Modélisation et commande d'hélicoptère

• Auteur / Autrice : Juan Carlos Avila Vilchis
• Direction : Bernard Brogliato
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et productique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique de Grenoble (1957-2006)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Avions -- Modèles réduits -- Radiocommande

Hélicoptères

Résumé

Ce mémoire concerne la modélisation et la commande non-linéaires d’un hélicoptère à modèle réduit (VARIO Benzin-Trainer) de l’Université de Technologie de Compiègne. En ce qui concerne la modélisation, deux modèles généraux à 7-DDL (degrés de liberté) pour l’hélicoptère en mode de vol libre sont proposés. Le premier modèle est Lagrangien et le deuxième de Newton-Euler. Ce système sous-actionne possède 4 entrées de commande. Lorsque l’hélicoptère est monte sur une plate-forme expérimentale, le système sous—actionne qui en résulte possède 3-DDL et 2 entrées de commande. Le modèle a 3-DDL utilise pour l’analyse du mode de vol vertical (décollage, montée, vol stationnaire, descente et atterrissage) est Lagrangien. Les modèles non-linéaires proposés possèdent des caractéristiques spécifiques qui font de leurs études un défi intéressant, même dans le cas à 3-DDL. Particulièrement les forces aérodynamiques sont exprimées en fonction des signaux de commande et de matrices qui diffèrent de manière significative des formes normalement considérées dans la littérature sur la commande de systèmes mécaniques. En ce qui concerne le système a 3-DDL, deux stratégies de commande sont proposées. La première est une stratégie a deux phases utilisant une commande passive (1ère phase) et une commande linéarisant (2eme phase). La deuxième stratégie concerne uniquement l’application de la commande linéarisante utilisée dans la stratégie précédente. Des résultats en simulation (système a 3-DDL) illustrent les développements théoriques. Une étude en simulation de robustesse est faite pour trois incertitudes paramétriques. Pour les modèles généraux, le vecteur de forces externes (aérodynamiques) possède une structure où les entrées de commande présentent des formes non-linéaires qui sont négligées dans un premier temps pour la conception d’une loi de commande, mais qui seront considérées comme des perturbations pour des simulations ultérieures

This report concerns the nonlinear modelling and control of a scale model helicopter (VARIO Benzin—Trainer) of the Université de Technologie de Compiegne. For the modelling task, two 7-DOF (degrees of freedom) general models used on the free flight mode of the helicopter are proposed. The first one is a Lagrangian model and the second one a Newton-Euler model. This underactuated system has 4 control inputs. When the helicopter is mounted on an experimental platform the system is underactuated with 3-DOF and 2 control inputs. The 3-DOF used for the vertical light analysis (take-off, climbing, hover, descent and landing) is a Lagrangian one. The proposed nonlinear models possess quite specific features which make its studies an interesting challenge, even in the 3-DOF case. In particular aerodynamical forces result in input signals and matrices which significantly differ from What is usually considered in the literature on mechanical systems control. For the 3-DOF system, two control strategies are proposed. The first one is a 2-phase strategy using a passive control (1st phase) and a linearizing control (2nd phase). The second strategy only concerns the linearizing control used in the previous strategy. Numerical results (3-DOF system) illustrate the theoretical developments. A numerical study for three parametric uncertainties is provided to illustrate the robustness of the proposed controllers. The external forces (aerodynamical) vector in the case of the general models possesses a specific structure where the control inputs result in nonlinear forms that are initially neglected for the design of the control law, but that will be considered as disturbances for subsequent simulations.