de caso por um rádio-controle.

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1 Controle de um Helimodelo em Vôo "Para o controle do sistema foi utilizado um controlador difuso do toolkit PID and Fuzzy Logic para o LabVIEW. Isto nos possibilitou a execução de planos de vôo gravados em arquivos, aplicando uma sequência de set-points ao longo do tempo." - Derek Struchel, Universidade São Judas Tadeu O desafio: O projeto tem como finalidade desenvolver o sistema de telemetria de um helimodelo (miniatura de um helicóptero com funcionalidades de vôo) para Leia o estudo que este possa ter sua altitude e orientação controladas à distância. O controle do helimodelo deverá ser realizado através de comandos enviados de caso por um rádio-controle. completo A solução: Leituras dos sensores instalados no helimodelo são encaminhadas por comunicação sem fio para a central de controle que fica em terra. Um sistema desenvolvido em LabVIEW 2009 filtra os dados, alimenta um controlador difuso para corrigir o posicionamento do helimodelo e atua no envia os comandos para o hardware que realiza a interface com o rádio controle do helimodelo, atuando sobre os motores das hélices e sobre os servomotores. Autor(es): Derek Struchel - Universidade São Judas Tadeu Fabio F. Morgado - Universidade São Judas Tadeu Liliana de C. Elias - Universidade São Judas Tadeu Fernando R. da Silva - Universidade São Judas Tadeu Resumo Este projeto descreve um sistema que controla a altitude e a orientação de um helimodelo em vôo, exemplificando a flexibilidade do LabVIEW em utilizar um hardware customizado, sendo igualmente simples e eficaz. O hardware é interfaceado por uma DLL que dá acesso aos dados coletados pelos sensores, bem como às funções de atuação sobre o rádio controle. Para o controle do sistema foi utilizado um controlador difuso do toolkit PID and Fuzzy Logic para o LabVIEW. Isto nos possibilitou a execução de planos de vôo gravados em arquivos, aplicando uma sequência de set-points ao longo do tempo. Introdução Um helimodelo (Figura 1) é uma versão miniatura de um helicóptero com completas funcionalidades de vôo. Alguns deles utilizam a eletricidade como fonte de energia enquanto outros utilizam motores à combustão. Seus controles são realizados por servomotores instalados no helimodelo que são controlados remotamente por um rádio controle. Controlar manualmente um helimodelo é uma tarefa que exige muito treinamento e o desenvolvimento de habilidades especiais. Normalmente, tais habilidades requerem que uma pessoa faça aulas com um instrutor de helimodelismo. Durante as aulas de vôo, dois rádios são interligados por um cabo trainer que permite que o instrutor possa delegar o controle total ou parcial do helimodelo para o rádio do aluno. Sensores instalados no helimodelo constantemente determinam a altitude e a orientação do helimodelo. Tais dados são enviados ao LabVIEW por comunicação sem fio através de um hardware especialmente projetado para este fim. O LabVIEW alimenta um controlador difuso que atua sobre o hardware controlando as ações do helimodelo. O hardware simula o comportamento de um rádio controle de aluno, e ao receber os sinais de controle enviados pelo LabVIEW, os envia através do cabo trainer ao rádio que efetivamente exerce controle sobre o helimodelo, corrigindo sua posição para aquela que foi determinada pelo modelista. O Hardware O projeto conta com duas placas que trabalham conjuntamente, são elas a placa coletora e placa atuadora. A placa coletora (Figura 2) foi projetada para ser leve e dedicada às leituras dos sensores instalados no helimodelo. Esta placa faz interface com uma bússola digital instalada na parte superior no helimodelo, e com um sensor de distância instalado na parte inferior deste. As leituras na placa coletora são regidas por um microcontroaldor que envia os dados amostrados por módulo ZigBee. A placa atuadora (Figura 3) tem o papel de receber as amostras colhidas pela placa coletora e as enviar ao computador que executa o código LabVIEW. Esta placa é também responsável por aplicar os controles enviados pelo LabVIEW. A placa atuadora é constituída por um kit acadêmico com a adição de uma interface para o módulo ZigBee e interface com o rádio controle através do cabo trainer. Interface LabVIEW com Hardware O LabVIEW permite que chamadas sejam feitas às DLLs de terceiros a partir de um VI (Virtual Instrument). Desta forma, uma DLL foi desenvolvida para tratar das complexas interações com a placa atuadora, que se trata de um dispositivo USB de interface customizada. O LabVIEW pode desta maneira obter as amostras colhidas no helimodelo, bem como atuar sobre o mesmo realizando chamadas simples como LeAmostra() ou EscreveCanal(). Recebendo Amostras Inerente ao sinal amostrado está o ruído proporcionado principalmente pela trepidação do motor à combustão que move o helimodelo. Os sinais são devidamente filtrados de forma a representar com mais fidelidade as reais condições do helimodelo. Para tal, foram projetados filtros passa-baixa digitais que são encontrados no "Control Design and Simulation". O controlador O Toolkit de Lógica Fuzzy (Figura 4) foi utilizado para a aplicação de um controle difuso. Controladores difusos são indicados em cenários de controle em que um modelo matemático do sistema físico teria grande complexidade, no entanto a planta é controlada por um operador humano que conhece as regras heurísticas do sistema em malha fechada. Assim, as curvas de entradas e saídas foram estimadas com base no estudo dos movimentos realizado por um especialista. Loops Independentes As amostras chegam do hardware a uma taxa aproximada de 40Hz. Esse tempo é determinado pela DLL que sincroniza a leitura das amostras conforme elas chegam do hardware. Um primeiro loop utiliza a DLL para obter as amostras mais recentes e alimenta os filtros. Um segundo loop, que trabalha a uma taxa fixa de 20Hz obtém as estimativas dos filtros e estimula o controlador, que fornecerá saídas e serem aplicadas na função atuadora da DLL. O painel frontal (Figura 5), que é distribuído em dois monitores, conta com um objeto 3D de um helicóptero capaz de ilustrar as posições amostradas. O objeto 3D ajuda a visualizar as leituras realizadas pelos sensores, entretanto, tal atividade não precisa ser atualizada a cada amostra. Assim, um terceiro loop que trabalha a 10Hz obtém as estimativas dos filtros para atualizar a imagem 3D do helicóptero na tela. O loop de leitura da DLL será um loop produtor de dados enquanto os outros dois loops serão loops consumidores de dados. Utilizando um objeto notificador, podemos garantir que o fluxo de dados seja aplicado de forma sincronizada. Biografia dos Autores: 1/5

2 Derek Struchel, nascido em abril de 1985, é sexto anista do curso de Engenharia de Computação na Universidade São Judas Tadeu. Profissionalmente, hoje é coordenador de tecnologia da informação na Affiliated COMPUTER Services (ACS). Fabio Ferreira Morgado, nascido em janeiro de 1983, é sexto anista do curso de Engenharia de Computação na Universidade São Judas Tadeu. Profissionalmente, hoje é consultor de segurança em tecnologia da informação na KPMG Information Risk Management. Fernando Roberto da Silva, nascido em março de 1976, é técnico em Informática Industrial pela ETEC e sexto anista do curso de Engenharia de Computação na Universidade São Judas Tadeu. Atualmente trabalha na IBM no desenvolvimento de drivers de File Systems para Windows e leciona cursos de desenvolvimento de drivers para Windows. Liliana de Campos Elias, nascida em dezembro de 1981, é bacharel em Ciência da Computação pela Universidade Cidade de São Paulo em 2003 e sexto anista do curso de Engenharia de Computação na Universidade São Judas Tadeu. Profissionalmente, hoje é analista programadora na BMK Pró Indústria. Informações do autor: Derek Struchel Universidade São Judas Tadeu Brasil Helimodelo Utilizado no Projeto 2/5

3 Placa Coletora e Sensores Placa atuadora 3/5

4 Módulo de Lógica Fuzzy Painel Frontal 4/5

5 Informações legais Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA NOS TERMOS DE USO DA NI.COM ( ( 5/5