Effect of tool end angle on delamination of drilling of CFRP

En el bloque Control System1 se implementan los controladores de bajo nivel para el Viewer.

Figura 50 Controlador

Este es el módulo que implementaremos en el microcontrolador. Las entradas de este subsistema son las siguientes:

• States: el controlador utiliza como entradas las medidas dinámicas del estado de la aeronave. En un sistema inercial estas medidas las proporciona una unidad de medida inercial y un GPS. Normalmente los datos generados por estos sensores suelen procesarse median un filtro de Kalman que nos

97 proporcionar ambos sensores por separado, especialmente si se utilizan

giróscopos y acelerómetro de baja precisión, como pueden ser los dispositivos basados en sensores MEMS, que por su reducido tamaño y peso, son los únicos que pueden montarse en un AUV de las dimensiones del Viewer.

• Lat Ref: referencias de latitud y longitud, si se utilizan ejes GWS, o metros en los ejes X e Y si se utiliza un sistema de referencia local.

• Th Ref: referencia de velocidad. • Elev ref: referencia de altitud.

Dentro del subsistema estas entradas se formatean para pasarlas a bloque AP/AT, donde se implementan los controladores.

Figura 51 Modelo de alto nivel del controlador

El contenido del subsistema AP/AT se muestra en la siguiente figura:

98 Como se puede observar, tenemos tres controladores de alto nivel:

Throttle: este controlador regual la potencia aplicada al motor para conseguir alcanzar o mantener la referencia de velocidad de entrada.

Autopilot: este controlador regulla la altura de la aeronave. Se ha llamado autopilot ya que clásicamente la única función de los autopilotos era la de mantener la altitud.

Lateral: controla la dinámica lateral de la aeronave.

En los siguientes apartados veremos la implementación de cada uno de los controladores.

7.3.3.1 SUBSISTEMA THROTTLE

Como se ha comentado anteriormente, este controlador actúa sobre el motor para intentar mantener la referencia de velocidad proporcionada por el subsistema hight level.

Figura 53 Subsistema Throttle

La salida de este subsistema está saturada para intentar mantener la aeronave dentro de su envolvente de vuelo segura.

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Figura 54 Controlador de Throttle

Las entradas de este controlador son:

• Velocidad de referencia: proporcionada por el modulo higth level. • Velocidad de la aeronave: proporcionada por el modelo de la aeronave.

7.3.3.2 SUBSISTEMA AUTOPILOT

Este controlador mantendrá la altitud de la aeronave según la referencia proporcionada por el modulo higth level.

La salida de este sistema actuara sobre el elevador del avión. Está compuesto por dos subsistemas:

• Altitude to pitch: generara un pitch para alcanzar la altura necesaria.

• Pitch hold Attitude & SAS: implementa un controlador para mantener el pitch y un sistema de aumento de la estabilidad.

100 La implementación del subsistema altitude to pitch es la siguiente:

Figura 56 Modelo de de Altitude to Pitch

El subsistema Pitch Hold Attitude & SAS está compuesto a su vez por dos subsistemas: • Pitch attitude hold: encargado de mantener el pitch de referencia

• SAS: es un control proporcional de aumento de la estabilidad que básicamente lo que hace es corregir la salida del elevador en función de la medida

instantánea de pitch rate para tratar de compensar pequeñas perturbaciones en el pitch debidas a turbulencias.

Figura 57 Subsistema Pitch hold attitude & SAS

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Figura 58 Pitch attitude hold

El objetivo de este controlador será hacer llevar el pitch al valor de la referencia tratando que la oscilación de la respuesta mínima, tratando que el error en régimen permanente sea nulo o muy pequeño y que la respuesta sea rápida. Para ello, partiendo del lugar de las raíces, se estudiaron los distintos controladores que se podrían aplicar para que los polos dominantes se encuentren en un lugar que nos interese.

7.3.3.3SUBSISTEMA LATERAL

Este controlador es uno de los más importantes ya que permite mantener el UAV a un determinado heading. Para realizarlo hay que tener en cuenta que el rudder debe de estar coordinado con los alerones para realizar en todo momento una compensación del giro. Una coordinación o compensación de giro se define como una aceleración lateral del avión nula (aceleración inercial en el eje cuerpo Y igual a 0).

102 Como puede observarse, este subsistema está compuesto de dos controladores de bajo nivel (Roll Autopilot & SAS y Yaw Autopilot), responsables del control de la dinámica lateral del avión.

En un giro coordinado el avión mantendrá el pitch y roll con respecto al sistema de coordenadas de referencia, pero su heading cambiará continuamente a una velocidad constante, por lo que las derivadas del roll y el heading serán nulas.

El subsistema Roll Autopilot & SAS implementa un sistema de aumento de la

estabilidad, con el mismo propósito que los implementados en los otros controladores, y el controlador Roll Attitude Hold, que controla la acción de los alerones para

establecer el roll proporcionado como referencia por el módulo Higth level.

Figura 60 Roll autopilot

La implementación del controlador Roll Attitude Hold es la siguiente:

Figura 61 Roll attitude hold

Para que los giros estén coordinados se realiza una realimentación al rudder de la aceleración lateral para que sean cero.

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Figura 62 Yaw autopilot

En cuanto a la realimentación de la aceleración lateral, se pretende que ésta sea 0 en el menor tiempo posible, por ello una idea común en el control de este bucle es realizar un PI o PID que aumente la velocidad del sistema sin llegar a inestabilizarlo y permita un error en régimen permanente de 0.

Figura 63 Ay to rudder

7.4VERIFICACIÓN DEL DISEÑO MEDIANTE PRUEBAS HARDWARE IN THE LOOP