{pt_PT=Incremental Nonlinear Dynamic Inversion applied to Quadrotor UAV Control} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=O trabalho de pesquisa tem como fim o desenvolvimento de uma lei de controlo utilizando o método de Inversão de Dinâmica Não Linear em ambas as variantes, clássica e incremental. Em primeiro lugar é apresentada uma revisão de literatura relevante relacionada com controlo de multirotores, bem como a teoria por detrás do NDI, seguidas pela apresentação de um modelo do quadrirotor. Estas três componentes serviram como bases para a implementação de um controlador de atitude e velocidade vertical utilizando ambas as técnicas, NDI clássico e incremental. No controlador incremental a estimativa da derivada de estado é feita com um filtro passa banda de segunda ordem, que não só estima a derivada, mas também filtra algum ruído de alta frequência oriundo das medidas dos sensores. A plataforma de simulação foi construída em MATLAB/Simulink, incluindo um modelo do quadrirotor e seus sensores. Ambas as leis de controlo foram comparadas com um controlador base, pertencente ao sistema de piloto automático Ardupilot, que utiliza controladores PID, provando a viabilidade destas técnicas não lineares para o controlo de um quadrirotor. A versão incremental foi posteriormente implementada em código Ardupilot e comparada com o controlador original desta plataforma no ambiente de simulação incluído no Ardupilot. Os resultados da simulação provam que o desempenho desta nova técnica é semelhante ao do controlador original, apresentando como vantagens: correr a uma frequência inferior, o que requere menos poder computacional numa aplicação de tempo real; apresenta um número consideravelmente menor de parâmetros a ajustar; posui robustez a incertezas de modelo , en=The research work aims to develop a feasible control law using Nonlinear Dynamic Inversion (NDI) methodology, both in its classical and incremental variants. In first place a review of relevant literature related with nonlinear multirotor control is presented, as well as a background theory in NDI, followed by a modulation of the quadrotor. This three components served as a basis for the implementation of an attitude and vertical velocity controller using both techniques, NDI and Incremental Nonlinear Dynamic Inversion (INDI). In INDI controller the state derivate estimate was performed with a second order bandpass filter, that not only estimates the derivative but also filters part of the high frequency noise from sensor measurements. A simulation platform was built in MATLAB/Simulink, including a model of the quadrotor and of its sensors. Both control laws were compared with a baseline controller from Ardupilot autopilot system that uses PID loops, proving the feasibility of this methods for quadrotor control. The INDI version of the controller was then implemented in Ardupilot code and compared with the original controller from this platform in the simulation environment of Ardupilot (SITL). The simulation results proved that the performance of this new control technique can match the original controller, having the advantages of: running at lower frequency, which requires a smaller computational power in real time applications; presenting a considerably smaller number of parameters to be adjusted; having robustness to model uncertainties.}

Discussão: novembro 21, 2017, 14:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

AUTOR

Ricardo Filipe Encarnação Almeida (ist176106)

ORIENTADOR

José Raul Carreira Azinheira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar