Santander, 7 de Abril de 2004.
CROMAT: Coordinación de RObots Móviles
Aéreos y Terrestres
Subproyecto 3
TÉCNICAS DE CONTROL
DE HELICÓPTEROS A ESCALA
Antonio Barreiro Blas.
Grupo de Control no Lineal.
E.T.S.I.I.-Universidad de Vigo
Introducción. Breve descripción
“El El subproyecto 3 es de carácter más básico y se
centra en los problemas teóricos que plantea el
control de helicópteros a escala en el marco del
control no lineal de sistemas subactuados
*
*
*
*
*
Esquema de objetivos
Resultados principales y soluciones aportadas
Continuidad de la investigación
Posibilidades de transferencia
Referencias principales
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Objetivos alcanzados

Modelado de helicópteros a escala
(estudio dinámico, simulación numérica, simbólica y gráfica)

Técnicas de control de helicópteros a escala
(desarrollo de técnicas de control no lineal MIMO subactuado)

Técnicas de visión dinámica
(localización y seguimiento de pose 3D basada en marcas)

Plataforma experimental
(instalación de interiores, segura, de vuelo restringido)
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Modelado de helicópteros a escala (I)

Estudio dinámico para guiar elección técnicas control
Dinámica pral.
Problemas control
=
=
Sólido rígido
MIMO altamente
no lineal, acoplado
+
Etapa de actuación
+
Subactuado,
con incertidumbre
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Modelado de helicópteros a escala (II)
Modelos estudiados:
• BEAR (Univ. Berkeley)
• MARVIN (T.U. Berlin)
• IKARUS (Kim-Tilbury)
Tipo implementaciones:
X
ei
X
PDv
acv
• Numérica (Simulink)
eo
u
Tm
Ac
X
e
Xc
filtro PB
deltam
PDw
nuv
bear
delQ
acw
nuw
PD
delQ
invT
X_ref
invR
Ev
mod_ref
Matrix
Multiply
U U(E)
Xc
Ew
comandos
bajada
Matrix
Multiply
U
1
PBv
U U(E)
1
s
Matrix
Multiply
[W]
5
Wv0
Gw
zeros(3,1)
e
• Simbólica (Mathematica)
2
PBv
PBw
sqrt(u)
e
xb
e
nuv ad
Xc
Gv
[V]
comandos
redv
MATLAB
Function
transpose1
U U(E)
redw
Matrix
Multiply
Demux
U U(E)
Selector
X
xb
Ac
xb
t
1
nuvad
Gw
MATLAB
Function
logsig
3
Matrix
Multiply
nuwr
Gw
Demux
modref
MATLAB
Function
X
kapav
transpose3
Gv
Gw
nuwad
xb
Gv
circulo
• Gráfica (OpenGL)
zeros(3,1)
PBw
PBv
Xc
selector
MATLAB
Function
MATLAB
Function
dlogsig
extract
Matrix
Multiply
Vv0
Clock
4
Gv
Matrix
Multiply
Matrix
Multiply
[W]
MATLAB
Function
Matrix
Multiply
Matrix
Multiply
transpose2
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
1
s
[V]
Resultados sobre técnicas de control (I)
Principales líneas exploradas:
{
Técnicas Bear (Sastry)
Técnicas Georgia Tech
Problemas: MIMO acoplado
no lineal + subactuación
Soluciones: Cancelación de
no linealidad (lin. aproximada)
+ estructura cascada
(lazo interno orientación,
externo traslación)
Aportaciones: Adaptación
a Bear, Marvin e Ikarus,
simplificación de inversión lazo externo,
pseudocontrol como dinámica interna,
mejora en modelo referencia,
Dinámica
traslacional
Dinámica
rotacional
Tm
z
-
Tt
-
y
Longitudinal a
x
q
Lateral
y
f
Entrada de
control
Colectivo
Cola
b
* Raimúndez, Camaño, Baltar, Intelligent Autonomous Vehicles, IAV’04, Lisboa 2004
† Raimúndez, Camaño, Béjar, IFAC World Congress, Praga 2005 (colab. subproy. 1)
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Resultados sobre técnicas de control (II)
Con Adaptación
Sin Adaptación
Problemas: Errores de
linealización aprox.,
Incertidumbres etapa actuación
Soluciones: Control adaptativo
con Redes Neuronales
Aportaciones: Adaptación a
Bear, Ikarus y Marvin, reducción
de nº entradas
{
Probl. abiertos:
Evolución de los Pesos
Gen. refs.
Antisaturación
Nuevas líneas:
backstepping
{ Técnicas
Técnicas Isidori-Marconi
* Raimúndez, Camaño, Béjar CDC-ECC, Sevilla 2005 (colab. subproy. 1)
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Resultados sobre visión dinámica (I)
Principales líneas exploradas:
{
• Estimación de pose
• Seguimiento de pose
• Problemas: Implementar un sistema de realimentación por visión
• Soluciones: Entorno completo para visión dinámica: localización inicial,
gestión marcas, gestión subventanas, ocultaciones, etc.
* Baltar, Barreiro, Delgado World Automation Congress, WAC’04, Sevilla 2004
† Delgado, Barreiro
Automatica 39(7) 1195-1203 (2003)
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Resultados sobre visión dinámica (II)
• Problemas: Algoritmos de tracking robustos y eficientes
• Soluciones: Estudio algoritmos: Newton, LS, LS+FF, EKF,…
• Aportaciones: Formulación unificada, Análisis robustez-dominio de
convergencia, resolución compromiso filtrado-convergencia,…
Líneas en exploración:
{
• Impacto periodo muestreo
• Localización marcas y SLAM
† Delgado, Barreiro, Baltar IFAC World Congress, Praga 2005
* Delgado, Barreiro Int. Journal of Control, 77(7) 693-702(2004)
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Plataforma de laboratorio
para experiencias de control de helicópteros
Programa de visión
Restricción del movimiento a 2GdL
Control en tiempo real:
Helicóptero de RC Mikado Logo 20
Hilo
de adquisición
-1350
mm diametro
palas
y 3.3 Kg y
Real-Time
Alta
prioridad
tratamiento
de imágenes
-Motor brushless
con
controlador
de velocidad
Visual C++
Simulink
Workshop
Lenguaje C
S-Function
Hilo para diálogo con el usuario
Prioridad normalReal-Time
Lenguaje C
Windows Target
Sistema de visión
Ejecutable:
ejecucion en
Tiempo Real
Device-driver
RTWT
Par de cámaras B/W Basler 101f
-Resolución 1300x1030, con 8 bits/pixel
-Velocidad de imágenes 12 fps a 1300x1030
-Parámetros programables (ganancia, brillo,…)
-Comunicación IEEE-1394
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Plataforma de laboratorio
para experiencias de control de helicópteros
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Resumen
Posibilidades de transferencia


Diseño de autopilotos más eficientes y robustos
Plataforma de gran potencial didáctico y demostrativo
Continuidad en la investigación


Nuevo proyecto DPI-04. Sist. con retardos (+ U. Murcia)
Gran interés en continuar líneas helicópteros + visión
Referencias (5-6 más representativas)
Raimúndez, Camaño, Béjar, CDC-ECC, Sevilla 2005

Delgado, Barreiro, Baltar, IFAC World Congress, Praga 2005

Raimúndez, Camaño, Béjar, Baltar, IFAC World Congress, 05

Camaño, Baltar, Raimúndez, WAC, Sevilla 2004

Delgado, Barreiro, Int. Journal of Control, 2004

Delgado, Barreiro, Automatica, 2003
Publicac.(+en realiz.): Revistas: 2(+2), Congresos 15, Tesis 1(+2)

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