 3 GDL foi determinado pelo método de prototipagem virtual. As variáveis de saída do modelo matemático são as posições e velocidades angulares dos movimentos, estimadas por Tracking Loops, que utilizam os sinais discretos obtidos por meio de sensores do tipo encoder. As variáveis de controle do modelo matemático são as forças de empuxo, a identificação de um polinômio permite relacionar estas forças às tensões aplicadas aos motores de corrente contínua equipados com hélices de passo fixo, que atuam sobre a planta. O LVR, de modo geral, atua como um ambiente de desenvolvimento integrado. Este permite projetar, construir e monitorar controladores, por meio de um sistema de aquisição e controle composto pelas tecnologias Octave, Block Diagram Coder (BDC, um pacote de software desenvolvido neste trabalho) e a placa de microcontrolador NUCLEO-F767ZI, responsável pela leitura dos sensores e acionamento dos atuadores da planta. Para validar todo o desenvolvimento do trabalho, foram executados experimentos de controle seguidor com realimentação de estado, com e sem o observador de Luenberger. Os controladores foram projetados por LQR (Linear Quadratic Regulator) e atribuição de autoestrutura completa. Estes experimentos foram executados no LVR e também por meio de um sistema de aquisição e controle tradicional, composto pelo MATLAB/Simulink e uma placa de aquisição da National Instruments PCI-6602. A comparação e análise dos resultados permitiu concluir que o LVR funciona adequadamente para o desenvolvimento de experimentos de controle. Além disso, a reposta dos controladores para o Helicóptero com 3 GDL apresentou bons resultados, validando os processos de modelagem matemática, estimação das variáveis de saída e identificação dos atuadores.