Modelagem dinâmica e controle de um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirrotor

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Allan Carlos Ferreira de
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=118063
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Diego Paolo Ferruzzo Correa
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spelling Modelagem dinâmica e controle de um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirrotorVEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADOQUADRIRROTORCONTROLE NÃO-LINEARSTATE-DEPENDENT RICCATI EQUATIONUNMANNED AERIAL VEHICLEQUADROTORNONLINEAR CONTROLPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA - UFABCOrientador: Prof. Dr. Diego Paolo Ferruzzo CorreaCoorientador: Prof. Dr. José Alberto Torrico AltunaDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2019.O interesse nos quadrirrotores vem aumentando na última década, em virtude de suas diversas aplicações nos âmbitos civil e industrial. Contudo, projetar os sistemas de controle que garantam estabilidade apresenta desafios, uma vez que esses tipos de veículos são sistemas mecânicos subatuados, altamente não-lineares, afetados por distúrbios aerodinâmicos, e estão sujeitos às incertezas paramétricas assim como dinâmicas não modeladas. Nesta dissertação é apresentado um modelo dinâmico para um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirrotor junto ao projeto de controladores proporcionais e baseado na equação de Riccati dependente dos estados (State-Dependent Riccati Equation - SDRE) com objetivo de controlar as velocidades do veículo e de estabilizar a atitude, respectivamente. A modelagem é realizada mediante o formalismo Newtoniano considerando as forças de atrito e o momento giroscópico, resultando em um sistema translacional e rotacional, descritas no referencial inercial. A análise do modelo é feita sem considerar a simplificação de pequenas variações angulares, o que é difícilmente encontrado na literatura, o que resulta no acoplamento de entradas de controle para o subsistema rotacional. Os desempenhos dos controladores projetados, aplicados em três situações de voo: pairar em uma determinada altitude, trajetória retilínea e helicoidal são verificados mediante o uso de simulações numéricas. Os resultados mostram a efetividade dos controladores, respondendo de forma adequada às trajetórias selecionadas como referência. Nessas simulações, o efeito giroscópico é considerado ao contrário das forças de atrito que são negligenciadas.The interest in the quadrotor has been increasing in the last decade, due to its diverse applications in the civil and industrial areas. However, designing control systems that ensure stability presents challenges, since this type of vehicle is a subactuated mechanical system, highly nonlinear, affected by aerodynamic disturbances, and is subject to parametric uncertainties and unmodeled dynamics. In this thesis we present the dynamic model for an unmanned aerial vehicle of the quadrotor type with the design of proportional and based on the State-Dependent Riccati Equation (SDRE) controllers in order to control the velocities of the quadrotor and stabilize the attitude respectively. The modeling is obtained by means of the Newtonian formalism considering the friction forces and gyro moment, resulting in a translational and rotational system, described in the inertial frame. The analysis of the model is made without considering the simplification of small angular variations, hardly found in the literature, which results in the coupling of control inputs to the rotational subsystem. The performances of the designed controllers, applied in three flight situations: hover at a certain altitude, straight and helicoidal trajectory are verified by the use of numerical simulations. The results show the controllers' effectiveness, responding adequately to the selected trajectories as a reference. In these simulations, the gyroscopic effect is considered unlike the frictional forces that are neglected.Correa, Diego Paolo FerruzzoTorrico Altuna, José AlbertoMendoza Meza, Magno EnriqueBueno, Atila MadureiraOliveira, Allan Carlos Ferreira de2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf128 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=118063http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=118063&midiaext=77362http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=118063&midiaext=77361Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=118063porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-04-13T12:20:14Zoai:BDTD:118063Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2023-04-13T12:20:14Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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