Desarrollo de una estrategia de control para el seguimiento de trayectorias de un vehículo aéreo no tripulado

dc.contributor.advisorRivadeneira Paz, Pablo Santiago
dc.contributor.authorSánchez Alarcón, Omendey de Jesús
dc.date.accessioned2024-07-26T16:44:46Z
dc.date.available2024-07-26T16:44:46Z
dc.date.issued2024
dc.descriptionIlustracionesspa
dc.description.abstractLos 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.spa
dc.description.abstractUnmanned 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.eng
dc.description.curricularareaÁrea Curricular de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería de Controlspa
dc.description.degreelevelMaestríaspa
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería - Automatización Industrialspa
dc.description.methodsEste trabajo se desarrollará bajo un enfoque teórico, de simulaciones y experimental. Con el fin de alcanzar los objetivos propuestos, es necesario llevar a cabo la captura de datos utilizando un sistema de adquisición compuesto por un microcontrolador capaz de procesar las señales provenientes del sensado de las variables que describen el comportamiento entrada-salida de los actuadores del UAV. Luego, utilizando una técnica de identificación paramétrica, se representará mediante un modelo de tipo caja negra una estructura matemática que describa de forma precisa las dinámicas de los actuadores del vehículo aéreo no tripulado. Posteriormente, se debe realizar un proceso de validación a través de un software con la capacidad de evaluar y comparar los datos experimentales contra los datos arrojados por el modelo identificado. Para desarrollar el controlador, es necesario conocer todas las variables involucradas en el modelo del UAV, incluyendo un grupo de variables medibles y otro de variables no medibles. Por lo tanto, es necesario diseñar previamente un observador de estados capaz de estimar las dinámicas no medibles del sistema. Dicho observador debe tener la capacidad de filtrar el ruido existente y garantizar una rápida convergencia. Todo esto será implementado en un software de simulación de sistemas dinámicos que permita simular sistemas con un gran número de variables y altas no linealidades. Una vez obtenidas estimaciones confiables, y utilizando el mismo software de simulación, se diseñará una estrategia de control que permita al UAV seguir una ruta o trayectoria determinada, para luego contrastarla con estrategias de control estandarizadas. El objetivo principal será evaluar el seguimiento de trayectorias, el rechazo a perturbaciones externas y el comportamiento ante posibles incertidumbres de modelado.spa
dc.description.researchareaSistemas Dinámicos y Controlspa
dc.format.extent150 páginasspa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.identifier.instnameUniversidad Nacional de Colombiaspa
dc.identifier.reponameRepositorio Institucional Universidad Nacional de Colombiaspa
dc.identifier.repourlhttps://repositorio.unal.edu.co/spa
dc.identifier.urihttps://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/86633
dc.language.isospaspa
dc.publisherUniversidad Nacional de Colombiaspa
dc.publisher.branchUniversidad Nacional de Colombia - Sede Medellínspa
dc.publisher.facultyFacultad de Minasspa
dc.publisher.placeMedellín, Colombiaspa
dc.publisher.programMedellín - Minas - Maestría en Ingeniería - Automatización Industrialspa
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dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.licenseReconocimiento 4.0 Internacionalspa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/spa
dc.subject.armarc:Sistemas de control inteligente - Modelos matemáticos
dc.subject.ddc620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaspa
dc.subject.lembSistemas de control inteligente
dc.subject.proposalUAVeng
dc.subject.proposalPIDeng
dc.subject.proposalLQReng
dc.subject.proposalFiltro de Kalmanspa
dc.subject.proposalUAVspa
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dc.subject.proposalLQRspa
dc.subject.proposalKalman Filtereng
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dc.subject.proposalPlatformeng
dc.subject.proposalvehículos aéreos no tripuladosspa
dc.subject.proposalUnmanned aerial vehicleseng
dc.titleDesarrollo de una estrategia de control para el seguimiento de trayectorias de un vehículo aéreo no tripuladospa
dc.title.translatedDevelopment of a control strategy for the trajectory tracking of an unmanned aerial vehicleeng
dc.typeTrabajo de grado - Maestríaspa
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dc.type.coarversionhttp://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aaspa
dc.type.contentTextspa
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oaire.accessrightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2spa

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