Control robusto de la actitud de un multirrotor empleando una arquitectura de control en cascada con prealimentación

Abstract

[EN] This paper deals with the robust attitude control of a multirotor UAV. The main novelty is the use of a cascaded model-matching control structure that includes a reference feedforward controller along with the two angle and velocity feedback controllers. The design methodology used derives the control gain to the inner feedback loop above a certain frequency, while the outer feedback loop dominates at low frequencies. A balanced distribution of feedback between loops results in simpler, lower-bandwidth feedback controllers that allow fast angle control without dangerously amplifying measurement noise in the control action. The control designs are robust and performed in the discrete frequency domain according to the postulates of Quantitative Feedback Theory, with explicit consideration of stability, torque disturbance rejection, and angular reference tracking specifications. The proposed control solution is experimentally validated on a real quadrotor.

[ES] Este trabajo aborda el control robusto de la actitud de un UAV de tipo multirrotor. Como principal novedad destaca el empleo de una estructura de control model-matching en cascada que, junto a los dos controladores de realimentación del ángulo de rotación y su velocidad angular, incorpora un controlador de prealimentación de la referencia. La metodología de diseño empleada deriva la ganancia de control al lazo de realimentación interno a partir de cierta frecuencia especificada, mientras que el lazo de realimentación externo domina en baja frecuencia. Un reparto equilibrado de la realimentación entre lazos consigue controladores de realimentación más sencillos y de menor ancho de banda individual, que permiten un rápido control del ángulo sin que los ruidos de medida se amplifiquen peligrosamente en la acción de control. Los diseños de control son robustos y se han realizado en el dominio de la frecuencia discreta siguiendo los postulados de la Teoría de Realimentación Cuantitativa. Se han considerado explícitamente especificaciones de estabilidad, de rechazo de perturbaciones de par y de seguimiento de referencias angulares. La solución de control propuesta es validada experimentalmente en un cuatrirrotor real.