Diseño de Control Óptimo en Tiempo Real para Vehículos Aéreos No Tripulados de Ala Cuádruple Inclinable
Autores: Samadikhoshkho, Zahra; Lipsett, Michael G.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño de Control Óptimo en Tiempo Real para Vehículos Aéreos No Tripulados de Ala Cuádruple Inclinable
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Ala cuádruple inclinada
Vehículos aéreos no tripulados
Marco de control óptimo
Ecuación de Riccati dependiente del estado
Regulador cuadrático lineal
Enfoque de dinámica inversa
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Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de ala cuádruple inclinada (QTW) combinan las capacidades de despegue y aterrizaje vertical de los diseños de ala rotativa con el rendimiento de alta velocidad y largo alcance de las aeronaves de ala fija, ofreciendo ventajas significativas tanto en aplicaciones civiles como militares. La configuración única de los UAV QTW presenta desafíos de control complejos debido a la dinámica no lineal, el fuerte acoplamiento entre los movimientos de traslación y rotación, y las variaciones significativas en las características aerodinámicas durante las transiciones entre modos de vuelo. Para abordar estos desafíos, este estudio desarrolla un marco de control óptimo adaptado para operaciones en tiempo real. Se emplea un enfoque de Ecuación de Riccati Dependiente del Estado (SDRE) para el control de actitud, abordando las no linealidades, mientras que se utiliza un Regulador Cuadrático Lineal (LQR) para el control de posición y velocidad con el fin de lograr robustez y rendimiento óptimo. Al integrar estas estrategias y utilizar el enfoque de dinámicas inversas, el sistema de control propuesto asegura una operación estable y eficiente. Este trabajo proporciona una solución a las complejidades del control óptimo de los UAV QTW, avanzando su aplicabilidad en entornos operativos exigentes y dinámicos.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de ala cuádruple inclinada (QTW) combinan las capacidades de despegue y aterrizaje vertical de los diseños de ala rotativa con el rendimiento de alta velocidad y largo alcance de las aeronaves de ala fija, ofreciendo ventajas significativas tanto en aplicaciones civiles como militares. La configuración única de los UAV QTW presenta desafíos de control complejos debido a la dinámica no lineal, el fuerte acoplamiento entre los movimientos de traslación y rotación, y las variaciones significativas en las características aerodinámicas durante las transiciones entre modos de vuelo. Para abordar estos desafíos, este estudio desarrolla un marco de control óptimo adaptado para operaciones en tiempo real. Se emplea un enfoque de Ecuación de Riccati Dependiente del Estado (SDRE) para el control de actitud, abordando las no linealidades, mientras que se utiliza un Regulador Cuadrático Lineal (LQR) para el control de posición y velocidad con el fin de lograr robustez y rendimiento óptimo. Al integrar estas estrategias y utilizar el enfoque de dinámicas inversas, el sistema de control propuesto asegura una operación estable y eficiente. Este trabajo proporciona una solución a las complejidades del control óptimo de los UAV QTW, avanzando su aplicabilidad en entornos operativos exigentes y dinámicos.