Projeto, identificação e controle de uma plataforma de quadrirotor

• Autor(a) principal: Mollon, Matheus Fernando
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• 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/1/5454
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Sistemas embarcados (Computadores); Drone; Métodos de simulação; Embedded computer systems; Drone aircraft; Simulation methods; Engenharia Mecânica

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento do sistema de aquisição e controle de uma plataforma experimental de quadrirotor, em que seus rotores estão dispostos no formato de cruz (“+"). Além disso, este sistema pode ser configurado com dois ou três graus de liberdade, possibilitando o estudo de suas movimentações angulares de rolagem, arfagem e guinada. A modelagem do sistema é realizada pelo método da prototipagem virtual com auxílio dos softwares SolidWorks e ADAMS. O primeiro foi utilizado para construção do protótipo virtual 3D e identificação de suas propriedades de massa. Já o segundo, é baseado em técnicas de modelagem multicorpos, sendo empregado para obtenção das equações dinâmicas do sistema e geração de seus modelos linear e não linear. Com os modelos obtidos, foram implementadas as técnicas de controle seguidor com atribuição de autoestrutura, LQR-I e PI inspirado na controladora de voo Openpilot, visando controlar a atitude da aeronave. O software utilizado para construção, simulação e sintonia destes controladores foi o MATLAB/Simulink. Para implementação das técnicas de controle e validação dos modelos na plataforma experimental, foram desenvolvidas arquiteturas de aquisição cabeada e sem o, para leitura dos sensores e acionamento dos atuadores do sistema. Para a primeira, a placa de aquisição PCI-6602da National Instruments foi integrada ao software MATLAB/Simulink para realização do controle da aeronave. No entanto, os cabos de ligação dos sensores e atuadores limitavam a movimentação de guinada do sistema. Logo, foram implementadas duas arquiteturas de aquisição sem o em um sistema embarcado na placa Freedom FRDM-K64F da NXP. Estas configurações, permitiram a utilização do microcontrolador como uma placa de aquisição sem o, em que a interação com o software MATLAB/Simulink é baseada na comunicação por rádio frequência, através de protocolos seriais, eliminando a necessidade dos cabos. Somado a isso, para o funcionamento de uma das arquiteturas sem o, as técnica de controle foram embarcadas no microcontrolador do sistema, e uma interface para acionamento por rádio controle foi desenvolvida. Este aspecto é importante para o estudo do quadrirotor desacoplado da plataforma em trabalhos futuros, transformando este sistema embarcado em uma controladora simples de voo. Como forma de validação do trabalho, os controladores foram aplicados na planta de controle, sendo os resultados comparados com as respostas simuladas do sistema. Os resultados foram satisfatórios, visto que o modelo representou o comportamento do sistema real. A técnica de controle com melhor desempenho foi o controlador PI baseado no projeto Openpilot.