MARTINEZ-LEON, Andrés Santiago; JATSUN, Sergey    EMELYANOVA, Oksana. Investigation of Wind Effects on UAV Adaptive PID Based MPC Control System. []. , 15, 2, pp.36-47. ISSN 1390-6542.  https://doi.org/10.29019/enfoqueute.1032.

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In this paper, an assessment of the state of coastal territories of Ecuador monitoring issue is conducted. The use of an autonomous robotic aerial platform is proposed as a technical solution to enhance the efficiency of remote surveillance missions performed by national security services along coastline. Considering the UAV nonlinear flight dynamics, as well as the missing information of the environment, is designed a UAV hierarchical control structure composed of an adaptive PID based MPC control strategy. The implementation of an adaptive PID based MPC controller leads to significantly improve the UAV optimal trajectory tracking task, as well as satisfy properties such as adaptiveness, self-learning, and capability of handling uncertainties caused by the unpredictable behavior of sea currents and wind loads retaining robust performance features. In this work, the investigation of external disturbances on UAV stabilization and positioning accuracy considers swirling wind flows and short-term wind gusts. These correspond to deterministic and random processes, are mathematically represented as trigonometric functions with random amplitudes determined by the gust coefficients and the wind loading periods of the pulses. The established range is given by a set of several observations of wind loads in the coastal territories of Ecuador. The analyzed data is collected from the database of national meteorological stations. Finally, the simulation process of the perturbed controlled motion of the UAV along a segmented linear trajectory, as well as the data analysis and graphics are carried out in the MATLAB environment.

En este trabajo se realiza una evaluación del estado de los territorios costeros del Ecuador en términos de monitoreo. El uso de una plataforma aérea robótica autónoma se propone como una solución técnica para mejorar la eficiencia de las misiones de vigilancia remota realizadas por los servicios de seguridad nacional a lo largo de la zona costanera. Considerando la no linealidad de la dinámica de un UAV, así como la inexistencia de información sobre el entorno, se ha diseñado una estructura jerárquica de control compuesta por una estrategia adaptativa de PID basada en un controlador MPC. La implementación del controlador adaptativo PID basado en MPC conduce a mejorar significativamente la tarea de seguimiento de trayectoria óptima del UAV, así como a satisfacer propiedades tales como la adaptabilidad, el autoaprendizaje y la capacidad de manejar incertidumbres causadas por el comportamiento impredecible de las corrientes marinas y las cargas de viento, manteniendo características robustas de rendimiento. En este trabajo, la investigación de los efectos de las perturbaciones externas sobre la estabilización y precisión de posicionamiento del UAV considera flujos arremolinados y ráfagas de corta duración. Estos corresponden a procesos deterministas y aleatorios, son representados matemáticamente como funciones trigonométricas con amplitudes aleatorias determinadas por los coeficientes de perturbaciones y los períodos de carga de viento de las pulsaciones. El rango establecido se da mediante un conjunto de varias observaciones de cargas de viento en los territorios costeros de Ecuador. Los datos analizados son recogidos de la base de datos de las estaciones meteorológicas nacionales. Finalmente, el proceso de simulación del movimiento controlado perturbado del UAV a lo largo de una trayectoria lineal segmentada, así como el análisis de datos y gráficos, se llevan a cabo en el entorno de MATLAB.

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