Un Nuevo Diseño de un Controlador de Modo Deslizante Basado en ERL Modificado para una Mejora en el Seguimiento de Trayectorias de Cuadcopteros
Autores: Mahmood, Ahmed Abduljabbar; García, Fernando; Al-Kaff, Abdulla
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un Nuevo Diseño de un Controlador de Modo Deslizante Basado en ERL Modificado para una Mejora en el Seguimiento de Trayectorias de Cuadcopteros
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Seguimiento del rendimiento
Resistencia a las perturbaciones
Resistencia a la variación de entrada
Fenómenos de oscilación
Vehículo aéreo no tripulado
Control por modo deslizante
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un nuevo enfoque para obtener un rendimiento de seguimiento robusto, resistencia a perturbaciones y resistencia a variaciones de entrada, y eliminar fenómenos de oscilación en la señal de control y las respuestas de salida de un vehículo aéreo no tripulado (VANT) cuadricóptero con incertidumbre paramétrica. Este método implica una ley de alcance exponencial modificada (ERL) del control por modo deslizante (SMC) basada en una función de núcleo gaussiano con una función signum no lineal continua y suave (SSF). La función signum continua y suave se propone como un sustituto de la función signum para prevenir el efecto de oscilación causado por la superficie deslizante de conmutación. La estabilidad del sistema en lazo cerrado se asegura de acuerdo con la teoría de estabilidad de Lyapunov. El seguimiento de trayectoria óptima se logra mediante optimización por enjambre de partículas (PSO) para seleccionar los parámetros del controlador. Se presenta un análisis comparativo con un SMC jerárquico clásico basado en diferentes ERLs (función signum, función de saturación y SSF) para respaldar aún más el rendimiento superior del controlador propuesto. Los resultados de la simulación demuestran que el controlador sugerido tiene una efectividad mucho mejor, resistencia a perturbaciones desconocidas, resistencia a variaciones de entrada e incertidumbre paramétrica que los otros controladores, que producen oscilaciones y hacen que el rango de la señal de control caiga dentro de valores poco realistas. Además, el controlador sugerido supera al SMC clásico al reducir los errores cuadráticos medios de seguimiento en un 96.154% para el rollo, 98.535% para el cabeceo, 44.81% para el guiñada y 22.8% para la altitud en condiciones de vuelo normales. También reduce los errores cuadráticos medios de seguimiento en un 99.05% para el rollo, 99.26% para el cabeceo, 40.18% para el guiñada y 99.998% para la altitud en condiciones de vuelo de seguimiento de trayectoria en presencia de perturbaciones externas. Por lo tanto, el controlador propuesto puede seguir eficientemente caminos en presencia de incertidumbres paramétricas, variaciones de entrada y perturbaciones externas.
Descripción
Este documento presenta un nuevo enfoque para obtener un rendimiento de seguimiento robusto, resistencia a perturbaciones y resistencia a variaciones de entrada, y eliminar fenómenos de oscilación en la señal de control y las respuestas de salida de un vehículo aéreo no tripulado (VANT) cuadricóptero con incertidumbre paramétrica. Este método implica una ley de alcance exponencial modificada (ERL) del control por modo deslizante (SMC) basada en una función de núcleo gaussiano con una función signum no lineal continua y suave (SSF). La función signum continua y suave se propone como un sustituto de la función signum para prevenir el efecto de oscilación causado por la superficie deslizante de conmutación. La estabilidad del sistema en lazo cerrado se asegura de acuerdo con la teoría de estabilidad de Lyapunov. El seguimiento de trayectoria óptima se logra mediante optimización por enjambre de partículas (PSO) para seleccionar los parámetros del controlador. Se presenta un análisis comparativo con un SMC jerárquico clásico basado en diferentes ERLs (función signum, función de saturación y SSF) para respaldar aún más el rendimiento superior del controlador propuesto. Los resultados de la simulación demuestran que el controlador sugerido tiene una efectividad mucho mejor, resistencia a perturbaciones desconocidas, resistencia a variaciones de entrada e incertidumbre paramétrica que los otros controladores, que producen oscilaciones y hacen que el rango de la señal de control caiga dentro de valores poco realistas. Además, el controlador sugerido supera al SMC clásico al reducir los errores cuadráticos medios de seguimiento en un 96.154% para el rollo, 98.535% para el cabeceo, 44.81% para el guiñada y 22.8% para la altitud en condiciones de vuelo normales. También reduce los errores cuadráticos medios de seguimiento en un 99.05% para el rollo, 99.26% para el cabeceo, 40.18% para el guiñada y 99.998% para la altitud en condiciones de vuelo de seguimiento de trayectoria en presencia de perturbaciones externas. Por lo tanto, el controlador propuesto puede seguir eficientemente caminos en presencia de incertidumbres paramétricas, variaciones de entrada y perturbaciones externas.