Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de uma estratégia de controle
adaptativa capaz de estabilizar e atuar no cumprimento de trajetórias de um veículo quadricóptero.
O quadricóptero é definido como uma aeronave de pousos de decolagens verticais (VTOL) e emergiu a partir da segunda metade da década de 2000 como uma plataforma
promissora para utilização em diversas finalidades devido, principalmente, à sua simplicidade
mecânica, alto payload e robustez. Por isso, essa aeronave tem sido vastamente explorada
desde então nas publicações da área, preocupando-se, como este trabalho, em propor metodologias numéricas para aprimorar a autonomia e confiabilidade na utilização prática destes veículos.
O modelo matemático do helicóptero foi obtido a partir do formalismo de Euler-
Lagrange, considerando um corpo rígido, simétrico e tomando a origem do sistema de
coordenadas coincidente com o centro de gravidade do veículo. Como forma de se obter um
modelo mais fiel à situação real de voo, o Efeito Giroscópio sobre corpo e as hélices foi
considerado. Sob a ótica da engenharia de controle, é considerado um sistema subatuado por possuir 4 entradas (associadas às quatro velocidades angulares dos rotores) e seis variáveis de
estado (correspondentes às coordenadas generalizadas da mecânica lagrangeana).
A partir do modelo obtido, um simulador foi desenvolvido na plataforma Simulink®
como método para aferir sobre a eficácia das estratégias de controle propostas. Inicialmente,
foi efetivada a estabilização do veículo por um controlador PID clássico e, em seguida, os
resultados foram comparados com os dados presentes na literatura a fim de garantir o bom funcionamento da rotina desenvolvida.
Finalmente, uma estratégia de controle PID adaptativo foi proposta a partir da
implementação de programação heurística baseada em Algoritmos Genéticos para identificar os ganhos ideais dos controladores das coordenadas z, x e y.
Os resultados apontaram um considerável ganho de desempenho do método adaptativo sobre o PID clássico para estabilização e seguimento de trajetórias de um veículo quadrirrotor
na presença de variação de massa. / This work aims the development of an adaptive control strategy on stabilization and path tracking tasks of a quadrotor vehicle.
The quadrotor is defined as a Vertical Take Off and Landing (VTOL) aircraft and it has emerged, in the second half of the 2000s as a promising platform for use in many purposes,
mainly due to its mechanical simplicity, high payload and robustness. Therefore, this aircraft
has been widely exploited on this area, which researches has focusing, as this work , to
propose numerical methods in order to improve the autonomy and reliability in practical use
of these vehicles.
The helicopter model of the helicopter was obtained from the Euler-Lagrange formalism, considering it as a rigid body, symmetrical and taking the origin of the coordinate
system coincides with the center of gravity of the vehicle. In order to obtain a more accurate
model compared to the actual flight situation, the Gyro effect on body and propellers was considered. From the perspective of control engineering, it is considered an underactuated
system which has 4 inputs (associated with four angular velocities of the rotors) and six state
variables (corresponding to generalized coordinates of Lagrangian mechanics)
A simulator was developed on Simulink® platform evaluated from the model obtained as a way to check on the effectiveness of the proposed control strategies. Initially, it was implemented a classic PID controller in order to stabilize the, and then the results were
compared to the data present in the literature in order to ensure the reliability of the routine
implemented.
Lastly, an adaptive PID control strategy was proposed from the implementation of heuristic programming based on genetic algorithms to identify optimal gains controllers to the
coordinates z , x and y subsystems.
The results indicated a significant performance gain of the adaptive method over the
classic PID for stabilization and path tracking tasks of a quadrirrotor vehicle in the presence of mass variation. / Dissertação (Mestrado)
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/18071 |
| Date | 27 October 2016 |
| Creators | Souza, Rafael Monteiro Jorge Alves de |
| Contributors | Silva, Fábio Vincenzi Romualdo da, Cunha, Marcio José da, Bianco, Aline Fernanda, Morais, Josué Silva de |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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