Guiagem, Navegação e Controle

Transcrição

1 Guiagem, Navegação e Controle de Veículos Ví Lançadores CSE 200 Introdução a Tecnologias de Satélites Fernando Putarov fernando.putarov@gmail.com 05/2012

2 Software de Voo Para colocar um foguete em segurança da plataforma até órbita, é necessário um software de voo sofisticado Missão do software de voo : dirigir e controlar o veículo do solo até seu destino fora da Terra Para cumprir sua missão, o software de voo deve realizar 3 funções básicas: guiagem, g, navegação gç e controle (GNC)

3 Navegação Navegação é o processo de determinar a posição, velocidade e atitude do veículo no espaço É gerenciado por um dispositivo conhecido como Unidade de Medida Inercial (Inertial Measurement Unit IMU), que é uma composição de acelerômetros e girômetros

4 Navegação A IMU opera com princípios de estimação (dead reckoning) A partir de uma posição inicial estima se se a posição futura baseado em sua velocidade e direção

5 Navegação O processo de estimação não é tão simples para veículos lançadores A aceleração medida inicia um processo de integrações que determinam velocidade e posição inercial em função do tempo O processo é aparentemente simples, mas existem 4 limitações

6 Navegação Acelerômetros medem aceleração física, mas não medemacelerações induzidas, como por exemplo, a gravidade. Ação de mitigação : Combinar um modelo de aceleração gravitacional com as medidas

7 Navegação A integração da aceleração deve ser feita em um sistema sem rotação Ação de Mitigação: A IMU usa os girômetros para detectar movimentos e a plataforma é compensada utilizando motores de torque

8 Navegação

9 Navegação Acelerômetros e girômetros são propensos a erros Necessidade d de um estado td inicial i i acurado. Um erro na posição inicial, vai acarretar em erros na atitude e velocidade. Ação demitigação: Processo de calibração inicial cuidadoso

10 Navegação Processo de calibração O local lde lançamento deve ser cuidadosamente d mapeado. Uma vez mapeado, inicia se o processo de alinhamento. Alinhamento é o processo que determina a atitude da IMU. Pode ser fi feito por três técnicas : alinhamento óptico, nivelamento e pelo uso do girômetro

11 Navegação Alinhamento óptico : utiliza linhas de visada para determinar twist, pitch e yaw iniciais Nivelamento : usa o acelerômetro da IMU para detectar a direção do vetor gravidade Girômetro : utiliza se o girômetro da IMU para detectar a direção do vetor rotação da Terra

12 Navegação Nivelamento

13 Guiagem Guiagem é o processo de decidir como guiar o veículo até seu destino A guiagem deve assegurar que a trajetória percorrida será mantida apesar das mudanças no veículo e no ambiente Os esquemas de guiagem variam de acordo com o que está sendo controlado. A maior parte das missões tem 3 fases de voo: voo atmosférico, voo exo atmosférico e voo em coast

14 Guiagem

15 Guiagem Guiagem em voo atmosférico: o principal objetivo é minimizara a carga aerodinâmica e aquecimento para evitar que o veículo se parta ou queime

16 Guiagem Guiagem em voo exo atmosférico: procura guiar o veículo de maneira ótima para cada ponto da sua trajetória

17 Controle Controle é o processo de implementar os comandos de guiagem para atingir deflexões dos motores ou mudanças nas acelerações Também denominado piloto automático : mantém a atitude do veículo comandada pela guiagem O piloto automático deve atender 3 requisitos:

18 Controle 1 Estabilizar o veículo; 2 Assegurar uma resposta adequada aos comandos de guiagem minimizando os desvios na trajetoria; 3 Minimizar o ângulo de ataque para assegurar a integridade estrutural do veículo

19 Controle

20 Conclusão GNC é o componente que garante o sucesso de uma missão espacial il Novas arquiteturas vem sendo criadas, como por exemplo, a introdução de GPS na IMU

21 Bibliografia Bletsos, N.A. Launch Vehicle Guidance, Navigation and Control, Crosslink, 30 33, 33 Winter Popoli, Blackman. Design and Analysis of Modern Tracking Systems. Norwood: Artech House Publishers, p.