Plataforma giroscópica mejorada para la práctica docente en Ingeniería de control

Abstract

[Resumen] Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) han tenido una importante evolución en todos los sectores. Para el correcto desarrollo de sus capacidades ha sido necesario su adecuado modelado, desarrollo de sistemas de control, implementación de los mismos y evaluaciones en campo. Este último punto es complejo desde el punto de vista docente, ya que las pruebas en exterior son impracticables. Para ello se han desarrollado plataformas que facilitan los experimentos de modelado y evaluación de las capacidades del UAV. Un trabajo reciente recoge el desarrollo de una plataforma giroscópica para el control de actitud y orientación de UAVs, que integra tanto elementos mecánicos y de comunicación, como un sistema software para la carga y prueba de controladores en el UAV. Dicha plataforma ha sido utilizada para diversos propósitos, como concursos educativos de Ingeniería de Control por sus prestaciones y facilidad de uso (compatibilidad con Simulink). Sin embargo, a pesar de la facilidad y la versatilidad que aporta, ha presentado algunas carencias a lo largo de su uso; rozamientos asimétricos, centro de gravedad desplazado, controladora de vuelo con capacidad de cómputo limitada, capa baja de control sin supervisión, y motores con capacidad limitada, entre otros. Este trabajo presenta las mejoras realizadas sobre dicha plataforma para la corrección de estas carencias, mediante el diseño de una nueva estructura de UAV, el empleo de un nuevo diseño de controladora de vuelo y la introducción de nuevos sistemas de propulsión.

[Abstract] Unmanned Aerial Vehicles (UAV) have undergone an important evolution in all sectors. In order to properly develop their capabilities, it has been necessary to adequately model them, develop control systems, implement them, and experimentally evaluate them. This last point is complex from a training point of view, since outdoor tests are impractical. To this end, platforms have been developed to facilitate modelling experiments and evaluation of UAV capabilities. Recent work includes the development of a gyroscopic platform for attitude and orientation control of UAVs, which integrates both mechanical and communication elements, as well as a software system for loading and testing controllers in the UAV. Due to its performance and ease of use (Simulink compatibility), this platform has been used for various purposes, such as control engineering educational competitions. However, despite the simplicity and versatility it offers, the platform has shown some shortcomings throughout its use: asymmetric friction, displaced centre of gravity, flight controller with limited computational capacity, low control layer without supervision, motors with limited capacity, among others. This work presents the improvements made to this platform to correct these shortcomings, through the design of a new UAV structure, the use of a new controller design and the introduction of new propulsion systems.