Estudo e implementação de sistemas de controle para quadricóptero

• Autor(a) principal: Alves, Íngrid Heloisa da Silva
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFERSA
• Texto Completo: https://repositorio.ufersa.edu.br/handle/prefix/7046
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; VANT; PID; Lógica Fuzzy; Altitude; Controle; VANT; PID; Fuzzy logic; Altitude; Control

A indústria de petróleo e gás lida com o transporte e armazenamento de substâncias inflamáveis em alta pressão, sendo necessário um monitoramento contínuo de suas estruturas para evitar danos ao meio ambiente, à população, prejuízos econômicos e paradas de produção. Tendo em vista a complexidade atual de ambientes de exploração e a contínua necessidade da sociedade por produtos oriundos deste setor, a indústria petroquímica tem procurado formas de aplicar a automação com o objetivo de diminuir custos e garantir uma melhor segurança ao meio ambiente e às pessoas envolvidas. Neste sentido, uma alternativa que tem sido implementada nos últimos anos é a utilização do quadricóptero para realização da inspeção e monitoramento, consistindo em um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT). Dessa forma, é necessário que o VANT realize o voo em ambientes diversos, sendo importante um controlador robusto e de resposta rápida com o propósito de evitar a perda de estabilidade e queda. Tal fato acarreta a necessidade de desenvolver um sistema de controle de quadricóptero que realize o controle de velocidade dos motores e altitude de voo. Dessa forma, foram desenvolvidos e simulados controles para altitude, utilizando as técnicas de controle PID (Proporcional Integral Derivativo) e lógica Fuzzy, assim como para o controle de velocidade dos motores, utilizando um controlador PID. Para a realização da simulação, foi necessário o levantamento da modelagem dinâmica do quadricóptero e motores, de modo a obter a representação matemática aproximada do comportamento real do veículo a ser controlado. A simulação dos sistemas com controladores foi realizada utilizando o software Simulink/MATLAB®, em que foram observados parâmetros de desempenho, como tempo de subida, sobressinal, entre outros, e as respostas foram comparadas. Por fim, foram realizados testes em um protótipo utilizando a plataforma Arduino®, a fim de verificar o comportamento do sistema. Para o controle de altitude, as simulações mostraram que com o controlador PID é obtida uma resposta mais rápida do sistema, porém com o controlador Fuzzy obtém-se menor sobressinal e erro. No entanto, este resultado não pode ser generalizado porque o controlador Fuzzy depende do conhecimento de um especialista e melhores respostas podem ser obtidas. Quanto ao controle de velocidade dos motores, a utilização do controlador PID permitiu a obtenção de resposta simulada mais rápida e com menor erro do que o sistema utilizando apenas o controlador eletrônico de velocidade (ESC). Os testes experimentais verificaram o comportamento real do sistema com os controladores PID, apresentando desvios quantitativos aos resultados simulados devido à presença de perturbações durante o voo e às simplificações realizadas na modelagem do sistema