Diseño y construcción de un módulo de control PID para la estabilización de un cuadricóptero

Abstract

Resumen.- El desarrollo e investigación de sistemas de vuelo autónomos ha crecido en los últimos años debido a la cantidad de aplicaciones que tienen las aeronaves no tripuladas o UAV en el campo militar y civil; en ambos casos, por la necesidad de reemplazar la intervención humana en misiones y trabajos de riesgo. De la enorme variedad de aeronaves usadas como UAV, las que mayor interés ha captado son los helicópteros multirotor y en particular los cuadricópteros debido a sus ventajas con respecto a otras aeronaves. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, los cuadricópteros al igual que toda aeronave, constituyen un sistema sumamente inestable, puesto que cualquier desbalance genera movimientos, que al no ser compensados rápidamente pueden ocasionar colisiones. En el presente trabajo se utilizan controladores PID para la estabilización de un cuadricóptero en sus cuatro movimientos: altitud y ángulos de roll, pitch y yaw. La estabilización permite que el vuelo de la aeronave sea sencillo y robusto frente a perturbaciones leves. El módulo de control está diseñado para cuadricópteros comerciales y se ha implementado usando sensores inerciales de bajo costo. Además, el sistema presenta una interfaz gráfica inalámbrica que permite monitorear el desempeño de la aeronave durante el vuelo. Abstract.- The development and research of autonomous flight systems or UAV has been increased lately because of their amount of applications on military and civil fields. Research has been increased mostly for the necessity to replace human intervention on high risk jobs and missions. From the variety of aircrafts used as UAV, multirotor helicopters and specially quadcopters have attracted most of the attention, because of their advantages compared with other aircrafts, like their simple structure, great maneuverability and their vertical and hover flight capacity. However, despite their advantages, quadcopters like other aircrafts are extremely unstable, because any unbalance on its movement, generates linear and angular accelerations, which can lead to a collision if they are not compensated quickly. This work presents the stabilization of a quadcopter using PID controllers to regulate its four basic movements: roll, pitch, yaw angles and altitude. The stabilization of the system makes the quadcopter flight easier and robust against mild disturbances of the environment, so that any inexperienced pilot can easily flight the aircraft. The PID controller module has been designed to be used with commercial quadcopters, and it has been implemented using low cost inertial and ultrasonic sensors. Furthermore, the system also features a wireless interface which lets the user observe the aircraft performance during the flight.