Projeto de controlador para quadricópteros em entregas autônomas

Abstract

No âmbito deste trabalho, busca-se o desenvolvimento de um sistema embarcado destinado a quadricópteros, visando a controlar sua dinâmica com base em trajetórias predefinidas para operações autônomas de entrega. O sistema é projetado empregando malhas de controle digital para controlar os estados que influenciam os motores da aeronave não tripulada (UAV, unmanned aerial vehicle), utilizando as medições provenientes de uma unidade de medição inercial (IMU, inertial measurement unit), um sistema de posicionamento global (GPS, global positioning system), um barômetro, um magnetômetro e sensores de distância. Para o controle, são avaliadas duas abordagens distintas, uma baseada em um controlador PID e outra baseada em uma estratégia de linearização via realimentação de estados. Também é desenvolvido um algoritmo de cálculo de trajetórias de referência para os voos autônomos com uma análise de seu desempenho. Ambas as técnicas são implementadas em um ambiente de simulação desenvolvido pelo autor, programado na linguagem C++. Os resultados mostram que ambas as técnicas fornecem um comportamento considerado adequado para a aplicação, tanto para a lei de controle quanto para o algoritmo de geração de trajetórias

This work aims to develop an embedded system for quadcopters, designed to control their dynamics based on predefined trajectories for autonomous delivery operations. The system is developed using digital control loops to control the states influencing the unmanned aerial vehicle (UAV) motors, utilizing measurements from an inertial measurement unit (IMU), a global positioning system (GPS), a barometer, a magnetometer, and distance sensors. Two distinct control approaches are evaluated: one based on a PID controller and the other on a state feedback linearization strategy. Additionally, a reference trajectory calculation algorithm for autonomous flights is developed, with a performance analysis. Both techniques are implemented in a simulation environment developed by the author, programmed in C++. The results demonstrate that both techniques provide satisfactory behavior for the application, for both the control law and the trajectory generation algorithm