Thesis /

ROMDOC-THESIS-2017-1146

Modelling and control of an unconventional aerial vehicle

Adîr, Victor Gabriel
2012-02-21

Abstract: UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREŞTI Facultatea de Inginerie Aerospaţială Catedra Ingineria Sistemelor Aeronautice „Nicolae Tipei” ABSTRACT Autor / Author: Ing. Victor Gabriel ADÎR Conducător ştiinţific / Supervisor: Prof. dr. ing. Adrian-Mihail Stoica Modelarea şi comanda automată a unui vehicul aerian neconvenţional În prezent, vehiculele aeriene fără pilot devin din ce în ce mai populare. Cele mai multe dintre acestea au la bază o configuraţie convenţională. O excepţie notabilă este quadrotor-ul. Acesta poate decola şi ateriza vertical şi este deosebit de manevrabil. Lipsa redundanţei constituie o problemă importantă a vehiculului. Deşi au fost dezvoltate strategii pentru cazuri de avarie, pentru controlul total al quadrotor-ului sunt indispensabile toate cele 4 rotoare ale sale. Funcţii adiţionale sunt necesare pentru a putea utiliza acest vehicul în din ce în ce mai multe domenii de activitate. Totuşi, sarcina sa utilă este limitată. Două configuraţii de tip octorotor au fost propuse pentru a rezolva aceste probleme. Un octorotor de tip 4Y este construit, iar coeficienţii săi inerţiali sunt identificaţi prin crearea unui model 3D al vehiculului. Plecând de la aceste date reale, sunt identificaţi şi parametrii unui octorotor de tip stea şi ai unui quadrotor. Pentru a crea în Simulink modele dinamice neliniare precise ale celor trei vehicule coeficienţii de tracţiune şi rezistenţă la înaintare sunt determinaţi experimental. De asemenea, se ţine cont de saturaţie. Sunt create module pentru stabilizarea atitudinii, navigarea către o poziţie dorită şi urmărirea traiectoriei. Patru metode liniare (PD, PID, LQR şi LQR cu acţiune integrală) şi cinci metode neliniare (backstepping, sliding mode, două abordări pentru backstepping cu acţiune integrală şi sliding mode cu acţiune integrală) de control sunt investigate folosind simulări numerice. Pentru a obţine o strategie robustă de control testele sunt efectuate atât cu, cât şi fără incertitudini. Doua strategii de management al avariilor sunt de asemenea propuse. Prima constă într-un controller tolerant la avarii pentru stabilizarea atitudinii şi altitudinii, iar cea de-a doua constă într-o strategie de reconfigurare în caz de avarie. În urma simulărilor numerice, ambele îşi dovedesc eficacitatea. În afară de platformele experimentale pentru tracţiune şi rezistenţă la înaintare, este dezvoltată o a treia platformă pentru acordarea şi testarea controller-elor PID pentru ruliu, tangaj şi giraţie. Presupunând că un sistem de detecţie a defectelor este funcţional, strategia de reconfigurare în caz de avarie este de asemenea investigată. Rezultatele obţinute confirmă aşteptările legate de abordările prezentate. Modelling and Control of an Unconventional Aerial Vehicle Nowadays, UAVs (unmanned aerial vehicles) are becoming more and more popular. Most of them are based on conventional configurations, one notable exception being the quadrotor. The vehicle is capable of VTOL (vertical take-off and landing) and it is highly manoeuvrable. An important problem is its lack of redundancy. Even if failure strategies have been developed, the quadrotor still depends on all of the 4 rotors in order to provide full control. Additional functionality is also needed for introducing the quadrotor in more and more fields of activity. However, its payload is limited. Two octorotor configurations are proposed in order to address these issues. A 4Y octorotor is constructed and its inertia coefficients are identified by creating a 3D model of the vehicle. Based on this real data, parameter identification is also performed for a star-shaped octorotor and a quadrotor. The thrust and drag coefficients are determined experimentally in order to create accurate Simulink nonlinear dynamic models of the three vehicles. Saturation is taken into consideration, as well. Apart from attitude stabilization, waypoint navigation and trajectory tracking modules are also developed. Four linear (PD, PID, LQR, LQR with Integral Action) and five nonlinear control methods (backstepping, sliding mode, two methods of integral backstepping, integral sliding mode) are investigated using numerical simulations. Tests are carried out with and without uncertainties in order to obtain a robust control strategy. Two failure handling strategies are also devised. One consists of a fault tolerant controller for attitude and altitude stabilization, while the other is a failure reconfiguration strategy. Both of them perform properly in numerical simulations. Apart from the thrust and drag experimental rigs, a third one used for tuning and experimenting with the controllers is assembled. PID controllers for roll, pitch and yaw are tested. Assuming that a fault detection system is in place the failure reconfiguration strategy is also investigated. The results confirm the expectations about these approaches.

Keyword(s): Vehicul aerian -- Teză de doctorat ; Vehicul aerian -- Comandă automată -- Teză de doctorat
OPAC: See record in BC-UPB Web OPAC
Full Text: see files

Similar records

 

People who viewed this page also viewed:

(224)  Optimizarea conceptuală şi operaţională a instalaţiilor chimice multiscop - Voinescu, Sorin - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2003-000000054 (211)  Managementul congestiilor în sistemele electroenergetice în prezenţa surselor regenerabile - Boambă, Claudia-Elena - ROMDOC-THESIS-2021-2325 (210)  Cercetări privind dezvoltarea de interfeţe utilizator virtuale pentru aplicaţii de teleoperare în robotică - Popa, Stelian - ROMDOC-THESIS-2021-2322 (208)  Modelarea curgerilor tranzitorii în jurul corpurilor aflate în vecinătatea suprafeţei libere în regimul subcritic - Tîrală, Nicoleta Octavia - ROMDOC-THESIS-2017-1337 (208)  Diskontinuierliches Zahnflankenprofilschleifen mit Korund - Schlattmeier, Heiko - ROMDOC-BC_UPB-THESIS-2004-000001172

 

Rate this document:

Be the first to review this document.

Discuss this document:

Start a discussion about any aspect of this document.