Implementação de controle não linear para drone quadrirrotor com fusão de sensores por filtro de Kalman
| dc.contributor.advisor | Gonçalves, Eduardo Nunes | |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/4167566933927576 | |
| dc.contributor.author | Oliveira, Waldri dos Santos | |
| dc.contributor.referee1 | Eduardo Nunes Gonçalves | |
| dc.date.accessioned | 2023-08-04T11:26:47Z | |
| dc.date.available | 2023-08-04T11:26:47Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.description.abstract | Objetivo desta dissertação de mestrado é a construção de um protótipo de quadrirrotor, um veículo aéreo não tripulado, que permita a implementação e avaliação de estratégias de controle para a estabilização e controle de seus ângulos de atitude. São descritos todos os componentes que compõem o protótipo, entre eles, motores CC brushless para acionamentos das hélices, sistema de controle de velocidade eletrônico dos motores, sensores e microcontrolador. Para implementação das lógicas de medição e controle, é utilizada uma plataforma aberta de hardware, a Arduino®. No controle de quadrirrotores é fundamental a precisão na medição dos ângulos de atitude, o que afeta a sua estabilidade e segurança. Para a medição dos ângulos de atitude é utilizada uma unidade de medição inercial, composta por um acelerômetro e um giroscópio, construída na forma de um circuito integrado utilizando a tecnologia de sistemas microeletromecânicos. É adotada uma metodologia de fusões de sinais, que utiliza o filtro de Kalman, para determinação do ângulo de atitude a partir dos sinais do giroscópio e do acelerômetro. A metodologia de medição é implementada e avaliada na plataforma Simulink® para MATLAB® para posterior implementação na plataforma Arduino®. É apresentada a modelagem matemática de quadrirrotores que é utilizada para a representação do comportamento do protótipo. Os parâmetros do modelo do protótipo de quadrirrotor são determinados a partir de cálculos baseados nos dados construtivos e por intermédio de testes experimentais. O modelo obtido é utilizado para simulação na plataforma Simulink® para MATLAB®, permitindo o projeto e a avaliação da estratégia de controle. É adotada uma técnica de controle não linear, backstepping, que é avaliada tanto por meio de simulação computacional como por testes experimentais no protótipo de quadrirrotor. A metodologia de controle, juntamente com a fusão de sensores pelo filtro de Kalman, são implementadas na plataforma Arduino® para o controle em tempo real do protótipo de quadrirrotor. Os parâmetros do controlador são obtidos por uma técnica de otimização disponível na plataforma Simulink®. A técnica de projeto empregada é baseada na obtenção do controlador que garante limites especificados para a resposta transitória da saída controlada. Os resultados experimentais são compatíveis com os resultados de simulação. É verificada a adequação da técnica de controle backstepping para o controle de atitude. Também é comprovada a eficiência do procedimento adotado para o projeto dos parâmetros do controlador não linear. | |
| dc.description.abstractother | The objective of this master's dissertation is the construction of a prototype of quadrotor, an unmanned aerial vehicle, that allows the implementation and evaluation of control strategies for the stabilization and control of its attitude angles. All the components that make up the prototype are described, among them, brushless DC motors for propeller drives, electronic speed control system for motors, sensors and microcontroller. For the implementation of measurement and control logic, an open hardware platform, Arduino®, is applied. In the control of the quadrotor, accuracy in the measurement of attitude angles is fundamental, which affects the stability and safety. For the measurement of the attitude angles, it is applied an inertial measurement unit, composed of an accelerometer and a gyroscope, that is built in the form of an integrated circuit using microelectromechanical system technology. A signal fusion method, using the Kalman filter, is applied to determine the attitude angle from the gyroscope and accelerometer signals. The measurement methodology is implemented and evaluated on the Simulink® platform for MATLAB® for later implementation on the Arduino® platform. It is presented the mathematical modeling of quadrotor that is applied to represent the behavior of the prototype. The parameters of the quadrotor model are determined from calculations based on the constructive data and by means of experimental tests. The obtained model is applied for simulation in the Simulink platform for MATLAB, allowing the design and evaluation of the control strategy. A non linear control technique, backstepping, is adopted, which is evaluated both by means of computational simulation as well by experimental tests in the quadrotor prototype. The control methodology, coupled with the fusion of sensors by the Kalman filter, are implemented in the Arduind® platform for the real-time control of the quadrotor prototype. The controller parameters are achieved by means of an optimization technique available on the Simulink® platform. The employed design technique is based on obtaining the controller that guarantees specified limits for the transient response of the controlled output. The experimental results arg compatible with the simulation results. It is verified the adequacy of the backstepping control technique for the attitude control. It is also proven the efficiency of the adopted procedure for the design of the non-linear controller parameters. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/348 | |
| dc.language.iso | pt | |
| dc.publisher | Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei | |
| dc.publisher.country | Brasil | |
| dc.publisher.initials | CEFET-MG / UFSJ | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | |
| dc.subject | Teoria do controle | |
| dc.subject | Controle automático | |
| dc.subject | Controle de vôo | |
| dc.subject | Filtragem de Kalman | |
| dc.title | Implementação de controle não linear para drone quadrirrotor com fusão de sensores por filtro de Kalman | |
| dc.type | Thesis | |
| dspace.entity.type |
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