Validación del Motor de Dinámica de Vuelo del Simulador X-Plane en Comparación con los Datos de Vuelo Reales del UAV Cuadrotor Usando CIFER
Autores: Do, Minh-Hoang; Lin, Chin-E; Lai, Ying-Chih
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Validación del Motor de Dinámica de Vuelo del Simulador X-Plane en Comparación con los Datos de Vuelo Reales del UAV Cuadrotor Usando CIFER
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Despegue vertical
Aterrizaje
UAVs
Modelo dinámico
Control de vuelo
Rendimiento del sistema
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El despegue y aterrizaje vertical (VTOL) de vehículos aéreos no tripulados (UAV) se emplea extensamente en varios sectores. Para garantizar la adherencia a las especificaciones de diseño y los requisitos de la misión, es vital verificar el control de vuelo y el rendimiento del sistema utilizando un modelo dinámico preciso específico para la configuración del UAV. Tradicionalmente, los ingenieros siguen un enfoque secuencial en el diseño de UAV, que implica múltiples iteraciones de diseño que comprenden dibujos CAD, recolección de materiales, fabricación, pruebas de vuelo, identificación del sistema, modificaciones, extracción del modelo dinámico, verificación de si los resultados cumplen con los requisitos y luego repetir el proceso. Sin embargo, a medida que los UAV se vuelven más grandes, pesados y duraderos para satisfacer demandas de sistemas complejos, los costos y el tiempo asociados con cada iteración de diseño para crear un nuevo UAV aumentan exponencialmente. La dinámica del chasis desnudo del UAV es crucial para que los ingenieros diseñen un controlador y validen la calidad de manejo y el rendimiento. Este documento propone un método novedoso para predecir con precisión el modelo dinámico del chasis desnudo para UAV quadrotor sin construirlos físicamente en el mundo real. El concepto central gira en torno a convertir el diseño del UAV quadrotor de software CAD en un modelo de UAV dentro de un simulador X-Plane. Aprovechando las dos características clave del software CIFER: identificación del sistema en el dominio de frecuencia y ajuste de modelo paramétrico, se extraen las dinámicas inestables del chasis desnudo tanto para el modelo de UAV en X-Plane como para un UAV DJI 450 del mundo real con la misma configuración física. Este documento proporciona parámetros esenciales y orientación para construir un modelo dinámico de alta fidelidad del 92% de la configuración del UAV dada en X-Plane. Los resultados de las pruebas de vuelo demuestran una excelente alineación con los resultados de la simulación, infundiendo confianza en la efectividad del método propuesto para diseñar y validar nuevos UAV. Además, este enfoque reduce significativamente el tiempo y el costo asociados con el proceso de diseño tradicional, que requiere una construcción real del UAV y muchas pruebas de vuelo para verificar el rendimiento.
Descripción
El despegue y aterrizaje vertical (VTOL) de vehículos aéreos no tripulados (UAV) se emplea extensamente en varios sectores. Para garantizar la adherencia a las especificaciones de diseño y los requisitos de la misión, es vital verificar el control de vuelo y el rendimiento del sistema utilizando un modelo dinámico preciso específico para la configuración del UAV. Tradicionalmente, los ingenieros siguen un enfoque secuencial en el diseño de UAV, que implica múltiples iteraciones de diseño que comprenden dibujos CAD, recolección de materiales, fabricación, pruebas de vuelo, identificación del sistema, modificaciones, extracción del modelo dinámico, verificación de si los resultados cumplen con los requisitos y luego repetir el proceso. Sin embargo, a medida que los UAV se vuelven más grandes, pesados y duraderos para satisfacer demandas de sistemas complejos, los costos y el tiempo asociados con cada iteración de diseño para crear un nuevo UAV aumentan exponencialmente. La dinámica del chasis desnudo del UAV es crucial para que los ingenieros diseñen un controlador y validen la calidad de manejo y el rendimiento. Este documento propone un método novedoso para predecir con precisión el modelo dinámico del chasis desnudo para UAV quadrotor sin construirlos físicamente en el mundo real. El concepto central gira en torno a convertir el diseño del UAV quadrotor de software CAD en un modelo de UAV dentro de un simulador X-Plane. Aprovechando las dos características clave del software CIFER: identificación del sistema en el dominio de frecuencia y ajuste de modelo paramétrico, se extraen las dinámicas inestables del chasis desnudo tanto para el modelo de UAV en X-Plane como para un UAV DJI 450 del mundo real con la misma configuración física. Este documento proporciona parámetros esenciales y orientación para construir un modelo dinámico de alta fidelidad del 92% de la configuración del UAV dada en X-Plane. Los resultados de las pruebas de vuelo demuestran una excelente alineación con los resultados de la simulación, infundiendo confianza en la efectividad del método propuesto para diseñar y validar nuevos UAV. Además, este enfoque reduce significativamente el tiempo y el costo asociados con el proceso de diseño tradicional, que requiere una construcción real del UAV y muchas pruebas de vuelo para verificar el rendimiento.