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Dissertação

Design, implementation, and evaluation of position controllers for multirotor vehicles EVALUATED

Detalhes: O quadrotor é um veículo aéreo não-tripulado designado pela sigla UAV (Unmanned Aerial Vehicle), com inúmeras aplicações no quotidiano, cujo sistema de controlo é um tema de estudo popular. O quadrotor é um sistema subatuado com uma dinâmica não-linear e o seu sistema de controlo apresenta, tipicamente, uma estrutura com anel interno e externo. Existem várias técnicas utilizadas para controlar o veículo mas, recentemente, o estado da arte do seguimento de trajetórias não inclui uma comparação precisa dos diferentes controladores de posição e orientação. Esta tese concebe, implementa, e avalia controladores de seguimento de trajetórias para o quadrotor, sujeitos às mesmas restrições ambientais, garantindo uma comparação justa. Primeiro, elaboram-se variações, baseadas em Backstepping e Sliding Mode, de um controlador com anel interno e externo, usando a teoria de Lyapunov para provar a estabilidade. Os controladores são implementados utilizando o Simulink e o PX4 Autopilot; recorrendo ao Gazebo para criar os ambientes de simulação mais realistas, os controladores são avaliados ao seguir trajetórias, com e sem a influência do vento. Adicionalmente, elaborou-se um controlador adaptativo, considerando apenas a malha exterior do sistema, avaliando a resposta do sistema quando o parâmetro da massa é modificado. As métricas utilizadas para a avaliação são os erros absolutos médio e integral, a variância, e o tempo de estabilização do erro de posição. As conclusões confirmam que, entre os controladores, a variação Proporcional Integral Derivativa, e, dos controladores não-integrais, o Sliding Mode, revelam melhor desempenho no seguimento da trajetória e na rejeição de perturbações.
Keywords: quadrotor, controlador de seguimento de trajetórias, projeto de controladores, backstepping

Discussão: novembro 27, 2023, 12:0