Avances en el desarrollo de un simulador de RPAS integrando vehículo hexacóptero y octocóptero

Abstract

Los sistemas de aeronaves no tripuladas RPAS (Remotely Piloted Aircraft Systems) son vehículos aéreos capaces de realizar vuelos autónomos y también pueden ser controlados a distancia por un operador humano. Estos sistemas se componen de diversos componentes esenciales, como sistemas de control, sensores y equipos especializados adaptados a su uso específico. En el vertiginoso mundo de la tecnología RPAS, los avances van más allá del desarrollo y la mejora de los vehículos en sí. Los simuladores de vuelo desempeñan un papel fundamental en la formación y desarrollo de habilidades de los pilotos y operadores de RPAS. Estos sofisticados sistemas permiten recrear de manera virtual entornos y condiciones de vuelo, brindando una experiencia inmersiva y realista a el usuario. Los simuladores de RPAS son programas informáticos diseñados para simular el vuelo de aeronaves no tripuladas. Estos sistemas reproducen con precisión aspectos técnicos y físicos del vuelo, como la dinámica de la aeronave, las condiciones meteorológicas, la geografía del terreno y la respuesta a las entradas de control. Los simuladores se ejecutan en ordenadores de alto rendimiento y suelen utilizarse junto con hardware adicional, como dispositivos de control y pantallas múltiples, para lograr una experiencia de vuelo más realista. El objetivo principal de este documento es la descripción teórica del modelo heredado por el autor de antiguos alumnos de la universidad, y la justificación de los avances en el desarrollo del código, con el fin de hacer el simulador más versátil y realista. El principal hito de este desarrollo es la integración de los vehículos hexacópteros y octocópteros a la simulación, esta integración se ha conseguido caracterizando los vehículos a partir de resultados empíricos obtenidos a partir de una bancada de ensayos para motores de dron suministrada por el tutor del trabajo. Con este ensayo se consigue modelar el sistema de propulsión de ambos vehículos, obteniéndose la ley de empuje teórica basada en estos datos. A partir de modificaciones realizadas en el modelo Matlab-Simulink, se han añadido otras mejoras a la simulación. Estas mejoras incluyen el desarrollo de un modelo de batería para ambos vehículos también basados en un ensayo experimental donde se analiza la descarga eléctrica de esta. Otros avances han sido la incorporación del efecto suelo basado en la altura en vez de en la altitud, la introducción de la condición de suelo para una simulación más realista, la inclusión de la condición de fallo de rotor disponible solo en multirrotores de más de cuatro rotores y la incorporación de funcionalidades básicas automatizadas para el control del vuelo del vehículo. Además, se dispone de una interfaz gráfica programada en el motor gráfico Unity, desarrollada gracias a la colaboración con otro alumno de la universidad en este proyecto, esta interfaz nos servirá para demostrar todos los avances logrados en el desarrollo de este proyecto. Como resumen de los principales hitos que se han logrado en este proyecto, se ha conseguido incorporar al modelo Matlab-Simulink dos nuevos vehículos con su planta propulsora y el modelo de descarga de su batería, además se incorpora la capacidad de simular la condicon de fallo rotor, así como, otro enfoque de control diferente al manual a través de funciones automatizadas, entre las que destacamos, aterrizaje, avance frontal equilibrado, avance lateral equilibrado y hover automático basado en altitud.