Modelado y control de un tilting quadrotor con 5 grados de libertad

Abstract

El objetivo de este Trabajo de fin de carrera es el de estudiar las ecuaciones que permiten realizar tanto el control como el modelado de un vehículo aéreo no tripulado tipo tilting quadrotor que contará con dos servomotores, es decir, un dron de 4 hélices donde los rotores serán inclinables dos a dos. Para ello, este documento se ha dividido en 3 partes fundamentales, referidas a cada uno de los pasos tomados en este estudio, que se han elaborado para obtener los resultados finales. En la primera de ellas, se realizará un estudio previo de las ecuaciones que modelarán tanto la dinámica como la cinemática del mismo. Además, se abordará la búsqueda de soluciones ante el problema de control que supone el incluir dos servomotores a la configuración. Posteriormente, se continuará modificando un simulador de vuelo según los resultados obtenidos en el apartado anterior. Por último, se hará una descripción de los puntos singulares que presenta el modelo dándoles, a su vez, un porqué. Para corroborar la veracidad y funcionalidad de todo lo anterior, se finalizará este trabajo llevando a cabo una serie de simulaciones que permitirán observar el comportamiento del dron frente a diferentes situaciones. A partir de los resultados, se elaborarán las conclusiones pertinentes.

The aim of this final degree report is to study the equations that lead to the development of the control and modeling of a tilting quadrotor which has the ability to rotate its motors in pairs. To carry out this task, the document has been divided into three parts, related to each phases that that must be undertaken in order to reach the final objetive and obtain results. Firstly, a preliminary study of the equations that models the kinematics and dynamics of the system has been done. Additionally, this part includes a search for solutions that allows the calculations of the new variables introduced by the servomotors, the orientations of the motors. Secondly, the study continues with the modification of a flight simulator, which is adapted to incorporate the equations of the quadrotor. Finally, a description of the singularities presented by the model will be provided, along with a rationale for each. To verify the accuracy and functionality of the aforementioned work, this report will conclude with a series of simulations which allow making observations of the quadrotor’s behavior facing different situations. These results lead to make conclusions.