CAPÍTULO IV ANALISIS DE LOS RESULTADOS
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CAPÍTULO IV ANALISIS DE LOS RESULTADOS En este capitulo se explicaran los resultados obtenidos en el desarrollo de esta investigación para alcanzar los siete objetivos específicos. Aquí se presentan las respuestas a las interrogantes formuladas en el inicio por el investigador. Fase 1: Descripción del proceso de vuelo del mini helicóptero UAV e identificación de las variables y parámetros de control. 4.1. PROCESO DE VUELO DE UN MINI HELICÓPTERO UAV En este apartado se va a dar una breve descripción de las capacidades de vuelo de un helicóptero, así como las acciones que un piloto debe ejercer para lograr que el vehículo responda según el modo de vuelo. A diferencia de un aeroplano común que únicamente puede realizar vuelos hacia adelante, un helicóptero puede permanecer inmóvil en el aire (vuelo estacionario), además de realizar vuelos hacia atrás, translaciones laterales, ascensiones y descensos sin desplazamiento horizontal así como giros sobre su eje vertical. Esta capacidad de maniobra requiere de un pilotaje más complejo. 85
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CAPÍTULO IV
ANALISIS DE LOS RESULTADOS
En este capitulo se explicaran los resultados obtenidos en el desarrollo
de esta investigación para alcanzar los siete objetivos específicos. Aquí se
presentan las respuestas a las interrogantes formuladas en el inicio por el
investigador.
Fase 1: Descripción del proceso de vuelo del mini helicóptero UAV e
identificación de las variables y parámetros de control.
4.1. PROCESO DE VUELO DE UN MINI HELICÓPTERO UAV
En este apartado se va a dar una breve descripción de las
capacidades de vuelo de un helicóptero, así como las acciones que un piloto
debe ejercer para lograr que el vehículo responda según el modo de vuelo.
A diferencia de un aeroplano común que únicamente puede realizar
vuelos hacia adelante, un helicóptero puede permanecer inmóvil en el aire
(vuelo estacionario), además de realizar vuelos hacia atrás, translaciones
laterales, ascensiones y descensos sin desplazamiento horizontal así como
giros sobre su eje vertical. Esta capacidad de maniobra requiere de un
pilotaje más complejo.
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Como se menciono en el Capitulo II, un aeroplano tradicional necesita
para volar cierta velocidad de avance. Ésta se produce mediante una hélice o
un turborreactor. La velocidad de avance hace que los planos de
sustentación reciban una presión de aire y produzcan una fuerza de ascenso
aerodinámica que es capaz de sostener al avión en el aire. En un helicóptero
no sucede lo mismo. Aquí no es necesario que todo el aparato alcance una
velocidad de avance determinada, puesto que puede permanecer inmóvil en
el aire. A diferencia del aeroplano, cuyas alas están unidas al fuselaje de
manera rígida, en el helicóptero las alas están montadas en forma de una
gran hélice, asentada de manera que puede girar sobre su eje.
En los helicópteros la fuerza de propulsión disponible no se emplea
para el movimiento de avance, sino que se utiliza solamente para hacer girar
las propias palas de sustentación. Mediante la rápida rotación de las alas de
sustentación, éstas experimentan la presión del aire en el que están girando
y debido a su perfil aerodinámico, producen una fuerza de ascenso capaz de
elevar al helicóptero. Así, éste puede permanecer suspendido sobre un punto
determinado sin una velocidad de avance propia.
Habitualmente, el sistema de propulsión de las palas es a través de la
propulsión en el eje del rotor principal. La misma fuerza que hace girar el eje
del rotor y con ello el rotor principal produce una fuerza de reacción en el
fuselaje exactamente de la misma magnitud pero en la dirección de giro
opuesta.
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Para compensar el momento de rotación producido por dicho rotor, se
utilizan habitualmente turbinas u otros pequeños rotores conocidos como
rotores de cola.
Ahora bien, para pilotar un helicóptero de radio control se utilizan
emisoras electrónicas programables con capacidad de transmitir vía radio
una serie de instrucciones o señales de referencia a los actuadores que
están en el helicóptero que suelen ser servos, rápidos y bastante precisos.
Utilizando varillas u otros elementos mecánicos, estos actuadores o servos,
transmiten los movimientos adecuados al plato oscilante que controla la
orientación de las palas del rotor principal tal y como se puede observar en la
Figura 26.
Figura 26: Actuadores (servos) del rotor principal Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
Desde el punto de vista estructural, el modelo a escala dispone de
mecanismos que básicamente cumplen con funciones similares a la de los
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helicópteros tripulados, pero gracias al uso de la programación de
movimientos coordinados de varios servos a través de la emisora, se permite
al piloto controlar el helicóptero utilizando solo cuatro ordenes de control
diferentes, determinados por dos palancas de dos grados de libertad cada
una. Si bien los mandos son programables, habitualmente el mando derecho
suele adaptarse en cuanto a su funcionalidad a la que tiene la palanca de
mando de un helicóptero de tamaño real. Por otro lado, los pedales se
traducen en el grado de libertad de movimiento horizontal de la palanca de la
mano izquierda. El otro grado de libertad de la palanca izquierda realiza
acciones sobre los servos encargados de ampliar el paso colectivo de las
palas del rotor principal y el mando sobre el motor en un solo desplazamiento
de palanca.
Así, cuando se incremente el paso colectivo se aumentará también el
número de revoluciones del motor, con objeto de contrarrestar el efecto de
frenado con el aire que sufren las palas al tener un mayor ángulo de ataque.
De esta forma, se consigue desacoplar los movimientos de traslación y el
control vertical en cuanto a los mandos se refiere.
4.2 VARIABLES ASOCIADAS AL PROCESO DE VUELO
ESTACIONARIO. De acuerdo al modelo planteado en el capitulo II, sección 2.2.4 las
variables que deben ser consideradas en el proceso de vuelo de un mini
helicóptero por ser un sistema M.I.M.O. son en su mayoría magnitudes
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vectoriales las cuales agrupan las diferentes propiedades aerodinámicas de
este.
En este sentido, la tabla 5 muestra de forma resumida la composición
de estos vectores, así como la descripción de cada variable que lo conforma.
Magnitud vectorial Vector Componentes Descripción de la variable
Entrada de control u
latu Entrada de control de lateral
longu Entrada de control longitudinal
colu Entrada de control colectivo
pedu Entrada de control del timón
Velocidad de traslación con respecto al aire V
u Velocidad longitudinal en relación con el aire
v Velocidad lateral en relación con el aire
w Velocidad vertical en relación con el aire
Velocidad angular ω p Roll – alabeo q Pitch – cabeceo r Yaw – Guiñada
Actitud Θ φ Ángulo de alabeo
θ Ángulo de cabeceo ψ Ángulo de guiñada
Tabla 5: Variables vectoriales del helicóptero Fuente: Gutiérrez (2010)
Dentro de las variables manejadas en el modelo del he licóptero
también existen magnitudes escalares, como lo son: s1β y c1β las cuales
representan al ángulo lateral de aleteo y el ángulo longitudinal de aleteo,
respectivamente.
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Por otro lado, tenemos que de acuerdo al modelo no lineal (figura 23),
las variables manipuladas están representadas por el vector
u=( latu , longu , colu , pedu ), por cuanto son estas las que se deben modificar
a fin de influir sobre las variables controladas a través de la dinámica del
proceso.
En cuanto a las variables controladas, tenemos que las mismas están
representadas por los vectores V=(u ,v , w ), ω =(p,q,r) y Θ =(φ ,θ ,ψ ).
El rango de operación de las variables involucradas en el proceso de
vuelo de un mini helicóptero se puede apreciar en la tabla 6.
Rango de operación
u v w
sm /10.1 3−±
p q r
)/º10(/10.175 3 ssrad ±± −
φ
θ ψ
)º5(10.87 3 ±± − rad
s1β
c1β )º15(10.262 3 ±± − rad
Tabla 6: Rango de Operación de las Variables Fuente: Bajers (2005)
Fase 2: Descripción del modelo matemático del proceso de vuelo
estacionario del mini helicóptero UAV.
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4.3 DESCRIBIR EL MODELO MATEMÁTICO DEL PROCESO DE VUELO ESTACIONARIO DEL MINI HELICÓPTERO UAV.
Las ecuaciones mencionadas en el capitulo II, sección 2.2.4.3. se
utilizan para formar un modelo lineal en Espacio de Estado del sistema (por
cuanto es la forma más fácil de trabajar con sistemas M.I.M.O). La
aceleración del rotor de cola no es posible representarla directamente en un
modelo lineal en Espacio de Estado. Por lo tanto esta aceleración se
considerara constante y es tomada como una perturbación en el sistema.
El sistema quedaría representado por las siguientes ecuaciones:
+=++=
•
)()()()()()()(
tuDtxCtytdBtuBtxAtx
ss
dss (29)
Donde sA , sB , sC , sD son las matrices del sistema, dB es la matriz de
perturbaciones, )(td es la perturbación introducida al sistema por el rotor de
cola y )(tx es el vector de estado, el cual esta dado por:
Tcs ttttttrtqtptwtvtutx )]()()()()()()()()()()([)( 11 ββψθφ= (30)
y u(t) es el vector de entrada:
[ ]Tpedcollonglat uuuutu =)( (31)
Al introducir los parámetros respectivos del mini helicóptero empleado
en este modelo se obtienen las siguientes matrices:
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−
−
−
−−
=
078.01
0000000000
0078.01
000000000
00000100000000000100000000000100000000000000
54.83427.1000000000453.47.26000000000000000000000081.90081.900000081.90081.90000000
sA
(32)
−−−
=
0010
00010000
00000000
2723.0000
00000000
06.2290002253.0162.200
0000
sB
(33)
=
00100000000000001000000000001000000000001000000000001000000000001000000000001
sC (34)
y 0=sD . Las perturbaciones introducidas al sistema en el punto de
funcionamiento solo afecta a v . En consecuencia, la matriz dB quedaría
definida de la siguiente forma:
[ ]TdB 00000000010= (35)
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Fase 3: Diseño de la estrategia de control por reubicación de polos para el
vuelo estacionario del mini helicóptero UAV.
4.4 ESTRATEGIA DE CONTROL POR REUBICACIÓN DE POLOS
PARA EL VUELO ESTACIONARIO DEL MINI HELICÓPTERO UAV. El objetivo de la estrategia de control es el conducir al helicóptero para
que logre su equilibrio, es decir, lograr que las velocidades de traslación sean
cero, y los ángulos de Euler constantes. De esta manera, el helicóptero se
estabiliza en una maniobra de vuelo estacionario. Así, el control tiene que
llevar al sistema a un estado donde los valores se correspondan con los de
equilibrio.
La estrategia de control a emplear en esta investigación para lograr
regular el vuelo estacionario de un mini helicóptero UAV, es la reubicación
de polos la cual fue descrita en el capitulo II.
En esta estrategia al igual que otras, una vez que se determina que el
sistema es observable y controlable, se puede hacer que este sea estable (o
desestabilizarlo según el caso); para ello podemos comenzar introduciendo
un control simple a través de una ganancia de retroalimentación negativa.
Esta retroalimentación compensa la entropía del sistema, es decir, la
tendencia que tiende el sistema (a converger, a divergir u oscilar);
introduciendo entropía negativa por medio de la retroalimentación, se puede
controlar al mismo siempre y cuando éste sea un sistema controlable.
En el control por ubicación de polos la selección de estos en lazo
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cerrado o de la ecuación característica deseada, dependerá del efecto
esperado; pudiendo éste ser basado en la velocidad de respuesta,
amortiguación deseada, minimización de efectos adversos, ruidos, entre
otros.
La determinación de la matriz de ganancia de realimentación K
constituye el paso fundamental para esta estrategia de control. La misma
puede obtenerse por distintos métodos, de forma que los autovalores del
sistema sean los polos en lazo cerrado (polos del sistema dentro del espacio
de estados).
Con el modelo obtenido en la sección anterior, se procedió a través del
programa CRPE.m de MATLAB (ver anexo A), a transformar el sistema a
Espacios de Estados, también se llevo de tiempo continua a discreto, así
como se analizo si el sistema era controlable y observable, para de esta
manera determinar el valor de K en función de los polos. Con cada ejecución
del programa se generaron diferentes polos y matrices de ganancia de
realimentación K.
Cabe destacar, la utilización del comando place de MATLAB para la
reubicación de polos, y así obtener la matriz de ganancia K; este comando
engloba distintos métodos y comandos entre los que destacan el Método de
Ackermann para sistemas S.I.S.O. y la ecuación de Sylvester de Chen para
los M.I.M.O.
En cuanto a la estrategia de control la misma fue desarrollada en
SIMULINK (ver figura 27) y tomó como valores de entrada los resultados
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obtenidos de ejecutar el programa CRPE.m.
Figura 27: Esquema de control por reubicación de polos a lazo cerrado.
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010) A continuación se presenta un ejemplo del producto de la ejecución
del programa y de la simulación:
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Estos resultados corresponden con el vector de polos que se
encuentran dentro del círculo unitario, y su respectiva matriz de
realimentación de ganancia K.
Figura 28: Respuesta escalón para la variable velocidad de traslación
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
Se puede observar a través de la figura 28 una respuesta estable para
las variables relacionada con la velocidad de traslación (velocidad
longitudinal, lateral y vertical), la cual representa una magnitud vectorial, con
un tiempo de respuesta de 20 segundos para el sistema a lazo cerrado, lo
que representa un excelente resultado. Tanto la velocidad longitudinal como
la lateral son las que demoran más en estabilizar, mientras que la velocidad
vertical lo hace en un menor tiempo
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Figura 29: Respuesta escalón para la variable velocidad angular
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
Para la variable vectorial velocidad angular se puede apreciar el
mismo comportamiento. La figura 29 muestra el comportamiento de las
componentes que conforman este vector, y que están dadas por el alabeo,
cabeceo y guiñada respectivamente. El tiempo de respuesta para la
estabilización de esta variable es de 25 segundos.
En cuanto a la tercera variable, el vector actitud el cual esta
conformado por los ángulos de alabeo, cabeceo y guiñada, su tiempo de
respuesta fue de 30 segundos. La figura 30 muestra la estabilización de
estas variables.
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Figura 30: Respuesta escalón la variable actitud
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
Con esto queda demostrado, que la estrategia de control diseñada
estabiliza las principales variables relacionadas con el vuelo estacionario del
mini helicóptero.
Por otro lado, se procedió a verificar el desempeño del controlador
introduciendo para ello como variable de entrada, la data de un vuelo
estacionario de un mini helicóptero UAV, realizado por un piloto experto en
un simulador de vuelo.
En este sentido, se sustituyeron los “step” en la entrada del programa
en Simulink por la matriz que contenía la data, esta modificación se puede
apreciar en la figura 31.
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Figura 31: Esquema de control por reubicación de polos a lazo cerrado.
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010) Los resultados de esta verificación se muestran a continuación:
Figura 32: Respuesta a la data para la variable velocidad de traslación.
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
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Figura 33: Respuesta a la data para la variable velocidad angular.
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
Figura 34: Respuesta a la data para la variable actitud.
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
Observando las graficas 32, 33 y 34 se puede apreciar que el
controlador estabiliza las variables de salida relacionadas con el vuelo
estacionario del mini helicóptero UAV. Esto ratifica el resultado obtenido
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anteriormente y por ende valida la efectividad del mismo.
Ahora queda por verificar si esta estrategia de control puede ser
implementada de forma embebida.
Fase 4: Especificación de los requisitos de software del SE.
4.5. REQUISITOS DE SOFTWARE DEL SE.
La primera actividad para el diseño del software embebido es
especificar sus requisitos. Entendiendo esta fase como una descripción
completa de los elementos que nuestro sistema debe satisfacer.
Tal y como se mencionó en la sección 2.2.1.6., no se dispone de
recursos ilimitados sino que la cantidad de memoria es escasa, la capacidad
de calculo y dispositivos externos será limitada. Entonces, para el caso del
desarrollo del software embebido, el cual tendrá como función principal el
control del proceso de vuelo estacionario del mini helicóptero UAV, se deben
satisfacer los siguientes requisitos:
Estar diseñado para trabajar en tiempo real, por cuanto no todos los
software están diseñados para minimizar el tiempo de respuesta ante la
presencia de alguna alteración de sus condiciones.
Poder interactuar con otros sistemas informáticos y dispositivos.
Ser mantenible y permitir realizar modificaciones y/o correcciones.
Escalabilidad, por cuanto debe permitir la posibilidad de extender el
margen de operaciones sin perder calidad, es decir, la presente investigación
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contempla el vuelo estacionario del helicóptero, pero se debe preveer las
otras fases del vuelo (crucero, despegue y aterrizaje) las cuales serán
incluidas en futuras investigaciones.
Su tamaño no debe exceder la capacidad de almacenamiento en la
memoria EEPROM del dsPIC donde será instalado.
Cuando el software se este ejecutando no debe ocupar la totalidad de la
memoria RAM disponible.
Establecer niveles de prioridad en la ejecución de procesos, para de
esta manera garantizar la ejecución de las actividades prioritarias para
mantener en vuelo de forma segura al mini helicóptero.
Adicionalmente a estos requisitos, todo software que sea diseñado para
una aeronave debe cumplir con las normas internacionales DO-178B, las
cuales establecen los requisitos mínimos de operatividad y seguridad que
deben ser cubiertos en las diferentes fases del desarrollo del software. Cabe
destacar que estas normas se aplican en función del objetivo para el cual
esta diseñada la aeronave.
En la presente investigación, aunque no se aplicara ninguno de los
niveles para lograr la certificación del software bajo las normas DO-178B, el
mismo cumplirá con los requisitos estructurales para su futura aplicación. Es
decir, se llevaran a cabo las fases sugeridas por la norma, las cuales son:
Diseño de software basado en especificaciones, generación de código,
verificación, validación y la documentación.
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Fase 5: Definición de la arquitectura del software del SE
4.6. ARQUITECTURA DEL SOFTWARE DEL SE.
La Arquitectura del software está definida muchas veces por el tipo de
tecnología a la cual se enfrenta el programador o grupo de programadores,
por lo cual algunos tipos de arquitectura son más recomendables que otras
para ciertas tecnologías.
Las técnicas metodológicas desarrolladas con el fin de facilitar la
programación se engloban dentro de la llamada arquitectura de software o
arquitectura lógica. Esta se refiere a un grupo de abstracciones y patrones
que nos brindan un esquema de referencia útil para guiarnos en el desarrollo
de software dentro de un sistema informático.
Así, los programadores, diseñadores, ingenieros y analistas pueden
trabajar bajo una línea común que les posibilite la compatibilidad necesaria
para lograr el objetivo deseado.
Para el caso de los sistemas embebidos en los cuales se emplean los
dsPIC se recomienda que la arquitectura del software este representada por
módulos, los cuales separan las diferentes actividades que deben ser
realizadas por estos. La representación de esta arquitectura se hace
mediante el uso de diagramas de bloques en los cuales se representa cada
modulo y las interacciones que ocurren entre estos. Así para la presente
investigación la arquitectura del software se puede apreciar en la figura 35.
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Figura 35: Arquitectura del software embebido
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
4.6.1. MÓDULOS DEL SOFTWARE
De acuerdo con lo establecido en la figura 31, el software estará
compuesto por un módulo selector del tipo de maniobra de vuelo, 4 módulos
que constituirán el sistema de navegación o de movimientos básicos del mini
helicóptero UAV y por último un módulo de control de los niveles de energía.
La descripción de cada uno de estos módulos se puede apreciar en la tabla
7.
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Módulo Función Entradas Salidas
Selector de la maniobra de vuelo
Permite determinar el control adecuado en función del tipo de vuelo que va a realizar el helicóptero.
Señal de los sensores.
Señal de activación para el módulo con el tipo de vuelo a realizar.
Control de despegue
Permite controlar la maniobra de despegue del helicóptero.
Señal de activación del modulo selector de la maniobra de vuelo. Señal de los sensores.
Señales a los actuadores (servos) del helicóptero.
Control de vuelo estacionario
Permite controlar la maniobra de vuelo estacionario del helicóptero.
Señal de activación del modulo selector de la maniobra de vuelo. Señal de los sensores.
Señales a los actuadores (servos) del helicóptero.
Control de vuelo crucero
Permite controlar la maniobra de vuelo crucero del helicóptero.
Señal de activación del modulo selector de la maniobra de vuelo. Señal de los sensores.
Señales a los actuadores (servos) del helicóptero.
Control de aterrizaje
Permite controlar la maniobra de aterrizaje del helicóptero.
Señal de activación del modulo selector de la maniobra de vuelo. Señal de los sensores.
Señales a los actuadores (servos) del helicóptero.
Control de niveles de energía
Permite controlar que los niveles de energía se encuentren en los parámetros óptimos funcionamiento.
Señal de la instrumentación instalada para determinar los niveles de energía.
Señal al módulo selector del tipo de vuelo.
Tabla 7: Descripción de los Módulos del Software Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
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Cabe destacar, que en la presente investigación solamente fue tratado
el módulo de control de vuelos estacionario, dejando para futuras
investigaciones el desarrollo de los otros.
4.6.2. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN
En cuanto a los lenguajes de programación empleados para
desarrollar el software embebido, con la estrategia de control por reubicación
de polos, fue necesaria la utilización de varios programas. Estos fueron: el
editor de archivos de MATLAB 7.0. Simulink, MPLAB IDE v8.60 y C. Es
necesario resaltar, que el software embebido podía ser desarrollado
completamente en lenguaje C, pero sería un proceso largo, complicado y
costoso, por cuanto requeriría de programadores expertos en esta
herramienta y especialistas en área de electrónica, específicamente en
dsPIC para lograr integrar el hardware con el software elaborado.
4.6.3. CODIFICACIÓN DEL PROGRAMA COMPUTACIONAL CON LA
ESTRATEGIA DE CONTROL SELECCIONADA. El proceso de codificación del programa se realizo en varias etapas,
empleando diferentes herramientas de programación tal y como se menciona
en la sección anterior.
En primer lugar, se elaboro el programa CRPE.m (ver anexo A) con el
editor de MATLAB 7.0. el cual generaría todas las variables necesarias para
alimentar el modelo en Simulink incluyendo el cálculo de la matriz de
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ganancia de realimentación K en función de los polos. Tomando estas
variables como punto de partida se diseño en Simulink la estrategia de
control por reubicación de polos obteniendo como resultado el programa
CRP_E.mdl (ver figura 27).
Luego de demostrar que el control planteado estabilizaba al sistema,
se procedió a compilar en lenguaje C el programa CRP_E.mdl. Esto se logro
a través de la aplicación de los bloques de Simulink de la “Embedded Target
for Microchip® dsPIC”. Estos bloques se pueden apreciar en la figura 36.
Figura 36: Bloques de Simulink empleados para generar el código en
lenguaje C. Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
Al ejecutar la simulación y hacer doble clic sobre el bloque “Compile
for dsPIC” se genero el directorio “CRP_accel_rtw” el cual contenía una serie
de archivo que se pueden apreciar en la figura 33. Este procedimiento tiene
su basamento en el hecho de que una vez se ha creado un modelo dinámico
en Simulink, se puede invocar el generador de código-C que permite
108
convertir el diagrama de bloques implementado en un código C. Este puede
ser útil para varios propósitos: puede ser usado para control en tiempo real,
simulación en tiempo real o simulación acelerada en tiempo no real. Sus
aplicaciones pueden ser control de movimiento, control de procesos,
sistemas automotores, equipos médicos, robótica, entre otras.
El código-C es diseñado tal que puede ser ejecutado en tiempo real.
No requiere ser escrito manualmente por un programador pues es creado a
nivel de diagramas de bloques en Simulink. El código generado puede correr
sobre un amplio rango de hardware ubicado en estaciones de trabajo, PC o
microprocesadores.
Figura 37: Archivos contenidos en el directorio “CRP_accel_rtw” Fuente: Gutiérrez (2010)
En la figura 37, se pueden observar diferentes extensiones para los
archivos generados, estas representan una identificación que permite
determinar a que programa pertenece o que función cumple dentro de un
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aplicación particular. Dicho esto, se puede apreciar que las extensiones que
se destacan son “.c” y “.h” que son propios del lenguaje C, el “.mk” de
Makefile el cual involucra herramientas para la compilación cruzada, y los
“.obj” los cuales son archivos objetos necesarios para la compilación. En el
anexo B se pueden apreciar los diferentes códigos generados en esta fase.
Posteriormente a la generación de estos archivos (los cuales
contienen la estrategia de control diseñada y el modelo seleccionado) se
procedió a la apertura de los mismos en MPLAB IDE v8.60, facilitando de
esta forma incorporar (embeber) dichos archivos en el dsPIC.
Fase 6: Validación del software embebido
4.7. VALIDAR EL SOFTWARE DEL SE.
La fase de validación es el proceso de establecer las pruebas
documentadas que proveen un alto grado de garantía de que el sistema logro
los requisitos y cumplió con las limitaciones previstas en la sección 4.5.
En este sentido, se puede observar que el tamaño de los diferentes
programas que conforman el software embebido es de 30KB (tomando en
cuenta solamente los archivos del lenguaje C), no superando de esta forma
la capacidad de almacenamiento en memoria del dsPIC que es de 144KB.
Permitiendo de esta forma que el programa incorpore más funciones a futuro,
necesarias para los otros módulos de vuelo del software. Es decir, se
garantiza la escalabilidad del mismo.
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Por otro lado, tenemos que la primera prueba realizada, fue la de
funcionamiento de la estrategia de control, la cual se realizo en la sección
4.4. donde se demostró con la ayuda de MATLAB y Simulink, que el control
por reubicación de polos estabilizaba las variables de salida del proceso de
vuelo estacionario del mini helicóptero UAV.
Ahora bien, tomando como referencia las pruebas realizadas en
Simulink, se procedió a simular el código generado en C con la ayuda de
MPLAB. Para ello se cargaron los archivos en el dsPIC30F1010 del
simulador, configurándole como entrada una matriz de 4x240 que representa
la data de un mini helicóptero en vuelo estacionario durante 6 minutos. Esta
matriz se obtuvo con el simulador RealFlight. La salida se configuro de forma
tal, que fueran almacenas en una hoja de cálculo, para que posteriormente
con la ayuda Matlab estas variables fueron agrupadas en función de la
magnitud vectorial que representan y se graficaron con la ayuda del comando
“Plot”, los resultados se muestran a continuación:
Figura 38: Respuesta de MPLAB a la variable velocidad de traslación
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
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Figura 39: Respuesta de MPLAB a la variable velocidad angular
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010)
Figura 40: Respuesta de MPLAB relacionada con la variable actitud
Fuente: De Pool y Gutiérrez (2010) Comparando las figuras 28, 29 y 30 de la simulación del controlador
en Matlab, con las figuras 38, 39 y 40 de la simulación del software embebido
en MPLAB, respectivamente, se puede observar en términos generales, que
aunque existe discrepancia en las gráficas, relacionadas principalmente con
el tiempo de respuesta y el punto de estabilización, se puede decir que existe
similitud en los resultados obtenidos y por ende el software embebido
funciona.
