Control de Actitud de Rechazo de Perturbaciones de Tiempo Fijo para un UAV Híbrido de Doble Sistema
Autores: Chen, Wenyu; Chen, Lulu; Liu, Zhenbao; Dang, Qingqing; Zhao, Wen; Zhang, Tao; Ma, Chao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control de Actitud de Rechazo de Perturbaciones de Tiempo Fijo para un UAV Híbrido de Doble Sistema
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículo aéreo no tripulado híbrido
Teoría de estabilidad en tiempo fijo
Control de rechazo de perturbaciones
Control deslizante integral en tiempo fijo
Asignador de control
Precisión en el seguimiento del ángulo de actitud
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El vehículo aéreo no tripulado híbrido combina las capacidades de despegue y aterrizaje vertical y de suspensión de los UAV de ala rotativa con la velocidad de crucero alta y las capacidades de larga duración de los UAV de ala fija, ampliando el sobrevuelo y las áreas de aplicación. El controlador diseñado debe manejar la dinámica altamente no lineal y los actuadores variables que resultan de esta combinación. Además, el rendimiento del controlador también se ve influenciado por las incertidumbres en los parámetros del modelo y las perturbaciones externas. Para abordar estos problemas, se propone un control robusto unificado de rechazo de perturbaciones basado en la teoría de estabilidad de tiempo fijo para el control de actitud. Se utiliza un observador de perturbaciones de tiempo fijo para estimar perturbaciones compuestas sin algunas suposiciones estrictas. Basado en este observador, se introduce una ley de control de modo deslizante integral de tiempo fijo sin oscilaciones para garantizar que los errores de seguimiento converjan al origen dentro de un tiempo fijo. Además, se diseña un asignador de control optimizado basado en el método de mínimos cuadrados ponderados para manejar la sobreactuación de un UAV híbrido de sistema dual. Finalmente, se llevan a cabo simulaciones numéricas y experimentos de hardware en el lazo bajo diferentes modos de vuelo y condiciones de perturbación, y en comparación con la dinámica inversa no lineal y el control de modo deslizante terminal no singular basado en un observador de tiempo finito, el controlador desarrollado mejora la precisión del seguimiento del ángulo de actitud y el rendimiento de rechazo de perturbaciones.
Descripción
El vehículo aéreo no tripulado híbrido combina las capacidades de despegue y aterrizaje vertical y de suspensión de los UAV de ala rotativa con la velocidad de crucero alta y las capacidades de larga duración de los UAV de ala fija, ampliando el sobrevuelo y las áreas de aplicación. El controlador diseñado debe manejar la dinámica altamente no lineal y los actuadores variables que resultan de esta combinación. Además, el rendimiento del controlador también se ve influenciado por las incertidumbres en los parámetros del modelo y las perturbaciones externas. Para abordar estos problemas, se propone un control robusto unificado de rechazo de perturbaciones basado en la teoría de estabilidad de tiempo fijo para el control de actitud. Se utiliza un observador de perturbaciones de tiempo fijo para estimar perturbaciones compuestas sin algunas suposiciones estrictas. Basado en este observador, se introduce una ley de control de modo deslizante integral de tiempo fijo sin oscilaciones para garantizar que los errores de seguimiento converjan al origen dentro de un tiempo fijo. Además, se diseña un asignador de control optimizado basado en el método de mínimos cuadrados ponderados para manejar la sobreactuación de un UAV híbrido de sistema dual. Finalmente, se llevan a cabo simulaciones numéricas y experimentos de hardware en el lazo bajo diferentes modos de vuelo y condiciones de perturbación, y en comparación con la dinámica inversa no lineal y el control de modo deslizante terminal no singular basado en un observador de tiempo finito, el controlador desarrollado mejora la precisión del seguimiento del ángulo de actitud y el rendimiento de rechazo de perturbaciones.