Control de Posición Robusto de UAVs VTOL Usando un Seguidor Integral de Tasa Variable Cuadrática Lineal: Diseño y Validación
Autores: Saleem, Omer; Kazim, Muhammad; Iqbal, Jamshed
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Control de Posición Robusto de UAVs VTOL Usando un Seguidor Integral de Tasa Variable Cuadrática Lineal: Diseño y Validación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Controlador de seguimiento
Compensador integral
Despegue y aterrizaje vertical
Vehículos aéreos no tripulados
Hélices contra-rotativas
Integral cuadrático lineal
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este artículo presenta un controlador de seguimiento óptimo adaptado con un compensador integral no lineal adaptativo, diseñado específicamente para garantizar un posicionamiento robusto y preciso de vehículos aéreos no tripulados (UAV) de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) que utilizan hélices motorizadas de contra-rotación para la generación de empuje diferencial. El controlador de posición base se sintetiza empleando un controlador de seguimiento integral cuadrático lineal (LQI) de ganancia fija que estabiliza la posición al rastrear tanto las variaciones del estado como el integral del error de seguimiento en el eje de cabece, que ajusta el voltaje para controlar con precisión la velocidad de cada hélice coaxial. Además, la ley de control de seguimiento base se complementa con un compensador integral de tasa variable. Este opera como una función de escalado no lineal de la velocidad del error de seguimiento y la aceleración de frenado para mejorar la precisión del seguimiento de referencia sin sacrificar su robustez frente a perturbaciones exógenas. El rendimiento del controlador se analiza realizando experimentos en un banco de pruebas de péndulo aéreo adaptado, que es representativo de la dinámica de los UAV VTOL. Los resultados experimentales demuestran mejoras significativas sobre el controlador de seguimiento LQI nominal, logrando un 17.9%, 61.6%, 83.4%, 43.7%, 35.8% y 6.8% de mejora en el error cuadrático medio, tiempo de asentamiento, sobreimpulso durante el arranque, sobreimpulso bajo perturbaciones impulsivas, tiempo de recuperación ante perturbaciones y gasto de energía de control, respectivamente, subrayando la efectividad del controlador para aplicaciones potenciales de UAV y drones bajo perturbaciones exógenas.
Descripción
Este artículo presenta un controlador de seguimiento óptimo adaptado con un compensador integral no lineal adaptativo, diseñado específicamente para garantizar un posicionamiento robusto y preciso de vehículos aéreos no tripulados (UAV) de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) que utilizan hélices motorizadas de contra-rotación para la generación de empuje diferencial. El controlador de posición base se sintetiza empleando un controlador de seguimiento integral cuadrático lineal (LQI) de ganancia fija que estabiliza la posición al rastrear tanto las variaciones del estado como el integral del error de seguimiento en el eje de cabece, que ajusta el voltaje para controlar con precisión la velocidad de cada hélice coaxial. Además, la ley de control de seguimiento base se complementa con un compensador integral de tasa variable. Este opera como una función de escalado no lineal de la velocidad del error de seguimiento y la aceleración de frenado para mejorar la precisión del seguimiento de referencia sin sacrificar su robustez frente a perturbaciones exógenas. El rendimiento del controlador se analiza realizando experimentos en un banco de pruebas de péndulo aéreo adaptado, que es representativo de la dinámica de los UAV VTOL. Los resultados experimentales demuestran mejoras significativas sobre el controlador de seguimiento LQI nominal, logrando un 17.9%, 61.6%, 83.4%, 43.7%, 35.8% y 6.8% de mejora en el error cuadrático medio, tiempo de asentamiento, sobreimpulso durante el arranque, sobreimpulso bajo perturbaciones impulsivas, tiempo de recuperación ante perturbaciones y gasto de energía de control, respectivamente, subrayando la efectividad del controlador para aplicaciones potenciales de UAV y drones bajo perturbaciones exógenas.