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Control robusto por modos deslizantes de orden superior aplicado a vehículos aéreos no tripulados

机译:通过应用于无人飞行器的高阶滑模进行鲁棒控制

摘要

En esta tesis, se aplican las técnicas de control por modos deslizantes de orden superior, esto con el objetivo de controlar un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de ala fija y un sistema doble rotor de 3 grados de libertad (plataforma que emula el vuelo restringido de un helicóptero Tandem). Cabe mencionar que los UAVs han sido de gran interés recientemente dentro de la comunidad científica por sus atractivas aplicaciones, por ejemplo la vigilancia, asistencia en operativos policíacos, monitoreo de tráfico, investigaciones meteorológicas, inspección de líneas eléctricas de alto voltaje, sólo por mencionar algunas. Por otro lado, el modelo matemático que representa el comportamiento dinámico de los vehículos aéreos no tripulados está representado por sistemas no lineales con varias funciones, y que además están acopladas. Más aún, la parametrización de estos modelos depende de las propiedades aerodinámicas de dichos vehículos. Este hecho implica incertidumbre paramétrica en el modelado. Además, debido a la talla pequeña de los UAVs, estos son susceptibles a perturbaciones externas, principalmente ráfagas de viento, dichas perturbaciones pueden llegar a desviar a los UAVs de su misión o en un caso peor desestabilizar y ocasionar un daño en el vehículo. Por lo anterior, las estrategias de control deben ser robustas ante incertidumbres en el modelado, dinámicas acopladas de los vehículos y a perturbaciones externas. Las técnicas de control por modos deslizantes han atraído la atención de diferentes grupos de investigación, gracias a las atractivas características que poseén estas técnicas como son: La convergencia en tiempo finito, la robustez ante incertidumbres en el modelado y a perturbaciones externas. Sin embargo, una de las desventajas que presentan las técnicas de control por modos deslizantes es el fenómeno indeseado conocido como chattering, este se presenta debido a la alta frecuencia de conmutación en el control. Este chattering se puede convertir en un daño para los dispositivos de actuación, puesto que se someten a una intensa demanda de trabajo. No obstante, han surgido las estrategias de control por modos deslizantes de orden superior, las cuales reducen significativamente el efecto chattering, logrando un control con las propiedades de convergencia, robustez, y que además es continuo. Las estrategias de control utilizadas en la presente tesis son: El control cuasi-continuo y el control super twisting adaptativo, estos controladores se aplicaron con el objetivo de controlar los UAVs para el seguimiento de trayectorias en presencia de perturbaciones externas y bajo condiciones de incertidumbre en el modelo. Más aún, con el fin de implementar los controles mencionados es necesario contar con la información del estado del UAV, esto no siempre es posible, por lo tanto se usan observadores por modos deslizantes para estimar las variables requeridas por el controlador. Los resultados en simulación y experimentación respectivamente ilustran el desempeño y la efectividad de las técnicas de control por modos deslizantes de orden superior, las cuales se utilizan para controlar un vehículo aéreo no tripulado de ala fija y un sistema doble rotor de tres grados de libertad para el seguimiento de trayectorias en presencia de incertidumbres en el modelo y perturbaciones externas.
机译:本文采用高阶滑模控制技术,以控制固定翼无人飞行器(UAV)和三自由度双旋翼系统(模拟飞行的平台)。受限于一架直升飞机)。值得一提的是,近来无人机在科学界引起了极大的兴趣,因为它具有诱人的应用,例如监视,协助警察行动,交通监控,气象调查,检查高压电源线,仅举几例。另一方面,代表无人飞行器动态行为的数学模型由具有各种功能的非线性系统表示,它们也被耦合在一起。此外,这些模型的参数化取决于这些车辆的空气动力学特性。这一事实暗示了建模中的参数不确定性。此外,由于无人机的体积小,它们容易受到外部干扰,主要是阵风,这种干扰会使无人机脱离其任务,或者在更坏的情况下不稳定并造成车辆损坏。因此,面对建模中的不确定性,耦合的车辆动力学和外部干扰,控制策略必须具有鲁棒性。滑模控制技术吸引了不同研究组的关注,这要归功于这些技术的吸引人的特性,例如:有限的时间收敛性,面对建模不确定性时的鲁棒性和外部干扰。然而,滑模控制技术的缺点之一是不希望的现象,称为颤动,其由于控制中的高开关频率而发生。这种颤振可能会对致动装置造成损害,因为它们需要大量的工作。然而,已经出现了通过高阶滑模的控制策略,该策略显着降低了颤动效应,实现了具有收敛性,鲁棒性和连续性的控制。本文采用的控制策略为:准连续控制和自适应超扭曲控制,这些控制器的应用目的是在有外部干扰和不确定性条件下控制无人机跟踪路径。该模型。此外,为了实现上述控制,有必要获得关于UAV的状态的信息,这并非总是可能的,因此,使用滑动模式的观察者被用于估计控制器所需的变量。仿真和实验结果分别说明了高阶滑模控制技术的性能和有效性。高阶滑模控制技术用于控制固定翼无人机和三自由度双旋翼系统。在模型存在不确定性和外部干扰的情况下跟踪轨迹。

著录项

  • 作者

    Castañeda Cuevas Herman;

  • 作者单位
  • 年度 2013
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 es
  • 中图分类

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