Modelagem e Controle de um Quadricóptero em Ambiente de Simulação

Vendramini, Luiz Augusto

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43624

Document type:	Trabalho de Conclusão de Curso
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Modelagem e Controle de um Quadricóptero em Ambiente de Simulação
Author:	Vendramini, Luiz Augusto
First Advisor:	Queiroz de Assis, Pedro Augusto
First member of the Committee:	Silva, Higor Luis
Second member of the Committee:	Souza Morais, Tobias
Summary:	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.
Keywords:	Realimentação de estados, Quadricóptero, Estimativas de Estado, Filtragem de Dados, Simulações. State feedback, Quadcopter, State Estimation, Data Filtering, Simulations.
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::DINAMICA DE VOO::ESTABILIDADE E CONTROLE
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Quote:	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.
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43624
Date of defense:	27-Sep-2024
Appears in Collections:	TCC - Engenharia Aeronáutica

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