Modeliranje i robusno upravljanje višerotorskim bespilotnim letjelicama s potpuno upravljanim konfiguracijama

doctoral thesis

• Title (english): Modeling and robust control of fully actuated multirotor unmanned aerial vechiles
• Author: Denis Kotarski
• Mentor: Josip Kasać (mentor)
• Committee member: Milan Vrdoljak (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Josip Kasać (član povjerenstva)
• Committee member: Stjepan Bogdan (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2020-07-10, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 623 - Military engineering

Abstract

Višerotorski tip bespilotnih letjelica zbog svojih je karakteristika tipični predstavnik zračnih mobilnih robota. U odnosu na ostale tipove bespilotnih letjelica, posjeduje puno veći spektar manevarskih sposobnosti pa samim time može izvoditi precizna i kompleksna gibanja. S aspekta upravljanja, višerotorske letjelice predstavljaju vrlo konfigurabilnu platformu za sintezu robusnog upravljanja.
U radu je predstavljena poopćena upravljačka alokacijska shema za višerotorski tip letjelica koja opisuje konfiguraciju letjelice. Upravljačka alokacijska shema determinira stupanj upravljanosti letjelice te omogućuje efikasnije projektiranje sustava. Inverz sheme omogućava implementaciju upravljanja za proizvoljne parametre konfiguracije. Prikazan je metodološki pristup projektiranju višerotorske letjelice pri čemu je ključno odabrati komponente i parametre konfiguracije s obzirom na opremu, odnosno misiju koju letjelica treba obaviti. Projektiranje je prikazano kroz eksperimentalnu identifikaciju i karakterizaciju pogonskih jedinica, analizu pogonskog i energetskog podsustava te optimiranje parametara konfiguracije letjelice. Provedena je sinteza robusnog regulatora za potpuno upravljane konfiguracije višerotorskih letjelica, koji se temelji na algebarskom estimatoru derivacija signala visoke razine točnosti. Simulacijskim usporedbama s konvencionalnom strukturom aktivnog upravljanja s kompenzacijom poremećaja, pokazano je da se predloženim pristupom upravljanju mogu ostvariti bolje performanse sustava. Osim kompenzacije vanjskih poremećaja i nemodelirane dinamike, pokazana je i robusnost na kvar rotora. Za potrebe testiranja performansi, konstruirane su i izrađene eksperimentalne modularne višerotorske letjelice

Abstract (english)

Due to its characteristics, the multirotor type of UAV is a typical representative of aerial mobile robots. Compared to other types of UAVs, it has a much larger range of maneuverability and thus can perform precise and complex movements. From a control perspective, multirotor UAVs are a highly configurable platform for the synthesis of robust control.
In this research, a generalized control allocation scheme is presented which describes the multirotor UAV configuration. The control allocation scheme determines the degree of control of the system and enables more efficient aircraft design. The inverse schema enables the control system implementation for arbitrary configuration parameters. A methodological approach to multirotor design is presented, where it is crucial to select components and configuration parameters concerning the mission that the aircraft is to perform. The design is demonstrated through experimental identification and characterization of propulsion units, analysis of propulsion and energy subsystems and optimization of multirotor configuration parameters. Robust control design for fully actuated multirotor configurations is proposed based on an algebraic signal derivatives estimator. Simulation results have shown that the proposed control approach can achieve better performance in relation to the conventional structure of active disturbance rejection control. In addition to compensation for external disturbances and unmodeled dynamics, robustness to rotor failure has also been demonstrated. For performance testing, experimental modular multirotor aircraft have been constructed and produced.

• Keywords: višerotorske letjelice; upravljačka alokacijska shema; potpuno upravljane konfiguracije letjelice; kut nagiba rotora; algebarski estimator poremećaja; AlgDRC
• Keywords (english): multirotor UAV; control allocation scheme; fully actuated multirotor; rotor tilt angle; algebraic disturbance estimator; AlgDRC control
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:354601
• Promotion: 2020
• Study programme: Title: Mechanical Engineering and Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-09-03 12:18:19