Modelagem e controle de um veículo aéreo não tripulado com rotores inclináveis e câmera orientável

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, Thamiris Lima
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/215585
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2019
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A câmera é acoplada ao corpo do VANT através de um mecanismo (gimbal) que possibilita uma maior mobilidade para o apontamento da câmera. O modelo dinâmico é não linear e pode ser visto como uma composição de dois subsistemas, onde se tem uma parte translacional subatuada e uma parte rotacional totalmente atuada. Neste trabalho é desenvolvido um controlador para cada um destes subsistemas. O sistema de controle como um todo é projetado com o propósito de lidar com as questões da subatuação e das não linearidades presentes no modelo e que também seja capaz de rastrear as trajetórias de posição e orientação do VANT bem como a estabilização do mesmo perante dinâmicas não modeladas, incertezas paramétricas e perturbações externas, tal como rajadas de vento. A estrutura de controle proposta consiste de um sistema em cascata, onde na malha externa é realizado o controle do subsistema translacional e na malha interna é realizado o controle do subsistema rotacional. Na malha de controle externa é realizada uma compensação das não linearidades no subsistema translacional e em seguida é utilizada a técnica de controle H_8 a fim de agregar robustez ao sistema. Com o objetivo de que a malha externa apresente um desempenho satisfatório, escolhe-se uma técnica de controle para a malha interna de forma que esta tenha uma ação de controle rápida e robusta. Para tal fim a técnica escolhida para a malha interna consiste no controle por modos deslizantes de segunda ordem baseado no algoritmo de controle super-twisting. Esta técnica, além de agregar robustez ao sistema e possuir uma ação de controle rápida, também apresenta a propriedade de atenuação do \textit{chattering}, efeito comum ao controle por modos deslizantes de primeira ordem. Para avaliar o desempenho do sistema de controle, são realizadas simulações para diferentes tipos de situações. Os resultados obtidos mostram que a estrutura de controle proposta é adequada para atender os requisitos de desempenho e de robustez do sistema.Abstract: This work presents the development of a control system for the unmanned aerial vehicle (UAV) that consists of an H-shaped UAV with four tilt rotors equipped with a camera, capable of taking off and landing vertically. The structure shown allows the UAV to take off and land vertically. This type of H-shaped structure has been little explored, however it presents itself as a promising solution for applications in which higher speeds are required, since its constructive characteristics are more adequate to meet this demand, when compared to those of a quadr rotor with X-shaped structure, that is more commonly found in scientific works. The dynamic model is nonlinear and can be seen as a composition of two subsystems, where one has an underactuated translational part and a fully actuated rotational part. In this work a controller for each of these subsystems is developed. The control system as a whole is designed in order to deal with the underactuation and nonlinearity issues present in the model and also to be capable of tracking the UAV position and orientation trajectories as well as stabilizing it against unmodeled dynamics, parametric uncertainties and external disturbances, such as wind gusts. The proposed control structure consists of a cascade system, where the outer loop plays the control of the translational subsystems and the inner loop plays the control of the rotational subsystem. In the outer loop is performed a compesentation of the translational subsystem nonlinearities and then the control technique H_8 is used to add robustness to the system. In order to provide satisfactory performance for the outer loop, a control technique is chosen for the inner loop so that it has a fast and robust control action. For this purpose the technique chosen for the inner loop consists of a second order sliding mode control based on the super-twisting algorithm. This technique, besides adding robustness to the system and possessing a fast control action, also presents the chattering attenuation property, common effect of the first order sliding mode control. In order to evaluate the performance of the control system, simulations are performed for different cases. The obtained results show that the proposed control structure is adequate to satisfy performance and robustness requirements.De Pieri, Edson RobertoEl youssef, Ebrahim SamerUniversidade Federal de Santa CatarinaCosta, Thamiris Lima2020-10-21T21:18:13Z2020-10-21T21:18:13Z2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis127 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf361886https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/215585porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-21T21:18:13Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/215585Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-10-21T21:18:13Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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