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• Dinamica del Volo
• Drone

Italiano:
La presente tesi si propone di analizzare in modo dettagliato il comportamento dinamico di un drone quadricottero, partendo dalla definizione dei principi fondamentali e delle equazioni di movimento, fino alla implementazione di sistemi di controllo avanzati.
In primo luogo, si introduce il drone come un veicolo aereo multirotore, caratterizzato da quattro motori e rotori disposti in modo tale da garantire stabilità e manovrabilità. Si sviluppano le equazioni di movimento, basate sulla meccanica classica e sulla cinematica, distinguendo tra modelli lineari e non lineari. Le equazioni vengono derivate considerando le coppie generate dai motori e le dinamiche di rotazione e traslazione, fornendo un quadro completo del sistema dinamico.
Successivamente, si implementano sistemi di controllo attraverso l’uso di controller PID, progettati e simulati in ambiente Simulink. La scelta del controller PID permette di mantenere la stabilità e di seguire le traiettorie desiderate con un buon compromesso tra complessità e performance. La simulazione in Simulink consente di testare e ottimizzare i parametri del controller, garantendo un’efficace risposta del sistema alle variazioni di ingresso e alle perturbazioni esterne.
Per valutare le capacità di controllo e di tracciamento del drone, vengono sviluppate due tipologie di traiettorie: una traiettoria definita classica composta da una serie di punti casuali nello spazio che il drone deve raggiungere e una traiettoria a spirale in salita. Entrambe le traiettorie vengono generate e analizzate sia utilizzando le equazioni lineari sia considerando il modello completo non lineare del sistema. In questo modo, si analizza come la linearizzazione influisca sulla precisione e sulla stabilità del controllo, evidenziando i limiti e i vantaggi di ciascun approccio e permettendo al progettista di andare ad apportare modifiche laddove servano per migliorarne le performance.
Lo studio evidenzia che, mentre il modello lineare permette un controllo più semplice e rapido da implementare, il modello non lineare fornisce una rappresentazione più accurata del comportamento reale del drone.In conclusione, questa tesi fornisce una panoramica completa sulla dinamica del volo di un quadricottero, evidenziando l’importanza di un modello accurato e di sistemi di controllo efficaci per garantire stabilità e precisione nel tracciamento delle traiettorie. I risultati ottenuti contribuiscono a migliorare le strategie di controllo per droni autonomi e hanno potenziali applicazioni in ambiti come la fotografia aerea, la sorveglianza e il monitoraggio ambientale. Inoltre, si evidenzia come l’uso di strumenti di simulazione come Simulink rappresenti un passo fondamentale nel processo di sviluppo e ottimizzazione di sistemi di volo complessi, permettendo di anticipare comportamenti e di perfezionare i controlli prima dell’implementazione sul campo.

Inglese:
This thesis aims to analyze in detail the dynamic behavior of a quadcopter drone, starting from the definition of fundamental principles and equations of motion, up to the implementation of advanced control systems.
First, the drone is introduced as a multirotor aerial vehicle characterized by four motors and rotors arranged to ensure stability and maneuverability. The equations of motion are developed based on classical mechanics and kinematics, distinguishing between linear and nonlinear models. These equations are derived considering the torques generated by the motors and the dynamics of rotation and translation, providing a comprehensive overview of the dynamic system.
Subsequently, control systems are implemented using PID controllers, designed and simulated within the Simulink environment. The choice of a PID controller allows maintaining stability and accurately following desired trajectories with a good balance between complexity and performance. Simulink simulations enable testing and optimizing controller parameters, ensuring an effective system response to input variations and external disturbances.
To evaluate the drone's control and tracking capabilities, two types of trajectories are developed: a classical defined trajectory consisting of a series of random points in space that the drone must reach, and an upward spiral trajectory. Both trajectories are generated and analyzed using linear equations as well as the full nonlinear model of the system. This approach allows assessing how linearization affects control precision and stability, highlighting the limitations and advantages of each method and enabling the designer to make necessary adjustments to improve performance.
The study highlights that, while the linear model allows for simpler and quicker control implementation, the nonlinear model provides a more accurate representation of the drone's real behavior.
In conclusion, this thesis offers a comprehensive overview of quadcopter flight dynamics, emphasizing the importance of an accurate model and effective control systems to ensure stability and precision in trajectory tracking. The results contribute to enhancing control strategies for autonomous drones and have potential applications in fields such as aerial photography, surveillance, and environmental monitoring. Furthermore, the use of simulation tools like Simulink is demonstrated to be a crucial step in the development and optimization process of complex flight systems, enabling the anticipation of behaviors and refinement of controls before field implementation.