Control de Actitud de un UAV de Ala Fija Actuado por Masa Basado en Control Adaptativo de Modo Deslizante Terminal Global Rápido
Autores: Yuan, Laohu; Zheng, Jinxin; Wang, Xiaoguang; Ma, Le
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Control de Actitud de un UAV de Ala Fija Actuado por Masa Basado en Control Adaptativo de Modo Deslizante Terminal Global Rápido
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Eficiencia aerodinámica
Rendimiento de sigilo
Vehículos aéreos no tripulados de ala fija
Control adaptativo de modo deslizante terminal global rápido
Control de rendimiento prescrito
Observador de estado extendido de tiempo fijo
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En comparación con los métodos de control tradicionales, el control de masa móvil (MMC) mejora la eficiencia aerodinámica y el rendimiento de sigilo de los vehículos aéreos no tripulados de ala fija (FWUAV), facilitando así su aplicación más amplia en campos militares y civiles. Sin embargo, este enfoque aumenta la complejidad del sistema, la no linealidad y las características de acoplamiento. Para abordar estos desafíos, se propone un nuevo controlador de actitud utilizando control adaptativo de modo deslizante terminal global rápido (GFTSM). En primer lugar, se establece un modelo dinámico basado en aerodinámica, dinámica de vuelo y dinámica de masa móvil. En segundo lugar, para mejorar las respuestas transitorias y en estado estable, se adopta el control de rendimiento prescrito (PPC), que mejora la adaptabilidad del controlador para aeronaves actuadas por masa. En tercer lugar, se utiliza un observador de estado extendido de tiempo fijo (FTESO) para resolver el problema de acoplamiento inercial causado por el movimiento del bloque de masa. Además, el rendimiento de todo el sistema de control se demuestra rigurosamente a través de la función de Lyapunov. Finalmente, se comparan las simulaciones numéricas del controlador propuesto con las del PID y ADRC lineal en tres condiciones diferentes: condiciones ideales, parámetros aerodinámicos fijos y cambios en los parámetros aerodinámicos no lineales. Los resultados indican que el controlador compensa eficazmente la incertidumbre del sistema y las perturbaciones desconocidas, asegurando un seguimiento rápido y preciso de los comandos deseados.
Descripción
En comparación con los métodos de control tradicionales, el control de masa móvil (MMC) mejora la eficiencia aerodinámica y el rendimiento de sigilo de los vehículos aéreos no tripulados de ala fija (FWUAV), facilitando así su aplicación más amplia en campos militares y civiles. Sin embargo, este enfoque aumenta la complejidad del sistema, la no linealidad y las características de acoplamiento. Para abordar estos desafíos, se propone un nuevo controlador de actitud utilizando control adaptativo de modo deslizante terminal global rápido (GFTSM). En primer lugar, se establece un modelo dinámico basado en aerodinámica, dinámica de vuelo y dinámica de masa móvil. En segundo lugar, para mejorar las respuestas transitorias y en estado estable, se adopta el control de rendimiento prescrito (PPC), que mejora la adaptabilidad del controlador para aeronaves actuadas por masa. En tercer lugar, se utiliza un observador de estado extendido de tiempo fijo (FTESO) para resolver el problema de acoplamiento inercial causado por el movimiento del bloque de masa. Además, el rendimiento de todo el sistema de control se demuestra rigurosamente a través de la función de Lyapunov. Finalmente, se comparan las simulaciones numéricas del controlador propuesto con las del PID y ADRC lineal en tres condiciones diferentes: condiciones ideales, parámetros aerodinámicos fijos y cambios en los parámetros aerodinámicos no lineales. Los resultados indican que el controlador compensa eficazmente la incertidumbre del sistema y las perturbaciones desconocidas, asegurando un seguimiento rápido y preciso de los comandos deseados.