[pt] CONTROLE DE VEÍCULOS AÉREOS QUADRIROTORES: USO DE FILTROS DE KALMAN PARA MINIMIZAÇÃO DE ERROS NA UNIDADE DE MEDIDA INERCIAL

[en] QUADROTORS AERIAL VEHICLES CONTROL: KALMAN FILTERS USED TO MINIMIZE ERRORS ON INERTIAL MEASUREMENT UNIT

[pt] MARCOS SOARES MOURA COSTA

[pt] FILTRO DE KALMAN

[pt] ESTIMATIVA DE ATITUDE

[pt] FUSAO DE DADOS SENSORIAIS

[pt] SENSORES INERCIAIS

[pt] VEICULOS AEREOS QUADRIRROTORES

[pt] CONTROLE DE ATITUDE

[en] KALMAN FILTER

[en] ATTITUDE ESTIMATION

[en] SENSOR FUSION

[en] INERTIAL MEASUREMENT SENSORS

[en] QUADROTOR AERIAL VEHICLES

[en] ATTITUDE CONTROL

[pt] Quadrirrotores são veículos aéreos que possuem quatro rotores fixos e orientados na direção vertical. Devido à sua simplicidade mecânica frente aos helicópteros tradicionais, os mesmos têm se tornado cada vez mais populares nos meios de pesquisa, militares e, mais recentemente, industriais. Essa topologia de veículo data do início do século XX mas o desenvolvimento em escala só foi possível após a recente evolução e miniaturização dos sistemas eletrônicos embarcados, dos motores elétricos e das baterias. A movimentação desses veículos no espaço é possível graças à sua inclinação em relação ao solo e, para tal, é imprescindível obter e controlar corretamente a atitude do mesmo. As unidades de medidas inerciais (IMU) surgiram como uma solução para esse problema. Através da fusão dos dados obtidos com os sensores presentes nessas centrais (acelerômetros, girômetros e magnetômetro) é possível estimar a atitude do veículo. O presente trabalho apresenta soluções tanto para a estimativa quanto para o controle de atitude de quadrirrotor. Os modelos matemáticos desenvolvidos são validados em simulações numéricas e em testes experimentais. O objetivo é que as soluções propostas apresentem resultados positivos para que possam ser empregadas nos quadrirrotores em escala.

[en] Quadrotors are vehicles that have four fixed rotors in the vertical direction. Due to its mechanical simplicity compared to traditional helicopters, these vehicles have become increasingly popular in the research, military and, more recently, industrial fields. This type of vehicle first appeared in the early twentieth century, but the development of small-scale models was only possible after the recent evolution and miniaturization of embedded electronics, electric motors and batteries. A Quadrotor can fly in any direction by changing its inclination relative to the ground, so it is essential to calculate and properly adjust its attitude. The inertial measurement units (IMU) emerged as one solution to this problem. By merging the IMU sensors data, it is possible to estimate the vehicle s attitude. This dissertation presents solutions for both the estimation and the control of the vehicle s attitude. The developed mathematical models are validated with numerical simulations and experimental tests. The goal is that the presented solutions give enough good results so they can be used in small-scale Quadrotors.

MARCO ANTONIO MEGGIOLARO

ALEXANDRE DE LIMA SPINOLA

MAURO SPERANZA NETO

MARCO ANTONIO MEGGIOLARO

2018-11-26

2014-12-15

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.35672