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Título: Projeto de um sistema de voo automático para veículos aéreos não tripulados em fase de voo de cruzeiro
Título(s) alternativo(s): Design of an automatic flight system for unmanned aerial vehicles undergoing cruise flight
Autor(es): Vilaça, Neilson Luniere
Orientador(es): Del Rio, Daniel Guzmán
Palavras-chave: Controlador PID;VANT;Software-in-the-loop;PID controller;software-in-the-loop;UAV
Data do documento: 16-Dez-2019
Editor: Universidade do Estado do Amazonas
Resumo: O presente trabalho possui como objetivo o projeto de um piloto automático para um veículo aéreo não tripulado (VANT) em fase de voo de cruzeiro, de forma que esse sistema seja capaz de proporcionar amparo na pilotagem e melhoria de performance da aeronave, tanto em condição climática limpa, quanto, em condições severas, incluindo, chuva, ventos de rajada e de través. Além disso, ter um baixo custo na implementação em aplicações futuras. Primeiramente, foi realizada a modelagem matemática do sistema dinâmico da aeronave, que incluem os três eixos de estabilidade, sendo eles, longitudinal, lateral e direcional, utilizando como auxílio o software Matlab. Em seguida, foram projetados os controladores proporcional-integrativo-derivativo (PID), por meio do critério de ZieglerNichols e do método do lugar geométrico das raízes, para que o sistema atenda aos requisitos de controle do projeto, como máximo sobressinal, tempo de pico e amortecimento. Com isso, o projeto de todos os controladores, a aeronave escolhida foi desenhada no software X-Plane, por meio da ferramente Plane Maker, onde todas as suas medidas físicas e características aerodinâmicas, estruturais, de estabilidade, controle e desempenho foram aplicadas. Por fim, foi estabelecida uma conexão de rede utilizando o protocolo UDP entre os softwares Matlab e X-Plane, para que fosse realizada a validação do projeto por meio da simulação software-in-the-loop, na qual se obtém em tempo real a resposta da aeronave mediante a aplicação de cada controlador, em um ambiente virtual, porém, muito próximo da realidade.
Abstract: This paper presents has as objective to design of an autopilot for an unmanned aerial vehicle (UAV) in phase of cruise flight, that is able to provide pilotage support and improvement of the aircraft performance, both in as well as severe weather conditions including rain, gust and cross winds. Also, have a low cost to implement in future applications. First, the mathematical modeling of the aircraft’s dynamic system was performed, which includes the three axes of stability, namely longitudinal, lateral and directional, using Matlab as support. Then, the proportional–integral–derivative (PID) controllers were designed using the Ziegler-Nichols criterion and the root-locus method, so that, the system meets the design control requirements such as overshoot, peak time and damping. After, the design of all controllers, the chosen aircraft was designed in the X-Plane software using the Plane Maker tool, where all its physical measurements and aerodynamic, structural, stability, control and performance were applied. Lastly, a network connection was established using the UDP protocol between the Matlab and X-Plane software, so that the project could be validated by software-in-the-loop simulation which is obtained in real time the response of the aircraft by applying each controller in a virtual environment, but very close to reality.
URI: http://repositorioinstitucional.uea.edu.br//handle/riuea/2509
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