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Sistema de controle de atitude embarcado para vôo autônomo de aviões em escala

Sampaio, Ronivaldo Passos 15 December 2006 (has links)
Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-17T16:23:06Z No. of bitstreams: 1 sistema_controle_ronivaldo_sampaio.pdf: 2329482 bytes, checksum: c5c8d047ffbbd7989e8d9a0e4a875469 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-21T11:40:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 sistema_controle_ronivaldo_sampaio.pdf: 2329482 bytes, checksum: c5c8d047ffbbd7989e8d9a0e4a875469 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-21T11:40:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 sistema_controle_ronivaldo_sampaio.pdf: 2329482 bytes, checksum: c5c8d047ffbbd7989e8d9a0e4a875469 (MD5) / O conceito de aeronave não tripulada tem acompanhado quase toda a história da aviação. Os primeiros projetos na área militar consistiam em bombas ou alvos não tripulados. Hoje estas aeronaves já contam com vários sistemas inteligentes, principalmente na área de reconhecimento e navegação. Nos últimos anos, os UAVs têm desempenhado um papel importante em muitas outras aplicações não militares. Com a miniaturização dos componentes eletrônicos e o incremento do poder de processamento dos computadores, tornou-se possível o desenvolvimento e utilização de UAVs de baixo custo em diversas áreas, onde anteriormente apenas aeronaves tripuladas eram empregadas. Este trabalho visa o desenvolvimento de um sistema de controle para um UAV de baixo custo. O módulo principal do sistema desenvolvido é, basicamente, um sistema de controle que atua diretamente nas superfícies de controle da aeronave. Espera-se com este trabalho consolidar subsídios suficientes para o desenvolvimento físico de um UAV de pequeno porte e baixo custo, servindo como plataforma de estudo da área aeronáutica dentro da Universidade Federal da Bahia. Inicialmente, foi objeto de estudo um modelo matemático da dinâmica de vôo de uma aeronave para o projeto do sistema de controle. Este modelo encontra-se implementado em Matlab/Simulink, através da ferramenta FDC. Também, foram estudadas as perturbações possíveis que podem afetar a dinâmica da aeronave, como vento e turbulência. Posteriormente, foi desenvolvido o projeto para a estrutura do sistema de controle. Com esta estrutura, desenvolvem-se controladores locais lineares para posteriormente serem colocados numa arquitetura de Seleção de Ganhos Ponderados, utilizando Lógica Fuzzy. Todos os controladores desenvolvidos são testados em simulações do comportamento da aeronave face ao controle no Matlab.
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Anteprojeto de um simulador de atitude com mancal aerostático em três graus de liberdade.

Janaina Fracaro de Souza 20 November 2007 (has links)
Este trabalho apresenta parte de um programa de desenvolvimento de um simulador de controle de atitude com mancal aerostático em três graus de liberdade. O escopo deste trabalho é a definição da arquitetura do sistema, dimensionamento preliminar de componentes, projeto e fabricação de um mancal aerostático. A finalidade do simulador é servir de plataforma para avaliar o desempenho de sistemas de controle de atitude para aplicações em satélite. O sistema deve simular as grandes mudanças de atitude, minimizando o efeito de torques de perturbação. Conseqüentemente, as exigências do projeto são: (a) inércia baixa para minimizar os torques do controle; (b) movimento sem restrições para grandes variações de atitude; (c) incluir dispositivo de ajuste da posição do centro da massa do sistema ao centro de pressão do mancal aerostático a fim de minimizar torques gravitacionais; (d) usinagem de alta qualidade de forma e superficial dos componentes do mancal para minimizar os torques por atrito; (e) baixo consumo de energia; (f) transparência eletromagnética para permitir controle remoto e indução de um campo magnético externo de referência. Os componentes principais do sistema são: alimentação de energia, três rodas de reação, sistema de medição da atitude (giroscópios ou magnetômetros mais acelerômetros) e um sistema mecânico para ajuste fino de posição para centro de massa. Como a finalização do protótipo simulador depende da conclusão de pesquisas de sistemas que estão em desenvolvimento em outras frentes de trabalho, ligadas a outros grupos de pesquisa, este trabalho tem sua conclusão com a apresentação do anteprojeto e da simulação do funcionamento do protótipo, além da fabricação dos componentes principais do mancal aerostático.
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Manobras ótimas de atitude de satélites artificiais utilizando algoritmos genéticos

Silva, Maria Rita da [UNESP] 06 March 2012 (has links) (PDF)
Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-03-06Bitstream added on 2014-06-13T20:18:22Z : No. of bitstreams: 1 silva_mr_me_guara.pdf: 974660 bytes, checksum: 8f80690ebfe32f2752005d78330dde96 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Esta dissertação apresenta uma metodologia para a otimização de manobras de atitude de satélites artificiais estabilizados por rotação, utilizando-se algoritmos genéticos. Primeiramente, é simulado o controle inicial da manobra, dado por uma lei de controle baseada em uma função de chaveamento, conforme a teoria de Shigehara (1972). Em seguida, com base nos resultados obtidos pela lei de controle inicial, aplica-se o algoritmo genético na otimização dos intervalos e polaridades de funcionamento de um atuador, tipo bobina magnética. Durante este procedimento, nas diferentes manobras, a otimização global e por período foram simuladas. Na implementação do algoritmo genético, o problema de otimização de manobra considera uma função multi-objetivo definida pela minimização dos erros dos ângulos da manobra e o tempo final. A exequibilidade desta metodologia utilizando algoritmos genéticos se verifica na comparação entre os resultados obtidos por Gamarra Rosado e Rios Neto (1992a; 1992b), obtidas no processo de subotimização da manobra. Da análise das simulações realizadas, observou-se que o algoritmo genético conseguiu minimizar o tempo final da manobra, entretanto, em todos os casos analisados, os ângulos finais de declinação e ascensão reta sofreram pequenas diferenças nos valores finais em comparação com a condição final da manobra estabelecida / This dissertation presents a methodology for the optimization of attitude maneuvers of a satellite stabilized by rotation, using genetic algorithms. First, the initial control is simulated maneuver, given by a control law based on a switching function, as the theory of Shigehara (1972). Then, based on the results obtained by the initial control law, applies the genetic algorithm in optimization of intervals and polarities of operation of an actuator, solenoid coil type. During this procedure, the different maneuvers, and global optimization period were simulated. In the implementation of genetic algorithm, the optimization problem maneuvering considering a multiobjective function defined by minimizing the errors of the angles of the maneuver and final time. The feasibility of this methodology using genetic algorithms is verified when comparing the results obtained by Gamarra Rosado and Rios Neto (1992a; 1992b), obtained in the process of sub-optimization of the maneuver. The analysis of the simulations, it was observed that the genetic algorithm able to minimize the end time of the operation, however, in all cases examined, the final angles of declination and right ascension experienced slight differences in the final values in comparison to the final condition of maneuver established
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Manobras ótimas de atitude de satélites artificiais utilizando algoritmos genéticos /

Silva, Maria Rita da. January 2012 (has links)
Orientador: Víctor Orlando Gamarra Rosado / Banca: Maria Cecilia França Zanardi / Banca: Luiz Eduardo Nicolini do Patrocínio Nunes / Resumo: Esta dissertação apresenta uma metodologia para a otimização de manobras de atitude de satélites artificiais estabilizados por rotação, utilizando-se algoritmos genéticos. Primeiramente, é simulado o controle inicial da manobra, dado por uma lei de controle baseada em uma função de chaveamento, conforme a teoria de Shigehara (1972). Em seguida, com base nos resultados obtidos pela lei de controle inicial, aplica-se o algoritmo genético na otimização dos intervalos e polaridades de funcionamento de um atuador, tipo bobina magnética. Durante este procedimento, nas diferentes manobras, a otimização global e por período foram simuladas. Na implementação do algoritmo genético, o problema de otimização de manobra considera uma função multi-objetivo definida pela minimização dos erros dos ângulos da manobra e o tempo final. A exequibilidade desta metodologia utilizando algoritmos genéticos se verifica na comparação entre os resultados obtidos por Gamarra Rosado e Rios Neto (1992a; 1992b), obtidas no processo de subotimização da manobra. Da análise das simulações realizadas, observou-se que o algoritmo genético conseguiu minimizar o tempo final da manobra, entretanto, em todos os casos analisados, os ângulos finais de declinação e ascensão reta sofreram pequenas diferenças nos valores finais em comparação com a condição final da manobra estabelecida / Abstract: This dissertation presents a methodology for the optimization of attitude maneuvers of a satellite stabilized by rotation, using genetic algorithms. First, the initial control is simulated maneuver, given by a control law based on a switching function, as the theory of Shigehara (1972). Then, based on the results obtained by the initial control law, applies the genetic algorithm in optimization of intervals and polarities of operation of an actuator, solenoid coil type. During this procedure, the different maneuvers, and global optimization period were simulated. In the implementation of genetic algorithm, the optimization problem maneuvering considering a multiobjective function defined by minimizing the errors of the angles of the maneuver and final time. The feasibility of this methodology using genetic algorithms is verified when comparing the results obtained by Gamarra Rosado and Rios Neto (1992a; 1992b), obtained in the process of sub-optimization of the maneuver. The analysis of the simulations, it was observed that the genetic algorithm able to minimize the end time of the operation, however, in all cases examined, the final angles of declination and right ascension experienced slight differences in the final values in comparison to the final condition of maneuver established / Mestre
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Caracterização e análise de robustez do comportamento dinâmico de um sistema de controle de atitude com atuadores sujeitos a restrições de chaveamento e controlador de primeira ordem.

Alexandre Rodrigues Mesquita 14 March 2006 (has links)
O presente trabalho ocupou-se do estudo da robustez do comportamento de um sistema afim por partes com tempos de transição minimamente espaçados que é encontrado em veículos lançadores e satélites. Os atuadores usados no controle de atitude desses sistemas são do tipo liga-desliga e possuem restrições temporais de chaveamento. Ciclos-limite e movimentos persistentes não-periódicos podem ocorrer. Na presença de incertezas de modelagem, o sistema está sujeito a bifurcações capazes de afetar o desempenho do controle. A natureza de comportamentos dinâmicos complexos nesse sistema foi investigada usando-se diagramas de bifurcação em função dos parâmetros de controle. Adotaram-se técnicas como mapas de Poincaré, espectro de Lyapunov e dimensões fractais calculadas usando transformada de wavelets. Revelou-se uma rica coexistência de dinâmicas complexas, tais como ciclos-limite de período-k e caos. Um atrator similar ao quase-periódico é caracterizado. Possíveis erros de modelagem do sistema de atuação foram caracterizados usando tanto representação paramétrica quanto não-estruturada. O método de Tsypkin foi utilizado para estudar a robustez da condição de existência de ciclo-limite. Assim, uma fronteira de robustez pôde ser identificada no espaço de parâmetros de controle. Essa fronteira foi validada por meio de simulação e comparada com aquela obtida pelo método da função descritiva, revelando as desvantagens deste método no projeto de controladores robustos para o sistema estudado. Também foi proposto um método de síntese de controladores robustos usando o lugar de Hamel. Os resultados mostram que é possível minimizar a amplitude de oscilação e o consumo de combustível robusta e simultaneamente.
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Análise qualitativa de um sistema de controle de atitude com atuadores chaveados considerando ruído de sensor.

Thiago Pereira das Chagas 26 October 2007 (has links)
Neste trabalho é feita uma análise de um sistema de controle de atitude com atuadores chaveados buscando entender seu comportamento qualitativo na presença de ruído de sensor de taxa de variação do desvio angular. O sistema é modelado como linear por partes e a caracterização da sua dinâmica é feita utilizando-se ferramentas típicas de análise não linear, como espectro de Lyapunov, mapa de Poincaré e diagramas de bifurcação. Também são utilizadas simulações de trajetórias no espaço de fase e respectivas séries temporais, além de gráficos de bacias de atração. Mostra-se que o efeito do ruído é amplificado em regiões do espaço de parâmetros onde existe multiestabilidade. Nestas regiões verifica-se salto de trajetórias entre atratores periódicos e quase-periódicos, além de comportamento intermitente. É detectado um conjunto não-atrativo responsável por transientes de comportamento quase-periódico. Este conjunto também influencia a dinâmica de salto de trajetórias entre atratores.
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Desenvolvimento de uma planta de laboratório para trabalho com sistemas chaveados.

Márcio Santos Vieira 13 September 2007 (has links)
Por sua relevância prática, por exemplo no controle de atitude com atuadores on-off, a dinâmica de sistemas chaveados tem recebido atenção crescente. Um dos aspectos ainda pouco investigado é o impacto de restrições temporais de chaveamento e outros fenômenos não-lineares sobre a dinâmica destes sistemas. Os estudos desenvolvidos, até o momento, têm-se baseado em análise teórica e simulação. O presente trabalho ocupa-se com o desenvolvimento de um sistema de laboratório para viabilizar investigações experimentais com sistemas chaveados. O sistema desenvolvido possui dinâmica semelhante à do estágio superior de um veículo lançador de satélites. Este sistema é controlado via software e consiste em uma plataforma girante, um sensor de atitude e atuadores. O software permite implementação de diferentes não-linearidades, por exemplo diferentes restrições de chaveamento, podendo assim ser implementadas uma série de características relevantes no estudo de sistemas chaveados. A função descritiva foi a principal ferramenta utilizada para representar as não-linearidades durante a análise do sistema de controle e na identificação do modelo do protótipo. Uma técnica de projeto de controladores robustos foi avaliada experimentalmente e tais controladores tiveram desempenho melhor do que os controladores tradicionais. A utilidade do protótipo no estudo de movimentos complexos, tais como movimentos persistentes não periódicos, é enfatizada.
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Estimação de atitude e velocidade angular de satélites utilizando medidas do campo geomagnético e da direção do sol.

Davi Antônio Santos 24 April 2008 (has links)
Um Sistema de Controle de Atitude (SCA) requer estimativas da atitude e velocidade angular em tempo real para que, em malha fechada, ele possa corrigir o apontamento do satélite conforme desejado. Essas estimativas são produzidas por um Sistema de Determinação de Atitude (SDA), o qual se constitui basicamente de sensores e de métodos de estimação. O desenvolvimento de satélites de baixo custo motiva pesquisas sobre métodos que possibilitam a estimação de atitude e velocidade angular tendo em vista o uso de medidas apenas de sensores de atitude, evitando-se o emprego de girômetros. Sensor solar e magnetômetro são sensores de atitude comumente utilizados por apresentarem baixo consumo de energia, ocuparem pouco espaço, serem leves e baratos. O presente trabalho tem por objeto revisar métodos de estimação baseados no filtro de Kalman estendido (EKF) e propor, com o intento de investigação, métodos semelhantes baseados no filtro de Kalman unscented (UKF). Adicionalmente, propõe-se ao final um SDA autônomo para satélites de baixo custo, estabilizados por rotação ou controlados em 3 eixos, que se movem em órbitas terrestres baixas e embarcam magnetômetro e sensores solares. Os estimadores desse sistema são avaliados com dados simulados. Os resultados indicam que o conjunto de sensores que se pretende utilizar no satélite universitário ITASAT produz estimativas que divergem durante movimentos angulares lentos em períodos de eclipse solar. Dessa forma, o controle de atitude em 3 eixos baseado nas estimativas de atitude e de velocidade angular produzidas pelo SDA proposto deve ser avaliado cautelosamente para que, mesmo em períodos de eclipse, seja capaz de prover segurança térmica cumprindo com a restrição de ortogonalidade entre o eixo de simetria do satélite e a direção do Sol. Os resultados obtidos serão utilizados no SDA do satélite ITASAT em desenvolvimento no ITA sob a égide da Agência Espacial Brasileira.
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Sistema de controle de atitude para satélites estabilizados por rotação utilizando apenas atuadores magnéticos.

Ronaldo Waschburger 10 July 2009 (has links)
O presente trabalho propõe e avalia, através de simulação, um Sistema de Controle de Atitude (SCA) autônomo, para satélites estabilizados por rotação (spin), utilizando como atuadores apenas magnetotorqueadores (MTQ), sem utilizar dispositivos passivos para amortecimento de nutação, e como sensores apenas magnetômetro e sensor de Sol. São utilizados três MTQ, formando um ângulo de 90 entre si, sendo apenas um ativo a cada instante e podendo apresentar os seguintes estados de funcionamento: ligado "positivamente", ligado "negativamente" ou desligado. O SCA ativa o magnetotorqueador que minimiza a condição de estabilidade assintótica, sendo controlados simultaneamente a magnitude e a direção do eixo de spin. Os estados do satélite, utilizados pelo SCA para avaliar a condição de estabilidade assintótica e chavear o magnetotorqueador mais adequado, são sua atitude e velocidade angular, que são estimadas pelo Sistema de Determinação de Atitude (SDA) a partir das medidas dos sensores citados anteriormente. Este SDA emprega estimadores de bias, atitude e velocidades angulares, sendo as estimativas geradas por um filtro de Kalman estendido (EKF). O eixo de spin deve se manter apontando ortogonalmente ao plano da eclíptica com velocidade de aproximadamente 40 rpm durante a fase operacional. O SCA é avaliado para o satélite universitário ITASAT, o qual é modelado como um corpo rígido, com massa de 73,6 kg, dimensões de 700x700x650 mm e momentos principais de inércia em torno de 6,5 kgom2, nos eixos perpendiculares à direção de spin, e 8,0 kgom2, na direção do eixo de spin. A missão do referido satélite é desempenhada em uma órbita circular, com altitude de 750 km e inclinação de 25. Os torques de perturbação avaliados são os devido ao gradiente de gravidade e devido às correntes induzidas. A parametrização da atitude do satélite é realizada através de quatérnio. Utiliza-se como modelo de campo geomagnético o World Magnetic Model (WMM-2005) e como modelo de mecânica celeste o Simplified General Perturbations Satellite Orbit Model 4 (SGP4), juntamente com um modelo embarcado de órbita Kepleriana, considerando apenas a perturbação J2. São consideradas incertezas no tensor de inércia, no valor dos atuadores e nas medidas dos sensores, bem como erros provenientes do SDA. Como condições iniciais, são avaliados dois cenários, ambos com erro de apontamento inicial de 15, e apresentando, respectivamente, spin inicial de 120 rpm e 0 (zero) rpm. A partir das simulações, verifica-se que o satélite atinge a atitude desejada após 10 dias para o spin inicial de 120 rpm e 5 dias para a outra condição avaliada. Finalmente, o SCA mostra-se bem-sucedido em regime, após uma fase inicial de manobras, mantendo o eixo de spin nominalmente perpendicular à eclíptica com velocidade de spin de 40 rpm, apresentando apontamento com erro inferior a 2,5 e erro de velocidade de spin com magnitude inferior a 1 rpm, e sendo o movimento de nutação amortecido e mantido com valor inferior a 1,5.
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Sistemas de determinação e controle autônomos de atitude para satélites de baixo custo estabilizados por roda de momentum e atuação magnética com sensores de sol e magnetômetro.

Wilder da Vera Cruz Viegas 18 November 2010 (has links)
O presente trabalho propõe um Sistema de Controle de Atitude (SCA) autônomo em malha fechada com um Sistema de Determinação de Atitude (SDA) para satélites de baixo custo estabilizados por roda de momentum e magnetotorqueadores (MTQ) e utilizando como sensores um magnetômetro triaxial e sensores da direção do Sol. O satélite estudado é estabilizado em três eixos com uma única face voltada para o Sol. Possui uma roda de momentum para prover rigidez giroscópica e gerar torques para apontamento das antenas em torno do eixo da roda, o qual é alinhado na direção perpendicular à face voltada para o Sol. O apontamento dessa face em direção ao Sol e o amortecimento de nutação são realizados pelos magnetotorqueadores. O SCA, em malha fechada, é realimentado por estimativas da atitude em 3 eixos e da velocidade angular do satélite fornecidas pelo SDA. O SDA consiste em um filtro de Kalman estendido (FKE) que processa as medidas vetoriais da direção do Sol e do campo geomagnético para gerar as estimativas. É feita a avaliação estatística do desempenho do FKE com base em simulações de Monte Carlo. O sistema aqui desenvolvido originalmente objetivou ser embarcado no satélite universitário ITASAT de forma a prover mais potência elétrica e sem a oscilação que ocorre em uma configuração estabilizada por rotação spin. O satélite é modelado como um corpo rígido, com massa de 85 [k

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