Control en espacio de estados para un dron tipo cuadrotor - Roa Cano, Gustavo; Ayala Ortiz, Andruv Saim (Universidad Industrial de Santander, 2016)
El presente proyecto de grado presenta el modelado y la simulación para las dinámicas de rotación de un dron tipo cuadrotor, sometidas a estrategias de control en el espacio de estados para mantener la condición de equilibrio dinámico, en presencia de perturbaciones. Partiendo de la formulación de Newton-Euler, se deduce el modelo matemático para describir la dinámica de rotación y traslación del sistema a manera de cuerpo rígido en el espacio de movimiento, siendo referenciado con respecto a un marco inercial (fijo) y otro con ejes en el cuerpo. El modelo, originalmente no lineal, es linealizado alrededor de la condición de equilibrio permitiendo obtener desacople dinámico de variables. Estrategias de control proporcional y PID de tipo SISO fueron implementadas y analizadas empleando herramientas de simulación numérica en MATLAB, permitiendo verificar la regulación del sistema alrededor de la condición de equilibrio ante perturbaciones de fuerza aplicadas en una dirección. Posteriormente, se implementó una ley multivariada en el espacio de estados a través de realimentación de estados simple y en la forma de servosistema, para eliminar errores de estado estacionario. Todas las estrategias de control implementadas fueron verificadas en una interfaz de animación que permitió emular el comportamiento del sistema real en el espacio de movimiento. Trabajos futuros incluyen el análisis de estrategias de control sobre el modelo no lineal y la exploración de algoritmos para el control de trayectorias, así como también la verificación experimental de las prediciones de simulación obtenidas.
Multivariate Control, Pid Control, Quadcopter Drone, Linearization, Servosystem.
Keywords: Control Multivariado; Control Pid; Dron Cuadrotor; Linealización; Servosistema.; In this work the modeling and simulation of translational and rotational dynamics of a quadcopter type drone are performed; in order to accomplish the regulation of system states to the desired nominal equilibrium condition by state-space control under disturbances. The Newton-Euler formulation allows to derive the mathematical description for system dynamics as a rigid body referenced into an inertial framework and a coordinated system with axes fixed at the body. The original nonlinear model; is linearized around the equilibrium point defining the nominal operation condition; with further dynamical decoupling. Proportional and PID SISO control actions have been tested and verified by numerical simulations; showing the recovering of nominal desired conditions for the controlled system under variations of forces in one direction; suggesting a practical scenario of unexpected wind discharges. Moreover; a multivariate state-feedback law has been implemented in both a single and a servo-system configurations; the latter allowing elimination of steady-state errors. All control strategies implemented have been tested in a virtual animation environment to resemble the behavior of the real system. Ongoing work includes analysis of control techniques for the nonlinear coupled model and experimental verification of simulation predictions in a real prototype of quadcopter.