Plataforma de simulação HiL contendo uma bobina de Helmholtz e aplicada a sistemas aeroespaciais

• Main Author: Daniel Strufaldi Batista
• Other Authors: Leonimer Flávio de Melo .
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual de Londrina. Centro de Tecnologia e Urbanismo. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. 2016
• Online Access: http://www.bibliotecadigital.uel.br/document/?code=vtls000207711

Este trabalho descreve o desenvolvimento, teste e validação de uma plataforma para simulação hardware-in-the-loop (HiL) em conjunto com uma bobina de Helmholtz de três eixos para aplicações espaciais. O trabalho também utiliza a plataforma construída no estudo de dois tópicos: calibração de sensores magnéticos de baixo-custo; simulações de órbitas terrestres baixas (LEO - low-earth orbits) com capacidade de gerar, através da bobina de Helmholtz, o campo geomagnético observado em um corpo em órbita. A plataforma desenvolvida é formada pelos seguintes sistemas: um hardware modular da empresa dSPACE e uma placa específica para simulação HiL; uma bobina de Helmholtz previamente projetada, cuja montagem final, validação e testes são apresentados e discutidos neste trabalho; um sensor magnético fluxgate da empresa Sensys; um sistema de determinação de atitude (AHRS) da empresa Advanced Navigation; a experiência MEMS (E-MEMS), que consiste de um sistema composto por quatro conjunto de sensores MARG, desenvolvido e validado neste trabalho; sistemas auxiliares, tais como uma fonte de corrente controlada por tensão para a bobina de Helmholtz e condicionadores de sinais para a ligação completa e interligação dos elementos da plataforma. Inicialmente é feita a revisão do estado da arte dos três principais aspectos deste trabalho: os conceitos e vantagens da simulação HiL; análise sobre bobinas de Helmholtz de três eixos quadradas; calibração de sensores magnéticos e simulação do campo geomagnético para órbitas LEO. Na sequência o trabalho apresenta detalhadamente a plataforma desenvolvida, incluindo a metodologia para a construção do sistema e descrevendo cada elemento utilizado. Por fim, os resultados obtidos com o sistema são divididos em duas partes principais. Na primeira são detalhados todos os testes e resultados obtidos especificamente com a bobina de Helmholtz, subdivido em três capítulos. Estes descrevem a metodologia e resultados para a validação da bobina de Helmholtz, o estudo sobre a calibração da bobina utilizando o hardware dSPACE e a implementação de um sistema em malha fechada, utilizando um controlador digital PID, para o acionamento da bobina. O segundo conjunto de resultados discute as duas aplicações propostas com o sistema. Ambas são implementadas com a plataforma atuando na bobina de Helmholtz em malha fechada. === This work describes the development, tests and validation of a platform built to perform hardware-in-the-loop simulations, with a Helmholtz coil, and tailored to aerospace applications. It is also described and implemented two applications using the platform: low-cost magnetic sensor calibration; low-earth orbit (LEO) simulations capable of generating the geomagnetic field, through the Helmholtz coil, observed by a body in the simulated LEO. The developed platform consists of the following systems: a dSPACE modular hardware and a specific board for HiL simulation; a three-axial Helmholtz coil previosly projected, whose assembly, validation and testing are done at this work; a fluxgate magnetometer from Sensys company; an attitude heading and reference system (AHRS) from Advanced Navigation company; MEMS-Experience (E-MEMS), which consists of four sets of MARG sensors, developed and tested at this work; auxiliary electronic systems, such as a current source controlled by voltage for the Helmholtz coil and signal conditioning for interconnection of all platform's elements. Initially it is presented the state of art's review about the three main aspects of this work: HiL simulation concepts and advantages; three-axial square Helmholtz Coil analysis; magnetic sensor calibration and low-earth orbit simulation. Next the work detail the developed platform, including its construction methodology and describing each element used. The results obtained with the system are divided into two main parts. First it is detailed all the tests and results obtained specifically with the Helmholtz coil, subdivided over three chapters. These describe the methodology and results for the validation of the Helmholtz coil, the study to calibrate the coil using the dSPACE hardware and the implementation of a closed-loop system, using a PID digital controller, to drive the coil. The second set of results discusses the two applications proposed with the system. Both are implemented with the platform running the closed loop control for the Helmholtz coil.