Estrategias de Control No Lineales Avanzadas Basadas en Retroalimentación Linealizada por Diferenciador y Observador para un Sistema de Vehículo Aéreo No Tripulado
Autores: Irfan, Saqib; Zhao, Liangyu; Ullah, Safeer; Javaid, Usman; Iqbal, Jamshed
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estrategias de Control No Lineales Avanzadas Basadas en Retroalimentación Linealizada por Diferenciador y Observador para un Sistema de Vehículo Aéreo No Tripulado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Novela
Estrategias de control robusto
Control por modo deslizante
Sistema MIMO de doble rotor
Enfoque de linealización por realimentación
Resultados experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta estrategias de control robusto libres de oscilaciones novedosas para abordar perturbaciones e incertidumbres en un modelo dinámico de vehículo aéreo no tripulado (VANT) de dos grados de libertad (2-DOF), con un enfoque en la naturaleza altamente no lineal y fuertemente acoplada del sistema. La novedad radica en el desarrollo de leyes de control por modo deslizante (SMC), control por modo deslizante integral (ISMC) y control por modo deslizante terminal (TSMC) específicamente diseñadas para el sistema MIMO de doble rotor (TRMS). Estas estrategias se validan a través de simulaciones y experimentos en tiempo real. Una contribución clave es la introducción de un diferenciador exacto robusto uniforme (URED) para recuperar la velocidad del rotor y las derivadas faltantes, combinado con un observador de retroalimentación de estado no lineal para mejorar la observabilidad del sistema. Se emplea un enfoque de linealización por retroalimentación, utilizando derivadas de Lie y principios de difeomorfismo, para desacoplar el sistema en subsistemas horizontales y verticales. Se proporciona un análisis comparativo del rendimiento transitorio de los controladores propuestos, con respecto a métricas como el tiempo de asentamiento, el sobreimpulso, el tiempo de subida y los errores en estado estacionario. El método ISMC, en particular, mitiga eficazmente el problema de oscilaciones prevalente en el SMC tradicional, mejorando tanto el rendimiento del sistema como la longevidad del actuador. Los resultados experimentales en el TRMS demuestran el superior rendimiento de seguimiento y robustez de las leyes de control propuestas en presencia de no linealidades, incertidumbres y perturbaciones externas. Esta investigación contribuye con un marco de diseño de control integral con implementación en tiempo real comprobada, ofreciendo avances significativos sobre las metodologías existentes.
Descripción
Este documento presenta estrategias de control robusto libres de oscilaciones novedosas para abordar perturbaciones e incertidumbres en un modelo dinámico de vehículo aéreo no tripulado (VANT) de dos grados de libertad (2-DOF), con un enfoque en la naturaleza altamente no lineal y fuertemente acoplada del sistema. La novedad radica en el desarrollo de leyes de control por modo deslizante (SMC), control por modo deslizante integral (ISMC) y control por modo deslizante terminal (TSMC) específicamente diseñadas para el sistema MIMO de doble rotor (TRMS). Estas estrategias se validan a través de simulaciones y experimentos en tiempo real. Una contribución clave es la introducción de un diferenciador exacto robusto uniforme (URED) para recuperar la velocidad del rotor y las derivadas faltantes, combinado con un observador de retroalimentación de estado no lineal para mejorar la observabilidad del sistema. Se emplea un enfoque de linealización por retroalimentación, utilizando derivadas de Lie y principios de difeomorfismo, para desacoplar el sistema en subsistemas horizontales y verticales. Se proporciona un análisis comparativo del rendimiento transitorio de los controladores propuestos, con respecto a métricas como el tiempo de asentamiento, el sobreimpulso, el tiempo de subida y los errores en estado estacionario. El método ISMC, en particular, mitiga eficazmente el problema de oscilaciones prevalente en el SMC tradicional, mejorando tanto el rendimiento del sistema como la longevidad del actuador. Los resultados experimentales en el TRMS demuestran el superior rendimiento de seguimiento y robustez de las leyes de control propuestas en presencia de no linealidades, incertidumbres y perturbaciones externas. Esta investigación contribuye con un marco de diseño de control integral con implementación en tiempo real comprobada, ofreciendo avances significativos sobre las metodologías existentes.