Observando a evolução das aeronaves comerciais de transporte de passageiros, é possível perceber que há grande interesse por parte de fabricantes e operadores pela automatização de sistemas e tarefas relacionadas ao vôo. Neste âmbito, o presente trabalho tem por objetivo efetuar o projeto de um sistema de controle capaz de efetuar o seguimento de trajetórias tipicamente operadas por estas aeronaves. Primeiramente, foi explorado o cálculo de trajetórias típicas de vôo no plano vertical a partir da integração direta das equações do movimento. As condições de cruzeiro foram determinadas de modo a se minimizar os custos diretos de operação, enquanto que as etapas de subida e descida foram determinadas a partir de um perfil típico realizado em aeronaves comerciais. Em um segundo momento, os resultados do cálculo de trajetórias foram utilizados como guias para o projeto de um sistema de controle, que permitisse o seguimento destas trajetórias de maneira automatizada. A determinação dos ganhos é realizada a partir de técnicas algorítmicas de otimização aplicadas em modelos linearizados. O escalonamento dos ganhos é realizado a fim de se englobar diversos pontos do envelope de operação, quando aplicável. Por fim, o sistema projetado é simulado de maneira não linear a fim de verificar sua resposta diante de perturbações de rajadas de vento.

O contexto deste estudo é relacionado com a perda de tração em um motor de uma aeronave de transporte. Neste caso, o motor falhado irá contribuir para perda de tração e aumento de arrasto, ocasionando voo assimétrico. Pela análise do envelope de voo, constata-se que, ao ocorrer uma perda parcial (até 45%), a velocidade e altitude da aeronave são mantidas, mas se ocorrer a perda total de um motor, a aeronave desce e perde velocidade. A trajetória da aeronave é calculada através de método numérico no qual se divide a descida em trechos, buscando uma razão de descida mínima em cada trecho até que esta seja igual a zero, onde a aeronave atinge sua nova condição de equilíbrio. De acordo com a análise de várias configurações de voo, observa-se que é necessário que o ângulo de derrapagem seja igual a zero para que o arrasto provocado pela perda de tração seja mínimo. Dois projetos de Piloto Automático (PA) são analisados: (i) PA de altitude, controlando a altitude através da deflexão no profundor; e (ii) PA latero-direcional, controlando o ângulo de rolamento - para que o ângulo de derrapagem seja igual a zero - através da deflexão dos ailerons, e a trajetória direcional, controlada através da deflexão do leme. Introduziu-se os efeitos do vento e verificou-se que o projeto do PA é estável e contribui para diminuir a carga de trabalho do piloto.

Aeroportos no centro de cidades, em regiões montanhosas ou com obstáculos próximos à pista exigem ângulos de trajetória de aproximação mais íngremes que o usual. Os motivos para essa adequação são a necessidade de cumprimento das restrições quanto à emissão de ruídos ou até mesmo as limitações físicas impostas pelo relevo ou pelos obstáculos que rodeiam os aeroportos. A proposta deste trabalho é projetar um piloto automático de aproximação para uma aeronave executiva a jato em condição de steep approach (descida íngreme). Ao longo do texto, os fundamentos teóricos são apresentados e a estrutura do controlador é definida. Um modelo linearizado da aeronave em configuração de pouso é utilizado e o cálculo dos ganhos é realizado através da metodologia LQ (Linear Quadrática), ponderando-se os estados e o erro de estado estacionário. O desvio em relação ao estado estacionário é ponderado no tempo de forma a penalizar desvios grandes nos últimos instantes. Consideram-se ainda os valores de amortecimento dos pólos do sistema em malha fechada no cálculo do índice de desempenho. O sistema com o controlador projetado é avaliado em condições de distúrbios atmosféricos e quanto à qualidade de voo e estabilidade segundo critérios presentes na literatura. São incluídos os atrasos e saturações dos atuadores tanto no cálculo dos ganhos do sistema quanto nas simulações.

A Navegação é um dos maiores problemas na robótica móvel, sua função consiste em guiar o robô em um espaço de trabalho por um caminho plausível durante um determinado intervalo de tempo que o leve de um ponto inicial a um ponto final definido. É possível separar esse processo em vários níveis como, a localização do robô no espaço de trabalho, o planejamento de um caminho admissível, a geração de uma trajetória e por fim o controle desse trajeto. Este trabalho apresenta a proposta de desenvolvimento dos níveis de geração e controle de trajetória para um veículo terrestre de grande porte para uso em ambientes de trabalho semiestruturados, principalmente em ambientes agrícolas. Para tal propósito se utiliza o conceito de trajetórias baseadas em clotóides e predefinidas para um sistema bidimensional (X, Y). O gerador de trajetória proposto neste trabalho determina uma função contínua que considera as restrições cinemáticas e determina o tempo de trabalho, a posição e orientação do robô na posição final. As informações determinadas pela função são utilizadas por um controlador de lógica fuzzy para determinar as velocidades linear e angular do robô. Para validar trajetória planejada e o controlador, foram realizados testes nas plataformas robóticas Helvis-III, um protótipo simples com sistema de esterçamento nas rodas dianteiras estilo Ackermann e o RAM (Robô agrícola Móvel) - um veículo de grande porte com estrutura de esterçamento nas 2 rodas com estilo Ackermann de condução. O sistema demonstra bom desempenho, devido ao fato de que o desvio do caminho mantém uma media de 3 metros em base ao valor real e uma média de 0.5 metros em relação ao calculado, estando dentro dos padrões dos sensores GNSS usados para os testes experimentais. / Navigation is one of the biggest problems in mobile robotics, its ban on guiding the robot in a workspace by a plausible path over a defined interval of time than the level of a starting point and a definite endpoint. It is possible to separate the process at some levels such as the location of the robot in the workspace, the planning of a permissible path, the generation of a path and a process of control of that path. This paper presents a proposal for the development of teaching levels and trajectory control for a large land vehicle for use in semi structured work environments, mainly in agricultural environments. To do this, use the concept of routines in clothoids and predefined for a two-dimensional system (X, Y). The generator of trajectory standard this risk is work in the risk control risk, and the risk and the status of work, the status of the risk and work of the position. As one of the reasons for the function are used by a fuzzy logic controller to determine the linear and angular velocities of the robot. To validate the planned trajectory and controller, they were actually tested on the Helvis-III robotic platforms, a simple prototype with the Ackermann advanced style wheel-arming system and the RAM (Mobile Shared Robot) - a large vehicle with structure of Ackermann style 2-wheel steering. The system should be good performance, by the same of the tracking of average pathways and of three meters in base to value and average of 0.5 meters in body the year, being based on the limits of GNSS used for test experimental tests.

A Navegação é um dos maiores problemas na robótica móvel, sua função consiste em guiar o robô em um espaço de trabalho por um caminho plausível durante um determinado intervalo de tempo que o leve de um ponto inicial a um ponto final definido. É possível separar esse processo em vários níveis como, a localização do robô no espaço de trabalho, o planejamento de um caminho admissível, a geração de uma trajetória e por fim o controle desse trajeto. Este trabalho apresenta a proposta de desenvolvimento dos níveis de geração e controle de trajetória para um veículo terrestre de grande porte para uso em ambientes de trabalho semiestruturados, principalmente em ambientes agrícolas. Para tal propósito se utiliza o conceito de trajetórias baseadas em clotóides e predefinidas para um sistema bidimensional (X, Y). O gerador de trajetória proposto neste trabalho determina uma função contínua que considera as restrições cinemáticas e determina o tempo de trabalho, a posição e orientação do robô na posição final. As informações determinadas pela função são utilizadas por um controlador de lógica fuzzy para determinar as velocidades linear e angular do robô. Para validar trajetória planejada e o controlador, foram realizados testes nas plataformas robóticas Helvis-III, um protótipo simples com sistema de esterçamento nas rodas dianteiras estilo Ackermann e o RAM (Robô agrícola Móvel) - um veículo de grande porte com estrutura de esterçamento nas 2 rodas com estilo Ackermann de condução. O sistema demonstra bom desempenho, devido ao fato de que o desvio do caminho mantém uma media de 3 metros em base ao valor real e uma média de 0.5 metros em relação ao calculado, estando dentro dos padrões dos sensores GNSS usados para os testes experimentais. / Navigation is one of the biggest problems in mobile robotics, its ban on guiding the robot in a workspace by a plausible path over a defined interval of time than the level of a starting point and a definite endpoint. It is possible to separate the process at some levels such as the location of the robot in the workspace, the planning of a permissible path, the generation of a path and a process of control of that path. This paper presents a proposal for the development of teaching levels and trajectory control for a large land vehicle for use in semi structured work environments, mainly in agricultural environments. To do this, use the concept of routines in clothoids and predefined for a two-dimensional system (X, Y). The generator of trajectory standard this risk is work in the risk control risk, and the risk and the status of work, the status of the risk and work of the position. As one of the reasons for the function are used by a fuzzy logic controller to determine the linear and angular velocities of the robot. To validate the planned trajectory and controller, they were actually tested on the Helvis-III robotic platforms, a simple prototype with the Ackermann advanced style wheel-arming system and the RAM (Mobile Shared Robot) - a large vehicle with structure of Ackermann style 2-wheel steering. The system should be good performance, by the same of the tracking of average pathways and of three meters in base to value and average of 0.5 meters in body the year, being based on the limits of GNSS used for test experimental tests.

Orientadora: Profª. Drª. Elvira Rafikova / Coorientador: Prof. Dr. Magno Enrique Mendonza Meza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Santo André, 2018.

Esta tese apresenta o protótipo de um sistema embarcado para veículos terrestres (automóveis, ônibus, caminhões) a partir de uma Central de Controle de Operações (CCO). Este sistema embarcado tem 3 funções básicas: 1) enviar dados de telemetria sobre o veículo (tal como a posição e velocidade do veículos obtidos de um receptor GPS, status de subsistemas do veículo, mensagens de alerta ou emergência) para a CCO, 2) enviar comandos a partir da CCO para algum subsistema do veículo (por exemplo, bloquear um veículo que saiu da rota), 3) permitir troca de mensagens de texto entre o condutor do veículo e o operador da CCO. Este protótipo tem a seguinte plataforma de hardware: 1) computador de bordo com processador Intel 386Ex; 2) uma placa de entradas e saídas digitais que atua como subsistemas do veículo; 3) um receptor GPS; 4) um palmtop que atua como interface com o condutor e 5) um modem GSM/GPRS. Para esta plataforma foram escolhidos o sistema operacional XDOS e o kernel eRTOS para suporte à programação multithreads. O compilador Borland C 4.51 foi utilizado como ferramenta de desenvolvimento. O software do sistema embarcado foi implementado baseado em threads com mecanismos de troca de mensagens e sincronização. As threads foram associadas aos componentes de hardware do sistema permitindo uma maior modularidade do sistema (facilidade para inserir ou retirar novos componentes de hardware através da inserção ou retirada de threads). O protótipo foi testado com uma versão simplificada da CCO. Os resultados demonstraram a estabilidade do software multithreads e o protótipo respondeu como esperado.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma lei de controle longitudinal para o rastreamento do sinal de glideslope através do uso da metodologia Linear Quadrática com realimentação de saída e restrições do conjunto de controles admissíveis. Várias condições de vôo de uma aeronave comercial a jato em aproximação para pouso, incluindo diferentes configurações de centro de gravidade, massa, velocidade e altitude foram consideradas. A arquitetura básica utilizada para o projeto consistiu na criação de uma malha interna, responsável pelo aumento de estabilidade do sistema (SAS), e de malhas externas, cuja função é efetuar o seguimento das variáveis que traduzem o perfil da trajetória. O cálculo dos parâmetros do controlador foi realizado por um método algorítmico de otimização local com restrições, de acordo com a metodologia proposta e utilizando matrizes de ponderação diagonais. O projeto do controlador feito de duas maneiras diferentes: síntese parcial ou conjunta dos ganhos. Para cada maneira são expostos os resultados, tais como resposta dos atuadores, análises de estabilidade e de qualidade de vôo. O controlador projetado através da síntese parcial dos ganhos apresentou melhores margens de estabilidade. Foram realizadas simulações temporais do modelo linear em malha aberta e em malha fechada, para efeitos de comparação. Foi possível mostrar que o sistema em malha fechada é capaz de efetuar o seguimento das trajetórias propostas, ainda que submetido a desvio das condições de equilíbrio, rajada e turbulência. Um escalonamento de ganhos do SAS, em função da velocidade verdadeira e da pressão dinâmica, foi proposto de modo a englobar o envelope de operação da aeronave. Através desse escalonamento, foi possível manter as mesmas características dinâmicas para o conjunto aeronave com SAS, independentemente da condição de altitude de vôo, massa da aeronave, posição do centro de gravidade e velocidade calibrada de aproximação.

Orientadora: Prof. Dra. Elvira Rafikova / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2017. / Este projeto aborda a aplicação do controle SDRE (State Dependent Ricatti Equation ¿ Equação de Ricatti Dependente de Estado) para controlar a trajetória de um protótipo de Hovercraft. Um Hovercraft é um veículo anfíbio sustentado por um colchão de ar em sua base, fazendo com que este não entre em contato com a superfície terrestre ou aquática. Inicialmente é feito o estudo da modelagem dinâmica desse sistema sendo que se trata de um veículo com restrições não-holonômicas em seus movimentos. São apresentadas algumas técnicas de controle aplicadas para controlar este sistema dinâmico disponíveis na literatura de referência consultada. É discutido o método de controle SDRE bem como é feita a escrita do sistema em espaço de estado de erros (sistema em desvios) garantindo, inclusive, a sua controlabilidade. O objetivo deste trabalho é simular numericamente o comportamento do sistema dinâmico controlado em relação à sua trajetória utilizando a ferramenta Matlab®. São simulados regimes de trajetórias retilíneas acelerada e uniforme, circulares e estabilização em um ponto; variando as condições iniciais do sistema dinâmico do Hovercraft. Além disso, projetou-se e construiu-se um protótipo de Hovercraft para implementar o controle projetado numericamente através do software LabView® comunicando-se com a placa Arduino®. / This project addresses the use of SDRE control (State Dependent Ricatti Equation) to control the trajectory of a Hovercraft prototype. A Hovercraft is an amphibious vehicle sustained on an air cushion at its base, causing it to not contact the land or water surface. Initially, it is made the dynamic modelling analysis of the system considering it is a vehicle with nonholonomic constraints on its movements. Are presented some control techniques applied to control this dynamic system available in the reference literature consulted. The SDRE control method is discussed as well as a system writing in the error state space (system in deviations), including its controllability. The objective of this work is to numerically simulate the behavior of the controlled dynamic system in relation to its trajectory using the software Matlab ®. Straight accelerated and uniform, circular and one-point stabilization regimes are simulated; varying the initial conditions of the Hovercraft. In addition, it is designed and built a Hovercraft prototype to implement numerically the control SDRE through LabView® software communicating with Arduino® board.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-26T12:41:45Z No. of bitstreams: 1 leandroluizrezendedeoliveira.pdf: 11529978 bytes, checksum: 0d088d792c8861423c02cd09cfcdc538 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-26T13:54:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leandroluizrezendedeoliveira.pdf: 11529978 bytes, checksum: 0d088d792c8861423c02cd09cfcdc538 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T13:54:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leandroluizrezendedeoliveira.pdf: 11529978 bytes, checksum: 0d088d792c8861423c02cd09cfcdc538 (MD5) Previous issue date: 2013-11-11 / O objetivo do presente trabalho é apresentar o desenvolvimento de um controle de trajetória para robôs móveis baseado em visão computacional, implementado no Framework ROS (Robotic Operating System). O ambiente do futebol de robôs foi utilizado como plataforma de teste da metodologia proposta. Para executar essa tarefa foi desenvolvido um algoritmo para o sistema de visão robótica, capaz de executar a calibração do sistema de captura de imagens e a identificação dos robôs no campo de acordo com a forma e a cor das etiquetas de identificação através da biblioteca OpenCV, a qual é integrada na estrutura fornecida pelo ROS. Os algoritmos elaborados de visão computacional, controle de alto nível e controle de baixo nível foram estruturados conforme as diretrizes do ROS, sendo assim denominados de nós. Os algoritmos de alto nível responsáveis pelo controle de trajetória, tratamento de imagem e controle são executados em um computador desktop ou notebook, ao passo que o algoritmo de baixo nível para controle é executado em uma plataforma Arduino embarcada no robô. O computador ou notebook e a plataforma Arduino embarcadas nos robôs trocam informações entre si de forma distribuída utilizando tópicos que interligam os nós e transmitem mensagens utilizando o padrão Publisher/Subscriber. Ainda é abordado o desenvolvimento do robô diferencial proposto, com seus dispositivos de controle, comunicação e tração. / The goal of this work is to present the development of a path control for mobile robots based on computer vision, implemented in ROS (Robotic Operating System) Framework. The robot soccer environment was used as test platform for the proposed methodology. To accomplish this task was developed an algorithm to the robotic vision system, able to perform the calibration of image capture system and the identification of robots in the field according to the shape and color identification labels through the OpenCV library, which is integrated into the structure provided by ROS. The algorithms developed for computer vision, high-level control and low-level control were structured according to the guidelines of the ROS, therefore called nodes. The algorithms responsible for the high-level path control, image processing and control are performed on a desktop computer or notebook, while the algorithm for low-level control is running on a platforms Arduino embedded in the robots. The computer or notebook and embedded platform Arduino exchange informations among themselves in a distributed manner using topics, interconnecting nodes and transmit messages using the Publisher/Subscriber default. Also is addresses the development of a differential robot proposed, with their control devices, communications and traction.