CONTROLE DE UM DIRIGÍVEL ROBÓTICO AUTÔNOMO DE PROPULSÃO QUÁDRUPLA UTILIZANDO MODOS DESLIZANTES

This work addresses the problem of path tracking control of a robotic airships with quadruple propulsion in cruise flight. The authors present the design of a sliding mode MIMO controller. To evaluate the controllers performance, a real scenario was simulated in which there is a path to be tracked in wind presence. The main tool to verify the proposed approach is a simulator previously validated in the Project AURORA and adapted to the Project DRONI. Keywords— autonomous airship, flight control, sliding mode, path tracking. Resumo— Este trabalho aborda o problema de controle de rastreamento de trajetória de um diriǵıvel robótico de propulsão quádrupla em vôo de cruzeiro. Os autores apresentam o projeto de um controlador MIMO modos deslizantes. A fim de mostrar o desempenho dos controladores, um cenário real foi montado em simulação, no qual é definida uma trajetória a ser rastreada em presença de vento. A principal ferramenta para verificar a abordagem proposta é um simulador validado anteriormente no Projeto AURORA e adaptado para o Projeto DRONI. Palavras-chave— diriǵıvel autônomo, controle de voo, modo deslizante, rastreamento de trajetória. 1 Introdução A área de véıculos aéreos não tripulados (VANTs) tem apresentado grandes avanços cient́ıficos e tecnológicos nos últimos anos. Apesar das pesquisas terem se iniciado no campo militar, recentemente tem crescido muito o uso de VANTs para tarefas civis, sendo o monitoramento ambiental e agŕıcola umas das aplicações mais importantes. Neste contexto, o Projeto AURORA Autonomous Unmanned Remote mOnitoring Robotic Airship foi proposto em 1998 (Elfes et al., 1998), visando o desenvolvimento de um diriǵıvel autônomo para ser usado como uma plataforma aérea realizando tarefas de posicionamento automático e rastreamento de trajetória. Desde então, o Projeto AURORA alcançou dois marcos históricos importantes: o primeiro voo autônomo de um VANT no Brasil e o primeiro voo autônomo outdoor de um diriǵıvel no mundo (de Paiva et al., 2006). Os pesquisadores envolvidos participam agora de uma parceria multi-institucional em um novo projeto chamado DRONI Diriǵıvel Robótico de CONcepção Inovadora cujos objetivos são: (1) desenvolver um novo diriǵıvel com quatro propulsores elétricos vetorizáveis; (2) desenvolver técnicas de controle e navegação autônomas; e (3) desempenhar missões de aplicação piloto de monitoramento ambiental na Amazônia. O Projeto DRONI, financiado pelo CNPq (20142017) e conduzido pelo Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI), envolve pesquisadores de diferentes instituições brasileiras (CTI, UNICAMP, UFAM, ITA e IDSM) e pesquisadores do IST-Lisboa/Portugal. O protótipo DRONI, atualmente em fase de construção, é um diriǵıvel subatuado e não ŕıgido com aproximadamente 11 m de comprimento, 6,0 kg de capacidade de carga com velocidade máxima de 55 km/h. Além disso, a aeronave possui 4 propulsores elétricos do tipo brushless que podem ser vetorizados com um ângulo pré-determinado, tanto verticalmente como lateralmente. Esse sistema de propulsão inovador, com quádrupla vetorização de motores elétricos, constitui a principal diferença com relação ao diriǵıvel anterior. No Projeto AURORA, diversas abordagens de controle não linear foram desenvolvidas (de Paiva et al., 2007; Azinheira et al., 2006), as quais, mostram-se promissoras para uma implementação futura para lidar com o comportamento altamente não linear do diriǵıvel. Esse trabalho propõe um controlador do tipo Modos Deslizantes para a condição de voo de cruzeiro (ou voo aerodinâmico) de um diriǵıvel de propulsão elétrica quádrupla. Os resultados obtidos configuram um dos primeiros registros na literatura cient́ıfica de uma técnica de controle não linear 6D acoplada para essa faixa de operação do diriǵıvel e não trata de forma isolada os movimentos no plano vertical e horizontal como (Benjovengo et al., 2009; Azinheira et al., 2001; de Paiva et al., 2004). Uma abordagem de controle por Modos Deslizantes para diriǵıveis é apresentada em (Yang et al., 2016) 3D, aplicada, conXIII Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente Porto Alegre – RS, 1o – 4 de Outubro de 2017