Desarrollo de una estrategia de control para el seguimiento de trayectorias de un vehículo aéreo no tripulado
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Autores
Sánchez Alarcón, Omendey de Jesús
Director
Rivadeneira Paz, Pablo Santiago
Tipo de contenido
Trabajo de grado - Maestría
Idioma del documento
EspañolFecha de publicación
2024
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Resumen
Los vehículos aéreos no tripulados (UAV, de su sigla en inglés Unmanned Aerial Vehicle) ofrecen soluciones a tareas complejas en muchos ámbitos ingenieriles dada su maniobrabilidad y portabilidad. La gran mayoría de soluciones se logran aplicando estrategias de control sobre el UAV de tal forma que este pueda seguir una trayectoria demandada por la tarea en cuestión. La implementación de controladores para el seguimiento de trayectorias generalmente requiere un conocimiento preciso de la dinámica del UAV mediante un modelo matemático, el cual, a pesar de estar ampliamente trabajado en la literatura, no es común que se contemple las dinámicas de los actuadores, dejando la puerta abierta a posibles falencias o aspectos a mejorar a la hora de implementar una estrategia de control de forma práctica. De manera adicional a lo anterior, el desarrollo e implementación práctica de las estrategias de control en sus etapas tempranas implica un alto riesgo para la seguridad tanto del personal que realiza dicha implementación como del UAV en cuestión, ya que un error mínimo puede desencadenar tanto la destrucción del UAV como un daño a la integridad física de quien lo opera. Por todo lo anterior, en esta tesis se propone en primera instancia diseñar e implementar estrategias de control para el seguimiento de trayectorias, las cuales tengan en cuenta las dinámicas de los actuadores. Dichas dinámicas se modelarán mediante un proceso de identificación paramétrica bajo una estructura de segundo orden y primer orden en tiempo discreto. En segunda instancia, se desarrolla una plataforma o estructura equipada con mecanismos y la electrónica necesaria para monitorear, adquirir datos en tiempo real y permitir el movimiento angular libre del UAV, de tal forma que se puedan realizar pruebas sin riesgo de destruirlo o causar un daño físico a quien se encarga de las implementaciones. Finalmente, se presentan los resultados prácticos de las implementaciones reales y se contrastan con los arrojados por las simulaciones computacionales.
Abstract
Unmanned aerial vehicles offer solutions to complex tasks in many engineering fields due to their maneuverability and portability. The vast majority of solutions are achieved by applying control strategies on the UAV that allow for correct following of a trajectory demanded by the task. The implementation of controllers for trajectory tracking generally requires a precise knowledge of the dynamics of the UAV through a mathematical model, which, despite being widely worked on in the literature, usually does not contemplate the dynamics of the actuators in the development of such models, leaving the door open to possible shortcomings or aspects to improve when a control strategy is implemented in practical terms. In addition, the development and practical implementation of control strategies in their early stages involve a high risk to the safety of both the personnel performing such implementation and the UAV in question, because a minimal error can trigger both the destruction of the UAV and damage to the physical integrity of the operator. Therefore, this thesis proposes in the first instance the design and implementation of control strategies for trajectory tracking which take into account the dynamics of the actuators. These dynamics are modeled by a process of parametric identification, which yields a dynamic model of second and first order in discrete time. Secondly, a platform or structure is developed and equipped with mechanisms and the necessary electronics to monitor, acquire data in real time, and allow the free angular movement of the UAV in such a way that tests can be performed without the risk of destroying it or causing physical damage to the person in charge of the implementations. Finally, the practical results of the real implementations are presented and contrasted with the results of the computational simulations.
Palabras clave
UAV ; PID ; LQR ; Filtro de Kalman ; UAV ; PID ; LQR ; Kalman Filter ; Trajectory ; Platform ; vehículos aéreos no tripulados ; Unmanned aerial vehicles
Descripción Física/Lógica/Digital
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