Modelagem e controle de um VANT do tipo quadrirrotor com a técnica não linear SDRE utilizando quatérnios
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFABC |
Texto Completo: | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=123679 |
Resumo: | Orientador: Prof. Dr. Diego Paolo Ferruzzo Correa |
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Modelagem e controle de um VANT do tipo quadrirrotor com a técnica não linear SDRE utilizando quatérniosDRONESSTATE DEPENDENT RICCATI EQUATIONQUATERNIOSCONTROLE ÓTIMOSISTEMAS NÃO LINEARESVEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOSQUATERNIONSOPTIMAL CONTROLNONLINEAR SYSTEMSPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA - UFABCOrientador: Prof. Dr. Diego Paolo Ferruzzo CorreaOrientadora: Profa. Dra. Heloise Assis FazzolariDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Santo André, 2021.O presente trabalho objetiva apresentar a aplicabilidade em hardware embarcado da técnica de controle baseado na SDRE; aplicar os sensores da unidade MARG e módulo GNSS para navegação e, identificar e controlar os atuadores para compensar possíveis variações de tensão da bateria. A dinâmica translacional é controlada com LQT e a dinâmica rotacional com o SDRE. A teoria de platitude diferencial é utilizada para correlacionar as duas dinâmicas e tratar a natureza subatuada da planta. A estimação de atitude é realizada através do ErKF utilizando o algoritmo AQUA para garantir que as influências eletromagnéticas não degradem a inclinação. Para realizar os testes é projetada uma placa controladora que inclui os sensores MARG e GNSS, e um microcontrolador capaz de realizar a estimação e controle concomitantemente utilizando os dois núcleos disponíveis. São estimados os bias do giroscópio e acelerômetro, velocidade angular do corpo, atitude e estados de navegação no sistema NED, totalizando 15 estados. Por fim, são identificados parâmetros estáticos e dinâmicos dos atuadores, e propostoum controle PID para controle de velocidade angular dos rotores. O formalismo do controle SDRE é discutido e aplicado no domínio discreto, o que adiciona este trabalho ao pequeno grupo de 3% de todos os trabalhos que exploram esta técnica. Foi possível realizar a estimação com frequência de 100Hz. A representação discreta do controle SDRE tornou possível que a solução da ARE fosse feita de forma recursiva,e com isso, a solução completa do controle do corpo rígido foi obtida com cerca de 80 vezes a frequência natural mais rápida da planta linearizada.The present work aims to show the applicability in embedded hardware of SDRE control based technique; apply MARG unit sensors and GNSS module for navigation, identify and control actuators to compensate possible battery voltage variations. Translational dynamics use LQT control and rotational dynamics utilize SDRE. Differential platitude theory is used to correlate both dynamics and address the under-acted nature of the plant. Attitude estimation use ErKF combine with AQUA algorithm to ensure that electromagnetic influences do not degrade the tilting. To carry out the tests, a controller board that includes MARG and GNSS sensors, and a microcontroller capable of performing estimation and control concurrently using the two available cores is designed. Gyroscope and accelerometer bias, body angular velocity, attitude and navigational states in the NED system are estimated, totaling 15 states. Finally, the static and dynamic actuators parameters are identified, and a PID control for rotor angular velocity control is proposed. SDRE formalism control is discussed and applied in the discrete domain, which adds this work to the small group 3% of all works that explore this technique. It was possible to perform the estimation with a frequency of 100 Hz. SDRE discrete representation control made it possible for the ARE solution to be made recursively, and, the complete rigid body control solution was obtained about 80 times the frequency faster natural growth of the plant.Correa, Diego Paolo FerruzzoFazzolari, Heloise AssisBueno, Atila MadureiraMartins Filho, Luiz de SiqueiraSilva, Roney Duarte da2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf167 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=123679http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=123679&midiaext=80564http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=123679&midiaext=80565Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=123679porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-01-12T08:43:00Zoai:BDTD:123679Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2023-01-12T08:43Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false |
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