Banca de QUALIFICAÇÃO: GUILHERME ALI ABDALLAH BASSANI

Uma banca de QUALIFICAÇÃO de MESTRADO foi cadastrada pelo programa.
STUDENT : GUILHERME ALI ABDALLAH BASSANI
Date: 06/08/2026
TIME: 10:00
LOCAL: Online
TITLE:

Implementação de Controle de Quadricóptero de Baixo Custo (ESP32 Drone) via SDRE no Tempo Discreto

PAGES: 97
BIG AREA: Engenharias
AREA: Engenharia Mecânica
SUMMARY:

Com o avanço das tecnologias associadas à engenharia aeroespacial e o crescente uso de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), especialmente os quadricópteros, torna-se imperativo o desenvolvimento de sistemas de controle robustos, rápidos e eficientes para uma dinâmica inerentemente não-linear, sujeita a acoplamentos cruzados entre eixos e a perturbações externas. Este trabalho de mestrado propõe e valida experimentalmente a estabilização e o controle de atitude de um quadricóptero de baixo custo por meio do controle ótimo não-linear via Equação de Riccati Dependente do Estado (State-Dependent Riccati Equation - SDRE) formulada em tempo discreto. Diferentemente do Regulador Linear Quadrático (LQR), que lineariza o modelo em torno de um único ponto de operação, o SDRE preserva a estrutura não-linear por meio de uma parametrização por coeficientes dependentes do estado (SDC), cujos graus de liberdade remanescentes são otimizados por varredura paramétrica sistemática (125.000 configurações simuladas) para definir a configuração nominal de projeto. A solução da Equação Algébrica de Riccati Discreta (DARE) a cada instante de amostragem é o gargalo computacional do método: sete algoritmos numéricos, implementados na biblioteca open-source AutoLQR, são comparados em 800.000 execuções no microcontrolador ESP32-S2 (single-core, sem unidade de ponto flutuante), identificando o algoritmo de duplicação preservador de estrutura (SDA) como o de melhor compromisso entre robustez (zero falhas) e precisão. Portado para aritmética de ponto fixo Q13.18 (~2,7x mais rápido que float), esse solver viabiliza uma malha de controle síncrona reordenada a ~196 Hz (Ts ≈ 5,1 ms), na qual o ganho computado no ciclo anterior é aplicado antes da resolução da DARE no mesmo ciclo, retirando-a do caminho crítico sensor-atuador. A estimação de atitude é obtida por filtro de Madgwick a partir de uma IMU de baixo custo, complementada por sensores de altitude (LIDAR) e de velocidade translacional (fluxo óptico) e pela identificação experimental dos momentos de inércia do veículo por mínimos quadrados. O controlador foi validado em voo real: o protótipo rastreou referências de roll e pitch comandadas por um operador, recuperando-se em menos de 0,3 s de um transiente agressivo de ~560°/s, com esforço de controle dentro do envelope físico dos atuadores. Os resultados demonstram a viabilidade do controle ótimo não-linear em tempo real sobre hardware embarcado acessível, contribuindo para a democratização de técnicas avançadas de controle em plataformas de VANTs de baixo custo.

COMMITTEE MEMBERS:
Presidente - Interno ao Programa - 2249350 - DIEGO PAOLO FERRUZZO CORREA
Membro Titular - Examinador(a) Interno ao Programa - 1672967 - MAGNO ENRIQUE MENDOZA MEZA
Membro Titular - Examinador(a) Externo ao Programa - 2129291 - ALAIN SEGUNDO POTTS
Membro Suplente - Examinador(a) Interno ao Programa - 1347739 - LUIZ DE SIQUEIRA MARTINS FILHO