Browsing by Author "Vera Sanhueza, Luis Ignacio"

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    Diseño y validación de una metodología para la sintonización de lazos de control del autopiloto ArduPilot en RPA de ala fija.
    (Universidad de Concepción, 2026) Vera Sanhueza, Luis Ignacio; Hernández Vicente, Bernardo Andrés
    El desarrollo de sistemas de piloto automático para RPA de ala fija enfrenta un desafío persistente, la sintonización de los controladores PID que gobiernan los lazos de control de la plataforma ArduPilot continúa realizándose principalmente mediante procedimientos empíricos y de ensayo y error, lo que implica largos tiempos de ajuste y riesgos operacionales durante las pruebas de vuelo. Si bien existen herramientas de simulación como SITL, estas no se integran bajo una metodología estructurada que guíe de forma sistemática el proceso de sintonización desde la simulación hasta la validación experimental. En este contexto, el presente trabajo tuvo como objetivo general desarrollar una metodología para la sintonización de los lazos de control de un autopiloto basado en ArduPilot sobre plataforma Pixhawk, aplicada a un RPA de ala fija, utilizando entornos de simulación y pruebas experimentales. Para abordar este objetivo se caracterizó la arquitectura de control de ArduPlane y se implementó un entorno de simulación SITL mediante la integración de ArduPilot con X-Plane 11. Sobre este entorno se evaluó estadísticamente el algoritmo de sintonización automática AUTOTUNE en tres niveles de agresividad, y se desarrolló en paralelo un optimizador numérico propio de ganancias PID-FF, basado en un modelo en espacio de estados de una aeronave. El desempeño de las distintas configuraciones se contrastó mediante una misión autónoma segmentada en cinco zonas de vuelo diseñadas para excitar dinámicas específicas de actitud, trayectoria y altitud. Adicionalmente, se optimizaron los parámetros de los lazos externos de navegación L1 y control longitudinal TECS mediante un algoritmo de optimización bayesiana. La metodología resultante se validó en dos niveles: de forma completa en el entorno virtual sobre una aeronave distinta a la de diseño, el Columbia 400, verificando su transferibilidad; y de forma parcial en la plataforma experimental "Canario", donde se caracterizó su sistema y se consolidaron sus ganancias de AUTOTUNE. Los resultados mostraron que la ganancia de prealimentación domina estructuralmente el ajuste del lazo interno de ArduPlane, exhibiendo una dispersión notablemente menor, entre 0,64% y 8,69% en los niveles 6 y 8, que las ganancias proporcional, integral y derivativa. La configuración AUTOTUNE Nivel 6 se consolidó como la referencia de mejor desempeño en el lazo interno, tanto a la velocidad de diseño como fuera de ella. El hallazgo más relevante fue que el desempeño global de la misión depende en mayor medida de los parámetros de los controladores externos L1 y TECS: su optimización mejoró 20 de las 25 métricas evaluadas en el Cessna 172 y 17 de las 20 evaluadas en el Columbia 400, reduciendo sustancialmente el error de trayectoria y las oscilaciones de altitud. Asimismo, la comparación entre el optimizador analítico y la sintonización empírica evidenció que ambos enfoques son complementarios y no sustitutos. A partir de estos hallazgos se propuso una metodología estructurada en cuatro etapas secuenciales que reemplaza el criterio empírico y subjetivo por un procedimiento reproducible y cuantificable.
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