Orientador: Prof. Dr. André Fenili / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2016. / A medição da espessura de cascos de navios e outras estruturas submarinas por ultra-som criou uma nova e desafiante aplicação para robótica e apresenta vários desafios de controle gerados pela não linearidade, acoplamento de movimentos, incertezas nos parâmetros hidrodinâmicos e forças de perturbação. Este trabalho trata do controle de posição e atitude do Veículo Híbrido Submersível Operado de forma Remota (VHSOR) Proteo da Universidade Federal do ABC (São Paulo, Brasil). Neste trabalho aplicou-se a metodologia de control não linear State-Dependent Riccati Equation (SDRE) num VHSOR e obteve-se um controlador único que leva em consideração todos os estados da dinâmica do veículo, a não linearidade, o acoplamento e incertezas ao mesmo tempo. Também foram modeladas as perturbações externas com a intenção de verificar a capacidade do controlador para superar os problemas que aparecem em ambientes reais (forças e momentos externos gerados pelas correntes marinhas). Neste trabalho mostram-se os resultados obtidos das simulações numéricas do controlador desenvolvido e também os resultados obtidos dos experimentos em tanque de testes da plataforma robótica Proteo. Como parte do projeto de controle, neste trabalho realizou-se a programação da plataforma robótica Proteo provendo um sistema embarcado que faz aquisição de dados dos sensores, estima as variáveis de estado, calcula as ações de controle, ativa os atuadores, comunica a posição e velocidade (de traslação e rotação) à tripulação e recebe as referências em posição e velocidade (de traslação e rotação) enviadas desde um computador externo. Para este computador externo também realizou-se um programa que recebe sinais por meio de um Joystick e envia para o sistema embarcado na plataforma robótica Proteo. / The ultrasonic thickness measurements of ship hulls and other underwater structures has created a new and challenging application for robotics and poses several control challenges generated by non-linearity, coupling movements, uncertainties in the hydrodynamic parameters and disturbance forces. This work is on the development of position and attitude control of Hybrid Remotely Operated Vehicle (HROV) Proteo of the Universidade Federal do ABC (São Paulo, Brazil). In this work we used the nonlinear control methodology State-Dependent Riccati Equation (SDRE) as a unique control system, that takes into account all the states of the vehicle dynamic, non-linearities, coupling and uncertainty at the same time. Also, was modeled external disturbances with the intention to verify the ability of the control system to overcome a problem which is always encountered in real environments (external forces and moments generated by sea currents). This work shows the results obtained from numerical simulations of the developed controller and also the results of the tests of the robotic platform Proteo in a water tank. As part of the control design, in this work was carried out the programming of robotic platform Proteo providing an embedded system on it that makes data acquisition, estimate state variables, calculates control actions, active actuators, communicates position and velocity (of translation and rotation) to the crew and receives position and velocity references (of translation and rotation) from an external computer. For this external computer also was made a program that receives signals from a Joystick and sends to the embedded system in the robotic platform Proteo.

Um dos aspectos fundamentais do projeto estrutural de plataformas flutuantes para produção de petróleo no mar é a determinação dos carregamentos externos globais provenientes da ação das ondas sobre a estrutura da plataforma. A presente dissertação de mestrado apresenta uma proposta de procedimento destinado à determinação experimental, em tanque de provas, dos carregamentos estruturais globais atuantes em uma plataforma de exploração e produção de petróleo do tipo semi-submersível. O procedimento proposto envolve as seguintes etapas: especificação do tipo de esforço que se pretende medir; definição das condições de ensaio; definição da escala dos modelos; escolha do processo construtivo dos modelos; especificação do processo de medida dos esforços; definição dos equipamentos e instrumentos de medida experimental; especificação da matriz de ensaios; definição dos procedimentos de análise de resultados. Como exemplo de aplicação, o procedimento proposto foi empregado na avaliação dos esforços de Momento Fletor no Convés e Força de Separação nos Flutuadores de uma Plataforma Semi-submersível padrão, empregada para validação de resultados em tanques de prova. Os resultados obtidos foram comparados com os da literatura, mostrando uma boa aderência qualitativa e quantitativa. / One of the fundamental aspects in the structural design of floating platforms for oil production in the sea is the determination of the global structural loads induced by the wave-platform structure interaction. This master degree thesis proposes a procedure destined to the experimental determination, in a wave tank, of the global structural loads acting in an exploration and production semi-submersible oil platform. The proposed procedure involve the following stages: Specifying the kind of stress to be measured; definition of the test conditions; model scale definition; choosing the model building process; stress measurement process specification; definition of resources and instrumentation for experimental measurement; test matrix specification; results analysis procedure definition. As an application example, the proposed procedure was used in the bending moment stress evaluation on deck and split force on the pontoons of a standard semi-submersible oil platform, used for the results evaluation in wave tanks. The results obtained were compared with the literature, showing a good qualitative and quantitative adhesion.

Um dos aspectos fundamentais do projeto estrutural de plataformas flutuantes para produção de petróleo no mar é a determinação dos carregamentos externos globais provenientes da ação das ondas sobre a estrutura da plataforma. A presente dissertação de mestrado apresenta uma proposta de procedimento destinado à determinação experimental, em tanque de provas, dos carregamentos estruturais globais atuantes em uma plataforma de exploração e produção de petróleo do tipo semi-submersível. O procedimento proposto envolve as seguintes etapas: especificação do tipo de esforço que se pretende medir; definição das condições de ensaio; definição da escala dos modelos; escolha do processo construtivo dos modelos; especificação do processo de medida dos esforços; definição dos equipamentos e instrumentos de medida experimental; especificação da matriz de ensaios; definição dos procedimentos de análise de resultados. Como exemplo de aplicação, o procedimento proposto foi empregado na avaliação dos esforços de Momento Fletor no Convés e Força de Separação nos Flutuadores de uma Plataforma Semi-submersível padrão, empregada para validação de resultados em tanques de prova. Os resultados obtidos foram comparados com os da literatura, mostrando uma boa aderência qualitativa e quantitativa. / One of the fundamental aspects in the structural design of floating platforms for oil production in the sea is the determination of the global structural loads induced by the wave-platform structure interaction. This master degree thesis proposes a procedure destined to the experimental determination, in a wave tank, of the global structural loads acting in an exploration and production semi-submersible oil platform. The proposed procedure involve the following stages: Specifying the kind of stress to be measured; definition of the test conditions; model scale definition; choosing the model building process; stress measurement process specification; definition of resources and instrumentation for experimental measurement; test matrix specification; results analysis procedure definition. As an application example, the proposed procedure was used in the bending moment stress evaluation on deck and split force on the pontoons of a standard semi-submersible oil platform, used for the results evaluation in wave tanks. The results obtained were compared with the literature, showing a good qualitative and quantitative adhesion.