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metadata.dc.type: Dissertação
Title: Proposta de uma arquitetura de controle híbrida fuzzy-pid para a realização de manobras em vants
metadata.dc.creator: Suzuki, Nilton Kazuo Gomes
metadata.dc.contributor.advisor1: Ramirez, Alejandro Rafael Garcia
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Fernandes, Anita Maria da Rocha
metadata.dc.contributor.referee1: Valle Filho, Adhemar Maria do
metadata.dc.contributor.referee2: Dazzi, Rudimar Luís Scaranto
metadata.dc.description.resumo: No segmento aeronáutico, pesquisas evoluem para a criação de pequenas aeronaves controladas remotamente por meios eletrônicos e segmentos computacionais, sendo conhecidas como Veículos Aéreos Não Tripulados ou VANTs. Os VANTs possuem algumas vantagens, dentre elas, o custo operacional, em relação a aviões tripulados ou satélites, e a possibilidade de realizar operações mais arriscadas, por não envolver tripulação. Porém, os VANTs devem ser dotados de capacidade para executar missões de vôo, passando por pontos pré-determinados, transmitindo as informações coletadas e retornando à base em segurança. O módulo de controle é responsável pelos procedimentos de navegabilidade e estabilidade da aeronave. A complexidade do ato de se controlar uma aeronave exige a implementação de um controle com um alto grau de autonomia, que realize os procedimentos necessários para manter a aeronave na trajetória e altitude desejada, fator que torna o controle um dos principais fatores limitante da difusão dos VANTs. Assim, o estudo de um modelo de controle estável é o passo inicial para a obtenção de um VANT em sua plenitude. Usualmente, o controle do VANT é baseado em técnicas clássicas, as quais são simples de implementar e robustas, porém a presença de não linearidades, em função da complexidade crescente dos modelos, e as variações paramétricas dificultam o desempenho e a sintonia dos controladores, limitando a operação nas condições operacionais. Por outro lado, a lógica Fuzzy dispensa o conhecimento da modelagem matemática do processo controlado, sendo composta por regras que sintetizam o conhecimento e a experiência do engenheiro de controle. A facilidade de implantação em tempo real, a expansão e aperfeiçoamento do conjunto de regras para a melhora do sistema de controle, a robustez em aplicações práticas e a capacidade de controlar processos complexos são algumas das vantagens da lógica Fuzzy. Diante desse contexto, o objetivo deste trabalho é demonstrar uma arquitetura de controle híbrida Fuzzy-PID (Proporcional - Integral - Derivativo) para a realização de manobras de vôo básicas de um VANT, utilizando-se equações de transferências matemáticas clássicas e a lógica Fuzzy. O uso combinado da lógica Fuzzy e o PID possibilitou juntar as vantagens isoladas de ambos os controladores, o que permitiu ajustar e adaptar as habilidades de cada controlador às não-linearidades e variações dos parâmetros da aeronave, o que garante a robustez e qualidade desejadas no sistema controlado. A ferramenta computacional Matlab/Simulink, através do Fuzzy Logical Toolbox, foi utilizada para a implementação do controle Fuzzy. A biblioteca AeroSim Blockset 1.2, foi usada para a composição do modelo aerodinâmico da aeronave. Esses recursos foram combinados para implementar e estudar o comportamento do controlador híbrido Fuzzy-PID, bem como para servir de interface de comunicação com o simulador de vôo 3D FlightGear, onde um aeromodelo realiza as manobras implementadas de forma gráfica, em três dimensões, fugindo da tradicional apresentação de gráficos em duas dimensões, gerados pelo Matlab/Simulink. Os resultados obtidos através das simulações foram satisfatórios considerando o desempenho definido para analisar a resposta temporal dos controladores. Sendo a principal contribuição da dissertação, os dados coletados nas simulações sobre o comportamento da malha de controle de um VANT, fundamentais para a implementação prática do sistema proposto em aeromodelos
Abstract: controlled by electronic means and computational segments, known as unmanned aerial vehicles or UAVs. UAVs have some advantages, such as their lower operational cost compared to manned aircraft or satellites, and the possibility of carrying out more risky operations, since there is no crew involved. However, UAVs must be endowed with the capacity to execute flight missions, going through pre-determined points, transmitting the information gathered and returning safely to base. The control module is responsible for the procedures of navigability and stability of the aircraft. The complexity of the act of controlling an aircraft requires the implementation of a control with a high degree of autonomy, capable of executing the necessary procedures to keep the aircraft at the desired course and altitude, a factor which makes control one of the main factors limiting the spread of UAVs. The study of a stable control is therefore the first step to obtaining a UAV that can perform all the desired actions. Usually, the UAV control is based on classical techniques that are robust, and easy to implement. However, the presence of non-linearities, due to the increasing complexity of the models and parametric variations, makes the performance and tuning of the controllers difficult, causing operation to be limited by the operating conditions. On the other hand, Fuzzy Logic does not require knowledge of mathematical modelling of the control process, as it consists of rules that synthesize the engineer s knowledge and experience. The ease of implementation in real-time, the expansion and improvement of the set of rules, to improve the control system, its robustness in practical applications, and the capacity to control complex processes, are some of the advantages of Fuzzy Logic. In view of this context, the objective of this work is to demonstrate a hybrid control architecture Fuzzy-PID (Proportional Integral - Derivative) to carry out the basic flight manoeuvres of a UAV in an autonomous flight, using classical transfer equations and Fuzzy Logic. The combined use of Fuzzy Logic and the PID enables the separate advantages of both controllers to be combined, enabling the skills of each controller to be adjusted to the non-linearities and parameter variations of the aircraft, guaranteeing the desired robustness and quality in the controlled system. The computational tool Matlab/Simulink, through the Fuzzy Logical Toolbox, was used to implement the Fuzzy control. The library AeroSim Blockset 1.2, was used in the composition of the aerodynamic model of the aircraft. These recourses were combined to implement and study the performance of the Fuzzy-PID hybrid control, and to serve as the communication interface for the 3D flight simulator FlightGear, Fuzzy. A biblioteca AeroSim Blockset 1.2, foi usada para a composição do modelo aerodinâmico da aeronave. Esses recursos foram combinados para implementar e estudar o comportamento do controlador híbrido Fuzzy-PID, bem como para servir de interface de comunicação com o simulador de vôo 3D FlightGear, onde um aeromodelo realiza as manobras implementadas de forma gráfica, em três dimensões, fugindo da tradicional apresentação de gráficos em duas dimensões, gerados pelo Matlab/Simulink. Os resultados obtidos através das simulações foram satisfatórios considerando o desempenho definido para analisar a resposta temporal dos controladores. Sendo a principal contribuição da dissertação, os dados coletados nas simulações sobre o comportamento da malha de controle de um VANT, fundamentais para a implementação prática do sistema proposto em aeromodelos
Keywords: veículos aéreos não tripulados (VANTs)
lógica fuzzy
controlador proporcional
integral
derivativo (PID)
controle fuzzy-PID
unmanned aerial vehicles (UAVs)
matlab/simulink
fuzzy logic. controllers proportional
integral
derivative (PID)
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade do Vale do Itajaí
metadata.dc.publisher.initials: UNIVALI
metadata.dc.publisher.department: Computação Aplicada
metadata.dc.publisher.program: Mestrado em Computação Aplicada
Citation: SUZUKI, Nilton Kazuo Gomes. Proposta de uma arquitetura de controle híbrida fuzzy-pid para a realização de manobras em vants. 2009. 100 f. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Universidade do Vale do Itajaí, São José, 2009.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
URI: https://siaiap39.univali.br/repositorio/handle/repositorio/1033
Issue Date: 22-Sep-2009
Appears in Collections:Importação Nova 20150826 Coleção

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