Control basado en optimización para un despegue y aterrizaje vertical eléctrico a gran escala durante la fase de despegue y aterrizaje vertical de una aeronave con hélices de paso variable
Autores: Duan, Luyuhang; He, Yunhan; Fan, Li; Qiu, Wei; Wen, Guangwei; Xu, Yun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Control basado en optimización para un despegue y aterrizaje vertical eléctrico a gran escala durante la fase de despegue y aterrizaje vertical de una aeronave con hélices de paso variable
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Drones
Aeronaves VTOL
Sistema de hélices de paso variable
Sistema de propulsión
Módulo de asignación de control
Experimentos de simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La industria de los UAV ha sido testigo de un auge sin precedentes en los últimos años. Entre los diversos tipos de plataformas UAV, los aviones de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) con configuraciones de ala fija han recibido cada vez más atención debido a su flexibilidad y capacidades de vuelo a larga distancia. Sin embargo, debido a que la relación de avance de los sistemas de hélices regulares durante la fase de crucero es significativamente mayor que durante la fase VTOL, se propone y diseña un sistema de hélices de paso variable que se puede aplicar sin mecanismos de propulsión adicionales durante ambas etapas de vuelo. Así, se propone una plataforma de avión VTOL basada en el sistema de propulsión construido con hélices de paso variable, y se analizan de manera precisa los métodos de control apropiados, especialmente durante su fase VTOL. Como sistema de propulsión básico, se construye un modelo no lineal para hélices de paso variable, y se desarrolla un módulo de asignación de control basado en optimización debido a sus características de múltiples soluciones y de alto orden. Finalmente, la función objetivo se diseña de acuerdo con los requisitos de estabilidad y consumo de energía. Los experimentos de simulación demuestran que el controlador propuesto es capaz de reducir el consumo de energía y mantener la estabilidad de la aeronave mientras sigue trayectorias agresivas para VTOL de gran escala con ruidos al mismo tiempo.
Descripción
La industria de los UAV ha sido testigo de un auge sin precedentes en los últimos años. Entre los diversos tipos de plataformas UAV, los aviones de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) con configuraciones de ala fija han recibido cada vez más atención debido a su flexibilidad y capacidades de vuelo a larga distancia. Sin embargo, debido a que la relación de avance de los sistemas de hélices regulares durante la fase de crucero es significativamente mayor que durante la fase VTOL, se propone y diseña un sistema de hélices de paso variable que se puede aplicar sin mecanismos de propulsión adicionales durante ambas etapas de vuelo. Así, se propone una plataforma de avión VTOL basada en el sistema de propulsión construido con hélices de paso variable, y se analizan de manera precisa los métodos de control apropiados, especialmente durante su fase VTOL. Como sistema de propulsión básico, se construye un modelo no lineal para hélices de paso variable, y se desarrolla un módulo de asignación de control basado en optimización debido a sus características de múltiples soluciones y de alto orden. Finalmente, la función objetivo se diseña de acuerdo con los requisitos de estabilidad y consumo de energía. Los experimentos de simulación demuestran que el controlador propuesto es capaz de reducir el consumo de energía y mantener la estabilidad de la aeronave mientras sigue trayectorias agresivas para VTOL de gran escala con ruidos al mismo tiempo.