Un control basado en observador de perturbaciones de tiempo finito para sistemas dinámicos de segundo orden restringidos y su aplicación al seguimiento de la actitud de un UAV
Autores: Xuan Mung, Nguyen; Tiep, Nguyen Huu; Au, Loan Thi Kim; Anh, Nguyen Ngoc; Nguyen, Xuan; Phi, Nguyen
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un control basado en observador de perturbaciones de tiempo finito para sistemas dinámicos de segundo orden restringidos y su aplicación al seguimiento de la actitud de un UAV
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Sistemas dinámicos de segundo orden
Método de control de backstepping
Convergencia en tiempo finito
Observador de entrada desconocida
Análisis de estabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas dinámicos de segundo orden son omnipresentes, por lo que resolver el problema de control para esta clase de sistemas ha atraído la atención mundial. Entre muchas técnicas, el método de control de backstepping es conocido por su diseño sencillo y eficacia, pero sufre del problema inherente de explosión de complejidad. Este trabajo tiene como objetivo aprovechar el método de backstepping en un esquema de control convergente en tiempo finito. Primero, para abordar la presencia de perturbaciones externas, se introduce un observador no lineal de entrada desconocida, que proporciona una estimación de la perturbación con convergencia en tiempo finito. En segundo lugar, se utiliza un filtro de convergencia rápida en tiempo finito para estimar la derivada de las entradas de control virtuales en el marco de backstepping. A continuación, las salidas del observador de perturbaciones y del filtro se utilizan para formular una ley de control de backstepping en tiempo finito. Además, se demuestra que el sistema en lazo cerrado es estable en tiempo finito a través de un análisis de estabilidad riguroso. Finalmente, se aplica el algoritmo propuesto a un sistema de vehículo aéreo no tripulado (UAV) y se valida a través de simulaciones y experimentos en condiciones de vuelo reales. Los resultados experimentales demuestran la viabilidad de la implementación y la eficacia práctica del enfoque propuesto.
Descripción
Los sistemas dinámicos de segundo orden son omnipresentes, por lo que resolver el problema de control para esta clase de sistemas ha atraído la atención mundial. Entre muchas técnicas, el método de control de backstepping es conocido por su diseño sencillo y eficacia, pero sufre del problema inherente de explosión de complejidad. Este trabajo tiene como objetivo aprovechar el método de backstepping en un esquema de control convergente en tiempo finito. Primero, para abordar la presencia de perturbaciones externas, se introduce un observador no lineal de entrada desconocida, que proporciona una estimación de la perturbación con convergencia en tiempo finito. En segundo lugar, se utiliza un filtro de convergencia rápida en tiempo finito para estimar la derivada de las entradas de control virtuales en el marco de backstepping. A continuación, las salidas del observador de perturbaciones y del filtro se utilizan para formular una ley de control de backstepping en tiempo finito. Además, se demuestra que el sistema en lazo cerrado es estable en tiempo finito a través de un análisis de estabilidad riguroso. Finalmente, se aplica el algoritmo propuesto a un sistema de vehículo aéreo no tripulado (UAV) y se valida a través de simulaciones y experimentos en condiciones de vuelo reales. Los resultados experimentales demuestran la viabilidad de la implementación y la eficacia práctica del enfoque propuesto.