Model-reference adaptive control of the vertical dynamics of a multirotor UAV

In the previous decade, a quick spread of UAV multicopter has been observed, whose application field is constantly expanding.Most of the time the focus has been on their autonomy, flight control and high maneuverability.Must of the times, phenomena happening during low altitude flight is usually ignored.So it is important for the vehicle which will operate in such condition to have a good controller who can compensate those effects. The first step in control development is an adequate dynamic system modelling, which should involve a faithful mathematical representation of the mechanical system.In this thesis, in order to deal with unknown parameters and unknown disturbances affecting the vertical dynamic of the quadcopter, we designed a MRACobserver baseline adaptive controller such a ways that beside an existing baseline control input, the adaptive control input can be activated and deactivated when needed. This Thesis presents a detailed dynamic analytical model of the quad-rotor helicopter using the linear Taylor series approximation method.It also presents an MRAC observer baseline adaptive controller technique, used to control the dynamics vertical equations of motion of the drone. The designed control technique is then implemented, inside MATLAB/SIMULINK, and tested on the quadcopter simulator.

Nel decennio precedente è stata osservata una rapida diffusione del multicopter UAV, il cui campo di applicazione è in continua espansione. La maggior parte delle volte l'attenzione è concentrata sulla loro autonomia, controllo del volo e l'alta manovrabilità. i fenomeni che si verificano durante il volo a bassa quota sono generalmente ignorati, quindi è importante che il veicolo che opererà in tali condizioni abbia un buon controllore in grado di compensare quegli effetti.Il primo passo nello sviluppo del controllo è un'adeguata modellazione dinamica del sistema,che dovrebbe comportare una fedele rappresentazione matematica del sistema da controllare. In questa tesi, al fine di trattare parametri sconosciuti e disturbi sconosciuti che influenzano la dinamica verticale del quadricottero, abbiamo progettato un controllore adattivo MRAC-observer in modo tale che accanto a una legge di controllo gia svilupatta,si puo aggiungere una legge di controllo adaptativa chi può essere attivata e disattivata quando necessario.Questa tesi presenta un modello analitico dinamico dettagliato del quadricottero.Dopo aver ottenuto il modello nonlineare del quadricottero, è stato linearizzato secondo lo sviluppo in serie di Taylor.Abbiamo poi svilupato una versione modificata della MRAC per controllare la dinamica verticale del quadricottero.Il modello e la legge di controllo sono stati implementati e simulati tramite MATLAB/SIMULINK.