Control Activo Tolerante a Fallos para UAV Quadrotor contra Fallos de Sensor Diagnosticados por el Bosque Aleatorio Secuencial Automático
Autores: Ai, Shaojie; Song, Jia; Cai, Guobiao; Zhao, Kai
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Control Activo Tolerante a Fallos para UAV Quadrotor contra Fallos de Sensor Diagnosticados por el Bosque Aleatorio Secuencial Automático
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Método independiente del modelo
Control pasivo tolerante a fallos
Vehículo aéreo no tripulado quadrotor
Fallos de sensores
Información sobre fallos
AFTC de alto rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
El control de rechazo de perturbaciones activo (ADRC) es un método independiente del modelo ampliamente utilizado en el control pasivo tolerante a fallos del vehículo aéreo no tripulado quadrotor. Si bien se ha demostrado la efectividad del ADRC en el tratamiento de fallos de actuadores, su tolerancia a fallos de sensores requiere mejoras. En este artículo, se propone un esquema de control tolerante a fallos activo (AFTC) basado en ADRC para controlar la actitud de vuelo frente a fallos de sensores para mejorar la fiabilidad. Específicamente, se presenta un rastreador de estado semi-dependiente del modelo para reducir la influencia del seguimiento lento y acentuar el fallo del sensor incluso en maniobras variables. Derivado del bosque aleatorio, se diseña y aplica un método mejorado llamado bosque aleatorio secuencial automático para aislar e identificar fallos en tiempo real. Una vez que se genera la compensación de tolerancia con la información del fallo, se logra un AFTC de alto rendimiento. Los resultados de la simulación muestran que el método propuesto puede seguir efectivamente el residual cuando ocurre simultáneamente un fallo de sensor y un cambio de maniobra. Se obtiene información precisa sobre el fallo en menos de 0.04 s, incluso para fallos pequeños en el nivel de ruido. La precisión del diagnóstico es superior al 86.05% (100% cuando se excluyen los fallos pequeños), y la precisión de identificación supera el 97.25%. El corto tiempo de asentamiento (0.176 s cuando se excluye el fallo pequeño) y el modesto error en estado estacionario validan el rendimiento avanzado y robusto de tolerancia del método AFTC propuesto.
Descripción
El control de rechazo de perturbaciones activo (ADRC) es un método independiente del modelo ampliamente utilizado en el control pasivo tolerante a fallos del vehículo aéreo no tripulado quadrotor. Si bien se ha demostrado la efectividad del ADRC en el tratamiento de fallos de actuadores, su tolerancia a fallos de sensores requiere mejoras. En este artículo, se propone un esquema de control tolerante a fallos activo (AFTC) basado en ADRC para controlar la actitud de vuelo frente a fallos de sensores para mejorar la fiabilidad. Específicamente, se presenta un rastreador de estado semi-dependiente del modelo para reducir la influencia del seguimiento lento y acentuar el fallo del sensor incluso en maniobras variables. Derivado del bosque aleatorio, se diseña y aplica un método mejorado llamado bosque aleatorio secuencial automático para aislar e identificar fallos en tiempo real. Una vez que se genera la compensación de tolerancia con la información del fallo, se logra un AFTC de alto rendimiento. Los resultados de la simulación muestran que el método propuesto puede seguir efectivamente el residual cuando ocurre simultáneamente un fallo de sensor y un cambio de maniobra. Se obtiene información precisa sobre el fallo en menos de 0.04 s, incluso para fallos pequeños en el nivel de ruido. La precisión del diagnóstico es superior al 86.05% (100% cuando se excluyen los fallos pequeños), y la precisión de identificación supera el 97.25%. El corto tiempo de asentamiento (0.176 s cuando se excluye el fallo pequeño) y el modesto error en estado estacionario validan el rendimiento avanzado y robusto de tolerancia del método AFTC propuesto.