Effects of endowing tilt-rotor mechanisms in the context of multi-copters

• Autor(a) principal: Marques, Felipe Machini Malachias
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34631; http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.15
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOO::ESTABILIDADE E CONTROLE; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOS; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::TEORIA DOS MECANISMOS; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::CONTROLE DE PROCESSOS ELETRONICOS, RETROALIMENTACAO; Multi-copters; Tilt-rotor; Unmanned Aerial Vehicle (UAV); Model Predictive Control (MPC; Linear Quadratic Regulator; Bi-dopter; Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTS); Controle Preditivo; Multirrotor; Vetorização de empuxo; Regulador Linear Quadrático; Engenharia mecânica; Pesquisa (Vetor); Rotores - Dinâmica; Controle preditivo

Em geral, multirrotores com rotores fixos são classicados como sistemas subatuados. Nesses casos, o número de variáveis de controle torna inviável realizar o controle de posição e atitude de forma independente. A fim de reverter esse cenário, novas configurações de multirrotores contendo mecanismos de vetorização de empuxo têm sido estudadas. Essa estratégia, denominada tilt-rotor, vêm sendo empregada em bicópteros, tricópteros, quadcópteros e hexacópteros. Nesse contexto, o presente estudo trata da modelagem dinâmica e controle de um veículo multirrotor tilt-rotor capaz de rotacionar seus motores lateralmente. Assim, busca-se explorar as propriedades de desacoplamento de controle do sistema enfatizando a ponderação entre complexidade mecânica versus a controlabilidade e manobrabilidade do veículo. Para isso, é proposto o desenvolvimento de uma bancada contendo um bicóptero tilt-rotor para validação do modelo e leis de controle. Então, duas formulações de controle são propostas e validadas experimentalmente. A primeira delas é baseada na técnica Linear Quadratic Tracking (LQT) empregada para rastrear um sinal de referência considerando configurações com rotores fixos e tilt. Em seguida, projeta-se o controlador a partir da concepção do Model Predictive Control (MPC) para rastreamento de posição considerando limitações nas deflexões do tilt, a dinâmica do atuador e o desacoplamento de controle entre deslocamento horizontal e atitude. Os resultados obtidos mostram que a dinâmica do mecanismo de vetorização de empuxo tem grande influência sobre o movimento lateral do multirrotor. Ainda, a estratégia de desacoplamento de controle junto com a técnica MPC apresentou melhorias significativas sobre o LQT tendo em vista a sua capacidade de gerenciar as restrições de deflexão do mecanismo tilt.