Controle Preditivo Baseado em Modelo com Restrições Flexíveis para Rastreamento de Trajetória e Desvio de Obstáculos em VANTs
Nome: DIEGO ABRAHAM APAZA LAURA
Data de publicação: 17/12/2025
Banca:
Nome |
Papel |
|---|---|
| DANIEL KHEDE DOURADO VILLA | Presidente |
| JOSE LEANDRO FELIX SALLES | Examinador Interno |
| KEVIN BRAATHEN DE CARVALHO | Examinador Externo |
| WANDERLEY CARDOSO CELESTE | Examinador Interno |
Resumo: Esta dissertação apresenta o projeto, implementação e validação experimental de uma estrutura de Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC) para o rastreamento de trajetória e desvio de obstáculos em Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) do tipo quadrotor. A estratégia é focada na navegação segura em ambientes dinâmicos. O núcleo da abordagem consiste em um mecanismo de desvio que lineariza as restrições de colisão não-convexas em cada passo do horizonte de predição, utilizando planos tangentes variáveis no tempo. Isso permite que o problema de otimização seja formulado e resolvido eficientemente como um Programa Quadrático (QP) padrão. Para aumentar a robustez e garantir a factibilidade do solver em cenários altamente restritos ou na presença de distúrbios, o problema de otimização incorpora restrições flexíveis (soft constraints). Esta técnica utiliza variáveis de folga para permitir violações temporárias das zonas de segurança a um custo de penalidade elevado, assegurando que uma solução viável seja sempre encontrada. O controlador foi implementado em MATLAB e executado em uma estação de solo, comunicando-se com o VANT em tempo real (30 Hz) através do ROS (Robot Operating System). Experimentos de validação foram realizados utilizando um quadrotor real (Parrot Bebop 2), cuja pose foi fornecida por um sistema de captura de movimento (OptiTrack). Os cenários de teste incluíram o rastreamento de trajetória e regulação de setpoint na presença de múltiplos obstáculos estáticos e dinâmicos (robôs terrestres Pioneer 3-DX). Os resultados demonstram que o sistema proposto permite ao VANT navegar de forma eficiente e suave, antecipando e executando manobras evasivas seguras. A conclusão bem-sucedida de todos os cenários experimentais valida a eficácia e confiabilidade da abordagem para operação segura em ambientes complexos.
