Estabilidad Dinámica y Control de Vuelo de un Vehículo Aéreo Micro Biomimético de Alas Batientes
Autores: Bhatti, Muhammad Yousaf; Lee, Sang-Gil; Han, Jae-Hung
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Estabilidad Dinámica y Control de Vuelo de un Vehículo Aéreo Micro Biomimético de Alas Batientes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Enfoque
Análisis de estabilidad
Controladores de seguimiento de trayectoria
Simulación de dinámica de cuerpos múltiples
Control de vuelo
Regulador lineal-cuadrático
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Este documento propone un enfoque para analizar la estabilidad dinámica y desarrollar controladores de seguimiento de trayectoria para vehículos aéreos micro con alas batientes (FWMAV). Se implementó un marco de simulación de dinámica de cuerpos múltiples acoplado con un modelo aerodinámico cuasi-estacionario modificado para el análisis de estabilidad, que se complementó con un bloque de control de vuelo para lograr varios objetivos de vuelo. Se empleó un algoritmo de búsqueda de recorte basado en gradientes para obtener las condiciones de recorte resolviendo las ecuaciones de movimiento no lineales completamente acopladas a diversas velocidades de vuelo. El análisis de modos propios mostró inestabilidad que crecía con la velocidad de vuelo en la dinámica longitudinal. Usando las condiciones de recorte, linealizamos las ecuaciones dinámicas del FWMAV para obtener las matrices de ganancia óptimas para diversas velocidades de vuelo utilizando la técnica del regulador lineal-cuadrático (LQR). Las matrices de ganancia de cada una de las ecuaciones linealizadas se utilizaron para la programación de ganancia con respecto a la velocidad de vuelo hacia adelante. Se implementó el control LQR aumentado de seguimiento de referencia para lograr el seguimiento de vuelo de transición que involucra fases de suspensión, aceleración y desaceleración. Los parámetros de control se actualizaron una vez en un ciclo de batido de alas y se cambiaron suavemente para evitar discontinuidades durante las simulaciones. Además, se logró con éxito el control de seguimiento de trayectorias utilizando un enfoque de control de doble lazo. Las simulaciones de control mostraron que los controladores propuestos funcionaron de manera efectiva para este sistema multibody bastante no lineal.
Descripción
Este documento propone un enfoque para analizar la estabilidad dinámica y desarrollar controladores de seguimiento de trayectoria para vehículos aéreos micro con alas batientes (FWMAV). Se implementó un marco de simulación de dinámica de cuerpos múltiples acoplado con un modelo aerodinámico cuasi-estacionario modificado para el análisis de estabilidad, que se complementó con un bloque de control de vuelo para lograr varios objetivos de vuelo. Se empleó un algoritmo de búsqueda de recorte basado en gradientes para obtener las condiciones de recorte resolviendo las ecuaciones de movimiento no lineales completamente acopladas a diversas velocidades de vuelo. El análisis de modos propios mostró inestabilidad que crecía con la velocidad de vuelo en la dinámica longitudinal. Usando las condiciones de recorte, linealizamos las ecuaciones dinámicas del FWMAV para obtener las matrices de ganancia óptimas para diversas velocidades de vuelo utilizando la técnica del regulador lineal-cuadrático (LQR). Las matrices de ganancia de cada una de las ecuaciones linealizadas se utilizaron para la programación de ganancia con respecto a la velocidad de vuelo hacia adelante. Se implementó el control LQR aumentado de seguimiento de referencia para lograr el seguimiento de vuelo de transición que involucra fases de suspensión, aceleración y desaceleración. Los parámetros de control se actualizaron una vez en un ciclo de batido de alas y se cambiaron suavemente para evitar discontinuidades durante las simulaciones. Además, se logró con éxito el control de seguimiento de trayectorias utilizando un enfoque de control de doble lazo. Las simulaciones de control mostraron que los controladores propuestos funcionaron de manera efectiva para este sistema multibody bastante no lineal.