Decentralized LMI-based anti-windup compensator for quadrotor UAVs

This thesis presents an altitude and attitude control design suitable to counteract the effects of actuators saturation on the stability and performance of multirotor UAVs. The proposed strategy is based on a decentralized anti-windup compensator scheme that allows augmenting a baseline cascaded controller in which the inner loop controller is linear. The anti-windup techniques that we adopt are based on the solution of linear matrix inequalities (LMIs) and guarantee stability as well as graceful performance degradation when saturation occurs. To show the benefit of anti-windup augmentation, both a static and a dynamic LMI-based compensator has been implemented onboard a quadrotor UAV and their performance have been compared with that of the baseline controller in an experiment that induces saturation effects.

Questa tesi presenta il design di un controllore per la quota e l'assetto capace di mitigare gli effetti dovuti alla saturazione degli attuatori sulla stabilità e sulle performance dei tali multirotori. La strategia proposta si basa su un compensatore \textit{anti-windup} decentralizzato che permette di aumentare un schema di controllo nominale in cascata nel quale l'anello più interno è lineare. La tecnica anti-windup utilizzata è basata sulla soluzioni di disugualianze lineare matriciali e permette di garantire la stabilità così come un certo livello di performance in presenza di saturazione degli attuatori. Per dimostrare i benefici di tale soluzione, un compensatore statico e uno dinamico sono stati implementati a bordo di un quadricottore autonomo e le loro performance sono state comparate con quelle ottenute dal controllore nominale in esperimenti capaci di indurre la saturazione degli attuatori.