Modelagem e controle de um helicóptero quadrirotor
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Data de Publicação: | 2017 |
Outros Autores: | |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
Texto Completo: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/16224 |
Resumo: | Os veículos aéreos não tripulados (VANTs) vêm sendo cada vez mais utilizados em diversos setores, de simples aeromodelos até complexos sistemas militares, impactando de forma direta e indireta a economia e a sociedade. O desenvolvimento, comercialização e aplicação destas tecnologias vem exigindo constantes avanços tecnológicos em diversas áreas, algumas delas envolvendo controle de estabilidade, autonomia de voo, planejamento de rotas, inteligência computacional, entre outras. Assim, neste trabalho de conclusão de curso pretende-se elaborar um sistema de controle de estabilidade de voo, utilizando técnicas de controle PD (proporcional e derivativo) e PID (proporcional, integrativo e derivativo), ajustados com métodos clássicos e otimizados posteriormente utilizando um método de inteligência computacional (metaheurítica bio-inspirada), com o intuito de comparar o comportamento da estabilidade com as duas formas de ajuste. Para tal, é proposta a modelagem e controle da estabilidade de voo de um quadrirotor em simulação, a qual utiliza dados e parâmetros físicos obtidos com um protótipo composto por um conjunto de quatro motores brushless, quatro hélices, um frame construido utilizando impressão 3D, quatro controladores de velocidade (ESCs), uma bateria e uma unidade de processamento. A modelagem matemática do protótipo foi realizada utilizando o método de Newton-Euler. Para realizar a aquisição dos dados físicos dos motores e das hélices utilizadas no protótipo foi construida uma plataforma de aquisição de dados, a qual permite criar uma metodologia para realizar a aquisição de diferentes modelos de motores brushless e hélices, buscando diminuir significativamente o desvio padrão dos resultados obtidos, visto que consistem em conjuntos mecânicos sujeitos à vibrações e percas por atrito. Ao final do projeto busca-se uma técnica de controle otimizada computacionalmente por meio de uma metaheurística bioinspirada, além de um modelo matemático consistente, o qual permitirá o futuro embarque do algoritmo para estabilidade de voo no protótipo de quadrirotor construido. |
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2020-11-19T19:35:02Z2020-11-19T19:35:02Z2017-06-14SILVA, Fernando Augusto Constantino da; KLOSOWSKI, Rodrigo Fernando. Modelagem e controle de um helicóptero quadrirotor. 2017. 73 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2017.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/16224Os veículos aéreos não tripulados (VANTs) vêm sendo cada vez mais utilizados em diversos setores, de simples aeromodelos até complexos sistemas militares, impactando de forma direta e indireta a economia e a sociedade. O desenvolvimento, comercialização e aplicação destas tecnologias vem exigindo constantes avanços tecnológicos em diversas áreas, algumas delas envolvendo controle de estabilidade, autonomia de voo, planejamento de rotas, inteligência computacional, entre outras. Assim, neste trabalho de conclusão de curso pretende-se elaborar um sistema de controle de estabilidade de voo, utilizando técnicas de controle PD (proporcional e derivativo) e PID (proporcional, integrativo e derivativo), ajustados com métodos clássicos e otimizados posteriormente utilizando um método de inteligência computacional (metaheurítica bio-inspirada), com o intuito de comparar o comportamento da estabilidade com as duas formas de ajuste. Para tal, é proposta a modelagem e controle da estabilidade de voo de um quadrirotor em simulação, a qual utiliza dados e parâmetros físicos obtidos com um protótipo composto por um conjunto de quatro motores brushless, quatro hélices, um frame construido utilizando impressão 3D, quatro controladores de velocidade (ESCs), uma bateria e uma unidade de processamento. A modelagem matemática do protótipo foi realizada utilizando o método de Newton-Euler. Para realizar a aquisição dos dados físicos dos motores e das hélices utilizadas no protótipo foi construida uma plataforma de aquisição de dados, a qual permite criar uma metodologia para realizar a aquisição de diferentes modelos de motores brushless e hélices, buscando diminuir significativamente o desvio padrão dos resultados obtidos, visto que consistem em conjuntos mecânicos sujeitos à vibrações e percas por atrito. Ao final do projeto busca-se uma técnica de controle otimizada computacionalmente por meio de uma metaheurística bioinspirada, além de um modelo matemático consistente, o qual permitirá o futuro embarque do algoritmo para estabilidade de voo no protótipo de quadrirotor construido.The Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have been used in many applications, from simple model aircrafts to complex military systems, affecting directly and indirectly the global market and our society. The development, commercialization and application of these technologies have required constant advances over many areas of techonology, some of them including stability control, flight autonomy, track planning and computational intelligence. Thus, in this completion of course work it is intended to elaborate a stability control system, using PD (Proportional and Derivative) and PID (Proportional, Integrative and Derivative) control strategies, adjusted with classical techniques and then optimized using computational intelligence methods, considering a bio-inspired metaheuristic, aiming to compare the stability behavior between the two adjustment forms. In order to do this, it is proposed to model and control the flight stability of a quadrirotor in simulation, which uses data and physical parameters obtained with a prototype consisting of a set of four brushless motors, four propellers, a frame constructed using 3D printing, four Electronic Speed controllers (ESCs), a battery and a processing unit. The mathematical modeling of the prototype was performed using the Newton-Euler method. To acquire the physical data of the engines and propellers used in the prototype, a data acquisition platform was built, which allows the creation of a methodology for the acquisition of different models of brushless motors and propellers, aiming at significantly reducing the standard deviation of the Results obtained, since they consist of mechanical assemblies subject to vibrations and friction losses. At the end of the project, a computationally optimized control technique is sought through a bio-inspired metaheuristic, as well as a consistent mathematical model, which will allow the future shipment of the flight stability algorithm in the built quadrirotor prototype.porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáPonta GrossaEngenharia EletrônicaUTFPRBrasilDepartamento Acadêmico de EletrônicaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAHelicópterosAeronaves - EstabilidadeInteligência computacionalTeoria do controleHelicoptersAirships - StabilityComputational intelligenceControl theoryModelagem e controle de um helicóptero quadrirotorModelling and controlling a quadcopterinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisPonta GrossaCorrêa, Fernanda CristinaKaster, Mauricio dos SantosCorrêa, Fernanda CristinaKaster, Mauricio dos SantosJanzen, Frederic ConradTusset, Angelo MarceloSilva, Fernando Augusto Constantino daKlosowski, Rodrigo Fernandoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRORIGINALPG_COELE_2017_1_08.pdfapplication/pdf6856499http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/16224/1/PG_COELE_2017_1_08.pdf7f957d58723b486705d45df4cc89e1bdMD51LICENSElicense.txttext/plain1290http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/16224/2/license.txtb9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95bMD52TEXTPG_COELE_2017_1_08.pdf.txtExtracted texttext/plain121792http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/16224/3/PG_COELE_2017_1_08.pdf.txt67074e3d1afaa31a743ad5df4f5a15dfMD53THUMBNAILPG_COELE_2017_1_08.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1265http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/16224/4/PG_COELE_2017_1_08.pdf.jpg81c4b45f8d48f91a49c4b2b1d226f5daMD541/162242020-11-19 17:35:02.281oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/16224TmEgcXVhbGlkYWRlIGRlIHRpdHVsYXIgZG9zIGRpcmVpdG9zIGRlIGF1dG9yIGRhIHB1YmxpY2HDp8OjbywgYXV0b3Jpem8gYSBVVEZQUiBhIHZlaWN1bGFyLCAKYXRyYXbDqXMgZG8gUG9ydGFsIGRlIEluZm9ybWHDp8OjbyBlbSBBY2Vzc28gQWJlcnRvIChQSUFBKSBlIGRvcyBDYXTDoWxvZ29zIGRhcyBCaWJsaW90ZWNhcyAKZGVzdGEgSW5zdGl0dWnDp8Ojbywgc2VtIHJlc3NhcmNpbWVudG8gZG9zIGRpcmVpdG9zIGF1dG9yYWlzLCBkZSBhY29yZG8gY29tIGEgTGVpIG5vIDkuNjEwLzk4LCAKbyB0ZXh0byBkZXN0YSBvYnJhLCBvYnNlcnZhbmRvIGFzIGNvbmRpw6fDtWVzIGRlIGRpc3BvbmliaWxpemHDp8OjbyByZWdpc3RyYWRhcyBubyBpdGVtIDQgZG8gCuKAnFRlcm1vIGRlIEF1dG9yaXphw6fDo28gcGFyYSBQdWJsaWNhw6fDo28gZGUgVHJhYmFsaG9zIGRlIENvbmNsdXPDo28gZGUgQ3Vyc28gZGUgR3JhZHVhw6fDo28gZSAKRXNwZWNpYWxpemHDp8OjbywgRGlzc2VydGHDp8O1ZXMgZSBUZXNlcyBubyBQb3J0YWwgZGUgSW5mb3JtYcOnw6NvIGUgbm9zIENhdMOhbG9nb3MgRWxldHLDtG5pY29zIGRvIApTaXN0ZW1hIGRlIEJpYmxpb3RlY2FzIGRhIFVURlBS4oCdLCBwYXJhIGZpbnMgZGUgbGVpdHVyYSwgaW1wcmVzc8OjbyBlL291IGRvd25sb2FkLCB2aXNhbmRvIGEgCmRpdnVsZ2HDp8OjbyBkYSBwcm9kdcOnw6NvIGNpZW50w61maWNhIGJyYXNpbGVpcmEuCgogIEFzIHZpYXMgb3JpZ2luYWlzIGUgYXNzaW5hZGFzIHBlbG8ocykgYXV0b3IoZXMpIGRvIOKAnFRlcm1vIGRlIEF1dG9yaXphw6fDo28gcGFyYSBQdWJsaWNhw6fDo28gZGUgClRyYWJhbGhvcyBkZSBDb25jbHVzw6NvIGRlIEN1cnNvIGRlIEdyYWR1YcOnw6NvIGUgRXNwZWNpYWxpemHDp8OjbywgRGlzc2VydGHDp8O1ZXMgZSBUZXNlcyBubyBQb3J0YWwgCmRlIEluZm9ybWHDp8OjbyBlIG5vcyBDYXTDoWxvZ29zIEVsZXRyw7RuaWNvcyBkbyBTaXN0ZW1hIGRlIEJpYmxpb3RlY2FzIGRhIFVURlBS4oCdIGUgZGEg4oCcRGVjbGFyYcOnw6NvIApkZSBBdXRvcmlh4oCdIGVuY29udHJhbS1zZSBhcnF1aXZhZGFzIG5hIEJpYmxpb3RlY2EgZG8gQ8OibXB1cyBubyBxdWFsIG8gdHJhYmFsaG8gZm9pIGRlZmVuZGlkby4gCk5vIGNhc28gZGUgcHVibGljYcOnw7VlcyBkZSBhdXRvcmlhIGNvbGV0aXZhIGUgbXVsdGljw6JtcHVzLCBvcyBkb2N1bWVudG9zIGZpY2Fyw6NvIHNvYiBndWFyZGEgZGEgCkJpYmxpb3RlY2EgY29tIGEgcXVhbCBvIOKAnHByaW1laXJvIGF1dG9y4oCdIHBvc3N1YSB2w61uY3Vsby4KRepositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2020-11-19T19:35:02Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
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