Este trabalho descreve os aperfeiçoamentos realizados na plataforma robótica móvel ROMEO III, dando origem ao robô ROMEO III.v2, onde os três principais desafios da navegação de robôs móveis são atacados: a localização, o mapeamento e o planejamento da trajetória. Esta nova configuração herda as soluções utilizadas em suas versões anteriores: o algoritmo A* para realizar o planejamento da trajetória e a utilização de encoders unido à detecção de marcos artificiais para a localização. Assim, para atacar o problema do mapeamento, o ROMEO III.v2 utiliza: 1) a metodologia Occupancy Grid para caracterizar o ambiente, 2) um arranjo de sonares com dois receptores e um transmissor para adquirir os dados do espaço em volta da plataforma (permitindo identificar o ângulo de recepção da onda ultra-sônica, além de estimar possíveis erros de leitura) e 3) uma bússola eletrônica é utilizada para identificar a orientação inicial da plataforma. Diversos testes são apresentados neste trabalho e mostram que o robô ROMEO III.v2 alcançou a sua finalidade dentro das limitações impostas pelo sonar: navegar autonomamente em um ambiente estático, estruturado e desconhecido.

Este trabalho verifica a eficiência do conceito de um Controle Através da Energia Total quando aplicado no controle de trajetória e velocidade de uma aeronave que está na fase de aproximação. Para isto, foi projetado um controlador de um piloto automático utilizando este conceito para uma aeronave durante uma aproximação por instrumentos. Este controlador mostra-se eficiente neste caso, porque se trata de um controle MIMO (Multiple Input-Multiple Output), que atua em ambas entradas de forma integrada, otimizando a distribuição de energia da aeronave e minimizando complexidade da malha de controle. Os ganhos do TECS são ajustados através de uma otimização paramétrica, de forma a obter a melhor combinação de ganhos e atendendo às especificações que foram impostas.

O comprimento de pista ée um dos principais parâmetros que limitam a operação de aeronaves. A decolagem, apesar de ser umas das etapas mais importantes do vôo, muitas vezes ée negligenciada em função de ser uma etapa muito curta. Este trabalho tem por objetivo demonstrar a aplicação de método de otimização na obtenção de trajetórias ótimas de decolagem de aeronaves, visando minimizar o comprimento de pista. Para a solução do problema de otimização utilizou-se a distância de decolagem como função objetivo, sujeita a penalizações com diferentes pesos de razão de subida (ROC) após a decolagem. Este problema ée limitado apenas à condição de vôo bimotor sujeito a qualquer condição de temperatura e altitude. A variável de controle utilizada neste problema ée a deflexão do profundor, parametrizada em função da velocidade. As velocidades citadas pelos requisitos de certificação são determinadas juntamente com a solução ótima do problema. O modelo proposto para simular a trajetória da aeronave durante a decolagem ée composto pelas equações do movimento nas coordenadas cartesianas X e Z, pela equação do momento na direção Y, e por relações cinemáticas e geométricas. Este tipo de problema ée descrito por um conjunto de equações diferenciais não-lineares, cuja solução ée complexa e difícil de ser obtida. Para tanto, torna-se necessário a utilização de recursos computacionais robustos para obter resultados. A solução obtida ée sub-ótima devido à parametrização da lei de controle, e ao fato de que não há garantias que o mínimo da função objetivo seja global. Os resultados permitem obter o controle sub-ótimo da deflexão do profundor durante a corrida de decolagem para a qual a distância ée minimizada. O resultado deste trabalho tem por objetivo melhorar o desempenho de decolagem, tendo como critério o uso do menor comprimento possível de pista sem comprometer demais a razão de subida da aeronave. A aeronave utilizada como exemplo deste trabalho foi objeto de projeto do Programa de Especialização em Engenharia (PEE) suportada pela Empresa Brasileira de Aeronáutica (EMBRAER) e pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).

No presente trabalho foi realizada uma análise da redução do custo operacional direto de uma aeronave de transporte comercial através da implementação do algoritmo de otimização de trajetória com o alcance fixo desenvolvido por ERZBERGER; LEE (1980). O algoritmo foi implementado em MATLAB 6.5R e as simulações foram realizadas utilizando-se um modelo de aeronave fictício. A função objetivo utilizada no algoritmo de otimização de trajetória ée a função custo, que inclui o custo do combustível e o custo de tempo. O algoritmo se baseia em uma aproximação que considera a trajetória completa como sendo constituída de três segmentos: a subida, o cruzeiro e a descida. Os três segmentos são otimizados levando-se em consideração a iteração entre os segmentos, diferentemente do procedimento clássico, que considera a otimização de cada segmento independentemente. O processo de otimização ée efetuado pela aplicação da teoria do controle ótimo e a metodologia utilizada para o cálculo da trajetória ótima com o alcance fixo ée derivada do Método da Energia. Os resultados obtidos através das instituições foram: os perfis de trajetória ótima e de velocidade, a altitude e a velocidade ótima de cruzeiro, o consumo de combustível, o tempo de viagem e o custo operacional direto. A máxima economia obtida com a otimização da trajetória atingiu 24,52% para viagens de longo alcance, a redução no custo operacional se torna menos significativa. Com o objetivo de inserir a otimização da trajetória de uma aeronave isolada dentro do contexto operacional foi abordado o sistema de controle de tráfego aéreo; apresentando os órgãos reguladores, a divisão do espaço aéreo, as regras de vôo estabelecidas e os serviços de tráfego aéreo. O sistema atual tem se tornado ineficiente devido ao forte crescimento do tráfego aéreo verificado nos últimos anos, gerando problemas que refletem em custo para as operadoras aéreas, tais, como: atrasos, estruturas de aerovias ineficientes e imposição de níveis de vôos que não são econômicos para a operação. Tais restrições impossibilitam as companhias aéreas de operarem os vôos nas trajetórias ótimas, o que causa perda de eficiência econômica e de competitividade. Foi realizada uma pesquisa de trabalho e projetos atuais que visam aumentar a eficiência do sistema de controle de tráfego aéreo. Os diversos programas e estudos proposto apontam para a reformulação do conceito de sistema de tráfego aéreo visando aumentar a flexibilidade de operações e redução nas restrições impostas pelo controle de tráfego aéreo a um mínimo necessário, apenas para garantir a segurança de vôo, ou seja, a aproximação do conceito denominado "Free Flight". Para viabilizar o novo conceito de tráfego aéreo seriam necessárias a implementação de novas tecnologias de comunicação e vigilância; a automação de muitos processos que atualmente são realizados pelos controladores e pelos pilotos; a distribuição de responsabilidades entre a tripulação na cabine de comando, os centros de operação das companhias aéreas e os controladores de tráfego, bem como o desenvolvimento de algoritmos eficazes de resolução de conflitos de múltiplas aeronaves. A aplicação da otimização da trajetória só será efetiva no ambiente do novo conceito de sistema de tráfego aéreo, onde as restrições operacionais são minimizadas e as operadoras aéreas têm a flexibilidade de escolher a rota desejada e efetivamente voar na trajetória planejada.

A questão fundamental considerada nesta dissertação foi a implementação de um protótipo de software capaz de detectar e solucionar conflitos de tráfego aéreo simulados, adaptando-se algoritmos utilizados na indústria do entretenimento (biblioteca OpenSteer ), a fim de estudar parâmetros envolvidos na resolução desses conflitos (por esta abordagem) e avaliar as trajetórias de solução. Para alcançar o objetivo proposto, as aeronaves foram modeladas como pontos, a superfície terrestre como plana e o espaço aéreo como bidimensional. O simulador VisSimCEA (Visualizador de Simulações em Controle do Espaço Aéreo), desenvolvido em linguagem Java e contendo as adaptações da OpenSteer, foi concebido para permitir o planejamento e execução dos ensaios nos quais variaram-se os ângulos de apresentação (de 30 a 180), as velocidades (de 100 a 200 Kt) e alguns parâmetros determinantes para alteração das trajetórias de solução. Considerando-se a capacidade de resolução, 100% dos conflitos foram solucionados, para determinada configuração de parâmetros, independentemente dos ângulos de apresentação e das velocidades. Quanto ao desempenho, observadas as reduções de velocidade abaixo de 75% da velocidade de cruzeiro, os algoritmos de resolução mostraram que 60%, do total de 45 ensaios registrados, foram solucionados. O critério de otimização não foi objeto de estudo aprofundado, no entanto, escolheu-se um padrão de comparação, encontrado na literatura como simplificação de um algoritmo em teste pela NASA, para avaliar o grau de otimização obtido pelas trajetórias. As diferenças entre as trajetórias produzidas pelo simulador e as calculadas analiticamente foram de 0,38%. Deduziu-se que o simulador, na fase de protótipo, ao utilizar métodos significativamente distintos dos demais encontrados na literatura, apresentou capacidade e desempenho de solução coerentes com o padrão de comparação utilizado.

Um programa de simulação do desempenho em missão de uma aeronave em condições de vento e uma otimização de trajetória em cruzeiro foi desenvolvido para as análises deste trabalho. O algoritmo foi desenvolvido em MATLAB 6.5 e as simulações utilizaram um modelo de aeronave fictício. O algoritmo faz uso de integração numérica das equações diferenciais do movimento e trata a aeronave como um ponto de massa. O modelo de aeronave foi elaborado durante o projeto final do Programa de Especialização em Engenharia Aeronáutica, parceria entre a Empresa Brasileira de Aeronáutica (EMBRAER) e o Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Para a análise do impacto do vento no desempenho da aeronave, uma estimativa do incremento do arrasto teve que ser feita, levando em consideração a derrapagem da aeronave e as deflexões dos controles lateral e direcional da aeronave. Um algoritmo de otimização sem realimentação foi utilizado, este método consiste em expressar os controles como uma série de funções com parâmetros para serem otimizados. Os resultados obtidos com as simulações foram: os perfis de trajetória ótima de cruzeiro e de velocidade, o consumo de combustível e o tempo de missão. Com estes dados, uma análise comparativa entre as missões com e sem otimização de trajetória foi realizada.

Nesta dissertação é analisado o desempenho de uma aeronave turboélice com base de homologação FAR-23, visando à minimização do custo operacional. O desempenho é avaliado considerando a aeronave um ponto massa, com movimento restrito a um plano vertical, individualmente nos segmentos de subida, cruzeiro e descida. Definindo se um parâmetro operacional de desempenho ? (sigma) que relaciona os custos relativos ao tempo de vôo e consumo de combustível, valores de velocidades e altitudes ótimas de vôo são determinados. Adicionalmente são abordadas otimizações de cruzeiro relacionadas apenas ao alcance e à autonomia, além da subida com um perfil de ganho de energia maximizado. Todas as análises são efetuadas para condições de peso e altitude que varrem o envelope operacional da aeronave. Além disso, são considerados os efeitos relativos a ventos de cauda e de proa. Finalizando o trabalho os resultados obtidos são verificados aplicando se eles a um conjunto de missões, analisando o custo operacional e o alcance obtido.

Airport ground operations are becoming very complex due to the increasing of flight numbers along the years. New automation scenarios are demanded to support ground operations, with automatic trajectory generation and tracking by the aircraft. This work intends to provide an initial approach to aircraft ground modeling, providing a five degree of freedom model, presenting most of efforts that occurs on ground operations. Besides modeling a trajectory generator was developed to create the path to be followed by the aircraft, providing time variant references for position, orientation and velocity. As final approach, a control law was designed, taking into account the desired positioning, orientation and speed at each time.

O presente trabalho tem por objetivo desenvolver um controlador não-linear baseado na técnica de inversão dinâmica para aplicação de controle de trajetória e velocidade de uma aeronave comercial. O estudo compreenderá o desenvolvimento de um modelo tridimensional da aeronave Airbus A300, uma breve apresentação da teoria da inversão dinâmica e sua aplicação detalhada ao modelo dinâmico desenvolvido. Em seguida, serão apresentados os resultados de simulações do sistema controlado sob diversas condições de vôo para fins de avaliação da eficiência do controlador.

O presente estudo tem como objetivo determinar a trajetória ótima de uma aeronave no segmento de decolagem, mais especificamente no segmento no ar, entre o descolamento e 35 pés de altitude. A trajetória ótima visa a obtenção do menor comprimento de decolagem possível para uma dada configuração, resultando em uma melhora no desempenho em pista da aeronave. Para obtenção da trajetória é utilizado o método de otimização, onde o controle de profundor é parametrizado em função da altitude através de uma razão de polinômios. A otimização tem como resultado os coeficientes da razão de polinômios que resultam no menor comprimento de pista. São impostas diversas restrições à otimização, com o intuito de se atender aos requisitos de desempenho estabelecidos pelos órgãos homologadores. O estudo é realizado com auxilio de um simulador de voo de engenharia, utilizado para análises de qualidade de voo de uma aeronave comercial de 110 passageiros. A decolagem é simulada considerando a falha de um dos motores, respeitando o procedimento estabelecido pelo requisito. Com base no resultado obtido, espera-se um ganho de até aproximadamente 100 kg no peso máximo de decolagem em uma dada pista, ou redução de 10 metros de pista para o mesmo peso.