Comparação do desempenho de diferentes técnicas de controle aplicadas a dinâmica de voo de aeronaves.

As aeronaves nem sempre têm qualidades de voo adequadas e estudos visando uma melhora neste quesito vem sendo feitos por diferentes pesquisadores. Uma forma de melhorar as qualidades de voo das aeronaves, sem a necessidade de grandes mudanças no projeto inicial das mesmas, é obtida com a implementação de leis de controle de voo que auxiliam o piloto no comando da aeronave. Esta estratégia vem sendo bastante avaliada e estudada na indústria aeronáutica moderna. O presente trabalho apresenta um estudo detalhado, via simulações numéricas e controle de voo, acerca do uso de leis de controle para controlar a dinâmica de duas aeronaves: uma aeronave rígida e outra flexível. As leis de controle utilizadas foram i) controle proporcional derivativo integrativo, ii) regulador integrativo universal, iii) inversão dinâmica e iv) sliding mode. As aeronaves utilizadas foram Mirage III que é uma aeronave rígida e uma aeronave flexível, com a metodologia NFNS_s (Non Linear Flight Dynamics – Non Linear Structural Dynamics, strain based formulation), NFNS_s190 (AEROFLEX), buscando um maior desempenho dos sistemas de controle, sem afetar a segurança de voo. Foi realizada uma comparação dessas técnicas de controle com base em resultados de simulações feitas para verificar o desempenho e sintonia dos controladores. Foram notadas diferenças entre os tipos de controle. As causas encontradas para estas diferenças indicam algumas melhorias necessárias na obtenção dos ganhos ótimos para obter melhores resultados. Os resultados demonstram eficácia das leis de controle projetadas

Estudo acerca do uso de controle adaptativo baseado na estrutura do regulador integrativo universal aplicado a controle de voo de aeronaves

This thesis addresses studies carried out in order to integrate the adaptive control techniques and the Universal Integral Regulator (UIR). The studies started with the implementation of a non-constant gain, but based on the error. This controller was called MUIR (Modified Universal Integral Regulator). This will be the first step towards implementing adaptive gains. Simulations with flight control of a quadrotor were performed. In order to validate the proposed technique, comparisons were made with the UIR, MRAC (Model Reference Adaptive Control) techniques and combinations of these techniques were tested. Comparisons were based on the results plotted on graphs and on the calculation of two performance indices: the accumulated error (AE) and the control demand (CD). An analytical stability demonstration of the MUIR control technique was also presented. After that, ways of integrating adaptive control with UIR were analyzed, and the obtained ways were tested. The contributions of this work were the presentation and detailed study of the MUIR controller applied to a quadrotor, and the initial studies carried out in order to design a Universal Integral Regulator with adaptive gains (AUIR).Esta tese aborda estudos feitos no sentido de se integrar as técnicas de controle adaptativo e do Regulador Integrativo Universal (RIU). Os estudos começaram com a implementação de um ganho não constante, mas em função do erro. Este controlador foi chamado de RIUM (Regulador Integrativo Universal Modificado). Isso será o primeiro passo rumo a implementação de ganhos adaptativos. Foram feitas simulações com o controle de voo de um quadrirotor. Com o intuito de validar a técnica proposta, foram feitas comparações com as técnicas RIU, MRAC (Model Reference Adaptive Control) e combinações destas técnicas. As comparações foram feitas a partir dos resultados plotados nos gráficos e no cálculo de dois índices de desempenho: o erro acumulado (EA) e a demanda de controle (DC). Uma demonstração analítica de estabilidade da técnica de controle RIUM também foi apresentada. Depois disso, foram analisadas formas de se integrar controle adaptativo com RIU, e foram testadas as formas obtidas. As contribuições deste trabalho foram a apresentação e estudo detalhado do controlador RIUM aplicados a um quadrirotor, e os estudos inicias feitos no intuito de projetar um Regulador Integrativo Universal com ganhos adaptativos (RIUA)

OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE ELEMENTOS EM COMPÓSITOS USANDO REDES NEURAIS ARTIFICIAIS

É de grande relevância investigar possíveis falhas em materiais compósitos visando Ã  segurança das estruturas. O critério de falha Tsai-Wu é um método eficaz para analisar as falhas em materiais compósitos anisotrópicos, definindo se o material em determinado carregamento sofrerá ou não falha estrutural. Buscando a otimização da produção de materiais compósitos em fibras de carbono foi utilizada a técnica de Redes Neurais Artificiais (RNA). Neste trabalho, o intuito é que esta técnica consiga encontrar uma configuração de camadas conveniente para a produção do material compósito. Primeiramente, foram feitas simulações numéricas utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF). Para as simulações foi considerada uma viga tubular engastada-livre sujeita a uma força de compressão em uma de suas extremidades. Como resultado das simulações obteve-se o valor do índice de Tsai-Wu para cada laminado com 03 camadas. Quando a rede neural é bem treinada, a mesma é capaz de fazer a inversão do que foi feito pela simulação numérica, ou seja, conhecendo o valor do índice de falha é gerada a configuração adequada para o laminado. Os resultados obtidos pela RNA foram satisfatórios, permitindo que uma produção de materiais compósitos seja feita de forma mais confiável e com um número menor de experimentos

CONTROLE DE UMA AERONAVE FLEXÍVEL

A aviação civil e militar vem buscando ao longo dos anos uma modernização das aeronaves com vias a se ter dispositivos com maior capacidade de carga, menor peso estrutural e maior eficiência aerodinâmica. Com o surgimento dos chamados materiais compósitos (fibra de carbono, dentre outras) abrem-se novas possibilidades de se terem aeronaves mais sofisticadas e de diferentes comportamentos. Seguindo esta tendência, avaliou-se o comportamento de uma aeronave com características de grande flexibilidade, o avião B-1, o que influi na capacidade de voo da aeronave, com vias de utilização futura da mesma categoria de não tripulada. Assim, aplicou-se uma lei de controle não linear com a técnica do regulador integrativo universal que foi capaz de permitir que a aeronave percorra uma trajetória pré-estabelecida sem a necessidade de interferência humana. Foi feita formulação matemática da aeronave (dinâmica), lei de controle e simulações numéricas como forma de comprovar a eficácia e robustez da lei de controle adotada. Palavras-chaves: Aeronáutica, Aeronave flexível, Controle não linear, Regulador integrativo universal

Comparação do desempenho de diferentes técnicas de controle aplicadas a dinâmica de voo de aeronaves.

As aeronaves nem sempre têm qualidades de voo adequadas e estudos visando uma melhora neste quesito vem sendo feitos por diferentes pesquisadores. Uma forma de melhorar as qualidades de voo das aeronaves, sem a necessidade de grandes mudanças no projeto inicial das mesmas, é obtida com a implementação de leis de controle de voo que auxiliam o piloto no comando da aeronave. Esta estratégia vem sendo bastante avaliada e estudada na indústria aeronáutica moderna. O presente trabalho apresenta um estudo detalhado, via simulações numéricas e controle de voo, acerca do uso de leis de controle para controlar a dinâmica de duas aeronaves: uma aeronave rígida e outra flexível. As leis de controle utilizadas foram i) controle proporcional derivativo integrativo, ii) regulador integrativo universal, iii) inversão dinâmica e iv) sliding mode. As aeronaves utilizadas foram Mirage III que é uma aeronave rígida e uma aeronave flexível, com a metodologia NFNS_s (Non Linear Flight Dynamics – Non Linear Structural Dynamics, strain based formulation), NFNS_s190 (AEROFLEX), buscando um maior desempenho dos sistemas de controle, sem afetar a segurança de voo. Foi realizada uma comparação dessas técnicas de controle com base em resultados de simulações feitas para verificar o desempenho e sintonia dos controladores. Foram notadas diferenças entre os tipos de controle. As causas encontradas para estas diferenças indicam algumas melhorias necessárias na obtenção dos ganhos ótimos para obter melhores resultados. Os resultados demonstram eficácia das leis de controle projetadas

OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE ELEMENTOS EM COMPÓSITOS USANDO REDES NEURAIS ARTIFICIAIS

É de grande relevância investigar possíveis falhas em materiais compósitos visando à segurança das estruturas. O critério de falha Tsai-Wu é um método eficaz para analisar as falhas em materiais compósitos anisotrópicos, definindo se o material em determinado carregamento sofrerá ou não falha estrutural. Buscando a otimização da produção de materiais compósitos em fibras de carbono foi utilizada a técnica de Redes Neurais Artificiais (RNA). Neste trabalho, o intuito é que esta técnica consiga encontrar uma configuração de camadas conveniente para a produção do material compósito. Primeiramente, foram feitas simulações numéricas utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF). Para as simulações foi considerada uma viga tubular engastada-livre sujeita a uma força de compressão em uma de suas extremidades. Como resultado das simulações obteve-se o valor do índice de Tsai-Wu para cada laminado com 03 camadas. Quando a rede neural é bem treinada, a mesma é capaz de fazer a inversão do que foi feito pela simulação numérica, ou seja, conhecendo o valor do índice de falha é gerada a configuração adequada para o laminado. Os resultados obtidos pela RNA foram satisfatórios, permitindo que uma produção de materiais compósitos seja feita de forma mais confiável e com um número menor de experimentos