Control-oriented modeling of a Skywalker X8 unmanned aerial vehicle

• Palacio-Hurtado, Antonio ^[1] ; Sierra-García, Jesus Enrique ^[2] ; Santos, Matilde ^[3]
  1. [1] Universidad Nacional de Educación a Distancia

     Universidad Nacional de Educación a Distancia

     Madrid, España

     
  2. [2] Universidad de Burgos

     Universidad de Burgos

     Burgos, España

     
  3. [3] Universidad Complutense de Madrid

     Universidad Complutense de Madrid

     Madrid, España

     

  Mostrar afiliaciones +
• Localización: Revista iberoamericana de automática e informática industrial ( RIAI ), ISSN-e 1697-7920, Vol. 22, Nº. 4, 2025, págs. 288-297
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Modelado orientado al control de un vehículo aéreo no tripulado Skywalker X8
• Enlaces
  • Texto completo
• Resumen
  • español

    La utilidad de los vehículos aéreos no tripulados (UAV, unmanned aerial vehicle) es evidente, lo que se manifiesta en sus múltiples aplicaciones en diversos ámbitos. Dentro de éstos, los drones de ala fija están recibiendo cada vez más interés por algunas de sus ventajas frente a los más conocidos UAV rotatorios, como que son más rápidos y adecuados para vuelos de larga distancia y para cubrir grandes áreas, y son más eficientes en términos de energía. Sin embargo, pueden ser inestables y requieren controladores robustos para su funcionamiento. Para el diseño del controlador es imprescindible contar con modelos matemáticos y computacionales de estos sistemas complejos y no-lineales. En este trabajo se presenta el desarrollo de un modelo dinámico de un UAV de ala fija, el Skywalker X8, así como su simulación. El modelo dinámico no lineal obtenido describe el comportamiento del UAV de forma realista y completa teniendo en cuenta que, al no disponer de cola, las superficies aerodinámicas del UAV pueden comportarse como alerones (deflexión antisimétrica) o como elevadores (deflexión simétrica). La ausencia de cola y el tamaño del UAV hacen posible separar los movimientos longitudinal y lateral manteniendo su acoplamiento parcial. Las entradas del modelo lateral son el ángulo de deflexión de los alerones y la velocidad aerodinámica, mientras que para el modelo longitudinal se han considerado como entradas la fuerza propulsiva y el ángulo de deflexión de los elevadores. Para validar el modelo del UAV se han realizado varias simulaciones de maniobras realistas.

  • English

    The utility of unmanned aerial vehicles (UAVs) is evident, as shown by their multiple applications in various fields. Among these, fixed-wing drones are receiving increasing interest due to some of their advantages over the more well-known rotary UAVs, such as that they are faster and more suitable for long-distance flights and for covering large areas, and they are more energy efficient. However, they can be unstable and require robust controllers for their operation. For the design of the control, it is essential to have mathematical and computational models of these complex and non-linear systems. In this work, the development of a dynamic model of a fixed-wing UAV, the Skywalker X8, is presented, as well as its simulation. The non-linear dynamic model obtained describes the behavior of the UAV in a realistic and complete way, taking into account that, as it does not have a tail, the aerodynamic surfaces of the UAV can behave as ailerons (antisymmetric deflection) or as elevators (symmetric deflection). The absence of a tail and the size of the UAV make it possible to separate longitudinal and lateral movements while maintaining their partial coupling. The inputs for the lateral model are the aileron deflection angle and the airspeed, while for the longitudinal model the propulsive force and the elevator deflection angle have been considered as inputs. To validate the UAV model, several simulations of realistic manoeuvres have been carried out.