Implementación del algoritmo de búsqueda de Fibonacci en Aerostack para el ajuste automático de controladores de UAVs

Abstract

En este trabajo de fin de máster se presenta el estudio, implementación y testeo de un sistema de ajuste de controladores automático y en línea para vehículos aéreos no tripulados (UAVs) dentro del marco software Aerostack. El método de ajuste se basa en el algoritmo de búsqueda de Fibonacci y permite calcular el valor de dos de las ganancias de un controlador PID, independientemente del modelo UAV empleado. El ajuste se realiza de forma automática y durante el vuelo del UAV, evaluando una función de coste dentro de un rango seguro de ganancias. Así, con este sistema es posible ajustar los controladores de forma óptima, permitiendo un control más preciso. El algoritmo se ha implementado en Aerostack para permitir el ajuste de los controladores de posición y altura, tanto en simulaciones como en vuelos con UAVs reales. Inicialmente, para poder llevar a cabo la implementación del sistema, se ha estudiado la lógica detrás del algoritmo de búsqueda de Fibonacci. Esto se ha realizado mediante el desarrollo de un simulador en código C++ que implemente parte de dicha lógica. En segundo lugar, se ha analizado la arquitectura de sistemas robóticos en ROS y Aerostack, para que el algoritmo pueda ser integrado dentro de estos marcos. Una vez implementado en Aerostack, se ha comprobado su funcionamiento mediante el uso de múltiples simulaciones en el simulador Gazebo, empleando diferentes configuraciones. Por otro lado, se han desarrollado varios scripts de Matlab para analizar toda la información generada en las simulaciones. Con ellos, se pueden obtener gráficas que representen la evolución de las variables más representativas del proceso de ajuste, permitiendo comprobar el funcionamiento del sistema. Posteriormente, se ha probado el algoritmo en vuelos reales con un drone Parrot Bebop 2, junto con el sistema de captura de movimiento Optitrack. Se han analizado los resultados obtenidos, comparándolos con las simulaciones obtenidas previamente y se han propuesto soluciones para mejorar funcionamiento del sistema.
Cabe mencionar que este proyecto nace como una colaboración con los diseñadores del algoritmo de ajuste, pertenecientes a la Universidad Politécnica de Poznań y los desarrolladores de Aerostack, de la Universidad Politécnica de Madrid. Y el objetivo final de este proyecto es que ambos grupos puedan emplear el sistema desarrollado para futuros proyectos.