ESTIMACIÓN EN LÍNEA DE LA MASA DE UN VEHÍCULO AÉREO AUTÓNOMO (ON-LINE ESTIMATION OF THE MASS OF AN AERIAL AUTONOMOUS VEHICLE)

Daniel Galván Pérez, Hugo Yáñez Badillo, Francisco Beltrán Carbajal, Alejandro Álvarez Díaz, Salvador Silvas Zotea, Iván de Jesús Rivas Cambero, Marco Antonio Sánchez Romero

Resumen


Resumen
El interés en los vehículos aéreos no tripulados ha incrementado notablemente durante los últimos años. El sistema de control de estos vehículos debe poseer la capacidad de compensar incertidumbres paramétricas, dinámicas no modeladas y perturbaciones externas, con el fin de que el vehículo pueda llevar a cabo tareas de regulación y seguimiento de trayectorias. En este artículo se presenta un esquema de estimación en línea de la masa de un vehículo no tripulado de cuatro rotores mediante métodos algebraicos. Posteriormente, se introduce un esquema de control PD que considera la información de la masa estimada para mejorar su desempeño. Se plantean dos escenarios para validar el alcance del esquema propuesto, donde se observan niveles aceptables del error de seguimiento. Dicho esquema mejora el desempeño del sistema ante variaciones inesperadas de su masa, lo que beneficia la ejecución de tareas en aplicaciones como monitoreo y vigilancia.
Palabras Clave: Control de Movimiento, Identificación Algebraica, Estimación en Línea de Masa, Vehículo Aéreo.

Abstract
Interest in unmanned aerial vehicles has increased markedly in recent years. The control system of these vehicles must have the ability to compensate parametric uncertainties, non-modelled dynamics and external disturbances, so that the vehicle can carry out regulation and trajectory tracking tasks. This paper presents an online estimation scheme for the mass of a four-rotor unmanned vehicle using algebraic methods. Subsequently, a PD control scheme is introduced that considers the information of the estimated mass to improve its performance. Two scenarios are proposed to validate the scope of the proposed scheme, where acceptable levels of tracking error are observed. The scheme improves the performance of the system in the face of unexpected variations in its mass, which benefits the execution of tasks in applications such as monitoring and surveillance.
Keywords: Motion Control, Algebraic Identification, On-Line Mass Estimation, Aerial Vehicle.

Texto completo:

393-407 PDF

Referencias


Beltran-Carbajal, F., & Silva-Navarro, G. (2015). On the algebraic parameter identification of vibrating mechanical systems. International Journal of Mechanical Sciences, 92, 178-186.

Beltran-Carbajal, F., & Silva-Navarro, G. (2020). Output feedback dynamic control for trajectory tracking and vibration suppression. Applied Mathematical Modelling, 79, 793-808.

Beltran-Carbajal, F., Yañez-Badillo, H., Tapia-Olvera, R., Favela-Contreras, A., Valderrabano-Gonzalez, A., & Lopez-Garcia, I. (2022). On Active Vibration Absorption in Motion Control of a Quadrotor UAV. Mathematics, 10(2), 235.

FLIR. Guía de termografía para mantenimiento predictivo (2011). Guía informativa del uso de cámaras termográficas en aplicaciones industriales. https://www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/T820264/T820264_ES.pdf

Ibarra‐Jimenez, E., Castillo, P., & Abaunza, H. (2020). Nonlinear control with integral sliding properties for circular aerial robot trajectory tracking: Real‐time validation. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 30(2), 609-635.

Liu, Z., Zhang, Y., Yuan, C., Ciarletta, L., & Theilliol, D. (2019). Collision avoidance and path following control of unmanned aerial vehicle in hazardous environment. Journal of Intelligent & Robotic Systems, 95(1), 193-210.

Mobarez, E. N., Sarhan, A., & Mohamed, A. M. (2019, September). Modeling of fixed wing UAV and design of multivariable flight controller using PID tuned by local optimal control. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 610, No. 1, p. 012016). IOP Publishing.

Mosco-Luciano, A. P., Rodríguez-Cortés, H., & Castro-Linares, R. (2019, October). Seguimiento de trayectoria de un cuatrirotor con carga suspendida. In Memorias del Congreso Nacional de Control Automático CNCA 2019.

Najm, A. A., & Ibraheem, I. K. (2019). Nonlinear PID controller design for a 6-DOF UAV quadrotor system. Engineering Science and Technology, an International Journal, 22(4), 1087-1097.

Outeiro, P., Cardeira, C., & Oliveira, P. (2021). Multiple-model adaptive control architecture for a quadrotor with constant unknown mass and inertia. Aerospace Science and Technology, 117, 106899.

Post & Parcel. 2022. Flirtey and 7Eleven hail home drone delivery | Post & Parcel. [online] Available at: [Accessed 23 September 2022].

Sheng, G., & Gao, G. (2019, June). Research on the attitude control of civil quad-rotor UAV based on fuzzy PID control. In 2019 Chinese Control And Decision Conference (CCDC) (pp. 4566-4569). IEEE.

Trapiello Fernández, C. (2018). Control of an UAV using LPV techniques (Master's thesis, Universitat Politècnica de Catalunya).

Yáñez-Badillo, H., Tapia-Olvera, R., Beltran-Carbajal, F., Aguilar-Mejia, O. (2016). Modelado Matemático y Control PD de un Quadrotor. Difu100ci@, Revista de difusión científica, ingeniería y tecnologías, 10(1), 19-27.

Yañez-Badillo, H., Beltran-Carbajal, F., Tapia-Olvera, R., Favela-Contreras, A., Sotelo, C., & Sotelo, D. (2021). Adaptive robust motion control of quadrotor systems using artificial neural networks and particle swarm optimization. Mathematics, 9(19), 2367.






URL de la licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/deed.es

Barra de separación

Licencia Creative Commons    Pistas Educativas está bajo la Licencia Creative Commons Atribución 3.0 No portada.    

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO / INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

Antonio García Cubas Pte #600 esq. Av. Tecnológico, Celaya, Gto. México

Tel. 461 61 17575 Ext 5450 y 5146

pistaseducativas@itcelaya.edu.mx

http://pistaseducativas.celaya.tecnm.mx/index.php/pistas