Simulink-ROS software architecture to test the control system of an autonomous quadrotor

This thesis describes the work done to develop a test platform for control algorithms in quadcopters. The quadcopter chosen was the Parrot ArDrone 2.0 Elite, therefore, all the model parameters used are the ArDrone 2.0 ones. In order to implement a low-level controller, the architecture available in the well-known tum_simulator package, was reformulated in order to assign the motor velocities directly, instead of the forces applied to the robot. Moreover, a controller was implemented doing the time synchronization between Mathworks Simulink and ROS Gazebo. The algorithm chosen was a Cascaded PID due to its simplicity compared to other robust control algorithms, such as MPC or LQR. The controller, attached to the new architecture, shows a very good result being able to follow a given spiral trajectory.

Questa tesi descrive il lavoro svolto per sviluppare una piattaforma di test per algoritmi di controllo e pianificazione per quadricotteri. Il quadricottero scelto come riferimento per lo sviluppo dell’architettura è stato il Parrot ArDrone 2.0 Elite, quindi tutti i parametri del modello utilizzati nella piattaforma sono quelli di ArDrone 2.0. Per implementare un controllo di basso livello, l’architettura presente nel noto pacchetto tum_simulator è stata riformulata in modo da poter assegnare direttamente le velocità dei motori, invece delle forze applicate al quadricottero. Inoltre, è stato implementato un controllo che esegue la sincronizzazione temporale tra Simulink e ROS Gazebo. L’algoritmo di controllo scelto è un Cascaded PID per la sua semplicità rispetto ad altri algoritmi di controllo robusto, come MPC o LQR. Tale controllore, inserito nella nuova architettura, presenta degli ottimi risultati permettendo al drone di seguire una traiettoria spiraliforme data.