Controle de satélites artificiais utilizando um processador digital de sinais

Adrielle de Carvalho Santana, egressa do Programa de Pós-Graduação em Engenharia da Informação da UFABC, pesquisou, durante o Mestrado, o controle de atitude de satélites artificiais utilizando um processador digital de sinais.

Os satélites artificiais são equipamentos lançados no espaço e que permanecem em órbita ao redor de um corpo celeste. Essas ferramentas tornaram-se fundamentais para uso de tecnologias na Terra, como telecomunicação, mapeamento e segurança. A simulação implementada neste estudo permite inserir um controlador digital em um processador digital de sinais e simular a dinâmica esperada em um satélite artificial buscando encenar situações e eventos. Tecnologias como esta representam a potencial independência de tecnologia estrangeira tanto no projeto de satélites quanto no uso de satélites nas mais diversas áreas.

Desde 2013, Adrielle é professora na Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) onde concluiu a graduação em Engenharia de Controle e Automação. É mestre em Engenharia da Informação pela UFABC e doutora em Engenharia Elétrica pela UFMG e em Sciences Cognitives, Psychologie et Neurocognition pela Université Grenoble Alpes.

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Dados | Egressa

Nome completo
Adrielle de Carvalho Santana.

Formação acadêmica (cursos e instituições)
∙ Doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais e em Sciences Cognitives, Psychologie et Neurocognition pela Université Grenoble Alpes;
∙ Mestre em Engenharia da Informação pela Universidade Federal do ABC (UFABC);
∙ Graduada em Engenharia de Controle e Automação pela Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP).

Profissão / experiência profissional
Professora do magistério superior - Universidade Federal de Ouro Preto.

Programa de pós-graduação e curso (mestrado ou doutorado) concluído na UFABC
Mestrado em Engenharia da Informação.

Como sua trajetória neste curso de pós-graduação na UFABC contribuiu para sua formação?
Aprendi muito com os excelentes professores do programa que me fizeram, inclusive, descobrir a área de processamento de sinais - que não era o foco do meu tema de mestrado, mas foi a área que segui no doutorado. A estrutura da UFABC é excelente e me deu meios para desenvolver meu trabalho de forma satisfatória e eficiente, além de possibilitar minha participação em vários eventos científicos nos quais apresentei trabalhos e conheci outros pesquisadores. Tais participações e publicações me ajudaram a conseguir pontuação para passar no concurso para professora efetiva na UFOP (onde trabalho hoje) e a gostar de fazer pesquisa, seguindo a carreira acadêmica em um país que não valoriza muito tal área.

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Dados | Dissertação

Título
Controle de atitude de satélites artificiais utilizando um processador digital de sinais

Data da defesa
14 de agosto de 2010

Nome do(a) orientador(a)
Prof. Dr. Luiz de Siqueira Martins Filho

Linha de pesquisa
Processamento Multimídia

Link para a dissertação

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Questões | Pesquisa

Qual o tema da sua pesquisa e por que o escolheu?
Implementar um sistema hardware-in-the-loop para simular o controle de um satélite artificial.

Quais eram seus objetivos (gerais e específicos)?
O objetivo principal deste trabalho é projetar e implementar um sistema digital de controle de atitude de satélites artificiais. O sistema de controle deverá ser implementado na forma de um sistema embarcado no qual o processamento das informações obtidas pelos sensores deverá ser realizado por um Processador Digital de Sinais (DSP). O projeto do controlador será baseado na Teoria do Regulador Quadrático Linear (LQG), que considera um modelo linearizado da dinâmica de atitude. Destacam-se outros objetivos no desenvolvimento do estudo, dentre eles a definição de um esquema de co-simulação, no qual um computador simula o modelo da dinâmica do satélite no ambiente MATLAB/Simulink enquanto o DSP executa a tarefa de determinar o sinal de controle. Além de projetar e testar um controlador digital, deseja-se implementar no DSP um modulador por largura e frequência de pulso (PWPF) que realizará a modulação do sinal de controle para o acionamento dos atuadores de atitude, que são propulsores de jato de gás do tipo liga-desliga.

Como foi sua realização (materiais e métodos, metodologia, corpus etc.)?
∙ Estudo de um sistema de controle baseado na Teoria do Regulador Quadrático Gaussiano (LQG) e sua adequação para uma aplicação em sistemas de tempo discretizado;
∙ Desenvolvimento do código adequado para a programação deste controlador digital no DSP adotado no projeto;
∙ Estudo e implementação da interface de comunicação entre o DSP e o computador (no ambiente MATLAB/Simulink), a realização de testes utilizando um programa específico para esse fim, para análise dos possíveis atrasos causados pelo barramento e pelo próprio DSP visando sua compensação e obtenção de desempenho satisfatório nas simulações utilizando o DSP e o computador;
∙ Implementação do código do controlador no DSP e realização pequenas manobras de estabilização da atitude, que consiste em pequenas manobras angulares, com a dinâmica não linear do satélite artificial rodando no ambiente MATLAB/Simulink;
∙ Análise comparativa dos resultados obtidos em simulações do controlador de tempo contínuo realizadas exclusivamente em MATLAB com aqueles obtidos no esquema de co-simulação envolvendo o DSP.

Quais foram os desafios enfrentados?
Aquisição do DSP. Conexão do DSP da Analog Devices com a plataforma Simulink do MATLAB para comunicação com o mínimo delay.

Quais foram os principais resultados alcançados?
Os resultados obtidos nos testes de validação através da co-simulação apresentaram uma conexão correta entre o MATLAB/Simulink e o DSP, além de um desempenho satisfatório da resposta da dinâmica controlada da atitude do satélite, que se mostrou semelhante àquele obtido nas simulações numéricas como controlador analógico, estas realizadas integralmente no ambiente MATLAB/Simulink. O controlador e o atuador projetados também tiveram o desempenho esperado.

Descreva, resumidamente, a importância acadêmica e social de sua pesquisa, isto é, sua contribuição para o universo científico e o cotidiano das pessoas.
A simulação implementada permitiu inserir um controlador digital em um processador digital de sinais (DSP) e simular a dinâmica esperada em um satélite artificial. Esse tipo de pesquisa permite simular situações e eventos na dinâmica de um satélite artificial simulado-os antes de, de fato, inserir o controlador projetado em um satélite artificial real. O controlador digital projetado no DSP, após configurado na simulação usando o método hardware-in-the-loop, poderia ser, em uma segunda etapa, inserido no satélite real. Caso o setor aeroespacial brasileiro fosse de importância para o governo, isso representaria mais uma tecnologia Nacional que poderíamos aplicar no desenvolvimento e controle dos nosso próprios satélites, nos tornando mais independentes de tecnologia estrangeira tanto no projeto de satélites quanto no uso de satélites nas mais diversas áreas, desde Telecomunicações, Imageamento territorial e Segurança.