Quadrotor simulator = Simulador de quadrotor

Abstract

Nos últimos tempos têm surgido várias aplicações onde os dispositivos quadrotors (também genericamente conhecidos por "drones") têm sido utilizados, tendo o respetivo mercado apresentado uma evolução considerável. O projeto de um quadrotor é muito desafiante pois envolve o controlo simultâneo de quatro ou mais motores elétricos para que o quadrotor siga uma determinada trajetória no espaço tridimensional (com determinada orientação). Igualmente desafiante é a análise de desempenho de um quadrotor quando utilizado numa aplicação específica, tal o seguimento de um elemento móvel com uma câmara de vídeo, consitituindo esta um peso adicional considerável. Com o objetivo de permitir elaborar e analisar técnicas de controlo de dispositivos quadrotor, numa fase anterior à sua implementação, o trabalho aqui apresentado consistiu na implementação de um simulador de dispositivos quadrotor, tentando este ser o mais próximo possível de implementações reais. Assim, aplicando técnicas avançadas de simulação numérica, aliadas a modelos dinâmicos da estrutura física do quadrotor (sendo esta configurável) e a modelos de motores elétricos e das respetivas hélices, foi projetado e implementado um simulador em software que permite ao engenheiro de controlo testar e analisar diversas soluções de controlo de quadrotors. Adicionalmente, permite também ao utilizador do quadrotor testar o desempenho de um quadrotor específico sob determinadas condições, antes de o submeter ao respetivo teste real.

Lately, it has emerged several applications where the quadrotor devices (generally known as drones) has been used, having the respective market shown a considerable evolution. The project of a quadrotor is very challenging as it involves the simultaneous control of four or more electric motors so that the quadrotor follows a certain trajectory in the tridimensional space (with a certain orientation). Equally challenging is the performance analyses of a quadrotor when used in a specific application, such as following a mobile element with a video camera, having the last a considerable additional weight. With the goal of allowing the elaboration and analyses of control techniques of quadrotor devices, in a stage previous to its implementation, the work here presented consists in the implementation of a simulator of quadrotor devices, trying to make it as close as possible to the real implementations. Therefore, applying advanced numerical simulation techniques, combined with dynamic models of the quadrotor's physical structure (being this one configurable) with the models of electric motors and the respective propellers, it has been projected and implemented a simulator in software that allows the control engineer to test and analyse several quadrotors control solutions. Additionally, it also allows the quadrotor user to test the performance of a specific quadrotor under certain conditions, before submitting it to the real test.