Orientador: Prof. Dr. Luiz de Siqueira Martins Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2015. / Esse estudo trata do problema da exploração de áreas com o propósito de vigilância e de
busca, utilizando um veículo aéreo não tripulado baseado na tecnologia dos quadricópteros. Os quadricópteros são aeronaves que podem realizar decolagens e pousos verticais, e pairagens. A agilidade de movimentação provê muita flexibilidade operacional a esses veículos, tornando-os uma ótima opção para aplicações em missões de busca e vigilância. Nessas missões, as características de voo mais desejáveis são a imprevisibilidade da trajetória de movimento (do ponto de vista de eventuais intrusos) e a varredura rápida da área de interesse. Em muitos casos, não há disponibilidade de um mapa do terreno, o que torna o planejamento de trajetória para a varredura completa uma tarefa difícil. Nesse caso, um movimento previamente não planejado, no sentido estrito do termo, pode ser uma solução atraente para o problema. A busca aleatória por trajetórias, e aquelas baseadas em caos (um comportamento de alguns sistemas dinâmicos não lineares), têm sido
estudadas em aplicações desta natureza. Em nosso estudo, priorizamos a análise de geração de trajetórias com base em movimentos aleatórios muito particulares, denominados na literatura de voos de Lévy. O voo de Lévy é um movimento aleatório (random walk) baseado na função densidade de probabilidade de Lévy, proposta pelo matemático francês Paul Pierre Lévy, cujo padrão de trajetórias é caracterizado por seguidos passos de comprimentos curtos intercalados por um passo de comprimento longo. Além das trajetórias a serem realizadas pelo quadricóptero, esse trabalho compreende o estudo da modelagem da dinâmica de voo e de uma proposta de controle do veículo para alcançar os objetivos das missões.
Os controles desenvolvidos, backstepping e sliding mode, são implantados em modelo de
simulação, onde são testados juntamente com o gerador de trajetórias de referência baseado no voo de Lévy. Um procedimento para cálculo dos ganhos dos controles é proposto, baseado nos requisitos do voo de Lévy e restrições dinâmicas de um quadrirrotor. Resultados de simulação mostram que os controles proposto são capazes de relaizar o voo de Lévy dentro das restrições dinâmicas e operacioanis do veículo. / This study addresses the problem of exploration of areas for the purpose of surveillance and
searching using an unmanned aerial vehicle (quadrotor). Quadrotors are aircraft that can perform vertical take-off and landing, and hovering. Their moving agility provides them operational flexibility, making them a great choice for applications in searching and surveillance missions. In such operations, the most desirable flight characteristics are unpredictable movement path (from the point of view of possible intruders) and fast scan of the area of interest. In many cases, there is no availability of a map of the terrain, which makes the path planning for complete scanning a difficult task. In this case, an unplanned movement, in the strict sense, can be an attractive solution to the problem. Random trajectories, and those based on chaos, a behavior of some nonlinear dynamical
systems, have been studied in applications of this nature. In our study, we prioritize the generation of trajectories based on very specific random movements, known in the literature as Lévy flights.
The Lévy flight is a random motion (random walk) based on the probability density function of
Lévy, proposed by the French mathematician Paul Pierre Lévy, whose default paths are
characterized by repeated steps of short lengths interspersed with a step of long length. In addition to the trajectories to be performed by quadropter, this work concerns the study of the flight dynamics modeling and a proposal of vehicle control to achieve the mission objectives.
The developed controls, backstepping and sliding mode, are implemented in simulation
model, where they are tested together with Lévy flight reference path generator. A procedure to determine the control gain in order to satisfy the Lévy flight requeriments ans quadrotor constraints is proposed. Simulation results show that these controls are suitable for the execution of the Lévy flight respecting the operational and dynamic constraints of the vehicle
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:77493 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Frederico, Leonardo de Avellar |
| Contributors | Martins Filho, Luiz de Siqueira, Ramos, Roberto Luiz da Cunha Barroso, Borges, Geovany Araujo |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, 206 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77493&midiaext=70955, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77493&midiaext=70956, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=77493 |
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