Implementación de Máquina de estados finita en microcontrolador para optimizar el control del sistema de energía de un dron híbrido pila de combustible-batería

Abstract

[ES] En tiempos modernos, se realiza un uso excesivo de combustibles fósiles en el sector de los vehículos móviles, de hecho, el transporte por carretera, junto con el transporte aéreo y el marítimo constituyen más de un 26% de las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero, según el Parlamento Europeo en 2019. Este gran porcentaje de emisiones ha obligado a la sociedad a buscar otras tecnologías para impulsar vehículos, que sean más sostenibles y respeten el medioambiente, como es la tecnología del hidrógeno y su aplicación en las pilas de combustible. Estas pilas de combustible se encuentran en una etapa de desarrollo avanzada, pues se consideran las sustitutas de los motores de combustión interna de los vehículos actuales, ya que una de sus principales ventajas es que su único residuo tras la reacción del oxígeno y el hidrógeno es el agua. El objetivo del presente Trabajo de Fin de Grado es el control y su posterior validación del sistema de energía de un dron o vehículo aéreo no dirigido con una doble alimentación constituida por una pila de combustible del tipo PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) y una batería LiPo auxiliar. Dicho control se realiza con un programa en lenguaje C, implementando una máquina de estados finita en un microcontrolador, y pretende garantizar el funcionamiento durante la fase de vuelo estacionario mediante la pila de combustible y alcanzar los picos de demanda en los momentos de despegue y aterrizaje mediante la batería auxiliar. Finalmente, el sistema de control implementado se validó y analizó mediante una simulación del UAV.

[EN] Today, there is an excessive use of fossil fuels in the vehicle sector, in fact, road transport, together with air and sea transport constitute more than 26% of the emissions of CO2 and other greenhouse gases, according to the European Parliament in 2019. This large percentage of emissions has forced society to look for other more sustainable and environmentally friendly technologies for powering vehicles, such as hydrogen technology and its application in fuel cells. These fuel cells are at an advanced stage of development, as they are considered to replace the internal combustion engines of current vehicles, since one of their main advantages is that their only residue after the reaction of oxygen and hydrogen is water. The aim of this Final Degree Project is the optimised control of a drone or unmanned aerial vehicle with a dual power supply consisting of a PEMFC fuel cell and an auxiliary LiPo battery. This control is carried out with a programme in C language, which implement a finite state machine in a microcontroller, and aims to guarantee the operation during the stationary flight phase with the fuel cell and to reach peak demand during take-off and landing by the use of the auxiliary battery. Finally, the implemented control system will be validated and analysed by means of a UAV simulation.

[CA] L'objectiu del present Treball de Fi de Grau és el control optimitzat d'un dron o vehicle aeri no dirigit amb una doble alimentació constituïda per una pila de combustible del tipus PEMFC i una bateria LiPo auxiliar. Aquest control es realitza amb un programa en llenguatge C, implementant una màquina d'estats finita en un microcontrolador, i pretén garantir el funcionament durant la fase de vol estacionari mitjançant la pila de combustible i aconseguir els pics de demanda en els moments d'enlairament i aterratge mitjançant la bateria auxiliar. Finalment, el sistema de control implementat es validarà i analitzarà mitjançant una simulació del UAV.