Diseño, implementación y evaluación de algoritmos de control, para mejorar la estabilidad de un sistema quadrotor con incertidumbre de modelado y perturbaciones externas

Abstract

[ES] Los reguladores tipo PID son, sin lugar a dudas, los de mayor implantación dentro de un entorno industrial. Sin embargo, la cada vez mayor automatización de sistemas y procesos más complejos, hace necesaria la aparición de nuevos algoritmos de control que, conservando las principales ventajas de los reguladores tipo PID, se adapten mejor al control de procesos más complejos, como pueden ser aquellos con una dinámica más rápido o incluso inestables. Este es el caso de los vehículos aéreos no tripulados, y en concreto de los Quadrotors. La mayoría de autopilotos comerciales, todavía usan reguladores tipo PID (con diferentes configuraciones), sin embargo, la necesidad cada vez mayor, de dotar a estos dispositivos, no solo de la capacidad de vuelo hover, sino también de poder ejecutar maniobras agresivas, hace necesario, el desarrollo de nuevos controladores que, sin perder las propiedades de los reguladores PID, se ajusten mejor al control de estos dispositivos. En concreto, en este TFG, se busca que el alumno, de una forma natural y progresiva, evalúe las distintas configuraciones de reguladores PIDs para el control de Quadrotors, y que previo paso por un conocimiento del control por realimentación del estado para el caso particular del Quadrotor (equivalente a un control PD), aprenda a diseñar un control PD con un estimador de incertidumbre de modelado y perturbaciones externas (UDE), que equivalente a la acción integral de un regulador PID, evite muchos de los problemas de la misma, como es la aparición de oscilaciones, y la posibilidad de inestabilizar el sistema, si la acción integral es demasiado elevada y/o el regulador no se diseña de forma robusta. En este TFG, el alumno deberá realizar las siguientes tareas: a) A partir de un Quadrotor diseñado previamente en el Instituto Universitario de Automática e Informática Industrial (Ai2), entender el funcionamiento de los elementos HW y SW que lo componen. b) Realizar el modelado e identificación del prototipo considerado c) En base al modelo considerado, realizar el diseño y simulación de los diferentes algoritmos de control objetos del estudio de este trabajo d) Discretización de los algoritmos considerados, para su implementación computacional en el sistema SW considerado (autopiloto desarrollado en el Ai2) e) Ajuste experimental y validación de los diferentes algoritmos estudiados f) Comparación de los resultados, tanto a nivel de simulación como experimental, y conclusiones sobre qué algoritmo, definidos previamente unos índices óptimos, mejores prestaciones consigue para el prototipo considerado

La realización de este TFG, se plantea para que el alumno ponga en práctica y profundice los conocimientos adquiridos en varias disciplinas del Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales, tales como los aprendidos en las asignaturas de Sistemas Automático y Tecnología Automatización, así como su integración y coincidencia con otras disciplinas, como conocimientos de electrónica y programación, necesarias para poder realizar la implementación computacional de los reguladores diseñados.