Control de Rendimiento Prescrito Basado en Observador de Estado Extendido No Lineal para UAV Quadrotor con Restricciones de Saturación de Actitud y Entrada
Autores: Ma, Tie-Nan; Xi, Rui-Dong; Xiao, Xiao; Yang, Zhi-Xin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Control de Rendimiento Prescrito Basado en Observador de Estado Extendido No Lineal para UAV Quadrotor con Restricciones de Saturación de Actitud y Entrada
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Control de rendimiento prescrito
Vehículo aéreo no tripulado cuatrirrotor
Técnica de linealización por retroalimentación
Observador de estado extendido
Algoritmo de saturación de entrada
Control de superficie dinámica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
En este artículo, se introduce un esquema de control de rendimiento prescrito del vehículo aéreo no tripulado (VANT) quadrotor bajo restricciones de saturación de actitud e entrada. De acuerdo con la característica subactuada, el sistema VANT quadrotor se puede descomponer en un subsistema subactuado y un subsistema totalmente actuado. Con la técnica de linealización por retroalimentación, se propone un único observador de estado extendido no lineal (ESO), y se utilizan múltiples observaciones para estimar tanto las perturbaciones coincidentes como las no coincidentes, lo que no solo puede obtener una convergencia uniforme, sino que también reduce la complejidad del ajuste de parámetros del observador. Para mejorar la estabilidad del sistema, se introduce un algoritmo de saturación de entrada para cada rotor individual para modificar la salida de control final. Además, la actitud limitada del VANT quadrotor también se considera como una restricción de saturación en el esquema de control con un sistema auxiliar de compensación. Sobre esta base, se adopta el control de superficie dinámica (DSC) con rendimiento prescrito para garantizar la convergencia acotada y el error en estado estacionario. Todos los errores de estado del sistema en lazo cerrado se demuestran que están uniformemente acotados utilizando la teoría de Lyapunov, y se presentan los resultados de simulación para demostrar la estabilidad, efectividad y superioridad de las estrategias de control propuestas al final.
Descripción
En este artículo, se introduce un esquema de control de rendimiento prescrito del vehículo aéreo no tripulado (VANT) quadrotor bajo restricciones de saturación de actitud e entrada. De acuerdo con la característica subactuada, el sistema VANT quadrotor se puede descomponer en un subsistema subactuado y un subsistema totalmente actuado. Con la técnica de linealización por retroalimentación, se propone un único observador de estado extendido no lineal (ESO), y se utilizan múltiples observaciones para estimar tanto las perturbaciones coincidentes como las no coincidentes, lo que no solo puede obtener una convergencia uniforme, sino que también reduce la complejidad del ajuste de parámetros del observador. Para mejorar la estabilidad del sistema, se introduce un algoritmo de saturación de entrada para cada rotor individual para modificar la salida de control final. Además, la actitud limitada del VANT quadrotor también se considera como una restricción de saturación en el esquema de control con un sistema auxiliar de compensación. Sobre esta base, se adopta el control de superficie dinámica (DSC) con rendimiento prescrito para garantizar la convergencia acotada y el error en estado estacionario. Todos los errores de estado del sistema en lazo cerrado se demuestran que están uniformemente acotados utilizando la teoría de Lyapunov, y se presentan los resultados de simulación para demostrar la estabilidad, efectividad y superioridad de las estrategias de control propuestas al final.