Aplicación de la teoría cualitativa de sistemas dinámicos para el guiado autónomo de vehiculos

Resumen

El objetivo fundamental de la presente tesis es el análisis y desarrollo de controladores que permitan el guiado autónomo de diversos vehículos terrestres y marinos, los cuales, presentan gran complejidad en la gestión de determinados requerimientos operativos. Requerimientos que están orientados, generalmente, a garantizar que el vehículo siga de manera autónoma, una trayectoria demandada, y a asegurar que logre este objetivo a una velocidad predeterminada. A estos efectos, además de usar otras técnicas de diseño de controladores, se ha utilizado la Teoría Cualitativa de Sistemas Dinámicos como pilar fundamental de la metodología de diseño y análisis de dichos controladores. Y es que, el enfoque geométrico del espacio del estado que introduce esta teoría en el análisis de Sistemas Dinámicos, permite construir el mapa de comportamientos cualitativos de dicho sistema, y por tanto, conocer su estabilidad estructural. Añadir que esta representación de comportamientos resulta crucial en sistemas complejos no lineales, en el que las soluciones numéricas cuantitativas pueden llevar a conclusiones parciales o erróneas. Por otro lado, esta teoría ha sido fundamentalmente utilizada en el ámbito del I+D por matemáticos y físicos para compresión de sistemas complejos y con gran componente no lineal. En esta tesis, se pretende darle aplicación en el campo de la Ingeniería, en concreto, para el diseño y análisis de controladores. Pero no se limitará su uso, como suele ser común, a un modelo simplificado que reproduce la dinámica fundamental del sistema completo (pocas variables de estado), si no que se extenderá su uso a un modelo lo más completo posible, con idea de realizar sobre éste, el ajuste final del controlador. Para ello, se hará uso de a los métodos de continuación, que mediante computación numérica, permiten aplicar esta teoría a sistemas con gran número de variables de estado. En esta tesis se ha aplicado esta metodología tres vehículos diferentes. En todos los casos se ha desarrollado y analizado un controlador, y finalmente se han implementado sobre un vehículo real. Los vehículos de aplicación seleccionados en esta tesis han sido los siguientes:  Vehículo Terrestre Articulado (No Tripulado).  Buque Cazaminas dotado de Capacidad de Posicionamiento Dinámico.  Vehículo Marino de Superficie de Alta Velocidad (No Tripulado).