Estimação de estados para aplicações em controle de veículos militares - Barros, Leandro Silva (2025)
As inovações tecnológicas nos veículos militares têm sido determinantes para aprimorar a eficiência, a segurança e a capacidade operacional em ambientes complexos. Avanços como a automação de sistemas de navegação, controle de tração e estabilidade, além da implementação de veículos autônomos em missões críticas, têm transformado o setor da mobilidade militar. Os estimadores de estados surgem como elementos fundamentais, possibilitando o monitoramento preciso de variáveis críticas que frequentemente não podem ser acessadas diretamente por sensores. Esses estimadores fornecem informações em tempo real para os controladores dos veículos, otimizando a resposta dinâmica, especialmente em condições de alta variabilidade, e sua integração é essencial para o desenvolvimento de sistemas de controle avançados. Nesse contexto, este trabalho visa desenvolver um estimador de estados aplicável a veículos militares. O projeto do estimador fundamenta-se em três abordagens de estimação: o filtro de partículas, o filtro de Kalman estendido e a estimação de estados por horizonte móvel. Nas simulações computacionais, utiliza-se a fórmula mágica de Pacejka como modelo para os pneus. Para a modelagem do veículo, é empregado um modelo simplificado de um quarto de carro para a dinâmica longitudinal, enquanto o modelo bicicleta é utilizado para a dinâmica lateral. Os estudos iniciam-se com dados simulados de um veículo leve circulando em uma superfície de baixa aderência. Em seguida, em ambiente laboratorial, um veículo em escala é utilizado para testes simulados e experimentais, onde se desenvolve um estimador em estrutura hierárquica que realiza a estimação de parâmetros e estados do veículo em análise. Por último, o estimador é aplicado ao modelo matemático de um veículo militar, após a realização de testes experimentais com o veículo. Ao concluir o trabalho, observa-se que o estimador de estados apresentou um desempenho satisfatório em relação aos cenários simulados que envolvem o coeficiente de atrito entre o pneu e a superfície. Além disso, a adoção de uma estratégia de estimação em uma estrutura hierárquica foi eficaz para superar os desafios relacionados à baixa observabilidade e à limitação dos sensores durante os testes experimentais. Por fim, o estimador demonstrou sua eficácia na aplicação em um veículo militar, abordando os três métodos de estimação analisados, evidenciando sua capacidade de estimar com precisão e robustez os estados da dinâmica longitudinal do veículo Unimog em tempo real.