Tricóptero de rotor inclinado con diseño de controlador con restricciones de estado
Autores: Wu, Chong; Cheng, Hao; Wang, Hua
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Tricóptero de rotor inclinado con diseño de controlador con restricciones de estado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Arquitectura de control
Pixhawk4
Tricóptero
Observación de perturbaciones
Control con restricciones de estado
Función de Lyapunov de barrera
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta una arquitectura de control basada en Pixhawk4 para abordar el problema del control en modo de transición de un tricóptero de rotor inclinado. Si bien el controlador PID clásico diseñado para el modo rotor puede manejar la mayoría de las aplicaciones de ingeniería en condiciones ambientales normales, no considera completamente las perturbaciones, como las que surgen de perturbaciones internas o del entorno externo. En respuesta, este documento propone un diseño de controlador con observación de perturbaciones para cumplir con los requisitos de robustez del vehículo aéreo no tripulado (VANT) en condiciones perturbadas. Para el problema de control con restricciones de estado del VANT, se simplifica el modelo original y se introduce un modelo de tres canales para fines de control. Al incorporar una función de Lyapunov de barrera, se resuelve el problema de restricción de estado del VANT, asegurando una transición suave del modo rotor al modo de ala fija. Para abordar la alta complejidad de las derivadas de la ley de control virtual en el control por retroceso, se utiliza un filtro para estimar las derivadas de los estados virtuales del VANT, y se introduce un observador de estado extendido lineal para estimar perturbaciones externas y transitorias durante el vuelo. Se emplea la teoría de Lyapunov para garantizar la estabilidad en lazo cerrado del esquema de control. Finalmente, inspirado en el proceso de caza de las águilas, se aplica el algoritmo de optimización Aquila Optimizer (AO) para optimizar los hiperparámetros del controlador, mejorando aún más la fiabilidad y el rendimiento transitorio del sistema de control.
Descripción
Este documento presenta una arquitectura de control basada en Pixhawk4 para abordar el problema del control en modo de transición de un tricóptero de rotor inclinado. Si bien el controlador PID clásico diseñado para el modo rotor puede manejar la mayoría de las aplicaciones de ingeniería en condiciones ambientales normales, no considera completamente las perturbaciones, como las que surgen de perturbaciones internas o del entorno externo. En respuesta, este documento propone un diseño de controlador con observación de perturbaciones para cumplir con los requisitos de robustez del vehículo aéreo no tripulado (VANT) en condiciones perturbadas. Para el problema de control con restricciones de estado del VANT, se simplifica el modelo original y se introduce un modelo de tres canales para fines de control. Al incorporar una función de Lyapunov de barrera, se resuelve el problema de restricción de estado del VANT, asegurando una transición suave del modo rotor al modo de ala fija. Para abordar la alta complejidad de las derivadas de la ley de control virtual en el control por retroceso, se utiliza un filtro para estimar las derivadas de los estados virtuales del VANT, y se introduce un observador de estado extendido lineal para estimar perturbaciones externas y transitorias durante el vuelo. Se emplea la teoría de Lyapunov para garantizar la estabilidad en lazo cerrado del esquema de control. Finalmente, inspirado en el proceso de caza de las águilas, se aplica el algoritmo de optimización Aquila Optimizer (AO) para optimizar los hiperparámetros del controlador, mejorando aún más la fiabilidad y el rendimiento transitorio del sistema de control.