Comparación entre el Controlador Hinf con Sensibilidad Mixta y el Controlador LQRy con Incertidumbre en un Vehículo Cuadricóptero
DOI:
https://doi.org/10.52428/20758944.v21i57.1329Palabras clave:
LQRy, Hinf, Cuadricóptero, Control Automático, Control robustoResumen
Este artículo, presenta un estudio comparativo entre dos controladores, diseñados para la estabilización de un cuadricóptero. Los controladores son el controlador Hinf con sensibilidad mixta y el controlador LQRy. Ambos controladores han sido diseñados teniendo en cuenta incertidumbres del 10% en la masa e inercias del cuadricóptero. El objetivo principal de esta investigación es discernir cuál de las dos técnicas de control ofrece un rendimiento óptimo en la estabilización del cuadricóptero para garantizar la máxima estabilidad de vuelo. Para este proposito, ambos controladores se diseñaron utilizando el modelo lineal del cuadricóptero. Por lo tanto, dado que el cuadricóptero presenta una configuración MIMO (Múltiples Entradas, Múltiples Salidas) y que su estudio se hace mas complejo al incorporar incertidumbres diagonales en sistemas MIMO, por lo expuesto se hace una simplificación a SISO (Entrada Única, Salida Única), esta simplificación facilita la incorporación de incertidumbres diagonales en el modelo del cuadricóptero. Las simulaciones se realizaron en el entorno Matlab-Simulink®. Los resultados obtenidos indican que el controlador LQRy presenta un rendimiento superior al del controlador Hinf en la estabilización del cuadricóptero. Los resultados obtenidos sugieren que la técnica LQRy podría ser más eficaz para lograr un vuelo estable en condiciones ideales.
Descargas
Citas
Brossard, J., Bensoussan, D., Landry, R. Jr., & Hammami, M. (2019). Robustness studies on quadrotor control. In Proceedings of the International Conference on Unmanned Aircraft Systems (pp. 344-352).
https://doi.org/10.1109/ICUAS.2019.8798198
Bouabdallah, S., & Siegwart, R. (2007). Full control of a quadrotor. In Proceedings of the 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (pp. 153-158). IEEE. DOI: https://doi.org/10.1109/IROS.2007.4399042
Diego, L. M. (2015). Desarrollo de un autopiloto de un quadcopter (M.Sc. thesis). University of Zaragoza, Zaragoza, Spain.
Escamilla Núñez, R. (2010). Diseño, construcción, instrumentación y control de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) (Undergraduate thesis). Instituto Politécnico Nacional, Lima, Peru.
Gonzalez, H., & Vargas, H. R. (2008). H∞ controller design for a variable wind speed turbine. In Proceedings of the 2008 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition: Latin America (pp. 1-7). IEEE. DOI: https://doi.org/10.1109/TDC-LA.2008.4641780
Irfan, A., Khan, M. G., & Mohsin, S. A. (2021). Quadcopter dynamic modeling and stability control design using hardware in loop. In Proceedings of the 2021 IEEE International Conference on Robotics, Automation, Artificial-Intelligence and Internet-of-Things (RAAICON) (pp. 56-59). IEEE. DOI: https://doi.org/10.1109/RAAICON54709.2021.9930035
Khadraoui, S., Fareh, R., Baziyad, M., & Bettayeb, M. (2024). A comprehensive review and applications of active disturbance rejection control for unmanned aerial vehicles. IEEE Access, Advance online publication, Article 185851-185868. DOI:
https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3510557
Maaruf, M., Mahmoud, M. S., & Arif, A. M. (2022). A survey of control methods. International Journal of Robotics and Control Systems, 2(4), 652-665. DOI: https://doi.org/10.31763/ijrcs.v2i4.743
Madi, S., Larabi, M. S., & Kherief, N. M. (2023). Robust control of a quadcopter using PID and H∞ controller. Turkish Journal of Electromechanics and Energy, 8(1), 3-11. Retrieved from https://www.scienceliterature.com
Massé, C., Gougeon, O., Nguyen, D.-T., & Saussié, D. (2018). Modeling and control of a quadcopter flying in a wind field: A comparison between LQRy and structured H∞ control techniques. In International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS) (pp. 1408-1417). DOI: https://doi.org/10.1109/ICUAS.2018.8453402
Montecinos Cortez, H. M. (2022). Implementação de novas funcionalidades no sistema PixHawk (Master's thesis). Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, Brazil.
Nasir, A. N. K., Ahmad, M. A., & Rahmat, M. F. (2008). Performance comparison between LQRy and PID controller for an inverted pendulum system. In Proceedings of the International Conference on Power Control and Optimization (pp. 18-20).
Ogata, K. (2010). Engenharia de Controle Moderno (7th ed.). [Publisher].
Paiva Peredo, E. (2016). Modelado y control de un cuadricóptero (Master's thesis). Universidad de Piura, Piura, Peru.
Pinheiro, E., & Souza, L. (2013). Design of the microsatellite attitude control system using the mixed method via LMI optimization. Mathematical Problems in Engineering, 2013, Article 257193. DOI: https://doi.org/10.1155/2013/257193
Peksa, J., & Mamchur, D. (2024). A review on the state of the art in copter drones and flight control systems. Sensors Journal, 2-42. DOI:
https://doi.org/10.3390/s24113349
PMid:38894139 PMCid:PMC11174836
Praveen, V., & Pillai, S. (2016). Modeling and simulation of quadcopter using PID controller. International Journal of Control Theory and Applications, 9(15), 7151-7158.
Priya, P., & Kamlu, S. S. (2022). Robust control algorithm for drones. In Aeronautics-New Advances. Intech Open. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.105966
Samir, A., Hammad, A., Hafez, A., & Mansour, H. (2017). Title of the article. International Journal of Computer Applications, 168(9). DOI:
https://doi.org/10.5120/ijca2017914539
Smith, D., & Shehzad, M. U. (2016). A robust Hinf control for unmanned aerial vehicle against atmospheric turbulence. In 2nd International Conference on Robotics and Artificial Intelligence (ICRAI) (pp. 1-6). DOI: https://doi.org/10.1109/ICRAI.2016.7791234
Tomashevich, S. I., Borisov, O. I., & Gromov, V. S. (2017). Experimental study on robust output control for quadcopters. In Proceedings of the Mediterranean Conference on Control and Automation (pp. 1029-1034). DOI: https://doi.org/10.1109/MED.2017.7984253
Varghese, A. G., & Sreekala, D. (2019). Modeling and design of UAV with LQG and Hinf controllers. International Journal of Engineering Research & Technology, 8(5), 446-450.
Zenkin, A., Berman, I., Pachkouski, K., Pantiukhin, I., & Rzhevskiy, V. (2020). Quadcopter simulation model for research of monitoring tasks. In Proceedings of the 2020 26th Conference of Open Innovations Association (FRUCT) (pp. 449-457). DOI: https://doi.org/10.23919/FRUCT48808.2020.9087391

Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Derechos de autor 2025 Francisco Triveño Vargas

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.
Los autores/as que publiquen en esta revista aceptan las siguientes condiciones:
- Los autores/as conservan los derechos de autor y ceden a la revista el derecho de la primera publicación, con el trabajo registrado con la licencia de atribución de Creative Commons 4.0, que permite a terceros utilizar lo publicado siempre que mencionen la autoría del trabajo y a la primera publicación en esta revista.
- Los autores/as pueden realizar otros acuerdos contractuales independientes y adicionales para la distribución no exclusiva de la versión del artículo publicado en esta revista (p. ej., incluirlo en un repositorio institucional o publicarlo en un libro) siempre que indiquen claramente que el trabajo se publicó por primera vez en esta revista.
- Se permite y recomienda a los autores/as a compartir su trabajo en línea (por ejemplo: en repositorios institucionales o páginas web personales) antes y durante el proceso de envío del manuscrito, ya que puede conducir a intercambios productivos, a una mayor y más rápida citación del trabajo publicado.