{"id":5553,"date":"2022-01-14T15:28:56","date_gmt":"2022-01-14T15:28:56","guid":{"rendered":"https:\/\/transferencia.tec.mx\/?p=5553"},"modified":"2023-09-11T00:57:19","modified_gmt":"2023-09-11T00:57:19","slug":"barcos-autonomos-disenados-contra-viento-y-marea","status":"publish","type":"divulgacion-ciencia","link":"https:\/\/tecscience.tec.mx\/es\/divulgacion-ciencia\/barcos-autonomos-disenados-contra-viento-y-marea\/","title":{"rendered":"Barcos aut\u00f3nomos dise\u00f1ados contra viento y marea"},"content":{"rendered":"

Por\u00a0Herman Casta\u00f1eda<\/strong><\/a> y\u00a0Alejandro Gonz\u00e1lez<\/strong><\/a><\/p>\n

Los veh\u00edculos acu\u00e1ticos de superficie no tripulados, o USV por las siglas en ingl\u00e9s de unmanned surface vehicles<\/em>, son embarcaciones que operan con sistemas robotizados y sensores que perciben su posici\u00f3n y su alrededor, con actuadores que les permiten desplazarse y una unidad de procesamiento que administra los datos para ejecutar una tarea determinada.<\/p>\n

Asimismo, cuentan con un controlador cuyo objetivo es garantizar que el bote siga una trayectoria deseada, considerando restricciones de tiempo y espacio. Sin embargo, en la pr\u00e1ctica, existen incertidumbres, din\u00e1micas no modeladas y perturbaciones, como se muestra en la Figura 1, que afectan la estabilidad o, en su defecto, reducen el desempe\u00f1o del sistema.<\/p>\n

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Figura 1.- Perturbaciones de viento, olas, corrientes acu\u00e1ticas y carga variable que inciden adversamente en un veh\u00edculo acu\u00e1tico de superficie.<\/figcaption><\/figure>\n

Las incertidumbres param\u00e9tricas corresponden a variaci\u00f3n de las propiedades f\u00edsicas, tales como la masa o la inercia. En cambio, las din\u00e1micas no modeladas son todas aquellas din\u00e1micas que influyen en el sistema y son omitidas, aspecto que ocurre con regularidad en el dise\u00f1o de control. Finalmente, las perturbaciones externas son condiciones que no pertenecen al sistema y que afectan al veh\u00edculo, como son el viento, las olas, las corrientes acu\u00e1ticas, la presi\u00f3n atmosf\u00e9rica, entre otros factores.<\/p>\n

En este sentido, estos veh\u00edculos acu\u00e1ticos requieren controladores de alto desempe\u00f1o que puedan tratar con esta clase de perturbaciones. En la literatura, existen t\u00e9cnicas que tratan estos problemas. No obstante, normalmente se requiere el conocimiento exacto de los disturbios para compensar tal efecto y garantizar el funcionamiento correcto del controlador. Com\u00fanmente, este conocimiento preciso no est\u00e1 disponible, o bien es complicado de estimar, aumentando la dificultad de los sistemas de control. As\u00ed, el estudio de controladores robustos permite abordar problemas cada vez m\u00e1s complejos y con alto grado de incertidumbre.<\/p>\n

Controladores de alto desempe\u00f1o<\/h2>\n

Este trabajo de investigaci\u00f3n consiste en el dise\u00f1o de controladores robustos. Nuestras propuestas se basan en las t\u00e9cnicas de control por modos deslizantes, que tienen propiedades de robustez sobresalientes con respecto a otras t\u00e9cnicas de control. Sin embargo, tienen una desventaja llamada \u201cchattering\u201d, que es una oscilaci\u00f3n de alta frecuencia en el control que puede da\u00f1ar parcial o totalmente los actuadores del veh\u00edculo, es decir, los propulsores. La fuente de este problema son las incertidumbres y las ganancias sobredimensionadas de los controladores.<\/p>\n

Entonces, una manera de reducir el \u201cchattering\u201d es estimando y compensando dichas perturbaciones, esto requiere un gran esfuerzo y no siempre se pueden obtener dada la aleatoriedad intr\u00ednseca de tales perturbaciones. Por tanto, se proponen controladores adaptativos que var\u00edan la ganancia de control en funci\u00f3n del requerimiento. En otras palabras, si hay perturbaci\u00f3n, la ganancia de control crece para rechazarla y, por el contrario, la ganancia decrece a un m\u00ednimo de operaci\u00f3n.<\/p>\n

Nuestra propuesta<\/h2>\n

Mediante el dise\u00f1o de controladores robustos podremos garantizar que la trayectoria de los botes sea satisfecha en presencia de tales disturbios. Nuestra investigaci\u00f3n comienza en [1], donde a partir de las leyes f\u00edsicas se deriva el modelado matem\u00e1tico del USV, se estiman par\u00e1metros hidrodin\u00e1micos y se valida el modelo del bote experimentalmente. Seguido de [2], en el que se presenta un controlador por modos deslizantes adaptativos en presencia de incertidumbres, en este caso con una carga extra que hace variar sus par\u00e1metros, especialmente la masa y la inercia.<\/p>\n

Los resultados de esta investigaci\u00f3n demostraron un gran desempe\u00f1o del controlador y se compararon con propuestas recientes, tal como se puede ver en este video:<\/p>\n