Campus pary julio_29_2011_v1

Los UAV’s en Colombia, unaaproximación a su implementación Leonardo Solaque Guzmán Camilo Ariza Zambrano Grupo GIDAM Campus Party (Bogotá - Colombia) 29 Junio 2011

Objetivo de la exposiciónPresentar algunos desarrollos en los campos que atañen la construcción de los UAV’s En el contexto internacional, mucho se habla de los aviones no tripulados, más conocidos como UAV’s. Aproximaciones aisladas se han realizado en Colomia. Particularmente se presenta desarrollos realizados en la Universidad Militar Nueva Granada, Pontificia Universidad Javeriana y Universidad Nacional sede Bogotá.

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)2. Diseño y construcción de las plataformas3. Modelo matemático y simulación4. Arquitectura de la electrónica y la programación5. Control de la estructura6. Planificación y seguimiento de trayectoria7. AplicacionesConclusión

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)

ContextualizaciónLos vehículos aéreos no tripulados son aviones controladosremotamente o autopiloteados , que tienen la capacidad de cargarcámaras, sensores, equipos de comunicación, entre otros.

ContextualizaciónDependiendo de su misión principal suelen ser : De blanco : simulan aviones o ataques enemigos enlos sistemas de defensa de tierra o aire Reconocimiento : enviando información militar Combate : Combatiendo y llevando a cabo misionespeligrosas Logística : Diseñados para llevar carga Comerciales y civiles : Son diseñados para propósitosciviles Investigación y desarrollo : En ellos se prueban einvestigan los sistemas en desarrollo

Contextualización - InternacionalAplicación posible de los UAV’s y su interacción

Contextualización - Nacional•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)

Contextualización - Nacional•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)•Proyecto AURAjr – Luis Benigno Gutiérrez (UPB)

Contextualización - Nacional•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)•Proyecto AURAjr – Luis Benigno Gutierrez (UPB)•Proyecto Colibri – Carlos Mario Vélez (U. Eafit)

Contextualización - Nacional•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)•Proyecto AURAjr – Luis Benigno Gutierrez (UPB)•Proyecto Colibri – Carlos Mario Vélez (U. Eafit)•Proyecto UrAn – Leonardo Solaque & Alain Gauthier (UniAndes)

Contextualización - Nacional•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)•Proyecto AURAjr – Luis Benigno Gutierrez (UPB)•Proyecto Colibri – Carlos Mario Vélez (U. Eafit)•Proyecto UrAn – Leonardo Solaque & Alain Gauthier (UniAndes)•Proyectos Quad-UAV – Leonardo Solaque (UMNG)

Contextualización - Nacional

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)2. Diseño y construcción de las plataformas

Parámetros de diseño y construcciónCaracterísticas Generales:Portable: Bajo peso / modularAplicaciones: Indoor / OutdoorControl: RC / AutónomoPayload: Cámara – SensoresCaracterísticas Técnicas:Dimensiones aproximadas: Largo:0,6m * Ancho:0.60m * alto:0.40Peso aproximado: 1 kg.Materiales: alta resistencia y bajo peso.Fuente de alimentación: baterías con una autonomía aproximada de 30 minutos.Tipo de Motorización: 4 Motores BrushlessSistema de control: RC y autónomo.Payload: 1 kg

Parámetros de diseño y construcciónCaracterísticas Generales:Portable: Bajo peso / modularAplicaciones: OutdoorControl: RC / AutónomoPayload: Cámara – SensoresCaracterísticas Técnicas:Comportamiento del UAV: Tipo entrenador de ala altaEnvergadura: 3.4 metrosPeso total de la aeronave: 8,7KgVelocidad máxima: 60 km/h.Materiales: alta resistencia y bajo peso.Fuente de alimentación: baterías con una autonomía aproximada de 20 minutos.Tipo de Motorización: 1 Motores BrushlessSistema de control: RC y autónomo.Payload: 2 kg

Algunas nociones elementales Definición de la estructura (diseño en CAD y simulaciones - CAE)

Algunas nociones elementales EmpujeFuerzas sobre el HUBTorques sobre el HUB

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)2. Diseño y construcción de las plataformas3. Modelo matemático y simulación

Modelo cinemáticoSistemas de referencia:Sis. Inercial globalSis. local dirigibleSis. local aeronáuticoParámetros cinemáticos:CG : Posición del centro de gravedadCV : Posición del centro volumétricoVector de estadoMatrices de transformación yVariables medidas en

Modelo dinámicoFuerzas actuantes sobre el QuadPesoEsfuerzos aerodinámicosSíntesis de la ecuación dinámica :Teorema fundamental de la mecánicaTeoría de la mecánica de fluidos ► Masas, inercias y acoplamientos ► Velocidades lineales y angulares ► Vector dinámico (centrifugo y de Coriolis) ► Vector aerodinámico ► Vector aerostático (peso) ► Vector de la propulsión y rotor de cola

Modelo dinámicoConjunto de ecuaciones completo

Modelos de control Cuales son las medidas disponibles ?

Sensores embarcados GPSCentral Inercial Compás Velocímetro Altímetro

Aproximación a propuesta Filtro de Kalman extendido [EKF] Filtro de Kalman sin perfume [UKF]

Aproximación a propuestaUtilizando el modelo completoFuertemente no-lineal Filtro de Kalman extendido [EKF] Filtro de Kalman sin perfume [UKF]

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)2. Diseño y construcción de las plataformas3. Modelo matemático y simulación4. Arquitectura de la electrónica y la programación

Control de la propulsión Conduce a la realización de una electrónica que soporte la implementación de las leyes de controlDriver Motor

Pruebas - experimentales Reference in red & Output in blue 2000 1800PWM [ms] 1600 1400 1200 250 300 350 400 450 Time [s] The control signal 1800 1700PWM [ms] 1600 1500 1400 250 300 350 400 450 Time [s] Pruebas de regulación del sistema de potencia Soportadas por estudiantes de pregrado UN-Sede Bogotá

Electrónica desarrollada – Aviónica Electrónica desarrollada y embarcada Soportada por Diana Beltran

Electrónica desarrollada – Aviónica

Arquitecturas - Electrónica Desarrollada en trabajo de grado en la UMNGSoportado por William Mendoza y Carlos Guzmán

Arquitecturas - Electrónica Desarrollada en trabajo de grado en la PUJJuan Camilo Rivera, Carlos Martin, Omar Pineda

Arquitectura de programación

Arquitecturas - Programaciónclient real world Apache electronics server HTTP Web App Multitasking sensors CGI scripts control system RS232 actuators Non-RT Tasks RT Tasks Linux kernel Embedded PC

Arquitecturas - Programación

Arquitecturas - ProgramaciónWEB BROWSER CONTRO Ethernet UAV L PANEL WiFi INFO PANEL

Arquitecturas - Programación

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)2. Diseño y construcción de las plataformas3. Modelo matemático y simulación4. Arquitectura de la electrónica y la programación5. Control de la estructura

Pruebas - experimentalesMétodos de síntesis: Aproximación clásica PID – Retro de estado + Saturación de la señal de control + Saturación de la señal de referencia

Control - QuadRotorHipótesis: Considerar una fuerza resultante única por estado Se plantea el mismo modelo para estabilizar cada uno de los estados

Control - QuadRotorLeyes finales para cada actuador …

Resultados - Simulación

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)2. Diseño y construcción de las plataformas3. Modelo matemático y simulación4. Arquitectura de la electrónica y la programacion5. Control de la estructura6. Planificación y seguimiento de trayectoria

Planificación en el plano 2D P. Souères & J.P. Laumond

Seguimiento de la trayectoriaEn función de las variables del QuadRotor

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)2. Diseño y construcción de las plataformas3. Modelo matemático y simulación4. Arquitectura de la electrónica y la programación5. Control de la estructura6. Planificación y seguimiento de trayectoria7. Aplicaciones

Aplicaciones – Vuelo de prueba

Aplicaciones – Problemas a atacar

Plan de la exposición1. Contextualización (Internacional - Nacional)2. Diseño y construcción de las plataformas3. Modelo matemático y simulación4. Arquitectura de la electrónica y la programación5. Control de la estructura6. Planificación y seguimiento de trayectoria7. AplicacionesConclusión

Conclusiones• Se contextualiza aportes a nivel nacional• Se presentan diseños de UAV’s• La electrónica desarrollada para las plataformas presenta adecuados comportamientos• Se rescata la importancia de realizar pruebas estructurales• La identificación paramétrica es importante en la medida que permite completar los modelos de los UAV’s.• Los controles presentan aceptable funcionamiento a nivel simulación• La planificación de tareas se hace prioritaria a la hora de realizar misiones

Preguntas ?Gracias por su atención!

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by campus party on Jun 30, 2011

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