Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:05:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341818.pdf: 7805468 bytes, checksum: 24215969efc6a9cd28721f5d8831d2ef (MD5) Previous issue date: 2016 / O desenvolvimento de veículos aéreos não tripulados (VANTs) vem despertando um grande interesse tanto no meio acadêmico quanto na indústria nas últimas décadas. Muitos campos da robótica e da teoria de controle vem sendo explorados visando melhorar o desempenho destes sistemas. Existem vários cenários onde estas aeronaves são utilizadas, tais como monitoramento de ambientes, agricultura de precisão, busca e resgate, entre outras. Dentre as diferentes aplicações destas aeronaves temos o transporte de carga suspensa por cabo, o qual tem promovido várias pesquisas relacionadas com transporte de alimentos, medicamentos e suprimentos em geral, para zonas de risco. Neste sentido, este trabalho tem como foco o uso de VANTs em tarefas de transporte de carga, considerando perturbações externas e incertezas paramétricas. A aeronave utilizada é um birotor na configuração Tilt-rotor que carrega uma carga suspensa. Um Tilt-rotor é um veículo movimentado por dois rotores inclináveis, os quais geram e direcionam forças de impulso para sustentar a aeronave. Neste estudo, é importante que a aeronave seja capaz de seguir uma trajetória predefinida enquanto estabiliza a carga suspensa mesmo quando afetada por perturbações externas ou incertezas paramétricas. Além disso, um modelo não linear multicorpo é obtido via formulação Euler-Lagrange para o VANT Tilt-rotor considerando a carga suspensa. Neste modelo foi considerado que a aeronave é composta por quatro corpos rígidos e tem dez graus de liberdade. O problema de controle é solucionado com um controlador preditivo (MPC) incremental e um não incremental, baseados no modelo linear do erro do sistema, o qual é linearizado em torno a uma trajetória genérica. Além disso, os MPCs consideram custo terminal, com o objetivo de garantir estabilidade e por consequência reduzir o horizonte de predição. Devido ao fato do sistema linear ser variante no tempo (LVT), o custo terminal é calculado mediante desigualdades matriciais lineares (LMI). Por outro lado, restrições são impostas na formulação do MPC, relacionadas com as limitações físicas dos atuadores e considerando que o VANT está confinado numa área específica. Finalmente, simulações foram realizadas para avaliar o desempenho dos controladores propostos, considerando perturbações constantes em diferentes instantes de tempo, e levando em conta incertezas paramétricas.<br> / Abstract : The development of unmanned aerial vehicles (UAVs) has arousedgreat interest in both academia and industry in the recent decades.Many aereas of robotics and control theory have been exploited toimprove the performance of these systems. There are several scenarioswhere these aerial vehicles are used, like monitoring environment,precision agriculture, construction, search and rescue. Transportationof cable-suspended loads with UAVs is another application. This haspromoted research related to load transportation of food, medicine,and supplies in general for unsafe areas. This research is focused onthis topic, where it is necessary that the UAV follows a predenedtrajectory while stabilizing the suspended load, even if it is aectedby external disturbances. In this dissertation, two model predictivecontrollers (MPCs) are used to solve the path tracking problem of asmall scale Tilt-rotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV) while carryinga suspended load. A Tilt-rotor is a vehicle lifted and propelled bytwo tiltable rotors, in order to control the direction of thrust forces.In the present study, it is important that the aircraft able to follow apredened trajectory while maintaining the suspended load stable evenin the presence of external disturbances and parametric uncertainties.Moreover, a rigorous multibody non-linear dynamic model is obtainedvia Euler-Lagrange formulation for the Tilt-rotor UAV with suspendedload, assuming four rigid bodies and ten degrees of freedom (DOF)of the vehicle. The control problem is solved with incremental andnon-incremental model predictive controllers, based on the linear errormodel of the system, which is linearized around a generic trajectory.Furthermore, the MPCs consider a terminal cost in order to ensurestability, allowing the prediction horizon reduction. As the linear modelis a linear time-varying (LTV) system, the terminal cost is calculatedvia linear matrix inequalities (LMI). In addition, some constraintsare imposed on the formulation, related to physical limitations of theactuators and assuming that the aircraft is conned to a particulararea. Finally, numerical simulations are performed in order to evaluatethe controllers, considering constant disturbances at dierent instantsof time, and modeling errors.

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T00:17:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matsuo_CarolinaAkemiSepulveda_M.pdf: 9560878 bytes, checksum: cc02ac79665887e2f83f47e4a06e3d8c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT's) possuem uma variedade de aplicações, seja monitoramento de incêndios florestais, linhas de energia, tráfego, aglomerações humanas, como também ser usado de alvo aéreo em aplicações militares. Mesmo que ainda seja um pouco restrita à aplicação civil por falta de regulamentação, tais veículos estão sendo desenvolvidos e estudados em âmbito acadêmico. A particularidade deste trabalho é o desenvolvimento de um Veículo Aéreo Não Tripulado para o uso em pulverização aeroagrícola visando reduzir os riscos de operação de vôo tripulado agrícola. Dessa maneira, é apresentada a metodologia usada para desenvolver o projeto, descrevendo o procedimento utilizado para determinar a razão peso-potência e carga alar, e as características geométricas do VANT. Os cálculos da aerodinâmica, desempenho e da estabilidade longitudinal estática do veículo são feitos analiticamente, sendo que na etapa de projeto aerodinâmico, é feita a otimização do aerofólio NACA 4415, e calculado os parâmetros aerodinâmicos do veículo completo. Além disso, por ser não tripulado, é feita a seleção do Sistema de Controle de Vôo de forma a atender os requisitos da missão. Nos cálculos do projeto são usadas as normas técnicas de homologação como a RBHA (Requisitos Brasileiros de Homologação de Aeronaves) a qual remetem às principais normas internacionais: FAR (Federal Aircraft Regulation), dos Estados Unidos da América, e a norma JAR (Joint Airworthiness Regulation). Por ser utilizado na pulverização de defensivos agrícolas é apresentada a tecnologia de aplicação dos mesmos utilizados em aeronaves tripuladas, e feito a escolha do sistema de pulverização para o veículo / Abstract: The Unmanned Aerial Vehicles (UAV's) have a variety of applications, wether monitoring of forest fires, power lines, traffic, crowds, but also can be used for aerial target military applications. Even though it is still somewhat restrict to civil application because of lack of regulation, such vehicles are being developed and studied in the academic sphere. The particularity of this work is the development of an Unmanned Aerial Vehicle for use in aerial spraying to reduce the risks of manned agricultural operation. Thus, It is presented the methodology used to determine the thrust to weight ratio and wing loading, and geometric characteristics of the UAV. Analytical calculus of aerodynamic and vehicle performance are made, and in the step aerodynamic design is made the optimization of the airfoil NACA 4415 and calculated the aerodynamic parameters of the whole vehicle. Moreover, being unmanned, it is made the selection of the Flight Control System to attend mission requirements. Technical standards for approval are used to design calculations as the RBHA (Brazilian Requirements for Approval of Aircraft) wich refer to the main international standards: FAR (Federal Aviation Regulation) of United States of America, and JAR (Joint Airworthiness Regulation).Whereas is used in the spraying of pesticides, it is presented the technology of application used in manned aircraft, and the choice of the spray system for vehicle / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Marcel Bergerman / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-28T20:00:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mirisola_LuizGustavoBizarro_M.pdf: 2830745 bytes, checksum: 858b9b98e1cb82500d6a633439b4161e (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Esta dissertação apresenta o desenvolvimento da estação de terra do Projeto AURORA (Autonomous Unmanned Remote MQnitoring Robotic Airship). O objetivo do Projeto AURORA é o desenvolvimento de veículos robóticos aéreos para inspeção aérea, evoluindo de veículos puramente tele-operados para veículos telemonitorados. O protótipo da primeira fase, AURORA I, tem como finalidade a demonstração da viabilidade do projeto e a realização de missões de baixa complexidade. Esta dissertação abrange o projeto e implementação do hardware e sojtware utilizados pelo operador em terra para monitorar e controlar o vôo do dirigível. São apresentados os diversos componentes da interface com o usuário da estação de terra, o sistema utilizado para a comunicação entre a estação de terra e o sistema embarcado, e o software utilizado para se atender aos requisitos de tempo real. Adicionalmente, é apresentada a definição do sistema operacional utilizado na estação de terra e no sistema embarcado do Projeto AURORA. A estação de terra desenvolvida está sendo utilizada no Projeto AURORA, permitindo a monitoração e o envio de comandos para o dirigível em vôos reais e simulados, e fornecendo suporte para o desenvolvimento dos algoritmos de controle e do sistema embarcado do Projeto AURORA / Abstract: This dissertation shows the deveIopment of the AURORA Project's Ground Station (AURORA stands for Autonomous Unmanned Remote MQnitoring Robotic Airship). The AURORA Project aims the developement of aerial robotic vehicles to perform aerial inspection, evolving from purely teIe-operated vehicles to tele-monitored ones. The first phase prototype, AURORA l, airns to demostrate the project's viability and to accomplish low complexity missions. This dissertation presents the design and impIementation of the hardware and software used by the ground operator to monitor and control the airship flight. lt shows the various components of the useI' interface in the ground station, the communication system between the ground station and the embedded system, and the software developed to attend the real time requisites. Additionaly, it presents the definition of the operational system to be used in the Project AURORA's ground station and embedded system. The Project AURORA team is already using the developed ground station in actual and simulated flights to allow flight monitoring and to send commands to the vehicle, providing suport for the deveIopment af the controI algarithms and the embedded system / Mestrado / Mestre em Ciência da Computação

Para o desenvolvimento de algoritmos de controle que permitam o bom desempenho e a estabilidade em voo de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) é necessário que se disponha de modelos de atuadores (servo atuadores) e modelos da dinâmica de voo validados dessas aeronaves. Os servo atuadores são dispositivos de grande importância no controle de VANTs onde são usados para comandar as superfícies de controles aerodinâmicos. O desempenho e a estabilidade do controlador para estes veículos dependem da modelagem adequada dos servo atuadores, bem como, da identificação dos parâmetros físicos experimentais. Neste trabalho é desenvolvido um ambiente integrado para modelar, simular e controlar os servo atuadores. O software LabVIEW foi usado para desenvolver um sistema automático que gera um sinal de controle PWM e também monitora a resposta dos servo atuadores. O ambiente integrado incorpora muitas opções de sinais de controle usando para isto uma placa de aquisição de dados NI. Os sinais de entrada e saída são usados para identificar possíveis modelos do atuador, são analisados em tempo e frequência, e então processados por um sistema de identificação e estimação de parâmetros no ambiente MATLAB. Os parâmetros dos modelos da dinâmica de voo são as derivadas aerodinâmicas de estabilidade e controle, na qual estes parâmetros são estimados através de diversas técnicas de identificação de parâmetros, dentre elas destaca-se principalmente a modelagem aerodinâmica baseada em ensaio em voo. Para que seja possível realizar essas tarefas de identificação, é necessário que sejam monitorados diversos parâmetros de voo da aeronave. Este trabalho também apresenta a integração e a operacionalização de um sistema de aquisição de dados de ensaio em voo (Icasim) que possui incorporado ao seu sistema sensores de atitude (crossbow), ponta de prova anemométrica (a, b, altitude, temperatura) e outros subsistemas que permitem o monitoramento da deflexão das superfícies de controle e da rotação do motor para ensaios em voo do Vector-P (VANT de médio porte).

Unmanned aerial vehicles, known as UAVs, have evolved over the past two decades to sophisticated aircraft robots able to carry out surveillance, recognition, remote sensing and even attack missions. But there are not many alternatives of autonomous navigation systems for most of these aircraft which still require human intervention to navigate. Devices such as Global Positioning System (GPS) and inertial systems help calculate routes and locate the vehicle on a map among other possibilities, but do not offer solutions to unknown or uncertain circumstances. On the other hand, computer vision techniques have provided many possible applications for intelligent systems such as object recognition, robot localization and reconstruction of 3D maps. This paper explores the use of computer vision and pattern recognition techniques for UAV navigation, and proposes a set of visual features based on color and gradients orientation for image classification. To validate the proposed approach, a system was developed to evaluate the classification and matching of aerial images. The results achieve more than 95% of accuracy and confirm the viability of the selected algorithms and methods for the problem.

Dentre os sistemas que compõem uma aeronave não tripulada está o sistema de propulsão, conjunto formado pelo motor e a hélice. O ITA recentemente adquiriu motores a pistão de dois tempos com o objetivo de equipar o sistema de propulsão de um projeto de desenvolvimento de uma aeronave não tripulada e tendo a necessidade de levantamento de dados do sistema de propulsão, curva de torque, de tração e consumo específico de combustível, neste trabalho foi desenvolvido um banco de ensaio para executar ensaios estáticos e dinâmicos neste motor. Por razões de tempo e disponibilidades do túnel de vento, foi executado somente o teste estático do motor num sistema de propulsão. Pode-se comparar com os dados do fabricante com o sistema de propulsão desenvolvido, e ensaiado para um conjunto de quatro hélices, foi verificado que os dados reais, de potência e rotação máxima, estão abaixo dos dados fornecidos pelo fabricante.

Este trabalho tem como objetivo a aplicação de técnicas recentes de estimação de parâmetros aerodinâmicos de uma aeronave não-tripulada utilizando dados reais obtidos com ensaios em voo. O modelo aerodinâmico completo da aeronave foi identificado pelo método dos dois passos. Inicialmente, foram empregadas técnicas de reconstrução de trajetórias para calibração dos sensores da aeronave, utilizando-se o método de erro na saída e o estimador de máxima verossimilhança. Na segunda etapa do método, as derivadas de estabilidade e controle foram estimadas pelo método dos mínimos quadrados ortogonais parciais, em que os regressores candidatos são ordenados com base em sua capacidade de reduzir a variância do resíduo. Por ser do tipo &quot;equation error&quot;, este método tem a vantagem de ser não-iterativo, quando aplicado a um modelo linear nos parâmetros. Entretanto, é sensível a erros nas variáveis independentes, o que torna essencial a etapa anterior de reconstrução dos estados da aeronave. Esta metodologia foi inicialmente aplicada a um modelo de simulação de uma aeronave, para então ser utilizada com dados reais obtidos em ensaios em voo. A capacidade preditiva do modelo aerodinâmico identificado foi confirmada pela validação com um segundo conjunto de dados.

Este trabalho apresenta uma solução de projeto estrutural em material compósito para a asa de 4,044m de envergadura do Veículo Aéreo Não-Tripulado (VANT) em desenvolvimento pelo Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA). Está proposta uma configuração estrutural nervurada constituída por um caixão estrutural formado pelos revestimentos do extradorso e intradorso e por duas longarinas. A configuração sugerida foi validada por meio de análises computacionais lineares em elementos finitos feitas para quatro casos de laminados distintos. Um método para cálculos aproximados das cargas de manobra simétrica e assimétrica está apresentado. Os resultados das análises indicam superdimensionamento para as tensões e pouca deformação devido à necessidade de garantir a estabilidade dos componentes estruturais sob cargas limites.

A compressão de vídeos é amplamente utilizada em Blu-rays, por fontes de streaming de vídeos na internet e também por vários serviços de transmissão de HDTV. É um processo onde se reduz a quantidade de dados necessários para representar um stream de vídeo, com a restrição de possuir uma qualidade mínima aceitável. Obviamente, esta qualidade mínima dependerá da aplicação, que pode ser um vídeo conferência ou uma transmissão de HDTV, por exemplo. A maioria dos padrões de compressão de vídeo como o H.264/AVC possui um codificador de alta complexidade e um decodificador de baixa complexidade, mas em aplicações de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) geralmente o hardware embarcado apresenta capacidade de processamento inferior. Em geral, quando estes VANTs são capazes de comprimir vídeos, a mídia resultante apresenta qualidade reduzida. Com base nos conceitos propostos por Bhaskaranand e Gibson, esta dissertação apresenta um algoritmo de estimação de movimento que pode ser implementado diretamente em qualquer codificador H.264 para produzir vídeos decodificáveis por qualquer decodificador deste padrão. Como resultado, obtém-se uma redução significativa na complexidade da codificação do padrão e um pequeno aumento na taxa de bits.

Typical applications, such as georeferencing, long travelings, and monitoring, can be executed by unmanned aircraft squadrons by assuming different formations, such as latitudinal and longitudinal formations and circular motion maintenance, respectively. In order that all these problems can be solved in one mission, the squadron must reconfigure itself among these different formations in an autonomous way. In this study it is proposed a multifunctional missions execution scheme for unmanned aircraft squadrons based on geometric formation reconfigurations. The problem is a multidisciplinary one, and addresses the following issues: A control strategy able to deal with the aircraft model nonlinearity; computational algorithms for reconfiguring the squadrons among its different formations, whose efficiency is not critical for real-time applications; a theoretical treatment that allows the proof of convergence among the several squadron formation reconfigurations, and an approach that contributes to the system robustness with regard to parametric uncertainties of the aircraft dynamic model. Solutions are presented for the sub-problems and it is proposed their integration for getting a scheme for running a multifunctional missions queue.