Velocidad aerodinámica sin pitot: estimación y control en dron ala fija

Resumen

Este artículo presenta una metodología para estimar la velocidad aerodinámica verdadera (TAS) de un dron de ala fija sin emplear un sensor de presión diferencial (tubo pitot) ni un filtro de Kalman completo. El método se basa en la hipótesis de derrape nulo (vuelo coordinado) y en un estimador por gradiente descendiente de velocidad del viento que utiliza únicamente mediciones de GPS (velocidad sobre el suelo) y de una unidad de medición inercial (IMU) para obtener la orientación del vehículo. Se describe el modelo matemático, el algoritmo recursivo de actualización de velocidad del viento y el cálculo directo de la TAS. Se presenta una implementación en pseudocódigo, como códigos funcionales en MATLAB y C++. Se valida el método mediante simulación de un vuelo circular con velocidad de viento constante y ruido en los sensores, demostración de convergencia de velocidad del viento estimado y error de TAS inferior a 0,12 m/s después de 20 segundos. Además, se integra la TAS estimada en un lazo de control PID para regular la velocidad media del acelerador, y se muestra la conversión de la señal de control a pulso PWM (1000-2000 μs) para un variador eléctrico (ESC). Los resultados confirman que es posible una estimación precisa y un control de velocidad efectiva sin sensores adicionales, siempre que existan cambios de orientación suficientes. Las contribuciones incluyen un algoritmo de bajo costo computacional y fácil integración en pilotos automáticos de bajo costo.