Seguimiento de Posición y Actitud de un Cuadricóptero MAV Usando un Controlador PID Adaptativo Basado en SMC
Autores: Noordin, Aminurrashid; Mohd Basri, Mohd Ariffanan; Mohamed, Zaharuddin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Seguimiento de Posición y Actitud de un Cuadricóptero MAV Usando un Controlador PID Adaptativo Basado en SMC
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículo aéreo micro
Estrategias de control
Esquema de control PID adaptativo
Fenómeno de oscilación
Teorema de estabilidad de Lyapunov
Simulación en MATLAB Simulink
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Un vehículo aéreo micro (MAV) es físicamente ligero, de tal manera que incluso una ligera perturbación podría afectar su actitud y seguimiento de posición. Para lograr un mejor rendimiento del sistema de vuelo autónomo, los MAV requieren buenas estrategias de control para mantener su estabilidad de actitud durante el movimiento translacional. Sin embargo, los métodos de control disponibles en la actualidad tienen ganancia fija, lo que está asociado con el fenómeno de chattering y no es lo suficientemente robusto. Para superar los problemas mencionados, se propone un esquema de control proporcional integral derivativo (PID) adaptativo. Se utiliza un mecanismo adaptativo basado en un control de modo deslizante de segundo orden para ajustar las ganancias de los parámetros del controlador PID, y los fenómenos de chattering se reducen mediante un compensador difuso. El teorema de estabilidad de Lyapunov y el enfoque de descenso de gradiente fueron la base para la sintonización automatizada. También se realizaron comparaciones entre el esquema propuesto y SMC-STA y SMC-TanH. Los resultados de simulación en MATLAB Simulink mostraron el rendimiento general favorable del esquema propuesto. Finalmente, el esquema propuesto se probó en una plataforma basada en modelos para demostrar su efectividad en un sistema embebido en tiempo real complejo. Los seguidores de órbita y waypoint en la simulación de la plataforma mostraron un rendimiento satisfactorio para el MAV al completar su trayectoria con los modelos de entorno y sensores como perturbación. Ambas pruebas demuestran las ventajas del esquema propuesto, que produce un mejor rendimiento transitorio y una rápida convergencia hacia la estabilidad.
Descripción
Un vehículo aéreo micro (MAV) es físicamente ligero, de tal manera que incluso una ligera perturbación podría afectar su actitud y seguimiento de posición. Para lograr un mejor rendimiento del sistema de vuelo autónomo, los MAV requieren buenas estrategias de control para mantener su estabilidad de actitud durante el movimiento translacional. Sin embargo, los métodos de control disponibles en la actualidad tienen ganancia fija, lo que está asociado con el fenómeno de chattering y no es lo suficientemente robusto. Para superar los problemas mencionados, se propone un esquema de control proporcional integral derivativo (PID) adaptativo. Se utiliza un mecanismo adaptativo basado en un control de modo deslizante de segundo orden para ajustar las ganancias de los parámetros del controlador PID, y los fenómenos de chattering se reducen mediante un compensador difuso. El teorema de estabilidad de Lyapunov y el enfoque de descenso de gradiente fueron la base para la sintonización automatizada. También se realizaron comparaciones entre el esquema propuesto y SMC-STA y SMC-TanH. Los resultados de simulación en MATLAB Simulink mostraron el rendimiento general favorable del esquema propuesto. Finalmente, el esquema propuesto se probó en una plataforma basada en modelos para demostrar su efectividad en un sistema embebido en tiempo real complejo. Los seguidores de órbita y waypoint en la simulación de la plataforma mostraron un rendimiento satisfactorio para el MAV al completar su trayectoria con los modelos de entorno y sensores como perturbación. Ambas pruebas demuestran las ventajas del esquema propuesto, que produce un mejor rendimiento transitorio y una rápida convergencia hacia la estabilidad.