Seguimiento de trayectorias tridimensionales de un quadrotor mediante control PVA

Abstract

ResumenEste trabajo presenta el modelado de un quadrotor como un sistema multicuerpo llevado a cabo mediante el software VehicleSim, en el que los diferentes componentes del sistema son descritos mediante una estructura paterno-filial señalando las restricciones físicas entre ellos. Los modelos estructural y aerodinámico han sido desarrollados mediante este software, ampliamente utilizado en la simulación del comportamiento dinámico de vehículos. Sobre el modelo resultante se he desarrollado un algoritmo de control basado en la metodologia PVA con la finalidad de obtener un seguimiento de trayectoria mediante acciones de control suaves. Empleando la metodología convencional de control PVA no es posible estabilizar el vehículo en todos los rangos de posicionamiento lateral (y) y longitudinal (x). En este artículo los autores muestran como esta limitación en el diseño de una estrategia de control PVA convencional es solventada con una modificación consistente en sustituir los parámetros constantes del PVA clásico por funciones dependientes del desplazamiento. El sistema de control es implementado para adecuarse a los requerimientos de las actuaciones y se diseña sobre la plataforma de simulación multidominio Simulink. Con la finalidad de obtener una importante mejora en la respuesta de posicionamiento, se implementa un generador de trayectorias continuas. Una vez que el modelo es desarrollado y el sistema de control implementado, los autores presentan el modelo matemático y los resultados de las simulaciones realizadas.Éstas validan el empleo tanto de la metodología de control PVA aplicada, como de la alimentación de trayectorias predefinidas, no sólo para la posición, sino también para la velocidad y aceleración. Copyright c 2012 CEA. Publicado por Elsevier España, S.L. Todos los derechos reservados.Palabras Clave: quadrotor, VehicleSim, modelado multicuerpo, control trayectoria, PVA. IntroducciónEl empleo de quadrotores se encuentra en auge debido al gran número de posibles aplicaciones. Este tipo de vehículos presenta numerosas ventajas en misiones con riesgo para vuelos tripulados, con requerimientos de elevada maniobrabilidad o dimensiones reducidas de las aeronaves. La reciente evolución de las tecnologías empleadas en los quadrotores, la miniaturización de sensores y actuadores y los progresos en las comunicaciones apuntan a un aumento del uso generalizado de estas plataformas (Béjar and Ollero, 2008). Han demostrado un gran desempeño en operaciones con riesgo tales como desastres naturales e inspección de instalaciones y estructuras a gran altitud o de difícil acceso. También en aplicaciones * Autor en correspondencia Correos electrónicos: Silvia.Estelles.1@city.ac.uk (Silvia Estellés Martínez ), Maria.Tomas-Rodriguez.1@city.ac.uk (María Tomás-Rodríguez) en las que el elevado coste de operación de las aeronaves tripuladas no compensa el resultado obtenido (Ollero and Maza, 2007). Los quadrotores presentan además las características del despegue y aterrizaje vertical y de vuelo estacionario, conocido como h...