Diseño e implantación de la electrónica y software de control en tiempo real para un cuadricóptero

Abstract

En este proyecto se pretende realizar el diseño completo de un dron: el sistema de control a bordo y un modelo que permita simular respuesta ante distintos escenarios. Además, se aborda el diseño de las piezas que componen su estructura, teniendo en cuenta las limitaciones físicas de los componentes y la impresora de fabricación aditiva empleada. El principal aspecto del diseño de drones es la gestión de los motores para controlar el equilibrio de fuerzas. Estos motores suelen ser del tipo BLDC, que ofrece mayor potencia que los DC con escobillas. Su gestión requiere técnicas complejas, como el control orientado al campo (FOC), que mide las intensidades de las fases del motor para generar un campo magnético que ejerce un par motor perpendicular al motor en todo momento. Esta técnica, compleja, requiere implementar microcontroladores con sistema de adquisición de señales de alto rendimiento capaces de gestionar las medidas de potencia con una frecuencia elevada. Se enfoca la gestión de los motores mediante la técnica de control trapezoidal con sensores de realimentación de efecto hall, que requiere gestionar un circuito triple medio puente H combinacional que adapte señales PWM para regular la potencia transmitida. El ancho de pulso aplicado se genera por un controlador en cascada de la posición y la velocidad angular del dron medidas mediante un sensor inercial. Para implementar este controlador se diseña un sistema de tiempo real basado en interrupciones. Como resultado, se consigue controlar la velocidad de los motores sin realizar medidas de la potencia del dron como en el control FOC y se sintoniza un sistema de control robusto para la posición del dron con tiempos de retraso reducidos mediante técnicas de aceleración de software. Esta solución, menos compleja, se implementa en un microcontrolador de 8 bits sin necesidad de diseñar un sistema de adquisición de señales.