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dc.creatorMarques, Felipe Machini Malachias-
dc.date.accessioned2022-04-08T13:22:15Z-
dc.date.available2022-04-08T13:22:15Z-
dc.date.issued2022-02-11-
dc.identifier.citationMARQUES, Felipe Machini Malachias. Efeitos da inclusão de mecanismos tilt-rotor no contexto de multirrotores. 2022. 188 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.15.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/34631-
dc.description.abstractStandard fixed-rotor multi-copters are classified as underactuated systems. For such cases, position and attitude control cannot be achieved independently due to the number of control inputs. To overcome this, novel multi-copter designs containing vectoring thrust mechanisms have been studied. This strategy, denominated tilt mechanism, has been widely employed on bi-copters, tri-copters, quad-copters and hexa-copters. In this context, this study concerns the dynamical modeling of a tilting rotor multi-copter aerial vehicle capable of tilting its motors laterally. Based on that, the control decoupling properties of the model are explored emphasizing the trade-off between mechanical complexity versus system maneuverability and controllability. For this, a tilt-rotor bi-copter test bench is developed for model and control validation. Then, two control design formulations are proposed and validated experimentally. First, the Linear Quadratic Tracking (LQT) is employed for trajectory tracking considering fixed and tilt-rotor configurations. In the sequel, a Model Predictive Controller (MPC) is designed for position tracking considering tilt deflection limitations, actuator dynamics and control decoupling between attitude and horizontal displacement. The results have shown that the tilt mechanism dynamics have major influence in lateral motion of the multi-copter. Moreover, the MPC dynamic decoupling control strategy presented some improvement over the LQT controller being able to properly handle the tilt-deflection constraints.pt_BR
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superiorpt_BR
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológicopt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectMulti-copterspt_BR
dc.subjectTilt-rotorpt_BR
dc.subjectUnmanned Aerial Vehicle (UAV)pt_BR
dc.subjectModel Predictive Control (MPCpt_BR
dc.subjectLinear Quadratic Regulatorpt_BR
dc.subjectBi-dopterpt_BR
dc.subjectVeículos Aéreos Não Tripulados (VANTS)pt_BR
dc.subjectControle Preditivopt_BR
dc.subjectMultirrotorpt_BR
dc.subjectVetorização de empuxopt_BR
dc.subjectRegulador Linear Quadráticopt_BR
dc.titleEffects of endowing tilt-rotor mechanisms in the context of multi-copterspt_BR
dc.title.alternativeEfeitos da inclusão de mecanismos tilt-rotor no contexto de multirrotorespt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor1Finzi Neto, Roberto Mendes-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3792275882221002pt_BR
dc.contributor.referee1Cavalini, Aldemir Aparecido Junior-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0387727577180664pt_BR
dc.contributor.referee2Raffo, Guilherme Vianna-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8001209726245510pt_BR
dc.contributor.referee3Galvão, Roberto Kawakami Harrop-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2331014850737529pt_BR
dc.contributor.referee4Gonçalves, Rogério Salles-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/9474579551520236pt_BR
dc.contributor.referee5Molina, Fabian Andres Lara-
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/9396512408023675pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1185640820902572pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoEm geral, multirrotores com rotores fixos são classicados como sistemas subatuados. Nesses casos, o número de variáveis de controle torna inviável realizar o controle de posição e atitude de forma independente. A fim de reverter esse cenário, novas configurações de multirrotores contendo mecanismos de vetorização de empuxo têm sido estudadas. Essa estratégia, denominada tilt-rotor, vêm sendo empregada em bicópteros, tricópteros, quadcópteros e hexacópteros. Nesse contexto, o presente estudo trata da modelagem dinâmica e controle de um veículo multirrotor tilt-rotor capaz de rotacionar seus motores lateralmente. Assim, busca-se explorar as propriedades de desacoplamento de controle do sistema enfatizando a ponderação entre complexidade mecânica versus a controlabilidade e manobrabilidade do veículo. Para isso, é proposto o desenvolvimento de uma bancada contendo um bicóptero tilt-rotor para validação do modelo e leis de controle. Então, duas formulações de controle são propostas e validadas experimentalmente. A primeira delas é baseada na técnica Linear Quadratic Tracking (LQT) empregada para rastrear um sinal de referência considerando configurações com rotores fixos e tilt. Em seguida, projeta-se o controlador a partir da concepção do Model Predictive Control (MPC) para rastreamento de posição considerando limitações nas deflexões do tilt, a dinâmica do atuador e o desacoplamento de controle entre deslocamento horizontal e atitude. Os resultados obtidos mostram que a dinâmica do mecanismo de vetorização de empuxo tem grande influência sobre o movimento lateral do multirrotor. Ainda, a estratégia de desacoplamento de controle junto com a técnica MPC apresentou melhorias significativas sobre o LQT tendo em vista a sua capacidade de gerenciar as restrições de deflexão do mecanismo tilt.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.sizeorduration188pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOO::ESTABILIDADE E CONTROLEpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::CONTROLE DE SISTEMAS MECANICOSpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROJETOS DE MAQUINAS::TEORIA DOS MECANISMOSpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS::CONTROLE DE PROCESSOS ELETRONICOS, RETROALIMENTACAOpt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2022.15pt_BR
dc.orcid.putcode111181523-
dc.crossref.doibatchideb19df5b-7029-48bd-a53b-06022b145932-
dc.subject.autorizadoEngenharia mecânicapt_BR
dc.subject.autorizadoPesquisa (Vetor)pt_BR
dc.subject.autorizadoRotores - Dinâmicapt_BR
dc.subject.autorizadoControle preditivopt_BR
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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