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Diseño Asistido por Computadora, Modelado Dinámico Multicuerpo y Análisis de Control de Movimiento de un Sistema de Cuadcopter para Aplicaciones de Entrega

Autores: Pappalardo, Carmine Maria; Del Giudice, Marco; Oliva, Emanuele Baldassarre; Stieven, Littorino; Naddeo, Alessandro

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Diseño Asistido por Computadora, Modelado Dinámico Multicuerpo y Análisis de Control de Movimiento de un Sistema de Cuadcopter para Aplicaciones de Entrega


Categoría

Tecnología de Equipos y Accesorios

Subcategoría

Diseño de equipos y herramientas

Palabras clave

Modelado
Control
Vehículo Aéreo No Tripulado
Entrega
Dinámica de mult Cuerpos
Control de movimiento

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este documento elabora sobre el modelado y control de un Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) para fines de entrega, integrando así el diseño asistido por computadora, el modelado dinámico multibody y el análisis de control de movimiento en un marco unificado. El sistema VANT diseñado en este estudio y utilizado para la entrega de artículos tiene una estructura de cuadricóptero compuesta por cuatro brazos conectados a un tronco central. En esta investigación, el diseño propuesto del dron de entrega se modela sistemáticamente empleando el enfoque multibody, mientras que SIMSCAPE MULTIBODY es el software utilizado para realizar el análisis dinámico y para idear el diseño final del sistema de control. Con este fin, partiendo del modelo CAD diseñado utilizando SOLIDWORKS, se desarrolla el sistema de control del cuadricóptero realizando simulaciones dinámicas en el entorno MATLAB/SIMULINK. Además, otra contribución fundamental de este documento es la derivación analítica del conjunto no lineal de ecuaciones de restricciones algebraicas peculiares al presente sistema multibody, que caracteriza la cinemática del dron de entrega y describe la velocidad angular relativa impuesta entre dos cuerpos rígidos como restricciones no holonómicas. Además, como se discute en detalle en este documento, la elección del sistema de propulsión y el diseño de los componentes individuales dependen en gran medida de las necesidades estructurales y funcionales del VANT en estudio. Por otro lado, el sistema de control ideado en este trabajo se basa en controladores Proporcional-Integral-Derivativo (PID) en cascada, que son adecuados para lograr diferentes maniobras que son fundamentales para el control de movimiento del dron de entrega. Por lo tanto, el rendimiento final del sistema VANT es consecuencia de la regulación de los parámetros de retroalimentación que caracterizan a los controladores PID. En este sentido, el documento presenta el refinamiento de los parámetros que caracterizan a los controladores PID utilizando tanto una herramienta interna de MATLAB, que ajusta automáticamente las ganancias del controlador de sistemas de entrada única y salida única, como observando el comportamiento transitorio resultante del sistema VANT, que se obtiene a través de extensas simulaciones dinámicas. El conjunto de resultados numéricos encontrados en esta investigación demuestra el alto rendimiento del comportamiento dinámico del sistema VANT diseñado en este trabajo.

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