Attitude stabilization and altitude control of a twin-engine tiltrotor aerial with inhomogeneous propulsion

Abstract

O presente trabalho descreve um modelo dinâmico não linear de uma plataforma aérea tiltrotor bimotor e realiza a identificação dos seus parâmetros físicos com foco no sistema de propulsão não homogênea, situação na qual os motores de propulsão em conjunto com suas hélices não se comportam de maneira idêntica do ponto de vista físico. Além disso, também é desenvolvida duas propostas de sistemas de controle para atitude e altitude, além de um simulador no software Simulink. A primeira proposta aplica a técnica de reiforceiment learning TD3 para sintonizar controladores da família PID aplicados em um sistema dinâmico não linear de uma plataforma aérea tiltrotor bimotor com sistemas de propulsão homogêneo e não-homogêneo. O objetivo do projeto de controle é estabilizar a atitude do sistema e realizar o controle de altitude, além de avaliar diferentes funções de recompensa durante o processo de aprendizagem. A segunda proposta de controle é uma aplicação da teoria do controle ótimo, utilizandose LMI (Linear Matrix Inequality), onde se faz alocação robusta de polos para um controlador PI ideal. Ainda, é proposta uma arquitetura conveniente para mitigar o problema de propulsão não homogênea, onde se utiliza uma matriz de ponderação para lidar com a diferença de propulsão como dinâmica não modelada. Por fim, desenvolve-se um conjunto de simulações em Matlab/Simulink para avaliar comparativamente as duas propostas utilizando-se índices de desempenho e gráficos de respostas dos controladores.