@unpublished{upm50286,
         address = {Madrid},
          author = {Alejandro Antona Casta{\~n}ares},
            year = {2018},
           month = {February},
           title = {Identificaci{\'o}n, modelado y control de un cuadric{\'o}ptero de bajo coste},
        abstract = {El alcance de este trabajo es la identificaci{\'o}n, modelado y control de un cuadric{\'o}ptero de bajo coste para su posterior implementaci{\'o}n en el sistema real. Mediante la utilizaci{\'o}n del banco de ensayos del departamento de Autom{\'a}tica, equipado mediante un sistema de c{\'a}maras infrarrojas de captura de movimiento se han realizado experimentos reales de vuelo con el cuadric{\'o}ptero a controlar. Se ha trabajado con los datos proporcionados por el sistema Optitrack referentes a la posici{\'o}n y orientaci{\'o}n en cada instante de tiempo del sistema que es objeto de estudio. En la actualidad se utilizan diferentes metodolog{\'i}as para abarcar los objetivos que se plantean en este trabajo. Durante este proyecto se han escogido las t{\'e}cnicas m{\'a}s adecuadas para poder llevarlos a cabo. A continuaci{\'o}n, se va a realizar un peque{\~n}o resumen de los pasos seguidos. Se han propuesto dos modelados diferentes, un modelo te{\'o}rico o tambi{\'e}n denominado de caja gris y un modelo basado en una regresi{\'o}n Bayesiana. Se han desarrollado respectivamente por separado, comparado y analizado cuidadosamente mediante un an{\'a}lisis estad{\'i}stico de los resultados obtenidos para posteriormente obtener un resultado final y global que represente fielmente el comportamiento din{\'a}mico del cuadric{\'o}ptero. El tratamiento previo de los datos se ha realizado con las t{\'e}cnicas matem{\'a}ticas de c{\'a}lculo m{\'a}s apropiadas para as{\'i} poder garantizar la veracidad y fiabilidad del resultado. Una vez obtenido el modelado del sistema se han explorado diferentes t{\'e}cnicas de control de cuadric{\'o}pteros eligiendo dos metodolog{\'i}as para as{\'i} poder obtener un resultado contrastado entre ellas y finalmente elegir la que nos proporcione mejores prestaciones. En primer lugar, se ha desarrollado un control basado en el modelo inverso de regresi{\'o}n Bayesiana. Por otro lado, se ha llevado a cabo la confecci{\'o}n de una red neuronal basada en el modelo inverso del sistema. Mediante an{\'a}lisis estad{\'i}sticos se ha profundizado en el resultado obtenido validando los dos controles por separado. Posteriormente se ha realizado una serie de simulaciones para distintas trayectorias de vuelo o distintas situaciones como modificaci{\'o}n de los par{\'a}metros del modelo o aportaci{\'o}n de ruido Gaussiano. Por {\'u}ltimo, se ha elegido un {\'u}nico controlador entre los dos propuestos basado en la respuesta que proporciona al sistema. La estructuraci{\'o}n del trabajo se ha propuesto de forma ascendente atendiendo al grado de complejidad. En una primera aproximaci{\'o}n se ha realizado el modelado de cada grado de libertad referente a una sola entrada. Una vez comprobado que las t{\'e}cnicas de trabajo han sido las correctas y que los resultados hab{\'i}an sido adecuados, se ha decidido desarrollar un modelado y control para el sistema completo. Esto quiere decir, que se ha considerado que cada grado de libertad es consecuencia del valor correlacionado del conjunto de las entradas.
Por {\'u}ltimo, se ha implementado el control dise{\~n}ado en el sistema real, introduciendo en el software de vuelo los algoritmos y variables definidas durante el transcurso del proyecto. El resultado final se ha examinado en el banco de ensayos anteriormente mencionado para poder llegar al control en posici{\'o}n y generaci{\'o}n de trayectorias de forma satisfactoria. Ante los resultados obtenidos podemos afirmar que la consecuci{\'o}n final de este proyecto ha sido satisfactoria. En comparaci{\'o}n con el control implementado en el trabajo previo sobre el mismo cuadric{\'o}ptero y utilizando el mismo sistema de c{\'a}maras podemos certificar que se ha obtenido una mejora en el vuelo. La diferencia entre el resultado de los dos trabajos reside en el an{\'a}lisis del sistema y su posterior implementaci{\'o}n del control. En el trabajo previo se estudiaba el cuadric{\'o}ptero mediante una funci{\'o}n de transferencia, relacionando los comandos de vuelo con la posici{\'o}n de este, posteriormente se implementaba un control en funci{\'o}n del modelado aplicado. Sin embargo, en este trabajo se desarrolla un an{\'a}lisis m{\'a}s detallado del comportamiento din{\'a}mico del sistema y se ha conseguido modelar la aceleraci{\'o}n en cada grado de libertad en funci{\'o}n del conjunto de comandos introducidos. Adem{\'a}s, el control est{\'a} basado en una t{\'e}cnica de computaci{\'o}n m{\'a}s avanzada como la implementaci{\'o}n de cuatro redes neuronales. Se ha podido comprobar que el modelo desarrollado no refleja fielmente la realidad. Aunque esta situaci{\'o}n podr{\'i}a llegar a tener repercusiones negativas en la estabilidad del cuadric{\'o}ptero se ha demostrado que el desarrollo de la red neuronal puede compensar estos errores en el modelo y ajustarse durante el vuelo. Adicionalmente se ha desarrollado un algoritmo de entrenamiento on-line de dicha red para poder mejorar las prestaciones en el control del cuadric{\'o}ptero. Por otro lado, cabe destacar que estamos intentando modelar y controlar un cuadric{\'o}ptero de bajo coste. Esta situaci{\'o}n conlleva una serie de problemas que hay que tener en cuenta. Alguna de ellas son la baja calidad de sus componentes de dise{\~n}o o la posible existencia de un control ya implementado sobre {\'e}l. Es por este motivo por lo que los resultados que hemos obtenido se pueden considerar un {\'e}xito ante las mejoras realizadas teniendo presente el sistema que utilizamos. Se puede ver que los errores de posici{\'o}n que tiene el sistema volando a un punto fijo y con cambios de trayectoria son bastante apropiados. En la siguiente tabla se pueden comparar dichos errores entre el trabajo anteriormente realizado y el desarrollado en este proyecto. En conclusi{\'o}n, podemos afirmar que los tres objetivos principales del trabajo han sido desarrollados y finalizados con {\'e}xito. En primer lugar, se han identificado las caracter{\'i}sticas din{\'a}micas del sistema mediante la realizaci{\'o}n de experimentos. Posteriormente, se ha llevado a cabo el modelizado de dicho comportamiento din{\'a}mico. Y finalmente se ha desarrollado un control, que como se ha explicado anteriormente ha proporcionado muy buenos resultados en el desarrollo de un vuelo estable.},
             url = {https://oa.upm.es/50286/}
}