Diseño y desarrollo de un entorno Hardware in the Loop Simulation para probar un sistema de control para un cohete a escala

Abstract

La presente investigación se enfoca en el desarrollo e implementación de un sistema Hardware in the Loop Simulation (HILS) destinado a un cohete a escala. Esta técnica, ampliamente reconocida en el ámbito de la ingeniería, tiene como finalidad validar algoritmos de control mediante la ejecución en un procesador específico. Esto se logra mediante la creación de un entorno virtual que reproduce el comportamiento del sistema físico del cohete a escala y su interacción con el sistema de control, realizando un papel fundamental al permitir la evaluación del desempeño de los algoritmos antes de proceder a la construcción del prototipo físico, asegurando su correcto funcionamiento. Para optimizar la operación del sistema, se proyecta hacia la máxima simplicidad y aplicabilidad posible. El estudio se inicia con una introducción al microcontrolador elegido y al sistema a implementar. Posteriormente, se presentan detalladamente las ecuaciones de movimiento del cohete, considerando variables como el medio atmosférico terrestre, el comportamiento gravitacional y el sistema de referencia inercial del centro de masas terrestre. Además, se proporciona una breve contextualización sobre las clasificaciones existentes de los cohetes. Una vez establecido el modelo matemático y definido el sistema, se procede a seleccionar un cohete a escala de dimensiones reducidas que cumpla con los requisitos del estudio. Las masas y etapas del cohete se determinan en función de los parámetros proporcionados por Rocket Lab, para luego simular su comportamiento de vuelo mediante la utilización del sistema HILS. Finalmente, se realizan tanto simulaciones convencionales como de HILS para el Electron Rocket, obteniendo trayectorias detalladas y analizando la evolución de cinco parámetros críticos durante el vuelo del cohete: altitud, velocidad, masa, ángulos de Euler y trayectoria elipsoidal.