Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34026
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.creatorArroyo, Alvaro Daniel Herrera-
dc.date.accessioned2022-02-01T14:01:23Z-
dc.date.available2022-02-01T14:01:23Z-
dc.date.issued2021-12-14-
dc.identifier.citationARROYO, Alvaro Daniel Herrera. Modelagem, simulação e controle de uma nova proposta de aeronave tricóptero tilt-wing-coaxial-rotor. 2021. 139 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.716.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34026-
dc.description.abstractIn the last decade, with the continuous development of Drones or Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), a wide variety of models were tested and created, highlighting two types of Drones: multicopters and fixed wings. However, recently, there has been a growing demand to explore the “mixture” between these two types of vehicles. Leading to Vertical Take Off and Landing (VTOL) models, which seek to produce an aircraft capable of having the stability characteristics of a multicopter in hover flight mode, and the speed and high flight time that a fixed wing typically provides in cruise mode (straight level flight). In contrast to the advantages of VTOLs, the challenge with this class of aircraft is that they are subject to a high degree of non-linearity, typical of the mixture between two different aircraft architectures. Additionally, like all air vehicles, they must be able to deal with aerodynamic disturbances in the air. The main objective of this work is to propose a new UAV VTOL architecture with tricopter topology. This aircraft has independent rotor inclination together with wings, vectoring propulsion forces and aerodynamic forces, in order to help control the aircraft, reduce the downwash impact and take advantage of the same rotor structure to exert vehicle movement in several directions. The vehicle uses coaxial-rotors to balance the induced torque between the rotors for every tilting angle and, additionally, to increase the thrust force. The dynamic modeling was developed based on the physical laws that govern the propulsive, aerodynamic and inertial principles. Especially highlighting the mobile center of gravity (CG) due to the fact that the vehicle is characterized as a multi-body system, capable of assuming a non-symmetrical morphology. The aircraft design was made using SolidWorks® 3D design software, considering real electrical and mechanical components in order to obtain a theoretical model of the aircraft as close to reality. The vehicle's inertia tensor was validated by comparing the inertia tensor generated by the mathematical model and the inertia tensor generated by SolidWorks®. For the simulation, the aircraft model was linearized under the hover and cruise flight conditions and the aircraft control was implemented through a cascade control strategy. A state-integrated linear quadratic regulator controller (LQRI) was used to control the linear and angular velocities of the aircraft, while a proportional derivative integral controller (PID) was used to control the aircraft's position and attitude in space. The control strategy adopted allowed for the tracking of trajectories in a satisfactory manner, even in the presence of aerodynamic disturbances.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectControle Ótimopt_BR
dc.subjectOptimal Controlpt_BR
dc.subjectControle PIDpt_BR
dc.subjectPID Controlpt_BR
dc.subjectMecânica do Voopt_BR
dc.subjectFlight Mechanicspt_BR
dc.subjectModelagem Dinâmicapt_BR
dc.subjectDynamic Modellingpt_BR
dc.subjectRastreamento de Trajetóriapt_BR
dc.subjectTrajectory Trackingpt_BR
dc.subjectRotor-coaxialpt_BR
dc.subjectCoaxial-rotorpt_BR
dc.subjectTilt-rotorpt_BR
dc.subjectTilt-rotorpt_BR
dc.subjectVTOLpt_BR
dc.subjectVTOLpt_BR
dc.titleModelagem, simulação e controle de uma nova proposta de aeronave tricóptero tilt-wing-coaxial-rotorpt_BR
dc.title.alternativeModeling, simulation and control of a new proposal of tilt-wing-coaxial-rotor tricopter aircraftpt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR
dc.contributor.advisor-co1Lima, Gabriela Vieira-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6367204273336062pt_BR
dc.contributor.advisor1Morais, Aniel Silva de-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8844251698422960pt_BR
dc.contributor.referee1Morales, Mauricio Andrés Varela-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9213259689156118pt_BR
dc.contributor.referee2Ramos, Daniel Costa-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5562358915665822pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/3286994401789321pt_BR
dc.description.degreenameDissertação (Mestrado)pt_BR
dc.description.resumoNa última década, com o desenvolvimento contínuo de Drones ou Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), uma grande variedade de modelos foi testada e criada, destacando dois tipos de Drones: multicópteros e asas fixas. Contudo, recentemente, tem havido uma demanda crescente por explorar a combinação entre esses dois tipos de veículos, levando aos modelos de decolagem e pouso vertical (Vertical Take Off and Landing - VTOL), que buscam produzir uma aeronave capaz de ter as características de estabilidade de um multicóptero no modo de voo pairado no ar (hover) e a velocidade e autonomia de voo elevada que uma asa fixa geralmente fornece no modo de voo cruzeiro (voo reto nivelado). Em contrapartida às vantagens do VTOL, o desafio com esta classe de aeronaves é que estas estão sujeitas a um alto grau de não-linearidade, próprio da mistura entre duas arquiteturas de aeronave diferentes. Adicionalmente, como todo veículo aéreo, devem ser capazes de lidar com perturbações atmosféricas no ar. O objetivo principal deste trabalho é o de propor uma nova arquitetura de VANT VTOL com topologia tricóptero. Esta aeronave conta com inclinação independente de rotores em conjunto com asas, vetorizando forças de propulsão e forças aerodinâmicas, com o objetivo de auxiliar no controle da aeronave, diminuir o impacto de downwash e aproveitar uma mesma estrutura de rotores para exercer movimento do veículo em várias direções. O veículo usa rotores-coaxiais para balancear o torque induzido entre os rotores para todo ângulo de inclinação dos mesmos e, adicionalmente, aumentar a força de tração. A modelagem dinâmica foi desenvolvida tomando como base as leis físicas que regem sobre os princípios propulsivos, aerodinâmicos e inerciais. Destacando especialmente o centro de gravidade (CG) móvel devido ao veículo se caracterizar por ser um sistema multi corpo, com capacidade de assumir uma morfologia não simétrica. O design da aeronave foi feito através do software de desenho 3D SolidWorks®, considerando componentes elétricos e mecânicos reais de forma a obter um modelo teórico da aeronave o mais próximo da realidade. O tensor de inércia do veículo foi validado através da comparação do tensor de inércia gerado pelo modelo matemático e o tensor de inércia gerado pelo SolidWorks®. Para a simulação, o modelo da aeronave foi linearizado nas condições de voo hover e cruzeiro e o controle da aeronave foi implementado através de uma estratégia de controle em cascata. Um controlador regulador linear quadrático com integração de estados (LQRI) foi utilizado para controlar as velocidades lineares e angulares da aeronave, enquanto que um controlador proporcional integral derivativo (PID) foi usado para controlar a posição e atitude da aeronave no espaço. A estratégia de controle adotada permitiu realizar o seguimento de trajetórias de forma satisfatória, mesmo na presença de perturbações atmosféricas.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétricapt_BR
dc.sizeorduration139pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOO::ESTABILIDADE E CONTROLEpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOOpt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.716pt_BR
dc.orcid.putcode107471638-
dc.crossref.doibatchid5a87739a-a074-4c3e-910d-0dce346aac61-
dc.subject.autorizadoEngenharia elétricapt_BR
dc.subject.autorizadoAeronaves - Métodos de simulaçãopt_BR
dc.subject.autorizadoDrone- Métodos de simulaçãopt_BR
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Elétrica

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ModelagemSimulaçãoControle.pdfDISSERTAÇÃO8.86 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons