Modelado dinámico y control de sistema multi-rotor con plano de hélice inclinado

Abstract

Hoy en día, el sector de los UAVs (vehículos aéreos no tripulados) está creciendo continuamente. Cada vez se encuentran más aplicaciones para este tipo de aeronaves, como por ejemplo vigilancia de fronteras, grabación de eventos, transporte urgente de órganos para operaciones de transplante, etc. Es más, se diseñan drones cuya configuración y geometría están optimizadas para desempeñar una función específica. Esta es la razón de ser del tilting-quadrotor, un diseño particular de quadrotor que permite el giro de los rotores para orientar la fuerza propulsiva de las hélices como se desee, permitiendo más libertad de actuaciones. El objetivo de este proyecto es analizar el comportamiento y el control de un tilting-quadrotor, comparándolo a menudo con el quadrotor convencional y enunciando las ventajas y desventajas que tiene respecto de éste. Para ello, en primer lugar se modela la dinámica del sistema, posteriormente se analizan las ecuaciones y se comparan algunos aspectos entre estos dos diseños, como la autonomía o el comportamiento con viento presente. Por último, se van a diseñar los controladores para el tilting-quadrotor, y para comprobar que están bien diseñados, se hará que el sistema siga una trayectoria en el espacio y se analizarán los errores resultantes.

Nowadays, UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) sector is constantly growing. It is frequent to find new applications for these kind of aircrafts, such as borders surveillance, events filming or even transporting organs that are needed for imminent surgery. In addition, new drones are being designed, whose configuration and geometry are optimized in order to perform a specific mission. This is why the tilting-quadcopter was created. It is a special version of the classic quadrotor, that allows rotors to turn around a determined axis, allowing the aircraft to freely direct the direction of propulsive forces and thus increasing its performance capability. The aim of this project is to analyse performance and control of a tilting-quadcopter, to compare it with the classic quadcopter and analizing its advantages and disadvantages. For that reason, dynamics are modelled at the beginning of the text. Afterwards, dynamic ecuations are analysed and the two designs are compared in terms of flying time and performance with presence of wind. At the end, control laws for the tilting-quadcopter are going to be designed, and, in order to verify that the controllers are properly designed, they are going to be tested by making the aircraft follow a specific path. To conclude, results will be discussed and analysed.