Título:	Implementação em FPGA de estratégias de controle preditivo para um quadrirrotor
Autor(es):	Farias, Alceu Bernardes Castanheira de
Orientador(es):	Pinto, André Murilo de Almeida
Coorientador(es):	Lopes, Renato Vilela
Assunto:	Sistema de controle Controle preditivo baseado em modelo (MPC) Veículos aéreos não tripulados (VANTs) Arquitetura de hardware
Data de publicação:	16-Out-2019
Data de defesa:	29-Mar-2019
Referência:	FARIAS, Alceu Bernardes Castanheira de. Implementação em FPGA de estratégias de controle preditivo para um quadrirrotor. 2019. 120 f., il. Dissertação (Mestrado em Sistemas Mecatrônicos)—Universidade de Brasília, Brasília, 2019.
Abstract:	One of the most impactful control techniques both in industry and academia through the last years is the control strategy known as Model Predictive Control (MPC). The main reason for such interest on this type of controller is due to the fact that it is capable of controlling a system while handling constraints imposed to it, regardless of the nature of such constraints (security, operation range of the actuators, quality norms of a product, etc.), while still finding an optimal solution that satisfies the desired control objectives. However, MPC has a major drawback: its elevated computational cost. This limits MPC implementation to systems with slower dynamics, which has lead to an increase of studies regarding new optimization techniques and the development of faster and more resourceful systems, capable of accelerating MPC in order to apply it to systems with faster dynamics. Regarding this scenario, this work presents the development of a hardware architecture for MPC, using FPGA (Field Programmable Gate Array) for its implementation. This type of reconfigurable device has gained notoriety in literature for allowing the speedup of embedded algorithms, by parallelising and implementing them directly in hardware. The chosen application for this work consists of a quadrotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV), a type of system that has been widely used today in many fields of application and vastly studied, as it is considered a challenging control problem for MPC, due to the dimensions of its model and fast dynamics, which are also coupled and inherently unstable. In this work, results regarding both unconstrained MPC and constrained MPC implemented using FPGA are presented, with the goal of tracking predefined trajectories for the quadrotor. All control algorithms were developed manually and using floating point arithmetic. The results obtained show that unconstrained MPC consumes less hardware resources than the constrained solution, but it is not capable of handling scenarios in which constraints must not be violated. On the other hand, constrained MPC is capable of handling these constraints, at the cost of a higher hardware consumption. Due to its complexity, constrained MPC also demands a higher floating point precision, so that the best results were obtained using a 32 bits data width in floating point.
Unidade Acadêmica:	Faculdade de Tecnologia (FT) Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)
Informações adicionais:	Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2019.
Programa de pós-graduação:	Programa de Pós-Graduação em Sistemas Mecatrônicos
Licença:	A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Agência financiadora:	Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).
Aparece nas coleções:	Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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