Customização de Ziegler-Nichols aplicada ao controle de rolagem e arfagem de quadrirrotores com variação da carga

Abstract

Um quadrirrotor têm flexíveis capacidades de voo, tornando-o solução tecnológica em diversas áreas. Suas capacidades são alcançadas através do sistema de controle dos propulsores e controlar o quadrirrotor em situações que envolvem carga útil é um desafio. De modo a contribuir com a solução da problemática, este trabalho tem como objetivo propor a sintonia de ganhos de controladores PID através de Ziegler-Nichols, aplicada ao controle de rolagem e arfagem de quadrirrotores, com variação de carga útil. Nesta pesquisa, para a coleta de dados, foi construído um protótipo quadrirrotor. Os dados foram coletados observando situações sem carga e com carga útil. Foi apresentada a modelagem matemática caixa branca do quadrirrotor, relacionando as grandezas físicas, além da modelagem matemática caixa preta, para a identificação de modelos da resposta do sistema, como efeito dos fenômenos conhecidos e desconhecidos. Foi abordado ainda o sistema de controle proporcional-integral-derivativo (PID), além de caracterizar e implementar a sintonia de ganhos de controladores PID através da teoria de Ziegler-Nichols (ZN), que se mostrou pertinente para o desenvolvimento da pesquisa. As propostas customizadas da teoria de ZN aplicada ao quadrirrotor (ZNAQ) e aplicada ao quadrirrotor com carga (ZNAQC), foram validadas com uma melhoria na resposta de até 30% e 75% em relação à ZN, respectivamente. Além disso, a proposta customizada de ZN aplicada ao quadrirrotor com carga variável (ZNAQCV), foi validada em diferentes situações de carga, representando contribuições para os sistemas de controle de rolagem e arfagem de quadrirrotores, com implementação simplificada e de baixo custo, proporcionando benefícios relevantes para a sociedade.