Dissertação

{en_GB=Modelling and Attitude Stabilization of a Tilt-Quadrotor: Simulation and Experimental Validation} {} EVALUATED

{pt=Esta dissertação tem como objectivo a continuação do trabalho previamente desenvolvido no projeto ALIV, ao estudar e desenvolver o Tilt-Quadrotor, um veículo aéreo capaz de descolar e aterrar verticalmente, e também de vôo horizontal de grandes velocidades. Esta plataforma tem uma grande variedade de movimentos, possíveis devido à acção de quatro motores servo que permitem inclinar dois dos quatro rotores. Uma das principais vantagens desta plataforma é a possibilidade de movimento horizontal sem a necessidade de se inclinar. Primeiro introduz-se os modelos dos actuadores do Tilt-Quadrotor, e os seus movimentos principais são explicados e provados matematicamente. De seguida as equações do movimento são definidas e são desenvolvidos os modelos dos sensores presentes no protótipo. O modelo não linear do Tilt-Quadrotor é implementado em Simulink com um controlador LQR, obtido a partir de um modelo linearizado, para a atitude e posição do quadrirotor. São desenvolvidos estimadores, com base no Kalman Filter, para os três angulos de atitude, e para a posição e velocidade vertical. O desempenho dos controladores, assim como dos estimadores são avaliados no simulador desenvolvido, onde se mostra que as técnicas implementadas podem estabilizar o quadrirotor e que este é capaz de efectuar todos os movimentos introduzidos. O trabalho desenvolvido nesta dissertação culmina na validação experimental dos resultados obtidos no simulador. O protótipo ALIV3 foi testado com sucesso, tendo sido demonstrado que é capaz de vôo estável., en=This dissertation aims to continue the work previously developed in the ALIV project, by studying and developing the Tilt-Quadrotor, a flying vehicle capable of both vertical take-off and landing and horizontal high speed flight with great efficiency. This platform has a great range of motions, made possible by the tilting of two of its four rotors by the action of servo motors, with the main advantage being the possibility of horizontal motion without the tilting of the platform central core. First the Tilt-Quadrotor actuator models are introduced and then its principal motions are explained and proven possible mathematically. The equations of motion are defined and the models of the sensors present in the real life prototype are developed. The Tilt-Quadrotor non-linear model is implemented in Simulink with an LQR controller for both position and attitude, obtained from a linearized model. Estimators for all three attitude angles, altitude and vertical velocity are developed based on the Kalman Filter. The performance of all controllers and estimators are assessed in the simulator, where it is shown that the controller and estimator pair can stabilise the platform which is capable of performing all motions. The work presented in this dissertation culminates in the experimental validation of the results obtained in simulation. The ALIV3 prototype was tested and successfully achieved stable flight.}
{pt=Quadrirotor-Tilt, Filtro de Kalman, Regulador Quadrático Linear, Controlo de Atitude, Controlo de Posição, Validação Experimental, en=Tilt-Quadrotor, Tilting rotors, Extended Kalman Filter, Linear-Quadratic-Regulator, Attitude Control, Experimental Validation}

Junho 18, 2018, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Alexandra Bento Moutinho

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Filipe Szolnoky Ramos Pinto Cunha

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar