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Publicação
Control of a shuttle drone for cooperative capture with airflow disturbance compensation
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 15.3 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
In this thesis, the complex task of autonomously controlling a shuttle quadrotor to capture
another one cooperatively is enhanced by considering the aerodynamic disturbances
caused by environmental factors and proximity flight between the two drones.
To achieve this goal, this thesis integrates modelling techniques for both drones,
accounting for aerodynamic effects such as rotor and frame drag, along with real-time
control nonlinear algorithms to mitigate these influences. Furthermore, a downwash
model is studied and included in the shuttle drone, which is allied with a comprehensive
compensation method for the target drone. This method dynamically adjusts the drone’s
control inputs and coordinates with the target drone, improving stability and precision
during capture manoeuvres.
Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed controlling strategies,
showcasing improved performance in trajectory tracking and disturbance mitigation in
various scenarios in solo and proximity flight between the drones. The trajectory tracking
performance of a single quadcopter under different conditions is analyzed, gradually en-
hancing the controller’s robustness to understand the impact of aerodynamic phenomena.
The proximity flight between two quadcopters is also portrayed, showing the effect of the
downwash on the target drone’s trajectory and its controller’s ability to compensate for
this airflow.
Therefore, this work and its findings provide valuable insights into the challenges and
solutions for autonomous control of drones in close proximity, considering aerodynamic
disturbances. The modelling and control techniques presented can contribute to develop-
ing more precise and stable drone capture systems, allowing for more efficient and safer
operations where these manoeuvres are performed.
Nesta tese, a complexa tarefa de controlar autonomamente um quadrotor de transporte para capturar outro cooperativamente é aprimorada ao considerar as perturbações aero- dinâmicas de fatores ambientais e voo de proximidade entre os dois drones. Tendo em conta este objetivo, esta tese integra técnicas de modelação para ambos os drones, onde efeitos aerodinâmicos como rotor e arrasto da fuselagem são contabilizados e mitigados através de algoritmos não lineares de controlo em tempo real. Além disso, um modelo de downwash é estudado e incluído no drone de transporte, que é aliado a um método de compensação abrangente para o drone alvo. Este método ajusta dinamicamente as entradas de controlo do drone e as coordenadas com o drone alvo, melhorando a estabilidade e a precisão durante as manobras de captura. Os resultados da simulação demonstram a eficácia das estratégias de controlo pro- postas, mostrando uma melhor execução no rastreamento de trajetória e na mitigação de distúrbios em vários cenários de voo solo e de proximidade entre entre dois drones. O desempenho de rastreamento de trajetória de um único quadricóptero sob diferentes con- dições é analisado, aumentando gradualmente a robustez do controlador para entender o impacto dos fenómenos aerodinâmicos. O voo de proximidade entre dois quadricópteros também é retratado, mostrando o efeito do downwash na trajetória do drone alvo e a capacidade do seu controlador em compensar este fluxo de ar. Portanto, este trabalho e suas descobertas fornecem informações importantes sobre os desafios e soluções para o controlo autónomo de drones em estreita proximidade, considerando distúrbios aerodinâmicos. As técnicas de modelação e controlo apresentadas podem contribuir para o desenvolvimento de sistemas de captura de drones mais precisos e estáveis, permitindo operações mais eficientes e seguras onde estas manobras são executadas.
Nesta tese, a complexa tarefa de controlar autonomamente um quadrotor de transporte para capturar outro cooperativamente é aprimorada ao considerar as perturbações aero- dinâmicas de fatores ambientais e voo de proximidade entre os dois drones. Tendo em conta este objetivo, esta tese integra técnicas de modelação para ambos os drones, onde efeitos aerodinâmicos como rotor e arrasto da fuselagem são contabilizados e mitigados através de algoritmos não lineares de controlo em tempo real. Além disso, um modelo de downwash é estudado e incluído no drone de transporte, que é aliado a um método de compensação abrangente para o drone alvo. Este método ajusta dinamicamente as entradas de controlo do drone e as coordenadas com o drone alvo, melhorando a estabilidade e a precisão durante as manobras de captura. Os resultados da simulação demonstram a eficácia das estratégias de controlo pro- postas, mostrando uma melhor execução no rastreamento de trajetória e na mitigação de distúrbios em vários cenários de voo solo e de proximidade entre entre dois drones. O desempenho de rastreamento de trajetória de um único quadricóptero sob diferentes con- dições é analisado, aumentando gradualmente a robustez do controlador para entender o impacto dos fenómenos aerodinâmicos. O voo de proximidade entre dois quadricópteros também é retratado, mostrando o efeito do downwash na trajetória do drone alvo e a capacidade do seu controlador em compensar este fluxo de ar. Portanto, este trabalho e suas descobertas fornecem informações importantes sobre os desafios e soluções para o controlo autónomo de drones em estreita proximidade, considerando distúrbios aerodinâmicos. As técnicas de modelação e controlo apresentadas podem contribuir para o desenvolvimento de sistemas de captura de drones mais precisos e estáveis, permitindo operações mais eficientes e seguras onde estas manobras são executadas.
Descrição
Palavras-chave
Shuttle Drone Cooperative Capture Airflow Disturbance Compensation Aerodynamic Modelling