Modélisation, commande et vol en formation des mini-drones

par Jose Alfredo Guerrero Mata

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

Sous la direction de Rogelio Lozano-Leal.

Soutenue en 2009

à Compiègne .

mots clés

• Systèmes multi-agents
• Autopilote embarqué
• Vol en formation
• Drones
• Commande non linéaire
• Traitement réparti
• Vol
• Commande robuste

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la conception et mise en oeuvre des lois de commande pour le vol en formation de mini drones. Il s'agit aussi du développement des lois de commande robuste permettant à des mini drones de réaliser un vol stationnaire autonome en considérant des incertitudes dans les paramètres ainsi qu' aux lois de commande pour le vol en formation de mini drones. Trois configurations de mini drones ont été étudiées : un hélicoptère à quatre rotors, un avion à décollage vertical et un avion classique. Les modèles dynamiques de chaque véhicule ont été obtenus en utilisant la méthodologie de Newton-Euler. Différentes stratégies de commande ont été proposées : une loi de commande robuste en considérant des incertitudes dans les paramètres du modèle, une loi de commande non linéaire basse sur la technique de coordination pour la commande des mini drones. La robustesse des stratégies de commande a été prouvée avec une étude de stabilité en considérant des retards dans l'entrée. La stabilité absolue robuste de la stratégie de commande a été analysée utilisant une approche polynômiale. Pour valider les résultats obtenus, des plate-formes en temps réel ont été conçues et construites. Différentes stratégies de commande pour le vol en formation des mini drones ont été développés : un contrôleur basé sur des saturations embôitées et un contrôleur basé sur la coordination des multi agents d'ordre supérieur.

Titre traduit

Modeling, control and flight formation of mini-UAVs

Résumé

This thesis devoted to the design and implementation of control laves for UAV flight formation. It also concerns the development of a robust control methodology considering parametric uncertainty for autonomous flight of mini-UAVs. We investigate non lineal control laws for mini-UAV flight formation considering communications constraints. Different configurations of mini-UAV have been explored : a four-rotor helicopter, a bi-rotor tail-sitter and a conventional airplane have been studied. The dynamical model of each mini-UAV has been obtained using a Newton-Euler apgoach taking into account the aerodynamic forces and moments. Several control strategies have been proposed : a robust control law considers parametric uncertainty in the model, control input time delay and actuator saturations and guarantee system stability and good flight performance. Real time platforms have been developed and built to validate the theoretical remit obtained. Different control stratégies for the flight formation of mini quadrotors have been developed : a nonlinear control based on nested saturations and a nonlinear control basée on coordination control.