Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014

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1 Belo Horizonte, MG, a de Setembro de 1 SISTEMA EMBARCADO PARA CONTROLE DE VANTS DE PÁS ROTATIVAS: PARTE DE ALTO NÍVEL DA PLATAFORMA AURORA Igor H. B. Pizetta, Alexandre S. Brandão, Mário Sarcinelli Filho Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro Tecnológico Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória ES, Brasil Departamento de Engenharia Elétrica, Centro de Ciência Exatas e Tecnológicas Universidade Federal de Viçosa, Viçosa MG, Brasil s: igorpizetta@ifes.edu.br, alexandre.brandao@ufv.br, mario.sarcinelli@ufes.br Abstract This work presents a platform designed to support the development of UAV technologies, which gives support to simulation and/or experimentation of UAVs. First, the testbed is used in the simulation mode, in order to validate control strategies in a faster way. The idea is that the simulation capability of the proposed platform save development time avoiding the malfunctions common in the very beginning of any engineering project and the consequent damages to any prototype. After obtaining relevant simulated results, the experimentation mode of the testbed is used to accomplish real flight missions. The experimental data collected using such platform are used to validate the developed algorithms and the onboard hardware pieces as well. Details of the testbed are presented throughout this manuscript, aiming at giving to the reader a complete vision of its capabilities, including some examples of its use. Keywords UAV, Hardware-in-loop, Simulation, Ground station Resumo Neste trabalho é proposta uma plataforma completa para desenvolvimento de tecnologias aplicadas a VANTs, a qual dá suporte para simulação e/ou experimentação de VANTs. Inicialmente, a plataforma é usada no modo de simulação, para validar estratégias de controle de forma mais rápida. A ideia é que a capacidade de simulação da plataforma proposta reduza o tempo de desenvolvimento, evitando os problemas comuns no estágio inicial de qualquer projeto de engenharia e os consequentes danos a qualquer protótipo. Após obter resultados simulados relevantes, o projetista passa ao modo de experimentação da plataforma para executar missões reais. Os dados experimentais coletados usando tal plataforma são então usados para validar de fato os algoritmos de controle, ou mesmo peças de hardware embarcadas. Detalhes da plataforma proposta são apresentados ao longo do artigo, visando dar ao leitor uma visão completa de suas capacidades, incluindo alguns exemplos de sua utilização. Palavras-chave VANT, Hardware-in-loop, Simulação, Estação de terra 1 Introdução A utilização de simulações diminui o tempo de desenvolvimento de uma tecnologia, pois possibilita a realização de testes de forma mais rápida, muitas vezes menos perigosa e menos cansativa que experimentos reais. Segundo (Mutter et al., 11), duas abordagens podem ser adotadas para desenvolver plataformas de simulação. A primeira é a abordagem software-in-the-loop (SIL), onde os componentes na malha de controle são todos puramente simulados, i.e, são apenas linhas de código. Este tipo de plataforma é adequado para os estágios iniciais do desenvolvimento de uma tecnologia, onde o sistema posto em teste são teorias que estão ainda so validadas, por meio de simulações (como exemplo, em termos de VANTs, citam-se sensores, atuadores, modelo da aeronave, etc. (sun Yoo et al., 1; Cai et al., 8; Goktogan et al., )). A segunda abordagem é a simulação hardware-in-the-loop (HIL), que possui características de simulação e de experimento, so um meio termo entre estes dois. Desta forma, tal simulação é entida como um estágio mais avançado no desenvolvimento de uma certa tecnologia, um dos últimos passos antes da realização de experimentos reais, onde já existem módulos de hardware que podem ser colocados na malha de controle e, desta forma, serem testados em sua operação efetiva, e integrados, até que se tenha o sistema totalmente implementado em hardware, deixando de ser uma simulação e se tornando um experimento por completo. Ou seja, ao invés de simular os atuadores, por exemplo, estes são postos a responder aos comandos da simulação, de forma a saber se o sistema se comporta da forma prevista (Bonivento et al., 11; Demers et al., 7; Frye et al., 6). Através de simulações SIL e HIL, pode-se não somente validar um sistema e seus componentes antes de um teste experimental, como também desenvolver um hardware compatível com o software em desenvolvimento, e evitar, assim, acidentes e desgastes de equipamentos. Neste contexto, este artigo apresenta uma plataforma de simulação/teste desenvolvida pelos autores, denominada AuRoRA (Autonomous Robots for Research and Application), capaz de realizar tanto simulações SIL e HIL quanto experimentos com VANTs. Ela foi desenvolvida, principalmente, como suporte para validação de modelos e controladores desenvolvidos em (Brandão, 1). 166

2 Belo Horizonte, MG, a de Setembro de 1 Com esta plataforma pode-se optar por diferentes modelos matemáticos, diferentes controladores, diferentes veículos aéreos (helimodelos ou quadrimotores), e incluir veículos terrestres e ambientes, além de modos de funcionamento juntamente ao hardware, desenvolvido para funcionar com esta plataforma, apresentado na parte de baixo nível deste trabalho (Pizetta et al., 1). Como exemplificado em (Brandão, Barbosa, Moza, Sarcinelli-Filho and Carelli, 1) e (Rosales et al., 1), esta plataforma também dá suporte para simulações envolvo cooperação entre diversos veículos aéreos, ou mesmo para simulações envolvo veículos autônomos aéreos e terrestres. Na verdade, esta plataforma já foi utilizada para gerar os resultados apresentados em diversos trabalhos já publicados pelos autores (Brandão, Gandolfo, Sarcinelli-Filho and Carelli, 1; Brandão, Sarapura, Sarcinelli-Filho and Carelli, 1; Brandão, Sarcinelli-Filho and Carelli, 1; Pizetta et al., 1; Brandão et al., 1; Brandão et al., 11; Brandão, Sarcinelli- Filho and Carelli, 1). A estrutura da Plataforma AuRoRA Antes de entrar em detalhes vale ressaltar as diferenças conceituais entre um sistema online e um sistema de tempo real. Um sistema é dito estar online com outro quando uma mudança de estado de um afeta diretamente o outro, estejam eles fisicamente conectados ou não. Por sua vez, um sistema em tempo real é aquele que garante ações e respostas em intervalos de tempo bem definidos, i.e., após ocorrer uma ação a próxima só ocorrerá após um intervalo fixo de tempo (e sempre irá ocorrer neste mesmo intervalo de tempo), so precedida pela resposta à primeira ação. Com base nesses conceitos, conclui-se que a plataforma aqui descrita se aproxima de um sistema soft real-time, que é um sistema em tempo real em que aceita pequenas variações temporais sem comprometer o funcionamento do mesmo. No Algoritmo 1 é apresentada a estrutura de funcionamento da Plataforma AuRoRA. Vêse que é necessário uma Permissão de Execução para a realização das tarefas. Esta permissão respeita o intervalo de tempo referente ao período de amostragem de cada veículo, ou seja, caso simulados simultaneamente um quadrimotor e um helicóptero, para o primeiro veículo é respeitado o tempo de t sh = 1 s, correspondente a seu período de amostragem, enquanto para o segundo t sq = 1 5s, cada um possuindo envio de dados de forma indepente, respeitando-se, assim, tais intervalos. Desta forma, é minimizado o esforço computacional, evitando a execução das instruções de todos os veículos em um mesmo intervalo, além de evitar o envio múltiplo de sinais de controle aos veículos (em (Kim and Cho, 6) é apresentado um sistema com características similares). Observando o Algoritmo 1, é possível visualizar alguns dos módulos nos quais a plataforma está dividida. Estes podem estar ativos ou não, como é o exemplo da geração dos gráficos para a visualização online das variáveis correspondentes ao veículo aéreo (posição e atitude, por exemplo), ou até mesmo a visualização dos dados de um joystick do rádio controle, que pode ser utilizado por motivos de segurança (uma vez que sua atuação sobrepõe o controlador) e dos dados de algum sistema sensorial (GPS, sistema de visão), tudo isto sem comprometer a execução da tarefa. A Figura 1 mostra o fluxo de informação dentro da plataforma, quando operando no modo simulação (utilizando o módulo VANT Virtual, integrado à plataforma) ou no modo experimento (utilizando a informação sensorial enviada pela aeronave e enviando os sinais de controle gerados pelo controlador de voo automático a partir dos dados sensoriais e dos valores de referência do veículo). Note-se que a primeira opção corresponde a um sistema SIL, enquanto a segunda corresponde a um sistema HIL. Conforme mencionado anteriormente, a plataforma é capaz de simular e experimentar diversos robôs, sejam estes aéreos ou terrestres, reais, virtuais ou ambos, atuando simultaneamente, guiados por joysticks, pelos controladores automáticos (embarcados ou executados em computadores externos) utilizando um link de comunicação com a aeronave. Algoritmo 1: Estrutura da Plataforma. Initialization; while t < t max do if Permissão de Execução then Ler os sensores; Ler/Calcular a posição desejada; if Há um joystick then Ler comandos; else Aplicar controlador; Enviar sinais de controle; Gravar variáveis; if Permissão de gráfico then if Permissão de transmissão UDP then Mostrar gráficos no cliente; else Mostrar gráficos no servidor; 167

3 Belo Horizonte, MG, a de Setembro de 1 Ambiente VANT Real Sensores VANT Virtual Sensores Simulados Dados Sensoriais PLATAFORMA Controlador Dinâmico Referência de Navegação Gráficos Interface Figura 1: Diagrama de blocos do funcionamento interno da Plataforma AuRoRA. Para uma descrição do funcionamento da plataforma, considere-se o quadrimotor ArDrone Parrot, o qual possui um conjunto de sensores embarcados e é capaz de gerar um link de comunicação wireless com um computador em terra, onde está rodando a Plataforma AuRoRA. Ao se estabelecer a comunicação wireless (bidirecional), a plataforma inicia o processo de coleta dos dados sensoriais e envio de sinais de controle à aeronave. Entretanto, tal tarefa somente é cumprida se a flag de permissão de execução estiver ativada. Caso contrário, nenhuma ação é executada (i.e., os dados recebidos são ignorados e os comandos calculados são descartados). Assim so, em caso de ativação da permissão de execução, os dados são capturados, a referência de navegação no instante de tempo é dada e os erros de navegação são então calculados. Na sequência, com base nestes erros determinam-se os sinais de controle necessários para o cumprimento da tarefa, que, por fim, são transmitidos ao veículo. Utilizando um VANT real, os sinais de controle são transmitidos para o sistema embarcado doveículo,queporsuavezosaplicaaosatuadores. Após a reação do veículo a essas ações e sua respectiva interação com o ambiente, os sensores a bordo são excitados e registram os valores da nova condição de voo. Tais valores são transmitidos à plataforma, reiniciando o ciclo de controle. Caso se trate de um VANT simulado, os sinais de controle são enviados ao modelo dinâmico da aeronave, o qual contempla o modelo dos atuadores e o modelo de corpo rígido, além de considerar a existência de incertezas e distúrbios adicionados às manobrasde voo. Após a atuação no modelo, é determinada sua postura por integração numérica, atualizando, assim, as variáveis de estado. Neste instante, tais dados ficam disponíveis para uma nova permissão de execução do controlador, que habilita a repetição do ciclo de controle. A Figura 1 ilustra esta situação. Em ambos os casos, se a parte de exibição gráfica estiver habilitada, uma flag de permissão de exibição será ativada a cada período predeterminado (não necessariamente o mesmo período do ciclo de controle) e a tarefa de ilustrar online o estadoatualdoveículodurantesuatarefadevooé realizada. Contudo, a geração online do ambiente virtual representa um custo computacional que pode comprometer a temporização associada à permissão de execução. A Figura compara estas duas situações. Vale mencionar que ao final da rotina de navegação todos os dados são armazenados, mesmo que não seja habilitada a sua exibição online. Assim, após o término do experimento/simulação um arquivo de registro correspondente à tarefa realizada é criado. Um possível uso deste arquivo de registro é para gerar os gráficos para análise do comportamento do veículo durante a missão após sua realização, por exemplo. Ou seja, tais dados são analisados em modo offline, ao contrário da exibição online do estado da aeronave, acima mencionada..1 Estrutura Descentralizada da Plataforma A Plataforma AuRoRA apresenta alguns inconvenientes no que diz respeito ao tempo de execução do laço de controle e do laço de exibição gráfica. Ao ilustrar online a movimentação corrente dos robôs através de animação gráfica, as tarefas de envio de sinais de controle aos robôs e recebimento de informação sensorial ficam comprometidas, em termos de temporização: o sistema deve finalizar uma ação (a exibição online dos dados) para que a próxima (laço de controle) seja realizada. Considerando uma simulação utilizando um helimodelo, a Figura (a) apresenta os valores de tempo dos ciclos de execução (iteração) do algoritmo da plataforma, os quais variam em torno de 1ms quando é realizada a tarefa de exibição gráfica. Tais valores superam muito o período de amostragem da aeronave. Nesta situação o VANT ficaria por um período de alguns ciclos sem receber um novo sinal de controle, o que poderia até mesmo desestabilizá-lo. Para evitar isto, uma opção do usuário é a não visualização online dos dados relativos à missão em andamento. Entretanto, pode ser necessário observar o comportamento das variáveis de postura e dos sinais de controle enviados, bem como uma representação tridimensional do estado de voo da aeronave, para avaliar o desempenho de um controlador, por exemplo. Daí, distribuir as atividades de controle e exibição entre dois (ou mais) computadores interconectados torna-se uma solução interessante. Para resolver este problema, a Plataforma AuRoRA, que roda em uma estação em terra, em sua versão atual, permite, via protocolo UDP, transmitir os dados para uma segunda estação terrestre, conforme ilustrado na Figura, a fim de distribuir o esforço computacional. Notese que a estação terrestre A é responsável pela 168

4 Belo Horizonte, MG, a de Setembro de 1 estabilização e navegação da aeronave, enquanto a estação terrestre B trata apenas da exibição gráfica online de seu estado corrente. A fim de comparar as duas versões e, por conseguinte, justificar a implementação de um sistema multi-máquinas, a Figura ilustra os tempos de iteração gastos utilizando a plataforma em suas versões centralizada e descentralizada. É possível verificar que na versão descentralizada as rotinas de controle, envio e recepção de dados são executadas em um tempo inferior a t rx = 1 5 s, menor período de amostragem trabalhado, correspondente aos helimodelos T-REX 5 e T- REX 6, o que não ocorre para o caso da versão centralizada. É importante mencionar que para os testes realizados a transmissão dos pacotes de dados para exibição gráfica em um segunda máquina utilizando comunicação UDP foi realizada em um período de tempo menor que 1ms, não comprometo, assim, o período de amostragem dos veículos. Um protocolo específico foi criado para empacotamento dos dados e desempacotamento. Em caso de perda de pacotes, o funcionamento do sistema não é afetado, pois a estação cliente simplesmente exibe o estado corrente da navegação através dos dados de entrada da comunicação UDP.. Estrutura Multi-veículos da Plataforma Com relação a testes de modelos e controladores, é interessante poder simular diversos veículos ao mesmo tempo, paraque, destaforma, possaser feita uma análise comparativa entre os mesmos. Inclusive, desta forma pode-se realizar tal análise ao longo do experimento, através da interface gráfica que compõe a plataforma desenvolvida. Vale frisar o fato que a mesma interface gráfica é apresentada para o caso de experimentos reais. Desta forma, a projeção D do veículo é mostrada de acordo com os dados sensoriais recebidos. A simulação pode ser realizada com a quantidade de veículos que a capacidade computacional puder suportar sem comprometer o período de amostragem. To em vista a ideia da comunicação UDP e a descentralização da Plataforma AuRoRA, é Leitura dos sensores Postura Calculada Ambiente VANT Real Sensores VANT Virtual Sensores Simulados Dados Sensoriais PLATAFORMA Controlador Dinâmico Interface Gráfica PC Cliente dedicado ou PC Servidor Referência de Navegação Gráficos UDP Figura : Diagrama de blocos do funcionamento interno da Plataforma AuRoRA. possível não somente separar a geração dos gráficos como também separar a simulação do veículo, i.e., o computador central irá realizar apenas os cálculos relativos ao controlador e enviar os dados para os demais computadores, que serão responsáveis por gerar a dinâmica do VANT e entregar seus respectivos sinais de atuação, respeitando o período de amostragem de cada um dos veículos. A estrutura resultante é apresentada na Figura 5. Note-se que é possível o controle de diversos veículos reais também por protocolo UDP, isto caso o helimodelo seja dotado de um computador embarcado. Caso ele não seja dotado de tal equipamento, seja por baixa capacidade de carga ou por interesse do usuário, a comunicação poder ser por meio de rede Zigbee ou Bluetooth. Esta configuração é prevista para tarefas de cooperação entre robôs, onde um computador central com grande capacidade de processamento é embarcado em um veículo terrestre, o qual controlará os VANTs (ou mesmo embarcado em um helicóptero com maior capacidade de carga, enquanto os demais ficam mais leves para a realização de tarefas conjuntas). Período de Iteração [s] Tempo de Simulação [s] (a) Estrutura centralizada. T-REX 5 T-REX 6 Zigbee/Bluetooth Sinais de Controle Link UDP Z Y X 11 ESTAÇÃO TERRESTRE A ESTAÇÃO TERRESTRE B Período de Iteração [s] Tempo de Simulação [s] (b) Estrutura descentralizada. Figura : Estrutura da Plataforma AuRoRA com distribuição de tarefas. Figura : Duração das iterações da Plataforma AuRoRA. 169

5 Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática Belo Horizonte, MG, a de Setembro de 1 aplicadas ao helimodelo ao longo da simulac a o. Uma visa o geral das trajeto rias desejada e realizada e apresentada na Figura 6(d), que mostra a evoluc a o da tarefa em tre s dimenso es. PLATFORM Sensores... VANT Real Ambiente Referência de Navegação UDP Zigbee. Bluetooth Dados Sensoriais Sensores Controlador Dinâmico A fim de testar a funcionalidade multiveı culos da plataforma, foi realizado um experimento simulado utilizando dois VANTs, um quadrimotor e um helico ptero, representados pelas linhas vermelhas e azuis, respectivamente, nos gra ficos da Figura 7. O primeiro dos dois VANTs Gráficos VANT Virtual Sensores Simulados UDP... UDP VANT Virtual Interface Gráfica PC Cliente dedicado ou PC Servidor Sensores Simulados 5 x h [m] Simulac a o com Va rios Veı culos φh [graus] Ambiente VANT Real ψh [graus] zh [m] (b) Orientac a o f [N] Nesta sec a o sa o dados alguns exemplos de voos simulados e reais utilizando a Plataforma AuRoRA, os quais validam a proposta do sistema como ferramenta u til para gerenciar estes tipos de aplicac o es f [N] f [N] (c) Forc as. (d) Caminho percorrido. Simulac a o de Voo Tridimensional Figura 6: Simulac a o: seguimento de trajeto ria em forma de 8 sem restric a o de movimento, usando helico ptero miniatura. Nesta subsec a o e apresentada uma simulac a o de um voo com helico ptero, no espac o D, ou seja, com controle em todos os seus graus de liberdade. Primeiramente, o veı culo ira decolar verticalmente, e em seguida ira seguir a trajeto ria em forma de 8 em um plano inclinado, definida 6 t), yd = sen ( t), zd = por {xd = sen ( 1 + sen ( t)}, com a refere ncia de orientac a o dada por ψd =, t. Nesta simulac a o foi introduzido um ruı do Gaussiano de me dia zero e desvio padra o igual a, 5N atuando ao longo da simulac a o, e um distu rbio polarizado constante, de intensidade [.15,.5,.]T N, atuando no intervalo s < t < s. O resultado desta simulac a o e apresentado na Figura 6. Note-se que antes de iniciar o movimento descrito acima, o helimodelo realiza uma manobra de decolagem, para enta o realizar os movimentos supracitados. Na Figura 6(a) e apresentada a evoluc a o das varia veis de deslocamento. Os a ngulos de arfagem e rolagem, necessa rios para a realizac a o dos deslocamentos no plano horizontal, sa o mostrados na Figura 6(b), assim como a evoluc a o temporal do a ngulo de guinada. Note-se que, como citado, o veı culo tem sua orientac a o tangente a trajeto ria, ou seja ψd =. A Figura 6(c) destaca as forc as que sa o d Heli Helid 1 5 φh [graus] x h [m] d Heli Helid d Heli Helid 1 5 θh [graus] yh [m] zh [m] Tempo[s] 5 6 d Heli Helid d Heli Helid ψh [graus].1 (a) Posic a o. Exemplos de Utilizac a o da Plataforma Proposta f 1 [N] θh [graus] yh [m] Figura 5: Diagrama de blocos do funcionamento interno da plataforma desenvolvida para mu ltiplos veı culos d Heli Helid (a) Evoluc a o temporal das (b) Evoluc a o temporal da varia veis de posic a o. atitude da aeronave. 6 5 z h [m] d Heli Helid 1 x h [m] y h [m] (c) Trajeto ria dos veı culos no espac o D. Figura 7: Simulac a o de uma tarefa que envolve a coordenac a o entre dois VANTs. 17

6 Belo Horizonte, MG, a de Setembro de 1 realiza um seguimento de trajetória circular em um plano inclinado, enquanto o segundo realiza o seguimento de uma trajetória correspondente a um perfil em forma de 8, no plano horizontal, com altura constante. Considerando que as linhas tracejadas representam as trajetórias desejadas, pode-se verificar que ambos os veículos executam corretamente a missão programada, sem apresentar oscilações ou atrasos. O comportamento dos veículos pode ser observado através do caminho navegado(figura 7(c)), bem como através da análise da evolução das variáveis de postura (Figuras 7(a) e 7(b)).. Dados do Diário de Voo A Plataforma AuRoRA, juntamente com seu circuito embarcado AuRoRA Board (ver (Pizetta et al., 1)), é capaz de ler todos os dados de voo do rádio controle, caso este esteja ativado (controle via joystick). Assim, é possível analisar os pontos de operação do veículo. Isto é importante para conhecer o comportamento da aeronave com as entradas aplicadas. Dessa forma pode-se regular os níveis de operação do controlador para uma resposta mais suave ou mais abrupta, a partir da análise dos dados de um voo manualmente controlado. A Figura 8 mostra os dados de um voo manualmente controlado, feito com o helimodelo T-REX 5. Analisando a curva verde, que representa a velocidade do rotor principal, podese ver que ela cresce com o canal coletivo, como esperado em uma operação de rádio controle. Note-se que a velocidade cresce mais rapidamente que o coletivo, e estabiliza em 7%. Isto é comum em rádio controle, onde a aceleração é usualmente limitada em um valor definido pelo usuário (neste caso, 7%). Tal limite é importante porque para cada valor de velocidade há um ângulo de ataque das pás diferente, que levará à sustentação do veículo no ar e à realização dos seus movimentos de formas bem diferenciadas. Se manobras em alta velocidade são necessárias, o usuário deve escolher um alto valor para tal limiar. Ao contrário, se somente movimentos suaves devem ser realizados, um valor mais baixo deve ser escolhido, suficiente para garantir o levantamento do helimodelo, porém (por isto é que escolhemos o valor de 7%).. Controle Automático de Altitude A Figura 9 apresenta os resultados para um voo autônomo usando somente o controle de altitude. No experimento, o objetivo é manter o helimodelo em uma altura fixa, durante um certo tempo. A curva mostra que, embora oscilando ao redor do valor de referência, o helimodelo seguiu o perfil de altitude estabelecido. Notese que neste experimento uma altitude pequena Altitude [ cm] Velocidade [%] Coletivo [%] Figura 8: Leitura de dados provenientes do rádio controle do helimodelo T-REX 5. z h [m] Acionamento do controle automático Figura 9: Controle automático de altitude. foi selecionada, o que é ruim, porque em baixas altitudes o veículo sofre com o efeito solo, que é um efeito aerodinâmico em que o fluxo de ar gerado pelas pás do rotor principal é refletido pelo solo, cresco a propulsão do veículo, tornandoo mais suscetível a movimentos abruptos (Roy et al., 1). Em suma, em baixa altitude a oscilação apresentada na altitude é frequente, e te a desaparecer na medida em que o veículo assume altitudes mais elevadas. Como já mencionado, por razões de segurança o rádio controle é responsável por habilitar ou não o controlador automático. Assim, após iniciar o experimento utilizando o rádio controle, o operador deve escolher um momento para ativar o controle automático. Caso necessário, ele pode desabilitar o controle automático, voltando ao controle manual. O instante em que o modo de operação automática é habilitado também é mostrado na figura. Por fim, considerando o intervalo entre duas permissões de execução sucessivas, a Figura 1 mostra que todos os períodos foram menores que o período de amostragem, assegurando a correta utilização do controlador sob teste. Para finalizar esta seção, é importante mencionar que todos os gráficos mostrados, relativos a simulações ou a experimentos reais, são gerados a partir do registro dos dados coletados pela Plataforma AuRoRA durante os voos, através do seu processamento após concluídas as missões. Como pode ser visto no Algoritmo 1, este processo não deve ser confundido com a exibição gráfica online dos dados de voo. 171

7 Belo Horizonte, MG, a de Setembro de 1 Tempo (s) trx Iteração Figura 1: Controle automático de altitude. Conclusões Uma plataforma para dar suporte a voos simulados ou reais é proposta neste trabalho, a qual é utilizada como estação de terra associada a VANTs. Tal plataforma pode ser utilizada para voos totalmente simulados, utilizando diversos tipos de VANTs e diversos controladores para voos autônomos, para teste de partes do sistema real, como sensores, ou mesmo para coleta de dados relacionados a voos reais, sejam eles controlados manualmente por um operador ou autônomos. Mais ainda, tal plataforma foi estida, em sua estrutura, para permitir a distribuição de tarefas entre vários computadores (exigindo uma estação de terra com vários computadores) via protocolo UDP. Entre as tarefas distribuídas estão a exibição gráfica online dos dados de voo, ou mesmo parte da tarefa de controle, principalmente quando vários veículos são simulados/experimentados simultaneamente. A motivação principal para tal distribuição de tarefas é garantir que não hajam atrasos na temporização dos laços de controle, uma vez que a plataforma roda em ambiente Windows, que não tem características de tempo real. Como é mostrado no artigo, através de vários exemplos, com a possibilidade de distribuir as tarefas, quando necessário, foi possível assegurar a temporização do laço de controle de todos os veículos testados, sem atrasos significativos. Desta forma, a plataforma desenvolvida se aproxima de um sistema em soft real-time. O artigo também mostra a grande versatilidade da plataforma proposta, que foi utilizada em simulações e em experimentos reais, com um só veículo, no último caso, ou com vários veículos, em simulação. Com base nos exemplos mostrados, e em vários outros testes realizados, pode-se dizer que a plataforma proposta comprovou ser capaz de prover o suporte necessário para conduzir os testes necessários ao longo do desenvolvimento de VANTs. Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico pelo auxílio financeiro concedido a este projeto (processo 7185/1-1). Eles também agradecem ao Instituto Federal do Espírito Santo, à Universidade Federal de Viçosa e à Universidade Federal do Espírito Santo pelo suporte dado ao desenvolvimento desta pesquisa. Dr. Sarcinelli Filho também agradece o apoio financeiro complementar da FAPES - Fundação de Amparo à Pesquisa e à Inovação do Espírito Santo ao projeto. Dr. Brandão também agradece à FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais pelo suporte à sua participação no trabalho. Referências Bonivento, C., Cacciari, M., Paoli, A. and Sartini, M. (11). Rapid prototyping of automated manufacturing systems by software-in-theloop simulation, Chinese Control and Decision Conference (CCDC), pp Brandão, A. S., Andaluz, V. H., Sarcinelli-Filho, M. and Carelli, R. (11). -d path-following with a miniature helicopter using a high-level nonlinear underactuated controller, Proccedings of the 9th IEEE International Conference on Control and Automation - ICCA 11, Santiago, Chile, pp. 9. Brandão, A. S., Barbosa, J. P. A., Moza, V., Sarcinelli-Filho, M. and Carelli, R. (1). A multi-layer control scheme for a centralized uav formation, Proceedings of the 1 International Conference on Unmanned Aircraft Systems - ICUAS1, Vol. 1, Orlando, FL, USA, pp Brandão, A. S., de la Cruz, C., Bastos-Filho, T. F. and Sarcinelli-Fillho, M.(1). A strategy to avoid dynamic and static obstacles for robotic wheelchairs, Proceedings of the IEEE Internation Symposium on Industrial Electronics, Bari, Italy, pp Brandão, A. S., Gandolfo, D., Sarcinelli-Filho, M. and Carelli, R. (1). Pvtol maneuvers guided by a high-level nonlinear controller applied to a rotorcraft machine, European Journal of Control (): Brandão, A. S., Pizetta, I. H. B., Sarcinelli-Filho, M. and Carelli, R. (1). Modelagem e controle não linear subatuado de um quadrotor: Parte 1, Anais do XIX Congresso Brasileiro de Automática - CBA1, SBA, Campina Grande, PB, pp

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