Adaptive robust motion control de sistemas de cuadricópteros utilizando redes neuronales artificiales y optimización por enjambre de partículas
Autores: Yañez-Badillo, Hugo; Beltran-Carbajal, Francisco; Tapia-Olvera, Ruben; Favela-Contreras, Antonio; Sotelo, Carlos; Sotelo, David
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Adaptive robust motion control de sistemas de cuadricópteros utilizando redes neuronales artificiales y optimización por enjambre de partículas
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Sistemas dinámicos mecánicos
Control robusto adaptativo
Trayectorias de movimiento
Perturbaciones
Redes neuronales
Sistema de cuadricóptero
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 35
Citaciones: Sin citaciones
La mayoría de los sistemas dinámicos mecánicos están sujetos a incertidumbre paramétrica, dinámicas no modeladas y perturbaciones vibratorias externas no deseadas mientras son controlados en movimiento. En este sentido, se han desarrollado nuevas teorías de control adaptativo y robusto avanzado para regular eficientemente las trayectorias de movimiento de estos sistemas dinámicos al tratar con varios tipos de perturbaciones variables. En este trabajo, se introduce un novedoso enfoque de diseño de control neural robusto adaptativo para tareas eficientes de seguimiento de trayectorias de movimiento para un sistema de cuadricóptero no lineal y subactuado considerablemente perturbado. Se adopta un modelado autoadaptativo de la señal de perturbación basado en expansiones de series de Taylor para manejar la incertidumbre dinámica. Los compensadores dinámicos de errores de seguimiento de movimiento planificados se utilizan luego para diseñar un controlador base con capacidades adaptativas proporcionadas por redes neuronales artificiales de tres capas de B-spline (Bs-ANN). En el esquema de control robusto adaptativo presentado, solo se requieren mediciones de señales de posición. Además, la estimación precisa en tiempo real de perturbaciones variables en el tiempo y derivadas temporales de las señales de error no son necesarias. Los reconstructores integrales de señales de error de velocidad se integran adecuadamente en el esquema de control de retroalimentación de señal de error de salida. Además, la combinación apropiada de varias herramientas matemáticas, como la optimización por enjambre de partículas (PSO), polinomios de Bézier, redes neuronales artificiales y expansiones de series de Taylor, se aprovechan ventajosamente en la perspectiva de diseño de control propuesto. De esta manera, la presente contribución introduce una nueva solución de control de seguimiento de movimiento deseado adaptativo basada en redes neuronales B-spline, junto con compensadores de errores de seguimiento dinámico para sistemas no lineales de cuadricópteros. Se realizaron varios experimentos numéricos para evaluar y resaltar la efectividad del control de seguimiento de movimiento robusto adaptativo para un vehículo aéreo no tripulado de cuadricóptero mientras está sujeto a perturbaciones vibratorias no deseadas. Los experimentos incluyen escenarios importantes que comúnmente enfrentan los cuadricópteros, como el seguimiento de rutas y trayectorias, despegue y aterrizaje, variaciones de la masa nominal del cuadricóptero y navegación básica. Los resultados obtenidos evidencian un control de movimiento de cuadricóptero satisfactorio mientras se exhiben niveles aceptables de atenuación de las perturbaciones vibratorias.
Descripción
La mayoría de los sistemas dinámicos mecánicos están sujetos a incertidumbre paramétrica, dinámicas no modeladas y perturbaciones vibratorias externas no deseadas mientras son controlados en movimiento. En este sentido, se han desarrollado nuevas teorías de control adaptativo y robusto avanzado para regular eficientemente las trayectorias de movimiento de estos sistemas dinámicos al tratar con varios tipos de perturbaciones variables. En este trabajo, se introduce un novedoso enfoque de diseño de control neural robusto adaptativo para tareas eficientes de seguimiento de trayectorias de movimiento para un sistema de cuadricóptero no lineal y subactuado considerablemente perturbado. Se adopta un modelado autoadaptativo de la señal de perturbación basado en expansiones de series de Taylor para manejar la incertidumbre dinámica. Los compensadores dinámicos de errores de seguimiento de movimiento planificados se utilizan luego para diseñar un controlador base con capacidades adaptativas proporcionadas por redes neuronales artificiales de tres capas de B-spline (Bs-ANN). En el esquema de control robusto adaptativo presentado, solo se requieren mediciones de señales de posición. Además, la estimación precisa en tiempo real de perturbaciones variables en el tiempo y derivadas temporales de las señales de error no son necesarias. Los reconstructores integrales de señales de error de velocidad se integran adecuadamente en el esquema de control de retroalimentación de señal de error de salida. Además, la combinación apropiada de varias herramientas matemáticas, como la optimización por enjambre de partículas (PSO), polinomios de Bézier, redes neuronales artificiales y expansiones de series de Taylor, se aprovechan ventajosamente en la perspectiva de diseño de control propuesto. De esta manera, la presente contribución introduce una nueva solución de control de seguimiento de movimiento deseado adaptativo basada en redes neuronales B-spline, junto con compensadores de errores de seguimiento dinámico para sistemas no lineales de cuadricópteros. Se realizaron varios experimentos numéricos para evaluar y resaltar la efectividad del control de seguimiento de movimiento robusto adaptativo para un vehículo aéreo no tripulado de cuadricóptero mientras está sujeto a perturbaciones vibratorias no deseadas. Los experimentos incluyen escenarios importantes que comúnmente enfrentan los cuadricópteros, como el seguimiento de rutas y trayectorias, despegue y aterrizaje, variaciones de la masa nominal del cuadricóptero y navegación básica. Los resultados obtenidos evidencian un control de movimiento de cuadricóptero satisfactorio mientras se exhiben niveles aceptables de atenuación de las perturbaciones vibratorias.