CONTROL STRATEGY APPLIED TO AUTONOMOUS UAV OPERATION IN MARINE SMALL CARGO TRANSPORT

Abstract

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have been used in diverse applications due to their flexibility for maneuvering and performing tasks with short path lengths and maximum roll angles. One of the main goals of the oil and gas industry is to improve the exploration process without losing manufacturing efficiency and quality. One of the challenges is maintaining flight stability when facing disturbances, such as wind. UAVs usually use a classical Proportional, Integrative, and Derivative (PID) controller. PID controller is widely used in literature and industry due to its simple structure and less dependence on the model. However, this classical controller requires expertise from the operator to adjust the parameters when dealing with nonlinearities. Therefore, this work proposes developing and implementing an SMC controller aboard a PX4 Flight flight control unit (FCU) software for UAV and a computer vision technique to apply an autonomous UAV in an offshore cargo task for the Oil and Gas sector. The controller was evaluated in both a realistic simulation environment and with real-world tests. The results demonstrated the robustness of the proposed control strategy for marine small cargo transportation using UAVs.

Os Veículos Aéreos não Tripuláveis (VANTs) têm sido utilizados em diversas aplicações devido à sua flexibilidade para manobrar e realizar tarefas com trajetos curtos e ângulos de rolagem máximos. Um dos principais objetivos da indústria de petróleo e gás é melhorar o processo de exploração sem perder a eficiência e a qualidade da fabricação. Um dos desafios em manter a estabilidade de voo diante de perturbações, como o vento. Os VANTs geralmente usam um controlador Proporcional, Integral e Derivativo (PID) clássico. O controlador PID é amplamente utilizado na literatura e na indústria devido a sua estrutura simples e menor dependência do modelo. No entanto, esse controlador clássico exige do operador experiência para ajustar os parâmetros ao lidar com não linearidades. Portanto, este trabalho propõe desenvolver e implementar um controlador Sliding Mode Controller (SMC) a bordo de um software PX4 FCU para VANT e uma técnica de visão computacional para aplicar um VANT autônomo em uma tarefa de carga offshore para o setor de Petróleo e Gás. A avaliação do controlador foi realizada tanto em um ambiente de simulação realista quanto em testes do mundo real. Os resultados mostram a robustez do controle proposto para o transporte de pequenas cargas com VANTs.