Estudio de los sistemas de control de empuje vectorial y diseño de una aplicación para cohetería experimental

Autor: Berral Navarro, Mario
Přispěvatelé: Martínez García, Herminio, Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Electrònica
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Popis: En aquest treball es pretén realitzar un model de simulació parametritzable per al control de l'empenyiment vectorial mitjançant l'articulació del motor principal d'un model de coet experimental, així com la modelització del seu comportament durant la fase de llançament en la què s'ha de mantenir total verticalitat amb l'ajuda del controlador. S'ha escollit el programari de Simulink® per a crear l'entorn de simulació i SolidWorks® per al disseny dels components d'un prototip. S'exposen els models matemàtics que seran utilitzats per al model no lineal, així com les peces dissenyades i finalment, s'implementa en Simulink® l'entorn de simulació. S'ha fet ús d'eines ja incorporades en aquest programa tant per a linealitzar la planta com per a sintonitzar el controlador. Per al mesurament de la inclinació s'ha triat un sensor de mesuraments inercials combinat amb un filtre complementari, que utilitza l'acceleració i velocitat angular per a determinar la inclinació amb millor precisió. Per realitzar el prototip s'imprimeix el mecanisme de control mitjançant una impressora 3D amb tecnologia de deposició de filament fos. Amb l’objectiu de comprovar millores s’executen dues simulacions, la primera sense controlador ni pertorbacions per a veure com és el vol ideal del coet i la segona amb pertorbacions i controlador encesos. Finalment, malgrat les simplificacions assumides i el ventall de millores disponible, es pot afirmar que és possible controlar l'ascens d'un coet amateur durant la fase de llançament propulsat mitjançant l'articulació del motor principal. En este trabajo se pretende realizar un modelo de simulación parametrizable para el control del empuje vectorial mediante la articulación del motor principal de un modelo de cohete experimental, así como la modelización de su comportamiento durante la fase de lanzamiento en la que se debe mantener total verticalidad con la ayuda del controlador. Se ha elegido el software de Simulink® para crear el entorno de simulación y SolidWorks® para el diseño de los componentes de este prototipo. Se exponen los modelos matemáticos que serán utilizados para el modelo no lineal, así como las piezas diseñadas y finalmente, se ensambla en Simulink® el entorno de simulación. Se ha hecho uso de herramientas ya incorporadas en este software tanto para linealizar la planta como para sintonizar el controlador. Para la medición de la inclinación se ha elegido un sensor de mediciones inerciales combinado con un filtro complementario, que utiliza la aceleración lineal y velocidad angular para determinar la inclinación con mejor precisión. Para el prototipaje se imprime el mecanismo de control mediante una impresora 3D con tecnología de deposición de filamento fundido. Con tal de comprobar mejoras se ejecutan dos simulaciones, la primera sin controlador ni perturbaciones para ver como es el vuelo ideal del cohete y la segunda con perturbaciones y controlador encendidos. Finalmente, a pesar de las simplificaciones asumidas y el abanico de mejoras disponible, se puede afirmar que es posible controlar el ascenso de un cohete amateur durante la fase propulsada del lanzamiento mediante la articulación del motor principal. This report shows the development of a parametrizable simulation model for the thrust vector control, by gimbaling the main engine of an experimental model rocket. The attitude of the lift-off phase is also modelled, where the controller must keep the flying path completely vertical during this lapse of time. In this project are used two different technical software tools: Simulink®️ for the dynamics and environmental simulation and SolidWorks®️ to design all the prototyping components. Therefore, once all components are defined, Simulink®️ is the software used to merge the components data and the non-linear mathematical models to complete the simulation application. To make the measurements more precise, an inertial measurement unit and a complementary filter are combined, using linear acceleration and angular velocity readings. For the prototyping of the engine gimbal a FDM (fused deposition modelling) 3D printer was used. In order to show the improvement two simulations are runed. The first one without disturbances nor control to see how the ideal flight will look like, and then the second one with disturbances and controllers. Finally, despite simplifications assumed and the wide range of improvement available, it is fair to confirm that the ascent control of the propelled phase during lift-off of an experimental model rocket is possible by means of a gimbaled main engine.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: