Sistema de comunicação, modelagem dinâmica e controle de profundidade para veículo submarino rebocado

Abstract

O veículo submarino rebocado Towfish ECO I, desenvolvido no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina, irá auxiliar os pesquisadores a bordo do veleiro ECO captando dados de profundidade, condutividade, temperatura, salinidade e velocidade do som na água do mar. Atualmente o ajuste de profundidade do equipamento é feito de forma manual, visualizando-se a profundidade em um display na embarcação e ajustando-se o comprimento do cabo de reboque. Está em fase de desenvolvimento um sistema de controle automático de profundidade constituído de um módulo de atuação com asas frontais e um controlador de profundidade. Este trabalho apresenta a modelagem dinâmica do veículo, o projeto do controlador de profundidade, assim como o sistema de comunicação entre towfish e veleiro ECO, desenvolvidos pelo autor. O sistema de comunicação desenvolvido precisa ter as seguintes características: ser de baixo custo, ser de fácil implementação e ter capacidade de comunicação numa faixa de aproximadamente cem metros. Foi projetada e construída uma solução com base na plataforma Arduino, com alimentação via cabo, não necessitando, assim, do uso de baterias. No modelo dinâmico linear desenvolvido para o projeto do controlador foi considerado que o veículo possui atuação em três graus de liberdade, avanço, arfagem e caturro, e é estável em outros três, deriva, guinada e balanço. Para os cálculos dos coeficientes hidrodinâmicos foram utilizados métodos analíticos, considerando o towfish como um esferoide prolato.

The towed underwater vehicle towfish ECO I designed at the Mechanical Engineering Department of the Federal University of Santa Catarina will help researchers aboard the sailboat ECO collecting data like depth, conductivity, temperature, salinity and sound velocity of seawater. A system of automatic depth control is under development, consisting of a servo-actuated bow fins module and a depth controller. This work presents the dynamic modeling of the vehicle, the depth controller design, as well as the communication system between towfish and sailboat ECO. The communication system developed should be low cost, easy to implement and have communication range of about one hundred meters. The solution designed and built was an Arduino based platform with cable power, not requiring batteries. In the linearized dynamic model developed for the controller design, the towfish was considered with three degrees of freedom, more specifically surge, heave and pitch, and was considered stable in sway, yaw and roll. For the calculations of the hydrodynamic coefficients analytical methods were used, whereas the towfish as a prolate spheroid.