Análise da Metodologia SOESGOPE aplicada a um Quadrotor para Estimação Ótima de Parâmetros

Abstract

In order for UAVs to be able to operate satisfactorily, robust control methods must be employed, and these are dependent on a faithful mathematical model of the system. This work presents an analysis of the SOESGOPE methodology for estimation of the parameters of a quadrotor and excitation signal generation for the experiment. The methodology consists of two layers of optimization: one internal, responsible for the optimal estimation of the parameters, and based on safety barrier interior point algorithm; and the outer, responsible for obtaining a (sub)optimal signal of excitation, with respect to metrics such as duration, space, excitation persistence and state space constraints. The outer layer is based on an algorithm similar to the Particle Swarm. In order to receive an excitation signal, a simple PID controller is proposed for the aircraft, tuned via the Twiddle method. Three simulation scenarios are analyzed, regarding the importance of knowledge of initial parameters, the uncertainty of the plant parameters, and finally a sensitivity analysis of the methodology with respect to its weighting gains. The SOESGOPE methodology presents positive results for application in VAANTS, being effective in the estimation of the parameters in all the scenarios. Resumo: Para que os VAANTs possam operar satisfatoriamente, robustos métodos de controle devem ser empregados, e estes são dependentes de um modelo matemático fiel do sistema. Este trabalho apresenta uma análise da metodologia SOESGOPE para estimação dos parâmetros de um quadrotor e geração de sinal de excitação para o experimento. A metodologia consiste de duas camadas de otimização: uma interna, responsável pela estimaçãoótima dos parâmetros, e baseada em algoritmo de pontos interiores com barreira de segurança; e a externa, responsável pela obtenção de um sinal (sub)ótimo de excitação, com relação a métricas como duração, espaço, persistência de excitação e restrições no espaço de estados. A camada externaé baseada em um algoritmo similar ao Particle Swarm. Para que possa receber um sinal de excitação,é proposto um controlador PID simples para a aeronave, sintonizado através do método twiddle. São analisados 3 cenários em simulação, relativos a importância de conhecimento de parâmetros iniciais,à incerteza dos parâmetros da planta, e por fim uma análise de sensibilidade da metodologia com relação a seus ganhos de ponderação. A metodologia SOESGOPE apresenta resultados positivos para aplicação em VAANTS, sendo eficaz na estimação dos parâmetros em todos os cenários.