Controlador de Seguimiento de Trayectoria Saturado en el Marco del Cuerpo para Cuadricópteros
Autores: Madeiras, João; Cardeira, Carlos; Oliveira, Paulo; Batista, Pedro; Silvestre, Carlos
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Controlador de Seguimiento de Trayectoria Saturado en el Marco del Cuerpo para Cuadricópteros
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Controlador
Actitud
Posición
Estabilidad
Quadrotor
Trayectoria
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un controlador de seguimiento de trayectoria para quadrotor que comprende un controlador de posición óptimo en estado estacionario con saturación de entrada normalizada y acción integrativa modular acoplada con un controlador de actitud por retroceso. Primero, se diseñan los modelos dinámicos translacional y rotacional en el marco fijo del cuerpo para evitar rotaciones externas y se dividen en un sistema de posición subactuado y un sistema de actitud basado en cuaterniones. En segundo lugar, se diseña un controlador por separado para cada subsistema, a saber, (i) la síntesis del controlador de posición se deriva del Principio Máximo, Lyapunov y la teoría del regulador cuadrático lineal (LQR), asegurando la estabilidad exponencial global y la optimalidad en estado estacionario del controlador dentro de la región lineal, y se garantiza la estabilidad asintótica global para la región de saturación cuando se acopla con cualquier controlador de actitud localmente estable exponencial, y (ii) el sistema de actitud, con los ángulos de cuaterniones y la velocidad angular como variables controladas, se diseña en el espacio de error a través de la técnica de retroceso, lo que otorga al sistema general, posición y actitud, propiedades de lazo cerrado deseables que son casi globales. La estabilidad general del sistema se logra a través de la propagación del término de interconexión de posición al sistema de actitud. Para mejorar la robustez del sistema de seguimiento, se concibe una acción integrativa tanto para la posición como para la actitud, con énfasis en el enfoque modular para la acción integrativa en el controlador de posición. El método propuesto se valida experimentalmente a bordo de un quadrotor comercial para evaluar el rendimiento resultante.
Descripción
Este documento presenta un controlador de seguimiento de trayectoria para quadrotor que comprende un controlador de posición óptimo en estado estacionario con saturación de entrada normalizada y acción integrativa modular acoplada con un controlador de actitud por retroceso. Primero, se diseñan los modelos dinámicos translacional y rotacional en el marco fijo del cuerpo para evitar rotaciones externas y se dividen en un sistema de posición subactuado y un sistema de actitud basado en cuaterniones. En segundo lugar, se diseña un controlador por separado para cada subsistema, a saber, (i) la síntesis del controlador de posición se deriva del Principio Máximo, Lyapunov y la teoría del regulador cuadrático lineal (LQR), asegurando la estabilidad exponencial global y la optimalidad en estado estacionario del controlador dentro de la región lineal, y se garantiza la estabilidad asintótica global para la región de saturación cuando se acopla con cualquier controlador de actitud localmente estable exponencial, y (ii) el sistema de actitud, con los ángulos de cuaterniones y la velocidad angular como variables controladas, se diseña en el espacio de error a través de la técnica de retroceso, lo que otorga al sistema general, posición y actitud, propiedades de lazo cerrado deseables que son casi globales. La estabilidad general del sistema se logra a través de la propagación del término de interconexión de posición al sistema de actitud. Para mejorar la robustez del sistema de seguimiento, se concibe una acción integrativa tanto para la posición como para la actitud, con énfasis en el enfoque modular para la acción integrativa en el controlador de posición. El método propuesto se valida experimentalmente a bordo de un quadrotor comercial para evaluar el rendimiento resultante.