Simulação da mecânica do voo e sistema de controle de quadrirotores com geometrias não convencionais

Abstract

O objetivo deste trabalho é fornecer uma plataforma para simulação e controle de quadrirotores baseado em um modelo matemático que leva em consideração: As inclinações dos motores em relação ao eixo de referência; Posição dos motores em relação ao centro de gravidade (CG); e Modelização dos efeitos do vento e como este influencia na geração de forças em momentos de cada uma das hélices. Analisou-se o problema para os 6 graus de liberdade de movimento, no qual foi desenvolvido um simulador para a validação do mesmo utilizando a combinação dos cálculos de movimento de corpo rígido e matriz de rotação do NED (North-East-Down) para o referencial do corpo. O simulador elaborado foi feito em MATLAB/Simulink de forma que pode ser ajustada para diferentes configurações de quadrirotores, conhecendo os parâmetros do mesmo. O sistema de controle desenvolvido foi utilizando o método em cascata com controladores de posição e atitude do tipo PID (proporcional integral derivativo). Os controladores projetados mostraram resultados satisfatórios para diferentes configurações, sendo testado para 3 casos: Motores Inclinados; Modificação da distância rotor-centro de gravidade; e sob Perturbação do vento. Para cada caso estudado, foram testadas 4 entradas, relativas as posições e ângulo de arfagem/yaw.