An´ alisis Comparativo de Controladores Lineales y No Lineales Aplicados a Cuadrotores: Enfoque de Consumo de Energ´ ıa Jos´ e Ernesto Herrero-Brito * Roger Miranda-Colorado ** Rub´ en Alejandro Garrido Moctezuma *** Luis T. Aguilar * * Instituto Polit´ ecnico Nacional-CITEDI, Av. Instituto Polit´ ecnico Nacional No. 1310, Nueva Tijuana, Tijuana, Baja California, M´ exico, 22435. (e-mails: jherrero@citedi.mx, laguilarb@ipn.mx) ** CONACyT-Instituto Polit´ ecnico Nacional-CITEDI, Av. Instituto Polit´ ecnico Nacional No. 1310, Nueva Tijuana, Tijuana, Baja California, M´ exico, 22435. (e-mail: rmirandaco@gmail.com) *** Departamento de Control Autom´atico, CINVESTAV-IPN, Av. Instituto Polit´ ecnico Nacional 2508, Gustavo A. Madero, San Pedro Zacatenco, 07360 Ciudad de M´ exico, M´ exico (e-mail: garrido@ctrl.cinvestav.mx) Resumen: Este art´ ıculo presenta un an´ alisis comparativo de diversas t´ ecnicas de control cl´ asicas y robustas aplicadas a cuadrotores para seguimiento de trayectorias. Los controladores se compararon entre s´ ı para verificar la energ´ ıa consumida. Se emplea una metodolog´ ıa para sintonizar las ganancias de los controladores a partir de par´ ametros de dise˜ no cuantitativos, correspondientes a la respuesta temporal del sistema. Como parte del an´ alisis se incluye una etapa de planeaci´ on de trayectorias con el objetivo de mejorar el desempe˜ no de los controladores. En el an´ alisis comparativo se emplea un controlador Proporcional Integral Derivativo, un controlador de tipo backstepping y un controlador por modos deslizantes. Los resultados de las simulaciones num´ ericas permiten inferir cu´ al de los controladores realiza un buen desempe˜ no en la tarea de seguimiento de trayectorias a la vez que demanda un menor consumo de energ´ ıa, lo que proporciona beneficios de autonom´ ıa en tareas en tiempo real. Keywords: cuadrotor, veh´ ıculo aut´onomo, consumo energ´ etico, modelo din´ amico, dise˜ no de trayectorias. 1. INTRODUCCI ´ ON Durante las ´ ultimas dos d´ ecadas ha aumentado de forma considerable la investigaci´ on sobre cuadrotores debido a que exhiben caracter´ ısticas que los hacen ´ utiles para una gran variedad de aplicaciones que pueden ir desde usos recreativos hasta su empleo militar [Lyu et al. (2017)]. Dentro de dichas caracter´ ısticas se encuentran su tama˜ no peque˜ no, bajo peso y alta maniobrabilidad [Sanchez et al. (2012)]. Adem´ as, tienen la capacidad de mantenerse sus- pendidos en el aire a una altura deseada, lo cual les permite operar en ambientes peque˜ nos. A pesar de que el uso de los cuadrotores brinda innumerables ventajas, tambi´ en presenta problemas que restringen su utilizaci´ on. Por ejemplo, cuando se opera un cuadorotor siempre hay perturbaciones impredecibles que lo afectan, sus acopla- mientos din´ amicos son altamente no lineales, presentan caracter´ ısticas de subactuaci´ on [Izaguirre-Espinosa et al. (2016)], y tienen un alto consumo de energ´ ıa. Para so- lucionar el problema del consumo de energ´ ıa, algunos autores proponen apagar los motores para ahorrar energ´ ıa [Roberts et al. (2008)], mientras que otra soluci´ on consiste en usar m´ etodos de optimizaci´ on para obtener el impulso ´ optimo en todos los rotores [Aleksandrov and Penkov (2012)]. Los cuadrotores pueden ser controlados utilizando t´ ecni- cas de control lineales y no lineales. Dentro de las pri- meras, el control Proporcional Integral Derivativo (PID) es uno de los m´as usados en las compa˜ n´ ıas que fabrican cuadrotores comerciales. En los enfoques no lineales, el control de tipo backstepping permite resolver sistem´ atica- mente el problema de la subactuaci´ on a trav´ es de esque- mas anidados y, a su vez, es f´ ısicamente intuitivo [Madani and Benallegue (2006),Chovancov´ a et al. (2016)]. El Con- trol por Modos Deslizantes (CMD) representa un tipo de estrategia de control robusta contra perturbaciones, in- certidumbres, din´ amicas no modeladas durante el llamado modo deslizante. No obstante, su principal desventaja es que produce oscilaciones de frecuencia finita conocidas como casta˜ neo [Jayakrishnan (2016)]. Este problema, sin embargo, se puede superar utilizando un CMD de orden superior [Levant (2005)]. Congreso Nacional de Control Automático 2017 Monterrey, Nuevo León, Mexico, Octubre 4-6, 2017 108