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Título: Controle de estabilidade de um quadricóptero
Título(s) alternativo(s): Quadcopter stabilization control
Autor(es): Ferreira, Fernando Padilha
Orientador(es): Vieira Neto, Hugo
Palavras-chave: Rotores
Drone
Kalman, Filtragem de
Controladores PID
Rotors
Drone aircraft
Kalman filtering
PID controllers
Data do documento: 15-Jun-2015
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: FERREIRA, Fernando Padilha. Controle de estabilidade de um quadricóptero. 2015. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia da Computação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2015.
Resumo: Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) possuem um maior grau de liberdade e flexibilidade comparado a veículos tripulados. Suas aplicações incluem desde entrega de encomendas até vigilância, aplicação de agrotóxicos em plantações e busca e resgate em condições de alta periculosidade ao ser humano. Este projeto tem o objetivo de projetar e desenvolver um VANT elétrico, do tipo quadricóptero, com controle de estabilização no ar e capaz de se comunicar com um computador, recebendo comandos e enviando dados de voo, e com um rádio-transmissor, recebendo comandos de um piloto. Uma plataforma de testes foi construída para garantir a segurança e facilitar testes de estratégias de controle, reduzindo os graus de liberdade, mas mantendo a autonomia do quadricóptero. Três técnicas foram utilizadas para reduzir o ruído gerado pelo sistema e estimar o estado com melhor precisão. A primeira, em nível de hardware, e uma plataforma de amortecimento de vibrações. A segunda e a terceira técnicas, em nível de software, são baseadas em filtros passa-baixas, para atenuaçãoo de ruídos, e filtro de Kalman, para fusão de sensores e estimação do estado. O controle de estabilidade em três eixos foi realizado por controladores PID em paralelo. Os testes foram divididos em três etapas: testes em plataforma com um grau de liberdade, testes em plataforma com dois graus de liberdade e testes de voo indoor e outdoor. Diversos testes conduzidos validaram o sistema proposto, o qual atingiu a estabilização nos três casos com uma oscilação máxima de cinco graus.
Abstract: Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have more degrees of freedom and flexibility compared to manned vehicles. Their applications range from delivery to vigilance, pesticide application in crops and search and rescue in hazardous conditions to humans. This project aims at the design and development an electric UAV, quadcopter type, with attitude control and capable of communicating with a computer, in order to receive commands and send back telemetry data, and also with a radio-transmitter, in order to receive commands from a human pilot. A test bench was developed to safely and easily test control strategies, removing some degrees of freedom, but keeping the vehicle’s autonomous operation. Three techniques were used to reduce system induced noise and increase the precision of the estate estimation. The first one, at hardware level, is a damping platform. The second and the third techniques, at software level, are based on low-pass filters, to attenuate noise, and Kalman filter, for sensor fusion and state estimation. The three axes attitude control was performed by parallel PID controllers. Tests were divided in three steps: one degree of freedom test-bench tests, two degree of freedom test-bench tests and indoor and outdoor flying tests. This proposed system was validated through various tests, achieving hover stabilization in all cases with up to five degrees of oscillation.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9240
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