Diseño de Controlador de Actitud Basado en Moldeo de Bucle y Validación de Vuelo para un UAV de Ala Fija
Autores: Zhang, Nai-Wen; Peng, Chao-Chung
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño de Controlador de Actitud Basado en Moldeo de Bucle y Validación de Vuelo para un UAV de Ala Fija
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Metodología de modelado en bucle
Control de actitud
UAV de ala fija
Características en el dominio de la frecuencia
Márgenes de estabilidad
Diseño de controladores
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta una metodología de modelado de lazo para el control de actitud de un vehículo aéreo no tripulado (VANT) de ala fija. El diseño del controlador propuesto se centra en lograr características deseadas en el dominio de la frecuencia, como márgenes de fase y ganancia especificados, para garantizar la estabilidad y robustez. A diferencia de muchos enfoques existentes que dependen de modelos de planta simplificados o implican formulaciones de control robusto matemáticamente intensivas, este trabajo desarrolla controladores directamente a partir de un modelo de VANT de seis grados de libertad de alta fidelidad que captura dinámicas aerodinámicas y de actuadores realistas. El procedimiento de modelado de lazo traduce requisitos multiobjetivo en un flujo de trabajo transparente y paso a paso al moldear progresivamente la respuesta en frecuencia de la planta en lazo abierto para que coincida con una función de transferencia objetivo. Esto proporciona un proceso de diseño intuitivo y visual que reduce la dependencia de la sintonización empírica de PID y hace que el método sea accesible tanto para aplicaciones de VANT a escala de afición como para plataformas comerciales. El procedimiento de modelado de lazo propuesto se demuestra en el lazo de tasa interna de cabeceo de un VANT de ala fija, con controladores discretizados y validados en simulaciones no lineales, así como en pruebas de vuelo reales. Los resultados experimentales muestran que el método logra el ancho de banda y los márgenes de estabilidad deseados de manera cercana al objetivo de diseño.
Descripción
Este estudio presenta una metodología de modelado de lazo para el control de actitud de un vehículo aéreo no tripulado (VANT) de ala fija. El diseño del controlador propuesto se centra en lograr características deseadas en el dominio de la frecuencia, como márgenes de fase y ganancia especificados, para garantizar la estabilidad y robustez. A diferencia de muchos enfoques existentes que dependen de modelos de planta simplificados o implican formulaciones de control robusto matemáticamente intensivas, este trabajo desarrolla controladores directamente a partir de un modelo de VANT de seis grados de libertad de alta fidelidad que captura dinámicas aerodinámicas y de actuadores realistas. El procedimiento de modelado de lazo traduce requisitos multiobjetivo en un flujo de trabajo transparente y paso a paso al moldear progresivamente la respuesta en frecuencia de la planta en lazo abierto para que coincida con una función de transferencia objetivo. Esto proporciona un proceso de diseño intuitivo y visual que reduce la dependencia de la sintonización empírica de PID y hace que el método sea accesible tanto para aplicaciones de VANT a escala de afición como para plataformas comerciales. El procedimiento de modelado de lazo propuesto se demuestra en el lazo de tasa interna de cabeceo de un VANT de ala fija, con controladores discretizados y validados en simulaciones no lineales, así como en pruebas de vuelo reales. Los resultados experimentales muestran que el método logra el ancho de banda y los márgenes de estabilidad deseados de manera cercana al objetivo de diseño.