Συντονισμός σμήνους UAV για αποφυγή σύγκρουσης

• Κύριος συγγραφέας: Ριζάκης, Κωνσταντίνος
• Άλλοι συγγραφείς: Rizakis, Constantinos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2021
• Θέματα: Μη επανδρωμένα οχήματα; Αυτόματος έλεγχος; Προσομοίωση; Σμήνος; UAV swarm; Coordination; Simulink; Formation control

H παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο μελέτης τη μοντελοποίηση και τον έλεγχο συνεργατικής πτήσης μεταξύ ελικοπτέρων τεσσάρων ελίκων, γνωστά ως Quadrotor, με τη μέθοδο Leader-Follower. Ο σκοπός του ελέγχου του συστήματος αυτού είναι η αποφυγή σύγκρουσης μεταξύ των Quadrotors και βέβαια η διατήρηση του σχηματισμού του σμήνους στον αέρα. Η μοντελοποίηση και η προσομοίωση του συστήματος του κάθε ελικοπτέρου, των ελεγκτών και του συνολικού συστήματος σμήνους πραγματοποιείται με το πρόγραμμα MATLAB/Simulink. Συγκεκριμένα, στο 1ο κεφάλαιο παρουσιάζεται το ελικόπτερο τύπου Quadrotor, περιγράφεται η λειτουργία του, η χρήση του σε μεγάλο πλήθος εφαρμογών και γίνεται μια ιστορική αναφορά στα επιστημονικά και κοινωνικοοικονομικά κίνητρα που οδήγησαν στην γενικότερη ιδέα, την κατασκευή και τη χρήση των μη επανδρωμένων αεροσκαφών. Στο 2ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται αναλυτικά οι εξισώσεις οι οποίες περιγράφουν την κίνηση και τον προσανατολισμό του Quadrotor. Αυτές αποτελούν το μαθηματικό μοντέλο του ελικοπτέρου, το οποίο χρησιμοποιείται για τις προσομοιώσεις της εργασίας. Στο 3ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται και αναλύονται θεωρητικά οι ελεγκτές που χρησιμοποιούνται στο μοντέλο του Quadrotor. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται ο ελεγκτής PID και αναφέρεται ο τρόπος με τον οποίο οι όροι του επηρεάζουν τη συμπεριφορά του συστήματος. Στο 4ο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το μοντέλο του Quadrotor και οι ελεγκτές του στο περιβάλλον του Simulink. Εκεί απεικονίζονται σχηματικά τα τμήματα του μοντέλου και επεξηγείται ο τρόπος με τον οποίο οι ελεγκτές επεμβαίνουν στο σύστημα. Στο 5ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι εξισώσεις του Formation Controller ο οποίος αναλαμβάνει το συντονισμό του σμήνους. Συγκεκριμένα, εξηγείται ο τρόπος με τον οποίο ο Controller επεμβαίνει στο σύστημα, αποσκοπώντας στη διατήρηση του σχηματισμού. Στο 6ο κεφάλαιο, παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης πτήσης του Single Quadrotor στο περιβάλλον του Simulink. Συγκεκριμένα, με τη βοήθεια των γραφημάτων των μεταβλητών θέσης και προσανατολισμού, αλλά και με το Visualization Block το οποίο απεικονίζει γραφικά το Quadrotor, βλέπουμε τη συμπεριφορά του ελικοπτέρου καθώς αυτό ακολουθεί ένα “μονοπάτι” συντεταγμένων στο καρτεσιανό σύστημα. (Path Tracking). Επίσης δίνονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης πτήσης του σμήνους των Quadrotors. Μέσω γραφημάτων παρατηρούμε τη συμπεριφορά τους καθώς ακολουθούν ένα συγκεκριμένο εναέριο μονοπάτι. Τέλος πραγματοποιείται μια προσομοίωση μεταφοράς ενός φορτίου από δύο Quadrotors. Στο 7ο κεφάλαιο, δίνονται τα συμπεράσματα της έρευνας αυτής, οι δυνατότητες επέκτασης και εξέλιξής της και αναφέρονται οι διαφορετικές προσεγγίσεις που υπάρχουν στο συγκεκριμένο αντικείμενο.