El Modelado y Control de un UAV de Propulsión de Vector Distribuido con Efecto de Acoplamiento Aero-Propulsión
Autores: Xia, Jiyu; Zhou, Zhou
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
El Modelado y Control de un UAV de Propulsión de Vector Distribuido con Efecto de Acoplamiento Aero-Propulsión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Propulsión de vector distribuido
UAV
DVPUAV
Despegue y aterrizaje vertical
VTOL
Acoplamiento aero-propulsión
Control Predictivo de Modelo
MPC
Simulación de vuelo
Marco de control
Licencia
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Se introduce en este documento un UAV de propulsión de vector distribuido (DVPUAV), que tiene la capacidad de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) y puede realizar un crucero a velocidad relativamente alta. Como núcleo del DVPUAV, el ala de propulsión diseñada bajo la guía de la idea de integración no solo es un cuerpo sustentador, sino también un dispositivo de propulsión y un mecanismo de control. Sin embargo, este tipo de aeronave presenta una serie de problemas difíciles con un acoplamiento aero-propulsivo complejo, el cambio de modos de vuelo y tantos inputs y acoplamiento de control. Para describir este efecto de acoplamiento y mejorar la precisión de la dinámica, se desarrolla un modelo de acoplamiento aero-propulsivo, considerando tanto la fiabilidad computacional como el tiempo real. Posteriormente, se diseña un marco de control único para el DVPUAV. Al optimizar la lógica de control, este marco de control logra el desacoplamiento del control direccional longitudinal y lateral e incluso el desacoplamiento del control de alabeo y guiñada. A continuación, basado en el regulador cuadrático lineal iterativo (ILQR), se propone un nuevo controlador de Control Predictivo de Modelo (MPC) con la capacidad de resolver problemas no lineales complejos, que logra la unificación del controlador para todo el envolvente de vuelo. Finalmente, se verifica el buen rendimiento del marco de control y del controlador en todo el proceso de simulación de vuelo desde el despegue hasta el aterrizaje.
Descripción
Se introduce en este documento un UAV de propulsión de vector distribuido (DVPUAV), que tiene la capacidad de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) y puede realizar un crucero a velocidad relativamente alta. Como núcleo del DVPUAV, el ala de propulsión diseñada bajo la guía de la idea de integración no solo es un cuerpo sustentador, sino también un dispositivo de propulsión y un mecanismo de control. Sin embargo, este tipo de aeronave presenta una serie de problemas difíciles con un acoplamiento aero-propulsivo complejo, el cambio de modos de vuelo y tantos inputs y acoplamiento de control. Para describir este efecto de acoplamiento y mejorar la precisión de la dinámica, se desarrolla un modelo de acoplamiento aero-propulsivo, considerando tanto la fiabilidad computacional como el tiempo real. Posteriormente, se diseña un marco de control único para el DVPUAV. Al optimizar la lógica de control, este marco de control logra el desacoplamiento del control direccional longitudinal y lateral e incluso el desacoplamiento del control de alabeo y guiñada. A continuación, basado en el regulador cuadrático lineal iterativo (ILQR), se propone un nuevo controlador de Control Predictivo de Modelo (MPC) con la capacidad de resolver problemas no lineales complejos, que logra la unificación del controlador para todo el envolvente de vuelo. Finalmente, se verifica el buen rendimiento del marco de control y del controlador en todo el proceso de simulación de vuelo desde el despegue hasta el aterrizaje.