Reliable engineering
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Envelope de vôo seguro para a inspecção de linhas eléctricas aéreas

16 Outubro 2014by admin
por S. Antunes¹‘²‘³, K. Bousson¹‘²
Universiade da Beira Interior¹, LAETA-UBI/AERO.G², Albatroz Engenharia³

Resumo

Um controle de supervisão baseado no voo e em dados essenciais de sensores externos é proposto neste artigo para inspecções de linhas eléctricas áereas com quadricópteros. O primeiro requisito no desenvolvimento de sistemas aéreos é a segurança das pessoas e dos activos envolvidos. Os veículos aéreos envolvidos nas inspecções das linhas eléctricas aéreas, tripulados ou não tripulados, requerem o uso de sistemas precisos e robustos, e com uma supervisão constante da missão. Estes requisitos de voo são devidos ao facto de que as missões são desenvolvidas, na maior parte dos casos, em ambientes hostis e sempre com níveis de altitude e de velocidade reduzidos. Variáveis como: distância do veículo à linha; distância do veículo ao solo e velocidade instantânea de voo, aliadas ao envelope de voo do veículo, tornam as missões mais seguras e adicionam maior conforto nas decisões do piloto, quando e onde se pode executar uma boa missão. Os pilotos estão cientes do envelope de voo específico do veículo a operar, no entanto, durante o curso de voo, o compromisso da equipa para obter os melhores resultados possíveis de inspecção poderá deixá-los infringir os limites de segurança especificados no envelope de voo.

O trabalho proposto tem como objectivo melhorar a segurança das inspecções das linhas eléctricas aéreas e tarefas semelhantes, percebendo automaticamente condições de voo e criar um sistema de análise dos parâmetros que levam ao veículo perto dos limites de segurança do envelope de voo. Observando essa variáveis o sistema é capaz de enviar sinais de aviso aos inspectores de modo a que eles tenham tempo de informar o piloto e adoptar as devidas precauções de segurança.  No caso de sistemas autónomos, o problema inclui o controlo supervisionado a fim de monitorizar as variáveis críticas e verificar como estas influenciam o comportamento do veículo aéreo; e a utilização do controlo do filtro Kalman para pré-visualizar atitudes dinâmicas do quadricóptero e controlar a aeronave de modo a evitar a saia de segurança do envelope de voo. Na fase final do projecto, o objectivo é fornecer soluções integradas do PLMI (Power Line Maintenance System), tendo em consideração a utilização de veículos autónomos, o intuito é alcançar soluções que visam dar mais enfase à segurança.

A utilização do método semi-quantitativo de zonas (vermelho, laranja, amarelo e verde), possivelmente combinado com mais detalhes quantitativos deverão ser comunicados com a tripulação, directamente para o inspector que então transmitirá a informação ao piloto, e por sua vez, irá actuar sobre o controlo do veículo. A pesquisa termina com a concepção e a implementação de controladores automáticos para quadricópteros, com base na aprendizagem supervisionada nas fases anteriores.

A classificação de manobras perigosas inerentes às inspecções são necessárias para criar metodologias que culminam no nosso objectivo de desenvolver meios para controlar, monitorizar e supervisionar a inspeção das missões aéreas ou dos meios aéreos autónomos não tripulados. Para uma missão específica, a condição de monitorização de torres de alta tensão e de seus componentes foi considerada para este trabalho usando um quadricópteros.

A bibliografia dá-nos as equações características dos quadricópteros para descrever a atitude de voo do nosso veículo (com algumas considerações), contudo o envelope de voo seguro dos fabricantes não é conhecido. No geral, alguns parâmetros são reconhecidos, como máximo e mínimo da velocidade operacional ou altitude, e melhores condições para um voo mais favorável.

Para ilustrar o envelope de voo seguro inicialmente foram consideradas duas variáveis de voo, altitude e velocidade – variáveis de desempenho da aeronave. No caso do quadricóptero a velocidade depende do ângulo de inclinação, para que possa aumentar ou diminuir de velocidade. Para representar os limites de desempenho da aeronave, são consideradas equações do quadricóptero e calculadas os máximos e os mínimos de cada altitude fixada ponto-por-ponto.

Em resultado deste trabalho, utilizando supervisão e métodos robustos de controlo em tempo real de voo, o sistema tem a capacidade de seguir um alvo e introduzir sinais correctivos mantendo distâncias de voo seguras, velocidades e dados de inspeção adquiridos com o intuito de serem armazenados. O esquema de controlo proposto foi implementado no nosso controlo de envelope de voo, desenvolvido para quadricóptero não tripulados. Resultados experimentais demonstraram uma clara melhoria sobre as missões de inspecção de linhas eléctricas aéreas, sendo mais segura a aproximação ao objecto alvo de inspecção.

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