A Área de Controle Terminal de São Paulo (TMA-SP) tem papel fundamental no desempenho operacional do espaço aéreo brasileiro, além de ser o espaço aéreo controlado acima dos aeroportos Internacional de Viracopos/Campinas, Internacional de São Paulo/Guarulhos e de Congonhas/São Paulo. Todas as aeronaves que se aproximam ou decolam destes aeroportos são, obrigatoriamente, controladas pelo órgão responsável por esta área, o Controle de Aproximação de São Paulo (APP-SP), gerando uma carga de trabalho para os controladores de tráfego aéreo. Estes profissionais têm a função de coordenar o fluxo de aeronaves, conseqüentemente acompanhar a evolução do tráfego a todo instante e coordenar com outros setores dentro de seu próprio órgão de controle ou com outros órgãos criando um sistema. Devido às dimensões e a grande quantidade de tráfegos, a TMA-SP é dividida em setores com características e finalidades específicas. Os objetivos deste trabalho são: 1) propor um modelo de cálculo de carga de trabalho do controlador de tráfego aéreo; 2) apresentar os resultados de sua aplicação para o APP-SP; e 3) apresentar índices de complexidade de cada setor da TMA-SP, relacionando-os às cargas de trabalho do controlador de tráfego aéreo. Para isso será utilizada ferramenta de simulação computacional RAMS PLUS. Após ser encontrada a carga de trabalho do controlador em cada setor do APP-SP, foi possível definir a sua capacidade máxima em tráfegos por hora e em tráfegos que poderão ser controlados simultaneamente. Embora os tempos das tarefas dos controladores utilizados na simulação tenham sido os mesmos em todos os setores da TMA-SP, os resultados obtidos de máxima carga de trabalho e capacidade foram diferentes entre si, devido às diferentes características e índices de complexidade de cada setor da TMA-SP. Estes índices foram obtidos na simulação e apresentam os níveis de dificuldade que o controlador de tráfego aéreo encontrou em determinados momentos da operação, podendo significar a necessidade de: reestruturação do espaço aéreo, mudança de procedimentos de chegada e saída e melhoria nas coordenações entre os órgãos de controle para definição de sequenciamento entre os tráfegos que chegam.(O uso do RAMS PLUS and ATM Analyser neste estudo está de acordo com os Termos de Licença Acadêmica concedido ao ITA pela ISA Software Ltda).

O aumento do tráfego aéreo nos grandes aeroportos brasileiros, aliado a uma configuração de rede de rotas estabelecida por auxílios à navegação aérea convencionais baseados no solo (VOR, DME, NDB), tem gerado constantes congestionamentos nas áreas de controle terminal e respectivas regiões circunvizinhas. A fim de dirimir estas questões, a ICAO instituiu o conceito de Navegação Baseada em Performance (PBN), objetivando aumentar a capacidade do espaço aéreo e diminuir os custos operacionais. Baseado neste conceito, este trabalho visa analisar as rotas ATS de Salvador de acordo com a futura expansão do seu aeroporto internacional, prevista em plano diretor e na qual é considerada a implantação de pistas paralelas. Os efeitos no tráfego aéreo de Salvador são aqui analisados confrontando três cenários modelados: (a) a configuração atual da rede de rotas considerando as pistas convergentes existentes nesse aeroporto; (b) a configuração atual de pistas com uma estrutura de rotas PBN e (c) uma estrutura de rotas PBN numa possível configuração de pistas paralelas. Neste contexto são adotadas métricas de tempo e distância de vôo, resolução de conflito, tempo de atraso nas decolagens e complexidade do espaço aéreo. O RAMS PLUS é utilizado como ferramenta de simulação computacional fast-time para esta análise de espaço aéreo.

Sistemas de pouso automático vêm sendo utilizados com sucesso desde 1960. Seu emprego permite às companhias aéreas operar em condições de baixa visibilidade com extrema segurança e confiabilidade. Os impactos econômicos destas operações são relevantes, justificando os altos custos de desenvolvimento, manutenção e treinamento associados a tais sistemas. A função por eles desempenhada ée talvez a mais crítica das funções de controle automático presente em uma aeronave moderna, e por isso continua a ser um dos maiores desafios de engenharia de controle na indústria aeronáutica. Os requisitos aplicáveis de performance, segurança, confiabilidade e monitoramento por parte dos pilotos, associados à busca constante por baixos custos das companhias aéreas, resultam em um cenário de constante evolução tecnológica destes sistemas. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo apresentar um método de projetar um sistema de controle longitudinal automático para a fase de arredondamento de maneira simples, rápida e direta, para obter um sistema robusto e com boa performance. O modelo para simulação foi obtido a partir do conceito de derivadas aerodinâmicas de estabilidade. A estratégia de controle adotada emprega conceitos de controle moderno em uma arquitetura que permite avaliar facilmente diversas estruturas de controlador. Os ganhos do controlador são obtidos automaticamente por um algoritmo de otimização baseado na resposta temporal do sistema. A ênfase do trabalho de engenharia deste método está na escolha da estrutura do controlador e dos critérios de otimização. A trajetória de comando adotada se baseia numa trajetória fixa no espaço explicitamente definida como uma função da distância longitudinal percorrida. Este conceito reduz drasticamente a dispersão do ponto de toque e da velocidade vertical no pouso causada por variações nas condições atmosféricas e nas características da aeronave. A robustez do controlador resultante foi testada frente a diversos parâmetros que sabidamente influenciam a performance de um sistema de pouso automático na vida real.

The aim of this dissertation is to evaluate the possibility of using electrically powered systems instead of a centralized hydraulic system composed of set of distribution pipes for aircrafts' primary control surfaces actuation. Focus will be given in the following topics: Description of new actuation technologies; Option chosen to be studied among the new possibilities; Comparison between the traditional system and the new proposal e System engineering evaluation regarding: weight, safety, thermal issue, connection with electric system, maintenance and certification. Besides that, a more electric actuation architecture will be proposed and compared with the conventional option for an airplane design's case study. A simulation model will be developed to describe the more electric actuator behavior and preview its interaction with other systems. This model will be included in a closed loop to command a primary surface. The closed-loop project will be developed based on an algorithmic method. A Genetic Algorithm (GA) will be implemented to define the gains. Finally, the results obtained will be discussed.

This work presents an application of failure prognosis in the system command actuator of a commercial aircraft. An efficient failure prognostic algorithm provides a reduction in the number of unscheduled events and consequently generates a significant reduction in the maintenance costs. Although this is a simulation-based work, it presents a pre validation with bench tests data. The method starts by computational mathematical modeling of the system and this further validation by laboratory results. The sensitivity study of the variables is necessary in order to understand which parameters affect the system. The estimation of a confidence interval to determine the nominal behavior failure allows detection and isolation. Parity state techniques will be used for the residue signals design which will be the of the degradation measurement. A simulation of the failure behavior over the time to forecast when the system will reach a determined threshold is also presented.

O objetivo desse trabalho é utilizar uma abordagem híbrida baseada nas ferramentas Simulink e Stateflow para verificar contra um conjunto de requisitos de engenharia o modelo de um sistema de controle de freios de aplicação aeronáutica do tipo anti-blocante, ou simplesmente anti-skid. Sistemas híbridos no contexto dessa tese são sistemas dinâmicos caracterizados tanto por variáveis contínuas no tempo quanto por estados discretos alcançáveis através de eventos sem dependência temporal. Neste trabalho em particular, os estados discretos são modelados em statecharts por meio da ferramenta Stateflow do MATLAB. A ferramenta Simulink do MATLAB é utilizada para modelar o comportamento dinâmico contínuo do sistema. Sistemas de freios do tipo anti-skid previnem o travamento das rodas durante a corrida de frenagem de um avião. O tipo de pista, contaminantes, a sustentação do avião e o seu peso são elementos com significativa influência do desempenho de frenagem. Sistemas de controle de freios modernos são capazes de modular continuamente o torque de frenagem aplicado às rodas, maximizando a todo instante o coeficiente de frenagem entre os pneus e a pista independente das condições da pista. Para esse trabalho de verificação é necessário modelar não somente o sistema de controle de freios, mas também o comportamento dinâmico do avião e a interface entre pneus e pista. Condições de falha e seus efeitos no desempenho de frenagem também são considerados no modelo. Falhas típicas em sistemas de freio são tipicamente associadas à realimentação de pressão hidráulica, transdutores de pressão, transdutores de posição de pedal, servo-válvulas e transdutores de velocidade de roda.

Este trabalho considera um sistema aéreo autônomo não propulsado, lançado de aeronave, controlado por canards, utilizando guiamento terminal com realimentação visual, cujo objetivo é chegar a um determinado alvo em solo com o menor desvio possível. É desenvolvido o modelo não-linear com seis graus de liberdade do artefato. O sistema de controle é projetado em uma determinada condição de voo e os ganhos obtidos são extrapolados para todo o envelope utilizando técnicas de otimização numérica, dados os requisitos de desempenho desejados. É desenvolvido um simulador de voo baseado em imagens de satélite capaz de gerar imagens de uma câmera embarcada no artefato. É implementado um método de análise das imagens geradas pelo simulador, baseado no método SIFT, capaz de registrar as imagens oblíquas da câmera com imagens ortogonais de satélite de referência. O resultado da análise das imagens permite a obtenção dos erros em azimute e elevação, realimentando o sistema de controle e permitindo o guiamento preciso do artefato até o alvo. O sistema completo é simulado na presença de vento e turbulência com a utilização de quatro configurações de sensores, consistindo de combinações de sistemas de navegação inercial, sistema de posicionamento global por satélites, e câmera de vídeo. O método de análise de imagens proposto e a acurácia das diferentes configurações de sensores são avaliados através de simulação Monte Carlo, quantificando as vantagens e desvantagens do guiamento visual.

O trabalho apresenta uma comparação entre protocolos de comunicação tolerantes a falha, TTP/C e Flexray, utilizando um simulador de tempo real, propondo modelar uma aplicação brake-by-wire tolerante a falhas que gere uma intensa troca de dados validando a comparação. O presente trabalho toma como base um modelo de um sistema de freio antitravamento (ABS - Antilock Brake System) para uma única roda, de Michaels e Quinn (1997), estendendo tal trabalho ao desenvolvimento de uma aplicação brake-by-wire, composta basicamente de 5 nós, sendo um controlador central e 4 nós locais apara as rodas do veículo. Após uma breve descrição introdutória sobre os conceitos básicos necessários para entender o projeto, a aplicação brake-by-wire será apresentada. Posteriormente serão apresentados conceitos de funcionamento da aplicação, tolerância a falha, controle de frenagem, entre outros. A modelagem e simulação do sistema foi realizada na ferramenta computacional TrueTime baseada no Matlab/Simulink, utilizando kernels de tempo real. A simulação demonstra os diferentes comportamentos da aplicação quando protocolos TTP/C e Flexray variam em largura de banda e taxa de utilização do barramento. Foi inserido um nó de interferência na rede, visando verificar o comportamento de tais protocolos com um trafego mais intenso na rede. Os resultados obtidos com a simulação de tempo real demonstram que o protocolo TTP/C apresentou um comportamento mais estável e seguro para tal aplicação considerada de tempo real crítico.

In the present work, a study is proposed about the applicability of a predictive controller to be used to control the longitudinal mode of an aircraft. The objective is to evaluate the performance of such control approach applied to a terrain following task, verifying the tracking suitability while respecting physical constraints to which the aircraft is subjected to. As examples, control surfaces range limitations, restrictions for the available thrust as well as other variables such as the angle of attack, velocity, pitch rate and the altitude itself. A fighter aircraft simplified model was used for the longitudinal movement to perform the simulations. The predictive control approach used was based on a linear prediction model described in the state space. Therefore, it was necessary to linearize the aircraft dynamic around an equilibrium point previously chosen. Two scenarios were evaluated for the same terrain profile. The first considered the simulation with the system nominal constraints. The second scenario covered an elevator actuator failure, in order to analyze the suitability of such controller when dealing with the online imposed constraints. The advantages of the predictive control methodology were evident based on the results for both scenarios, where an adequate terrain profile tracking was observed and, at the same time, the imposed restrictions were enforced in the performed simulations.

This work aims to demonstrate an approach to design a fly-by-wire mobile surface control system for a commercial jet employing multiobjective optimization techniques. This approach consists on sizing a set of design parameters of the control system based on model simulation and response analysis coupled with optimization algorithms in a multiobjective design environment. An overview on control surface systems is presented, focusing on fly-by-wire. To provide the theoretical basis, a review on optimization theory and methods is presented, as well it is developed the system mathematical model. The system in focus is of electro-hydraulic actuation, where a controller acts on a servo valve, that commands an actuator for positioning control of an aircraft rudder. The design approach was to optimize a set of system components parameters, such as controller gains, servo valve and hydraulic actuator parameters, that result in adequate workloads and produce a system that meets the design requirements and is cost-effective. The model, to be simulated and analyzed, is implemented in MATLAB/Simulink, from where the system response characteristics are passed to the optimization environment. A multiobjective genetic algorithm is applied, and as a result from the optimization process we obtain a Pareto set, from where an optimal design is chosen for a detailed analysis.