Dissertação

{pt_PT=Multi-vehicle Cooperative Control for Load Transportation} {} EVALUATED

{pt=O objetivo do trabalho proposto é desenvolver algoritmos de controlo cooperativo de veículos quadrirotor para transporte conjunto de uma carga suspensa. O problema contempla dois quadrirotores, com uma metodologia que pode ser utilizada para qualquer número de veículos. Foi derivado um modelo completo do sistema, considerando a carga como um ponto, os cabos rígidos e sem massa e omitindo quaisquer efeitos aerodinâmicos dos cabos no modelo. Foi explorado o conceito de differential flatness, o qual foi aplicado ao modelo, resultando na definição de um conjunto de saídas "flat" de fácil interpretação física para caracterização do sistema e que constituem uma alternativa em relação aos existentes na literatura. São também apresentados exemplos de trajetórias, considerando o vector de saídas proposto. Um controlador não linear baseado na teoria de Lyapunov é desenvolvido, tendo para tal sido definidos mapeamentos adequados entre os vetores de tensão dos cabos e os vetores de propulsão dos quadrirotores, explorando a analogia com o problema de controlo de um quadrirotor em voo livre. São apresentados resultados de simulações para o seguimento de diferentes trajectórias desejadas para a carga, os quais foram comparados com a solução encontrada para controlar cada veículo de forma independente, por forma a evidenciar o desempenho superior da solução cooperativa proposta. Por fim, são apresentadas algumas sugestões para trabalho futuro que incluem reduzir as aproximações do modelo, generalizar o algoritmo de controlo e abordar o problema de estimação das diferentes variáveis de estado do sistema., en=This work proposes a cooperative control solution to the problem of transporting a suspended load using multiple quadrotor vehicles. The problem is addressed for two quadrotors, with a methodology that can be generalized for any number of quadrotors. A dynamic model of the system is developed, considering a point-mass load, rigid massless cables, and neglecting aerodynamic effects of the cables. The concept of differential flatness is explored and a new set of flat outputs, which can be used to fully characterize the state of the system, is proposed. A nonlinear Lyapunov-based controller in cascaded form is derived, by defining adequate mappings between the cable tension vectors and the quadrotor thrust vectors and exploring the analogy with the problem of controlling a single quadrotor. Simulation results are presented for tracking of load trajectories. Comparisons are made with a free-flying quadrotor control scheme to highlight the enhanced performance of the proposed scheme. Future work is then suggested to increase the accuracy of the full model, generalizing the control scheme and referring to a few estimation problems. }
{pt=controlo não-linear, differential flatness, sistemas em cascata, veículos autónomos, transporte de cargas suspensas, en=nonlinear control, differential flatness, cascaded systems, autonomous vehicles, slung-load transportation}

Junho 27, 2019, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Paulo Jorge Coelho Ramalho Oliveira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Rita Maria Mendes de Almeida Correia da Cunha

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Auxiliar Convidado