Modelo dinámico y diseño del sistema de control para un zeppelin autónomo

Abstract

[ES] Un zeppelin o dirigible es un aerostato autopropulsado y con capacidad de maniobra para ser manejado como una aeronave. La sustentación aerostática se logra mediante depósitos llenos de un gas de menor densidad a la atmósfera circundante. El presente Trabajo de Fin de Grado tiene como objeto el desarrollo de un sistema que permita el guiado y control de un dirigible para transformarlo de esta forma en un sistema autónomo o dron, teniendo así múltiples aplicaciones como pseudosatélite, transporte, etc. Como primer paso para la realización del presente proyecto se debe modelar el comportamiento dinámico del dirigible, para ello, se hará uso de las ecuaciones de Newton y se estudiarán todas las fuerzas y momentos presentes en la dinámica de la aeronave. A través del modelo no lineal de la dinámica del dirigible, se obtendrá un modelo lineal que represente un comportamiento similar alrededor de un punto de funcionamiento que se establecerá como el punto de equilibrio del dirigible. Posteriormente, se empleará un algoritmo de control que permitirá establecer las variables escogidas a controlar en un valor de referencia escogido por el usuario. Finalmente, la tarea principal de la aeronave será viajar a varios puntos o establecerse en un punto fijo siendo dados los valores de posición (longitud, latitud, altitud) y los ángulos de Euler (alabeo, cabeceo y guiñada). Para una mayor comprensión de los resultados, se realizará un modelo en CAD y se incorporará a un simulador con entorno 3D conectado al modelo físico para poder visualizar la dinámica. El alcance del proyecto consistirá en varios elementos, explicados en sus respectivos apartados: Se realizará un modelo de la dinámica del dirigible en la plataforma Simulink de Matlab. Se realizará un control mediante PID en el rumbo, altura y velocidad de avance mediante la acción en la potencia y orientación de los motores. Se realizará una simulación en la cual el dirigible deberá ser capaz de cumplir el seguimiento de una ruta establecida. Se elaborará una visualización mediante la plataforma FlightGear que permitirá al usuario visualizar el comportamiento del dirigible en un entorno 3D.