Modelling, control and path following of a quadcopter

RESUMEN: En todas las aplicaciones de los cuadricópteros se requiere que estos sistemas sean capaces de seguir una trayectoria determinada de referencia. En este proyecto se estudiará la controlabilidad del sistema no lineal que describe el comportamiento de un cuadricóptero, así como la implementación de un controlador en dicho sistema. Se profundiza sobre las características del sistema desarrollando su principio de funcionamiento y el modelo matemático de ecuaciones diferenciales. Se explica la dependencia entre las entradas del sistema y el movimiento resultante, además de estudiar su controlabilidad, observabilidad y estabilidad. Se desarrolla una teoría matemática de control para definir y explicar correctamente estos pasos. En el sistema se implementa realimentación de estados, mediante un regulador cuadrático lineal y un controlador PD. Se mostrarán los resultados de las simulaciones para distintas trayectorias generadas y posteriormente se explican las aplicaciones más importantes de los cuadricópteros.ABSTRACT: In all the applications where quadcopters are used, these devices are required to follow a reference path. This project will study the controllability of the nonlinear system that describes the behavior of a quadcopter, as well as the implementation of a controller in that system. The characteristics of the system will be explained by developing its operating principle and the mathematical model composed of differential equations. The dependence between the system inputs and the resulting movement is explained, in addition to studying its controllability, observability and stability. A mathematical control theory is developed to define and explain these steps correctly. State feedback is implemented in the system, using a linear quadratic regulator and a PD controller. The results of the simulations for several generated paths will be shown and then the most important applications of the quadcopters are explained.Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriale