Control de Actitud de Aerostatos Flexibles con Fallos en los Actuadores mediante Deslizamiento Terminal Nonsingular Adaptativo Backstepping
Autores: Liu, Shiqian; Whidborne, James F.; Song, Sipeng; Lyu, Weizhi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Control de Actitud de Aerostatos Flexibles con Fallos en los Actuadores mediante Deslizamiento Terminal Nonsingular Adaptativo Backstepping
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Dirigible flexible
Perturbaciones del viento
Saturación del actuador
Fallos en las superficies de control
Modo deslizante terminal
Control por retroceso
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Este documento estudia el control de seguimiento de actitud de un dirigible flexible sometido a perturbaciones del viento, saturación de actuadores y fallos en las superficies de control. Se establecen modelos eficientes de dirigibles flexibles, que incluyen deformación elástica, movimientos de cuerpo rígido y su acoplamiento, a través de la teoría de Lagrange. Se propone un modo deslizante terminal no singular rápido (NTSM) combinado con un control de retroceso para el problema. Los beneficios de este enfoque son las ventajas del NTSM en términos de alta robustez, rápida respuesta transitoria y convergencia en tiempo finito, así como el control de retroceso en términos de estabilidad asintótica global. Sin embargo, la principal limitación del NTSM de retroceso es que su procedimiento de diseño depende del conocimiento previo de los valores límite de la perturbación y los fallos. Para superar esta limitación, se diseña un observador de viento para compensar el efecto de las perturbaciones del viento, se diseña un compensador anti-saturación para compensar la saturación del actuador, y se diseña un estimador de fallos adaptativo para estimar los fallos de las superficies de control. La estabilidad exponencial global del sistema de control en lazo cerrado se garantiza utilizando la teoría de estabilidad de Lyapunov. Finalmente, los resultados de simulación demuestran la efectividad y las ventajas del control propuesto para el dirigible flexible Skyship-500, incluso en presencia de perturbaciones del viento desconocidas, fallos en las superficies de control y diferentes variantes de rigidez.
Descripción
Este documento estudia el control de seguimiento de actitud de un dirigible flexible sometido a perturbaciones del viento, saturación de actuadores y fallos en las superficies de control. Se establecen modelos eficientes de dirigibles flexibles, que incluyen deformación elástica, movimientos de cuerpo rígido y su acoplamiento, a través de la teoría de Lagrange. Se propone un modo deslizante terminal no singular rápido (NTSM) combinado con un control de retroceso para el problema. Los beneficios de este enfoque son las ventajas del NTSM en términos de alta robustez, rápida respuesta transitoria y convergencia en tiempo finito, así como el control de retroceso en términos de estabilidad asintótica global. Sin embargo, la principal limitación del NTSM de retroceso es que su procedimiento de diseño depende del conocimiento previo de los valores límite de la perturbación y los fallos. Para superar esta limitación, se diseña un observador de viento para compensar el efecto de las perturbaciones del viento, se diseña un compensador anti-saturación para compensar la saturación del actuador, y se diseña un estimador de fallos adaptativo para estimar los fallos de las superficies de control. La estabilidad exponencial global del sistema de control en lazo cerrado se garantiza utilizando la teoría de estabilidad de Lyapunov. Finalmente, los resultados de simulación demuestran la efectividad y las ventajas del control propuesto para el dirigible flexible Skyship-500, incluso en presencia de perturbaciones del viento desconocidas, fallos en las superficies de control y diferentes variantes de rigidez.