Attitude Control of a Quadrotor

Abstract

Esta dissertação de mestrado apresenta uma proposta para o controle de atitude de um quadricóptero usando uma arquitetura de controle do tipo cascata. O objetivo é manter o quadricóptero no ar em uma posição fixa no espaço tridimensional, usando os sensores embarcados disponíveis. A estratégia de controle consiste em utilizar uma malha interna para estabilizar a orientação e a altura do quadricóptero e uma malha externa para estabilizar a posição horizontal, utilizando as velocidades lineares como sinais de referência. O sistema foi modelado em função dos ângulos de Euler por serem intuitivos. O modelo foi linearizado e desacoplado em seis modos para facilitar o projeto do controle de atitude. A malha interna possui quatro modos, em que um modo corresponde ao movimento vertical e três modos correspondem aos movimentos de rotação, isto é, a rolagem, a arfagem e a guinada. A malha externa possui os dois modos restantes correspondentes as velocidades longitudinal e lateral. Cada modo foi analisado isoladamente. Um controlador LQR com ação integral foi projetado para cada modo a fim de otimizar a resposta dinâmica. Além disso, um observador de estados baseado em um filtro de Kalman discreto foi implementado para estimar as velocidades horizontais. Os resultados apresentados nas simulações e nos experimentos provam que a adição da malha externa melhora signicativamente a regulação da posição horizontal.