Anteproyecto de tesis para optar al título de ingeniero en electrónica

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN CONTROL PID PARA LA POSICIÓN VERTICAL EN VUELO ESTACIONARIO PARA UN AEROMODELO BELT CP V2.

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Anteproyecto de tesis para optar al título de ingeniero en electrónica.

Director

CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DEL CAUCA

FACULTAD DE INGENIERIAS

PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA

ROBOTICA Y CONTROL

MAYO 2013

TABLA DE CONTENIDO

1.        PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.        

2.        HIPOTESIS DE SOLUCION.        

3.        JUSTIFICACION.        

4.        ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO.        

4.1 CONTEXTO GENERAL.        

4.2 TRABAJOS RELACIONADOS.        

4.2.1 Ámbito internacional.        

4.3 MATRIZ RESUMEN.        

5.        OBJETIVOS.        

5.1.        Objetivo general.        

5.2.        Objetivos específicos.        

6.        METODOLOGIA, ACTIVIDADES Y CRONOGRAMA.        

6.1.        Metodología.        

6.2.        Cronograma.        

7.        RECURSOS, PRESUPUESTO Y FUENTES DE FINANCIACION.        

7.1.        Recursos.        

7.1.1.        Recursos humanos.        

7.1.2.        Recursos materiales.        

7.2.        Presupuesto.        

7.3.        Financiación.        

8.        CONDICONES DE ENTREGA.        

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Las aeronaves no tripuladas con sus siglas en ingles (Unmanned Aerial Vehicles UAV), son dispositivos capaces de volar manualmente desde una estación en tierra o ser completamente autónomo, utilizando planes de vuelo programado. Tienen diferentes aplicaciones que implican algún tipo de dificultad o riesgo para vehículos convencionales tripulados por personas, son utilizados por las organizaciones de salvamento, exploración de lugares de difícil acceso, reconocimientos de terrenos, realización de maniobras acrobáticas, entre otras. [1], [2], [3], [4] y [5].

Los vehículos aéreos de ala rotatoria son utilizados por su capacidad de realizar las tareas descritas previamente, esto a razón de su dinámica que permite  un vuelo estacionario y realizar maniobras en espacios reducidos. Debido a lo anterior surgen diferentes investigaciones que conllevan a la optimización de estos dispositivos aplicando diferentes tipos de control, donde el interés de este proyecto es el control  de despegue y aterrizaje de la aeronave.

¿Cuál es el mecanismo más apropiado para controlar el despegue y aterrizaje de una aeronave no tripulada de tipo helicóptero?

1. HIPOTESIS DE SOLUCION.

La solución propuesta es obtener un controlador para el correcto vuelo estacionario de un helicóptero, a partir de la búsqueda de un modelo aproximado a la función de transferencia del mismo, se utilizaran métodos de sintonización aproximada basados en estudios experimentales como lo es la curva de reacción o curva de respuesta entre otros, realizándose simulaciones con la ayuda de herramientas computacionales.

En el desarrollo del proyecto se implementara un controlador PID, este es un control realimentado cuyo propósito es hacer que el error en estado estacionario, entre la señal de referencia y la señal de salida de la planta, sea cero de manera asintótica en el tiempo, lo que se logra mediante el uso de la acción integral. Además el controlador tiene la capacidad de anticipar el futuro a través de la acción derivativa que tiene un efecto predictivo sobre la salida del proceso.

1. JUSTIFICACION.

Las aeronaves no tripuladas de tipo helicóptero tienen diferentes modos de vuelo donde se destaca en este trabajo de investigación el modo en vuelo estacionario, diversas aplicaciones donde este tipo de aeronaves son utilizadas es necesario realizar maniobras que exigen al piloto una alta destreza para lograrlos y mantener estable el aeronave. Dado lo anterior es  importante la implementación de un sistema de control retroalimentado para lograr la regulación en este modo de vuelo. [6], [4].

Al implementar un control de altura al aeromodelo Belt Cp V2 se pretende generar nuevas líneas para el conocimiento e investigación en la corporación universitaria autónoma del cauca, como en otras universidades y todas las personas que estén involucradas con esta temática, principalmente en el área de sistemas de control y la aplicación para el desarrollo de nuevas tecnologías.

1. ESTADO ACTUAL DEL CONOCIMIENTO.

4.1 CONTEXTO GENERAL.

4.3 MATRIZ RESUMEN.

Tabla 1.

1.  OBJETIVOS.

1. Objetivo general.

Diseñar e implementar un control PID para la posición vertical en vuelo estacionario para un aeromodelo Belt Cp V2.

1.  Objetivos específicos.

• Identificar el modelo de la aeronave Belt Cp V2.

• Sintonizar el controlador PID.

• Validar el controlador en el aeromodelo.

1. METODOLOGIA, ACTIVIDADES Y CRONOGRAMA.

1. Metodología.

Se hará uso de una metodología guiada por fases, iterativa e incremental, que se presentan continuación.

Fase 1. Identificación del modelo de la aeronave Belt Cp V2.

• Actividad 1: Diseño de estructura de prueba de la aeronave Belt Cp V2 para obtener un vuelo totalmente vertical.
• Actividad 2: Estudio correspondiente de la curva de reacción para encontrar la función de transferencia del helicóptero.
• Actividad 3: Estudio correspondiente del sensor de altura apropiado para implementarlo en el aeromodelo.
• Actividad 4: Estudio correspondiente de los dispositivos de transmisión y recepción que se implementaran.
• Actividad 5: Caracterización del sensor de altura.
• Actividad 6: Caracterización del control RF EK2-0406F.
• Actividad 7: Caracterización del modulo de transmisión por radiofrecuencia.
• Actividad 8: Prueba de campo para los módulos de transmisión por radiofrecuencia.
• Actividad 9: Montaje del helicóptero con su respectivo sensor de altura en la estructura de prueba.

Fase 2. Sincronización y sintonización del controlador PID.

• Actividad 10: Adquisición de datos arrojados por el sistema.
• Actividad 11: Obtener la función de transferencia experimental del aeromodelo.
• Actividad 12: Estudio correspondiente del método de calibración del controlador PID.
• Actividad 13: Diseño del controlador PID.
• Actividad 14: Implementación del control PID al helicóptero.

Fase 3. Validación del controlador en el aeromodelo.

• Actividad 15: Realizar pruebas de funcionamiento del control de altura del aeromodelo.
• Actividad 16: Validación del sistema.

1. Cronograma.

Con la ayuda del software Gantt Project se elabora el cronograma de actividades el cual esta descrito en la siguiente tabla 1.

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