Revista ELECTRO
Vol. 47 – Año 2025
Artículo
TÍTULO
Hibridación de Control PID+LQR con Posicionamiento de Polos KPP de un UAV de Ala Móvil
AUTORES
González-Rojo, S.; Ruiz-Varela, O.R.
RESUMEN
Este trabajo presenta una metodología híbrida que combina controladores PID y LQR para optimizar la estabilidad y precisión de un dron en vuelo. La técnica emplea el ajuste de ganancia (𝑲𝒑𝒑) mediante el método de colocación de polos, logrando una respue sta dinámica mejorada. Los resultados muestran una sincronización efectiva entre control de altitud y actitud, destacando la robustez del sistema frente a perturbaciones externas. Considera la introducción de un mecanismo de weight scheduling adaptativo qu e ajusta en tiempo real la combinación de las acciones PID y LQR partiendo de la evaluación de una función de Lyapunov extendida. El artículo se enfoca también en el diseño de un modelo matemático a partir de un sistema físico.
Palabras Clave: Control PID, Control LQR, Métrica de Lyapunov, Estabilidad Actitudinal, Drones Multirrotor
ABSTRACT
This work introduces a hybrid methodology combining PID and LQR controllers to optimize the stability and precision of a drone in flight. The te chnique uti lizes gain tuning (K pp) through pole placement, achieving an enhanced dynamic response. Results demonstrate effective synchronization between altitude and attitude control, highlighting the system's robustness against external disturbances. Consider the in troduction of an adaptive weight scheduling mechanism that adjusts in real-time the combination of PID and LQR actions based on the evaluation of an extended Lyapunov function. The article also focuses on the design of a mathematical model based on a physi cal system.
Keywords: Keyword: PID Control, LQR Control, Lyapunov Metric, Attitude Stability, Multirotor Drones
REFERENCIAS
[1] A. Khan et al., “Differential flatness-based hybrid PID/LQR flight controller for complex trajectory tracking in quadcopter UAVs,” Proc. IEEE NAECON, pp. 1 –6, 2017. DOI: 10.1109/NAECON.2017.8268755
[2] M. Okasha et al., “Design and Ex perimental Comparison of PID, LQR and MPC Stabilizing Controllers for Parrot Mambo Mini-Drone,” Aerospace, vol. 9, no. 6, pp. 1 –20, 2022. DOI: 10.3390/aerospace9060298
[3] J. Madeiras et al., “Position and Attitude Tracking Controllers Using Lyapunov Transformations for Quadrotors,” J. Intell. Robot. Syst., vol. 110, no. 9, 2024. DOI: 10.1007/s10846-023-02016-9
[4] H. K. Khalil, Nonlin ear Systems, 3rd ed. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall, 2002.
[5] R. W. Beard and T. W. McLain, Small Unmanned Aircraft: Theory and Practice. Princeton, NJ, USA: Princeton University Press, 2012.
[6] J. T. Reason and M. R. Napolitano, “Quaternion-based co ntrol for attitude stabilization of UAVs,” IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vol. 52, no. 3, pp. 1234 –1245, Jun. 2016.
[7] F. Bullo and A. D. Lewis, Geometric Control of Mechanical Systems. New York, NY, USA: Springer, 2004.
[8] S. Bouabdallah, P. Murrieri, and R. Siegwart, “Design and control of an indoor micro quadrotor,” in Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Autom., 2004, pp. 4393 –4398.
[9] J. Slotine and W. Li, Applied Nonlinear Control. Englewood Cliff s, NJ, USA: Prentice Hall, 1991.
[10] M. Okasha, et al., "Design and Experimental Comparison of PID, LQR and MPC Stabilizing Controllers for Parrot Mambo Mini-Drone," Aerospace, vol. 9, no. 6, pp. 1-20, 2022. DOI: 10.3390/aerospace9060298 1.
[11] I. Baran, M. Bayezit, and A. Jambak, "LQR + Extremum Seeking Control (ESC)," Aerospace Systems, Springer, 2024.
[12] R. Yadav and S. Ghosh, "Comparativa PID vs LQR para tracking de trayectorias," in Proc. CISCON 2023, Springer, 2025.
[13] J. López-Molina, et al., "Control híbrido PID –LQR adaptativo con validación rea l," IEEE Access, vol. 11, pp. 1-10, 2023.
[14] R. Kumar, et al., "Flatness‐Based PID –LQR hybrid," presented at the ResearchGate Conference, 2017.
CITAR COMO:
González-Rojo, S.; Ruiz-Varela, O.R., "Hibridación de Control PID+LQR con Posicionamiento de Polos KPP de un UAV de Ala Móvil", Revista ELECTRO, Vol. 47, 2025, pp. 36-41.
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