Diseño y simulación de un dirigible a escala

Abstract

Este documento es capaz de proveer información teórica al lector de cómo realizar el diseño aerodinámico y modelado de un dirigible radio controlado no tripulado (UAV). El trabajo comprende la elaboración de un modelo matemático que represente el dirigible y posteriormente poder hacer una metodología de control donde los parámetros de manejo son las velocidades en el eje “x” y “z”. El modelo matemático procede de un análisis aerostático y aerodinámico donde los parámetros y coeficientes están realizados con base en el libro “Fundamentals of Airship Design”. Luego de tener el modelo se procede a pasarlo a función de transferencia y linealizarlo, donde los parámetros de entrada son: la fuerza de los motores y el ángulo de estos y las salidas son las velocidades previamente mencionadas. Para poder hacer el control digital se hizo una comparación la cual se basó en la sintonización de controladores PID (SIMC) de Ziegler-Nichols y el método de lugar de las raíces donde un software facilito el proceso. Por último, se analizaron las señales mediante la técnica “process in the loop (PIL)” en la herramienta Simulink, lo cual permite la comprobación de los parámetros de salida ante una entrada de referencia en tiempo real sin necesidad de tener en físico él diseño.

This document can provide theoretical information to the reader on how to perform the aerodynamic design and mode of an unmanned steerable radio (UAV). The work includes the development of a mathematical model that represents the airship and, later, the control capacity, where the driving parameters are the speeds on the "x" and "z" axes. The mathematical model comes from an aerostatic and aerodynamic analysis where parameters and coefficients are made based on the book "Fundamentals of the design of the airship". After having the model is passed and passed to a transfer function and linearized, where the input parameters are: the strength of the engines and the angle of these and the outputs are the previously indicated speeds. In order to make the digital control a comparison was made in the tuning of PID controllers (SIMC) of Ziegler-Nichols and the method of place of the roots where software facilitates the process. Finally, the signals will be analyzed by means of the technique "process in the loop (PIL)" in the Simulink tool, which allows the checking of the output parameters before a reference input in real time without needing to have in the physical design.