Modélisation et commande robuste des drones miniature[s] : Conception de l'architecture embarquée

par David Lara Alabazares

Thèse de doctorat en Technologies de l'information et des systèmes

Sous la direction de Rogelio Lozano.

Soutenue en 2007

à Compiègne .


  • Résumé

    Cette thèse porte sur la conception de l'architecture informatique embarquée pour la commande de deux objets volants miniatures ou drones: un hélicoptère à quatre rotors et un avion. Les modèles dynamiques de chaque véhicule sont obtenus en utilisant la méthodologie de Newton-Euler prenant en compte les forces et moments aérodynamiques. Trois approches de commande sont utilisées pour le quadri-rotor, la première est linéaire et les deux autres sont non linéaires. Concernant l'avion, nous avons proposé seulement un contrôleur linéaire pour la stabilisation d'attitude. Les lois de commande non linéaires sont basées sur l'approche de Lyapunov appelée technique de saturations emboîtées. Un nouvel outil pour l'analyse de robustesse est présenté. Cet outil est basé sur l'approche de la caractérisation du value-set du modèle mathématique du système de commande en boucle fermée. Ce modèle mathématique est représenté par une fonction de transfert à paramètres intervalle. Pour le quadri-rotor, la marge de robustesse pour maintenir la stabilité dans le système de commande est calculée, en tenant en compte de l'incertitude paramétrique et du retard existant dans les actionneurs. Pour l'avion miniature, la propriété de stabilité absolue robuste est vérifiée prenant en compte seulement l'incertitude paramétrique. Dans les deux cas le value-set transforme le problème analytique en un problème du type numérique-graphique. La validation des lois de commande proposées pour chaque véhicule a été réalisée en utilisant la plate-forme expérimentale qui exécute les algorithmes en temps réel avec une bonne performance.

  • Titre traduit

    Modelling and Robust Control of Small UAVs : Embedded Architecture Design


  • Résumé

    This thesis presents the embedded architecture design of an autopilot for the control of two miniature flying machines called drones: a quad-rotor helicopter and a miniature aeroplane. The dynamic models of each vehicle are obtained using the Newton-Euler method taking into account the aerodynamic forces and moments. Three control approaches are used for the quad-rotor, one linear and two nonlinear. For the airplane only a linear controller is proposed for the attitude stabilisation. The nonlinear controls are based on one Lyapunov approach called nested saturation. A new tool for the robustness analysis is presented. This tool is based on the value set characterization approach of the mathematical model for the closed-Ioop control system, which is represented by an interval plant. For the quad-rotor, the robustness margin to keep stability in the control system is calculated. This is done taking into account the parametric uncertainty and the time-delay in the actuators. For the miniature airplane the robust absolute stability property is verified considering only the parametric uncertainty. Ln both cases the value set method transforms the analytical problem into a computational-graphic problem. This report describes with detail the validation of the control laws proposed for each vehicle in the experimental platform which executes the algorithms in real-time with a good performance.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 89 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007 LAR 1673
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