Pianificazione di missione e analisi di prestazione per un Sistema Aeromobile a Pilotaggio Remoto per applicazioni agricole = Mission planning and performance analysis for an Unmanned Aircraft System for agricultural applications

Questo studio è stato proposto dal Professor Giorgio Guglieri, docente di Meccanica del Volo al Dipartimento di Meccanica e Aerospaziale del Politecnico di Torino, insieme alla sua dottoranda Nicoletta Bloise. L’obiettivo principale della ricerca consiste nella pianificazione di missioni per mezzo di sistemi a pilotaggio remoto in ambiente agricolo con un’analisi dettagliata del modello energetico e delle relative prestazioni. Negli ultimi anni, grazie all’enorme progresso tecnologico, tra cui quello connesso ai sistemi di telerilevamento per mezzo di satelliti e di droni, si riescono ad acquisire una serie di dati fondamentali che consentono di migliorare significativamente la produttività e l’efficienza delle aziende agricole. Da alcune decadi, infatti, l’utilizzo in campo agricolo di droni ad ala fissa e di quadri rotori è ampiamente diffuso in particolare nei paesi asiatici. Questo, in parte, è dovuto alla normativa in vigore che ne permette la libera attività sia nel campo civile, che nel campo agroalimentare e industriale. All’interno dell’Unione Europea l’uso di questi sistemi rimane un tema particolarmente discusso e vi è l’urgenza di delineare una serie di normative che ne permettano il loro impiego in maniera sicura. Per questa analisi, l’Unmanned Aircraft System (UAS) preso come riferimento, è il modello Phantom-2 prodotto dall’azienda cinese DJI, leader mondiale nel commercio dei droni utilizzati per la fotografia aerea e per le riprese in volo. In base al modello energetico adottato per la valutazione dei consumi durante una missione di volo, l’obiettivo che ci siamo prefissati in questa tesi, è stato quello di trovare la traiettoria ottima che minimizzi il consumo energetico. Attraverso l’impiego del software MATLAB-Simulink, è stato possibile implementare l’intero modello di simulazione, relativo alla dinamica traslazionale e rotazionale dell’UAS e del suo sistema di guida e controllo. Una volta validato il modello, è stato inserito il modello matematico di un motore elettrico per conoscerne i consumi energetici. Sono state valutate le prestazioni e i consumi energetici del drone in diverse missioni. Le traiettorie del drone sono state definite a priori, definendo una sequenza di waypoints da inseguire, durante appunto un’ipotetica fase di telerilevamento da parte di un sistema a pilotaggio remoto il più possibile autonomo. Dopo una breve introduzione relativa alle attività e funzionalità svolte dai sistemi a pilotaggio remoto nel campo agricolo, il documento si articolerà in sei capitoli: nel primo capitolo viene fatta una panoramica relative alle norme vigenti; nel secondo capitolo viene descritto il drone utilizzato per questo studio; nel terzo viene affrontata la parte riguardante la guida e il controllo del quadrirotore; nel quarto trattiamo la parte energetica; nel quinto capitolo viene presentato l’ambiente simulativo sviluppato in Simulink; infine, nel sesto vengono presentati i risultati e i commenti relativi ai due scenari presi in esame.