Ingeniria

Control of Quadrocopter

VEDRAN

SIKIRIC

Master of Science Thesis Stockholm, Sweden 2008

Control of Quadrocopter

VEDRAN

SIKIRIC

Master’s Thesis in Computer Science (30 ECTS credits) at the School of Electrical Engineering Royal Institute of Technology year 2008 Supervisor at CSC was Henrik Christensen Examiner was Stefan Carlsson TRITA-CSC-E 2008:027ISRN-KTH/CSC/E--08/027--SE ISSN-1653-5715

Royal Institute of Technology School of Computer Science and Communication KTH CSC SE-100 44 Stockholm, Sweden URL: www.csc.kth.se

Abstract
Autonomous flying vehicles, also referred to as AFV’s, are generally thought of as being expensive and complicated. The consensus is that any research or development into this area would be done exclusively byuniversities or the military. Unfortunately, this is not far from the present truth. A simple low cost AFV solution would provide an attractive alternative to several civilian applications where a helicopter would traditionally be used. Practical applications could include: traffic surveillance, aiding search and rescue operations, looking out for forest fires, etc. The objective of this thesis isto build and experiment with a low cost prototype AFV. This involves constructing a vehicle control system, as well as evaluating various design features and building materials. The vehicle will be propelled using four motors and propellers mounted to a fuselage. The design details will be discussed more extensively later in the thesis. The basic theory will mainly consist of modelling andcontrol theory. It will however be important to implement different filtering techniques such as Kalman, analogue and digital filtering. These will, to some extent also be discussed theoretically. It is important to emphasize that existing solutions on the market today are the result of projects with far greater budgets than the one available here. Hence the goal is to experiment with alow cost AFV and to determine what is possible to achievable with small resources.

Styrning av quadrocopter Sammanfattning
Autonoma flygande farkoster, också kallade AFV, är generellt ansedda att vara dyra och väldigt komplexa. En följd av detta skulle vara är att majoriteten av all forskning och utveckling inom området utförs av militärindustrin eller universitet. Detta är i dagensläge tyvärr inte långt från den verklighet vi befinner oss i. En enkel och billig AFV-lösning skulle kunna erbjuda ett attraktivt alternativ i flertalet civila applikationer där man idag använder sig av en helikopter. Exempel på sådana områden skulle kunna vara trafikövervakning, hjälpa till vid räddningsuppdrag, övervaka och hålla utkik efter skogsbränder etc. Målet med detta examensarbete äratt bygga och experimentera med en lågprisvariant på en AFV. Detta i inkluderar såväl reglering och styrning av AFV’n som utvärdering av olika byggmetoder och material. AFV’n kommer att drivas med fyra stycken propellermotorer som monteras på en flygkropp. Närmare detaljer kring utformningen av AFV’n kommer att tas upp längre fram i rapporten. De teoretiska delarna i rapporten kommerframför allt att beröra områden som modellering och reglerteori. Det kommer emellertid också vara aktuellt att behandla olika filtreringstekniker så som Kalman-filter, analoga och digitala filter. Dessa kommer att diskuteras teoretiskt till viss utsträckning. Det är viktigt att påpeka att existerande AFV-lösningar som finns på marknaden idag är resultat av projekt med väldigt mycket störrebudgetar än vad som finns tillgängligt i detta examensarbete. Följaktligen är målet med detta examensarbete att experimentera med en lågpris-AFV och fastställa vad som är möjligt att åstadkomma med små ekonomiska medel.

Table of contents
1 Introduction...................................................................................................................... 1 1.1 Report...