modelamento, construção, instrumentação, localização...
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Modelamento, Construção, Instrumentação, Localização,
Simulação e Controle de um Veículo Aéreo
Não-Tripulado do Tipo
Quadrirrotor
Pedro Henrique de Rodrigues Quemel e Assis Santana
Marcelo Antunes Braga
Trabalho de GraduaçãoDepartamento de Engenharia Mecatrônica
Universidade de Brasília
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Sumário
1. Introdução;
2. Desenvolvimento do protótipo;
3. Modelamento matemático;
4. Localização;
5. Controle;
6. Conclusões e propostas para trabalhos futuros.
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1. Introdução
Draganflyer X-Pro
Quadrirrotor OS4 Projeto da CEA Quadrirrotor do LARA (ainda anônimo)
Giroplano Nº1
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1. Introdução
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1. Introdução
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1. Introdução
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipo
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2. Desenvolvimento do protótipoRotina Principal(Comunicação)
Leitura da IMU, do magnetômetro e
do sonar
Estimador de orientação
Controlador de estabilização
Atualização das referências de velocidade
dos motores
≈ 50ms10ms
Cálculo das velocidadesdos motores
Controladores de velocidadede rotação dos motores
Cálculo do intervalo de tempo desde a última interrupção do motor
Interrupção do i-ésimo motor
Retorno da interrupção
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3. Modelamento matemático
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3. Modelamento matemático
Formalismo de Euler-Lagrange (Lagrangiano)
Leis de Newton
Χ
Isaac Newton
Leonhard Euler
Joseph-Louis de Lagrange
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3. Modelamento matemático
Formalismo de Euler-Lagrange (Lagrangiano)
Leis de Newton
Χ
Isaac Newton
Leonhard Euler
Joseph-Louis de Lagrange
Dinâmica da rotação
Dinâmica da translação
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3. Modelamento matemático
Lagrangiano 2ª Lei de Newton
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3. Modelamento matemático
Lagrangiano 2ª Lei de Newton
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3. Modelamento matemático
Lagrangiano 2ª Lei de Newton
Estas aqui merecem um pouco mais de detalhes...
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3. Modelamento matemático
Assumindo que os ângulos de inclinação são pequenos
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3. Modelamento matemático
Alguém deve estar se perguntando agora:
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3. Modelamento matemático
Alguém deve estar se perguntando agora:
QUAL FOI O PROPÓSITO DE TODAS ESTAS EQUAÇÕES?!
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3. Modelamento matemático
Alguém deve estar se perguntando agora:
QUAL FOI O PROPÓSITO DE TODAS ESTAS EQUAÇÕES?!
• Em suma, foram dois:– Conceber um simulador da dinâmica do
quadrirrotor;– Desenvolver o controle de estabilização.
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3. Modelamento matemático
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4. Localização
• Ângulos de Euler
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4. Localização
• Quatérnio
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4. Localização
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4. Localização
• Método TRIAD melhorado
• Método utilizando os girômetros
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4. Localização
• Velocidade e posição
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• Altura
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4. Localização
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4. Localização
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4. Localização
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4. Localização
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5. Controle
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5. Controle
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5. Controle
Controle por linearização de modelo em torno de um ponto de operação
Controle PID
• Estabilização do quadrirrotor • Estabilização do quadrirrotor• Controle de velocidade dos motores
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5. Controle
Motor 1 Motor 2
Motor 3 Motor 4
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5. ControleControladores PID
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5. ControleControlador de modelo linearizado em torno de ponto de operação
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6. Conclusões e propostas
para trabalhos futuros• O presente Trabalho representou a abertura de uma nova frente de pesquisa
em robótica aérea no LARA;
• A pedra fundamental de todo o desenvolvimento foi o estudo matemático realizado inicialmente;
• Os simuladores desenvolvidos foram ferramentas de grande importância;
• Obteve-se uma plataforma aérea funcional e versátil, podendo ser útil a futuros projetos na área de robótica aérea;
• Os resultados experimentais confirmam a viabilidade de aplicação das técnicas de estabilização apresentadas;
• A implementação da estimação de estados mostrou-se satisfatória;
• Houve êxito no cumprimento dos objetivos propostos;
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6. Conclusões e propostas
para trabalhos futuros• Recomenda-se a fusão de mais sensores para o melhoramento da estimação
de estados;
• Otimizar a estrutura mecânica do quadrirrotor;
• Utilizar o modelo matemático identificado do sistema de propulsão para o desenvolvimento de controladores mais eficientes;
• Desenvolver uma interface gráfica mais amigável para os simuladores;
• Aprimorar as interfaces desenvolvidas para a aquisição direta de dados do quadrirrotor pelo MATLAB e para o controle do protótipo via joystickconvencional;
• Finalizar a integração dos sistemas de controle e de estimação de estado;
• Identificar os parâmetros do modelo dinâmico do quadrirrotor, permitindo que estratégias de controle mais elaboradas sejam utilizadas, como o controle por linearização de modelo apresentado.
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7. Referências bibliográficas
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