Péndulo Invertido Esférico en un UAV Quadrotor: Un Enfoque de Planitud y Observador de Estado Extendida Discontinua
Autores: Martinez-Vasquez, Adrian H.; Castro-Linares, Rafael; Rodríguez-Mata, Abraham Efraím; Sira-Ramírez, Hebertt
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Péndulo Invertido Esférico en un UAV Quadrotor: Un Enfoque de Planitud y Observador de Estado Extendida Discontinua
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Problema
Péndulo esférico invertido
Quadrotor
Dinámica
Entradas de control
Control de seguimiento de trayectoria
Modelo linealizado
Análisis de convergencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Este artículo aborda el problema de equilibrar un péndulo esférico invertido en un quadrotor. El modelo dinámico completo se obtiene a través del formalismo de Euler-Lagrange, donde la dinámica del péndulo está acoplada a la dinámica del quadrotor, tomando como entradas de control los torques asociados con las dinámicas de guiñada, alabeo y cabeceo, y una entrada de control para el desplazamiento vertical en altura. Se propone un esquema de control de seguimiento de trayectoria mediante un control de rechazo de perturbaciones activo basado en un observador de estado extendido discontinuo (ADRC-DESO) que permite controlar el sistema en la dinámica translacional del quadrotor, incluyendo la dinámica rotacional y la dinámica del péndulo invertido. Para abordar este problema, el modelo dinámico se linealiza alrededor de un punto de equilibrio, teniendo en cuenta que el sistema opera en las cercanías de los puntos de equilibrio, lo que simplifica considerablemente el modelo dinámico. Demostrando que el modelo lineal es controlable y, por lo tanto, diferenciable plano, se proponen salidas planas alrededor de los desplazamientos asociados con los tres ejes cartesianos del espacio euclidiano, incluyendo una dinámica asociada con la dinámica de guiñada del quadrotor que permite parametrizar el sistema lineal completo. Los resultados de simulación, así como un análisis de convergencia, validan el rendimiento de la estrategia.
Descripción
Este artículo aborda el problema de equilibrar un péndulo esférico invertido en un quadrotor. El modelo dinámico completo se obtiene a través del formalismo de Euler-Lagrange, donde la dinámica del péndulo está acoplada a la dinámica del quadrotor, tomando como entradas de control los torques asociados con las dinámicas de guiñada, alabeo y cabeceo, y una entrada de control para el desplazamiento vertical en altura. Se propone un esquema de control de seguimiento de trayectoria mediante un control de rechazo de perturbaciones activo basado en un observador de estado extendido discontinuo (ADRC-DESO) que permite controlar el sistema en la dinámica translacional del quadrotor, incluyendo la dinámica rotacional y la dinámica del péndulo invertido. Para abordar este problema, el modelo dinámico se linealiza alrededor de un punto de equilibrio, teniendo en cuenta que el sistema opera en las cercanías de los puntos de equilibrio, lo que simplifica considerablemente el modelo dinámico. Demostrando que el modelo lineal es controlable y, por lo tanto, diferenciable plano, se proponen salidas planas alrededor de los desplazamientos asociados con los tres ejes cartesianos del espacio euclidiano, incluyendo una dinámica asociada con la dinámica de guiñada del quadrotor que permite parametrizar el sistema lineal completo. Los resultados de simulación, así como un análisis de convergencia, validan el rendimiento de la estrategia.