Controle de atitude adaptativo neuro-fuzzy genético para um veículo aéreo não tripulado autônomo

Abstract

Com o crescimento iminente e o progressivo interesse pela temática, os veículos aéreos não tripulados (VANTs) já são uma realidade em nosso cotidiano. As diversas aplicações, a versatilidade e o potencial atrelado a este campo de interesse, tem instigado recorrentes pesquisas na área. A busca por veículos aéreos, ambicionada por um futuro no qual os VANTs possam atuar de forma autônoma e segura, impulsiona continuamente este setor. O presente trabalho tem como propósito aplicar técnicas de inteligência artificial a sistemas de controle clássico, com a finalidade de controlar a atitude de uma aeronave de asa fixa de forma adaptativa. Inicialmente, apresenta-se o desenvolvimento do arcabouço que viabilizou a pesquisa, desde o ambiente simulado no qual é possível efetuar testes da arquitetura proposta, até o estudo de um hardware robusto o suficiente que se adeque aos requisitos do projeto, o que viabilizou a montagem de uma aeronave multipropósito e funcional. Foi utilizado como base para este projeto o software livre ArduPlane, um piloto automático implementado em C/C++, o qual dispõe de uma implementação otimizada de um controlador PID para a atitude. Percebeu-se a necessidade do frequente ajuste dos parâmetros atrelados ao sistema de controle de atitude, desde a sintonia dos ganhos do controlador PID, até parâmetros cuja calibração necessite conhecimentos técnicos especí- cos do sistema. Com a finalidade de automatizar este processo e garantir a otimização destes parâmetros durante toda a missão, foi proposta uma arquitetura neuro-fuzzy genética para tornar este procedimento implícito e transparente ao operador de voo. Com a utilização de um sistema de identificação (Adaptive Neuro Fuzzy Inference System - ANFIS) capaz de predizer a atitude da aeronave, junto a um sistema de otimização (algoritmo genético), é possível a construção de uma arquitetura de controle e ciente. Esta arquitetura assegura um controle aprimorado e que sempre busca por parâmetros otimizados durante toda a missão de forma autônoma. Para validação da arquitetura, foram realizados testes em ambiente simulado e ensaios em voos reais, os quais confirmaram a eficácia e viabilidade do sistema; para efeitos de comparação, também foram realizados ensaios em voos utilizando o controlador de atitude com os ajustes padrões do piloto automático. Por fim, a arquitetura do sistema de controle proposto se mostrou eficiente, plausível e de grande auxílio a operadores de voo, pois a mesma elimina a rotina na qual o operador deve realizar um pré-voo destinado à sintonia de parâmetros e garante o ajuste otimizado dos mesmos durante todo o cumprimento da missão.