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Título: Comparação entre controladores PID com ajuste de ganhos com algoritmo genético para um veículo aéreo não tripulado de asa fixa
Autor(es): Araújo, Nathália dos Santos
Orientador(es): Silva, Natássya Barlate Floro da
Palavras-chave: Controle automático
Algoritmos genéticos
Drone
Automatic control
Genetic algorithms
Drone aircraft
Data do documento: 26-Ago-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Cornelio Procopio
Citação: ARAÚJO, Nathália dos Santos. Comparação entre controladores PID com ajuste de ganhos com algoritmo genético para um veículo aéreo não tripulado de asa fixa. 2020. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Computação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2020.
Resumo: Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTS) são pequenas aeronaves que podem ser controladas de forma remota ou configuradas para voar de forma autônoma, sem a atuação direta de um ser humano. Dada a popularização crescente desses veículos, assim como o aumento de sua utilização em tarefas civis, novos modelos e novas técnicas de controle têm surgido, visando aumentar não só o custo-beneficio, mas também o desempenho operacional dos mesmos. Nesse contexto, este trabalho tem como foco VANTs de asa fixa - modelo de alta eficiência e baixo custo em geral -, cuja autonomia de voo é alcançada por estratégias de controle executadas por meio do Piloto Automático da aeronave. Portanto, têm-se como objetivo a comparação entre duas dessas estratégias: o PID para posição e os controladores PID para posição e velocidade, a fim de avaliar o desempenho do aeronave Cessna Skyhawk em ambos, visto que possuem complexidade e procedimentos distintos. O modelo de aeronave utilizado é disponibilizado pelo simulador de voo X-Plane 11 e os códigos dos controles são desenvolvidos em linguagem M assim, os testes de Software in the Loop (SIL) são realizados pelo simulador integrado ao MATLAB, que executa os controladores. Para realizar a integração entre as versões atuais dos dois programas, foi necessário estabelecer a comunicação direta entre eles, por meio de um protocolo que utiliza o User Datagram Protocol (UDP) em linguagem M, a fim de obter os valores em tempo real dos ângulos, posição e velocidade da aeronave. A partir desses valores, as estratégias de controle podem realizar o cálculo da atuação necessária para que o VANT tenha um voo estável. Os valores obtidos por cada controlador são atribuídos aos atuadores do veículo, responsáveis por seu controle fisico na simulação. Com a troca de dados entre os programas, o fluxo de leitura e escrita das variáveis de controle podem ser realizados durante o tempo real de simulação.
Abstract: Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are small aircrafts capable of being controlled remotely or operate autonomously, without a human aboard. Due to technological advancements and its increasing use in civilian tasks, new models and new control techniques to increase the cost-benefit and its performance are emerging. In this context, this work is focused on fixed wing UAV - a low cost and high performance model, which flight autonomy is achieved with control strategies implemented in its autopilot unit. In this scenario, this work aims to compare two control strategies: PID for position and PID for position and velocity, to evaluate Cessna Skyhawk's performance on both of them since their complexity are different. This aircraft is available on X-Plane 11 and the control codes are implemented on M. Thus, the Software in the Loop (SIL) experiments are executed with the flight simulator combined with MATLAB. To accomplish the communication between both softwares, it was implemented a protocol based on User Datagram Protocol (UDP) to get real time values of angles, positions and velocities from the aircraft on the simulator. With these values both PID controllers can define the required effort to the UAV to achieve a stable flight. Those values returned from the controllers are commanded to the aircraft's control surfaces that are responsible for its control during the simulation. Through communication protocol implemented on both programs, reading and writing data can be performed on simulation real time.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28555
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