Sistema de control de actitud de un UAV tipo quadrotor usando una FPGA

Abstract

En este trabajo de tesis se ha desarrollado el sistema de control de actitud para un vehículo aéreo no tripulado del tipo Quadrotor, es decir el computador de vuelo o también conocido como autopiloto. El trabajo desarrollado abarca el diseño e implementación hardware y software del sistema en mención en un dispositivo de lógica reconfigurable (FPGA). Para el desarrollo de la arquitectura hardware del computador de vuelo se ha diseñado e implementado los periféricos descritos con el lenguaje VHDL que van conectados al procesador NIOS II de Altera. Los periféricos diseñados cumplen las funciones de adquisición de sensores, control de motores, adquisición de señales de referencia de un mando a control remoto y la descarga de telemetría a una estación terrena de control. Se ha identificado y validado el modelo matemático del Quadrotor utilizando el software Matlab para realizar pruebas de control y diseñar el controlador de actitud. El diseño de control de actitud propuesto es de dos lazos de control en cascada, un lazo interno que controla las velocidades angulares de las rotaciones y un lazo externo que controla los ángulos de orientación. El software desarrollado contiene el controlador de actitud y la transmisión del estado de vuelo a una estación terrena de control que es una aplicación que se ejecuta en un ordenador para monitorear el estado de vuelo del Quadrotor y se ha desarrollado con el lenguaje Java. Este proyecto de tesis aporta el diseño de un computador de vuelo para propósitos de investigación. El control de actitud es la función básica del Quadrotor y la FPGA tiene capacidad para albergar más periféricos y/o un procesador más si se requiere realizar aplicaciones de mayor nivel utilizando como base el computador de vuelo diseñado.