Control robusto por modos deslizantes de orden superior aplicado a vehículos aéreos no tripulados

Castañeda Cuevas, Herman (2013) Control robusto por modos deslizantes de orden superior aplicado a vehículos aéreos no tripulados. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

En esta tesis, se aplican las técnicas de control por modos deslizantes de orden superior, esto con el objetivo de controlar un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de ala fija y un sistema doble rotor de 3 grados de libertad (plataforma que emula el vuelo restringido de un helicóptero Tandem). Cabe mencionar que los UAVs han sido de gran interés recientemente dentro de la comunidad científica por sus atractivas aplicaciones, por ejemplo la vigilancia, asistencia en operativos policíacos, monitoreo de tráfico, investigaciones meteorológicas, inspección de líneas eléctricas de alto voltaje, sólo por mencionar algunas. Por otro lado, el modelo matemático que representa el comportamiento dinámico de los vehículos aéreos no tripulados está representado por sistemas no lineales con varias funciones, y que además están acopladas. Más aún, la parametrización de estos modelos depende de las propiedades aerodinámicas de dichos vehículos. Este hecho implica incertidumbre paramétrica en el modelado. Además, debido a la talla pequeña de los UAVs, estos son susceptibles a perturbaciones externas, principalmente ráfagas de viento, dichas perturbaciones pueden llegar a desviar a los UAVs de su misión o en un caso peor desestabilizar y ocasionar un daño en el vehículo. Por lo anterior, las estrategias de control deben ser robustas ante incertidumbres en el modelado, dinámicas acopladas de los vehículos y a perturbaciones externas. Las técnicas de control por modos deslizantes han atraído la atención de diferentes grupos de investigación, gracias a las atractivas características que poseén estas técnicas como son: La convergencia en tiempo finito, la robustez ante incertidumbres en el modelado y a perturbaciones externas. Sin embargo, una de las desventajas que presentan las técnicas de control por modos deslizantes es el fenómeno indeseado conocido como chattering, este se presenta debido a la alta frecuencia de conmutación en el control. Este chattering se puede convertir en un daño para los dispositivos de actuación, puesto que se someten a una intensa demanda de trabajo. No obstante, han surgido las estrategias de control por modos deslizantes de orden superior, las cuales reducen significativamente el efecto chattering, logrando un control con las propiedades de convergencia, robustez, y que además es continuo. Las estrategias de control utilizadas en la presente tesis son: El control cuasi-continuo y el control super twisting adaptativo, estos controladores se aplicaron con el objetivo de controlar los UAVs para el seguimiento de trayectorias en presencia de perturbaciones externas y bajo condiciones de incertidumbre en el modelo. Más aún, con el fin de implementar los controles mencionados es necesario contar con la información del estado del UAV, esto no siempre es posible, por lo tanto se usan observadores por modos deslizantes para estimar las variables requeridas por el controlador. Los resultados en simulación y experimentación respectivamente ilustran el desempeño y la efectividad de las técnicas de control por modos deslizantes de orden superior, las cuales se utilizan para controlar un vehículo aéreo no tripulado de ala fija y un sistema doble rotor de tres grados de libertad para el seguimiento de trayectorias en presencia de incertidumbres en el modelo y perturbaciones externas.

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