Algoritmos de observación y control robustos para un vehículo aéreo no tripulado

Abstract

RESUMEN: En esta tesis se presentan dos esquemas de controladores robustos y continuos para seguimiento de trayectoria en un cuadrotor. El primero, es un algoritmo de control por modos deslizantes de orden superior (CMDOS) denominado super-twisting. Un control robustos que asegura el seguimiento de trayectoria, mientras reduce el efecto de castañeo propio de los controles por modos deslizantes de primer orden. Además se presenta la simulación numérica correspondiente para ilustrar la aplicación del controlador propuesto. El segundo es un esquema basado en la técnica de identificación y rechazo de perturbaciones. En éste, un observador por modos deslizantes de orden superior (OMDOS) estima las perturbaciones en las dinámicas actuadas para rechazarlas a través del control. Se presenta además el análisis de estabilidad para el esquema controlador-observador vía una función de Lyapunov, con la que se demuestra la convergencia en lazo cerrado de las trayectorias del estado. Además, se lleva a cabo la simulación numérica correspondiente para ilustrar la aplicación del controlador propuesto. Finalmente, presentan los resultados de la implementación en la plataforma experimental Quanser QBall2 junto con la métrica del error cuadrático medio para evidenciar las ventajas del controlador propuesto. ABSTRACT: This thesis presents two robust continuous control schemes for trajectory tracking in a quadrotor. First, the so-called super-twisting algorithm is applied. Later a disturbance rejection control is designed. Super-twisting ensures a robust trajectory tracking despite the presence of uncertainties and perturbations. Numerical simulations illustrate the feasibility of the super-twisting method. A disturbance rejection control is also designed. The disturbance rejection control exploits a high order sliding mode observer (HOSMO) to identify the exact perturbations in theoretically, finite-time. Then, the identified perturbation signals are injected through the control law to achieve the disturbance rejection. The main contribution of the thesis the closedloop stability analysis via Lyaunov theory. Numerical simulations and experiments illustrate the workability of the method. The analysis of the mean square error puts in evidence the advantages of the disturbance rejection controller against a nominal PID control.