Phd Mechanical Engineering

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XVIII Congresso Brasileiro de Automática / 12 a 16-setembro-2010, Bonito-MS

CONTROLE ROBUSTO DA ANTENA DE UM RADAR METEOROLÓGICO
AGENOR T. FLEURY

Departamento de Engenharia Mecânica, Centro Universitário da FEI, Av. Humberto de Alencar Castelo Branco, 3972 - 09850-901, São Bernardo do Campo, SP E-mail: agfleury@fei.edu.br Departamento de Engenharia Mecânica, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Av. Prof. Mello Moraes, 2253 – 05508-900, São Paulo, SP E-mail: agfleury@ipt.br FABRIZIO LEONARDI

Departamento de Engenharia de Produção, Centro Universitário da FEI, Av. Humberto de Alencar Castelo Branco, 3972 - 09850-901, São Bernardo do Campo, SP E-mail: fabrizio@fei.edu.br FABIANO ARMELLINI

Allagi Engenharia Ltda Av. Brigadeiro Faria Lima, 1461 - Cj 124 –01452-002 - São Paulo, SP E-mail: armellini@allagi.com.br

Abstract A radar antenna is basically composed of a primary source mounted at the focal point of a parabolic reflector. The radar illumination rule is established so that the desired beam shape is attained as precisely as possible. The mechanical movement of the set reflector-pedestal must be designed to fit the desired volume of radar exploitation. This work deals mainly with the control design of a rotating radar antenna prototype that is already operating on Mogi das Cruzes, SP, under the supervision of the Brazilian Omnisys/Atech joint venture. Since all parameters related to the dynamic model are poorly known, it has been designed a robust controller to deal with. The controller was designed in order to tolerate a variation of 50% in each parameter of the inertia, stiffness or damping. The design was conduct in frequency domain by means of the Kalman Identity and LQ controller mapped to the PID structure. The ultimate performance achieved leads to less than 2 seconds settling time and to a feasible control effort. Keywords radar design; robust control; structural dynamics; finite element models Resumo Uma antena de radar é composta basicamente de uma fonte primária montada no ponto focal de um refletor parabólico. A iluminação é definida de maneira que a forma do feixe é mantida tão precisa quanto possível. O movimento mecânico do conjunto pedestal-refletor precisa ser projetado de forma a ajustar o volume desejado de trabalho do radar. Este trabalho trata, principalmente, do projeto de controle do protótipo de uma antena rotativa de radar que já está em operação em Mogi das Cruzes, SP, sob a supervisão da joint venture brasileira Omnisys/Atech. Uma vez que todos os parâmetros relacionados com o modelo dinâmico são pouco conhecidos, projetou-se um controlador robusto para lidar com essa incerteza. O controlador foi projetado para suportar uma variação de 50% em cada um dos parâmetros de inércia, rigidez e amortecimento do modelo. O projeto foi conduzido no domínio da freqüência por meio da Identidade de Kalman e do controlador LQ mapeado para uma estrutura PID. O máximo desempenho conseguido conduz a menos de 2 segundos no tempo de acomodação e esforço controle viável. Palavras-chave projeto de radares; controle robusto; dinâmicas estruturais; modelos por elementos finitos

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Introdução

Radares podem ser classificados como sensores eletrônicos que usam ondas eletromagnéticas para detectar objetos e medir posições relativas no espaço. O posicionamento do objeto é realizado pela determinação da distância e da atitude em relação ao radar, o que requer três medidas: azimute (em torno do eixo vertical), elevação (em torno do eixo horizontal) e a distância em linha reta objeto-radar. O conjunto de medidas azimute-elevação-distância consti-

tui então um sistema de coordenadas esféricas com o foco da antena na origem, como mostrado na Figura 1. A distância entre o alvo e o radar é determinada usando o Princípio do Eco-Pulso em que um pulso eletromagnético de alta potência é enviado em uma determinada direção e a distância do alvo é calculada pelo atraso do sinal (eco) no retorno. As...
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