Modelado y Simulación de Aterrizaje y Despegue Vertical de Vehículo Aéreo No Tripulado Tipo Cohete Mediante la Integración de Simulink y Solidworks
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2024-05-28
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Universidad Santo Tomás
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Resumen
Este proyecto de grado se enfoca en el modelado dinámico y la simulación del control del aterrizaje y despegue vertical de un vehículo aéreo no tripulado tipo cohete. La implementación de Simulink en conjunto con SolidWorks y estrategias de control clásico PID se utiliza para mantener el equilibrio de los 6 grados de libertad en ausencia de perturbaciones. Iniciando con la construcción del vehículo en SolidWorks, se consideran la geometría y las densidades de masa originales de los componentes utilizados en el prototipo desarrollado en el semillero ASIMOV. Luego, se emplea el formalismo de Euler-Lagrange con ayuda del software Wolfram Mathematica para desarrollar el modelo dinámico de traslación y rotación del vehículo que se dedujo a partir de la teoría clásicas de la física, en este caso el principio de mínima acción, tratado como un cuerpo rígido, en un marco inercial fijo y un marco referencial móvil en el cuerpo del vehículo. Este modelo, inicialmente no lineal, se linealiza con condiciones de equilibrio para facilitar el desacoplamiento dinámico de las variables. La implementación de SolidWorks y Simulink se logra mediante la extensión de MATLAB "Simscape", que posibilita la exportación de sólidos rígidos con sus propiedades físicas originales y la creación del entorno gráfico de la simulación. La estrategia de control PID se emplea con la herramienta SISOTOOL para sintonizar las constantes de los controladores. La táctica de control se valida mediante una interfaz animada que emula el comportamiento del sistema físico en su espacio de movimiento. Se plantean trabajos futuros que incluyen la consideración de la dependencia lineal en las señales de control, la incorporación de perturbaciones ambientales, el análisis de estrategias de control sobre el modelo no lineal y la verificación experimental de los resultados obtenidos en la simulación.
Abstract
This degree project focuses on the dynamic modeling and simulation of the control of the landing and vertical takeoff of a rocket-type unmanned aerial vehicle. The implementation of Simulink in conjunction with SolidWorks and classic PID control strategies is used to maintain the balance of the 6 degrees of freedom in the absence of disturbances. Starting with the construction of the vehicle in SolidWorks, the original geometry and mass densities of the components used in the prototype developed in the ASIMOV hotbed are considered. Then, the Euler-Lagrange formalism is used with the help of the Wolfram Mathematica software to develop the dynamic model of translation and rotation of the vehicle that was deduced from the classical theory of physics, in this case the principle of least action, discussed as a rigid body, in a fixed inertial frame and a mobile reference frame in the body of the vehicle. This model, initially non-linear, is linearized with equilibrium conditions to facilitate the dynamic decoupling of the variables. The implementation of SolidWorks and Simulink is achieved through the MATLAB extension "Simscape", which makes it possible to export rigid solids with their original physical properties and create the graphical simulation environment. The PID control strategy is used with the SISOTOOL tool to tune the constants of the controllers. The control tactic is validated through an animated interface that emulates the behavior of the physical system in its movement space. Future work is proposed that includes the consideration of the linear dependence in the control signals, the complex incorporation of environmental disturbances, the analysis of control strategies on the nonlinear model and the experimental verification of the results obtained in the simulation.
Idioma
spa
Palabras clave
Citación
Diaz Pabón, S. (2023). Modelado y simulación del despegue y aterrizaje vertical de un vehículo aéreo no tripulado tipo cohete mediante la integración de Simulink y SolidWorks. [Trabajo de Grado, Universidad Santo Tomás]. Repositorio Institucional.
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