Resumen de Guidance navigation and control algorithms for high dynamics vehicles
Desde el principio de la aviación se han investigado y desarrollado aeronaves sin tripulación, para usos de entrenamiento, exploración, investigación y, sobretodo, misiones militares. En los últimos años, en España y en Europa se están realizando investigaciones y grandes proyectos en aeronaves no tripuladas, estando establecido gran parte de este foco de investigación, en el desarrollo e implementación de los conocidos popularmente como autopilotos, o más profesionalmente como sistemas GNC. En este trabajo de investigación se pretenden llevar a cabo el desarrollo de un algoritmo de Navegación, Guiado y Control (GNC) para el diseño de una computadora de vuelo para aeronaves no tripuladas de alta dinámica, el cual se pretende que sea parametrizable, de forma que sea aplicable a aeronaves de diversa índole.
La navegación aérea busca determinar variables como posición, actitud y velocidades de objetos que se mueven dentro del medio aéreo mediante diferentes técnicas. Algunas permiten determinar el valor absoluto de los parámetros de navegación del vehículo mediante mediciones referidas a cuerpos exteriores al mismo, mientras que otras utilizan mediciones de parámetros que permiten inferir los parámetros de navegación de manera indirecta, por ejemplo propagándolos. Estos sistemas están limitados a las condiciones del medio y a los errores en los métodos de medición utilizados. Con el avance de la tecnología se logró diseñar y fabricar sensores inerciales que fijos en el vehículo pueden medir sus aceleraciones y velocidades angulares de manera muy precisa y con acotado error, pero aun así, los métodos de propagación con datos que se integran en el tiempo suelen divergir. Es por eso que muchos sistemas combinan ambos tipos de mediciones, las internas y las externas para corregir durante largos períodos de tiempo los parámetros de navegación estimados. Este tipo de sistemas de navegación es ideal para aplicaciones en entornos abiertos y para vuelos autónomos, ya que por ejemplo, implementados en una aeronave no tripulada, permiten que este conozca su entorno y parámetros de navegación, de manera autónoma y sin contacto con una estación de tierra. El problema que surge en las aeronaves de alta dinámica es la necesidad de un alto grado de precisión de estos equipos de medida, y de la necesidad específica de componentes diseñados ad-hoc. En esta tesis se pretende que el algoritmo sea capaz, de a partir de una hibridación de las dos familias de sensores descritas, de obtener estos parámetros del entorno con el grado de precisión necesario para su aplicación en los algoritmos de guiado y control de múltiples aeronaves de una forma versátil.
El guiado se encarga de ubicar a un vehículo en una determinada posición o hacer que éste siga trayectorias de posición a lo largo del tiempo. Estas pueden ser puntos claves en un mapa, o trayectorias precisas de actitud y posición que el vehículo debe tomar a lo largo de un camino en determinado momento. En esta investigación se pretende que el algoritmo determine esa trayectoria a seguir por el vehículo de forma autónoma, tratando de optimizar las variables que sean pertinentes.
Todo lo anterior no sería de nada útil sin el necesario algoritmo de control. Según su definición académica, los sistemas de control son aquellos que permiten controlar alguna cantidad o variable física en un sistema o proceso. Es posible encontrarlos en los pilotos automáticos de todo tipo de aeronaves, tanto tripuladas como no tripuladas. En su expresión más sencilla, un sistema de control, o lazo de control se compone de una planta o sistema representada por una ecuación, la cual es controlada mediante una señal generada por el controlador, en función del error entre el valor deseado de la salida y el valor actual. En particular, en este trabajo se diseñaran los algoritmos de control desde el inicio, partiendo del estudio, previo modelado de la planta, o plantas a controlar mediante simulaciones.
El diseño de un modelo matemático de simulación que englobe todos los sistemas descritos
