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Diseño de un sistema de control de posición de un helicóptero de tres grados de libertad (3GDL)

dc.contributor.advisorGonzález Acevedo, Hernandospa
dc.contributor.authorAngulo Uribe, Alexanderspa
dc.contributor.authorGarcía Ardila, Joan Sneiderspa
dc.coverage.spatialColombiaspa
dc.date.accessioned2021-02-11T19:47:32Z
dc.date.available2021-02-11T19:47:32Z
dc.date.issued2017-11-20
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/12202
dc.description.abstractEl helicóptero 3GDL es un módulo didáctico de 3 grados de libertad que consta de un brazo largo pivotado sobre una base fija vertical, el cual a través de variaciones en el voltaje de dos motores brushless instalados en el extremo del brazo crean una fuerza de empuje que junto al contrapeso ubicado en el extremo contrario permiten controlar los ángulos de elevación (altura que alcanza el cuerpo del helicóptero), el cabeceo (cabeceo en torno al eje longitudinal del prototipo) y el viaje (giro en torno al eje perpendicular al suelo), utilizando 3 sensores, cada uno para registrar las variaciones en los tres ángulos a controlar.spa
dc.description.tableofcontentsOBJETIVOS .......................................................................................................... 13 GENERAL .......................................................................................................... 13 ESPECÍFICOS ................................................................................................... 13 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 14 CAPITULO 1: HELICOPTERO 3GDL ................................................................... 15 1.1 Modelo matemático .................................................................................. 17 1.1.1 Ecuaciones de movimiento ................................................................ 17 1.1.1.1 Eje de cabeceo ............................................................................ 18 1.1.1.2 Eje de elevación .......................................................................... 18 1.1.1.3 Eje de viaje .................................................................................. 22 1.1.2 Modelo de unidad de propulsión ........................................................ 23 1.1.3 Resumen de las ecuaciones .............................................................. 24 1.2 Diseño Mecánico ...................................................................................... 25 1.2.1 Dimensionamiento.............................................................................. 26 1.2.2 Parámetros del sistema ...................................................................... 32 1.2.3. Diseño y análisis del eje de elevación ............................................... 33 1.2.4 Diseño y análisis del eje de cabeceo ................................................. 36 1.2.5 Diseño y análisis del eje de viaje ....................................................... 42 1.3 Diseño electrónico .................................................................................... 44 1.3.1 Sensores ............................................................................................ 44 1.3.1.1 Filtrado de las señales de sensores ............................................ 45 1.3.1.2 Caracterización de sensores ....................................................... 46 1.3.1.3 Ajuste de offset control de viaje ................................................... 51 1.3.2 Motores .............................................................................................. 54 1.3.2.1 Caracterización motores .............................................................. 55 1.3.3 Sistema de adquisición de datos ........................................................ 56 1.3.4 Circuitos ............................................................................................. 57 1.4 Prototipo final ............................................................................................ 60 1.4.1 Modelo final en software CAD y modelo final en físico ....................... 60 CAPÍTULO 2: CONTROL ...................................................................................... 61 2.1 Control clásico PID ................................................................................... 61 2.1.1 Estrategia de control en cascada ....................................................... 61 2.1.1.1 Estrategia de control en cascada PID (1GDL) ............................. 62 2.1.1.2 Estrategia de control en cascada PID (2GDL) ............................. 63 2.1.2 Espacio de estados del sistema ......................................................... 64 2.1.3 Puntos de equilibrio ............................................................................ 65 2.1.4 Linealización del modelo en espacio de estados ............................... 67 2.1.5 Modelo lineal en espacio de estados en discreto: .............................. 69 2.1.6 Comparación modelo lineal y no lineal ............................................... 71 2.1.6.1 Limitaciones a la salida de los controladores .............................. 72 2.1.7 Controladores PID (1GDL) en tiempo discreto ................................... 73 2.1.8 Controladores PID (2GDL) en tiempo discreto ................................... 76 2.2 Control robusto QFT (Quantitative-Feedback-Theory).............................. 80 2.2.1. Concepto de incertidumbre y robustez en el modelo. ....................... 81 2.2.2 Metodología de diseño según QFT .................................................... 82 2.2.3 Diseño de la estrategia de control robusto QFT mediante la Toolbox de Matlab® (QFTCT) ....................................................................................... 84 2.2.3.1 Modelo parametrizado ................................................................. 84 2.2.4 Diseño del lazo de elevación .............................................................. 88 2.2.4.1 Especificaciones de desempeño del controlador ......................... 88 2.2.4.2 Diseño del controlador para elevación ......................................... 92 2.2.4.3 Diseño del pre-filtro para elevación ............................................. 93 2.2.5 Diseño del lazo de cabeceo ............................................................... 95 2.2.5.1 Especificaciones de desempeño del controlador de cabeceo ..... 96 2.2.5.2 Diseño del controlador para cabeceo .......................................... 97 2.2.6 Diseño del lazo de viaje ..................................................................... 98 2.2.6.1 Especificaciones de desempeño del controlador de viaje ......... 100 2.2.6.2 Diseño del controlador para viaje .............................................. 101 2.2.6.3 Diseño del prefiltro para viaje .................................................... 101 2.2.6 Discretización de los controladores y prefiltros ................................ 102 CAPITULO 3: VALIDACIÓN DE LOS CONTROLADORES ............................... 103 3.1 Controladores PID ...................................................................................... 104 3.2 Controlador QFT sin corrección de OFFSET ............................................. 105 3.3 Controlador QFT ......................................................................................... 106 CONCLUSIONES ................................................................................................ 109 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 111 ANEXOS .............................................................................................................. 112spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.language.isospaspa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.titleDiseño de un sistema de control de posición de un helicóptero de tres grados de libertad (3GDL)spa
dc.title.translatedDesign of a three-degree-of-freedom (3GDL) helicopter position control systemspa
dc.degree.nameIngeniero Mecatrónicospa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.publisher.facultyFacultad Ingenieríaspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Mecatrónicaspa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.localTrabajo de Gradospa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.subject.keywordsMechatroniceng
dc.subject.keywords3GDL helicoptereng
dc.subject.keywordsUnmanned aerial vehicleseng
dc.subject.keywordsControl systemseng
dc.subject.keywordsAutomationeng
dc.subject.keywordsFlight controleng
dc.subject.keywordsArtificial intelligenceeng
dc.subject.keywordsMechanic systemeng
dc.subject.keywordsMechanical designeng
dc.subject.keywordsTechnological innovationeng
dc.subject.keywordsAerodynamic effectseng
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional UNABspa
dc.type.hasversioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.accessrightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2spa
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dc.contributor.cvlacGonzález Acevedo, Hernando [0000544655]*
dc.contributor.googlescholarGonzález Acevedo, Hernando [V8tga0cAAAAJ]*
dc.contributor.orcidGonzález Acevedo, Hernando [0000-0001-6242-3939]*
dc.contributor.scopusGonzález Acevedo, Hernando [55821231500]*
dc.contributor.researchgateGonzález Acevedo, Hernando [Hernando-Gonzalez]*
dc.subject.lembMecatrónicaspa
dc.subject.lembSistemas de controlspa
dc.subject.lembAutomatizaciónspa
dc.subject.lembControl de vuelospa
dc.subject.lembInteligencia artificialspa
dc.subject.lembSistema mecánicospa
dc.subject.lembDiseño mecánicospa
dc.subject.lembInnovación tecnológicaspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.unab.edu.cospa
dc.description.abstractenglishThe 3GDL helicopter is a 3 degrees of freedom training module that consists of a long arm pivoted on a vertical fixed base, which through variations in the voltage of two brushless motors installed at the end of the arm creates a thrust force that together with the counterweight located at the opposite end, they allow control of elevation angles (height reached by the helicopter body), pitch (pitch around the prototype's longitudinal axis) and travel (rotation around the axis perpendicular to the ground), using 3 sensors, each one to record the variations in the three angles to be controlled.eng
dc.subject.proposalHelicóptero 3GDLspa
dc.subject.proposalVehículos aéreos no tripuladosspa
dc.subject.proposalEfectos aerodinámicosspa
dc.type.redcolhttp://purl.org/redcol/resource_type/TP
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
dc.contributor.researchgroupGrupo de Investigación Control y Mecatrónica - GICYMspa
dc.contributor.researchgroupGrupo de Investigaciones Clínicasspa
dc.coverage.campusUNAB Campus Bucaramangaspa
dc.description.learningmodalityModalidad Presencialspa


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