Identificação dos parâmetros de estabilidade e controle do aeromodelo VR-01

Abstract

O presente trabalho tem por finalidade realizar a identificação dos parâmetros de estabilidade e controle do aeromodelo VR-01. Este aeromodelo pertence ao Laboratório de Robótica Aérea da Universidade de Brasília, tem 2,4 quilogramas e envergadura de aproximadamente 1,98 metros. A identificação dos seus parâmetros fornecerá as informações necessárias para o desenvolvimento de um simulador de voo, malhas de controle e autopiloto em trabalhos futuros. A metodologia utilizada neste trabalho foi estruturada a partir da definição e detalhamento dos seguintes requisitos inerentes a um processo de identificação: definição da estrutura de modelagem, manobras, coleta de dados, técnica de estimação e validação da modelagem. Com respeito a estrutura de modelagem no processo, definiu-se uma estrutura de modelagem em dois espaços de estados referentes aos modos longitudinal e látero-direcional desacoplados da aeronave. Para a excitação do veículo em voo foram definidas as manobras de doublet e pulso no profundor, bank-to-bank no aileron e doublet no leme. Os estados coletados em voo e usados na identificação foram as velocidades angulares (p, q, r), os ângulos de Euler(𝜑 e 𝜃), os ângulos de ataque (𝛼) e derrapagem(𝛽) e a velocidade do ar (𝑉𝑇 ). Para a estimação dos parâmetros foram usadas duas funções diferentes do MATLAB, a n4sid e a greyest. A conversão dos parâmetros estimados nos modelos em espaço de estados para os parâmetros utilizados no modelo de simulação não-linear da aeronave se deu a partir de equações analíticas de conversão. A validação dos modelos se deu com base nos critérios de ajuste (fit), coeficiente de desigualdade de Theil (TIC) e na análise de plausibilidade. A metodologia foi primeiramente testada na identificação de um modelo de simulação da aeronave Cessna 172p, a fim de verificar o seu funcionamento e possíveis dificuldades antes de utilizá-la na identificação do aeromodelo real. Logo em seguida, a metodologia foi aplicada na estimação de modelos para o veículo VR-01. Realizou-se os experimentos do pêndulo composto e bifilar que forneceram bons resultados para os momentos de inércia em torno dos eixos X,Y e Z. Realizou-se ainda a modelagem do aeromodelo no XFLR5 que estimou preliminarmente as derivadas de estabilidade e controle. Durante os voos e a etapa de processamento dos dados, vários desafios surgiram como a presença de rajadas de vento durante o voo, a dificuldade de manter o veículo estabilizado em um ponto de operação, o fator humano no controle do aeromodelo, a limitação dos sensores na amostragem dos dados, a presença de sensores com taxas de amostragens diferentes. Os algoritmos de estimação não conseguiram estimar modelos adequados para o VR-01 e algumas possíveis justificativas junto com melhorias para trabalhos futuros foram apresentadas.