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metadata.dc.type: Trabalho de Conclusão de Curso
Title: Simulação e controle de profundidade e arfagem de um veículo autônomo subaquático sob controlador não linear quase-deslizante terminal
Other Titles: Simulation and depth–pitch control of an autonomous underwater vehicle using a quasi-terminal sliding-mode nonlinear controller
metadata.dc.creator: Camillo, Davilon Maclaus Cruz
metadata.dc.contributor.advisor1: Bessa, Iury Valente de
metadata.dc.contributor.referee1: Ayres Júnior, Florindo Antonio de Carvalho
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Valdir Sampaio da
metadata.dc.description.resumo: O avanço recente das tecnologias associadas a veículos autônomos, aliado ao crescimento do interesse por aplicações subaquáticas — tais como exploração oceânica, monitoramento ambiental e inspeção de estruturas submersas — tem impulsionado o desenvolvimento de técnicas avançadas de modelagem e controle para Veículos Autônomos Subaquáticos (VASs). Esses veículos são caracterizados por uma dinâmica fortemente não linear, acoplada e sujeita a incertezas hidrodinâmicas significativas, o que impõe desafios substanciais ao projeto de estratégias de controle capazes de garantir desempenho, robustez e estabilidade em condições operacionais adversas. Neste trabalho, é desenvolvido e avaliado um Controlador por Modo Deslizante Terminal Discreto (CMDTD) aplicado ao controle acoplado de profundidade e arfagem de um VAS. O estudo é conduzido a partir do modelo dinâmico do Naval Postgraduate School Autonomous Underwater Vehicle II (NPS AUV II), amplamente referenciado na literatura por representar de forma realista as características hidrodinâmicas de veículos submersos de médio porte. A modelagem considera as equações dinâmicas e cinemáticas completas do veículo, incluindo efeitos não lineares, acoplamentos entre graus de liberdade e forças restauradoras associadas ao empuxo e ao peso. O controlador proposto baseia-se na definição de superfícies de deslizamento associadas às variáveis de profundidade e arfagem, incorporando um termo terminal não linear com o objetivo de garantir convergência em tempo finito do erro de profundidade. A atuação é realizada exclusivamente por meio dos planos de popa e propulsor de avanço, o que reforça o caráter subatuado do problema e evidencia a robustez da estratégia de controle adotada. Tal abordagem permite reduzir a dependência de modelos lineares locais e preservar propriedades de estabilidade mesmo na presença de incertezas paramétricas e perturbações externas. O sistema completo foi implementado em ambiente de simulação numérica em linguagem C, possibilitando a análise detalhada do comportamento do veículo sob diferentes condições iniciais, referências de profundidade e configurações paramétricas do controlador. Os resultados obtidos demonstram que o CMDTD é capaz de realizar o rastreamento eficaz das referências de profundidade, mantendo a arfagem dentro de limites operacionais aceitáveis, mesmo diante das não linearidades inerentes ao modelo e das restrições físicas dos atuadores. Tais resultados evidenciam a efetividade da estratégia proposta e indicam seu potencial de aplicação em plataformas subaquáticas reais.
Abstract: Recent advances in technologies associated with autonomous vehicles, combined with the growing interest in underwater applications — such as ocean exploration, environmental monitoring, and inspection of submerged structures — have driven the development of advanced modeling and control techniques for Autonomous Underwater Vehicles (AUVs). These vehicles are characterized by strongly nonlinear and coupled dynamics, as well as by significant hydrodynamic uncertainties, which impose substantial challenges on the design of control strategies capable of ensuring performance, robustness, and stability under adverse operating conditions. In this work, a Discrete-Time Terminal Sliding Mode Controller (DTSMC) is developed and evaluated for the coupled control of depth and pitch of an AUV. The study is conducted based on the dynamic model of the Naval Postgraduate School Autonomous Underwater Vehicle II (NPS AUV II), which is widely referenced in the literature for realistically representing the hydrodynamic characteristics of medium-sized submerged vehicles. The modeling framework considers the complete dynamic and kinematic equations of the vehicle, including nonlinear effects, coupling between degrees of freedom, and restoring forces associated with buoyancy and weight. The proposed controller is based on the definition of sliding surfaces associated with the depth and pitch variables, incorporating a nonlinear terminal term in order to guarantee finite-time convergence of the depth error. Control action is applied exclusively through the stern planes, which reinforces the underactuated nature of the problem and highlights the robustness of the adopted control strategy. This approach reduces the reliance on local linear models and preserves stability properties even in the presence of parametric uncertainties and external disturbances. The complete system was implemented in a numerical simulation environment using the C programming language, enabling a detailed analysis of the vehicle behavior under different initial conditions, depth references, and controller parameter configurations. The obtained results demonstrate that the DTSMC is capable of achieving effective depth reference tracking while maintaining the pitch angle within acceptable operational limits, even in the presence of inherent nonlinearities and actuator physical constraints. These results highlight the effectiveness of the proposed strategy and indicate its potential applicability to real underwater platforms.
Keywords: Veículo autônomo subaquático
Modo deslizante terminal discreto
Profundidade
Arfagem
NPS AUV II
metadata.dc.subject.cnpq: ENGENHARIAS
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
metadata.dc.publisher.department: FT - Faculdade de Tecnologia
metadata.dc.publisher.course: Engenharia da Computação - Bacharelado - Manaus
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://riu.ufam.edu.br/handle/prefix/9672
metadata.dc.contributor.grupo-pesquisa: e-Controls - Grupo de Estudos em Controle de Sistemas
metadata.dc.subject.controlado: .
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Appears in Collections:Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação - Engenharias

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