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Type: TESE DIGITAL
Title: Controle não linear de dirigíveis por backstepping e sliding modes
Title Alternative: Non linear backstepping and sliding modes control for airships
Author: Moriguchi, Sergio Kenji, 1965-
Advisor: Paiva, Ely Carneiro de, 1965-
Abstract: Resumo: O trabalho apresentado nesta tese abrange diferentes soluções para o sistema de controle não linear para dirigíveis autônomos, não tripulados. Em seu conteúdo está referenciada uma vasta gama de aplicações para o uso de dirigíveis robóticos (não tripulados) pode ser citada como vigilância, inspeção, prospecção de minérios, exploração de áreas de difícil acesso e monitoramento agrícola e ambiental. Sua flexibilidade é assegurada pela capacidade de decolar e pousar na direção vertical, o que requer uma área reduzida, permitindo a sua operação em áreas remotas, onde não exista uma pista de pouso. Para o projeto dos controladores de voo foram estudadas estratégias de controle não linear para o problema de posicionamento em uma referência fixa na terra como o Backstepping (BS) e sua combinação com o controlador por Modos Deslizantes (SMC), conhecida como Backstepping-Modos Deslizantes (BSMC). Para viabilizar o trabalho foi utilizado um simulador validado pelo projeto AURORA e adaptado para os novos controladores. Este estudo baseia-se na abordagem Backstepping vetorial, que é ideal para aplicações em sistemas mecânicos, e no controle por modos deslizantes de primeira ordem, ou Modos Deslizantes clássico. Diferentemente de outros trabalhos referenciados nesta pesquisa, o modelo utilizado do dirigível tem seis graus de liberdade e é dotado de funções que realizam a alocação de controle, calcula esforços aerodinâmicos de sustentação em função da velocidade relativa do ar incidente no envelope e inclui um modelo de turbulência. O sistema de controle não requer a linearização do modelo do dirigível (para diferentes condições de equilíbrio) e não utiliza o desacoplamento dos movimentos lateral do longitudinal, o que permite o projeto de uma única lei de controle para todas as fases de voo de uma missão do dirigível. As maiores contribuições desse trabalho são: (i) o desenvolvimento de uma nova técnica de Backstepping-Modos Deslizantes para o controle não linear de um dirigível autônomo e (ii) uma comparação exaustiva do desempenho de três técnicas diferentes de controle não linear para dirigíveis que são Backstepping, Modos Deslizantes e a técnica combinada Backstepping-Modos Deslizantes

Abstract: The work presented in this thesis covers different solutions for the nonlinear control systems for autonomous, unmanned airships. A wide range of applications for robotic (unmanned) airships can be cited as surveillance, inspection, ore prospecting, exploration of hard to reach areas and agricultural and environmental monitoring. Its flexibility is ensured by the ability to take off and land in the vertical direction, in wich a reduced area is needed, allowing its operation in remote areas, where there is no airstrip. For the control strategies design we have studied non linear controlers for the positioning problem in a fixed land reference such as Backstepping (BS) and its combination with the Sliding modes (SMC) Backstepping-sliding modes (BSMC). To make this work possible, a simulator validated by the AURORA project was used and adapted for the new controllers. This study focuses on the Vector Backstepping approach, which is ideal for applications in mechanical systems, and in control by first-order sliding modes, or classic sliding modes. Differently from other studies referenced in this research, the airship model considered has six degrees of freedom and is endowed with functions that perform the control allocation, calculates aerodynamic lift forces as a function of the relative velocity of the incident air in its envelope and includes a turbulence model. The control system does not require the airship model linearization (for different equilibrium conditions) and does not use decoupling lateral from longitudinal movement, which allows the design of an unique control law to all flight mission steps of the airship. The main contributions of this work are (i) development of a new Backstepping-sliding modes non linear controler technique for autonomous airships (ii) make an exhaustive performance comparison of three different approaches of non linear controlers for airships that are: Backstteping, Sliding modes and the combination of Backstteping and Sliding modes
Subject: Voo - Controle
Teoria do controle
Controle por modo deslizante
Dirigiveis mais pesados que o ar
Teoria do controle não-linear
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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