Modelling and Control of a Quadrocopter - <U+008A>olc F.; University of Defence
El documento describe el modelo y el desarrollo del control total de un robot ařeo quadrotor. El modelo matemt̀ico del cuadrante es un sistema no lineal basado en la ley de Newton del movimiento de un cuerpo rg̕ido. El sistema de control del cuadrante est ̀diseądo con la ayuda del enfoque de la variable de estado y tambiň con la ayuda del correspondiente enfoque fs̕ico que se inspir ̤en el anterior. La calidad del modelo y su control se comprueba mediante simulacin̤ y tambiň en un modelo de vuelo real.1. Introduccin̤Quadrocopter o quadrotor es un vehc̕ulo ařeo VTOL (Vertical Take-Off and Landing) perteneciente a la clase de helicp̤teros multirotor. Se diferencian de los helicp̤teros estǹdar en que utilizan rotores con palas de paso fijo, por lo que su paso de rotor no vara̕ al girar las palas. Quadrotor utiliza 4 rotores, pero se pueden encontrar construcciones con 6 u 8 rotores. Tal vez el primer helicp̤tero multirotor con rotores de palas de paso fijo apareci ̤en 1923 (De Bothezat), pero la tecnologa̕ en ese momento no estaba preparada para la construccin̤ aplicable de tal mq̀uina. El principal problema era la inestabilidad inherente del vehc̕ulo y, por lo tanto, la carga de trabajo del piloto que era demasiado alta. Los helicp̤teros estǹdar, aunque ms̀ complejos desde el punto de vista mecǹico [1], resultaron ser ms̀ aplicables. Los posteriores avances tecnolg̤icos eliminaron los obstc̀ulos ms̀ graves para el control de las aeronaves de tipo quadrotor. As,̕ la idea de la construccin̤ de un helicp̤tero extremadamente simple apareci ̤de nuevo, esta vez en la industria de los pasatiempos. El primer quadrotor Draganflyer comercialmente disponible apareci ̤alrededor del aǫ 2000 [2]. Desde entonces el desarrollo de batera̕s ligeras, actuadores sin escobillas y sensores MEMS permiti ̤una mejora considerable en la construccin̤ y control de este tipo de helicp̤tero. Hoy en da̕, los quadrocopters no son sl̤o juguetes controlados por radio, sino que son helicp̤teros robustos y simples que son capaces de soportar casi dos kilogramos de carga t͠il [3]. Han comenzado a ser utilizados como UAV (Vehc̕ulos Ařeos no Tripulados) o robots ařeos principalmente para props̤itos de reconocimiento. Las aplicaciones militares estǹ listas para llegar pronto.Aparte de las cuestiones tecnolg̤icas, la modelizacin̤ de los quadrocopter y los estudios de control siguen siendo temas atractivos para los investigadores. Se estudian muchas estrategias de control en un gran nm͠ero de artc̕ulos, desde los mťodos estǹdar que utilizan la tčnica de control PID [4] hasta las complicadas tčnicas no lineales [5, 6] o las tčnicas de softcomputing [7].En este artc̕ulo se describe un mťodo sencillo de control que puede aplicarse fc̀ilmente en un microprocesador y que ha demostrado ser aplicable para el control completo de un cuadrante interior ligero.2. Modelo matemt̀ico del cuadrp͠edoEl modelo matemt̀ico del cuadrante se puede derivar segn͠ las leyes de movimiento de Newton de la misma manera que para los aviones ordinarios [8]. El esquema cinemt̀ico del cuadrante se representa en la Fig. 1.​