Control adaptable para un vehículo aéreo no tripulado ante cambios de carga útil con aplicaciones en agricultura de precisión

Palabras clave: Variaciones en carga, Vehículo aéreo no tripulado, Control backstepping adaptable, Vuelo estacionario, Simulación numérica

Resumen

En este trabajo, se presenta el diseño de un control adaptable por modelo de referencia para un vehículo aéreo no tripulado sujeto a variaciones en su carga útil, de modo que la masa del vehículo y sus momentos de inercia se consideran parámetros inciertos en su dinámica. El diseño del controlador considera el análisis del modelo subactuado de la dinámica del vehículo aéreo, el cual puede descomponerse en tres subsistemas independientes. Para cada subsistema se propone un modelo de referencia y utilizando el formalismo de Lyapunov se obtiene la ley de control por realimentación para estabilizar al vehículo junto con una regla de adaptación que ajusta en línea los parámetros inciertos. Esto resulta en un esquema de control tipo backstepping con capacidades de adaptación. El análisis de estabilidad, también garantiza la convergencia de los estados de cada subsistema a los de su correspondiente modelo de referencia. Para evaluar el desempeño del controlador propuesto se realizaron simulaciones numéricas en MATLAB Simulink.

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Ajmera, J. and Sankaranarayanan, V. (2016). Point-to-point control of a quadrotor: Theory and experiment. IFAC PapersOnLine. 4th IFAC Conference on Advances in Control and Optimization of Dynamical Systems ACODS 2016.

Alatorre, A., Espinoza, E. S., S´ánchez, B., Ordaz, P., Mu˜noz, F., and Garc´ıa Carrillo, L. R. (2021). Parameter estimation and control of an unmanned aircraft-based transportation system for variable-mass payloads. Asian Journal of Control.

Antonelli, G., Cataldi, E., Arrichiello, F., Robuffo Giordano, P., Chiaverini, S., and Franchi, A. (2018). Adaptive trajectory tracking for quadrotor mavs in presence of parameter uncertainties and external disturbances. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 26(1):248–254.

Åstr¨om, K. andWittenmark, B. (2013). Adaptive Control: Second Edition. Dover Publications.

Cervantes-Rojas, J. S., Mu˜noz, F., Chairez, I., Gonz´alez-Hern´andez, I., and Salazar, S. (2020). Adaptive tracking control of an unmanned aerial system based on a dynamic neural-fuzzy disturbance estimator. ISA transactions, 101:309–326.

Garc´ıa, L. R., Dzul, A., Lozano, R., and P´egard, C. (2012). Quad Rotorcraft Control Vision-Based Hovering and Navigation. Springer-Verlag London.

Gonz´alez, A., Amarillo, G., Amarillo, M., and Sarmiento, F. (2016). Drones aplicados a la agricultura de precisi´on. Publicaciones e Investigaci´on, 10:23–37.

Gonz´alez, F., Afanador, M., and Ni˜no, E. (2018). Modelamiento y simulaci´on de unquadrotor mediante la integrac´on de simulink y solidworks. MASKAY.

Gupte, S., Mohandas, P., and Conrad, J. M. (2012). A survey of quadrotor unmannedaerial vehicles. Proceedings of IEEE Southeastcon.

Huang, M., Xian, B., Diao, C., Yang, K., and Feng, Y. (2010). Adaptive tracking control of underactuated quadrotor unmanned aerial vehicles via backstepping. In Proceedings of the 2010 American Control Conference, pages 2076–2081.

Khamseh, H. B., Janabi-Sharifi, F., and Abdessameud, A. (2018). Aerial manipulation- a literature survey. Robotics and Autonomous Systems.

Krstic, M., Kanellakopoulos, I., and Kokotovic, P. V. (1995). Nonlinear and adaptive control design. Wiley.

Kusznir, T. and Smoczek, J. (2020). Sliding mode-based control of a uav quadrotor for suppressing the cable suspended payload vibration. Journal of Control Scienceand Engineering.

Liu, Z., Liu, X., Chen, J., and Fang, C. (2019). Altitude control for variable load quadrotor via learning rate based robust sliding mode controller. IEEE Access, 7:9736–9744.

Senkul, F. and Altug, E. (2016). System design of a novel tilt-roll rotor quadrotor uav. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 84.

Slotine, J., Slotine, J., and Li, W. (1991). Applied Nonlinear Control. Prentice Hall.

Tabuchi, R. T. (2015). Dise˜no de un veh´ıculo a´ereo no tripulado de cuatro rotores para una carga ´util de 1 kg. Master’s thesis, Pontificia Universidad Cat´olica del Per´u.

Tenorio, J. L., Guerrero, J. F., T´ellez, J. J., Cruz, R., Mino, G., Maya, R. L., Vega, A., and Sanz´on, J. M. (2014). Estabilizaci´on en tiempo real de un mini helic´optero de cuatro rotores con acciones de control limitadas. Memorias del Congreso Nacional de Control Autom´atico.

Villa, D. K., Brand´ao, A. S., and Sarcinelli-Filho, M. (2018). Load transportation using quadrotors: a survey of experimental results. Proceedings of 2018 InternationalConference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS).

Xu, B. (2017). Disturbance observer-based dynamic surface control of transport aircraft with continuous heavy cargo airdrop. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 47(1):161–170.

Xu, B. (2018). Composite learning finite-time control with application to quadrotors. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 48(10):1806–1815.

Zhou, X., Zhang, X., and Zhang, J. (2016). Stabilization and trajectory control ofa quadrotor with uncertain suspended load. ArXiv Cornell University.

Publicado
2022-01-05
Cómo citar
López-Hoyos, J. C., Cervantes-Rojas, J. S., & Ordaz-Oliver, P. (2022). Control adaptable para un vehículo aéreo no tripulado ante cambios de carga útil con aplicaciones en agricultura de precisión. Pädi Boletín Científico De Ciencias Básicas E Ingenierías Del ICBI, 9(18), 92-99. https://doi.org/10.29057/icbi.v9i18.7735
Tipo de manuscrito
Artículos de investigación

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