Estudo de um sistema de controle de altitude para plataforma estratosférica

Abstract

Os balões meteorológicos de voo para alta altitude são instrumentos usados há décadas para a investigação climática e a identificação dos parâmetros da atmosfera como pressão, temperatura, densidade do ar, intensidade do vento entre outros. Nos últimos anos, com o barateamento e a miniaturização dos sistemas eletrônicos, as plataformas de balões começaram a ganhar maior atenção no campo de engenharia pelo mundo todo. Os balões atmosféricos se tornaram uma forma barata de realizar missões de sensoriamento remoto, de telecomunicações e até de vigilância militar. Este trabalho surge na linha de pesquisa do projeto LAICAnSat desenvolvido na Universidade de Brasília. O projeto LAICAnSat é uma iniciativa que une estudantes de diversas áreas como a engenharia aeroespacial, mecatrônica, elétrica e produção, com o objetivo de desenvolver um plataforma modular de baixo custo para realização de experimentos e serviços em baixa e alta altitude utilizando o padrão Cubesat. A linha de pesquisa adotada consiste no desenvolvimento de uma plataforma modular capaz de realizar flutuações em alta altitude através da atuação de uma válvula capaz de liberar gás de um balão de látex de forma automatizada. Através deste dispositivo, é possível realizar manobras para pousos rápidos e ter uma capacidade de pousar em áreas de fácil acesso. Com o objetivo de entender o comportamento dos balões durante um voo estratosférico, os fundamentos matemáticos relacionados com o movimento de um balão de látex foram apresentados e um modelo matemático desenvolvido. Foram realizadas simulações com o modelo descrito e comparações com dados reais de missão foram feitas. A construção de uma válvula utilizando técnicas baratas de prototipagem rápida com PLA foi realizada e um teste de campo foi conduzido. Um sistema de controle utilizando um controlador proporcional integral derivativo foi implementado em simulação em conjunto com uma estratégia de controle e vários cenários de simulação foram apresentados e discutidos.