Controlo de um veículo aéreo semi-autónomo

Abstract

Este trabalho tem como objectivo a aplicação da abordagem baseada em atractores de sistemas dinâmicos, usada para o controlo do movimento de um veículo aéreo aerostático semi-autónomo. Foi projectada uma arquitectura de controlo formalizada como um sistema dinâmico não linear. Esta foi inicialmente validada através de simulações computacionais. Numa primeira fase usámos um simulador construído no programa MATLAB e a ferramenta SIMULINK desse programa. Numa fase posterior a simulação foi feita em linguagem C++ e a ferramenta gráfica OpenGL. Desta forma o cálculo do modelo do dirigível passou a ser realizado com recurso ao algoritmo de resolução de equações diferenciais por métodos numéricos, sendo usado o método de quarta ordem de Runge-Kuta. Finalmente fizemos a implementação física da arquitectura de controlo no dirigível adquirido, tendo para isso sido construído um interface entre o computador e o comando dos motores. A informação sensorial provém de uma câmara de vídeo CMOS instalada na gôndola do dirigível. O processamento de imagem dá-nos a direcção, a distância e a diferença de altitude à qual os obstáculos e os alvos estão localizados em relação à direcção frontal do dirigível. Esta informação é usada para gerar a dinâmica comportamental que será a responsável pela actuação dos motores.

The goal of this work is the application of the approach based on attractors dynamics to the motion control of a semi-autonomous aerostatic air vehicle. The designed control architecture is fully formalized as a non-linear dynamical system. This was first validated through computational simulations. In order to do so, a simulator built with Matlab Simulink was used. In a latter stage a new simulator was built using C + + and OpenGL. In the second simulator, the Simulink space state model of the airship was replaced by differential equations solved with a fourth order Runge-Kuta method. The last step was the physical implementation of the control architecture on a real airship. To made this possible, an interface was designed and built so we could communicate with the airship thrusters using the computer. Sensory information comes from a CMOS camera in the airship gondola. Image processing gives us direction, distance and the altitude diference at which targets and obstacles lie relatively to the airship’s frontal direction. This information is then used to generate the behavioral dynamics which will be responsible for the actuation of the thrusters.