Control de Movimiento de Vehículos Aéreos No Tripulados con Ajuste Difuso de Ganancias de PID en Cascada
Autores: Andrade, Fabio A. A.; Guedes, Ihannah P.; Carvalho, Guilherme F.; Zachi, Alessandro R. L.; Haddad, Diego B.; Almeida, Luciana F.; de Melo, Aurélio G.; Pinto, Milena F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Control de Movimiento de Vehículos Aéreos No Tripulados con Ajuste Difuso de Ganancias de PID en Cascada
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Desafíos
UAV
Lógica Difusa
Ganancias PID
Unidad de control de vuelo
Simulaciones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Uno de los principales desafíos de maniobrar un Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) para mantener un vuelo estabilizado es lidiar con su dinámica no lineal rápida y altamente acoplada. Existen varias soluciones en la literatura, pero la mayoría de ellas requieren un ajuste fino de los parámetros. Para evitar los procedimientos de ajuste exhaustivo, este trabajo emplea una estrategia de Lógica Difusa para el ajuste en línea de las ganancias PID del controlador de movimiento del VANT. Se propone un esquema de PID en cascada, en el cual se calculan y envían comandos de velocidad a la unidad de control de vuelo desde una posición deseada objetivo (punto de referencia). Por lo tanto, la unidad de control de vuelo es responsable del bucle de control inferior. La principal ventaja del método propuesto es que se puede aplicar a cualquier VANT sin necesidad de su modelo matemático formal. El Sistema Operativo de Robots (ROS) se utiliza para integrar el sistema propuesto y la unidad de control de vuelo. La solución fue evaluada a través de pruebas de vuelo y simulaciones, que se llevaron a cabo utilizando Unreal Engine 4 con el complemento Microsoft AirSim. En las simulaciones, el método propuesto se compara con el método de ajuste tradicional de Ziegler-Nichols, otro enfoque de Lógica Difusa y el controlador PID integrado de ArduPilot. Los resultados de la simulación muestran que el método propuesto, en comparación con el controlador de ArduPilot, lleva al VANT a alcanzar el punto de ajuste deseado más rápido. Cuando se compara con Ziegler-Nichols y otro enfoque diferente de Lógica Difusa, el método propuesto demuestra proporcionar una acomodación más rápida y generar amplitudes de error más pequeñas.
Descripción
Uno de los principales desafíos de maniobrar un Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) para mantener un vuelo estabilizado es lidiar con su dinámica no lineal rápida y altamente acoplada. Existen varias soluciones en la literatura, pero la mayoría de ellas requieren un ajuste fino de los parámetros. Para evitar los procedimientos de ajuste exhaustivo, este trabajo emplea una estrategia de Lógica Difusa para el ajuste en línea de las ganancias PID del controlador de movimiento del VANT. Se propone un esquema de PID en cascada, en el cual se calculan y envían comandos de velocidad a la unidad de control de vuelo desde una posición deseada objetivo (punto de referencia). Por lo tanto, la unidad de control de vuelo es responsable del bucle de control inferior. La principal ventaja del método propuesto es que se puede aplicar a cualquier VANT sin necesidad de su modelo matemático formal. El Sistema Operativo de Robots (ROS) se utiliza para integrar el sistema propuesto y la unidad de control de vuelo. La solución fue evaluada a través de pruebas de vuelo y simulaciones, que se llevaron a cabo utilizando Unreal Engine 4 con el complemento Microsoft AirSim. En las simulaciones, el método propuesto se compara con el método de ajuste tradicional de Ziegler-Nichols, otro enfoque de Lógica Difusa y el controlador PID integrado de ArduPilot. Los resultados de la simulación muestran que el método propuesto, en comparación con el controlador de ArduPilot, lleva al VANT a alcanzar el punto de ajuste deseado más rápido. Cuando se compara con Ziegler-Nichols y otro enfoque diferente de Lógica Difusa, el método propuesto demuestra proporcionar una acomodación más rápida y generar amplitudes de error más pequeñas.