DISEÑO DE CONTROLADORES ÓPTIMOS PARA LA PLANTA DINÁMICA ROBÓTICA HELIBOT 3DOF

Abstract

Este documento presenta el diseño y simulación de dos controladores óptimos en un helicóptero de 3GDL. El trabajo comienza con el modelado del helicóptero, obteniendo las ecuaciones gracias al método de Newton-Euler incluyendo la fricción viscosa y un comportamiento estacionario de los motores. Una vez definidas las ecuaciones dinámicas, se sintonizan los parámetros reales para el sistema dinámico. Esto se llevó a cabo utilizando un método de caja gris aplicado en un prototipo de helicóptero 3DOF real construido en la universidad. Luego de verificar el modelo con la mejor prueba de ajuste, el paso de diseño del controlador comienza con un proceso de linealización que se logró y verificó con la respectiva simulación usando MATLAB/Simulink, con una representación matricial. Para tener un punto de comparación del rendimiento óptimo del controlador, se diseñó un PID clásico. Para el diseño de los controladores óptimos, se obtuvo la ganancia de retroalimentación del regulador cuadrático lineal (LQR) de manera que la función de costo o el índice de rendimiento J se minimice. El siguiente paso fue diseñar un estimador de estados tipo Kalman para el controlador gaussiano cuadrático (LQG). Luego, ambos controladores fueron discretizados y se realizaron simulaciones en el sistema dinámico sometido a diferentes referencias. Finalmente, se presenta una comparativa entre los datos obtenidos en las pruebas de las tres estrategias de control del helicóptero obteniendo algunas diferencias.