Estratégia de controle adaptiva para estabilização de um quadricóptero na presença de variação de massa

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Souza, Rafael Monteiro Jorge Alves de
• Orientador(a): Silva, Fábio Vincenzi Romualdo da
• Banca de defesa: Cunha, Marcio José da , Bianco, Aline Fernanda , Morais, Josué Silva de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Engenharia elétrica; Quadricóptero; Sistema de controle ajustável; Controle adaptativo; Simulink; Algoritmos genéticos; Quadrotor; Adaptive Control; Genetic Algorithm
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/18071; http://doi.org/10.14393/ufu.di.2016.560

O presente trabalho objetiva o desenvolvimento de uma estratégia de controle adaptativa capaz de estabilizar e atuar no cumprimento de trajetórias de um veículo quadricóptero. O quadricóptero é definido como uma aeronave de pousos de decolagens verticais (VTOL) e emergiu a partir da segunda metade da década de 2000 como uma plataforma promissora para utilização em diversas finalidades devido, principalmente, à sua simplicidade mecânica, alto payload e robustez. Por isso, essa aeronave tem sido vastamente explorada desde então nas publicações da área, preocupando-se, como este trabalho, em propor metodologias numéricas para aprimorar a autonomia e confiabilidade na utilização prática destes veículos. O modelo matemático do helicóptero foi obtido a partir do formalismo de Euler- Lagrange, considerando um corpo rígido, simétrico e tomando a origem do sistema de coordenadas coincidente com o centro de gravidade do veículo. Como forma de se obter um modelo mais fiel à situação real de voo, o Efeito Giroscópio sobre corpo e as hélices foi considerado. Sob a ótica da engenharia de controle, é considerado um sistema subatuado por possuir 4 entradas (associadas às quatro velocidades angulares dos rotores) e seis variáveis de estado (correspondentes às coordenadas generalizadas da mecânica lagrangeana). A partir do modelo obtido, um simulador foi desenvolvido na plataforma Simulink® como método para aferir sobre a eficácia das estratégias de controle propostas. Inicialmente, foi efetivada a estabilização do veículo por um controlador PID clássico e, em seguida, os resultados foram comparados com os dados presentes na literatura a fim de garantir o bom funcionamento da rotina desenvolvida. Finalmente, uma estratégia de controle PID adaptativo foi proposta a partir da implementação de programação heurística baseada em Algoritmos Genéticos para identificar os ganhos ideais dos controladores das coordenadas z, x e y. Os resultados apontaram um considerável ganho de desempenho do método adaptativo sobre o PID clássico para estabilização e seguimento de trajetórias de um veículo quadrirrotor na presença de variação de massa.