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Inicio/Ingeniería/Cuadricóptero 2D (cabeceo)

Cuadricóptero 2D (cabeceo)

Vista de costado: dos rotores; un controlador PD por la diferencia de empuje sostiene el ángulo de cabeceo.

PD (didáctico)

2.8
1.4
1.15
0.35

Dos rotores en el plano: τ ∝ (F_der − F_izq) fija el cabeceo alrededor de un punto inmóvil. La perturbación añade una «ráfaga» chica para que se vea cómo el lazo PD la rechaza.

Magnitudes medidas

Meta θ0°
ModeloCM fijo

Sobre el modelo

El modelo plano del cuadricóptero deja un solo grado de libertad: el cabeceo alrededor de un centro de masa fijo. Dos rotores dan las fuerzas F₁ y F₂; el momento es τ = (F₂ − F₁) d y la rotación cumple τ = Iα. Sin controlador, un desvío chico no vuelve solo: el empuje gira con el fuselaje. La ley PD sobre el error de ángulo θ y la velocidad angular ω fija la diferencia de empuje y apaga la inclinación. No hay movimiento de traslación; la dinámica de los motores es instantánea. En pantalla se ven el ángulo, los dos empujes y la respuesta a una ráfaga.

Para quién: Teoría de control y dinámica de aeronaves: estabilización de la orientación con un controlador PD.

Conceptos clave

  • cabeceo
  • momento
  • momento de inercia
  • controlador PD
  • diferencia de empuje
  • aceleración angular

Cómo funciona

Dos rotores en el plano, centro de masa fijo. El momento es proporcional a la diferencia de empujes; el PD sobre θ y ω corrige en simétrico la fuerza izquierda y la derecha. La ráfaga añade una perturbación. En pantalla, el ángulo y los dos empujes: con Kd chico el aparato oscila; con Kp grande se sacude hacia la meta.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el aparato solo gira y no vuela de lado?
El centro de masa está fijo para separar la orientación del movimiento de traslación. En un cuadricóptero real el cabeceo se liga al vuelo adelante–atrás; aquí se mira solo cómo la diferencia de empuje produce el momento.
¿Qué hacen los coeficientes P y D?
El término proporcional responde al error actual de ángulo: más Kp, más momento corrector. El diferencial mira ω y amortigua para que no se balancee. Juntos son el PD clásico de orientación.
¿Por qué el vuelo estacionario es inestable sin controlador?
Una ráfaga da momento e inclinación. Los vectores de empuje van con el fuselaje y aparece una componente que refuerza el giro. El PD da retroalimentación negativa y devuelve el ángulo.