Desenvolvimento do sistema de controle de uma aeronave vtol tiltrotor

Abstract

Neste trabalho é apresentado uma implementação de controle para uma aeronave de decolagem e pouso vertical, tiltrotor, com pouso de precisão por processamento de imagem. São modeladas matematicamente as forças e momentos presentes na aeronave. Em seguida é montado o diagrama de blocos para controle de voo vertical e de cruzeiro. Na simulação, são detalhados os métodos de sintonia das malhas de PID, respostas à mudanças de atitude, posição e velocidade. Ademais, é proposto um método de transição entre os dois modos de voo utilizando o fator de efetividade e Gain scheduling, sendo comparado a um método de transição direta. A estratégia de transição proposta permitiu diminuição de 60% da variação de altura além de permitir transição estável para qualquer velocidade e ângulo de tilt. Um protótipo foi construído para validar as malhas de controle de voo vertical e, parcialmente, a transição para voo em cruzeiro. Por fim, o sistema de pouso de precisão foi criado, permitindo uma diminuição de 46% do erro do local de pouso comparado ao GPS.

This work presents a control strategy for a vertical takeoff and landing tiltrotor aircraft, with precision landing system using computer vision technics. First, the mathematical model of the forces and moments is presented. Then, the control blocks of the vertical and cruise flight are assembled, followed by its attitude, position and velocity simulation. A transition method between the flight modes is also simulated using the effectiveness factor and Gain scheduling, comparing this to a direct transition technique. The proposed method showed 60% less altitude variation during transition, and also enabled a stable transition to all tilt angles and velocities. A prototype was built to validate the control loop for the vertical flight and, partially, the transition to cruise flight. Finally, the precision landing system was designed and tested, presenting 46% less distance error compared with GPS.