Diseño y Análisis del Desempeño de Controladores Pid y Pid-Fuzzy para Control de Altitud en un Cuadricóptero

Abstract

El presente trabajo describe el diseño y análisis de desempeño de dos tipos de controladores de altitud para un cuadricóptero. En primer lugar se desarrolló un controlador PID clásico y luego se desarrolló un controlador PID-Fuzzy. Ambos controladores fueron implementados sobre el modelo matemático simplificado de un cuadricóptero, el cual se fundamenta en las ecuaciones de Newton-Euler. Empezamos definiendo los índices de desempeño como son: sobrenivel porcentual (OS), tiempo de estabilización (Tss), y error de estado estable (Ess) alrededor de un punto de operación, el cual permitió evaluar el comportamiento de los controladores PID clásico y Fuzzy PID. En el controlador PID, se aplicó las técnicas de control regulatorio para desarrollar un controlador clásico tipo Proporcional Integral Derivativo (PID). De esta manera se obtuvo un controlador Cz para el control de altura, el cual cumplió con los parámetros establecidos de; OS, Tss y, Ess. Luego se aplicó la lógica de Mamdani para el desarrollo de un controlador Fuzzy-PID, donde se definió las reglas lingüísticas basadas en la experiencia lógica de funcionamiento de un cuadricóptero. Con la ayuda de la herramienta Fuzzy Logic Designer de Matlab® se definió dos variables de entradas; error de la posición y error de la velocidad y una variable de control de salida. Con la herramienta Rules del Fuzy Logic Designer, simulamos los valores de entrada para verificar la salida deseada. Con los dos controladores desarrollados y con la ayuda de Simulink®, se realizó la simulación del modelo de la planta junto con el controlador PID clásico y, con el controlador Fuzzy-PID por separado, para su análisis. Finalmente se realizó la comparación del rendimiento de ambos controladores. De los resultados obtenidos, tenemos que el controlador Fuzzy-PID tiene mejor respuesta OS y Tss, que el controlador PID clásico. También como parte de la comparativa, se realizó la simulación de los controladores ante la respuesta de una perturbación. En conclusión, el controlador Fuzzy-PID tiene mejor rendimiento para el control de altura ante los cambios de referencia y una mejor respuesta antes las perturbaciones, en comparación a un controlador PID clásico