Control PID de altura de un quadrotor

El presente artículo presenta el desarrollo de la identificación con el método de caja negra y el control PID del proceso de elevación (en el eje Y) de un Quadrotor modelo GAUI 330X. El estudio consiste en el desarrollo de un lazo de control de velocidad angular del motor encargado de la elevación. El sensor utilizado para su medición, es un CNZ1120 (como encoder) con su respectivo conversor frecuencia/voltaje. Son aplicados los métodos no paramétrico Eyeball (Smith) y los paramétricos para la identificación del modelo y control a lazo cerrado PID. El estudio realizado garantiza la velocidad deseada en estado estable, como un tiempo de establecimiento corto.This article presents the development of the identification with the black box method and the PID control of the lifting process (in the Y axis) of a Quadrotor model GAUI 330X. The study consists of the development of an angular speed control loop of the motor in charge of lifting. The sensor used for its measurement is a CNZ1120 (as an encoder) with its respective frequency / voltage converter. Non-parametric Eyeball (Smith) and parametric methods are applied for model identification and PID closed-loop control. The study carried out guarantees the desired speed in steady state, such as a short settling time

Modelamiento de un sistema de control de un vehículo aéreo no tripulado para la aspersión de agroquímicos en áreas de cultivos en fase temprana

Auxiliar de InvestigaciónLos vehículos aéreos no tripulados se han convertido en herramientas fundamentales en labores para las que el hombre tiene aptitudes limitadas que le impiden una optimización superlativa del tiempo. Por este motivo durante el proyecto de grado se busca construir el modelamiento de un controlador que genere un aporte significativo a la construcción del vehículo aéreo no tripulado propuesto por el grupo de investigación GRIIS de la universidad católica de Colombia. Para conseguir el objetivo general del proyecto es necesario indagar en métodos matemáticos que se utilizan para el modelamiento de un vehículo aéreo no tripulado (UAV). En cada uno de ellos se deben tener en cuenta las fuerzas externas como: fuerza de empuje, fuerza de arrastre, fuerza central entre otras. Posteriormente se debe calcular los momentos de inercia para los ángulos de pitch, roll y guiñada. ya que estas variables permitirán conocer el comportamiento del sistema en todo tipo de circunstancias o zonas de trabajo.INTRODUCCIÓN 1. GENERALIDADES 2. MARCO DE REFERENCIA 3. METODOLOGÍA 4. DESARROLLO DE LA PROPUESTA 5. CONCLUSIONES 6. TRABAJOS FUTUROS 7. RECOMENDACIONES 8. BIBLIOGRAFÍAPregradoIngeniero Electrónic

Performance study of the flight control and path planning for a UAV type Quadrotor

Abstract: Motivated by the important growth of VTOL vehicles research such as quadrotors and to a small extent autonomous flight, PID control laws and a path planning strategy are studied in this thesis. Since this type of multirotor vehicle has a complex dynamics, it is not an easy task to achieve a precise control. So, the main goal is to implement a PID controller in simulation. It has showed an acceptable performance particularly in hover condition. Additionally, an autopilot simulator is used as well to validate the attitude and altitude stabilization of a quadrotor. Some changes are made to certain dynamic variables to determine and get a better understanding of the quadrotor flight dynamics (X configuration). In the same way, some modifications to the control parameters are also made in order to examine attitude changes when different paths are designed (X and + configurations). The shortest and/or other possible paths are studied by applying Dubins curves. This method will help to verify the feasibility of these kind of paths for quadrotors. The results are presented through MATLAB and simulations with AP mission planner for Linux.Resumen: En los últimos años el interés por la investigación en vehículos aéreos no tripulados autónomos tipo VTOL (Despegue y Aterrizaje Vertical) ha tenido un significante crecimiento. En éste trabajo se estudian las leyes de control PID y una estrategia de planificación de trayectoria. Debido a la compleja dinámica de éste tipo de plataformas multirotor, lograr un control adecuado de las mismas resulta no ser una tarea fácil. Por lo tanto, el principal objetivo es implementar un controlador PID en simulación el cuál ha evidenciado tener un rendimiento adecuado particularmente en condición hover. Adicionalmente, se emplea un simulador de autopiloto con el propósito de validar el comportamiento de la orientación y la altura de un quadrotor. Se realizan algunos cambios a los valores de las variables dinámicas con el fin de determinar y tener una mejor compresión de la mecánica de vuelo. (Configuración X). Igualmente, ciertas modificaciones se realizan a los parámetros de control para examinar los cambios que se puedan presentar en orientación cuando se diseñan diferentes trayectorias (Configuraciones X, +). Las trayectorias posibles y/ó las más cortas se plantean aplicando curvas de Dubins. Este método será útil para verificar la viabilidad de ésta clase de trayectorias en quadrotores. Los resultados se presentan haciendo uso de MATLAB y simulaciones con AP mission planner en Linux.Maestrí

Simulación del sistema de estabilización de altitud de vuelo en quadcopter

Recientemente, los vehículos aéreos no tripulados han sido una parte importante de la investigación científica en varios campos. Quadrocopter es un vehículo aéreo no tripulado con cuatro rotores, dos de los cuales giran en sentido horario y los otros dos en sentido antihorario. Cambiar la velocidad de rotación del tornillo le permite controlar el movimiento del aparato. El artículo propuso y probó un modelo matemático de un quadcopter. Presentaron el desarrollo de un algoritmo de control simple que permite estabilizar la altura y la posición angular. Los resultados de la investigación muestran la eficiencia del algoritmo y la posibilidad de su implementación práctica. El modelo matemático desarrollado se puede utilizar en lugar de un cuadricóptero real, lo que reducirá significativamente el tiempo durante la investigación, además de evitar el daño del cuadricóptero, reduciendo el número de lanzamientos

Desarrollo de un cuadricóptero operado por ROS

Este proyecto se centra en el desarrollo de un cuadricóptero y su control integrado en el entorno de ROS. ROS (Robotic Operating System) es un pseudo sistema operativo orientado a plataformas robóticas. El trabajo desarrollado cubre desde el manejo del sistema operativo en distintas plataformas robóticas o el estudio de las diversas formas de programación en ROS hasta la evaluación de alternativas de construcción, desarrollo de la interfaz con ROS o ensayos prácticos con la plataforma construida. En primer lugar, se ha realizado un estudio de las posibilidades de ROS aplicadas a robots voladores, las alternativas de desarrollo y su viabilidad de integración. Entre estas aplicaciones cabe destacar las de SLAM (Localización y Mapeo Simultáneos) y navegación autonoma. Tras la evaluación de las distintas alternativas considerando funcionalidad, autonomía y precio, la plataforma de desarrollo se ha basado en ArduCopter. Aunque existen algunos ejemplos de vehículos aéreos no tripulados en ROS, no hay soporte para este sistema, por lo cual se ha desarrollado el trabajo necesario para hacer estas dos plataformas compatibles. El hardware ha sido montado sobre una plataforma de fabricación propia, realizada mediante impresión 3D, y se ha evaluado su funcionamiento en entornos reales. También se ha valorado y ensayado una plataforma de aluminio, con resultados menos satisfactorios. Para el correcto funcionamiento del conjunto se ha tenido que conseguir una conexión entre el cuadricóptero y la estación de tierra. En este caso, se han diseñado alternativas de conexión entre ordenadores (para el caso de que se monte un ordenador en la aeronave) o conexión entre ordenador y ArduCopter (para el caso de que no haya ordenador de a bordo). También se ha implementado una serie de algoritmos para llevar a cabo el control del cuadricóptero de manera autónoma: navegación de puntos vía, control de la rotación y control de altitud. Estos módulos funcionan bajo el sistema ROS y operan en remoto desde la estación de tierra. Finalmente, se ha desarrollado un módulo de lectura para una unidad de medida inercial actualmente en desarrollo por la universidad de Luleå (KFly). Este dispositivo sólo se ha probado en entornos controlados y aún no ha pasado a formar parte del cuadricóptero, aunque en un futuro próximo se espera que sirva de reemplazo al ordenador de a bordo

Simulación del sistema de estabilización de altitud de vuelo en quadcopter

Recently, unmanned aerial vehicles have been an important part of scientific research in various fields. Quadrocopter is an unmanned aerial vehicle with four rotors, two of which rotate clockwise, the other two counterclockwise. Changing the speed of screw rotation allows you to control the movement of the apparatus. The article proposed and tested a mathematical model of a quadcopter. They presented the development of a simple control algorithm that allows to stabilize the height and angular position. The research results show the efficiency of the algorithm and the possibility of its practical implementation. The developed mathematical model can be used instead of a real quadcopter, which will significantly reduce the time during research, as well as avoid the quadrocopter damage, reducing the number of launches.Recientemente, los vehículos aéreos no tripulados han sido una parte importante de la investigación científica en varios campos. Quadrocopter es un vehículo aéreo no tripulado con cuatro rotores, dos de los cuales giran en sentido horario y los otros dos en sentido antihorario. Cambiar la velocidad de rotación del tornillo le permite controlar el movimiento del aparato. El artículo propuso y probó un modelo matemático de un quadcopter. Presentaron el desarrollo de un algoritmo de control simple que permite estabilizar la altura y la posición angular. Los resultados de la investigación muestran la eficiencia del algoritmo y la posibilidad de su implementación práctica. El modelo matemático desarrollado se puede utilizar en lugar de un cuadricóptero real, lo que reducirá significativamente el tiempo durante la investigación, además de evitar el daño del cuadricóptero, reduciendo el número de lanzamientos

Sistema de navegación para vehículos aéreos cuadricópteros

Este trabajo tiene como objetivo modelar los parámetros que influyen en el diseño del sistema de navegación de un vehículo cuadricóptero. Este diseño se hace a través del estudio inicial para un solo motor y una hélice, para luego ampliarlo a los cuatro elementos de propulsión. El resultado será un modelo de la planta sobre el que se estudiará el mejor controlador posible (PID) y la influencia de los errores y limitaciones de la planta y los sensores de medición. Los resultados obtenidos pueden ser aplicados a cualquier cuadricóptero diseñado y/o comprado

Simulación del sistema de estabilización de altitud de vuelo en quadcopter

Recently, unmanned aerial vehicles have been an important part of scientific research in various fields. Quadrocopter is an unmanned aerial vehicle with four rotors, two of which rotate clockwise, the other two counterclockwise. Changing the speed of screw rotation allows you to control the movement of the apparatus. The article proposed and tested a mathematical model of a quadcopter. They presented the development of a simple control algorithm that allows to stabilize the height and angular position. The research results show the efficiency of the algorithm and the possibility of its practical implementation. The developed mathematical model can be used instead of a real quadcopter, which will significantly reduce the time during research, as well as avoid the quadrocopter damage, reducing the number of launches.Recientemente, los vehículos aéreos no tripulados han sido una parte importante de la investigación científica en varios campos. Quadrocopter es un vehículo aéreo no tripulado con cuatro rotores, dos de los cuales giran en sentido horario y los otros dos en sentido antihorario. Cambiar la velocidad de rotación del tornillo le permite controlar el movimiento del aparato. El artículo propuso y probó un modelo matemático de un quadcopter. Presentaron el desarrollo de un algoritmo de control simple que permite estabilizar la altura y la posición angular. Los resultados de la investigación muestran la eficiencia del algoritmo y la posibilidad de su implementación práctica. El modelo matemático desarrollado se puede utilizar en lugar de un cuadricóptero real, lo que reducirá significativamente el tiempo durante la investigación, además de evitar el daño del cuadricóptero, reduciendo el número de lanzamientos

Seguimiento de trayectorias tridimensionales de un quadrotor mediante control PVA

Este trabajo presenta el modelado de un quadrotor como un sistema multicuerpo llevado a cabo mediante el software Vehicle- Sim, en el que los diferentes componentes del sistema son descritos mediante una estructura paterno-filial señalando las restricciones físicas entre ellos. Los modelos estructural y aerodinámico han sido desarrollados mediante este software, ampliamente utilizado en la simulación del comportamiento dinámico de vehículos. Sobre el modelo resultante se he desarrollado un algoritmo de control basado en la metodologia PVA con la finalidad de obtener un seguimiento de trayectoria mediante acciones de control suaves. Empleando la metodología convencional de control PVA no es posible estabilizar el vehículo en todos los rangos de posicionamiento lateral (y) y longitudinal (x). En este artículo los autores muestran como esta limitación en el diseño de una estrategia de control PVA convencional es solventada con una modificación consistente en sustituir los parámetros constantes del PVA clásico por funciones dependientes del desplazamiento. El sistema de control es implementado para adecuarse a los requerimientos de las actuaciones y se diseña sobre la plataforma de simulación multidominio Simulink. Con la finalidad de obtener una importante mejora en la respuesta de posicionamiento, se im- plementa un generador de trayectorias continuas. Una vez que el modelo es desarrollado y el sistema de control implementado, los autores presentan el modelo matemático y los resultados de las simulaciones realizadas. Éstas validan el empleo tanto de la metodología de control PVA aplicada, como de la alimentación de trayectorias predefinidas, no sólo para la posición, sino también para la velocidad y aceleración

Sistema de control de actitud de un UAV tipo quadrotor usando una FPGA

En este trabajo de tesis se ha desarrollado el sistema de control de actitud para un vehículo aéreo no tripulado del tipo Quadrotor, es decir el computador de vuelo o también conocido como autopiloto. El trabajo desarrollado abarca el diseño e implementación hardware y software del sistema en mención en un dispositivo de lógica reconfigurable (FPGA). Para el desarrollo de la arquitectura hardware del computador de vuelo se ha diseñado e implementado los periféricos descritos con el lenguaje VHDL que van conectados al procesador NIOS II de Altera. Los periféricos diseñados cumplen las funciones de adquisición de sensores, control de motores, adquisición de señales de referencia de un mando a control remoto y la descarga de telemetría a una estación terrena de control. Se ha identificado y validado el modelo matemático del Quadrotor utilizando el software Matlab para realizar pruebas de control y diseñar el controlador de actitud. El diseño de control de actitud propuesto es de dos lazos de control en cascada, un lazo interno que controla las velocidades angulares de las rotaciones y un lazo externo que controla los ángulos de orientación. El software desarrollado contiene el controlador de actitud y la transmisión del estado de vuelo a una estación terrena de control que es una aplicación que se ejecuta en un ordenador para monitorear el estado de vuelo del Quadrotor y se ha desarrollado con el lenguaje Java. Este proyecto de tesis aporta el diseño de un computador de vuelo para propósitos de investigación. El control de actitud es la función básica del Quadrotor y la FPGA tiene capacidad para albergar más periféricos y/o un procesador más si se requiere realizar aplicaciones de mayor nivel utilizando como base el computador de vuelo diseñado.TesisCampus Lima Centr