Control Adaptativo Robusto Basado en Filtros Comandados para UAV Quadrotor con Estimación de Estado Sujeto a Perturbaciones
Autores: Ahmed, Nigar; Alrasheedi, Nashmi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control Adaptativo Robusto Basado en Filtros Comandados para UAV Quadrotor con Estimación de Estado Sujeto a Perturbaciones
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Control adaptativo robusto
Seguimiento de trayectorias
Perturbaciones
Observador de perturbaciones no lineales
Control por modo deslizante
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos no tripulados deben lograr maniobras de vuelo precisas a pesar de las perturbaciones, incertidumbres paramétricas, inexactitudes en el modelado y limitaciones en la información de los sensores a bordo. Este documento presenta un control adaptativo robusto para el seguimiento de trayectorias bajo perturbaciones no lineales. En primer lugar, se abordan las incertidumbres paramétricas y de modelado utilizando principios de control adaptativo de referencia de modelo para asegurar que la dinámica del vehículo aéreo siga de cerca un modelo de referencia. Para abordar los efectos de las perturbaciones, se diseña un observador de perturbaciones no lineales modificado basado en variables de estado estimadas. Este observador atenúa eficazmente perturbaciones constantes y no lineales con frecuencia y magnitud variables, así como ruidos. En el siguiente paso, se introduce una estrategia de control por modo deslizante en dos etapas, incorporando leyes adaptativas y un filtro de comando para calcular derivadas numéricas de las variables de estado requeridas para el diseño del control. Se integra un compensador de errores en el marco para reducir los retrasos numéricos y computacionales. Para abordar las inexactitudes de los sensores y posibles fallos, se emplea una técnica de estimación de estado basada en un observador de alta ganancia, utilizando el principio de separación para incorporar variables de estado estimadas en el diseño del control. Finalmente, el análisis de estabilidad basado en Lyapunov demuestra que el sistema está uniformemente acotado en última instancia. Simulaciones numéricas en un quadrotor DJI F450 validan la efectividad del enfoque para lograr un seguimiento robusto de trayectorias bajo perturbaciones.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados deben lograr maniobras de vuelo precisas a pesar de las perturbaciones, incertidumbres paramétricas, inexactitudes en el modelado y limitaciones en la información de los sensores a bordo. Este documento presenta un control adaptativo robusto para el seguimiento de trayectorias bajo perturbaciones no lineales. En primer lugar, se abordan las incertidumbres paramétricas y de modelado utilizando principios de control adaptativo de referencia de modelo para asegurar que la dinámica del vehículo aéreo siga de cerca un modelo de referencia. Para abordar los efectos de las perturbaciones, se diseña un observador de perturbaciones no lineales modificado basado en variables de estado estimadas. Este observador atenúa eficazmente perturbaciones constantes y no lineales con frecuencia y magnitud variables, así como ruidos. En el siguiente paso, se introduce una estrategia de control por modo deslizante en dos etapas, incorporando leyes adaptativas y un filtro de comando para calcular derivadas numéricas de las variables de estado requeridas para el diseño del control. Se integra un compensador de errores en el marco para reducir los retrasos numéricos y computacionales. Para abordar las inexactitudes de los sensores y posibles fallos, se emplea una técnica de estimación de estado basada en un observador de alta ganancia, utilizando el principio de separación para incorporar variables de estado estimadas en el diseño del control. Finalmente, el análisis de estabilidad basado en Lyapunov demuestra que el sistema está uniformemente acotado en última instancia. Simulaciones numéricas en un quadrotor DJI F450 validan la efectividad del enfoque para lograr un seguimiento robusto de trayectorias bajo perturbaciones.