Performance study of the flight control and path planning for a UAV type Quadrotor

Abstract

Abstract: Motivated by the important growth of VTOL vehicles research such as quadrotors and to a small extent autonomous flight, PID control laws and a path planning strategy are studied in this thesis. Since this type of multirotor vehicle has a complex dynamics, it is not an easy task to achieve a precise control. So, the main goal is to implement a PID controller in simulation. It has showed an acceptable performance particularly in hover condition. Additionally, an autopilot simulator is used as well to validate the attitude and altitude stabilization of a quadrotor. Some changes are made to certain dynamic variables to determine and get a better understanding of the quadrotor flight dynamics (X configuration). In the same way, some modifications to the control parameters are also made in order to examine attitude changes when different paths are designed (X and + configurations). The shortest and/or other possible paths are studied by applying Dubins curves. This method will help to verify the feasibility of these kind of paths for quadrotors. The results are presented through MATLAB and simulations with AP mission planner for Linux.

Resumen: En los últimos años el interés por la investigación en vehículos aéreos no tripulados autónomos tipo VTOL (Despegue y Aterrizaje Vertical) ha tenido un significante crecimiento. En éste trabajo se estudian las leyes de control PID y una estrategia de planificación de trayectoria. Debido a la compleja dinámica de éste tipo de plataformas multirotor, lograr un control adecuado de las mismas resulta no ser una tarea fácil. Por lo tanto, el principal objetivo es implementar un controlador PID en simulación el cuál ha evidenciado tener un rendimiento adecuado particularmente en condición hover. Adicionalmente, se emplea un simulador de autopiloto con el propósito de validar el comportamiento de la orientación y la altura de un quadrotor. Se realizan algunos cambios a los valores de las variables dinámicas con el fin de determinar y tener una mejor compresión de la mecánica de vuelo. (Configuración X). Igualmente, ciertas modificaciones se realizan a los parámetros de control para examinar los cambios que se puedan presentar en orientación cuando se diseñan diferentes trayectorias (Configuraciones X, +). Las trayectorias posibles y/ó las más cortas se plantean aplicando curvas de Dubins. Este método será útil para verificar la viabilidad de ésta clase de trayectorias en quadrotores. Los resultados se presentan haciendo uso de MATLAB y simulaciones con AP mission planner en Linux.