Simulation and control of a variable pitch quadrotor

This thesis explores the possibility of an increase in the performance of variable-pitch quadrotor, by suitable mixing of inputs, namely, blade pitch and motor RPM. A nonlinear mathematical model of a variable-pitch quadrotor is derived, and a simulation model is developed in Simulink as well as Maplesim. The work also involves control law design using frequency domain loop-shaping, h-infinity loop-shaping and linear quadratic regulator with an integrator, for altitude control as well as angular position control of a variable pitch quad-rotor. Different input mixing strategies are considered, to probe the possibility of improvement in the performance. Extensive simulations in Simulink/Matlab are carried out on the linearized model of variable pitch quadrotor, along with the actuator saturations and hardware effects. The research activity has demonstrated the possibility to increase the performance in the presence of actuator saturations, by mixing pitch and rpm control. The thesis also discusses the use of gain scheduling to maintain the handling qualities of the vehicle while adopting a power saving strategy.

Questo lavoro di tesi esplora la occasione di utilizzare, su un velivolo UAV quadrirotore a passo variabile, una architettura di controllo ibrida tra le due possibili, da idonea miscelazione di input, vale a dire, passo delle pale e giri motore. Un modello matematico non lineare di un quadrotor passo variabile stato derivato, e un modello di simulazione sviluppato in Simulink e MapleSim. Il lavoro prevede anche la progettazione del diritto di controllo mediante dominio di frequenza loop-shaping, H-infinito loop-shaping e regolatore lineare quadratico con un integratore, per il controllo della quota, e il controllo della posizione angolare di un passo variabile quad-rotore. Diverse strategie di miscelazione ingresso sono considerati, per sondare la occasione di miglioramento delle performance. Ampie simulazioni in Simulink / Matlab vengono effettuate sul modello linearizzato del passo quadrotor variabile, insieme con le saturazioni degli attuatori ed effetti hardware. Il lavoro di ricerca ha dimostrato la dimostrazione di aumentare le prestazioni in presenza di saturazioni dell'attuatore, miscelando pece e controllo rpm. La tesi discute anche l'uso di programmazione del guadagno per mantenere le pregio di maneggevolezza del veicolo mentre l'adozione di una strategia di risparmio energetico.