Un breve repaso de control

ALGUNAS MINI MAQUINAS VOLADORAS

Los aviones comerciales incluyen piloto automático, el primer diseño bastante rustico fue presentado en 1914 y desde entonces este sistema electrónico implementado en la industria aeronáutica se ha estudiado continuamente mejorando sus características de control. Es posible considerar entre diversas fuentes de información, los sistemas autónomos de los misiles por ejemplo, que los autopilotos son una de las bases para la aparición de los primeros vehículos aéreos no tripulados (UAV)

Con la excepción de los mecanismos de vuelo utilizados para helicópteros, la idea de implementar maquinas voladoras con múltiples rotores como cuadricópteros tripulados por ejemplo, se ha presentado desde principios del siglo pasado, años 20 aproximadamente, sin embargo no ha tenido el desarrollo esperado en aquel entonces debido a las dificultades del control automático y el despegue vertical de sistemas aéreos.

Para la última década en el campo de los UAV se ha propuesto diseños de prototipos semejantes a mini maquinas voladoras no tripuladas, propulsadas por múltiples rotores. El avance tecnológico ha sido posible en parte a que no llevan un piloto abordo, a la capacidad de despegue vertical, a que los sistemas electrónicos implementados son más simples y miniaturizados. En consecuencia, en un primer momento tecnológico y científico, las investigaciones se enfocaron hacia el área de control automatizado. Luego se marcarían otras tendencias tecnológicas.

Dado que estas mini máquinas voladoras tienen varias capas de control, muchos de estos o en su totalidad, no requieren intervención humana para el cumplimiento de las misiones y claramente diferenciados de los radio-controlados. El control automático se implementa a partir de un modelamiento matemático del sistema físico y que en principio se considera como un sólido rígido que gira y se traslada debido a las fuerzas y pares que sobre este se aplican. Una vez realizado el modelamiento se plantean los movimientos de posición y rotación que se desean controlar, que de momento es un sistema de 4 variables: X, Y, Z y un giro relativos a los mandos de control para el empuje, giros de guiñadas, movimientos de alabeo y cabeceo.  Luego son aplicando capas de control según los objetivos del diseño y misión.

En los últimos años y haciendo el sistema de control más robusto se han tenido en consideración las perturbaciones aerodinámicas como las latencias de transmisión, haciendo de esta manera un modelamiento más próximo relativo a la realidad. Algunas de las técnicas de control que han sido implementadas y validas en prácticas reales son: PID, LQR/LQG, Sliding Mode Control, Intelligent Fuzzy Controller, Neural Network, Genetic Algorithm, Model Reference Adaptive Control, H∞, Uncertainty and Disturbance Estimator, Model Predictive Control, Backstepping Control, Feedback Linearization.

En años recientes 2011 – 2015, se estudia la implementación de la metodología “Simple Adaptive Control” directamente en sistemas de aeronaves no tripuladas UAS para aplicaciones comerciales, ésta técnica venía siendo aplicada en sistemas autónomos militares. Igualmente, algunas de las técnicas mencionadas se han combinado entre ellas, aplicándose en diferentes capas del control lo que ha beneficiado la gestión de las misiones y las posibilidades de diseño. Llegando inclusive a utilizar enfoques de una técnica en la implementación de otra, a lo que se llama controles híbridos. Todo esto se traducirá en efectos de estabilidad y desempeños realmente innovadores