PROJETO DE CONTROLE ÓTIMO DLQR E DLQT VIA HARDWARE-IN-THE-LOOP PARA MANOBRABILIDADE DE VEÍCULOS AQUÁTICOS DE SUPERFÍCIE NÃO TRIPULADOS

Abstract

O projeto e implementação de controladores ótimos digitais constituem uma abordagem importante para a manobrabilidade de Veículos Aquáticos de Superfície Não Tripulados (Unmanned Surface Vehicles - USVs), permitindo o controle de suas velocidades, a otimização do consumo energético e a melhoria do desempenho operacional. A aplicação desses veículos no monitoramento de derramamentos de petróleo e seus derivados auxilia na realização de respostas rápidas e seguras, além de possibilitar operações em áreas de difícil acesso. Este trabalho propõe o projeto e implementação de controladores ótimos digitais do tipo Regulador Linear Quadrático (Linear Quadratic Regulator - LQR) e Rastreador Linear Quadrático (Linear Quadratic Tracking - LQT) para manobrabilidade do USV CyberShip I. Os controladores são desenvolvidos e simulados em ambiente computacional (MATLAB® ), para avaliação preliminar de suas respostas dinâmicas e das ações de controle associadas. Em seguida, os algoritmos de controle são embarcados no microcontrolador ESP32, que permite a sua execução no sistema embarcado. A validação é realizada por meio da técnica Hardware-in-the-Loop (HIL), onde a dinâmica da planta é simulada no MATLAB® , enquanto o microcontrolador processa os sinais enviados pelo ambiente computacional e fornece a ação de controle ótima para o simulador, garantindo uma avaliação de desempenho próxima às condições reais de operação. O desempenho do controlador Rastreador Linear Quadrático Discreto (Discrete Linear Quadratic Tracking - DLQT) com ação integral é comparado ao de um controlador clássico do tipo Proporcional–Integral (PI) em aplicação HIL, sendo avaliadas as métricas de tempo de subida, tempo de acomodação, sobressinal e erro em regime permanente.