Metodologia para sintonia de controladores PID de quadricópteros usando técnicas baseadas em dados

Abstract

Quadricópteros são veículos aéreos não tripulados cujo sistema de propulsão é formado por quatro rotores acoplados a hélices. Ainda que sejam relativamente simples do ponto de vista construtivo, um complexo esquema de controle é requerido para torná-los aptos à pilotagem. Tendo em vista a crescente popularização dessas aeronaves, intensificou- se a demanda por métodos e técnicas que possibilitem o ajuste das malhas do seu sistema de controle. Nesse contexto, este trabalho propõe-se a desenvolver uma metodologia completa para a sintonia das malhas de controle de velocidade angular e de ângulo de pitch e de roll, bem como as de controle de velocidades frontal e lateral. Para tanto, utilizou-se uma técnica de controle baseado em dados denominada de Virtual Reference Feedback Tuning. Além disso, desenvolveu-se uma ligeira adaptação sobre o VRFT para torná-lo mais adequado para o problema específico em questão. A validação da metodologia proposta foi realizada com uma ferramenta de simulação e uma aeronave com firwmare baseado no piloto automático PX4. Os resultados obtidos evidenciaram que o emprego dessa metodologia apresenta um potencial significativo no que concerne à redução de custos e do tempo devotado à tarefa.

Quadcopters are unmanned aerial vehicles that are propelled by four rotors. Even though they are relatively simple in terms of construction, a complex system control scheme is required to make them flyable. Bearing in mind the growing popularity of these aircraft, the demand for methods and techniques that can be used for tuning the control system has increased. In this context, this paper proposes the development of a comprehensive methodology to tune the pitch and roll rate and angle control loops, as well as the lateral and frontal speed loops. In order to achieve it, a data-driven control method called Virtual Reference Feedback Tuning has been used. Moreover, a small modification was made to render the Virtual Reference Feedback Tuning more suitable for the problem at hand. The validation of the proposed methodology was made through the usage of a simulation software and of a real quadcopter running a firmware based on the PX4 autopilot. The results have shown that the developed methodology has great potential to save time and money when performing the controllers tuning.