Manobras

Foram realizados ensaios experimentais com o modelo de embarcação apresentado na Figura 6.1. Estes ensaios objetivaram comprovar a efetividade do controlador por modos deslizantes projetado na seção 4 e consistiram na realização de manobras nas direções de surge, sway e yaw, idênticas às realizadas na simulação e ilustradas a Figura 4.6.

Realizaram-se ensaios em condição de calmaria e na presença de vento. Para o caso do vento, estimou-se uma velocidade de 2,4m/s, com direção de incidência de 135º, conforme ilustra a Figura 5.4.

Figura 5.4: Condição de vento.

As medidas de posição, obtidas pelo sistema de visão computacional já mencionado na seção 6.1, foram filtradas por um filtro passa baixa com freqüência de corte de 1,42rad/s. Este filtro é necessário, pois os ruídos de alta freqüência presentes no sinal medido provocariam oscilações indesejadas no sinal de controle.

A Figura 5.5 ilustra o sinal medido e filtrado, para o caso da posição X da embarcação. Nota-se que o filtro de fato elimina as oscilações de alta freqüência presentes no sinal, porém induz um atraso de aproximadamente 0,8s no sinal medido.

Figura 5.5: Sinal medido e filtrado – posição X.

Vento o s m V 135 / 3 ≅ ≅ θ 2.4m/s Vento o s m V 135 / 3 ≅ ≅ θ 2.4m/s 160 170 180 190 200 210 220 230 3.95 4 4.05 4.1 4.15 4.2 4.25 Tempo (s) Posição X (m) Medido Filtrado

69 Inicialmente, realizaram-se ensaios em condição de calmaria e embarcação vazia. A Figura 6.6 ilustra o desempenho do sistema para cada manobra realizada. A aderência entre experimento e simulação é bastante boa para o movimento de

surge. Para os movimentos de sway e yaw, a simulação indica uma resposta mais

rápida em comparação ao ensaio. Uma possível explicação para o desempenho diferenciado entre simulação e ensaio para os movimentos de sway e yaw é a diferença entre o comportamento real e previsto dos propulsores laterais. De fato, como mostrado na Figura 6.2, estes propulsores apresentam problemas de atrito e desalinhamento.

(a)

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(c)

Figura 5.6: Ensaio e simulação numérica para os movimentos de (a) surge, (b) sway e (c) yaw – condição de calmaria e navio vazio

A Tabela 5.2 apresenta os valores para o tempo de estabilização (test.5% – erro

de 5%) e sobre-sinal (Mp) obtidos durante os ensaios para as direções positiva e

negativa de cada movimento, assim como à média aritmética desses valores comparados com a média aritmética obtida para as simulações. Embora haja diferenças entre os valores de simulação e ensaios, pode-se confirmar o bom desempenho do controlador nas três manobras realizadas. Os resultados experimentais não foram iguais para direções positivas e negativas, devido a várias razões, como a assimetria na construção do casco e o desempenho dos propulsores.

Tabela 5.2: Sobre-sinal e tempo de estabilização para condição de calmaria e embarcação vazia

Surge (X) Sway (Y) Yaw ( )

Mp test.5% Mp test.5% Mp test.5%

Direção Positiva – Ensaio. 15% 11s 10% 26s 20% 23s

Direção Negativo – Ensaio. 25% 11s 20% 31s 15% 56s

Média Aritmética. – Ensaio. 20% 11s 15% 28s 17% 39s

Média Aritmética – Simulação 12% 10s 35% 24s 27% 18s

Para os movimentos de surge e sway, o tempo de estabilização obtido durante a simulação e o ensaio foram muito semelhantes. Porém, para o movimento de yaw, o tempo de estabilização obtido durante o ensaio da manobra negativa foi muito elevado (56s), causando um valor médio maior em relação à simulação. O

71 sobre-sinal obtido para o ensaio foi menor em relação ao valor da simulação para os movimentos de sway e yaw, situação bem diferente para o movimento de surge. Tais diferenças podem ser causadas pelos efeitos não incluídos na simulação, como já mencionado.

A Figura 6.7 ilustra o plano de fase do sistema, com a sua respectiva camada limite e superfície de deslizamento (s = 0), somente para os ensaios realizados,

uma vez que os planos de fase da simulação são ilustrados nas Figuras 5.4, 5.5 e 5.6. Observa-se que em surge e sway, a trajetória do sistema permanece dentro da camada limite infinitamente após atingir a superfície de deslizamento S(t). Em yaw,

a trajetória desvia da camada limite após atingir a superfície de deslizamento. Isto pode ser justificado pelo elevado valor do erro ocasionado pela saturação dos propulsores.

(a) (b)

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(e) (f)

Figura 5.7: Plano de fase do ensaio realizado para os movimentos de (a) surge, (b) surge (ampliado), (c) sway, (d) sway (ampliado), (e) yaw e (f) yaw (ampliado) – condição de calmaria e

embarcação vazia

A Figura 5.8 ilustra a curva da variável s em função do tempo t a fim de

verificar o tempo de alcance do sistema durante o ensaio. A Tabela 5.3 indica, aproximadamente, os resultados obtidos para cada manobra realizada durante os ensaios. Conforme esperado, o tempo de alcance obtido para os ensaios foram inferiores ao estipulado em projeto.

Tabela 5.3: Tempo de alcance condição calmaria e nominal e embarcação cheia. treach

Movimento de surge 4s

Movimento de sway 7s

Movimento de yaw 9s

Em movimento de surge, a curva do tempo de alcance (Figura 5.8(a)) é compatível com o correspondente plano de fase Figura 5.7(a), ou seja, o sistema tangencia a camada limite em alguns instantes, mas sempre tentando se manter dentro da mesma durante os ensaios. Em movimento de sway, a curva do tempo de alcance (Figura 5.8(b)) não é compatível com o correspondente plano de fase Figura 5.7(b). Analisando a curva da variável s em função do tempo t, nota-se que o

sistema após atingir a camada limite permanece no interior da mesma. Porém, o mesmo não é observado no plano de fase, a trajetória do sistema tangencia a camada limite no decorrer do ensaio. Isto ocorre devido ao intervalo de tempo considerado durante as simulações. Em movimento de yaw, a curva do tempo de alcance (Figura 5.8(c)) é compatível com o correspondente plano de fase Figura

73 5.7(c). Ou seja, embora o sistema tenha atingido a camada limite em 9s, é considerável o desvio da trajetória em relação à camada limite.

Como já mencionado, a presença de erros de modelagem, principalmente devido aos propulsores, explicam o comportamento do sistema em ultrapassar e retornar a camada limite após o tempo de alcance.

(a) (b)

(c)

Figura 5.8: Tempo de alcance (treach) do sistema – condição de calmaria e navio vazio

(a) surge, (b) sway e (c) yaw.