COMMANDE PAR BACKSTEPPING

COMMANDE PAR BACKSTEPPING

INTRODUCTION

Un drone, sytème que le monde militaire a commencé à utiliser il y a un siècle et que le monde civil a commencé à utiliser il y a une décennie, est un objet qui attire toutes les attentions en 2015.
Un drone est un aéronef sans pilote. Cette caractéristique lui permet d’avoir un nombre d’applications très varié. Avoir un drone fonctionnel demande plusieurs étapes de fabrication. Les différentes étapes de la fabrication (figure 0.1) sont l’aérodynamisme, la motorisation, le contrôle, et la modélisation.

Technique de contrôle non linéaire

La commande de vol moderne consiste à concevoir des lois de commande non linéaires basées sur un modèle d’avion non linéaire. Cette technique ne fait aucune approximation sur les non linéarités du modèle. Il s’agit de faire un changement des variables d’état et d’entrée afin de travailler avec le modèle non linéaire. Une technique de contrôle non linéaire implique l’utilisation d’un contrôleur unique qui permet au drone des manoeuvres hors des régions où la dynamique est linéaire. Dans cette méthode, le drone est stabilisé indépendament de son altitude, de sa vitesse, de son centrage ou de la température. Les techniques les plus répandues sont l’inversion dynamique, le backstepping et le mode glissant (Landry, 2012),(Tadeo, Alejandro et Miguel, 2013).

COMMANDE PAR BACKSTEPPING

Ce chapitre présente la théorie de stabilité de Lyapunov, le principe du backstepping et le backstepping appliqué au drone. Le backstepping appliqué au drone se divise en trois contrôleurs pour l’angle de cap, l’angle de montée, et l’angle de dérapage.

Fonction de Lyapunov
Dans ce mémoire, l’auteur travaille avec un système non linéaire. La théorie de stabilité de Lyapunov permet de déterminer la stabilité d’un système non linéaire.

CONCLUSION

Ce mémoire a présenté la technique du backstepping pour contrôler l’angle de cap, l’angle de montée, et l’angle de dérapage d’un drone. Le contrôle a été effectué en actionnant les ailerons, la gouverne de profondeur et la gouverne de direction. La manette des gaz a été maintenue constante.
Comme indiqué dans la revue de littérature dans le chapitre 1, les techniques de contrôle classiques proposent de linéariser le modèle du drone. Ce n’est pas le cas du backstepping qui travaille avec le modèle réel sans approximations. Travailler avec le modèle non linéaire impose de travailler avec des variables virtuelles en faisant des changements de variables d’état et d’entrée.
Le chapitre 2 a présenté la modélisation du drone à voilure fixe. Afin de comprendre comment se comporte un drone, les différents référentiels, le profil de l’aile et les forces ont été présentés. Cela a permis de développer les différentes équations de l’angle de cap, l’angle de montée et l’angle de dérapage. Ces équations sont reliées aux actionneurs (ailerons, gouverne de profondeur et gouverne de direction) à travers des angles, des vitesses angulaires, des moments aérodynamiques et des coefficients aérodynamiques.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Drone-UAV
1.1.1 Définition
1.1.2 Étymologie
1.1.3 Historique
1.1.4 Classification
1.1.5 Applications
1.2 Modélisation du drone
1.3 Commande de vol
1.3.1 Technique de contrôle linéaire
1.3.2 Technique de contrôle non linéaire
CHAPITRE 2 MODÈLE DU DRONE
2.1 Les référentiels
2.1.1 Le référentiel du Corps du Drone (??, ??, ??)
2.1.2 Le référentiel du Vecteur Vitesse / Stabilité (??, ??, ??)
2.1.3 Le référentiel Terrestre (NED) (??, ??, ??)
2.2 Mécanique de vol
2.2.1 Aile
2.2.2 Surfaces de portance
2.2.3 Les Forces
2.2.3.1 Le poids
2.2.3.2 La portance
2.2.3.3 La trainée
2.2.3.4 La poussée
2.3 Equations du Mouvement
2.3.1 Angle de montée et angle de cap
2.3.2 Angle d’inclinaison, angle d’attaque, et angle de dérapage
2.3.3 Vitesses angulaires de roulis, tangage, et lacet
2.3.4 Moments de roulis, tangage, et lacet
2.3.1 Coefficients aérodynamiques de roulis, tangage, et lacet
CHAPITRE 3 COMMANDE PAR BACKSTEPPING
3.1 Fonction de Lyapunov
3.2 Backstepping
3.2.1 Principe du Backstepping
3.2.2 Exemple d’un système du second ordre
3.3 Backstepping appliqué au drone
3.3.1 Contrôleur pour l’angle de montée
3.3.2 Contrôleur pour l’angle de cap
3.3.3 Contrôleur pour l’angle de dérapage
3.4 Commande
CHAPITRE 4 RÉSULTATS
4.1 Angle de montée
4.2 Angle de cap
4.3 Angle de dérapage
4.4 Boucle de navigation et FlightGear
CONCLUSION