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Type: Relatório de Iniciação Tecnológica
Title: Controle vetorizado de empuxo baseado em dispositivos flexíveis para sistemas propulsivos
Author: Cintra, Diogo Nobre de Aráujo
Advisor: Bobrow, Fábio
Publication Date: 2022
Original Abstract: Neste trabalho, foi realizado a modelagem e controle de um protótipo (veículo de testes) com um Thrust Vector Control (TVC), o qual é comumente utilizado no controle de atitude/orientação de satélites e foguetes. Existem diversos mecanismos capazes da realizar tal controle, o mais comum dentre eles é a plataforma Stuart. Dito isso, este trabalho buscou mecanismos alternativos capazes de realizar este controle de atitude. Em parceria com o Marshall Space Flight Center (NASA), a Brigham Young Univer sity6 desenvolveu um mecanismo flexível capaz de controlar a orientação de um vetor, sem a necessidade de componentes complexos como: fuso, engrenagem, rolamento e lubrificações periódicas. Dessa forma, o veículo de testes desenvolvido, fez o uso deste mecanismo flexível para controlar a orientação do empuxo gerado pelo seu sistema de propulsão, resultando no controle a dinâmica de atitude do veículo. Para tal fim, com o auxílio das equações de Newton-Euler, foi realizado a modelagem do sistema e sua linearização. Adiante, foram utilizadas duas estratégias de controle, controlador PD com a representação no espaço de estados (REE) da planta linearizada e o compensador com realimentação completa dos estados estimados com a REE identificada experimentalmente. Ao final deste processo, o compensador com realimentação completa dos estados estimados demonstrou-se muito superior ao controlador PD.
Keywords in original language : Sistemas flexíveis
Controle de atitude
Observador de estados
Equações de Newton-Euler
Controle vetorizado de empuxo
Identificação de sistema
Abstract: TVC (Thrust Vector Control) systems are used to change a vehicle’s orientation in space and have been operating in rockets, satellites and missiles. Such systems are of utmost importance to ensure the correct positioning of such vehicles and are the aim of the present study. However, there are many types of TVC in the aerospace industry and the most famous one is the Stuart Platform. Based on that, this project researched alternative mechanisms that can do the same. The Marshall Space Flight Center (NASA) and Brigham Young University6 have de veloped a flexible mechanism capable of controlling a vector orientation. The best thing about this mechanism is the flexible connections instead of complex components such as ball screws, gears, bearings, and regular lubrication like Stuart Platform. Therefore, the prototype (test vehicle) has developed with this flexible mechanism as the TVC, which was used to control the thrust orientation provided by the propulsion system. In order to do that, Newton-Euler equations were used to model the prototype’s dyna mics, then they were linearized and turned into the state space representation. Further more, the classic PD and a full estimated states feedback compensator with the state space representation from a time series identification were used to control the prototype. In the end, both control strategies were tested under different initial conditions to evaluate the transient behavior. The full estimated states feedback compensator was able to stabilize the prototype and achieved a faster response.
Keywords (english terms): Compliant Mechanism
Attitude controller
Estimators
System identification
Newton-Euler equations
Thrust Vector Control
Language: Português
CNPq Area: Engenharias
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