Orientadores : Marconi K. Madrid, J. Reginaldo H. Carvalho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-02T00:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilveiraFilho_GeraldoFigueiredoda_M.pdf: 8023500 bytes, checksum: 11850839474e305545cbb0b28afbce55 (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-03-21T18:01:54Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rubens Antônio Alves - 2015.pdf: 7966348 bytes, checksum: 5a95a9ee436c444d586451331b40e5a0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-22T12:33:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rubens Antônio Alves - 2015.pdf: 7966348 bytes, checksum: 5a95a9ee436c444d586451331b40e5a0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T12:33:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rubens Antônio Alves - 2015.pdf: 7966348 bytes, checksum: 5a95a9ee436c444d586451331b40e5a0 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2015-09-30 / Outro / This Project, in the electrical engineering area, consists in the development of a complete control system, hardware and software, for controlling model airplanes of the fixedwing and rotary-wing types, aiming the implementation of an automatic control system compatible with the necessity of autonomous and aided flights, applied to critical systems monitoring.The final system consists of a controller, or automatic pilot, with specific hardware and software, capable of controlling a model airplane using GPS coordinates, in a way that allows the airplane to go through a planned route and go back to the starting point in an autonomous way. The controller should receive, in ground, the programmed route; the model should answer to the pilot commands, within a visual range when operating in the aided mode, and should go through the programmed route in the autonomous mode, after confirmation of the pilot. After reaching the end of the programmed route, the model airplane should return to the starting point, keeping the maximum flight level of the route as the reference height. The model airplane will carry in a communication system to allow the monitoring process from a ground station, able to keep updated the airworthy conditions, as well as the level of accuracy between the actual and the planned route. The communication may be carried out directly using a radio link, with the receiver allocated in a mobile ground station, monitored by a pilot, to make higher the security level. However, the model airplane may transfer the data through a GPRS link, connected to the web system, which transfers the data to the ground station. In this case, the ground station must be connected to the web.The route saved in the model control system is built based on online maps directly linked by the software for the mission programming and monitoring, which can carry out the treatment and storage of the model data and parameters. The programming of the stability control and route, with primary data of latitude, longitude and height allows the real time monitoring of the model, related to the planned route and throught images captured by embedded video cameras. All data are storage following a timeline process, such that they can be recovered for futher analysis. / Esta disertação da área de engenharia elétrica consiste na construção de um sistema de controle completo de hardware e software para controle de um aeromodelo de asa fixa e/ou asa móvel, de maneira a implementar um piloto automático compatível com as necessidades de voo autônomo ou assistido, sendo que tal sistema deverá ser compatível com a precisão de voo aplicada a monitoramento de sistemas críticos.O sistema é constituído por uma placa controladora composta por hardware e firmware específicos, capaz de controlar um modelo orientado por coordenadas GPS, para que o mesmo percorra uma rota predeterminada e retorne ao ponto de partida de forma autônoma. A placa recebe, ainda em solo, a programação da rota a ser percorrida; o aeromodelo deve responder normalmente aos comandos do controle remoto do piloto em solo, respeitando o raio de alcance visual do piloto no modo assistido e segue a rota programada no modo autônomo após confirmação de comando do piloto. No final do percurso o aermodelo volta em trajetória reta para o ponto de partida, respeitando a maior altura do trajeto. O aeromodelo deve ser munido de sistema de comunicação para o devido acompanhamento em solo das condições de aeronavegabilidade do aeromodelo em voo, bem como a verificação dos níveis de precisão em relação à rota programada. A comunicação pode ser feita diretamente por sistema de link de rádio, direcionada a um terminal móvel em solo, que é acompanhado pelo piloto, para aumentar o nível de segurança, mas o aeromodelo também pode comunicar por rede de celular GPRS, conectado à internet, que direciona os dados ao terminal em solo. Nesse caso, o terminal, também deverá estar conectado à internet. A rota programada no aeromodelo é construída com base em mapas online conectados diretamente ao software de programação e acompanhamento de missão, que faz o tratamento e armazenamento dos dados e parâmetros do aermodelo. Tanto a programação de controle de estabilidade, quanto de rota, com dados primários relativos a latitude, longitude e altura, permitem o acompanhamento em tempo real do aeromodelo junto à rota programada e também através da imagem da câmera de gravação embarcada no aeromodelo. Todos os dados são gravados com base em processo de linha do tempo, que podem ser recuperados em conjunto para análise posterior.

O mercado da aviação comercial encontra-se em constante expansão, acompanhado o crescimento do PIB mundial. A operação de aeronaves comerciais é bastante restritiva do ponto de vista da segurança. Como forma de aumentar a segurança operacional, especialmente em condições climáticas críticas, cada vez mais aeronaves comerciais vêm utilizando sistemas automáticos de controle - dentre estes, sistemas de pouso - CAT I, II e III. Sistemas CAT III realizam o procedimento de pouso desde a aproximação até a quase parada completa da aeronave. O objetivo deste trabalho é estudar alguns modelos de esforços que agem sobre a aeronave em solo e em seguida propor um modelo simplificado. De posso deste modelo, inicia-se então o projeto de dois algoritmos de controle robustos o suficiente para realizar o controle da posição lateral da aeronave em relação ao centro da pista de pouso para diversos pesos de pouso. De posse do sistema em malha fechada, são então realizadas algumas simulações e os seus resultados são discutidos.

Observando a evolução das aeronaves comerciais de transporte de passageiros, é possível perceber que há grande interesse por parte de fabricantes e operadores pela automatização de sistemas e tarefas relacionadas ao vôo. Neste âmbito, o presente trabalho tem por objetivo efetuar o projeto de um sistema de controle capaz de efetuar o seguimento de trajetórias tipicamente operadas por estas aeronaves. Primeiramente, foi explorado o cálculo de trajetórias típicas de vôo no plano vertical a partir da integração direta das equações do movimento. As condições de cruzeiro foram determinadas de modo a se minimizar os custos diretos de operação, enquanto que as etapas de subida e descida foram determinadas a partir de um perfil típico realizado em aeronaves comerciais. Em um segundo momento, os resultados do cálculo de trajetórias foram utilizados como guias para o projeto de um sistema de controle, que permitisse o seguimento destas trajetórias de maneira automatizada. A determinação dos ganhos é realizada a partir de técnicas algorítmicas de otimização aplicadas em modelos linearizados. O escalonamento dos ganhos é realizado a fim de se englobar diversos pontos do envelope de operação, quando aplicável. Por fim, o sistema projetado é simulado de maneira não linear a fim de verificar sua resposta diante de perturbações de rajadas de vento.

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.

O problema de rastreio de aviões ágeis, sob altas acelerações, utilizando-se de filtros recursivos de estimação, necessita de modelos suficientemente sofisticados para a determinação de trajetórias com precisão desejável. Como conseqüência, surge a complexidade do algoritmo de estimação, que suscita métodos mais elaborados e com maior demanda de recursos computacionais, tanto para o tratamento de não linearidades do modelo quanto para a manipulação de um número maior de variáveis de estado que o caracterizam. Os modelos bidimensionais considerados para o rastreio de aviões civis em sistemas de controle de tráfego aéreo mostram-se insuficientes para o tratamento de manobras tridimensionais com consideráveis variações de altitude. Os modelos tridimensionais de curva constante, de curva plana variável e de curva coordenada possuem degradação de desempenho para alvos que perfazem curvas não planas e com razão de curva variável. O modelo de dinâmica de vôo de corpo rígido, para três dimensões, é relativamente complexo para constituir a base de um filtro de estimação prático e requer a observação da atitude do alvo, de forma colaborativa ou por imageamento, além de algum conhecimento a priori de parâmetros aerodinâmicos. O presente trabalho resolve as limitações dos modelos constantes da literatura utilizando um modelo de dinâmica de vôo de um ponto de massa que leva em conta características aerodinâmicas típicas para o movimento longitudinal. Este tratamento fornece um modelo dinâmico com um nível de detalhamento capaz de representar bem as manobras arrojadas, sem torná-lo complexo o suficiente para inviabilizar a realização do filtro. Este modelo é utilizado para o desenvolvimento de um filtro de estimação não linear, baseado no filtro de Kalman-Bucy estendido (EKBF). O filtro leva em conta a equação de estado em tempo contínuo e a equação de medida em tempo discreto, uma vez que a dinâmica de alvos ágeis é muito bem descrita em tempo contínuo, enquanto que a trajetória observada pelo sensor é essencialmente digital. Duas extensões deste filtro são estudadas: (i) o uso de termos de segunda ordem na aproximação do modelo conforme a teoria de Daum; e (ii) o emprego de uma rede neural acoplada ao filtro, treinada iterativamente, para a compensação de erros de modelagem e de cálculos das estimativas (NEKBF). As avaliações de desempenho qualitativa e quantitativa do modelo proposto, bem como das duas variações, é feita por meio de métodos sistemáticos de aferição de não linearidades, efeitos de bias, precisão e robustez. Conclui-se que o filtro proposto é suficientemente preciso para ser aplicado em sistemas de defesa e, com as extensões propostas, apresenta a robustez adequada para o rastreio de alvos em combate.

Since the beginning of commercial operation twin-engine airplanes are limited to flying in a distance equivalent to 60 minutes, with one inoperative engine, from an airport. This limitation restricted for years the twin-engine operation on very important route such as the North Atlantic route, between United States and Europe. Based on requests from operator and aircraft manufactures during the 1980s the American aviation authority - FAA - issued an extension allowing the operation beyond the 60-minute rule. This extension was called ETOPS. With this extension the commercial operator of a twin-engine airplane should fly distances higher than the old one correspondent to 60 minutes distance, with one inoperative engine. Following FAA decision, several aviation authorities issued an extension for the 60-minute rule and ETOPS operation has been working as an extension of a regulation for more than 20 years. Because of this particularity, in 2000, FAA created a workgroup to discuss ETOPS operation and include its requirements within the official regulation (14 CFR), including the parts for product certification and operation, allowing that the airplane should be optionally certified for ETOPS operation, and its operation depending only on the operator certification. This dissertation details the FAA ETOPS rule and, at the end, demonstrate the EMBRAER airplane ERJ 190-100 capability for its operation.

The objective of this work was to develop a high fidelity model representative up to high frequencies of a Flight Control System with hydraulic actuation on active-active mode. The usage of a Fly-By-Wire architecture and hydraulic actuation system on active-active mode has brought new engineering challenges like the force-fight between actuators and its structure fatigue life consumption on normal and failure scenarios such as oscillatory mal-functions. Once that these failure modes can exist up to high frequencies, it makes necessary the development of a high fidelity model of a flight control system representative up to high frequencies. The model herein developed has a high fidelity model of an EHSV, hydraulic actuator, a position loop and the control surface, as well as other models complementary in order that it can be possible to analyze the whole system up to high frequencies. It was analyzed the performance of the model at step input response and frequency response, showing to be a model close to the expected response of a real system. Also it was analyzed the frequency response of its components showing to be a representative model up to high frequencies. Besides the performance analysis, it was studied the behavior on a oscillatory mal-function scenario, showing the expected level of structure load, as well as its fatigue life consumption, showing the need to monitor these types of failures.

A aviação militar é caracterizada pela natureza repetitiva e precisão na execução de suas manobras. Como exemplo, podem-se citar as manobras de reabastecimento aéreo, vôos em formação e operação em alto ângulo de ataque. Devido à natureza dessas atividades, o controle automático torna-se uma alternativa válida para reduzir os riscos associados e garantir os critérios de qualidade de vôo necessários. Esse trabalho propõe um sistema de controle para realizar de forma automática a operação de reabastecimento em vôo baseado no método de sonda e cesto. Essa manobra, que existe desde 1923, exige a integração de duas aeronaves de forma exata e sincronizada, representando um grande desafio para a engenharia de aviação.

Este estudo tem por objetivo apresentar uma análise de viabilidade para uma atualização opcional do Sistema de Alerta de Proximidade ao Solo Melhorado (EGPWS) das aeronaves da frota da TAM Linhas Aéreas S/A. A atualização considerada é através da implementação dos módulos de software SmartLanding e SmartRunway desenvolvidos pela Honeywell International Inc. A demonstração da viabilidade é feita por meio da análise e avaliação da segurança operacional, fundamentada na aplicação do Método de Gerenciamento de Riscos, seguindo os processos preconizados pela Organização de Aviação Civil Internacional (ICAO). No contexto da avaliação, o sistema EGPWS é considerado como uma das defesas contra os principais exceedances monitorados pelo sistema de segurança operacional da Empresa. A atualização é tratada como uma proposta de medida mitigadora dos riscos de incursão e excursão de pista com a finalidade de diminuir a probabilidade de um incidente ou acidente aeronáutico durante aproximação, pouso, decolagem, taxi-in e taxi-out. Como resultado, concluiu-se que um êxito completo e confiável do resultado da atualização depende de ajustes corretivos prévios ou concomitantes das outras defesas contra os principais exceedances que levam as aeronaves a aproximações não estabilizadas. Uma finalidade adicional do trabalho é servir de auxílio à tomada de decisão pró-segurança de voo com respeito a atualização do sistema EGPWS, não somente das aeronaves da frota da TAM Linhas Aéreas S/A, mas também de outras aeronaves de aviônica compatível de qualquer empresa de transporte aéreo, a um baixo valor da razão custo/benefício.