Dissertação

{en_GB=Nonlinear Control of Hybrid Drones via optimised control allocation} {} EVALUATED

{pt=Esta dissertação aborda o desenvolvimento de uma estratégia de controlo unificado, baseada em técnicas de controlo não-linear, para UAVs híbridos, mais precisamente UAVs tri-tiltrotor, para que uma trajectória simples seja seguida. Primeiro, o modelo de um UAV tri-tiltrotor é deduzido, detalhando as forças e momentos que actuam sobre o sistema. De seguida, uma estratégia de controlo unificado que considera o sistema como um todo é desenvolvida. Para este efeito, controlo por backstepping e técnicas de optimização não-linear são usados para controlo de posição e atitude de modo a calcular referências de força e momento. Para alocar estas referências, uma estratégia de alocação de controlo baseada em optimização não-linear é proposta. São depois definidas duas trajectórias caracterizadas por um segmento vertical e um segmento horizontal, cada uma com velocidade horizontal diferente. Na primeira trajectória, o UAV deverá transitar de uma configuração de asa-rotativa para asa-fixa, enquanto que na segunda trajectória, o objectivo é que o UAV voe numa configuração intermédia. Para validar esta abordagem de controlo, são realizadas simulações para as trajectórias definidas e os resultados são analisados. Por fim, a instrumentação de um UAV tiltrotor é descrita e verificada com um vôo de teste., en=This dissertation addresses the development of a unified control strategy, based on nonlinear control techniques, for hybrid UAVs, more precisely tri-tiltrotor UAVs, so that a simple trajectory is followed. First, the model of a tri-tiltrotor UAV is derived, detailing the forces and moments that act on the system. Then, a unified control approach that considers the system dynamics as a whole is developed. To this effect, backstepping control and nonlinear optimisation are used for position and attitude control to calculate force and moment references. To allocate these references, a control allocation strategy based on nonlinear optimisation is proposed. Next, two trajectories characterised by an upward motion segment and a forward motion segment, each with a different forward velocity value, are defined. In the first trajectory, the UAV is expected to fully transition from rotary-wing to fixed-wing configuration, while in the second trajectory, the objective is to have the UAV fly in an intermediate configuration. To validate the control approach, simulations for the defined trajectories are performed and the results are analysed. Finally, the instrumentation of a tiltrotor UAV is described and verified with a test flight.}
{pt=UAV Híbrido, UAV tiltrotor, Controlo por backstepping, Alocação de controlo, Seguimento de trajectória, en=Hybrid UAV, Tiltrotor UAV, Backstepping control, Control allocation, Trajectory tracking}

Janeiro 26, 2021, 9:30

Orientação

ORIENTADOR

Bruno João Nogueira Guerreiro

Universidade Nova de Lisboa

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Rita Maria Mendes de Almeida Correia da Cunha

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar