Asservissement visuel, suivi de trajectoire et estimation d'orientation d'un engin volant à voilures tournantes

par Najib Metni

Thèse de doctorat en Automatique et traitement du signal

Sous la direction de Tarek Hamel.


  • Résumé

    Le drone à voilures tournantes de type VTOL est un système complexe non-linéaire, instable notamment en mode de vol quasi-stationnaire et présente une dynamique fortement couplée. Ainsi, nous nous sommes intéressés aux problèmes de commande par retour visuel et aux problèmes de l'estimation de l'orientation de l'engin volant afin d'obtenir de bonnes performances pour le contrôle automatique de l'appareil. La thèse se divise en deux parties: L'élaboration d'une stratégie de commande par asservissement visuel d'un engin volant de type VTOL (Vertical Take-off and Landing) capable de réaliser un vol stationnaire. Cette loi est basée sur les techniques robustes du Backstepping, permettant la limitation de l'orientation à de petites valeurs. Ensuite, nous avons élaboré une stratégie de suivi de trajectoire pré-définie par rapport à une cible fixe. Pour résoudre un problème cruciale lors de l'extraction des informations visuelles qui est l'estimation de la direction de la gravité intervenant dans la définition même des erreurs visuelles, nous avons utilisé les mesures inertielles pour élaborer un filtre estimateur de la direction de la gravité et un autre pour une direction indépendante et à partir de ces deux directions la matrice d'orientation est restituée. Le vecteur des biais des gyroscopes est également estimé. Un autre aspect original de ce travail est l'élaboration d'un filtre estimateur de la matrice d'orientation globale qui garantit que la matrice d'orientation reste dans le groupe SO(3). Les stratégies de commande et les filtres estimateurs ont été validés par des simulations et par des expériences expérimentaux sur le drone HoverEye de Bertin Technologies.

  • Titre traduit

    Visual servoing, trajectory tracking and orientation estimation of a flying VTOL vehicle


  • Résumé

    VTOL (Vertical Takeoff and Landing) flying vehicles are non-linear, unstable and complex systems in particular during quasi-stationary flight mode, they present a strongly coupled dynamics. Thus, we were interested throughout this thesis to the problems of visual servoing and orientation estimation of VTOL robots in order to obtain good performances for their automatic control. The thesis is divided into two parts: We developed a visual servoing control strategy of a VTOL engine in hovering mode. This control law is based on the robust techniques of Backstepping, allowing the limitation of the orientation to small values. Then, we worked out a control law of tracking a predefined trajectory. The direction of the gravity vector exists even in the definition of the visual errors. Therefore, it is crucial to get a precise estimation of this direction vector. We used inertial measurements to elaborate an estimator for the gravity direction and another estimator for an independent direction. From these two directions the orientation matrix was restored. The vector of gyroscope bias is also estimated. Another original aspect of this work is the conception of a third estimator for the total orientation matrix, this estimator guarantees that the matrix of orientation remains in the SO(3) group. The control strategies and the estimators were validated by results from simulations and experiments on the HoverEye vehicle from Bertin Technologies.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (145 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f.139-145. Résumés en français et en anglais

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  • Bibliothèque : Université Nice Sophia Antipolis. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 06NICE4088
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