Control anti-saturación y de tolerancia a fallos a tiempo fijo para los UAV cuadrrotores que utilizan un control de...

Área de la Ciencia:

• Robótica y sistemas de control
• Ingeniería Aeroespacial
• Control de tolerancia a las fallas

Sus antecedentes:

• Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) de cuadrotor son susceptibles a fallas en el actuador, saturación de entrada y perturbaciones externas, lo que compromete la estabilidad y el rendimiento.
• Los métodos convencionales de control de modo deslizante (SMC) a menudo sufren de chattering, lo que lleva al desgaste y al aumento del consumo de energía.
• Garantizar un control robusto y una eficiencia energética en los UAV en condiciones adversas es fundamental para el éxito de la misión.

Objetivo del estudio:

• Proponer un esquema de control de modo deslizante de tiempo fijo no singular de barrera adaptativa (ABNFTSMC, por sus siglas en inglés) para los UAV cuadrrotores.
• Para abordar los desafíos, incluidos los fallos del actuador, la saturación de entrada y las perturbaciones externas.
• Mejorar la eficiencia energética y reducir el ruido de la señal de control.

Principales métodos:

• Implementación de una unidad de detección y aislamiento de fallas (FDI) para identificar y gestionar las fallas del rotor.
• Utilización de un controlador virtual (VC) para compensar la inestabilidad del actuador utilizando las entradas de los actuadores sanos.
• Integración de una técnica de función de barrera (BF) para un funcionamiento estable bajo perturbaciones significativas.
• Empleo de un mecanismo desencadenado por eventos (ET) para un control adaptativo y energéticamente eficiente.
• Sustitución de la función de signo con una función hiperbólica tangente (HT) para mitigar el parloteo.

Principales resultados:

• El esquema ABNFTSMC compensa efectivamente las fallas del actuador, la saturación de entrada y las perturbaciones delimitadas.
• El mecanismo activado por eventos mejora significativamente la eficiencia energética mediante la adaptación de las acciones de control.
• El chattering se reduce sustancialmente mediante el uso de la función tangente hiperbólica, extendiendo la vida útil del componente.
• El controlador demuestra una rápida convergencia y un excelente rendimiento de seguimiento, validado por análisis teóricos y simulaciones.

Conclusiones:

• El ABNFTSMC propuesto ofrece una solución robusta y energéticamente eficiente para el control de UAV en condiciones de fallas y perturbaciones.
• El método mejora la confiabilidad y la longevidad del sistema al minimizar la conversación y optimizar el consumo de energía.
• Este enfoque proporciona una estrategia de ahorro de energía bien configurada para los UAV, asegurando un vuelo estable y un control preciso.