Defesa Mestrado

Projeto e implementação do controle de posição de
uma antena de radar meteorológico através de
servomecanismos

Apresentação para Defesa de Dissertação de Mestrado

Eng. Fabiano Armellini
Orientador: Prof. Dr. Agenor de Toledo Fleury

CONTROLE DE POSIÇÃO DE ANTENA

OBJETIVOS DO TRABALHO

1. Levantar e estudar os fatores relevantes para
especificação de um projeto de controle de posição de
uma antena-radar através de servomecanismos;
2. Apresentar uma proposta de projeto de controle de
posição através de servomecanismos;
3. Propor um modelo estrutural teórico consistente do
conjunto antena-radar para fins de simulação dinâmica
e análise modal da estrutura;
4. Apresentar a implantação do sistema de controle
proposto num projeto real de Engenharia, para o
servomecanismo de uma antena de radar
meteorológico.
2


RADAR

Radares são sensores eletrônicos que empregam ondas
eletromagnéticas para detectar e localizar objetos materiais
no espaço

3


SISTEMA DE COORDENADAS

Azimute
Elevação
Distância

4


MÓDULOS PRINCIPAIS DE UM SISTEMA RADAR

5


APLICAÇÕES CLÁSSICAS DE RADAR

6


ESTRATÉGIAS PARA PROBLEMA DE CONTROLE

• Servomecanismo
• Phase array
• Hexapod (Stewart)

7


CONTROLE POR SERVOMECANISMOS
Acionamento manual

8


CONTROLE POR SERVOMECANISMOS
Controle automático

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CONSIDERAÇÕES PARA ESPECIFICAÇÃO DO
PROJETO
1. Características em relação ao alvo (tamanho, alcance, plano de vôo etc)
2. Peso total do conjunto
3. Tamanho e peso dos componentes
4. Resolução angular do sensor de posição
5. Tolerâncias mecânicas
6. Aceleração e Velocidade máximas
7. Precisão de Apontamento (estática e dinâmica)
8. Características dinâmicas (flexibilidade, harmônicos) do mecanismo
9. Consumo
10. Ambiente de operação (temperatura, vento, umidade, salinidade)
11. Distância entre o pedestal e a eletrônica de controle
12. Curso angular requerido (volume de alcance)
13. Condições de contorno de envelope
14. Requisitos de operação e interface
15. Características RF do radar
16. Potência de transmissão
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CONSIDERAÇÕES TECNOLÓGICAS

1. Escolha do servomotor
2. Escolha do sensor de posição angular
3. Definição do controlador

SEGURANÇA

1. Repouso da antena
2. Proteção de fim-de-curso da antena
3. Radome

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PROPOSTA DE CONTROLE

12


CONTEXTO DE SOFTWARE

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MODOS DE FUNCIONAMENTO DO SISTEMA
Teste NumTeste

posEL
Posição
posAZ

velEL
Velocidade
velAZ

EL • Teste
Erro
AZ
• Posição
posEL
Modos de
operação
Designação
posAZ
• Velocidade
Normal
posEL
• Ecartometria (ou modo erro)
velAZ

AZ lim+
• Designação
Setorial
posEL • Varredura
velAZ

Varredura lim-

posAZ
Normal
velEL

EL lim+

posAZ
Setorial
velEL

lim-
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ARQUITETURA DE SOFTWARE

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MODELAGEM DO OBJETO DE CONTROLE

  k  m     b
J cc  
c c
 N 
k  m 
J m  m   m 
   c 
N N 

Is  1
G el s   
Vm s   Vb s  Ls  R

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MODELAGEM DO OBJETO DE CONTROLE

 m s  N 2 J c s 2  bs  k 
G 1 s   
 m s  s  J m J c N 2 s 2  bJ m N 2 s  k J m N 2  J c 

 c s  k
G 2 s    N
 m s  s  J c s  bs  k 
2

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RESPOSTA DO SISTEMA (elevação)

ROOT LOCUS BODE PLOT

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EFEITO DA VARIAÇÃO DO GANHO DA MALHA
INTERNA SOBRE OS PÓLOS DE MALHA ABERTA DA
MALHA EXTERNA

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MALHA EXTERNA

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MALHA EXTERNA

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BANDA PASSANTE

• Depende das especificações de performance dinâmica
exigidas para o radar:
 Velocidade angular máxima
 Aceleração angular máxima
 Erro máximo de apontamento
 Estático

 Dinâmico

• Para um radar meteorológico: performance dinâmica
não é muito importante. O importante é o mecanismo
oferecer em tempo real a leitura do encoder, para que o
processador interpole corretamente
22


BANDA PASSANTE (cont.)

• Para um radar de trajetografia: verificar a necessidade de
banda para cada uma das condições críticas (velocidade e
acerelação máximas)

• Exemplo:
 max = 10o/s com max = 0,3o  fmax < 0,91Hz
 max = 10o/s2 com max = 0,3o  fmax < 5,33Hz

Banda passante mínima da malha fechada

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ANÁLISE MODAL

• Evitar que haja harmônicos da estrutura dentro da banda
passante do sistema
• Para isso, foi elaborado modelo FEM para simulação
• Validação do modelo por análise modal experimental

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ANÁLISES REALIZADAS

• Análise Estática
 Peso próprio
 Rigidez do mecanismo a torção
 Momento de inércia em relação aos eixos de rotação
 Torque máximo de vento
• Análise Modal
• Levantamento da resposta em freqüência
 Excitação em azimute
 Excitação em elevação

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MODELO FEM Modelo em EF
45958 Nós
43779 Elementos
254877 DOFs

Legenda:

Alumínio
E = 7,0e4 MPa
 = 0,3
 = 2,8e-9 ton/mm3

Aço
E = 2,1e5 MPa
 = 0,3
 = 7,85e-9 ton/mm3

Fixação
Dx = 0 mm
Dy = 0 mm
Dz = 0 mm

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ANÁLISE ESTÁTICA – PESO PRÓPRIO

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ANÁLISE ESTÁTICA – TORQUE DE VENTO

Perpendicular (0o)

Inclinada (45o)

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ANÁLISE ESTÁTICA – DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ

29


ANÁLISE ESTÁTICA – DETERMINAÇÃO DA INÉRCIA

Elevação

Azimute

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LEVANTAMENTO DA RESPOSTA EM FREQÜÊNCIA

Ponto 7

Ponto 6
Ponto 3 Ponto 4 Ponto 5

Ponto 2

Ponto 1

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ANÁLISE MODAL
1º Modo: 5.43 Hz 2º Modo: 9.60 Hz

3º Modo: 13.95 Hz 7º Modo: 16.03 Hz

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ANÁLISE MODAL EXPERIMENTAL

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CÁLCULO DA RESSONÂNCIA DA PLATAFORMA

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CÁLCULO DA RESSONÂNCIA DA PLATAFORMA

a

Dados:

- Vão: 1660x1660mm
b

- Espessura: 33mm
- Material: Aço 1020

2 D  3 2 3 
fn   4 2 2  4
3 a a b b 

para a  b    fn 
2 8D fn~1,02 Hz
3 2 

Eh 3
D

12 1   2 
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IMPLANTAÇÃO

36


IMPLANTAÇÃO

vídeos

37


AGRADECIMENTOS

38

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