Desarrollo de algoritmos de control y navegación multivariable en espacio de estados para vehículos aéreos no tripulados (UAVs)

Abstract

Hoy en día los vehículos aéreos no tripulados conocidos en el mundo de la aeronáutica como UAVs (“Unmanned Aerial Vehicles”), han ganado mucho peso en el sector debido a la larga lista de ventajas que pueden llegar a ofrecer y al gran numero de posibles aplicaciones. Sin tener en cuenta las ventajas económicas que este tipo de aeronaves aportan, son muy útiles a la hora de llevar a cabo el reconocimiento de terrenos de difícil accesibilidad y permiten llevar a cabo operaciones que supondrían un riesgo excesivo para un piloto. Algunas de la posibles aplicaciones son: cartográficas y agrícolas , servicios forestales (Seguimiento de zonas boscosas y control de incendios), monitorización ambiental, meteorología … Todo el trabajo desarrollado se enmarca dentro de otros proyectos realizados con anterioridad en los que, por mentar algunos, se desarrolló una plataforma sobre la que investigar diferentes técnicas de control o se diseño una estación de tierra que fuese capaz de enviar y recibir datos de la aeronave, otro proyecto sobre el que este se apoya fue la obtención de las derivadas aerodinámicas del modelo a controlar necesarias para la realización de el trabajo actual. En este documento se describe el desarrollo de un sistema de control avanzado para la gestión de un UAV. El diseño del sistema de control se ha realizado mediante las técnicas basadas en espacio de estados, la realimentación del estado y seguimiento de referencias. Se han aplicado ambas técnicas con el objetivo de controlar tanto la dinámica longitudinal como la lateral, permitiendo ,así, la estabilidad básica del sistema. Por otro lado todo el sistema de control se ha implementado en la plataforma de programación Matlab-Simulink, además de haberse utilizado Mathematica para cálculos concretos. Finalmente se ha diseñado una serie de algoritmos avanzados para la planificación de la trayectoria de la aeronave, con el fin de gestionar la navegación de esta. Y todos estos, a su vez, se han reescrito en C con el fin de implementarlos en el ordenador a bordo del avión. Dichos algoritmos se han introducido dentro del núcleo del sistema de control de la aeronave, adecuándolos a su propia estructura y como parte final del trabajo se han hecho dos tipos de ensayos, uno basado en la simulación en ordenador y otro en un vuelo real, con el fin de comprobar la calidad del control diseñado.