Synthèse de lois de commande intégrées pour le contrôle d'un aéronef au sol

Design of aircraft integrated ground control laws

• Auteur / Autrice : Edouard Sadien
• Direction : Michel Basset, Clément Roos, Abderazik Birouche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 10/01/2020
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Commande des Systèmes et Dynamique du vol (DCSD) - Institut de Recherche en Informatique, Mathématiques, Automatique et Signal (Mulhouse) - Institut de Recherche en Informatique Mathématiques Automatique Signal - IRIMAS - UR 7499 / IRIMAS - ONERA / DEMR- Université de Toulouse [Toulouse]

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monte-Carlo, Méthode de

Avions -- Systèmes de commande

Avions -- Pilotage

Commande robuste

Aéronautique

Mots clés libres

Modèle d’avion au sol

Architecture de commande au sol

Allocation de commande

Validation basée Monte Carlo

On-Ground aircraft modeling

Ground control architecture

Control allocation

Monte Carlo-based validation

Résumé

Pour atteindre un niveau de performance élevé lors des opérations au sol, la dynamique latérale d’un aéronef doit être contrôlée à l’aide de tous les actionneurs disponibles (gouverne de direction, roulette de nez, moteurs et freins) et ce sous diverses contraintes, ce qui donne lieu à un problème d’allocation. Dans cette thèse, un modèle d’avion au sol est développé spécifiquement pour cette problématique. Il inclut les différents actionneurs, les efforts aérodynamiques et de poussée, et considère le couplage latéral-longitudinal de l’interaction pneu-sol. Plus particulièrement, cette dernière prend en compte le glissement combiné, l’état de la piste et la variation de la charge normale. Le modèle proposé est validé par comparaison avec un simulateur haute-fidélité d’Airbus. Un ensemble complet de valeurs numériques représentatives d’un aéronef commercial, ainsi que les objectifs de commande associés, sont également donnés afin de fournir à la communauté un problème stimulant. Après un état de l’art exhaustif des techniques d’allocation et une évaluation approfondie de ces dernières, un nouvel algorithme est ensuite développé afin de permettre une utilisation raisonnée du freinage différentiel en plus de la roulette et de la gouverne de direction. L’allocateur proposé, en sus du respect de diverses contraintes (temps de calcul, certification. . . ), gère intelligemment le compromis entre la minimisation de l’utilisation des actionneurs et la réalisation de la commande virtuelle maximale. Sa validation sur le modèle d’avion développé dans la thèse et le simulateur haute fidélité montre des résultats prometteurs, et des essais sur un avion réel sont prévus à court terme.

To achieve a high performance level during ground operations, the lateral dynamics of an aircraft must be controlled using all available actuators (rudder, nose-wheel steering system, engines and brakes) and under various constraints, which gives rise to a challenging allocation problem. To address this issue, a simple yet accurate design-oriented on-ground aircraft model is first developed. It takes into account the effects of aerodynamics, thrust and tire-ground interactions, both laterally and longitudinally, and for several runway states. It is validated on a high-fidelity Airbus simulator and a complete set of numerical values representative of a commercial aircraft is given, as well as design objectives, so as to provide the control community with a challenging benchmark. After an extensive literature review and an evaluation of the pros and cons of many existing control allocation techniques, a novel and easily implementable algorithm is then developed, which meets actuator and implementation constraints. It automatically manages the trade-off between two antagonistic objectives, namely minimizing the control effort and attaining the maximum virtual control. Its validation on both the design-oriented model and the high-fidelity simulator shows promising results, and flight tests on a real aircraft are scheduled in the short term.