Suivi de trajectoire autonome et robuste en milieu agricole

Robust path following control in an agricultural setting

• Auteur / Autrice : Romain Legrand
• Direction : Philippe Chevrel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique et robotique
• Date : Soutenance le 02/12/2022
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Commande, Observation, Diagnostic et Expérimentation - Département Automatique, Productique et Informatique - Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Secom Engineering
• Jury : Président / Présidente : Michel Basset
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Lenain, Anthony Dollet, Reine Talj, Pierre-Olivier Vandanjon, Fabien Claveau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Basset, Roland Lenain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande prédictive

Commande H-infini

Véhicules autonomes

Véhicules hors route

Mots clés libres

Véhicule off-Road

Commande robuste H2/H∞

Commande latérale et longitudinale découplées

Commande prédictive

Off-Road vehicles

Mpc

H2/H∞ robust control

Decoupled lateral and longitudinal control

Résumé

L’automatisation des véhicules agricoles est aujourd’hui un enjeu majeur de la mutation des pratiques agricoles. Munis des capteurs ad hoc, il est question ici de leur capacité à suivre une trajectoire prédéfinie, de manière robuste afin d’assurer leur mission en dépit d’un sol complexe. Cette thèse contribue au sujet en revisitant les problématiques de contrôle des dynamiques latérales et longitudinales. Dans le but de générer une commande robuste des angles de braquage, le suivi latéral du chemin de référence proposé s’appuie sur une approche multi-objectif H2/H∞ et multi-modèle, de manière à optimiser le compromis performances/robustesse à partir des incertitudes explicitées. Le contrôle longitudinal proposé est novateur à plusieurs points de vue. Quoique conçu indépendamment du contrôle latéral, il tient compte des aspects liés à la dynamique latérale, et vise à prévenir les pertes d’adhérence et risques de renversement. La prise en compte de telles contraintes et la nécessité d’anticipation ont induit le choix d’une commande prédictive non-linéaire. Au final, la pertinence de la solution et de la méthode est illustrée par le biais d’un simulateur réaliste, sur la base de scénarios faisant intervenir des configurations multiples de pentes et de vitesses.

The automation of off-road vehicles has become nowadays a strategic line of research given the recent and profound mutations of agricultural practices. This thesis deals with the conception of two independent controllers of an off-road vehicle, regulating both longitudinal and lateral dynamics. The first regulator aims to minimize the deviations with respect to a reference path by controlling the steering angles. It relies on anextended bicycle model that accounts for the slopes and load transfers. The H2/H∞ multi-objective synthesis allows the consideration of large model uncertainties. The adaptability of this controller is enhanced by the feedback/feedforward architecture which ensures the global robustness of the regulator. The second controller regulates the longitudinal dynamics of the vehicle. It lies on model predictive control. Anti-slip and anti-rollover constraints are explicitly defined during the synthesis of the regulator to ensure the stability of the off-road vehicle operating on slippery sloping grounds. The designed controllers have been tested on a realistic simulator which takes account of great load transfers within the vehicle, which are common in agricultural context. Both controllers have demonstrated satisfactory performances while exploring a variety of slopes and speeds.