Seguimiento preciso de trayectorias ágiles para un UAV de cola sentada en entornos con perturbaciones de viento
Autores: Zou, Xu; Liu, Zhenbao; Jia, Zhen; Wang, Baodong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Seguimiento preciso de trayectorias ágiles para un UAV de cola sentada en entornos con perturbaciones de viento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Enfoque de control propuesto
Planitud diferencial
Método de estimación del viento
Seguimiento de trayectoria
Experimentos en el mundo real
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para lograr un control de seguimiento más robusto y preciso de trayectorias de alta maniobrabilidad para un vehículo aéreo no tripulado (VANT) de ala fija en posición de cola que opere dentro de su rango completo en entornos exteriores, se propone un nuevo enfoque de control. En primer lugar, el estudio demuestra rigurosamente la propiedad de planitud diferencial de la dinámica del VANT de ala fija en posición de cola utilizando un modelo aerodinámico integral, que incorpora los efectos del viento sin simplificaciones. Luego, utilizando las funciones de planitud derivadas y los tratamientos para la singularidad, el estudio presenta un proceso completo de la transformación de planitud diferencial. Esta transformación mapea la trayectoria de maniobra deseada a una trayectoria de estado-entrada, facilitando el diseño del control. Aprovechando un controlador existente de la literatura de referencia, se implementa el seguimiento de la trayectoria. Posteriormente, se propone un método de estimación de viento de bajo costo que opera durante todas las fases de vuelo para estimar los efectos del viento involucrados en el modelo. El método de estimación de viento implica generar una medición de viento virtual utilizando un modelo de cola de baja fidelidad. La medición de viento virtual se integra con datos de viento reales obtenidos del tubo de Pitot y se procesa a través de fusión utilizando un filtro de Kalman extendido. Finalmente, la efectividad de nuestros métodos se confirma a través de experimentos exhaustivos en el mundo real realizados en entornos exteriores. Los resultados demuestran una superior robustez y precisión en el control de trayectorias de maniobra ágiles desafiantes en comparación con el método existente. Además, los resultados de las pruebas destacan la efectividad de nuestro método en la estimación del viento.
Descripción
Para lograr un control de seguimiento más robusto y preciso de trayectorias de alta maniobrabilidad para un vehículo aéreo no tripulado (VANT) de ala fija en posición de cola que opere dentro de su rango completo en entornos exteriores, se propone un nuevo enfoque de control. En primer lugar, el estudio demuestra rigurosamente la propiedad de planitud diferencial de la dinámica del VANT de ala fija en posición de cola utilizando un modelo aerodinámico integral, que incorpora los efectos del viento sin simplificaciones. Luego, utilizando las funciones de planitud derivadas y los tratamientos para la singularidad, el estudio presenta un proceso completo de la transformación de planitud diferencial. Esta transformación mapea la trayectoria de maniobra deseada a una trayectoria de estado-entrada, facilitando el diseño del control. Aprovechando un controlador existente de la literatura de referencia, se implementa el seguimiento de la trayectoria. Posteriormente, se propone un método de estimación de viento de bajo costo que opera durante todas las fases de vuelo para estimar los efectos del viento involucrados en el modelo. El método de estimación de viento implica generar una medición de viento virtual utilizando un modelo de cola de baja fidelidad. La medición de viento virtual se integra con datos de viento reales obtenidos del tubo de Pitot y se procesa a través de fusión utilizando un filtro de Kalman extendido. Finalmente, la efectividad de nuestros métodos se confirma a través de experimentos exhaustivos en el mundo real realizados en entornos exteriores. Los resultados demuestran una superior robustez y precisión en el control de trayectorias de maniobra ágiles desafiantes en comparación con el método existente. Además, los resultados de las pruebas destacan la efectividad de nuestro método en la estimación del viento.