Diseño e implementación de un sistema de control para un cuadricóptero
Antonio Pico Villalpando
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Texto completo de la Tesis 
Resumen
En décadas recientes, ha habido un gran interés en el estudio de vehículos aéreos no tripulados (en inglés: UAVs o unmanned aerial vehicles), ya que han demostrado ser una herramienta versátil y de relativo bajo costo para un gran número de aplicaciones. Los últimos avances en la tecnología han impulsado el desarrollo y la operación de este tipo de vehículos. Los nuevos sensores, microprocesadores y sistemas de propulsión, son ahora más pequeños, más ligeros y más capaces que nunca. En este trabajo de tesis, construimos un vehíículo aéreo de ala rotativa llamado cuadricóptero o cuadrirotor. Estos vehículos tienen la ventaja de poder quedarse suspendidos en el aire y de tener alta maniobrabilidad, lo que los hace útiles en misiones de robótica. El vehíículo cuenta con una pequeña computadora a bordo con Linux embebido y Xenomai, una plataforma para dar soporte en tiempo real. Diseñamos el control automático de postura y altura basándonos en controladores PID. Este tipo de controladores requiere de un ajuste fino de sus parámetros para su correcto funcionamiento por lo que, viendo esto como un problema de optimización, utilizamos el algoritmo de evolución diferencial para hacer el mejor ajuste posible, obteniendo resultados positivos. El cuadricóptero puede comunicarse con una computadora (usada para con figuración y apoyo en la evolución diferencial) y una tablet-PC con Android, que sirve para el control en tierra. Esto a través de una red Wi-Fi. Palabras clave: vehículos aéreos no tripulados, cuadricóptero, evolución diferencial, control PID, sistemas embebidos
Abstract
In recent decades, there has been a great interest in the study of unmanned aerial vehicles (UAV's), as they have proven to be a versatile and relative low cost tool for a large number of applications. Recent advances in technology have boosted the development and operation of such vehicles. The new sensors, microprocessors and propulsion systems, are now smaller, lighter and more capable than ever. In this thesis, we construct a rotary-wing aerial vehicle called quadcopter or quadrotor. These vehicles have the advantage of being able to hover and having high maneuverability, making them useful in robotic missions. The vehicle has a small on-board computer running embedded Linux and Xenomai, a development framework for real-time support. We design an automatic control of attitude and altitude based on PID controllers. Such controllers require the fine tuning of their parameters for proper operation, so seeing this as an optimization problem, we use the diff erential evolution algorithm to do the best possible t, with positive results. The quadcopter can communicate with a computer (used for con guration and differential evolution support) and a tablet-PC with Android, which serves as ground control. All this through a Wi-Fi network. keywords: unmanned aerial vehicles, quadcopter, di fferential evolution, PID control, embedded systems.
