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
CROMAT: Coordinación de RObots Móviles
Aéreos y Terrestres
Santander, 7 de Abril de 2004.
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Introducción. Breve descripción
* Esquema de objetivos* Resultados principales y soluciones aportadas* Continuidad de la investigación* Posibilidades de transferencia* Referencias principales
“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
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)
Sólido rígidoDinámica pral. Etapa de actuación= +
Problemas control =MIMO altamente no lineal, acoplado +
Subactuado, con incertidumbre
Estudio dinámico para guiar elección técnicas control
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Modelado de helicópteros a escala (II)
• Numérica (Simulink)
• Simbólica (Mathematica)
• Gráfica (OpenGL)
Tipo implementaciones:
X
Ac
xb
selector
PBw
e
xb
Gv
Gw
nuwad
nuwr
redw
PBv
e
xb
Gv
Gw
nuv ad
redv
Xc
delQ
acv
acw
X_ref
mod_ref
X
nuv
Tm
delQ
invT
X
nuw
deltam
invR
ei eo
fi ltro PB
Xc
comandos
circulo
u
X
Ac
bear
Xc
comandos
bajada
Xc
Ew
Ev
t
U
X
modref
U U(E)
U U(E)
U U(E)U U(E)
Selector
e
PDv
PDw
PD
Demux
Demux
zeros(3,1)
zeros(3,1)PBwPBv
Gw
Gv
Clock
Modelos estudiados:
• MARVIN (T.U. Berlin)
• IKARUS (Kim-Tilbury)
• BEAR (Univ. Berkeley)
1
nuvad
MATLABFunction
transpose3
MATLABFunction
transpose2
MATLABFunction
transpose1 MATLABFunction
logsig
MATLABFunction
extract
MATLABFunction
dlogsig
Wv0
Vv0
MatrixMultiply
MatrixMultiply
MatrixMultiply
MatrixMultiply
MatrixMultiply
MatrixMultiply
MatrixMultiply
MatrixMultiply
MatrixMultiply
MatrixMultiply
1s
1s
[V]
[W]
kapav
[W]
[V]
sqrt(u)
5
Gw
4
Gv
3
xb
2
e
1
PBv
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Resultados sobre técnicas de control (I)
Entrada de control
Dinámicatraslaciona
l
Dinámicarotacional
Colectivo Tm
z -
Cola Tt
-
Longitudinal a x
Lateral b
y
Principales líneas exploradas: Técnicas Bear (Sastry){ Técnicas Georgia Tech
* Raimúndez, Camaño, Baltar, Intelligent Autonomous Vehicles, IAV’04, Lisboa 2004† Raimúndez, Camaño, Béjar, IFAC World Congress, Praga 2005 (colab. subproy. 1)
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,
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Resultados sobre técnicas de control (II)
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
Sin Adaptación Con Adaptación
Evolución de los Pesos
* Raimúndez, Camaño, Béjar CDC-ECC, Sevilla 2005 (colab. subproy. 1)
Técnicas Isidori-MarconiNuevas líneas:
{ Técnicas backsteppingAntisaturación
Probl. abiertos:
{ Gen. refs.
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Principales líneas exploradas:
• Estimación de pose• Seguimiento de pose{
* Baltar, Barreiro, Delgado World Automation Congress, WAC’04, Sevilla 2004
† Delgado, Barreiro Automatica 39(7) 1195-1203 (2003)
Resultados sobre visión dinámica (I)
• Problemas: Implementar un sistema de realimentación por visión• Soluciones: Entorno completo para visión dinámica: localización inicial, gestión marcas, gestión subventanas, ocultaciones, etc.
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Líneas en exploración: • Localización marcas y SLAM
• Impacto periodo muestreo{† Delgado, Barreiro, Baltar IFAC World Congress, Praga 2005 * Delgado, Barreiro Int. Journal of Control, 77(7) 693-702(2004)
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,…
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Prioridad normal
Alta prioridad
Hilo para diálogo con el usuario
Hilo de adquisición y tratamiento de imágenes
Programa de visión
Control en tiempo real:
Simulink
Lenguaje C
Real-Time Workshop
Real-Time Windows Target
S-Function Lenguaje C
Visual C++ Ejecutable:ejecucion enTiempo Real
Device-driverRTWT
Restricción del movimiento a 2GdL
Helicóptero de RC Mikado Logo 20-1350 mm diametro palas y 3.3 Kg-Motor brushless con controlador de velocidad
Sistema de visión
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
Plataforma de laboratoriopara experiencias de control de helicópteros
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Plataforma de laboratoriopara experiencias de control de helicópteros
Subproyecto 3: Técnicas de control de helicópteros a escala
Resumen
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)
Diseño de autopilotos más eficientes y robustos Plataforma de gran potencial didáctico y demostrativo
Posibilidades de transferencia