Control de Trayectoria de Cuadrotor Basado en Generador de Referencia Óptimo en Energía
Autores: Bianchi, Domenico; Borri, Alessandro; Cappuzzo, Federico; Di Gennaro, Stefano
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Control de Trayectoria de Cuadrotor Basado en Generador de Referencia Óptimo en Energía
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vida de la batería
Control jerárquico
Trayectorias óptimas en energía
Teoría del control óptimo
Motores de corriente continua sin escobillas
Simulaciones numéricas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Inspirado por la limitada duración de la batería de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de múltiples rotores, esta investigación investigó el control jerárquico en tiempo real de los UAV con la generación de trayectorias de referencia óptimas en términos de energía. El objetivo era diseñar un generador de referencias y un controlador basado en la teoría del control óptimo que garantizara un consumo de energía cercano al óptimo con un menor costo computacional. Primero, un algoritmo de estimación por mínimos cuadrados (LSE) identificó los parámetros del modelo matemático del UAV. Luego, al considerar un modelo eléctrico preciso para los motores de corriente continua sin escobillas y maniobras de reposo a reposo, se realizó la extracción de reglas claras para calcular el tiempo óptimo de misión y generar "trayectorias energéticas". Estas reglas surgieron del análisis de los resultados de la estrategia de control óptimo que minimizó el consumo en muchas simulaciones. Posteriormente, un controlador jerárquico siguió esas trayectorias energéticas deseadas identificadas como subóptimas. Experimentos numéricos compararon los resultados en cuanto al seguimiento de trayectorias, índice de rendimiento energético y estado de carga de la batería (SOC). Un marco de co-simulación que consistía en herramientas de software comerciales, Simcenter Amesim para el modelado físico del UAV, y Matlab-Simulink ejecutó simulaciones numéricas del controlador implementado.
Descripción
Inspirado por la limitada duración de la batería de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de múltiples rotores, esta investigación investigó el control jerárquico en tiempo real de los UAV con la generación de trayectorias de referencia óptimas en términos de energía. El objetivo era diseñar un generador de referencias y un controlador basado en la teoría del control óptimo que garantizara un consumo de energía cercano al óptimo con un menor costo computacional. Primero, un algoritmo de estimación por mínimos cuadrados (LSE) identificó los parámetros del modelo matemático del UAV. Luego, al considerar un modelo eléctrico preciso para los motores de corriente continua sin escobillas y maniobras de reposo a reposo, se realizó la extracción de reglas claras para calcular el tiempo óptimo de misión y generar "trayectorias energéticas". Estas reglas surgieron del análisis de los resultados de la estrategia de control óptimo que minimizó el consumo en muchas simulaciones. Posteriormente, un controlador jerárquico siguió esas trayectorias energéticas deseadas identificadas como subóptimas. Experimentos numéricos compararon los resultados en cuanto al seguimiento de trayectorias, índice de rendimiento energético y estado de carga de la batería (SOC). Un marco de co-simulación que consistía en herramientas de software comerciales, Simcenter Amesim para el modelado físico del UAV, y Matlab-Simulink ejecutó simulaciones numéricas del controlador implementado.