Anais do XVI Encontro de Iniciação Científica e Pós-Graduação do ITA – XVI ENCITA / 2010
Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil, 20 de outubro de 2010
Desenvolvimento de Servo Digital Para Aeronaves Autônomas
Marcus Henrique Victor Júnior
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Resumo.
O progresso da aviação autônoma vem sendo acompanhado e alavancado pelo desenvolvimento dos seus componentes
embarcados. São eles os responsáveis pelas particularidades de cada Veículo Aéreo Não Tripulado - VANT, cuja função estende-se
desde verificações e colheitas de dados meteorológicos até operações de cunho militar, em que informações de topografia e
ocupação humana são decisivas para ataques incisivos aos alvos estudados. É nesse contexto, que surge o plano de explorar os
servo-mecanismos - dispositivos responsáveis pelo controle de partes móveis do avião, tais como: ailerons, leme e profundores. A
importância dessa área de estudos, reside no fato de que servo-motores atuam intricadamente à atitude da aeronave aos comandos
dados. Logo, o domínio desses mecanismos implicará em um controle acuraz do avião.
Palavras chave:servo,vant
1. Introdução
No contexto de aviação autônoma, servos são atuadores essenciais utilizados no acionamento das superfícies de
aeronaves devido a alta capacidade de carga concentrada em pequenas dimensões. Servo mecanismos são aplicados no
controle remoto de aeronaves e sistemas de navegação automático, mas o avanço da microeletrônica com o emprego de
dispositivos semicondutores de potência, somado a microcontroladores com alto poder de processamento e diferentes
interfaces mapeadas permitem, hoje, a montagem de circuitos de controle e acionamento do motor dos servos com
maior eficiência, confiabilidade e miniaturização. No artigo MODELING OF ACTUATORS FOR UAV CONTROL
SURFACES [2], modelos de servos comerciais foram estimados a partir de banco de testes automatizado. Dando
sequência ao trabalho, nossa proposta para circuito de atuação do motor de servos comerciais permitirá estender a
precisão no controle de posição e velocidade, bem como a capacidade de comunicação, a partir do uso de interfaces
dedicadas, coletando parâmetros de posição, velocidade e consumo.
2. Realizações
O modelo escolhido para o trabalho é a terceira versão do OpenServo (V3), que conta com as seguintes
propriedades:
1.Controle de velocidade baseado em Back EMF;
2.Sensor de Temperatura;
3.Clock de 20MHz;
4.Interface I2C/TWI de 400kHz.
A medição da velocidade baseada no Back EMF resulta na ausência de um sensor no servomecanismo.O
princípio está no campo eletromagnético gerado pela rotação do motor, que induz uma tensão proporcional à velocidade
no próprio circuito. Essa tensão é medida em intervalos muito pequenos de tempo, nos quais a alimentação do motor é
cortada e, segundo a Lei de Faraday, a variação do fluxo do campo magnético gera uma diferença de potencial com
sentido contrário ao da variação que a causou. Desse modo, elimina-se um componente e o substitui por um
instrumento de medição de maior acurácia, que pode fornecer melhores respostas às atitudes do servo-motor.
A Figura 2 exemplifica a diferença de comportamento de dois servo-motores iguais, porém com controles de
velocidade diferentes.
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil, 20 de outubro de 2010
Figura 1: OpenServo. Imagem retirada de [1].
Figura 2: A curva verde mostra um controle baseado em Back EMF. No tempo 100, a velocidade é mudada do valor 0
para 150 e no tempo 300, de 150 para o valor 0. O mesmo acontece no motor da curva azul, contudo as respostas
obtidas são visivelmente distintas. O motor representado pela curva verde possui maior adequação e melhor resposta ao
comando dado que o outro motor. Imagem retirada de [1].
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil, 20 de outubro de 2010
Sobre o I2C/TWI, é um protocolo bidirecional utilizado pelo OpenServo para a comunicação com o controlador.
O protocolo foi criado pela Philips, que detem os direitos sobre sua invenção. Por esse motivo, algumas impresas
adotaram nomes diferentes para o mesmo protocolo, a fim de usufruir da sua capacidade de comunicação.
Coletadas as informações fundamentais para a consolidação do projeto, iniciou-se a fase de escolha dos materiais
e o estudo de suas aquisições. Os componentes escolhidos estão disponíveis na página
http://www.openservo.com/OpenServoV3 .
Na presente data, os materiais não estão disponíveis para a viabilização e continuação do projeto.
3. Conclusões
A partir dos estudos realizados, pôde-se vislumbrar a utilização de um servo mecanismo que operasse de maneira
mais eficiente e direcionada para fins específicos. Desse modo, com o estudo do openservo, a viabilização desse
objetivo tornou-se possível.
Ressalva-se que devido a não aquisição dos materiais relacionados à montagem do protótipo, o projeto tomou um
rumo essencialmente teórico. Sendo assim, houve apenas o estudo do caso e nenhum tipo de montagem de aparato
físico do servomecanismo.
4. Agradecimentos
Todo esse trabalho não seria possível, se não houvesse a matéria de MTP-02, iniciada em 2009, no ITA. Foi pelo
intermédio do Prof. Dr. Jefferson, que tive contato com o caríssimo Prof. Osamu, o qual acolheu o projeto de
Telemetria para a Equipe de Aerodesign, dos alunos do ITA. Sob as orientações do Eng. Fábio Rofino, demos os
primeiros passos nesse trabalho pioneiro, cuja repercussão atingiu-me de forma positiva, consolidada pela bolsa de
estudos mantida pelo CNPq. A todos esses e muitos outros, meus agradecimentos. Foram e continuam sendo essenciais
para minha formação como engenheiro e cidadão.
5. Referências
[1] OpenServo. http://www.openservo.org.
[2] FRANCO, Glevson Diniz, 2007.