Notions préliminaires de commande non linéaire

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTÉRATURE
1.1 Projets importants
1.1.1 Mesicopter (1999-2001)
1.1.2 X4-flyer MARK (2002-)
1.1.3 OS4 (2004-2007)
1.1.4 STARMAC (2004-2012)
1.1.5 « Flying Machine Arena » (2008-)
1.1.6 GRAPS Labs : MAST (2009-)
1.2 Littérature portant sur les contrôleurs linéaires
1.3 Littérature portant sur les contrôleurs non linéaires
1.3.1 Contrôleur par mode glissant
1.3.2 Linéarisation au sens entrées-sorties
1.3.3 Contrôle géométrique
1.3.4 Backstepping
CHAPITRE 2 MODÉLISATION DE LA DYNAMIQUE
2.1 Définition des repères
2.2 Décomposition de vecteur selon un repère
2.3 Définition du vecteur de position, de force et de moment
2.4 Matrice de rotation
2.5 Vitesse angulaire
2.6 Matrice de propagation des angles d’Euler
2.7 Équation de mouvement
2.8 Forces et moments principaux
2.8.1 Analyse des forces et moments appliqués à un élément d’hélice
2.8.2 Forces de portance
2.8.3 Moment de traînée
2.8.4 Précession gyroscopique
2.8.5 Force de gravité
2.9 Forces et moments non modélisés
2.9.1 Battement d’hélice
2.9.2 Friction de l’air
2.9.3 Effet de sol
2.9.4 Instabilité de l’air et vent
2.10 Dynamique des moteurs
2.11 Modèle du quadrotor
2.12 Correspondance forces/moments – vitesses de moteur
CHAPITRE 3 NOTIONS PRÉLÉMINAIRES DE COMMANDE NON LINÉAIRE
3.1 Backstepping
3.1.1 Description des étapes de conception
3.2 Classes particulières de systèmes
3.2.1 Systèmes « Strict-feedback »
3.2.2 Systèmes « Pure-feedback »
3.3 Stabilité entrées à états
3.3.1 Condition suffisante
3.3.2 Analyse de la stabilité entrées à états
3.3.3 Forme particulière d’un système ISS
3.4 Estimateur exact de dérivée
CHAPITRE 4 CONCEPTION DU CONTRÔLEUR BACKSTEPPING
4.1 Formulation du modèle de contrôle du quadrotor
4.2 Problématique de contrôle
4.3 Description des étapes de conception du contrôleur
4.4 Sous-système 1
4.4.1 Étape 1 : Contrôle de la position
4.4.2 Étape 2 : Contrôle de la vitesse linéaire
4.4.3 Sous-système 1 en boucle fermée
4.4.4 Calcul de la force de poussée totale et des contrôles virtuels
4.4.5 Analyse du domaine de validité
4.5 Sous-système 2
4.5.1 Étape 3 : Contrôle de la position angulaire
4.5.2 Étape 4 : Contrôle de la vitesse angulaire
4.6 Résumé du contrôleur
4.6.1 Système complet en boucle fermée
4.6.2 Signaux de contrôles
CHAPITRE 5 IMPLÉMENTATION
5.1 Quadrotor Asctec Pelican
5.1.1 Unités de calcul
5.1.2 Ordinateur embarqué
5.1.3 Capteurs
5.1.4 Repère
5.1.5 Alimentation
5.1.6 Architecture logiciel Asctec SDK
5.2 Capteur GPS/INS Spatial de la compagnie Advanced Navigation
5.2.1 Traitement de la redondance des mesures
5.2.2 Système GPS différentiel (DGPS)
5.2.3 Repère inertiel et conversion de la mesure de position
5.2.4 Acquisition des données de vol via le capteur Spatial
5.3 Robotic Operating System (ROS)
5.3.1 Principe de fonctionnement
5.3.2 Temps réel
5.3.3 Outils
5.4 Implémentation du contrôleur backstepping
5.4.1 Contrôleur de position
5.4.2 Contrôleur d’attitude
5.5 Implémentation de la génération de trajectoire
5.5.1 Trajectoire à partir de la position finale désirée
5.5.2 Trajectoire à partir de la vitesse finale désirée
5.6 Implémentation du système de vol sous ROS
5.6.1 Node « Firmware Control Unit » (FCU)
5.6.2 Node « Advance Navigation Spatial » (ANS)
5.6.3 Node « Flight Manager » (FM)
5.6.4 Node « Navigation » (NAV)
5.6.5 Node « Mobility Control Unit » (MCU)
5.6.6 Node « Network Lib »
5.6.7 Node « Client GPS »
5.7 Résumé de l’implémentation
CHAPITRE 6 VALIDATION ET EXPÉRIMENTATION
6.1 Simulation
6.1.1 Paramètres de simulation
6.1.2 Scénario 1 : Modèle parfait
6.1.3 Scénario 2 : Autonavigation
6.2 Expérimentation
6.2.1 Test de vol en mode manuel : Contrôleur d’attitude seulement
6.2.2 Test de vol en mode autonome : Contrôleur complet
6.2.3 Test de vol avec la loi d’autonavigation
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES