Modelado, Análisis de Recortes y Control de Trayectoria de un Micro-Cuadrótor con Alas
Autores: Dawkins, Jeremy; DeVries, Levi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
2018
Modelado, Análisis de Recortes y Control de Trayectoria de un Micro-Cuadrótor con Alas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Modelado
Diseño de control
Análisis de eficiencia
Micro-cuadrotor
Perfiles aerodinámicos
Perfil de vuelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta la modelización, el diseño de control y el análisis de eficiencia de un vehículo aéreo micro-cuadrótor con alas. Derivamos las ecuaciones de movimiento para un micro-cuadrótor (longitud 0.15 m y masa 0.03 kg) equipado con dos alas simétricas que generan sustentación durante el tránsito hacia adelante. Se presenta un análisis de recorte para determinar las condiciones de vuelo nominales. El análisis del modelo facilita el diseño de un controlador que estabiliza el cuadrótor modificado a través de transiciones de vuelo en suspensión a vuelo hacia adelante con alas fijas. El rendimiento del diseño y el enfoque de control se analiza a través de una serie de simulaciones de perfiles de vuelo típicos. El controlador es capaz de seguir una trayectoria de velocidad en presencia de incertidumbres aerodinámicas. Las simulaciones también se utilizan para determinar la eficiencia de la aeronave en comparación con un cuadrótor estándar. Los resultados sugieren que, durante el vuelo hacia adelante, las alas resultan en un ahorro de energía de hasta el 35% dependiendo de la relación de aspecto y la velocidad hacia adelante del vehículo. Sin embargo, el peso adicional de las alas causa una pérdida de energía del 45% durante el vuelo en suspensión. Estos resultados indican que la velocidad de beneficio neutral está en el rango de 3-5 m/s dependiendo de la relación de aspecto del ala, lo que sugiere perfiles de vuelo de misión que mejor utilizan el beneficio adicional de las alas en un micro-cuadrótor.
Descripción
Este documento presenta la modelización, el diseño de control y el análisis de eficiencia de un vehículo aéreo micro-cuadrótor con alas. Derivamos las ecuaciones de movimiento para un micro-cuadrótor (longitud 0.15 m y masa 0.03 kg) equipado con dos alas simétricas que generan sustentación durante el tránsito hacia adelante. Se presenta un análisis de recorte para determinar las condiciones de vuelo nominales. El análisis del modelo facilita el diseño de un controlador que estabiliza el cuadrótor modificado a través de transiciones de vuelo en suspensión a vuelo hacia adelante con alas fijas. El rendimiento del diseño y el enfoque de control se analiza a través de una serie de simulaciones de perfiles de vuelo típicos. El controlador es capaz de seguir una trayectoria de velocidad en presencia de incertidumbres aerodinámicas. Las simulaciones también se utilizan para determinar la eficiencia de la aeronave en comparación con un cuadrótor estándar. Los resultados sugieren que, durante el vuelo hacia adelante, las alas resultan en un ahorro de energía de hasta el 35% dependiendo de la relación de aspecto y la velocidad hacia adelante del vehículo. Sin embargo, el peso adicional de las alas causa una pérdida de energía del 45% durante el vuelo en suspensión. Estos resultados indican que la velocidad de beneficio neutral está en el rango de 3-5 m/s dependiendo de la relación de aspecto del ala, lo que sugiere perfiles de vuelo de misión que mejor utilizan el beneficio adicional de las alas en un micro-cuadrótor.