Controle e estabilização de aeronaves não tripuladas submetidas a falhas nos motores

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Bulhões, Júnio Santos lattes
Orientador(a): Calixto, Wesley Pacheco lattes
Banca de defesa: Calixto, Wesley Pacheco, Magalhães, Alana da Silva, Coimbra, Antonio Paulo, Araújo, Wanderson Rainer Hilário de, Martins, Marcella Scoczynski Ribeiro
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Goiás
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e da Computação (EMC)
Departamento: Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG)
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/13469
Resumo: The objective of this work was to develop a methodology that utilizes control techniques to stabilize unmanned aerial vehicles subjected to engine failures. The methodology includes the creation of a test bench that allows independent rotational movements of ϕ and θ, eliminating translational movements and reducing its interference with the aircraft’s inertia matrix. Control techniques are implemented to stabilize the aircraft in situations of propulsor failure. The experiments demonstrate an improvement in the aircraft’s stability, with a reduction of more than 80% in the effects produced by the failure in the initial moments and the maintenance of stability in scenarios with up to 30% propulsor performance degradation. The proposed method surpasses other approaches in terms of efficiency and preservation of the aircraft’s autonomy. Both the developed test bench and the simulator are validated, and the auxiliary control that operates post-failure is tested in simulation and on the test bench, demonstrating its ability to stabilize the aircraft during failures in one of its propulsors, providing a viable and efficient solution for real-world situations.
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The methodology includes the creation of a test bench that allows independent rotational movements of ϕ and θ, eliminating translational movements and reducing its interference with the aircraft’s inertia matrix. Control techniques are implemented to stabilize the aircraft in situations of propulsor failure. The experiments demonstrate an improvement in the aircraft’s stability, with a reduction of more than 80% in the effects produced by the failure in the initial moments and the maintenance of stability in scenarios with up to 30% propulsor performance degradation. The proposed method surpasses other approaches in terms of efficiency and preservation of the aircraft’s autonomy. Both the developed test bench and the simulator are validated, and the auxiliary control that operates post-failure is tested in simulation and on the test bench, demonstrating its ability to stabilize the aircraft during failures in one of its propulsors, providing a viable and efficient solution for real-world situations.O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia que utiliza técnicas de controle para estabilizar aeronaves não tripuladas submetidas a falhas em um dos motores. A metodologia inclui a criação de bancada que permita movimentos rotacionais independentes de ϕ e θ, eliminando movimentos de translação e reduzindo sua interferência na matriz de inércia da aeronave. Técnicas de controle são implementadas para estabilizar a aeronave em situações de falha em um dos propulsores. Os experimentos demonstram melhoria na estabilidade da aeronave, com redução de mais de 80% dos efeitos produzidos pela falha nos instantes iniciais e a manutenção da estabilidade em cenários com falhas de até 30% no desempenho do propulsor. O método proposto supera outras abordagens em termos de eficiência e preservação da autonomia da aeronave. Tanto a bancada quanto o simulador desenvolvido são validados, e o controle auxiliar que atua após a falha é testado em simulação e na bancada, demonstrando sua capacidade de estabilizar a aeronave durante falhas em um dos seus propulsores, proporcionando solução viável e eficiente para situações reais.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESporUniversidade Federal de GoiásPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e da Computação (EMC)UFGBrasilEscola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RMG)Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessQuadricópteroSistemas de controleFalhas nos motoresControle por modos deslizantesModelagem de sistemaSimulaçãoQuadcopterControl systemsMotor failuresSliding mode controlSystem modelingSimulationCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOControle e estabilização de aeronaves não tripuladas submetidas a falhas nos motoresControl and stabilization of unmanned aerial vehicles subjected to engine failuresinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFGinstname:Universidade Federal de Goiás (UFG)instacron:UFGCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805http://repositorio.bc.ufg.br/tede/bitstreams/24175214-f160-4a2b-91d7-f1b636982d25/download4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.bc.ufg.br/tede/bitstreams/6c807d86-43d3-4b79-82eb-4b024adce97e/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD51ORIGINALTese - Júnio Santos Bulhões - 2024.pdfTese - Júnio Santos Bulhões - 2024.pdfapplication/pdf8363998http://repositorio.bc.ufg.br/tede/bitstreams/bdb24ccb-a83d-4c30-a69e-7c6a1529d08b/download437163f846f40f9207d6566563a6be5dMD53tede/134692024-10-03 11:56:49.402http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalopen.accessoai:repositorio.bc.ufg.br:tede/13469http://repositorio.bc.ufg.br/tedeRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.bc.ufg.br/tedeserver/oai/requestgrt.bc@ufg.bropendoar:oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/12342024-10-03T14:56:49Repositório Institucional da UFG - Universidade Federal de Goiás (UFG)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