Control Predictivo Basado en ILQR para UAV de Propulsión por Inclinación
Autores: Xia, Jiyu; Zhou, Zhou
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Control Predictivo Basado en ILQR para UAV de Propulsión por Inclinación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Vuelo de transición
UAV de propulsión por inclinación
Controlador predictivo de modelo
Modelo dinámico no lineal
Optimización ILQR
Incertidumbre.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
El vuelo de transición de un UAV de propulsión inclinada es un proceso complejo y variable en el tiempo, lo que plantea grandes desafíos en el diseño de un controlador estable y robusto. Este trabajo presenta un controlador predictivo unificado, que puede manejar todo el rango desde el despegue y aterrizaje vertical hasta el vuelo de crucero, lo que significa que el UAV puede lograr un vuelo de transición casi óptimo en condiciones de incertidumbre. En primer lugar, se desarrolla el modelo dinámico no lineal del UAV de propulsión inclinada, en el que se considera el efecto de acoplamiento aerodinámico/propulsión de la hélice ductada. Luego, se diseña un marco de control, que incluye planificación de trayectoria global y control de horizonte finito. Tomando la trayectoria global planificada como entrada de referencia, se propone un controlador con una capa interna basada en la optimización ILQR y una capa externa basada en la corrección de retroalimentación y el rodaje hacia adelante del marco MPC. El controlador ILQR-MPC tiene una alta eficiencia computacional para abordar problemas no lineales y tiene la capacidad de aprovechar al máximo la capacidad de control del UAV y suprimir la incertidumbre. Finalmente, los resultados de la simulación muestran que el controlador ILQR-MPC claramente tiene un rendimiento mejor que el controlador de alimentación hacia adelante ILQR, y obtiene un controlador PID de programación y un controlador MPC.
Descripción
El vuelo de transición de un UAV de propulsión inclinada es un proceso complejo y variable en el tiempo, lo que plantea grandes desafíos en el diseño de un controlador estable y robusto. Este trabajo presenta un controlador predictivo unificado, que puede manejar todo el rango desde el despegue y aterrizaje vertical hasta el vuelo de crucero, lo que significa que el UAV puede lograr un vuelo de transición casi óptimo en condiciones de incertidumbre. En primer lugar, se desarrolla el modelo dinámico no lineal del UAV de propulsión inclinada, en el que se considera el efecto de acoplamiento aerodinámico/propulsión de la hélice ductada. Luego, se diseña un marco de control, que incluye planificación de trayectoria global y control de horizonte finito. Tomando la trayectoria global planificada como entrada de referencia, se propone un controlador con una capa interna basada en la optimización ILQR y una capa externa basada en la corrección de retroalimentación y el rodaje hacia adelante del marco MPC. El controlador ILQR-MPC tiene una alta eficiencia computacional para abordar problemas no lineales y tiene la capacidad de aprovechar al máximo la capacidad de control del UAV y suprimir la incertidumbre. Finalmente, los resultados de la simulación muestran que el controlador ILQR-MPC claramente tiene un rendimiento mejor que el controlador de alimentación hacia adelante ILQR, y obtiene un controlador PID de programación y un controlador MPC.