Seguimiento de referencia de pilotos automáticos para sistemas robóticos aéreos de cuadricóptero utilizando controladores no lineales heurísticos
Autores: Abdelghany, Muhammad Bakr; Moustafa, Ahmed M.; Moness, Mohammed
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Seguimiento de referencia de pilotos automáticos para sistemas robóticos aéreos de cuadricóptero utilizando controladores no lineales heurísticos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Investiga
Navegación de cuádricopteros
Pilotos automáticos
Algoritmos de optimización heurística
Ganancias del controlador
Sistemas no lineales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento investiga y evalúa el rendimiento del control global de los pilotos automáticos de navegación y mantenimiento de quadrotor utilizando algoritmos de optimización heurística. Los métodos comparados ofrecen ventajas en términos de efectividad computacional y eficiencia para ajustar las ganancias óptimas del controlador para sistemas altamente no lineales. Se modela y valida un modelo dinámico no lineal del quadrotor utilizando las ecuaciones de Newton-Euler. Utilizando una optimización de enjambre de partículas modificada (MPSO) y un algoritmo genético (GA) del paradigma heurístico, se formula y resuelve un problema de optimización fuera de línea para tres controladores diferentes: un controlador proporcional-derivativo (PD), un controlador de modo deslizante no lineal (SMC) y un controlador de retroceso no lineal (BSC). Es evidente a través de los estudios de caso de simulación que la utilización de técnicas de optimización heurística para controladores no lineales mejora considerablemente la respuesta del sistema quadrotor. El rendimiento del controlador PD convencional, SMC y BSC se compara con enfoques heurísticos en términos de estabilidad e influencia de perturbaciones internas y externas, y respuesta del sistema utilizando el entorno MATLAB/SIMULINK. Los resultados de la simulación confirman la fiabilidad de los controladores GA y MPSO ajustados propuestos. El controlador PD ofrece el mejor rendimiento cuando el sistema quadrotor opera en el punto de equilibrio, mientras que los enfoques SMC y BSC ofrecen el mejor rendimiento cuando el sistema realiza una maniobra agresiva fuera de la condición de suspensión. Los resultados finales en general muestran que los controladores ajustados por GA pueden servir como un punto de referencia para comparar el rendimiento global de los lazos de control robótico aéreo.
Descripción
Este documento investiga y evalúa el rendimiento del control global de los pilotos automáticos de navegación y mantenimiento de quadrotor utilizando algoritmos de optimización heurística. Los métodos comparados ofrecen ventajas en términos de efectividad computacional y eficiencia para ajustar las ganancias óptimas del controlador para sistemas altamente no lineales. Se modela y valida un modelo dinámico no lineal del quadrotor utilizando las ecuaciones de Newton-Euler. Utilizando una optimización de enjambre de partículas modificada (MPSO) y un algoritmo genético (GA) del paradigma heurístico, se formula y resuelve un problema de optimización fuera de línea para tres controladores diferentes: un controlador proporcional-derivativo (PD), un controlador de modo deslizante no lineal (SMC) y un controlador de retroceso no lineal (BSC). Es evidente a través de los estudios de caso de simulación que la utilización de técnicas de optimización heurística para controladores no lineales mejora considerablemente la respuesta del sistema quadrotor. El rendimiento del controlador PD convencional, SMC y BSC se compara con enfoques heurísticos en términos de estabilidad e influencia de perturbaciones internas y externas, y respuesta del sistema utilizando el entorno MATLAB/SIMULINK. Los resultados de la simulación confirman la fiabilidad de los controladores GA y MPSO ajustados propuestos. El controlador PD ofrece el mejor rendimiento cuando el sistema quadrotor opera en el punto de equilibrio, mientras que los enfoques SMC y BSC ofrecen el mejor rendimiento cuando el sistema realiza una maniobra agresiva fuera de la condición de suspensión. Los resultados finales en general muestran que los controladores ajustados por GA pueden servir como un punto de referencia para comparar el rendimiento global de los lazos de control robótico aéreo.