Control of fixed wing unmanned aerial vehicles in autonomous variable shape formation flight

Abstract

Nesta tese são propostos controladores para voo em formação de veículos aéreos não tripulados (VANTs) de asa fixa. Primeiro, mostra-se que independente do sistema de referência adotado para modelar a formação, controladores baseados na técnica de inversão não linear simplificam a dinâmica da formação para de duplo integrador. Para o sistema de referência do líder, é proposto um controlador baseado em inversão não linear para formações com formato variante no tempo e com líder manobrante, o que representa um avanço em relação aos controladores baseados em inversão linear para voo em formação existentes na literatura. Também é proposto um algoritmo de planejamento de trajetória e de prevenção de colisão baseado no sistema de referência do líder. O desempenho de controladores baseados em inversão não linear depende da precisão dos modelos utilizados para projeto. A técnica de controle por modos deslizantes pode conferir robustez ao sistema de controle. No entanto, pode resultar leis de controle que chaveiam em excesso, o que pode comprometer a durabilidade de atuadores. Nesta tese são então propostas duas arquiteturas de controle de voo em formação baseadas na técnica de controle por modos deslizantes e com filtros passa baixa para atenuar o efeitos indesejado do chaveamento. Nessas arquiteturas a ação de controle em cada VANT utiliza seus próprios dados e dados de VANTs de sua vizinhança. A estabilidade das arquiteturas de controle propostas é demonstrada utilizando-se funções de Lyapunov. A eficácia dos controladores propostos é mostrada por meio de simulações.