Modelado orientado al control de un vehículo aéreo no tripulado Skywalker X8
Enviado: 26-01-2025
|Aceptado: 31-03-2025
|Publicado: 11-07-2025
Derechos de autor 2025 Antonio Palacio-Hurtado, Jesus Enrique Sierra Garcia, Matilde Santos
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Palabras clave:
Modelado, Simulación, Vehículo aéreo no tripulado (UAV), Ala fija, Skywalker X8
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Resumen:
La utilidad de los vehículos aéreos no tripulados (UAV, unmanned aerial vehicle) es evidente, lo que se manifiesta en sus múltiples aplicaciones en diversos ámbitos. Dentro de éstos, los drones de ala fija están recibiendo cada vez más interés por algunas de sus ventajas frente a los más conocidos UAV rotatorios, como que son más rápidos y adecuados para vuelos de larga distancia y para cubrir grandes áreas, y son más eficientes en términos de energía. Sin embargo, pueden ser inestables y requieren controladores robustos para su funcionamiento. Para el diseño del controlador es imprescindible contar con modelos matemáticos y computacionales de estos sistemas complejos y no-lineales. En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo dinámico de un UAV de ala fija, el Skywalker X8, así como su simulación. El modelo dinámico no lineal obtenido describe el comportamiento del UAV de forma realista y completa teniendo en cuenta que, al no disponer de cola, las superficies aerodinámicas del UAV pueden comportarse como alerones (deflexión antisimétrica) o como elevadores (deflexión simétrica). La ausencia de cola y el tamaño del UAV hacen posible separar los movimientos longitudinal y lateral manteniendo su acoplamiento parcial. Las entradas del modelo lateral son el ángulo de deflexión de los alerones y la velocidad aerodinámica, mientras que para el modelo longitudinal se han considerado como entradas la fuerza propulsiva y el ángulo de deflexión de los elevadores. Para validar el modelo del UAV se han realizado varias simulaciones de maniobras realistas.
Citas:
Aguilera, A. J. (2019). Modelado, simulación y control de un sistema de seguimiento de trayectorias para UAVs. Proyecto Fin de Máster. Universidad de Sevilla, Sevilla, España.
Gómez, M. A., Pérez, M., & Puentes, C. (2012). Mecánica del vuelo. Editorial Garceta.
González Morgado, A., Álvarez Cía, C., Heredia Benot, G., & Ollero Baturone, A. (2023). UAV fully-actuated. modelo, control y comparación con configuración coplanaria. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial, 20, 401–411. https://doi.org/10.4995/riai.2023.19348
Gryte, K. (2015). High Angle of Attack Landing of an Unmanned Aerial Vehicle. MSc Thesis. Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway.
Gryte, K., Hann, R., Alam, M., Roháč, J., Johansen, T. A., & Fossen, T. I. (2018, June). Aerodynamic modeling of the Skywalker X8 fixed-wing unmanned aerial vehicle. In 2018 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS) (pp. 826–835). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICUAS.2018.8453389
Løw-Hansen, B., Hann, R., Johansen, T. A., & Deiler, C. (2024). Time-Domain System Identification and Validation of Small Fixed-Wing UAV Dynamics. In AIAA Aviation Forum and Ascend 2024 (p. 4653). https://doi.org/10.2514/6.2024-4653
Marton, A. S., Fioravanti, A. R., Azinheira, J. R., & de Paiva, E. C. (2019). Hybrid model-based and data-driven wind velocity estimator for the navigation system of a robotic airship. arXiv preprint, arXiv:1907.06266. https://arxiv.org/abs/1907.06266
Nonut, A., Kanokmedhakul, Y., Bureerat, S., Kumar, S., Tejani, G. G., Artrit, P., ... & Pholdee, N. (2022). A small fixed-wing UAV system identification using metaheuristics. Cogent Engineering, 9(1), 2114196. https://doi.org/10.1080/23311916.2022.2114196
Pan, N., Jiang, J., Zhang, R., Xu, C., & Gao, F. (2023). Skywalker: A compact and agile air-ground omnidirectional vehicle. IEEE Robotics and Automation Letters, 8(5), 2534–2541. https://doi.org/10.1109/LRA.2023.3263862
RcDrone (2024). Skywalker X8 RC Plane - 2122mm Wingspan 2KG Payload 10KM Range EPO FPV Airplane Frame. https://rcdrone.top/products/skywalker-x8-rc-plane
Reinhardt, D., Gryte, K., & Johansen, T. A. (2022, June). Modeling of the Skywalker X8 fixed-wing UAV: Flight tests and system identification. In 2022 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS) (pp. 506–515). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICUAS54217.2022.9836114
Rico-Azagra, J., Gil-Martínez, M., & Rico, R. (2024). Control robusto de la actitud de un multirrotor empleando una arquitectura de control en cascada con prealimentación. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial, 22(1), 45–56. https://doi.org/10.4995/riai.2024.21627
Sierra, J. E., & Santos, M. (2019). Wind and payload disturbance rejection control based on adaptive neural estimators: application on quadrotors. Complexity, 2019(1), 6460156. https://doi.org/10.1155/2019/6460156
Sierra-García, J. E., & Santos, M. (2021). Intelligent control of an UAV with a cable-suspended load using a neural network estimator. Expert Systems with Applications, 183, 115380. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2021.115380
Vázquez, R., Sánchez, J., & Gavilán, F. (2015). Fundamentos de Navegación Aérea. https://aero.us.es/fna/files/T7FNA.pdf
Vila, O. (2011). Modelización de aeronaves no tripuladas con Simulink. Proyecto Fin de Carrera. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, España.
Zhang, Y., Zhao, Q., Mao, P., Bai, Q., Li, F., & Pavlova, S. (2024). Design and control of an ultra-low-cost logistic delivery fixed-wing UAV. Applied Sciences, 14(11), 4358. https://doi.org/10.3390/app14114358
