Diseño de un controlador óptimo para un helicóptero de tres grados de libertad
Con el paso del tiempo el papel del hombre sobre la maquina ha disminuido debido a sistemas de alto nivel con autonomía como los vehículos aéreos no tripulados, destacados en fines como la búsqueda y rescate, proyectos militares y nivel comercial, que sean capaces de desenvolverse en entornos descon...
- Autores:
-
Henao Patiño, Cristian Camilo
Ordoñez García, Cristian Camilo
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15020
- Acceso en línea:
- https://repositorio.utp.edu.co/home
https://hdl.handle.net/11059/15020
- Palabra clave:
- Aviación militar
Controladores de dispositivos (Programas para computador)
Control de vuelo
620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
Autonomía
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Con el paso del tiempo el papel del hombre sobre la maquina ha disminuido debido a sistemas de alto nivel con autonomía como los vehículos aéreos no tripulados, destacados en fines como la búsqueda y rescate, proyectos militares y nivel comercial, que sean capaces de desenvolverse en entornos desconocidos y cambiantes sin una previa supervisión humana, garantizando una ejecución perfecta de la tarea especifica establecida. Por esta razón surge la necesidad de plantear nuevos métodos de diseño de controladores para este tipo de plataformas, cuya dinámica y ambiente de operación, sean parámetros que dificultan encontrar el controlador que les permita ser autónomo. Es necesaria la combinación de muchos elementos y disciplinas de apoyo tratando de encontrar un buen funcionamiento de los sistemas. |
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Bedoya González, Álvaro José. Marín López, Ángelo Antonio. Construcción y control adaptativo de un helicóptero de dos grados de libertad. Pereira, Colombia. 2013. Presentado en la universidad tecnológica de Pereira para optar al título de ingeniero en mecatrónica. Henao Hernández, Óscar Alexander. Padilla Bejarano, José Bestier. García Arias, Jair A. Implementación de comunicación y algoritmos de control para UAV’S. Scientia et Technica, Universidad Tecnológica de Pereira. Diciembre de 2011. Austin,Reg. Unmanned Aircraft Systems:UAV Design, Development and Deployment. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2010. 364 p. Mérida Rubio, Jován Oseas. Instrumentación y control de un helicóptero de tres grados de libertad. Tijuana, México. 2009. Presentado en el Instituto Politécnico Nacional para obtener el grado de Maestro en ciencias. Vivas González, Edilberto Carlos. Control del helicóptero 2D usando métodos de control robusto. Bogotá, Colombia. 2011. Presentado en la Universidad Nacional de Colombia para optar por el tirulo de Master en Automatización Industrial. I. H. Shames, Engineering Mechanics: Dynamics. Prentice Hall International, 1967. Rodríguez Ramírez, Daniel. Bordóns Alba, Carlos. Apuntes de ingeniería de control. {En línea}. {02 de enero del 2023}. Disponible en: (http://www.esi2.us.es/~danirr/apuntesIC4.pdf). Escobar Dávila, Luisa Fernanda. Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Control híbrido del péndulo de Furuta. Pereira, Colombia. 2012. Proyecto de grado presentado como requisito para optar por el título de Ingeniero (a) Electricista. Goodwin, Graham C. Sin, Kwai Sang. Adaptive Filtering Prediction and Control. First edition. New Jersey: Prentice Hall, 1984. 535 p. Ai-Guo, Wu. Shi-Wei, Liu. Rui-Qi, Dong. Latest-Estimation Based Hierarchical Recursive Extended Least Squares Algorithm for ARMAX Model. Scientia et Technica, China. June 2016. Aström, Karl J and Wittenmark, Björn. Adaptive Control. Second edition. Mineloa, New York: Dover Publications inc, 2008. 590 p. Giraldo Buitrago, Didier. Giraldo Suarez, Eduardo. Teoría de control análogo. Primera edición. Pereira, Colombia: Universidad Tecnológica de Pereira, 2010. 299 p. Rodríguez Rubio, Francisco y López Sánchez, Manuel Jesús. Control adaptativo y robusto. Primera edición. Sevilla, España: Universidad de Sevilla, 1996. 381 p. Giraldo Buitrago, Didier. Giraldo Suarez, Eduardo. Teoría de control digital. Primera edición. Pereira, Colombia: produmedios, 2012. 262 p. Liu, Jinkun. Wang, Xinhua. Advanced Sliding Mode Control for Mechanical Systems. First edition. Beijing: Springer, 2012. 366 p. Strengel F, Robert. Optimal control and estimation. Primera edicion. New york, Estados unidos: Dover publications INC, 1994. 638 p. |
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Marín López, Ángelo AntonioHenao Patiño, Cristian CamiloOrdoñez García, Cristian Camilo2024-02-27T22:06:50Z2024-02-27T22:06:50Z2023Con el paso del tiempo el papel del hombre sobre la maquina ha disminuido debido a sistemas de alto nivel con autonomía como los vehículos aéreos no tripulados, destacados en fines como la búsqueda y rescate, proyectos militares y nivel comercial, que sean capaces de desenvolverse en entornos desconocidos y cambiantes sin una previa supervisión humana, garantizando una ejecución perfecta de la tarea especifica establecida. Por esta razón surge la necesidad de plantear nuevos métodos de diseño de controladores para este tipo de plataformas, cuya dinámica y ambiente de operación, sean parámetros que dificultan encontrar el controlador que les permita ser autónomo. Es necesaria la combinación de muchos elementos y disciplinas de apoyo tratando de encontrar un buen funcionamiento de los sistemas.With the passage of time, the role of man over the machine has diminished due to high-level systems with autonomy such as unmanned aerial vehicles, prominent in purposes such as search and rescue, military projects and comercial level, which are capable of operating in Unknown and changing environments without prior human supervisión, guaranteeing perfect execution of the specific task established. For this reason, the need arises to propose new controller desing methods for this type of plataforma, whose dynamics and operating environment are parameters that make it difficult to find the controller that allows them to be autonomous. It is necessary to combine many elements and support disciplines trying to find a good functioning of the systemsPregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a)RESUMEN ............................................................................................................... 6 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 7 1. Modelo matemático del helicóptero de tres grados de libertad .............. 8 1.1 Helicóptero de tres grados de libertad ........................................................ 8 1.2 Modelo no lineal ........................................................................................ 10 2. Métodos de identificación ........................................................................ 12 2.1 Identificación Fuera de Línea .................................................................... 12 2.2 Esquemas de identificación en Línea ....................................................... 13 2.3 Métodos de Error de Ecuación para el Sistema Determinista ................... 14 2.3.1 Mínimos Cuadrados Recursivos (MCR). ......................................... 14 3. Control óptimo ........................................................................................... 16 3.1 Reguladores auto-ajustables (STR) .......................................................... 16 3.1 Control por realimentación de variables de estado ................................... 17 3.2 Regulación por realimentación de estado ................................................. 17 3.3 Sistemas de seguimiento .......................................................................... 18 3.3.1 Ganancia directa ............................................................................. 19 3.3.2 Control óptimo LQR ........................................................................ 21 4. Resultados y Análisis ............................................................................... 25 4.1 Estimación por Mínimos Cuadrados Recursivos y control óptimo ............ 26 4.1.1 Identificación y control de PITCH .................................................... 27 4.1.2 Identificación y control del movimiento Yaw .................................... 30 4.1.3 Identificación y control del movimiento Roll .................................... 34 4.2 Identificación y control sobre el sistema multivariable .............................. 37 CONCLUSIONES .................................................................................................. 38 BIBLIOGRAFÍA .....................................................................................................40 Páginasapplication/pdfUniversidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homehttps://hdl.handle.net/11059/15020spaUniversidad Tecnológica de PereiraFacultad de TecnologíasPereiraIngeniería MecatrónicaBedoya González, Álvaro José. Marín López, Ángelo Antonio. Construcción y control adaptativo de un helicóptero de dos grados de libertad. Pereira, Colombia. 2013. Presentado en la universidad tecnológica de Pereira para optar al título de ingeniero en mecatrónica.Henao Hernández, Óscar Alexander. Padilla Bejarano, José Bestier. García Arias, Jair A. Implementación de comunicación y algoritmos de control para UAV’S. Scientia et Technica, Universidad Tecnológica de Pereira. Diciembre de 2011.Austin,Reg. Unmanned Aircraft Systems:UAV Design, Development and Deployment. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2010. 364 p.Mérida Rubio, Jován Oseas. Instrumentación y control de un helicóptero de tres grados de libertad. Tijuana, México. 2009. Presentado en el Instituto Politécnico Nacional para obtener el grado de Maestro en ciencias.Vivas González, Edilberto Carlos. Control del helicóptero 2D usando métodos de control robusto. Bogotá, Colombia. 2011. Presentado en la Universidad Nacional de Colombia para optar por el tirulo de Master en Automatización Industrial.I. H. Shames, Engineering Mechanics: Dynamics. Prentice Hall International, 1967.Rodríguez Ramírez, Daniel. Bordóns Alba, Carlos. Apuntes de ingeniería de control. {En línea}. {02 de enero del 2023}. Disponible en: (http://www.esi2.us.es/~danirr/apuntesIC4.pdf).Escobar Dávila, Luisa Fernanda. Montoya Giraldo, Oscar Danilo. Control híbrido del péndulo de Furuta. Pereira, Colombia. 2012. Proyecto de grado presentado como requisito para optar por el título de Ingeniero (a) Electricista.Goodwin, Graham C. Sin, Kwai Sang. Adaptive Filtering Prediction and Control. First edition. New Jersey: Prentice Hall, 1984. 535 p.Ai-Guo, Wu. Shi-Wei, Liu. Rui-Qi, Dong. Latest-Estimation Based Hierarchical Recursive Extended Least Squares Algorithm for ARMAX Model. Scientia et Technica, China. June 2016.Aström, Karl J and Wittenmark, Björn. Adaptive Control. Second edition. Mineloa, New York: Dover Publications inc, 2008. 590 p.Giraldo Buitrago, Didier. Giraldo Suarez, Eduardo. Teoría de control análogo. Primera edición. Pereira, Colombia: Universidad Tecnológica de Pereira, 2010. 299 p.Rodríguez Rubio, Francisco y López Sánchez, Manuel Jesús. Control adaptativo y robusto. Primera edición. Sevilla, España: Universidad de Sevilla, 1996. 381 p.Giraldo Buitrago, Didier. Giraldo Suarez, Eduardo. Teoría de control digital. Primera edición. Pereira, Colombia: produmedios, 2012. 262 p.Liu, Jinkun. Wang, Xinhua. Advanced Sliding Mode Control for Mechanical Systems. First edition. Beijing: Springer, 2012. 366 p.Strengel F, Robert. Optimal control and estimation. Primera edicion. New york, Estados unidos: Dover publications INC, 1994. 638 p.Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. Acepto (aceptamos) que la Universidad Tecnológica de Pereira convierta el documento en cualquier medio o formato para su preservación digital. En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. Acepto (aceptamos) que la Universidad Tecnológica de Pereira convierta el documento en cualquier medio o formato para su preservación digital. En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).https://repositorio.utp.edu.coRepositorio 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