Modellazione e controllo di un quadrirotore: analisi dinamica del moto verticale e orizzontale

Abstract

Il seguente lavoro di tesi ha l’obiettivo di modellare e controllare il comportamento dinamico di un modello semplificato di quadricottero sul piano bidimensionale y-z, che rappresenta il piano verticale-trasversale del velivolo. La trattazione, in particolare, si occupa dello sviluppo del modello matematico del drone e della conseguente linearizzazione attorno al punto di hovering di quest’ultimo, che permetterà di ricavare le funzioni di trasferimento che descrivono le dinamiche del moto verticale, orizzontale e dell’angolo di rollio. Successivamente queste verranno analizzate singolarmente nel dettaglio, prima in ciclo aperto, mostrandone i limiti di instabilità, e poi in ciclo chiuso al fine di rendere stabile il modello e di conferire adeguate caratteristiche fisiche al quadrirotore. In tal modo, mediante l’implementazione di appropriati regolatori su ambiente MATLAB, il velivolo sarà in grado di raggiungere e mantenere autonomamente una traiettoria e un assetto desiderati.

The present thesis aims to model and control the dynamic behavior of a simplified quadrotor model on the bidimensional y-z plane, which represents the vertical-transverse plane of the aircraft. The discussion, in particular, focuses on the development of the mathematical model of the drone and its consequent linearization around the hovering point, which will allow for the derivation of the transfer functions that describe the dynamics of the vertical, horizontal, and roll angle motions. Subsequently, these dynamics will be analyzed individually in detail, first in open-loop, showing their instability limits, and then in closed-loop in order to stabilize the model and provide adequate physical characteristics to the quadrotor. In this way, by implementing appropriate controllers in a MATLAB environment, the aircraft will be able to autonomously reach and maintain a desired trajectory and attitude.