PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
PT EN
Master's Dissertation 2022

Guiamento por waypoints para multicopteros usando controladores por modos deslizantes

Author

Luiz Gustavo Pereira Roéfero

Concentration Area

Projeto Aeronáutico, Estruturas e Sistemas Aeroespaciais

Defense Date

24/06/2022

Thesis Number

78526

Abstract

Os veículos aéreos de múltiplos rotores têm demonstrado grande aplicabilidade na realização de tarefas urbanas críticas com necessidade de mobilidade aérea. Visando atender aos requisitos de estabilização desses veículos, vários trabalhos na literatura apresentam foco no desenvolvimento da área de controle de voo. Contudo, existem poucos trabalhos relacionados com o guiamento robusto desses veículos ao longo de uma trajetória previamente conhecida. Portanto, esta dissertação de mestrado lida com o projeto de uma malha de guiamento robusta para dois veículos aéreos de múltiplos rotores: um quadricóptero subatuado e um hexacóptero omnidirecional completamente atuado. O principal objetivo é fazer com que esses veículos visitem uma dada sequência de waypoints, a despeito da influência de incertezas e distúrbios. Para enfrentar o problema, adota-se uma malha interna de controle de voo estabilizante e previamente conhecida, bem como uma malha externa de guiamento, a qual fornece comandos de posição e atitude para a malha interna previamente mencionada. Primeiramente, realizou-se a modelagem dinâmica dos veículos aéreos considerados. Posteriormente, para o projeto das leis de controle de voo, adota-se uma suposição de separação em escala de tempo entre a dinâmica de rotação e de translação da aeronave subatuada. Depois disso, o projeto da lei de guiamento 'e feito utilizando a metodologia de controle por modos deslizantes integrais de primeira ordem, com múltiplas entradas e adaptação de ganhos de chaveamento. Essa abordagem visa tanto a eliminação da fase de reaching como a atenuaçao do efeito de chattering, além de permitir que o limitante do distúrbio seja desconhecido. Em particular, buscou-se uma lei de adaptação de ganhos de chaveamento que realmente garantisse a existência de um modo deslizante integral. As leis de guiamento projetadas foram avaliadas por meio de simulação numérica para ambos os tipos de aeronaves. Além disso, um método de quantificação do efeito do chattering foi utilizado para avaliar os resultados. Por este método foi possível perceber que o controle por modos deslizantes integrais e adaptativos proposto neste trabalho 'e vantajoso em relação a um método específico da literatura, tanto na atenuação do chattering, quanto na garantia da existência de modos deslizantes efetivamente integral. Além disso, notou-se que a aplicação de um modo deslizante convencional à malha de guiamento violará a hipótese de separação em escala de tempo feita para o quadricóptero subatuado. Portanto, foi necessária a suavização do sinal de guiamento.

Keywords

Aeronave não-tripulada Controle de voo Guiamento (movimento) Controle de aeronaves Engenharia aeronáutica Controle