Sistema de controle de ângulos de pitch e roll em veículo aéreo não tripulado de asa fixa

Abstract

Com o objetivo de melhorar o desempenho de vôo de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) de asa fixa, este projeto propõe melhorias nos sistemas de controle de ângulos do avião. Neste trabalho, os controladores de pitch e de roll do software de controle de vôo ArduPlane foram refeitos, implementando-se controladores personalizados. Em um VANT de asa fixa sem cauda, controlado por elevons, foi realizada a identificação da dinâmica de vôo a partir de dados obtidos durante operação em malha fechada, obtendo-se um modelo multivariável de duas entradas e duas saídas. Foram projetados controladores PID multivariáveis utilizando o método VRFT, que tiveram seus desempenhos comparados com o controlador original. Os controladores testados apresentaram melhoria no tempo de resposta e no seguimento da referência, porém não-linearidades no sistema causaram duas quedas, que impediram a continuação dos testes. A partir da análise dos motivos das quedas, são propostas melhorias no sistema que podem ajudar a prevenir estes acidentes no futuro.

With the goal of enhancing the flight performance in a fixed wing Unmanned Air Vehicle (UAV), this project proposes improvements to the airplane's angles control systems. At this work, the pitch and roll controllers from the flight control software ArduPlane were redesigned, implementing custom controllers. In a tailless fixed wing UAV, controlled by elevons, the flight dynamics were identified based on flight data collected with closed-loop operation, obtaining a two inputs, two outputs model. MIMO PID controllers were designed using the VRFT method, and had its performances compared to the original controller. The tested systems showed better response time and reference following, but nonlinearities in the system caused two falls to the airplane, hindering the test flights progress. Based on the analysis of the failures causes, new improvements to the system are proposed, that are expected to prevent those accidents in the future.