Filtro Asistido por Optimización para la Estimación del Ángulo de Flujo de SUAV Sin Medición Adecuada
Autores: Wang, Ziyi; Li, Jie; Liu, Chang; Yang, Yu; Li, Juan; Wu, Xueyong; Yang, Yachao; Ye, Bobo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Filtro Asistido por Optimización para la Estimación del Ángulo de Flujo de SUAV Sin Medición Adecuada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Estimación
ángulos de flujo
Aeronaves de ala fija
Vehículos aéreos no tripulados pequeños
Estimación de filtro asistida por optimización
VANTs
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La estimación precisa de los ángulos de flujo es crucial para mejorar el rendimiento de vuelo y la seguridad de la aeronave. Los ángulos de flujo de los vehículos aéreos no tripulados de ala fija (SUAV) son más vulnerables debido a su baja velocidad aérea. Los dispositivos actuales de medición de ángulos de flujo no se han implementado ampliamente en los SUAV debido a su alto costo y restricciones de tamaño. Además, no existen métodos de estimación generales adecuados para los SUAV basados en su rudimentario conjunto de sensores. Este estudio presenta un método de estimación asistida por optimización generalizada (OAFE) para estimar la velocidad relativa y los ángulos de flujo de los SUAV de ala fija basado en un conjunto de sensores estándar. Este método OAFE consiste principalmente en un filtro de Kalman de cubatura y un optimizador. El filtro actúa como el bucle principal para generar ángulos de flujo en tiempo real fusionando la aceleración, la tasa angular, la actitud y la velocidad aérea. Sin mediciones de ángulo de flujo, el optimizador genera derivadas aerodinámicas aproximadas, que sirven como pseudo-mediciones para refinar el rendimiento del filtro. Los resultados demuestran que el ángulo de ataque estimado y el ángulo de deslizamiento lateral mostraron errores cuadráticos medios de alrededor de 0.11 grados y 0.24 grados en la simulación. La viabilidad también se verificó en pruebas de campo. El método OAFE no requiere mediciones de ángulo de flujo, la adquisición previa de parámetros aerodinámicos o entrenamiento de modelos, lo que lo hace adecuado para un despliegue rápido en diferentes SUAV.
Descripción
La estimación precisa de los ángulos de flujo es crucial para mejorar el rendimiento de vuelo y la seguridad de la aeronave. Los ángulos de flujo de los vehículos aéreos no tripulados de ala fija (SUAV) son más vulnerables debido a su baja velocidad aérea. Los dispositivos actuales de medición de ángulos de flujo no se han implementado ampliamente en los SUAV debido a su alto costo y restricciones de tamaño. Además, no existen métodos de estimación generales adecuados para los SUAV basados en su rudimentario conjunto de sensores. Este estudio presenta un método de estimación asistida por optimización generalizada (OAFE) para estimar la velocidad relativa y los ángulos de flujo de los SUAV de ala fija basado en un conjunto de sensores estándar. Este método OAFE consiste principalmente en un filtro de Kalman de cubatura y un optimizador. El filtro actúa como el bucle principal para generar ángulos de flujo en tiempo real fusionando la aceleración, la tasa angular, la actitud y la velocidad aérea. Sin mediciones de ángulo de flujo, el optimizador genera derivadas aerodinámicas aproximadas, que sirven como pseudo-mediciones para refinar el rendimiento del filtro. Los resultados demuestran que el ángulo de ataque estimado y el ángulo de deslizamiento lateral mostraron errores cuadráticos medios de alrededor de 0.11 grados y 0.24 grados en la simulación. La viabilidad también se verificó en pruebas de campo. El método OAFE no requiere mediciones de ángulo de flujo, la adquisición previa de parámetros aerodinámicos o entrenamiento de modelos, lo que lo hace adecuado para un despliegue rápido en diferentes SUAV.