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Control de Trayectoria Autónoma para eVTOL Quadrotor en Vuelo en Suspensión y a Baja Velocidad a través de la Integración de Control Predictivo de Modelo y Control de Seguimiento

Autores: Wang, Yeping; Ji, Honglei; Kang, Qingyu; Qi, Haotian; Wen, Jinghan

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Control de Trayectoria Autónoma para eVTOL Quadrotor en Vuelo en Suspensión y a Baja Velocidad a través de la Integración de Control Predictivo de Modelo y Control de Seguimiento


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Propuestas
Arquitectura de control jerárquico
Control Predictivo de Modelo
Seguimiento de trayectoria
Aeronaves cuatrirrotoras eléctricas de despegue y aterrizaje vertical
Entornos urbanos

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este documento propone una nueva arquitectura de control jerárquica que combina el Control Predictivo de Modelo (MPC) con el Control de Seguimiento de Modelo Explícito (EMFC) para permitir un seguimiento de trayectoria preciso y eficiente para aeronaves eVTOL (despegue y aterrizaje vertical eléctrico) que operan en entornos urbanos. El enfoque aborda los desafíos de las fuertes dinámicas no lineales, el acoplamiento multi-eje y las estrictas restricciones de seguridad al separar la tarea de planificación de la tarea de control de respuesta rápida. La capa de MPC genera comandos de velocidad y tasa de guiñada restringidos basados en un modelo de predicción inercial simplificado, reduciendo efectivamente la complejidad computacional mientras tiene en cuenta los límites físicos y operativos. La capa de EMFC luego compensa los acoplamientos dinámicos y asegura la ejecución rápida de los comandos. Se desarrolla un modelo de simulación de alta fidelidad, que incorpora dinámicas de aleteo del rotor, control diferencial de paso colectivo y efectos mejorados de interferencia aerodinámica, para validar el controlador. Se simulan cuatro tareas representativas de ADS-33E-PRF: Flotar, Giro en Flotación, Pirueta y Maniobra Vertical. Los resultados demuestran que el controlador propuesto logra un seguimiento de trayectoria preciso, un rendimiento de vuelo estable y un cumplimiento total con los criterios de ADS-33E-PRF, destacando su potencial para aplicaciones de movilidad aérea urbana autónoma.

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