Optimización de ajuste de un controlador de vuelo basado en PID para un rotorcraft de mediana escala
Autores: Mpanza, Lindokuhle J.; Pedro, Jimoh Olarewaju
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Optimización de ajuste de un controlador de vuelo basado en PID para un rotorcraft de mediana escala
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Software
Palabras clave
Sistema de control de vuelo
Aeronave de rotor
Controladores PID
Algoritmos de optimización
Condiciones de equilibrio
Simulación numérica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta la optimización de parámetros del sistema de control de vuelo de una aeronave de un solo rotor de tamaño medio. Se desarrolla un modelo matemático no lineal de seis grados de libertad (DOF) de la aeronave. Este modelo se utiliza para desarrollar controladores basados en proporcional-integral-derivativo (PID). Dado que la mayoría de los controladores PID instalados en la industria están mal ajustados, este documento presenta una comparación de la optimización de ajuste de los parámetros del controlador de vuelo utilizando algoritmos de optimización de enjambre de partículas (PSO), algoritmo genético (GA), optimización de colonia de hormigas (ACO) y búsqueda de cuco (CS). El objetivo es encontrar los mejores parámetros PID que minimicen la función objetivo especificada. Se investigan dos condiciones de equilibrio, es decir, estacionario y vuelo hacia adelante a 10 m/s. Los cuatro algoritmos funcionaron mejor que el ajuste manual de los controladores PID. Se encontró, a través de simulación numérica, que el algoritmo ACO converge más rápido y encuentra las mejores ganancias para la función objetivo seleccionada en condiciones de equilibrio estacionario. Sin embargo, para el equilibrio de vuelo hacia adelante a 10 m/s, se encontró que el algoritmo GA fue el mejor. Ambos controladores de vuelo ajustados lograron rechazar un viento racheado de hasta 5 m/s en el eje lateral en estacionario y en vuelo hacia adelante.
Descripción
Este documento presenta la optimización de parámetros del sistema de control de vuelo de una aeronave de un solo rotor de tamaño medio. Se desarrolla un modelo matemático no lineal de seis grados de libertad (DOF) de la aeronave. Este modelo se utiliza para desarrollar controladores basados en proporcional-integral-derivativo (PID). Dado que la mayoría de los controladores PID instalados en la industria están mal ajustados, este documento presenta una comparación de la optimización de ajuste de los parámetros del controlador de vuelo utilizando algoritmos de optimización de enjambre de partículas (PSO), algoritmo genético (GA), optimización de colonia de hormigas (ACO) y búsqueda de cuco (CS). El objetivo es encontrar los mejores parámetros PID que minimicen la función objetivo especificada. Se investigan dos condiciones de equilibrio, es decir, estacionario y vuelo hacia adelante a 10 m/s. Los cuatro algoritmos funcionaron mejor que el ajuste manual de los controladores PID. Se encontró, a través de simulación numérica, que el algoritmo ACO converge más rápido y encuentra las mejores ganancias para la función objetivo seleccionada en condiciones de equilibrio estacionario. Sin embargo, para el equilibrio de vuelo hacia adelante a 10 m/s, se encontró que el algoritmo GA fue el mejor. Ambos controladores de vuelo ajustados lograron rechazar un viento racheado de hasta 5 m/s en el eje lateral en estacionario y en vuelo hacia adelante.