Un controlador robusto de rechazo de perturbaciones utilizando control predictivo basado en modelo para UAV quadrotor en el seguimiento de trayectorias agresivas
Autores: Xu, Zhixiong; Fan, Li; Qiu, Wei; Wen, Guangwei; He, Yunhan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Un controlador robusto de rechazo de perturbaciones utilizando control predictivo basado en modelo para UAV quadrotor en el seguimiento de trayectorias agresivas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Propuesto
Controlador
Quadrotor
UAV
MPC
Actitud
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 2
Citaciones: Sin citaciones
Se propone en este artículo un controlador robusto para el seguimiento de puntos de referencia de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) tipo quadrotor, en el que el control de posición y el control de actitud se desacoplan de manera efectiva. Se emplea control predictivo por modelo (MPC) en el controlador de posición. Las restricciones de los motores se imponen sobre las variables de estado y de entrada de la ecuación de optimización. Este diseño mitiga efectivamente la no linealidad del bucle de actitud y mejora la eficiencia de planificación del controlador de posición. El controlador de actitud se diseña utilizando una ley de control no lineal y robusta basada en el espacio SO(3), lo que permite un control continuo sobre la variedad SO(3). Al extender la planitud diferencial del quadrotor-UAV al nivel de aceleración angular, se logra el mapeo de la referencia de control del controlador de posición al controlador de actitud. Se llevan a cabo simulaciones para demostrar la capacidad del controlador propuesto. En las simulaciones, se diseñan múltiples trayectorias de vuelo agresivas y severas perturbaciones externas. Los resultados muestran que el controlador es robusto, con una precisión superior en el seguimiento de trayectorias agresivas.
Descripción
Se propone en este artículo un controlador robusto para el seguimiento de puntos de referencia de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) tipo quadrotor, en el que el control de posición y el control de actitud se desacoplan de manera efectiva. Se emplea control predictivo por modelo (MPC) en el controlador de posición. Las restricciones de los motores se imponen sobre las variables de estado y de entrada de la ecuación de optimización. Este diseño mitiga efectivamente la no linealidad del bucle de actitud y mejora la eficiencia de planificación del controlador de posición. El controlador de actitud se diseña utilizando una ley de control no lineal y robusta basada en el espacio SO(3), lo que permite un control continuo sobre la variedad SO(3). Al extender la planitud diferencial del quadrotor-UAV al nivel de aceleración angular, se logra el mapeo de la referencia de control del controlador de posición al controlador de actitud. Se llevan a cabo simulaciones para demostrar la capacidad del controlador propuesto. En las simulaciones, se diseñan múltiples trayectorias de vuelo agresivas y severas perturbaciones externas. Los resultados muestran que el controlador es robusto, con una precisión superior en el seguimiento de trayectorias agresivas.