Sistema de controle de atitude para foguete de pequeno porte

Abstract

O trabalho consiste no projeto de um controlador de ganhos programados do ângulo de arfagem do foguete LILE-2 da Hybrid Propulsion Team. A Hybrid Propulsion Team é uma equipe de alunos de várias engenharias da Universidade de Brasília dos campi Darcy Ribeiro e Gama. Tem como objetivo produzir um foguete de pequeno porte para um concurso (N-Prize) promovido pela Universidade de Cambridge (Reino Unido) com a intenção de colocar um pequeno satélite em órbita que dê três voltas em torno da Terra. Já foram testados quatro foguetes pela equipe. O nome da equipe (propulsão híbrida, em português) dá-se devido ao fato de se usar propelentes em estados diferentes: combustível sólido (parafina) e oxidante líquido (óxido nitroso – N2O). No início das pesquisas com propelentes híbridos, houve muita relutância em seu uso por pesquisadores, mas hoje é largamente usado. Na área de Dinâmica de Vôo, o foguete possui três eixos que rotacionam nos ângulos Pitch (arfagem), Yaw (guinada), Roll (rolagem). A orientação desses três ângulos definem a Atitude do foguete. Para essa aeronave o projeto de controle dos ângulos de arfagem e guinada são idênticos, enquanto que o ângulo de rolagem necessita de um projeto diferente. Os controles do três ângulos podem ser feitos independentemente um do outro. O Pitch é considerado o ângulo mais relevante visto ser o usado para se calcular a trajetória de vôo.O ângulo de ataque, pequena perturbação que altera a orientação do vetor velocidade, será controlado pela mudança na orientação do jato de combustão. O ângulo de ataque será discretizado em 20 amostras e para cada amostra serão calculadas numericamente três derivadas de estabilidade (parâmeros aerodinâmicos) que serão adicionadas aos outros parâmetros do sistema de controle que não variam com o ângulo de ataque. Desse modo, serão 20 conjuntos de parâmetros e será projetado um sistema de controle contínuo para cada conjunto. Em seguida, será usado um simulador computacional (MATLAB) para validar o modelo. Nisso consiste o controlador de ganhos programados.