Cuando se define un sistema de guiado, nos referimos a una serie de comandos enviados al controlador de la plataforma para hacer que se lleven acabo ciertas tareas. Estas podrían referirse a seguir una linea, ascender, aterrizar, mantener un estado a un cierto valor, entre otros.

En Veronte Pipe es posible combinar una serie de guiados para crear fases de vuelo personalizadas que harán que la plataforma se comporte de una cierta manera. Por ejemplo, para  crear una fase de despegue, los guiados que se deben incluir serían un “Runway” (pista) que define una linea sobre la pista de despegue y que es seguida por la aeronave; y un guiado “Hold” (mantener) que hará que los valores de cabeceo y alabeo se mantengan a 0 para tener un movimiento nivelado mientras el avión acelera sobre la pista.

Cada guiado tiene una serie de diferentes parámetros a configurar. Todos ellos se presentan a continuación, con explicaciones detalladas de los valores que contienen.

HOLD

El guiado tipo “Hold” se usa para introducir en el sistema de control un valor deseado para una variable determinada por el usuario. Es diferente al resto de guiados, en los que por ejemplo el usuario establece una ruta a seguir y el rumbo deseado es calculado automáticamente por el algoritmo de guiado, no lo determina el usuario como en el guiado “Hold”.

Guiado Hold

Existen cuatro formas diferentes en Pipe para determinar como se introduce la variable en el sistema de control al usar un guiado tipo “Hold”:

  • None: se introduce un valor simple. Tan pronto como la aeronave entre en la fase que contiene el guiado “hols”, la variable deseada tomará el valor especificado en esta opción. Es posible definir un valor constante, o tomar el valor que tiene otra variable en ese instante. Ejemplo: hacer que el avión mantenga el rumbo que tiene cuando entra en esa fase, se selecciona “Desired Heading” en el campo de variable y “Heading” en el campo donde se establece el valor.
  • Time (Ramp Time): en este caso, la variable deseada que se introduce en el controlador tomará primero el valor (constante o de otra variable) especificado en el recuadro izquierdo. Pasado el tiempo indicado en la casilla intermedia la variable tomará el valor determinado en el recuadro derecho. El valor de la variable cambia entre los dos valores según una rampa, y en el tiempo establecido.
  • Slope (Ramp Rate): el mismo caso que antes pero en vez del tiempo entre los valores de la rampa se establece la pendiente de la rampa entre los valores inicial y final.
  • Ewma (TAU):  la variación entre los puntos inicial y final es exponencial. Siendo TAU el valor.

CLIMBING

El guiado de ascenso se usa para hacer que el avión suba desde la altura que tiene al entrar en la fase hasta otra determinada por el usuario. Normalmente, este guiado se usa después del despegue para ascender desde tierra hasta la altura de crucero, pero se puede emplear para el propósito que desee el usuario.

Guiado de Ascenso

Todos los parámetros que aparecen en la figure previa son los que establecen la ruta seguida por el avión durante un ascenso. Son detallados a continuación:

  • Atracción a la linea: es un parámetro que determina como es de atraída la plataforma hacia la linea que establece la ruta a seguir.  El valor es la distancia perpendicular a la trayectoria, a la cual el vehículo intentará volver a la linea con un rumbo de 45 grados respecto a el. Cuando está mas cerca de la ruta que la distancia establecida en este parámetro, el angulo del rumbo será menor que 45, y cuando está mas lejos será mayor. Por lo que un valor pequeño implica mas atracción a la linea, ya que la aeronave intentará volver a la ruta con valores de rumbo mas grandes que 45 grados durante mas tiempo. Por otro lado, un valor grande de atracción a la linea hará que aun estando el avión lejos de la ruta, el angulo con el que quiere volver a ella será menor que 45 grados.  line_attractionEn la fase de ascenso, la ruta no es indicada directamente por el usuario, a diferencia del guiado de crucero donde si se crea el camino que seguirá la aeronave a través del menú de “Mission”;  pero aun así hay que tener en cuenta que si existe una ruta definida a través de los parámetros que se presentarán mas adelante en esta sección. Por lo tanto, el valor de atracción a la linea es igual de importante en este caso que para la fase en la que el avión sigue los waypoints definidos por el usuario.  Los valores más comunes para la atracción a la linea son de entre 20 y 40 para aviones, y 15 para multicópteros. Los cambios respecto a este valor solo deben ser realizados por usuarios expertos.
  • Acceleration proportional gain: este parámetro está relacionado con un nuevo sistema de control desarrollado por Embention, en el cual el elevador y el motor trabajan en el control del cabeceo y empuje al mismo tiempo. El motor aumenta la  energía del  y el elevador la distribuye para conseguir los comandos de guiado establecidos.  
  • Set limit acceleration: aquí se establecen los límites para la des-aceleración y aceleración de la plataforma cuando está ascendiendo. Normalmente estos límites se deben a limitaciones estructurales, y se emplean para evitar movimientos extremos de la plataforma.
  • Set Speed: esta opción establece la velocidad deseada que el vehículo tendrá durante la fase de ascenso. La velocidad puede ser IAS (velocidad del aire indicada) o Speed (velocidad con respecto a tierra). Normalmente, la IAS se usa en aviones y la Velocidad respecto a tierra en multicópteros. La opción “waypoint reach” (punto de ruta alcanzado) se usa para indicar la velocidad de la plataforma cuando alcance los puntos de ruta, por lo que viajará a lo largo de la linea con la velocidad indicada en la opción “Cruise”, y después acelerará o decelerará hasta la velocidad indicada “waypoint reach” cuando llegue a los puntos de ruta.
  • Hover Gain: estas ganancias se usan en multicópteros cuando la plataforma está planeando sobre una localización concreta. Si el vehículo es movido de esa posición debido a una corriente de aire, intentará volver al punto de planeo con las ganancias indicadas aquí.
  • Route: aquí se indican los parámetros que definen la ruta seguida por la aeronave cuando está ascendiendo.   
    • Flight Path Angle (ángulo de trepada): ángulo al cual asciende la aeronave.
    • Radius (radio): el ascenso se realiza en dos tramos. Primero un vuelo recto y luego un vuelo en circulo, permitiendo realizar el ascenso en un área más reducida. Este parámetro indica el radio de la ruta circular.
    • Distance (distancia): es la distancia entre el punto donde el avión entra en la fase de ascenso y el punto donde comienza el ascenso en círculo.
    • Sense of arcs: define el sentido de rotación durante la ruta circular.

YAW

El guiado de Yaw se emplea en multicópteros para indicar el comportamiento de la aeronave en dicho eje. Esta opción se emplea normalmente durante la fase de crucero en multicópteros, ya que la ruta se puede realizar de diferentes formas en cuanto a la rotación respecto al eje de guiñada.

Guiado de Yaw

Los modos disponibles en el guiado de guiñada son:

  • Current (actual): el multicóptero mantendrá el ángulo de guiñada que tiene cuando entra en la fase que contiene este guiado.
  • Fixed (fijo): la guiñada se mantiene a un valor constante indicado por el usuario.
  • Heading (rumbo): la guiñada toma el valor del rumbo cuando se entra en esta fase.
  • Position (posición): el ángulo de guiñada va rotando de forma que su eje longitudinal siempre esté apuntando a una localización definida por el usuario (absoluta o relativa).

LANDING

El guiado de aterrizaje se usa para crear la ruta que el avión seguirá para aterrizar en una cierta pista definida por el usuario.

Guiado de Aterrizaje

  • Line attraction (atracción a la linea): como en el caso del ascenso, es un parámetro que determina como es atraído el avión hacia la ruta. Un valor más alto indica una atracción menor.
  • Acceleration proportional gain: lo mismo que en el ascenso.
  • Set limit acceleration: establecer límites de aceleración y deceleración.
  • Set speed: determinar la velocidad del avión durante la fase de aterrizaje. En algunos casos, si la plataforma no tiene flaps o aerofrenos no será posible que desacelere hasta alcanzar el valor deseado de velocidad, por lo que es algo a tener en cuenta durante la operación.
  • Route: esta sección del guiado de aterrizaje define la ruta que sigue la aeronave para ir del punto donde se entra en el guiado, al punto donde se toca tierra. La ruta de aterrizaje tiene dos partes: la primera consiste en un descenso en círculos empleado para bajar desde la altura de crucero a una altitud donde la maniobra para encarar el avión hacia la cabecera de pista y tocar tierra es posible. La segunda parte de la ruta es dicho descenso hacia la pista. Si el aterrizaje se comienza a una altitud en la cual se puede realizar la maniobra de aproximación sin el descenso en círculos, este no se hará, por lo que esta sección de la ruta solo se hace cuando el avión se encuentra a gran altitud. Los parámetros que definen la ruta de aterrizaje son presentados a continuación:
    • Loiter descending (descenso en círculos): centro de la ruta de descenso circular. Se indica simplemente haciendo clic sobre el mapa en el punto donde se quiere situar.
    • Margin (margen): porcentaje de la distancia de la pista, dentro de la cual aterrizará la aeronave.
    • Flight path angle (ángulo de descenso): ángulo de descenso para toda la fase de aterrizaje.
    • Horizontal distance for descending: distancia entre la cabecera de la pista y el centro del giro que se realiza para encarar el avión hacia la dirección de pista.
    • Radius of head turn: radio del giro para encarar el avión hacia la dirección de la pista.
    • Radius of helix: radio de la ruta circular de descenso que hace el avión para alcanzar una altitud suficiente como para realizar la maniobra de aterrizaje.

La siguiente figura detalla esquemáticamente todos los parámetros detallados anteriormente.

fig.108-landing-guidance-interface-05

Ruta de Aterrizaje

Finalmente, en el guiado de aterrizaje el usuario debe definir la pista. Hay dos maneras diferentes para indicar cual será la pista para esta fase. La primera es simplemente indicar la pista seleccionando dos puntos (principio y final de pista). Con (1) el usuario hace clic sobre el mapa para indicar el principio de la ruta (2 en este caso). El punto final se crea igual pero seleccionando el punto 3. La dirección del aterrizaje se indica con las flechas que aparecen en la figure. La opción Auto toma la dirección dependiendo de la posición de la aeronave cuando entra en esta fase (elige automáticamente la ruta de aproximación mas corta).

landing

Panel del Guiado de Aterrizaje

La otra forma de indicar una pista es seleccionar un aeropuerto de los que aparecen en la base de datos de Veronte Pipe.

CRUISE

El guiado de crucero se usa para hacer que el vehículo siga una ruta creada por el usuario a través del menú de “Mission”. Este es el uso principal de este guiado, pero también se puede emplear para hacer que el avión vaya a una localización concreta (punto de ruta) sin indicar la ruta completa, por lo que en general es un guiado usado para hacer que la plataforma se dirija a una localización en el mapa. Algunos ejemplos de este guiado se detallará a continuación, pero primero se explicarán d todos los parámetros que definen el guiado de crucero.

Guiado Crucero

  • Line attraction (atracción a la linea): es el mismo parámetro que el explicado en el guiado de ascenso.
  • Patch: en Pipe, un tramo se define como la linea entre dos puntos de ruta. Esta opción se usa para forzar a que la plataforma se dirija a uno de los tramos que forman la ruta cuando entra en la fase de crucero. Por ejemplo, si la ruta que crea el usuario tiene 4 lineas (un cuadrado), esta opción se puede emplear para forzar a que la aeronave tome una de esas lineas como la primera de la ruta siempre que entra en esta fase de crucero.cruise-1En la figura anterior,  si la linea que empieza en el punto resaltado en amarillo se quiere tomar como en el inicio de la ruta, haciendo clic en 1 permitirá al usuario seleccionar dicho tramo ( cada tramo se selecciona escogiendo el primer punto de ruta del mismo, teniendo en cuenta la dirección).

 

  • Acceleration proportional gain: explicado en el guiado de ascenso.
  • Set height mode (modo de altura):  el modo de altura indica como la plataforma se comporta con respecto a la altitud durante la misión. Si se selecciona el modo 2D, el vehículo seguirá la ruta predefinida sin tener en cuanta la altitud de los puntos, mantendrá la altitud que tenia cuando entró en el guiado de crucero. El modo 2.5 D se usa solo en multicópteros, y en el la plataforma ascenderá verticalmente a la altitud del primer punto de la ruta y posteriormente seguirá los tramos de la misma. Por último, en el modo 3D el vehículo va de la altitud en la que entra en la fase a la altitud del primer punto de la ruta, siguiendo una trayectoria diagonal (linea 3D que conecta los dos puntos).
  • Set limit acceleration: la aceleración y desaceleración puede ser limitada para incrementar la seguridad de la operación.
  • Set speed: establece la velocidad que el avión tendrá durante la fase de crucero. La velocidad puede ser definida como IAS o velocidad respecto al suelo.
  • Hover Gain: parámetro explicado en la fase de ascenso.

VTOL

El guiado VTOL (despegue y aterrizaje vertical) se emplea en multicópteros para las operaciones de despegue y aterrizaje. Este guiado consiste en una línea vertical que empieza en el punto donde inicio de la fase.

VTOL Guidance

  • Line Attraction: parámetro definido en el guiado de ascenso.
  • Acceleration proportional gain: parámetro definido en el guiado de ascenso.
  • Set limit acceleration: limitación de los valores de aceleración y deceleración durante este guiado.
  • Set Speed: aquí se establece la velocidad que tendrá el multicóptero mientras está subiendo o bajando.
  • Hover Gain: explicada en el guiado de ascenso.
  • Route: estos parámetros se emplean para indicar la ruta que seguirá el multicóptero durante el despegue y aterrizaje. La ruta consiste en una linea vertical desde el punto donde el vehículo entra en la fase. En el caso del despegue, la linea va desde tierra hasta una altura indicada por el usuario. Esta altura puede ser relativa (contando desde el punto donde se inicia la ruta) o absoluta (MSL, AGL o WGS84). Como ejemplo, en  la operación de despegue, se puede indicar una altura de 1000 metros como punto final, así se asegura que el multicóptero estará siempre subiendo hasta que se comande un cambio a otra fase (por automatización o manualmente). El mismo procedimiento se realiza en el aterrizaje, indicando una distancia relativa grande (por ejemplo 100 metros desde el punto de inicio) para asegurar que el vehículo alcanza el suelo, y mediante una automatización que detecta la aceleración al tocar tierra se para la plataforma.

RUNWAY

El guiado de pista se usa para crear una ruta recta a lo largo de la longitud de pista. Este tipo de guiado se usa normalmente en la fase de despegue, donde se quiere que el avión mantenga la dirección de la pista mientras está acelerando hasta alcanzar el punto de despegue.

Guiado de Pista

La pista se crea como en el guiado de aterrizaje. Simplemente haciendo clic sobre el mapa para seleccionar los puntos inicial y final de la pista, se crea la ruta a seguir por el avión. A parte de estos puntos, hay tres parámetros mas que indicar:

  • Line attraction (atracción a la linea): valor que indica como es atraído el vehículo hacia la linea. Un valor más grande implica una atracción menor.
  • Speed: g velocidad con respecto al suelo que llevará la aeronave mientras viaja a lo largo de la linea que determina la pista de despegue.
  • Acceleration proportional gain: parámetro definido en el guiado de ascenso.

Nota: en las secciones 12.1.1.2 y 12.1.2.2 hay ejemplos de como combinar los guiados para crear las fases de vuelo que forman la operación de un avión de ala fija y de un ala volante respectivamente.