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
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
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.
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.