Modelado y control en vuelo estacionario de helicópteros autónomos con cable de fijación a tierra

Abstract

Resumen: Los helicópteros son conocidos por sus capacidades de vuelo estacionario (maniobra conocida como hovering), despegue y aterrizaje vertical. Sin embargo, la ejecución de la maniobra de hovering puede verse afectada seriamente por perturbaciones como ráfagas de viento. Lo anterior es más significativo en el caso de helicópteros a escala, que son comúnmente adoptados como plataformas para el desarrollo de vehículos aéreos no tripulados. Para solventar las dificultades anteriores y conseguir maniobras de hovering más estables es posible emplear una configuración consistente en un helicóptero autónomo, un cable de fijación a tierra y un sistema de control que ajusta la tensión en el cable. En este artículo, además de incluir los pasos necesarios para obtener un modelo detallado del sistema, se presenta un análisis de los beneficios inherentes a la configuración con cable, así como el esquema general para el diseño de estrategias de control. A manera de ilustración, se incluyen simulaciones comparativas con perturbaciones de viento generadas artificialmente. Abstract: Helicopters are well-known by their hovering and vertical take-off and landing capabilities. However, the performance of the valuable feature of hovering can be seriously affected by external disturbances such as wind effect. The latter could be even more significant when dealing with small-size helicopters, which are commonly adopted as base platforms for developing unmanned aerial vehicles. In order to address the aforementioned instabilities in hovering maneuvers, it is possible to use an augmented configuration that consists of the unmanned helicopter itself, a tether connecting the helicopter to the ground, and a system in charge of adjusting the tether tension. In this paper, in addition to a detailed model of the system, an analysis on the inherent benefits to the augmented configuration is presented, as well as a general scheme for control design. By way of illustration of previous ideas, several simulations under artificially generated wind influences are presented and compared. Palabras clave: Robótica Aérea, Sistemas Aéreos no Tripulados, Dinámica de Helicópteros, Modelado, Control, Estabilización, Keywords: Aerial Robotics, Unmanned Aerial Systems, Helicopter Dynamics, Modeling, Control, Stabilization