Controle de estabilização de voo de VANTs quadrirrotores: modelagem, controle, simulação e prototipagem - Lima, Fernando Mascagna Bittencourt [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020)
O controle de estabilização do voo de VANTs (veículos aéreos não tripulados) quadrirrotores abrange diversas áreas do conhecimento da engenharia, tais como mecânica, eletrônica e computação. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de diferentes controladores para tal estabilização. Diferentes controladores (lineares e não lineares) foram desenvolvidos e avaliados a fim de estabelecer um comparativo entre os resultados obtidos para cada um e determinar qual deles é o mais eficiente para diferentes condições de voo. Para tal desenvolvimento, um modelo matemático do VANT em questão foi obtido a fim de possibilitar o projeto dos controladores. Este modelo utilizou os parâmetros de um quadrirrotor real que também foi desenvolvido neste projeto para validação da eficiência dos controladores desenvolvidos. O protótipo foi projetado de tal forma a possuir uma autonomia de voo suficiente para realização dos testes, resistência mecânica a todos as condições que pode ser exposto durante o voo, tais como vento e vibrações geradas, e ser controlável. Para a validação da eficiência dos controladores desenvolvidos, foram realizadas tanto simulações quanto testes aplicados ao protótipo fixado a uma estrutura giroscópica de testes. Para a realização das simulações, a planta a ser controlada foi o modelo encontrado anteriormente. Os resultados das simulações mostraram que todos os controladores desenvolvidos são capazes de estabilizar o voo do quadrirrotor. Já os testes aplicados ao protótipo sofreram interferências não modeladas como acoplamento de inércia da estrutura de teste e não linearidades não mapeadas. Isso fez com os resultados encontrados se distanciassem dos resultados obtidos nas simulações.

The flight stabilization control of quadrotor UAVs (unmanned aerial vehicles) covers several areas of engineering knowledge, such as mechanics, electronics and computing science. The objective of this work is the development of different controllers for such stabilization. Different controllers (linear and non-linear) were developed and evaluated in order to establish a comparison between the results obtained for each one and to determine which one is the most efficient for different flight conditions. For such development, a mathematical model of the UAV in question was obtained in order to enable the design of the controllers. This model used the parameters of a real quadrirotor that was also developed in this project to validate the efficiency of the developed controllers. The prototype was designed to have sufficient flight autonomy to carry out the tests, mechanical resistance to all conditions that can be exposed during the flight, such as wind and generated vibrations, and be controllable. In order to validate the efficiency of the developed controllers, simulations and tests were applied to the prototype attached to a gyroscopic test structure. To perform the simulations, the plant to be controlled was the model previously found. The results of the simulations showed that all the controllers developed are capable of stabilizing the flight of the quadrotor. The tests applied to the prototype, on the other hand, suffered non-modeled interferences such as inertia coupling of the test structure and non-mapped non-linearities. This caused the results found to differ from the results found in the simulations.
Flight stabilization control of quadrotor UAVs: modeling, control, simulatório and prototyping
Keywords: Quadrirrotor; Modelagem; Controle; Prototipagem; Quadrotor; Modeling; Control; Prototyping