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Dissertação

{pt_PT=Vertical navigation and trajectory tracking for UAV} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=O recente avanço tecnológico de sensores e unidades de processamento permitiu a integração em aplicações civis de Veículos Aéreos Não Tripulados (UAV), capazes de executar missões de vigilância e monitorização em locais inacessíveis. Algumas dessas missões requerem a obtenção de dados de sensores em proximidade a objetos de interesse. Nesta tese, é necessário determinar o caminho que permitirá ao drone voar em segurança evitando colisões com o terreno e mantendo uma altitude baixa e aproximadamente constante acima do solo. Propõe-se um algoritmo de geração de trajetória ótima baseado em métodos iterativos para gerar o caminho ideal para o UAV e um controlador preditivo capaz de seguir esta trajetória com precisão. A solução proposta considera a dinâmica não linear do modelo do sistema e determina uma trajetória discreta que satisfaz as restrições do terreno e de passagem em pontos predefinidos enquanto minimiza uma função de custo. O optimizador de trajetória desenvolvido efetua uma otimização offline tendo em conta a informação de altitude obtida em missões anteriores. Para seguir com precisão a trajetória otimizada na presença de perturbações, este trabalho propõe a implementação de um Controlo Preditivo baseado em modelos dinâmicos. Esta estratégia de planeamento e controlo trata-se de um problema de otimização que tem como objetivo minimizar uma função de custo que penaliza erros de seguimento. Este Controlador foi testado num ambiente de simulação, onde o modelo do drone do projeto FRIENDS permitiu validar a estabilidade e robustez do controlador e a integração do mesmo com o optimizador de trajetória. , en=The recent technological achievements in sensors and embedded systems have prompted the integration in civil applications of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) capable of efficiently executing surveying and monitoring missions in locations otherwise considered inaccessible. Some missions require the acquisition of data close to objects of interest. In this thesis, it is necessary to determine the path that will allow the UAV to fly safely and dynamically by easily avoiding terrain obstacles and while maintaining a constant and close proximity to the ground. This thesis proposes an optimal trajectory generation algorithm based on gradient search to generate the path for the UAV and an optimization controller capable of precisely track those trajectories. The proposed solution considers a non-linear dynamics approximation and determines a discrete trajectory that satisfies Terrain and waypoint tracking constraints and minimizes a cost function. The trajectory optimizer performs an offline preliminary optimization based on previously acquired data of the terrain elevation in the mission’s site. The path planner’s performance is tested and discussed for several scenarios with different elevation profiles. In order to precisely perform Trajectory tracking and path following of the optimum trajectory in the presence of disturbances, this paper also presents the implementation of a Model Predictive Control. This online planning strategy is an optimization problem that aims to minimize a function designed to penalize state errors. The MPC was tested in a physics simulation environment where a model of the FRIENDS project UAV was integrated to further validate the stability and robustness of the controller. }
Keywords: {pt=UAV, Trajetória Ótima, Seguimento de Terreno, Passagem em Pontos Predefinidos, Controlo Preditivo, Seguimento de Trajetória, en=UAV, Optimal trajectory, Terrain-following, Waypoint tracking, Model Predictive Control, Path following}

Discussão: janeiro 21, 2021, 11:0