U Zagrebu otkrivene sve tajne quadrotora  

Javno predavanje s naslovom "Dronovi. Kako i zašto?", koje se održalo 30. rujna 2015. na Visokoj školi za informacijske tehnologije u Zagrebu (VsiTe), okupilo je skupinu inženjera i doktoranda, zaljubljenika u bespilotne letjelice, koji su opisivali osnovne pojmove i principe, teoriju leta, regulaciju letjelice, komunikaciju, te postojeće zakone vezane za bespilotne letjelice.

Tako su objasnili pojam kao što je Quadkopter ili quadrotor koji spada u skupinu multikoptera ili multirotora što je podvrsta helikoptera te pojam „bespilotna letjelica“ koja označava letjelicu gdje se pilot nalazi izvan letjelice (bezposadna letjelica). Isto tako bespilotne letjelice mogu biti sposobne i za autonomno izvršavanje zadataka i tada ih se naziva dronovima, gdje autonomno znači da se ne zadaju naredbe već zadaci ili se definira što treba napraviti no ne i na koji način treba napraviti.

Dijelovi quadrotora su konstrukcija u obliku križa, pogonski dio koji čine propeleri, motori  kontroler motora, baterija, senzori kao što su žiroskop, akcelerometar, magnetometar, ultrazvučni senzor, senzor tlaka, kamera, GPS, sustav za bežičnu komunikaciju te kontroler leta. Kontroleri leta u komercijalnim quadrotorima najčešće su zaključani za razliku od toga kontrolerileta razvijeni od strane internet zajednica su otvorenog kôda i primjenjivi su na hardver poput Rasberry Pi i/ili Arduina.

Kroz teoriju leta objašnjeno je kako se zbog poništavanja momenta motora susjedni motori vrte u suprotnim smjerovima, a nasuprotni u istim. Ukoliko se svi motori vrte istom brzinom i suma potiska svih propelera se izjednači sa silom gravitacije, quadrotor će lebdjeti. Promjenom brzine vrtnji pojedinih motora možemo ostvariti 4 osnovna gibanja quadrotora: dizanje/spuštanje, zakretanje, naprijed/natrag, lijevo/desno, a kombinacijom tih gibanja postižemo bilo koje gibanje quadrotora.

Nakon uvodnog predavanja, detaljnije se pristupilo objašnjavanju izvođenja matematičkog modela quadrotora. Matematički model je matematički opis stvarnog ponašanja quadrotora gdje upravljačke varijable, odnosno ulazi u model, su kutne brzine sva 4 motora (omega_1, … , omega_4) dok su stupnjevi slobode gibanja quadrotora, odnosno izlazi iz matematičkog modela, pozicija (x,y,z) i orijentacija quadrotora (fi, omega, psi).Jednom izvedeni modelomogućuje simulaciju ponašanja quadrotora. Detaljniji model vjernije opisuje ponašanje quadrotora, ali zahtijeva više računalnih resursa prilikom simulacije što može dovesti do dugog vremena izvršavanja ili do prekida simulacije. Zbog toga je potrebno pronaći kompromis između jednostavnosti modela i željene točnosti simulacije. Model je moguće pojednostavniti zanemarivanjem raznih utjecajnih faktora koji jako povećavaju kompleksnost modela, ali ne utječu jako na točnost.

Quadrotor može izvršavati zadaće koje mogu biti vrlo jednostavne, poput lebdjenja, ili komplicirane poput praćenja trajektorije i izbjegavanja prepreka. To mu omogućuju upravljački algoritmi, odnosno regulacija.Cilj stabilizacije je pronaći vrijednosti kutnih brzina propelera za koje će quadrotor održavati zadani položaj i orijentaciju prema zadanom zadatku. Prilikom modeliranja upravljanja, izraze dinamike quadrotora je potrebno pojednostaviti kako bi se omogućio jednostavni inverzni model koji se može implementirati u upravljačke algoritme.

Budući da je quadrotor podupravljani sustav, imamo 4 varijable u unutarnjoj regulacijskoj petlji koje direktno utječu na kutne brzine propelera, a održavanje zadanog položaja po x i y koordinatama se brine vanjska regulacijska petlja koja je nadređena unutarnjoj. Kao algoritam isproban je PI-D regulator koji je dosta robustan te pokazuje zadovoljavajuće odzive prilikom dostizanja točke u prostoru ili prilikom praćenja referentne trajektorije uz prisustvo vanjskog poremećaja. Za potrebe provjere upravljačkog algoritma i simulacije, koristio se programski paket MATLAB-SIMULINK, no kako je njegovo korištenje ograničeno u prostorima sveučilišta, paralelno je programiran kôd za potrebe simulacije ponašanja quadrotora u programskom jeziku Python.