Modelo Matemático ARIMAX de Propulsores Eletromecânicos com Sustentação Aerodinâmica Horizontal

Abstract

Os UAVs (Unmanned Aerial Vehicle) são veículos aéreos caracterizados pela ausência física de um piloto. Em português possuem o nome de VANTs (Veículo aéreo não tripulado). São utilizados em diversas missões militares e, também, para fins meteorológicos, de segurança, entretenimento, entre outros. Essas aeronaves podem possuir asas fixas ou serem do tipo multirrotores. Entre os multirrotores, o quadrirrotor vem se destacando no mercado pelo seu custo baixo de construção e manutenção. Estes são arranjos de quatro propulsores eletromecânicos, cada qual constituído por hélice, motor brushless, e ESC (Electronic Speed Control). Os propulsores são responsáveis pela sustentação e movimentação dos quadrirrotores e, por isso, é de fundamental importância a sua modelagem matemática. Porém, para se modelar matematicamente um sistema dinâmico, é necessário obter dados precisos do sistema. Por esse motivo, objetivou-se aprimorar os métodos de aquisição de dados das plataformas desenvolvidas pelo grupo de pesquisa, a partir de informações retiradas da literatura técnica, visto que os dados aquisitados por elas apresentam um nível alto de ruído. Empregou-se na nova plataforma uma sustentação horizontal do conjunto motor-hélice, a qual reduziu a turbulência nas hélices e gerou dados com menor incidência de ruído. A partir dos dados aquisitados pelo novo sistema de medição, modelou-se matematicamente o sistema de propulsão eletromecânico. Obteve-se um modelo seguindo as etapas da metodologia de identificação de sistemas, que são: testes dinâmicos e coleta de dados; escolha da representação matemática a ser usada; determinação da estrutura do modelo; estimação de parâmetros e validação do modelo. Propôs-se um modelo de estrutura ARIMAX, estimado pelo método de mínimos quadrados estendido, de ruído branco, e, com erro médio percentual absoluto de 7,89%. Este trabalho auxilia a comunidade científica que projeta e desenvolve aeronaves do tipo multirrotores, uma vez que o passo dado, no desenvolvimento de uma plataforma de testes que proporcione uma aquisição de dados mais precisos do sistema e consequentemente um modelo mais condizente com a realidade, obteve resultados satisfatórios.