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Tipo: TCC
Título: Controle preditivo baseado em dados para rastreamento de trajetórias em quadricópteros
Autor(es): Leite, Gabriel Fonseca
Orientador: Nogueira, Fabrício Gonzalez
Coorientador: Mapurunga, Eduardo de Melo
Palavras-chave em português: Quadricópteros;Controle preditivo;Controle Baseado em Dados;Rastreamento de Trajetórias
Palavras-chave em inglês: Quadcopters;Predictive control;Data-Driven Control;Data-Enabled Predictive Control;Trajectory Tracking
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2025
Citação: LEITE, Gabriel Fonseca. Controle preditivo baseado em dados para rastreamento de trajetórias em quadricópteros. 2026. 95 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Este trabalho, investiga a aplicação do algoritmo Data-Enabled Predictive Control (DeePC) ao rastreamento de trajetórias de veículos aéreos não tripulados multirrotores. A perspectiva deste trabalho é a de demonstrar a viabilidade do controle preditivo baseado exclusivamente em dados de entrada-saída, dispensando a identificação paramétrica de modelos matemáticos do sistema. A partir do Lema Fundamental de Willems, que estabelece que trajetórias de sistemas lineares invariantes no tempo podem ser representadas como combinações lineares de dados históricos persistentemente excitantes, desenvolve-se uma formulação regularizada capaz de operar sob condições de ruído e não-linearidades moderadas. Para validação, implementa-se um ambiente de simulação de alta fidelidade baseado em um quadricóptero de referência, incluindo dinâmica não-linear, saturação de atuadores e atrasos computacionais. São realizadas comparações sistemáticas com controladores baseados em modelo, especificamente o PID otimizado via Enxame de Partículas (PSO), o Regulador Linear-Quadrático (LQR) e o Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC). Os resultados demonstram que a abordagem baseada em dados atinge desempenho de rastreamento comparável ao preditivo clássico, superando significativamente as estratégias reativas. Em termos de robustez revela que o controlador mantém desempenho aceitável mesmo diante de ruídos de medição, consolidando-se como alternativa promissora para aplicações onde a modelagem matemática precisa é impraticável, oferecendo equilíbrio entre precisão, robustez e simplicidade de implementação.
Abstract: This study investigates the application of the Data-Enabled Predictive Control (DeePC) algorithm to the trajectory tracking of multirotor unmanned aerial vehicles. The objective of this work is to demonstrate the feasibility of predictive control based exclusively on input-output data, bypassing the parametric identification of mathematical models of the system. Drawing from Willems' Fundamental Lemma, which establishes that trajectories of linear time-invariant systems can be represented as linear combinations of persistently exciting historical data, a regularized formulation is developed to operate under conditions of noise and moderate nonlinearities. For validation, a high-fidelity simulation environment is implemented based on a reference quadcopter, incorporating nonlinear dynamics, actuator saturation, and computational delays. Systematic comparisons are conducted with model-based controllers, specifically PID optimized via Particle Swarm Optimization (PSO), the Linear-Quadratic Regulator (LQR), and Model Predictive Control (MPC). The results demonstrate that the data-driven approach achieves tracking performance comparable to classical predictive control, significantly outperforming reactive strategies. Regarding robustness, the analysis reveals that the controller maintains acceptable performance even in the presence of measurement noise, establishing itself as a promising alternative for applications where precise mathematical modeling is impractical, offering a balance between precision, robustness, and implementation simplicity.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84991
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/3852039198873581
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-1935-8937
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/5826590609995005
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0003-1924-362X
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/8380028126153492
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA ELÉTRICA - Monografias

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