Un Método Computacional para el Conjunto de Momentos Alcanzables No Lineales de UAVs Sin Cola en Escenarios Orientados al Control de Vuelo
Autores: Han, Linxiao; Zhang, Peng; Wang, Yingyang; Bian, Yuan; Hu, Jianbo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un Método Computacional para el Conjunto de Momentos Alcanzables No Lineales de UAVs Sin Cola en Escenarios Orientados al Control de Vuelo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Sistemas de control de vuelo
Conjunto de momentos alcanzables
Efectividad aerodinámica no lineal
Conjunto de momentos alcanzables incrementales
ángulos de superficies de control
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) sin cola logran maniobras de alta agilidad con sistemas de control de vuelo. El conjunto de momentos alcanzables (AMS) proporciona fundamentos teóricos y restricciones críticas para su optimización. Se propone un método computacional para abordar las limitaciones de control causadas por la efectividad aerodinámica no lineal. Este método incorpora restricciones duales sobre los ángulos de las superficies de control y las tasas angulares para el AMS no lineal, con el objetivo de satisfacer las demandas de la dinámica de seguimiento de actitud en los sistemas de control de vuelo. Primero, se establece un modelo cuantitativo para correlacionar las restricciones de deflexión dual con la amplitud del momento aerodinámico y las limitaciones de ancho de banda. A continuación, construimos un marco computacional para el conjunto de momentos alcanzables incrementales (IAMS) basado en la teoría de inclusión diferencial. Para la efectividad aerodinámica no lineal monótona, los vértices del IAMS se actualizan utilizando interpolación local, lo que da lugar al conjunto de momentos alcanzables no lineales incrementales (INAMS). Cuando ocurre no linealidad no monótona, se calculan puntos estacionarios para ajustar la matriz de efectividad de control y el conjunto de control admisible, reduciendo así los errores computacionales inducidos por características no monótonas. Además, el conjunto de acciones efectivas, derivado de un conjunto de momentos alcanzables no lineales incrementales que varían en el tiempo, cuantifica el sobrevuelo de momento residual de los VANT sin cola durante las maniobras. Las simulaciones comparativas indican que el método propuesto logra un cálculo correcto bajo condiciones aerodinámicas no lineales mientras determina de manera confiable los límites de vuelo seguro durante fallos de control.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) sin cola logran maniobras de alta agilidad con sistemas de control de vuelo. El conjunto de momentos alcanzables (AMS) proporciona fundamentos teóricos y restricciones críticas para su optimización. Se propone un método computacional para abordar las limitaciones de control causadas por la efectividad aerodinámica no lineal. Este método incorpora restricciones duales sobre los ángulos de las superficies de control y las tasas angulares para el AMS no lineal, con el objetivo de satisfacer las demandas de la dinámica de seguimiento de actitud en los sistemas de control de vuelo. Primero, se establece un modelo cuantitativo para correlacionar las restricciones de deflexión dual con la amplitud del momento aerodinámico y las limitaciones de ancho de banda. A continuación, construimos un marco computacional para el conjunto de momentos alcanzables incrementales (IAMS) basado en la teoría de inclusión diferencial. Para la efectividad aerodinámica no lineal monótona, los vértices del IAMS se actualizan utilizando interpolación local, lo que da lugar al conjunto de momentos alcanzables no lineales incrementales (INAMS). Cuando ocurre no linealidad no monótona, se calculan puntos estacionarios para ajustar la matriz de efectividad de control y el conjunto de control admisible, reduciendo así los errores computacionales inducidos por características no monótonas. Además, el conjunto de acciones efectivas, derivado de un conjunto de momentos alcanzables no lineales incrementales que varían en el tiempo, cuantifica el sobrevuelo de momento residual de los VANT sin cola durante las maniobras. Las simulaciones comparativas indican que el método propuesto logra un cálculo correcto bajo condiciones aerodinámicas no lineales mientras determina de manera confiable los límites de vuelo seguro durante fallos de control.