Implementación de un sistema de determinación de orientación mediante diseño SOPC en una FPGA para vehículo aéreo no tripulado del tipo quadrotor

Abstract

En la actualidad, los UAV (Vehículos Aéreos no Tripulados o conocidos también como Drones) se desarrollan con interés y en diversos ámbitos; debido a sus diversas áreas de aplicación como en la agricultura, reconocimiento en zonas de desastres, espionaje militar, etc. El sistema de control más importante de un UAV es el de orientación ya que sin este no se lograría otro tipo de control como el de velocidad y posición. Para controlar la orientación es necesario un sistema de determinación. Debido a que los sistemas de determinación convencionales son costosos y pesados, en este trabajo se aborda este problema al desarrollar un sistema de determinación de orientación para un UAV del tipo Quadrotor utilizando sensores de tecnología MEMS de bajo costo y pequeño tamaño. El sistema fue implementado en un dispositivo de lógica reconfigurable (FPGA) mediante dos módulos: hardware y software. En el módulo hardware se implementa el sistema SBA usando el lenguaje de descripción de hardware (VHDL) para la comunicación con los sensores. El módulo software se ejecuta en el procesador embebido SOPC NIOSII, el cual procesa los algoritmos de calibración y fusión de sensores (Filtro de Kalman Extendido) para la estimación de orientación. Se compararon tres diferentes algoritmos de determinación de orientación: un filtro de Kalman lineal y dos filtros de Kalman Extendidos (EKF). A través de las pruebas se demostró que el último algoritmo Filtro de Kalman Extendido empleado una matriz de rotación para la estimación de los ángulos de Euler es el de mejor rendimiento para el Quadrotor.