Vibraciones en Autopilotos: Análisis y Filtrado

Las vibraciones juegan un papel clave en la integración del autopiloto en una aeronave autónoma. Es indispensable pasar diversas simulaciones y ensayos a fin de encontrar el aislante y filtro que garantice las mejores prestaciones. Desde Embention, os resumimos los pasos para analizar las vibraciones en autopilotos.

Vibraciones y frecuencia natural de un sistema

Las vibraciones en el campo de la ingeniería suponen en ciertos casos un verdadero problema. Uno de los principales obstáculos radica en identificar, discriminar y filtrar estas vibraciones con el fin de aislar las dinámicas deseadas del sistema.

Al sistema que, alterado de su posición de equilibrio, vibra bajo la acción de ciertas frecuencias cuando es excitado se denomina frecuencia natural de un sistema (o resonante). Estas repeticiones vienen acompañadas por un movimiento de mayor magnitud que el de otras no resonantes. Por ello, a la hora de evaluar las vibraciones en autopilotos, se debe prestar especial atención para evitar que un sistema entre en resonancia de forma indeseada.

Sensores MEMs

Principio de funcionamiento

La mayoría de UAVs utilizan sensores MEMs (microelectromechanical systems) que proporcionan mediciones de aceleración y velocidad angular. Sin embargo, tienen una desventaja: su vulnerabilidad frente a perturbaciones externas como las vibraciones. Por ello, resulta imprescindible el análisis de vibraciones en autopilotos en los casos en los que se utilicen sensores MEMs.

Filtrado

A día de hoy, el filtrado es la técnica más sencilla y utilizada para paliar los efectos de las vibraciones. Puede ser de dos tipos:

  • Mecánico. Uso de materiales absorbentes de impactos que reduzcan la perturbación final que alcanza el sensor inercial del UAV.
  • Software. Implementación de filtros paso bajo (low-pass filters) que descartan las medidas consideradas inválidas por tener un alto contenido en una frecuencia categorizada como vibración.

Caso particular de Veronte

Simulaciones

En el caso del Autopiloto Veronte, Embention ha realizado una serie de simulaciones. Su objetivo, determinar qué frecuencias eran las resonantes de la PCB donde se sitúan los sensores de nuestro autopiloto. Con ello, se muestran las frecuencias a evitar y aislar. Además, este tipo de ensayos permite definir la viabilidad de montar Veronte en ciertas aeronaves. Conociendo las frecuencias de funcionamiento de su motor, rotor, rotor de cola…

 

Captura de imagen de vibración de autopilotos Veronte

Simulación de los sensores Veronte

Ensayos

Tras una simulación, es conveniente probar los resultados obtenidos en una plataforma vibratoria de frecuencia seleccionable. Siendo sencillo, por comparación, validar el modelo construido anteriormente.

Soluciones

Con los resultados anteriores, se debe seleccionar y probar el material (o el filtro paso bajo implementado) que mejor aísla la frecuencia indeseada. Dejando la dinámica de la aeronave limpia de perturbaciones.

Conclusiones

El análisis de vibraciones es un problema que debe abordarse en todo sistema mecánico que integre cualquier tipo de estructura móvil. Como es el caso del motor de una aeronave. Además, es especialmente crítico para aquellos que determinan la actitud y rumbo de la aeronave por su importancia en la navegación. En Embention, estudiamos cada uno de los sistemas que conforman Veronte con el fin de aislarlos al máximo de cualquier vibración indeseada y ofrecer las máximas prestaciones a nuestros clientes.