Techniques robustes pour le contrôle automatique des systèmes robotiques

par Juan luis Rosendo

Thèse de doctorat en Robotique

Sous la direction de Benoît Clément et de Hernán De Battista.

Soutenue le 22-03-2019

à Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne en cotutelle avec l'Universidad nacional de La Plata , dans le cadre de École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , en partenariat avec Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (laboratoire) .

Le président du jury était Gabriel Acosta.

Le jury était composé de Ignacio Mas, Fabricio Garelli, Vincent Creuze.

Les rapporteurs étaient Gabriel Acosta, Carlos Miguel Soria.

mots clés

• Robotique
• Contrôle robuste
• Systèmes avec restrictions
• Mode de glissement
• Robots sous-marins
• Commande robuste
• Systèmes non linéaires
• Systèmes à entrées multiples et à sorties multiples
• Commande en mode glissant

Résumé

Ce travail vise à atténuer les effets des contraintes sur les systèmes robotiques mobiles. À cette fin, des structures de commande auxiliaire et des techniques de réglage robuste sont proposées. Les structures sont proposées dans le cadre du suivi de chemin pour atténuer les effets des contraintes sur les entrées et les sorties des systèmes. Ensuite, étant donnée leur utilisation répandue en robotique, les contrôleurs de type PID sont considérés comme une contrainte structurelle. Une méthode de réglage robuste, tenant compte de cette contrainte, est proposée permettant d’atteindre de bons niveaux de performance même en présence de perturbations. Enfin, pour faire face à la robustesse en présence des contraintes de non-linéarité sur robots, un outil d’analyse et de réglage pour les contrôleurs de mode glissant est proposé. La particularité de cette méthode de réglage, basée sur des techniques d’optimisation globale et de calculs par intervalles, est qu’elle permet de générer des cartographies de réglage des paramètres pour lesquels le critère de performance souhaité est rempli.Toutes les stratégies proposées sont mises en pratique par des expérimentations réelles ou sur des simulateurs validés (AUV Ciscrea disponible à l’ENSTA Bretagne).

mots clés

• Robotics
• Robust control
• Systems with constraints
• Sliding Modes

Titre traduit

Robust techniques of automatic control for mobile robotic systems

Résumé

This work seeks to mitigate the effects of constraints on mobile robotic systems. To this end, auxiliary control loops and robust tuning techniques are proposed. The former are proposed to mitigate the effects of constraints on the input and output of the systems through the modification of the motion parameter in path following applications.Then, PID controllers are considered as a structural constraint, given its wide use in robotics particularly at low control level. A robust tuning methodology considering this constraint is proposed which achieves good performancelevels even when facing disturbances. Finally, to deal with robustness in presence of robots nonlinearity constraints, an analysis and tuning tool for sliding mode controllers is proposed. The particularity of this tuning method, based on global optimization and interval techniques,is that it allows generating tuning maps of the parameter regions where the desired performance criterion is fulfilled. All the proposed strategies are put into practice, through real experimentation or invalidated simulators, over the AUV Ciscrea available at ENSTA Bretagne.