Desarrollo de técnicas avanzadas de control para la estabilización de un Gimbal (2DOF)

Abstract

Presenta el desarrollo y comparación de dos técnicas avanzadas de control, óptimo y robusto, con respecto a un controlador clásico PID para conocer si es posible generar mejores prestaciones al momento de estabilizar dispositivos de grabación que se encuentran instalados en Drones. Inicialmente, en el capítulo 9, se muestra el modelado matemático del Gimbal el cual se obtiene por el método de Lagrange y la teoría de circuitos eléctricos. Posteriormente, en el capítulo 11, se presenta el diseño de tres controladores, uno clásico PID y dos avanzados en la estrategia LQG y sensibilidad mixta 𝐻∞. Por último, en el capítulo 12, se validan cada una de las estrategias de control, mediante una plataforma electromecánica que permite simular la orientación del Drone en 3D. El diseño y construcción de la plataforma se muestra en el capítulo 7. En el modelado matemático se muestran las ecuaciones de manera secuencial, las cuales parten desde las matrices de transformación homogénea del sistema Gimbal, hasta llegar a establecer la igualdad que relaciona el PWM para los motores y la dinámica de la estructura mecánica. Al validar el modelo matemático se muestran los pasos para obtener el modelo de bloques en la interfaz Simmechanics, partiendo de un modelo CAD. La estrategia de control PID se diseña de forma empírica, mientras que la LQG y Loop shaping, se realiza partiendo del modelo matemático linealizado. Para simular las perturbaciones producto de los cambios en la orientación del Drone, se diseña una secuencia para la plataforma en el entorno Simulink, la cual se ejecuta para cada uno de los controladores anteriormente mencionados. Finalizando, se muestran los resultados obtenidos, de manera gráfica, para cada una de las estrategias, su discusión y conclusiones respectivas. Cabe a aclarar que, la validación no solamente es gráfica, sino que también se realiza captura de imagen mediante la cámara.