Publicação: Modelagem e Controle de um Quadricóptero em Ambiente de Simulação
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOO::ESTABILIDADE E CONTROLE
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Resumo
No presente trabalho, desenvolve-se um sistema de controle para atitude e posição de um quadricóptero. Com esse propósito, primeiramente elabora-se um modelo dinâmico para o veículo seguindo o formalismo de Newton-Euler. Em seguida, buscando aumentar a representatividade da simulação, incluem-se modelos para os sensores tipicamente instalados no veículo: acelerômetro, giroscópio, magnetômetro e GPS. As estimativas dos estados de atitude são obtidas pela fusão dos dados desses sensores, exceto o GPS, que é especificamente utilizado para estimar os estados de posição, após a aplicação de uma filtragem. O sistema de controle é projetado considerando o modelo de atitude linearizado e o de posição simplificado. Ambos os modelos resultantes são discretizados e empregados no projeto. Especificamente, os controladores são baseados na realimentação de estados, com as matrizes de ganhos ajustadas utilizando o Regulador Linear Quadrático.
Os resultados de simulação mostram que o sistema de controle proposto é capaz de levar
o veículo às posições desejadas e seguir trajetórias variadas. Entretanto, os resultados
revelam um certo atraso em seguir as referências, especialmente na estabilização do estado
de arfagem ψ. Acredita-se que esse problema pode ser resolvido modificando as matrizes
de peso adotadas.
Abstract
In this work, a control system for attitude and position of a quadcopter is developed. To achieve this, a dynamic model for the vehicle is first elaborated following the Newton-Euler formalism. Next, to increase the simulation's representativeness, models for the sensors typically installed on the vehicle, such as accelerometer, gyroscope, magnetometer, and GPS, are included. Attitude state estimates are obtained by fusing data from these sensors, except for the GPS, which is specifically used to estimate position states after filtering. The control system is designed considering the linearized attitude model and the simplified position model. Both resulting models are discretized and employed in the design. Specifically, the controllers are based on state feedback, with gain matrices adjusted using the Linear Quadratic Regulator (LQR).
Simulation results show that the proposed control system can drive the vehicle to desired positions and follow varied trajectories. However, the results reveal a certain delay in following references, especially in stabilizing the yaw state ψ. It is believed that this issue can be resolved by adjusting the weighting matrices.
Palavras-chave
Realimentação de estados, Quadricóptero, Estimativas de Estado, Filtragem de Dados, Simulações., State feedback, Quadcopter, State Estimation, Data Filtering, Simulations.
Citação
VENDRAMINI, Luiz Augusto. Modelagem e Controle de um Quadricóptero em Ambiente de Simulação. 2024. 60 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica ) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.