Publicação: Aplicação de Sistemas Neuro-Fuzzy no Controle de Aeronaves em Operações Críticas de Voo
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::CONTROLE DE PROCESSOS ELETRONICOS, RETROALIMENTACAO, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOO::ESTABILIDADE E CONTROLE, CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA::MATEMATICA APLICADA::ANALISE NUMERICA, CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::MATEMATICA DA COMPUTACAO::MODELOS ANALITICOS E DE SIMULACAO
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Autores
Orientador
Coorientador
Jafelice, Rosana Sueli da Motta
Resumo
A perda de controle da aeronave durante o voo é causa de aproximadamente 70% de
todas as fatalidades ocorridas em aeronaves com massa de decolagem superior a 5.700 kg.
A relevância do tema provoca a comunidade técnica e científica, e leva a uma série de
discussões e à geração de normas, procedimentos e dispositivos que buscam mitigar as
causas desses acidentes. No intuito de contribuir com o setor aeronáutico no que tange ao
desenvolvimento de novas estratégias que procurem minimizar o número de acidentes aéreos
fatais, neste trabalho é proposta a utilização de uma nova arquitetura de controle baseada na
combinação de sistemas neuro-fuzzy no controle de aeronaves em operações críticas de voo.
Para isso, desenvolve-se um novo método de inferência fuzzy, denominado PIA (Pondered
Individual Analysis), que alia intuitividade e alto desempenho computacional no processo de
tradução matemática da base de regras envolvida no processo. A validação da técnica
proposta passa pelo desenvolvimento de uma simulação do tipo software-in-the-loop entre o
MATLAB e o X-Plane 11, em que se verifica a capacidade da arquitetura de controle proposta,
em operações críticas de voo, de manter a resposta da aeronave em torno dos sinais de
referência, e também pela verificação do desempenho do sistema de controle ao se levar em
consideração um modelo dinâmico levantado a partir de dados experimentais, extraídos em
ensaio de voo realizado em uma aeronave Cessna 172 em escala reduzida. Os resultados
das dinâmicas longitudinal e látero-direcional da aeronave são analisados e comparados aos
obtidos com os controladores proporcional integral derivativo, e neuro-fuzzy que utiliza o
método de inferência fuzzy de Takagi-Sugeno, e apresentam menor erro médio absoluto com
relação ao comportamento desejado para a aeronave, e dessa forma evidenciam que o
método PIA demonstra ser uma eficaz ferramenta a ser considerada na resolução de
problemas na área de controle.
Abstract
Loss of control in-flight is the cause of approximately 70% of all fatalities occurring in
aircraft with a take-off mass greater than 5,700 kg. The relevance of this subject provokes the
technical and scientific community, and leads to a series of discussions and the generation of
norms, procedures and devices that seek to mitigate the causes of these accidents. In order
to contribute to the aeronautical sector with regard to the development of new strategies that
seek to minimize the number of fatal air accidents, this work proposes the use of a new control
architecture based on the combination of neuro-fuzzy systems in the control of aircraft in critical
flight operations. For that matter, a new fuzzy inference method, called PIA (Pondered
Individual Analysis), is developed, which combines intuitiveness and high computational
performance in the process of mathematical translation of the rule base involved in the
process. The validation of the proposed technique involves the development of a software-inthe-
loop simulation between MATLAB and X-Plane 11, in which the ability of the proposed
control architecture, in critical flight operations, to maintain the response of the aircraft around
the reference signals is verified, and also it is analyzed the performance of the control system
when taking into account a dynamic model raised from experimental data, extracted from a
flight test carried out on a small scale Cessna 172 aircraft. The results of the longitudinal and
lateral-directional dynamics of the aircraft are analyzed and compared to those obtained with
the proportional integral derivative controller and with the neuro-fuzzy controller that uses
theTakagi-Sugeno fuzzy inference method, and they present lower mean absolute error in
relation to the desired behavior for the aircraft, and thus highlight that the PIA method
demonstrates to be an effective tool to be considered in solving problems in the control area.
Palavras-chave
Análise Individual Ponderada, Pondered Individual Analysis, Controle de Aeronaves, Aircraft Control, Controle Inteligente, Intelligent Control, Controle Neuro-Fuzzy, Neuro-Fuzzy Control, LOC-I, LOC-I, Método de Inferência Fuzzy, Fuzzy Inference Method, PIA, PIA, SBRF, FRBS, Sistema Neuro-Fuzzy, Neuro-Fuzzy System, Teoria dos Conjuntos Fuzzy, Fuzzy Sets Theory
Citação
PEREIRA, Bruno Luiz. Aplicação de Sistemas Neuro-Fuzzy no Controle de Aeronaves em Operações Críticas de Voo. 2021. 180 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2021.555.
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