Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major de Telecomunicações. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Esta tese trata da modelagem, simulação e controle de voo de aviões muito flexíveis. A metodologia de modelagem usada foi NFNS (Non Linear Flight Dynamics - Non Linear Structural Dynamics). A metodologia NFNS foi usada para implementar o modelo de um avião, que havia sido previamente implementado com a metodologia NFLS (Non Linear Flight Dynamics - Linear Structural Dynamics). Foi realizada uma comparação entre as metodologias NFLS e NFNS com base em resultados de simulações feitas, e com base nas próprias considerações tecidas durante a modelagem. Foram notadas diferenças entre as duas metodologias, particularmente com relação a modelagem aerodinâmica. As causas encontradas para estas diferenças indicam algumas melhorias necessárias na formulação aerodinâmica na metodologia NFNS. Os efeitos de uma grande flexibilidade estrutural na dinâmica de vôo foram verificados, analisados, e explicações físicas para estes efeitos são propostas. Por fim, leis de controle não linear com a técnica do regulador integrativo universal são implementadas. Os resultados obtidos demonstram a eficácia e robustez das leis de controle projetadas.

The unmanned aerial vehicles (UAVs) has grown in military and civilian areas of application. Several industries (automotive, military, factories, space, etc.) use robots for dangerous and repetitive tasks. This work is dedicated to a special type of aerial platforms which has grown considerably in recent years, the quadricopter. These UAVs that has been highlighted by having ight characteristics and construction only, for example, hovering flight, vertical takeoff and landing, high maneuverability, low speed flight, and simple mechanics. This work proposes a tool for simulation and visualization of an aerial air-type quadricopter robots, using the flight simulator X-Plane 9, Matlab and Simulink. The aircraft under study is the so-called ITA-001, developed by the quadricopter study group the Aeronautical Institute of Technology. Started up by modeling quadricopter ITA-001 in flight simulator X-Plane, then this simulator has been interfaced with Simulink platform to build a computational simulation platform that meets to the requirements of research and educational group study quadricopter ITA.

A realização deste trabalho é motivada pelas vantagens da prática de simulação computacional na indústria aeronáutica, como redução de custos e de tempo de desenvolvimento e melhoria da qualidade do produto. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um software de interface entre o programa de simulação de voo de baixo custo X-Plane e o pacote computacional MATLAB/Simulink. O principal objetivo dessa interface é viabilizar a utilização simultânea do X-Plane e do MATLAB para simular a dinâmica de voo de uma aeronave e seu controle, provendo uma plataforma de simulação que permita ao engenheiro aeronáutico avaliar técnicas de identificação de sistemas para obtenção de modelos dinâmicos para aeronaves e também auxilie o engenheiro na avaliação de alternativas de projeto de sistemas de controle de voo. Para validar a ferramenta foi utilizado um modelo da aeronave Airbus A310 disponível para o X-Plane, operando em uma condição de voo específica. Por meio da interface desenvolvida, dados gerados por esse modelo foram transferidos para o MATLAB, onde, por meio de técnicas de regressão linear, foram obtidos valores estimados para as derivadas de controle e estabilidade relacionadas aos movimentos longitudinal e látero-direcional da aeronave. Os parâmetros obtidos foram usados para construir um modelo da aeronave no MATLAB/Simulink. Esse modelo foi utilizado em alguns projetos de sistemas de controle de voo para a aeronave. Por fim, os controladores projetados, rodando no MATLAB/Simulink, foram usados para controlar o modelo do Airbus A310 no X-Plane por meio da interface desenvolvida.

O controle cooperativo de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) do tipo multicóptero vem sendo recentemente investigado de forma intensa por diversos grupos de pesquisa mundo afora. Com o intuito de tornar eficiente o projeto e a avaliação de sistemas de controle cooperativo, propõe-se neste trabalho um ambiente de simulação Software-In-the-Loop (SIL) para avaliar leis de controle de formação em posição de um time composto por três octocópteros. O ambiente é constituído de três computadores conectados por uma rede de comunicação Ethernet. Cada computador executa dois softwares: o MATLAB/Simulink e o X-Plane. As leis de controle são implementadas em Simulink, enquanto a dinâmica e o ambiente de voo são simulados em X-Plane. Para realizar a cooperação entre os controladores, os computadores trocam dados de posição por meio dos diagramas em Simulink. Para testar o ambiente proposto, adota-se uma lei de controle de formação em posição utilizando a abordagem líder-seguidor. O veículo líder se desloca em linha reta, enquanto os veículos seguidores acompanham a posição do líder, mantendo uma formação triangular. O ambiente é validado através de comparações entre o modelo em X-Plane e o modelo analítico. Os testes revelam que por meio do ambiente proposto é possível avaliar uma lei de controle de formação em posição.