Made available in DSpace on 2018-08-02T00:00:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_3851_DissertacaoMestradoLucasVagoSantana20161024-94245.pdf: 1878677 bytes, checksum: 611fe85987f0ef68d0e0140f40b5781c (MD5) Previous issue date: 2011-03-18 / Este trabalho apresenta uma estrutura de sensoriamento e comunicação projetada para permitir o controle de um mini-helicóptero em voo autônomo, a partir de um computador em terra. Tal estrutura possibilita a captura e a transmissão dos dados relativos ao estado da aeronave para o computador de controle em terra, assim como transmitir os sinais de controle necessários para comandar a aeronave durante a realização de uma missão. No desenvolvimento do trabalho são apresentados um modelo dinâmico da aeronave e um controlador é proposto para controlar a altitude e o ângulo de guinada do minihelicóptero durante um voo no eixo vertical. Além disso, são abordadas as técnicas de filtragem e fusão sensorial utilizadas para a obtenção da atitude do helicóptero através de uma unidade de medição inercial. Por fim, resultados experimentais são apresentados, validando o controlador, a estrutura sensorial e de comunicação e as considerações feitas durante o desenvolvimento do trabalho.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2000. / Made available in DSpace on 2015-02-04T20:42:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325582.pdf: 56374487 bytes, checksum: 6d01840589f0d3f1d6705f60fa19a323 (MD5) Previous issue date: 2000 / Este trabalho descreve uma metodologia formal que objetiva garantir que aeronaves não­ tripuladas, quando operando de forma autônoma, apresentem um comportamento con­dizente com os objetivos da missão durante toda a duração da missão e, se impedidas de exibir tal comportamento, minimizam as conseqüências desta falha. Na fase de planeja­mento da missão, autômatos híbridos lineares são usados para modelar a aeronave utilizada e os recursos necessários à execução de uma missão (condições internas), o ambiente no qual a missão será realizada (condições externas) e um plano de vôo condizente com os objetivos da missão. O modelo resultante é utilizado para a construção de um plano de vôo contendo uma estratégia primária para a consecução dos objetivos da missão e com­portamentos alternativos para todas as situações passíveis ele serem encontradas durante a realização da missão. Durante a execução da missão, urn controlador de vôo reativo a bordo da aeronave é utilizado para selecionar um comportamento adequado com base no progresso da missão, no ambiente no qual a aeronave está operando e no estado interno da mesma.<br> / Abstract : This work describes a formal methodology for mission planning and control for unmanned aerial vehides. Aircraft executing fiight plans developed with our rnethodology are guar­anted to comply with thc mission objectives at all times. If, for any rcason, the flight plan fails, it will fail in a controlled way. During rnission planning, we use linear hybrid automata to modcl thc choscn aircra.ft, thc rcsourccs nccclccl to pcrform a mission anel thc environrnent in which the aircraft will operate. We use the terrns "internal conditions" for the first two anel "external conditions" for the last one. We also model the flight plan itself with hybrid automata. The resulting model is used to construct complete fiight plans. A complete flight plan contains a primary fiight plan, aimed at achieving the mission objec­tives, anel a set of altemative fiight plans for all the possible situations that the aircraft couid encounter during the execution of the rnission. During rnission execution, a reactive, on-board flight controller is used to seiect the most appropriate behavior based on mission progress, external events frorn the enviromnent where the aircraft is operat.ing and the aircraft's internai status.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2018-01-30T03:20:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 349588.pdf: 4625385 bytes, checksum: dc1dca352ea0ffce13b4320754881721 (MD5) Previous issue date: 2017 / A análise e desenvolvimento de perfis aerodinâmicos para operação em baixas velocidades têm ganhado importância recentemente devido à crescente utilização de VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados) e turbinas eólicas. Nessas aplicações, o número de Reynolds característico para o escoamento sobre a asa pode ser inferior a 3·105 e o escoamento pode sofrer separação na região laminar da camada limite, formando o que se conhece por bolhas de separação laminar. O principal objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento das bolhas de separação laminar em um perfil aerodinâmico de alta sustentação por meio de simulações numéricas suportadas por medições em túnel de vento. Inicialmente, apresenta-se uma comparação entre os resultados previstos por quatro modelos de turbulência, sendo dois para escoamentos totalmente turbulentos (Spalart-Allmaras e SST k-?), e dois para escoamentos de transição (?-Re? e k-kL-?), usando o software FLUENT. Os modelos foram aplicados a um perfil Eppler 387, que foi escolhido por apresentar dados experimentais disponíveis e medidos em diferentes laboratórios, e a um perfil Selig 1223, por ser um perfil de alta sustentação e utilizado em aeronaves de baixa velocidade. Os resultados indicaram que, embora seja possível prever a evolução do coeficiente de sustentação para baixos ângulos de ataque usando qualquer um dos modelos, apenas os modelos de transição foram capazes de prever o surgimento da bolha de separação laminar, resultando em grandes diferenças no coeficiente de sustentação próximo ao ângulo de estol. Essas diferenças se tornaram particularmente relevantes para o perfil Selig 1223, que apresentou um ganho na sustentação máxima de 20 % movendo do Reynolds de 1·105 para 2·105. Em relação ao coeficiente de arrasto, os modelos de transição apresentaram uma diferença média de 10 % em relação às referências, enquanto que nos outros, essa diferença chegou a 40 % em alguns ângulos. Na sequência do trabalho, fabricou-se um perfil Selig 1223 instrumentado com tomadas de pressão em sua superfície, para medição do coeficiente de pressão ao longo de sua corda. Para visualizar o local da bolha de separação laminar, foi utilizado um óleo pigmentado. Os resultados mostraram boa concordância na previsão do coeficiente de pressão utilizando os modelos de transição e a observação com filme de óleo comprovou a posição e extensão da bolha de separação. Concluiu-se que a separação do escoamento na camada limite laminar foi a principal causa de estol no número de Reynolds de 1·105. Finalmente, estudou-se a possibilidade de eliminação da separação em regime laminar através da adição de um tubo de carbono à frente do bordo de ataque. Experimentalmente, verificou-se que, com a aplicação dessa técnica, o ângulo de estol em número de Reynolds de 1·105 aumentou de 10° para 20°. A técnica da visualização com óleo mostrou que a bolha é eliminada com o emprego do gerador de turbulência. Os modelos de transição forneceram boa comparação com as medições, sendo recomendado o seu uso nessas aplicações. / Abstract : The development and analysis of airfoils for low-speed operations have recently become important because of their vast use in UAVs (Unmanned Aerial Vehicle) and wind turbines. In these applications, the characteristic Reynolds number for the flow over the wing may be as low as 3·105 and separation may occur in the laminar region of the boundary layer, forming the so-called laminar separation bubbles (LSB). The main objective of this work is to evaluate the behavior of the LSBs in a high lifting airfoil by means of numerical simulations supported by measurements in wind tunnel. Primarily, a comparison of four turbulence models is given: two for fully-turbulent flows (Spalart-Allmaras e SST k-?), and two for transitional flows (?-Re? e k-kL-?), using FLUENT software. The models were initially used in an Eppler 387 airfoil, which was chosen due to the availability of experimental data obtained in different laboratories, and then in a Selig 1223, because it is a high lifting airfoil and used in low-speed aircrafts. Results indicated that, although it is possible to predict the development of the lift coefficient for low angles of attack using anyone of the models, only the transition-sensitive models were capable of predicting the LSBs, which resulted in large differences of the lift coefficient close to the region of stall. These differences became relevant for the S1223 airfoil, which presented a maximum lift coefficient difference of 20 % when comparing the Reynolds number cases of 1·105 and 2·105. Regarding drag coefficient in comparison to the references, transition-sensitive models showed an average difference of 10 %. Fully-turbulent models achieved maximum difference of 40 %. Following the work, a Selig 1223 wing was manufactured with pressure tapping holes on the surface to measure the pressure coefficient over it chord. In order to visualize the location of the laminar separation bubble, a pigmented oil was used. Results reported good agreement in predicting the pressure coefficient using the transition-sensitive models and the observations with oil film proved the position and extension of the LSBs. It was concluded that the separation in the laminar boundary layer was the main cause of stall in the Reynolds number of 1·105. Finally, it was considered the possibility of suppressing the laminar separation by installing a carbon fiber tube in front of the leading edge. Experimentally, it was verified that this technique provided an increase in the angle of stall from 10° to 20° at a Reynold number of 1·105. The oil visualization technique showed that the bubble is suppressed with the use of the turbulence generator. Altogether, transition-sensitive models provided results in better agreement with the experimental data. Their use is recommended in these applications.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-17T03:23:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348502.pdf: 5350635 bytes, checksum: fb05177813d42ef5ccadb6bda5c71fc7 (MD5) Previous issue date: 2017 / Abstract : This work presents the design, implementation, and testing of a Brain-Computer Interface (BCI) system based on µ-waves to control the navigation of a drone. BCI systems perform the translation of brain signals into commands to communicate with external applications. The µ rhythm is a type of brain signal response to motor activity which can be easily measured by electroencephalography (EEG). For this reason, µ-waves based BCI systems have been extensively explored in the literature as a way of enabling patients with compromised neuromotor functions to interact with the outside world. To implement the signal processing and application interface routines, a software platform was built based on well-established filter and classification techniques, such as the Common Spatial Patterns (CSP) and the Linear Discriminant Analysis (LDA). For interfacing with the drone, an algorithm for translating the classifier outputs into drone commands was proposed. In addition, the acquisition of brain waves was performed by a low-cost and open-hardware EEG amplifier called OpenBCI. The validation of the designed system was performed using public and an acquired motor imagery EEG datasets, which were supplied to the platform to simulate the real-time performance of the system. The tests, conducted in a drone simulator, demonstrated the correct operation of the proposed methodology and the designed system.<br> / Este trabalho apresenta o projeto, implementação e teste de um sistema de Interface Cérebro Máquina (BCI) baseado em ondas µ para o controle da navegação de um drone comercial. Sistemas BCI realizam a tradução dos sinais cerebrais em comandos que podem ser usados para ativação e controle de aplicações externas. O ritmo µ é um tipo de resposta cerebral que é modulado através da atividade motora e pode ser facilmente medido através de eletroencefalografia (EEG). Por este motivo, sistemas BCI baseados em ondas µ tem sido extensivamente explorados na literatura como uma forma de permitir que pacientes com sistema neuromotor comprometido interajam com o ambiente externo. Neste trabalho, uma plataforma de software foi desenvolvida para implementar as rotinas de processamento de sinal e de interface com a aplicação. Ténicas bem estabelecidas como o filtro espacial CSP e o classificador LDA foram utilizadas para realizar a de-tecção dos padrões cerebrais. Além disso, é proposta uma metodologia para traduzir o sinal de saída do classificador em comandos que podem ser diretamente enviados para o drone. Para aquisição dos sinais de EEG, um amplificador de baixo custo e open-source chamado Open-BCI foi utilizado. A implementação do sistema foi validada através de um conjunto de dados público, que foram utilizados na plataforma como forma de simular o comportamento em tempo-real do sistema. Os testes de aplicação foram conduzidos em um simulador do drone, o que demonstrou o correto funcionamento da metodologia proposta e do sistema desenvolvido.

O presente trabalho realiza um estudo de forma a contribuir para a elaboração de regulamentos brasileiros sobre aeronaves não tripuladas. Para tanto, estudou-se a maneira como transcorreu o desenvolvimento das aeronaves não tripuladas ate os dias de hoje e as aplicações civis destas aeronaves nos cenários nacional e internacional, buscou-se fazer um apanhado dos mais notórios regulamentos já publicados por outros países visando a regulação destes veículos, e em complemento a isto, na tentativa de identificar aquilo que poderia ser aplicável as aeronaves não tripuladas, foi feita uma investigação do modo como é realizada a regulação das aeronaves tripuladas e o contexto regulamentar brasileiro existente. Diante dos estudos realizados, é apresentada uma forma para abordar o problema da falta de regulamentação nacional, concluindo com uma proposta de regulamento brasileiro sobre aeronaves não tripuladas.

Este trabalho apresenta uma proposta, em alto nível, de regulação para o sistema elétrico de VANTs civis de pequeno porte, até 150kg e, utilizando-se desta regulação, apresenta uma breve proposta de testes em RIG do sistema elétrico dos VANTs civis de pequeno porte. O desenvolvimento deste trabalho apresenta a regulação para o sistema elétrico VANT baseada em regulações já existentes para aeronaves tripuladas e não tripuladas. Como base para a elaboração desta regulação para sistema elétrico, são utilizadas regulações de diversos países e autoridades, também apresentadas resumidamente neste trabalho. A partir da regulação proposta, são especificados testes iniciais em RIG para alguns equipamentos parte do sistema elétrico de VANTs, levando em conta aspectos de segurança e confiabilidade, objetivando a redução do risco de ocorrência de problemas durante o voo do VANT.

Esta tese trata do projeto de sistemas VANT (Veículo Aéreo Não-tripulado), categorizados como mini-VANT e com algumas funcionalidades inspiradas em sistemas biológicos, exemplificando e aplicando conceitos desenvolvidos num sistema específico denominado de Bio-VANT como o emprego de funcionalidades bio-inspiradas, inéditos para esse segmento. O sistema desenvolvido permite ao operador voar e controlar remotamente uma aeronave através de uma estação de solo. A aeronave é um VANT de pequeno porte. Nela estão embarcados sistemas de telemetria por RF, sensores de posicionamento espacial e de estabilização a fim de garantir a navegação, estabilização e controle da aeronave de forma manual ou automática. A estação de solo é composta por um computador equipado com interfaces que possibilitam a aquisição em tempo real de imagens e dados de telemetria provenientes da aeronave. Softwares contidos na estação de solo possibilitam a criação de missões específicas, direcionamento automático da antena, lançamento automático, controles de voo, interface com outros softwares, além de um completo sistema de navegação via waypoints, com uma interface visual e sonora, contendo instruções de navegação de fácil compreensão, como os sistemas aviônicos de última geração. Através de um capacete específico (HMD), com visores de LCD, alto-falantes e giroscópio, as informações de voo, provenientes da estação de solo, são representadas de forma visual e sonora. Com isso, é possível a total integração entre piloto e aeronave, criando assim um cockpit virtual para a pilotagem remota do VANT. Adicionalmente aos sistemas de navegação e controle do VANT, para algumas funcionalidades, como, por exemplo, a estabilização e determinação da atitude da aeronave, é utilizado um mecanismo de estabilização bio-inspirado, assim como, um sistema de pouso baseado na habilidade sensorial de ecolocalização dos morcegos e um terceiro sistema, denominado de sistema de navegação bio-inspirada para estimar a proa da aeronave, através de uma bússola solar. Como principais conclusões, por meio dos estudos realizados, observa-se ser possível o emprego de normas aeronáuticas tanto para o desenvolvimento de software como hardware, a utilização de equipamentos COTS, de fácil aquisição e de baixo custo para o desenvolvimento do sistema VANT, o desenvolvimento e a utilização de um modelo de sistemas de navegação e controle bio-inspirados. Com o desenvolvimento de um sistema VANT modular e portátil com os conceitos introduzidos nesta tese, tornou-se possível a sua utilização para aplicações civis e militares, desenvolvendo assim, uma tecnologia original.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328084.pdf: 3676568 bytes, checksum: 38ad93820259bd187203a2dfdbaa2aa7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Essa dissertação descreve uma infraestrutura de comunicação sem fio projetada para uso em um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) de pequena escala. A mesma tem como objetivo fornecer os links de comunicação entre o VANT e uma estação base (para fins de recebimento de comandos de controle) e entre o VANT e uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) (para fins de coleta de dados). O desafio é utilizar o mesmo hardware para comunicar-se com dispositivos potencialmente heterogêneos e compartilhar diferentes protocolos e tipos de tráfego. O trabalho detalha a camada de software projetada para prover uma comunicação confiável com a estação de base, além de priorizar a economia de recursos com os nós de uma RSSF. Para ambos os casos, é usado apenas um transceiver IEEE 802.15.4 de longo alcance. Com o intuito de demonstrar a infraestrutura proposta, dois diferentes cenários foram implementados e testados. O primeiro consiste na comunicação do VANT com sensores esparsamente distribuídos sobre o solo. Já o segundo consiste na entrega dos dados coletados para a estação base. Ambos os cenários de comunicação diferem-se em tempo de conexão e outros requisitos. Os resultados obtidos mostram que a solução proposta atende os desafios relacionados.<br> / Abstract : This paper describes a wireless communication infrastructure designed for a small-scale Unmanned Aerial Vehicle (UAV). It aims at providing a communication link between the UAV and a base station and also additional links that may allow collecting data from a remote Wireless Sensor Network (WSN). The challenge here is using the same hardware to communicate with potential heterogeneous devices and using different protocols. The paper details the software layer designed to support a reliable communication with the base station, as well a highly efficient best-effort communication with nodes from a WSN. For both cases, a single IEEE 802.15.4 extended range transceiver is used. To demonstrate the proposed infrastructure, two different utilization scenarios were implemented and tested. The first consists of the UAV node communicating with spatially distributed sensors on the ground. In the second scenario, the UAV node delivers the collected data to the base station. Both communication scenarios are different in terms of connection time and other communication requirements. Obtained results show that the proposed solution meets the related challenges.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:01:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337437.pdf: 7414111 bytes, checksum: 2bab6f7b0d4d376f975801166ea73051 (MD5) Previous issue date: 2015 / Abstract : This master thesis deals with the modeling and control of a small scale birotor tiltrotor unmanned aerial vehicle (UAV). A tiltrotor is characterized by a mechanism that tilts the aircraft's rotors in order to control the flight. An UAV with such characteristics is being developed by this author and other researchers in the scope of the project named ProVANT. The developed UAV prototype is used in this work to obtain experimental results. This kind of system can be characterized by its underactuated, highly nonlinear, and coupled dynamics. Instead of using a dynamic model available in literature, this work proposes a more accurate model considering the UAV as a multibody system. By doing so the tilting angles become generalized coordinates and the tilt mechanism dynamics are naturally added to the model, as well as the coupling between the bodies. The result is an eight degrees of freedom model obtained through Euler-Lagrange formulation. The path tracking problem is solved here with linear optimal controllers for the full model, instead of the classical approach of cascade control for the translation and rotation subsystems. The developed controllers are linear quadratic regulators, a H1 controller and a multiobjective H2=H1 controller, all with LMI formulation. A nonlinear backstepping controller taken from the literature is implemented in order to be compared with the designed controllers. In addition, controllers for the hovering problem are also designed to be used in experiments with ProVANT's tiltrotor. They reduce the complexity of the initial experimental flights, focusing not only in the validation of the control system, but the complete project, including its electronics, mechanical design, and additional software. Such experiments are presented and discussed in details along this work. The work also addresses how flight-related information are gathered and processed. This includes the design of a nonlinear complementary filter for the attitude estimation that works with data acquired from the UAV sensors.<br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:07:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337435.pdf: 2132858 bytes, checksum: b0132fcf7ffec1eebcd5372ad488fa63 (MD5) Previous issue date: 2015 / O uso de agentes em aplicações com Veículos Aéreos Não-Tripulados (VANTs) tem sido explorado nos últimos anos, principalmente como alternativa para dotar o veículo de autonomia na realização de suas missões. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um modelo de comportamento autônomo para um VANT com o uso de um agente com arquitetura BDI, explorando sua capacidade de reagir rapidamente a mudanças em seu ambiente e de ter objetivos de longo prazo a serem cumpridos até se finalizar uma dada missão. O trabalho também busca avaliar a implementação do agente na plataforma de sistema embarcado de um VANT real, a aeronave do projeto ProVant, além de apresentar uma análise e comparação do sistema proposto, baseado em lógica de predicados, com uma abordagem usual empregando uma programação imperativa, organizada em uma sequencia de comandos e ações.<br> / Abstract : The use of agents in applications with Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has been explored in recent years, mainly as an alternative to provide autonomy to the vehicle in carrying out their missions.This study aims to develop and evaluate a model for a UAV with the use of an agent with BDI architecture, exploring its ability to reactquickly to changes in the environment and while still having goals tobe accomplished even finish a given mission. The proposed model was implemented and embedded in a real UAV system and then compared against a usual approach employing an imperative programming.