Análisis y diseño de un algoritmo de guiado de aviones no tripulados basado en control predictivo

Abstract

El objetivo de este trabajo es el de profundizar en el desarrollo de algoritmos de control predictivo aplicados al guiado de aeronaves,usando como punto de partida los ya existentes e introduciendo modificaciones que conduzcan a una mejora de las prestaciones y a la inclusión de nuevas funcionalidades. Este tipo de algoritmos, cuyos fundamentos se explican en la sección 1.2, tienen la capacidad para causar un importante impacto. En lo que se refiere a la aviación, su mayor potencial reside,esencialmente,en la aplicación a las aeronaves no tripuladas(en inglés, Unmanned Aerial Vehicles,UAVs).Desde sus inicios,este ha sido un sector en constante crecimiento, tanto en desarrollo tecnológico como en términos económicos. Los primeros ejemplos de UAVs 1 se remontan a la década de 1930,cuando se empezó a fabricar el DeHavilland DH82B “Queen Bee" 2, controlado por radiocontrol y usado como blanco para prácticas de tiro (figura 1.1). A partir de entonces las aplicaciones de las aeronaves no tripuladas no han hecho más que aumentar: de blancos de tiro a aviones de vigilancia e incluso de combate y a la infinidad de aplicaciones de uso civil de hoy en día (agricultura, construcción, búsqueda y rescate, protección de la flora y fauna, grabación de imágenes y vídeo, ocio...). Cabe destacar que, aunque el origen de los UAVs estuvo en el ámbito militar y aunque aún a día de hoy este sea el sector con mayor cuota de mercado,se espera que el crecimiento del uso civil de este tipo de vehículos sea muy superior en un futuro cercano. La figura 1.2 indica una tasa compuesta de crecimiento anual (CAGR 3) del 19% en el año 2020 para el mercado civil de drones, frente a un 5% del militar. Estos valores son superiores incluso a los que ofrecen las previsiones para la aviación tripulada a nivel mundial (4.9% entre los años 2015 y 2034 según predicciones de Boeing4 o incluso un 2.5-3.7% según pronósticos de la Asociación Internacional de Transporte Aéreo, IATA5, para aviación comercial el mismo período). En la actualidad, una de las principales metas que se persiguen es la de lograr la integración de los UAVs en el espacio aéreo controlado. Esto, una vez más, multiplicaría las posibilidades de uso de los UAVs y podría llevar el crecimiento del sector a unos valores aún mayores de los predichos.No obstante,pues toque la seguridad siempre es la primera prioridad en aviación,se requieren sistemas de control capaces de proporcionarlas prestaciones y la fiabilidad necesarias para garantizar el funcionamiento seguro de estos aparatos bajo cualquier circunstancia. Históricamente, la evolución en las aplicaciones de los drones ha sido siempre propiciada por el desarrollo de los sistemas que se usan para controlarlos. La utilización de sistemas de navegación puramente mecánicos(sin posibilidades de modificar la trayectoria planeada) en los primeros UAV dio paso al uso extensivo del radiocontrol y el pilotaje remoto y posteriormente,a la incorporación de computadores embarcados cada vez más potentes y a un grado de autonomía cada vez mayor. Es en este contexto,en el de los UAVs controlados por computadores embarcados y con el objetivo final de la integración en el espacio aéreo controlado, en el que se encuadran los algoritmos de guiado que se desarrollan en este trabajo.