This thesis is about the synchronized flight of a formation of multirotors which execute a mission. The mission is characterized by a trajectory for each drone which composes the formation. The formation must be able to deal with unforeseen events, which can compromise the outcome of the mission. In order to do that, the drones must exchange information with each others and a support network is therefore needed. The purpose of this thesis is to present the algorithm for synchronized formation flight called consensus algorithm and implement it in a simulated environment and in a real system with heterogeneous drones. We want to verify that the theoretical results can be applied in a real distributed system, with not ideal network performances. In the first part, we explain the algorithm used during the experimental work, while in the following chapter the software and hardware used are presented. In the last chapters, we show in detail the structure of the software and the experiment conducted. In particular, many simulations will be presented to confirm the quality of the consensus algorithm. Finally, a comparison between the simulated results and the ones obtained in the real environment is proposed.

La tesi tratta di volo sincronizzato di una formazione di multirotori che eseguono una missione, caratterizzata da una traiettoria per ogni drone che compone la formazione. La formazione deve essere in grado di reagire a eventi inaspettati, che possono compromettere l'esito della missione stessa. Per raggiungere tale scopo, i droni devono scambiare informazioni, attraverso una rete di supporto. L'obbiettivo della tesi è di presentare l'algoritmo utilizzato per il volo sincronizzato, chiamato algoritmo di consenso e implementarlo sia in un ambiente simulato, che in un sistema reale, composto da macchine eterogenee. Si vuole verificare che i risultati teorici possano essere applicati in un sistema reale distribuito, dotato di una rete di comunicazione dalle prestazioni non ideali. Nella prima parte della tesi, verrà esposto l'algoritmo usato durante il lavoro sperimentale, mentre nel capitolo seguente saranno presentati l'hardware e il software. Negli ultimi capitoli saranno evidenziati nel dettaglio la struttura del software e gli esperimenti condotti. In particolare, saranno mostrate alcune simulazioni, in modo da confermare la bontà dell'algoritmo di consenso. Infine, nell'ultimo capitolo, sarà proposta una comparazione tra i risultati delle simulazioni e quelli ottenuti mediante l'implementazione in un sistema reale.

Consensus based control for a unmanned aerial vehicle formation

DELBONO, ALEX
2016/2017

Abstract

This thesis is about the synchronized flight of a formation of multirotors which execute a mission. The mission is characterized by a trajectory for each drone which composes the formation. The formation must be able to deal with unforeseen events, which can compromise the outcome of the mission. In order to do that, the drones must exchange information with each others and a support network is therefore needed. The purpose of this thesis is to present the algorithm for synchronized formation flight called consensus algorithm and implement it in a simulated environment and in a real system with heterogeneous drones. We want to verify that the theoretical results can be applied in a real distributed system, with not ideal network performances. In the first part, we explain the algorithm used during the experimental work, while in the following chapter the software and hardware used are presented. In the last chapters, we show in detail the structure of the software and the experiment conducted. In particular, many simulations will be presented to confirm the quality of the consensus algorithm. Finally, a comparison between the simulated results and the ones obtained in the real environment is proposed.
GIURATO, MATTIA
PANIZZA, PIETRO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
27-lug-2017
2016/2017
La tesi tratta di volo sincronizzato di una formazione di multirotori che eseguono una missione, caratterizzata da una traiettoria per ogni drone che compone la formazione. La formazione deve essere in grado di reagire a eventi inaspettati, che possono compromettere l'esito della missione stessa. Per raggiungere tale scopo, i droni devono scambiare informazioni, attraverso una rete di supporto. L'obbiettivo della tesi è di presentare l'algoritmo utilizzato per il volo sincronizzato, chiamato algoritmo di consenso e implementarlo sia in un ambiente simulato, che in un sistema reale, composto da macchine eterogenee. Si vuole verificare che i risultati teorici possano essere applicati in un sistema reale distribuito, dotato di una rete di comunicazione dalle prestazioni non ideali. Nella prima parte della tesi, verrà esposto l'algoritmo usato durante il lavoro sperimentale, mentre nel capitolo seguente saranno presentati l'hardware e il software. Negli ultimi capitoli saranno evidenziati nel dettaglio la struttura del software e gli esperimenti condotti. In particolare, saranno mostrate alcune simulazioni, in modo da confermare la bontà dell'algoritmo di consenso. Infine, nell'ultimo capitolo, sarà proposta una comparazione tra i risultati delle simulazioni e quelli ottenuti mediante l'implementazione in un sistema reale.
Tesi di laurea Magistrale
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