Projeto de um controlador de altitude para um vant de asa fixa

Abstract

Em um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) de asa fixa, o controle de altitude é considerado mais difícil pois requer do sistema de controle o domínio da dinâmica de movimento longitudinal da aeronave. Essa dinâmica é complexa devido às suas respectivas propriedades modais de baixa e alta frequência, que causam reações distintas na aeronave, podendo acarretar na perda de controle. A maioria das soluções utilizadas no controle de altitude de VANTs utilizam a técnica de cascateamento de controladores. Esse método, embora muito robusto e eficiente, demonstra-se mais complexo, pois necessita que o projetista sintonize individualmente cada um dos controladores, sem provocar saturações entre eles, e pôr em risco a estabilidade da aeronave. Este trabalho descreve o projeto de um controlador de altitude para um VANT de asa fixa utilizando a técnica de controle ótimo Regulador Linear Quadrático (LQR, do inglês Linear Quadrátic Regulator). Essa técnica permite que os ganhos de sintonia do controlador sejam calculados através de uma única operação. O controlador LQR se baseia na Teoria de Controle Moderno e vem sendo utilizado em aplicações onde a planta a ser controlada possui dinâmica complexa, como é o caso de um VANT de asa fixa. O controlador LQR foi projetado para atuar no controle de altitude do pequeno VANT de asa fixa Rascal 110. Inicialmente, foi obtido o modelo matemático da dinâmica de movimento longitudinal da aeronave e, após, calculados os ganhos para sintonia do controlador. O desempenho de diferentes conjuntos de ganhos foi verificado. Os testes do controlador LQR foram realizados através do programa Simulink e com o simulador de voo FlightGear. Os resultados dos testes de simulação demonstraram boa robustez da técnica de controle LQR. Os resultados do controlador apresentaram pequenos sobressinais e pequenos erros em regime permanente em ambos os simuladores, Simulink e FlightGear. Embora o controlador tenha sido testado em condições ideais, sem distúrbios, os objetivos do trabalho foram alcançados, pois o controlador permitiu o deslocamento vertical da aeronave para as altitudes de referência e lá permanecendo de forma estabilizada.