Este trabalho apresenta o estudo da modelagem matemática caixa preta de propulsores eletromecânicos de aeronaves do tipo multirrotor. Estas aeronaves têm sido crescentemente investigadas e ainda estão em evolução. Justifica-se este fato em função de possuírem aplicações em diversas áreas, inclusive em situações que causam risco à vida humana. Dentre os multirrotores destaca-se o quadrirrotor, que vem sendo utilizado como plataforma padrão de estudo. Este possui a capacidade de decolagem e aterrissagem vertical, o que desafia a área de controle. Nesse sentido, estudou-se a modelagem matemática do sistema de propulsão eletromecânico dos multirrotores a fim de poder contribuir futuramente com a otimização de seu controle. A metodologia utilizada consiste na compreensão do sistema de propulsão e utilização de uma plataforma de testes para a coleta de dados, seguida da aplicação de testes de estacionariedade para a análise dos mesmos. O cálculo das funções de autocorrelação e autocorrelação parcial é utilizado para determinação da estrutura e ordem dos modelos matemáticos e posteriormente, os parâmetros são estimados. A validação se dá pela comparação da simulação de cada modelo com os dados da plataforma e a análise dos resíduos. Além disso, são utilizados critérios de informação para seleção de modelos obtendo-se, a partir do Critério de Informação Bayesiano (BIC), uma aproximação prévia de resultados para diferentes modelos, visando garantir possíveis condições impostas pelo projeto que os utilizará. Dessa forma, a metodologia apresentada contribui para novas técnicas de controle. / 83 f.

Este trabalho científico apresenta o estudo da modelagem matemática de propulsores eletromecânicos das aeronaves tipo multirrotor, uma vez que estes são responsáveis pela estabilidade dessas aeronaves. Esses veículos aéreos de pequeno porte se caracterizam pela ausência física de um controlador. Atualmente, essas naves vêm sendo utilizadas em diversas áreas, para fiscalizar, inspecionar e/ou monitorar através de imagens aéreas e filmagens. Portanto, investiga-se principalmente a estacionariedade das séries temporais da corrente e da velocidade angular do propulsor eletromecânico de forma a obter um modelo matemático não espúrio. Para isso, o estudo visa aprofundar o conhecimento de testes de raiz unitária, os quais são aplicados nos dados coletados das grandezas supracitadas. A metodologia proposta consiste no estudo do sistema de propulsão implementado numa plataforma de testes para a coleta de dados. Posteriormente é realizada a aplicação dos testes de estacionariedade sobre os dados coletados e efetuado o cálculo das funções de autocorrelação e autocorrelação parcial para determinação da estrutura e ordem do modelo. Em seguida é feita a estimação de parâmetros e validação do modelo através da simulação dos dados da plataforma e a análise residual. Após estimados os parâmetros do modelo ARIMAX, foi validado o mesmo pela análise residual e também pelo cálculo do erro, obtendo assim um resultado satisfatório. Com este trabalho auxilia-se a comunidade científica que projeta e desenvolve naves do tipo multirrotor, uma vez que os modelos obtidos dos propulsores eletromecânicos são mais consistentes. / 88 f.

[pt] Quadrirrotores são veículos aéreos que possuem quatro rotores fixos e orientados na direção vertical. Devido à sua simplicidade mecânica frente aos helicópteros tradicionais, os mesmos têm se tornado cada vez mais populares nos meios de pesquisa, militares e, mais recentemente, industriais. Essa topologia de veículo data do início do século XX mas o desenvolvimento em escala só foi possível após a recente evolução e miniaturização dos sistemas eletrônicos embarcados, dos motores elétricos e das baterias. A movimentação desses veículos no espaço é possível graças à sua inclinação em relação ao solo e, para tal, é imprescindível obter e controlar corretamente a atitude do mesmo. As unidades de medidas inerciais (IMU) surgiram como uma solução para esse problema. Através da fusão dos dados obtidos com os sensores presentes nessas centrais (acelerômetros, girômetros e magnetômetro) é possível estimar a atitude do veículo. O presente trabalho apresenta soluções tanto para a estimativa quanto para o controle de atitude de quadrirrotor. Os modelos matemáticos desenvolvidos são validados em simulações numéricas e em testes experimentais. O objetivo é que as soluções propostas apresentem resultados positivos para que possam ser empregadas nos quadrirrotores em escala. / [en] Quadrotors are vehicles that have four fixed rotors in the vertical direction. Due to its mechanical simplicity compared to traditional helicopters, these vehicles have become increasingly popular in the research, military and, more recently, industrial fields. This type of vehicle first appeared in the early twentieth century, but the development of small-scale models was only possible after the recent evolution and miniaturization of embedded electronics, electric motors and batteries. A Quadrotor can fly in any direction by changing its inclination relative to the ground, so it is essential to calculate and properly adjust its attitude. The inertial measurement units (IMU) emerged as one solution to this problem. By merging the IMU sensors data, it is possible to estimate the vehicle s attitude. This dissertation presents solutions for both the estimation and the control of the vehicle s attitude. The developed mathematical models are validated with numerical simulations and experimental tests. The goal is that the presented solutions give enough good results so they can be used in small-scale Quadrotors.