Comparación de Controladores de Vector de Empuje para un Cohete Sin Aletas
Autores: Sopegno, Laura; Livreri, Patrizia; Stefanovic, Margareta; Valavanis, Kimon P.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Comparación de Controladores de Vector de Empuje para un Cohete Sin Aletas
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Controladores
Cohete
LQR
LQG
PID
Rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
El documento se centra en comparar la aplicabilidad, ajuste y rendimiento de diferentes controladores implementados y probados en un cohete sin aletas durante su fase de impulso. El objetivo era evaluar las ventajas y desventajas de cada controlador, de modo que el más apropiado se desarrollara e implementara en tiempo real en el cohete sin aletas. Los controladores comparados fueron el Regulador Cuadrático Lineal (LQR), el Gaussiano Cuadrático Lineal (LQG) y el Proporcional Integral Derivativo (PID). Para controlar la actitud del cohete, se hace hincapié en el componente de Control de Vector de Empuje (TVC) a través del gimbal del motor del cohete. El lanzador se controla mediante el ángulo de gimbal de empuje de entrada, mientras que el parámetro de salida se expresa en términos del ángulo de cabeceo. Después de derivar un modelo de espacio de estados linealizado, se aborda la estabilidad del cohete antes de la implementación y prueba del controlador. El estudio comparativo mostró que tanto el LQR como el LQG rastrean rápidamente los cambios en el ángulo de cabeceo, proporcionando así un seguimiento dinámico eficiente en lazo cerrado. El ajuste del controlador LQR, a través de las matrices de ponderación Q y R, ilustra cómo las variaciones afectan directamente el rendimiento del sistema en lazo cerrado al variar los valores de la ganancia de retroalimentación (K). El controlador LQG proporciona un perfil más realista porque, en general, no todas las variables son medibles y están disponibles para la retroalimentación. Sin embargo, las perturbaciones que afectan al sistema se manejan y reducen mejor con el controlador PID, superando así los errores en estado estacionario debido a la incertidumbre aerodinámica y del modelo. El rendimiento general del controlador se evalúa en términos de sobreimpulso, tiempo de asentamiento y de subida, y error en estado estacionario.
Descripción
El documento se centra en comparar la aplicabilidad, ajuste y rendimiento de diferentes controladores implementados y probados en un cohete sin aletas durante su fase de impulso. El objetivo era evaluar las ventajas y desventajas de cada controlador, de modo que el más apropiado se desarrollara e implementara en tiempo real en el cohete sin aletas. Los controladores comparados fueron el Regulador Cuadrático Lineal (LQR), el Gaussiano Cuadrático Lineal (LQG) y el Proporcional Integral Derivativo (PID). Para controlar la actitud del cohete, se hace hincapié en el componente de Control de Vector de Empuje (TVC) a través del gimbal del motor del cohete. El lanzador se controla mediante el ángulo de gimbal de empuje de entrada, mientras que el parámetro de salida se expresa en términos del ángulo de cabeceo. Después de derivar un modelo de espacio de estados linealizado, se aborda la estabilidad del cohete antes de la implementación y prueba del controlador. El estudio comparativo mostró que tanto el LQR como el LQG rastrean rápidamente los cambios en el ángulo de cabeceo, proporcionando así un seguimiento dinámico eficiente en lazo cerrado. El ajuste del controlador LQR, a través de las matrices de ponderación Q y R, ilustra cómo las variaciones afectan directamente el rendimiento del sistema en lazo cerrado al variar los valores de la ganancia de retroalimentación (K). El controlador LQG proporciona un perfil más realista porque, en general, no todas las variables son medibles y están disponibles para la retroalimentación. Sin embargo, las perturbaciones que afectan al sistema se manejan y reducen mejor con el controlador PID, superando así los errores en estado estacionario debido a la incertidumbre aerodinámica y del modelo. El rendimiento general del controlador se evalúa en términos de sobreimpulso, tiempo de asentamiento y de subida, y error en estado estacionario.