Variaciones en el Control de Modo deslizante de Múltiples Superficies en Tiempo Finito para la Entrega de Carga de Vehículos Aéreos No Tripulados Multirrotor con Efectos de Balanceo de Péndulo
Autores: Peris, Clevon; Norton, Michael; Khoo, Sui Yang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Variaciones en el Control de Modo deslizante de Múltiples Superficies en Tiempo Finito para la Entrega de Carga de Vehículos Aéreos No Tripulados Multirrotor con Efectos de Balanceo de Péndulo
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Control por modo deslizante
Incertidumbres
Perturbaciones
No linealidades
Control adaptativo
Teoría de la estabilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
El control por modo deslizante de múltiples superficies aborda las limitaciones del control por modo deslizante tradicional al emplear múltiples superficies deslizantes para manejar incertidumbres, perturbaciones y no linealidades. El proceso de diseño implica desarrollar superficies deslizantes, diseñar la lógica de conmutación y derivar leyes de control para cada superficie. En este artículo, primero se presentará un controlador robusto por modo deslizante de múltiples superficies en tiempo finito y se analizará su rendimiento aplicándolo a un multirrotor sometido a una carga suspendida, modelada en forma de un péndulo simple, definido como un modelo dinámico espacial (3D). A continuación, se derivará un controlador adaptativo por modo deslizante de múltiples superficies en tiempo finito, añadiendo un parámetro adaptativo variable a las superficies deslizantes existentes del control robusto en tiempo finito, y se aplicará al mismo sistema. Se mostrará que el controlador adaptativo, con un parámetro adaptativo que se ajusta en función del valor presente del parámetro del modo deslizante de múltiples superficies, crea una convergencia rápida en tiempo finito mejorada al obtener un tiempo de asentamiento óptimo y minimizar el subasentamiento del vector de estado del multirrotor. La verificación empírica de la efectividad del control adaptativo se llevará a cabo presentando los rendimientos de control frente a una respuesta escalonada. También se muestra que el control puede ser utilizado para aproximar perturbaciones externas, representadas por el péndulo, y que con la aplicación del control, el movimiento del vehículo puede ser estabilizado y el balanceo de la carga suprimido. Se desarrollan pruebas de estabilidad basadas en la teoría de estabilidad de Lyapunov para los diseños de los controladores, mostrando la estabilidad asintótica de la salida y la acotación uniforme de los errores en la dinámica del sistema. Se verifica que el control por modo deslizante de múltiples superficies puede tener en cuenta las incertidumbres del sistema, tanto coincidentes como no coincidentes, además de los cambios en la dinámica interna y las perturbaciones al sistema, donde la carga del péndulo simple es representativa de los cambios en la dinámica que pueden ocurrir en el sistema. Se presentan simulaciones numéricas y características para validar el rendimiento de los controladores.
Descripción
El control por modo deslizante de múltiples superficies aborda las limitaciones del control por modo deslizante tradicional al emplear múltiples superficies deslizantes para manejar incertidumbres, perturbaciones y no linealidades. El proceso de diseño implica desarrollar superficies deslizantes, diseñar la lógica de conmutación y derivar leyes de control para cada superficie. En este artículo, primero se presentará un controlador robusto por modo deslizante de múltiples superficies en tiempo finito y se analizará su rendimiento aplicándolo a un multirrotor sometido a una carga suspendida, modelada en forma de un péndulo simple, definido como un modelo dinámico espacial (3D). A continuación, se derivará un controlador adaptativo por modo deslizante de múltiples superficies en tiempo finito, añadiendo un parámetro adaptativo variable a las superficies deslizantes existentes del control robusto en tiempo finito, y se aplicará al mismo sistema. Se mostrará que el controlador adaptativo, con un parámetro adaptativo que se ajusta en función del valor presente del parámetro del modo deslizante de múltiples superficies, crea una convergencia rápida en tiempo finito mejorada al obtener un tiempo de asentamiento óptimo y minimizar el subasentamiento del vector de estado del multirrotor. La verificación empírica de la efectividad del control adaptativo se llevará a cabo presentando los rendimientos de control frente a una respuesta escalonada. También se muestra que el control puede ser utilizado para aproximar perturbaciones externas, representadas por el péndulo, y que con la aplicación del control, el movimiento del vehículo puede ser estabilizado y el balanceo de la carga suprimido. Se desarrollan pruebas de estabilidad basadas en la teoría de estabilidad de Lyapunov para los diseños de los controladores, mostrando la estabilidad asintótica de la salida y la acotación uniforme de los errores en la dinámica del sistema. Se verifica que el control por modo deslizante de múltiples superficies puede tener en cuenta las incertidumbres del sistema, tanto coincidentes como no coincidentes, además de los cambios en la dinámica interna y las perturbaciones al sistema, donde la carga del péndulo simple es representativa de los cambios en la dinámica que pueden ocurrir en el sistema. Se presentan simulaciones numéricas y características para validar el rendimiento de los controladores.