Dissertação

{pt_PT=UAV-based Measurement of Marine Vessels Smoke Plumes - Guidance and Control System} {} EVALUATED

{pt=Esta dissertação aborda o desenho de um sistema de Guiamento e Controlo para monitorização aérea, baseada em UAVs, das emissões de gases de embarcações marítimas. Um UAV de asa fixa e velocidade constante é considerado, com o objectivo de seguir um navio com velocidade inferior, proporcionando condições ideais para as medições da pluma de fumo. A solução adotada pode ser dividida em duas partes: uma técnica de planeamento de rota, responsável por gerar um ponto de referência em cada instante de tempo, fornecendo as condições desejadas ao UAV para cumprir os requisitos da missão; e o desenho de uma lei de controlo não-linear, garantindo que a taxa de rumo do UAV converge para a referência. Para o planeamento de rota, um movimento oscilatório foi adotado para o ponto de referência, ajustando a sua trajectória à diferença de velocidades entre os dois veículos, respeitando a taxa de rumo máxima do UAV. Para o problema do controlo, uma nova formulação do erro é proposta, levando ao desenho não-linear com garantias de estabilidade assimptótica global, alcançada através da aplicação de métodos de Lyapunov para sistemas não-lineares em cascata. A lei de controlo então obtida é a principal contribuição deste trabalho, resolvendo o problema do seguimento de trajectórias de referência para veículos não-holonómicos com velocidade constante. Finalmente, o sistema completo é implementado e resultados de simulação são apresentados para suportar os desenvolvimentos teóricos. Condições suficientes para garantir o cumprimento dos limites de atuação são introduzidas, e o desempenho da formulação proposta foi avaliado., en=This dissertation addresses the problem of designing a Guidance and Control (G&C) system for UAV-based monitoring of marine vessels gas emissions. A constant speed, fixed-wing UAV is considered for this purpose, aiming to track a slower vessel and provide enhanced conditions for the smoke plume gas measurements. The adopted solution can be separated into two parts: a path planning approach, in which a virtual reference point is generated, at each time instant, providing the desired trajectory for the UAV to satisfy the given mission restrictions; and a nonlinear control law design, to guarantee that the UAV heading rate converges to the reference trajectory. In terms of path planning, an oscillatory motion was adopted for the reference point, allowing for the compensation of the speed difference between both vehicles, while respecting the UAV maximum heading rate. For the control part, a novel error formulation is proposed, leading to a nonlinear design with global asymptotic stability guarantees, achieved by using Lyapunov-based methods for nonlinear cascade systems. The control law thus obtained is the main contribution of this dissertation, as it solves the reference trajectory tracking control problem for a fixed-speed nonholonomic vehicle. Finally, the overall system is implemented and simulation results are presented to support the theoretical developments. Sufficient conditions to ensure the enforcement of the actuation bounds are introduced, and the performance of the novel error formulation is assessed.}
{pt=Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), Guidance and Control (G&C) System, Trajectory Tracking, Nonholonomic Systems, Nonlinear Control, Lyapunov Design, en=Veículos Aéreos Não Tripulados, Sistema de Guiamento e Controlo, Seguimento de Trajectórias, Sistemas Não-holonómicos, Controlo Não-Linear, Análise de Lyapunov}

Março 20, 2018, 14:0

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