Synthèse et validation de lois de commande de vol robustes en présence d’incertitudes paramétriques et de non-linéarités

Design and validation of robust flight control laws in the presence of parametric uncertainties and nonlinearities

• Auteur / Autrice : Jérémy Lesprier
• Direction : Jean-Marc Biannic, Clément Roos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 03/12/2015
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe d'accueil doctoral Commande des systèmes et dynamique du vol (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales (Toulouse, Haute-Garonne). Département Commande des Systèmes et Dynamique du vol (DCSD)
• Jury : Président / Présidente : Dimitri Peaucelle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Delannoy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jamal Daafouz, Gérard Scorletti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Incertitudes LTI

Commande automatique

Mots clés libres

Inversion dynamique robuste

Synthèse H¥ structurée multi-Modèles

Variations paramétriques

M-Analyse

Incertitudes LTI

Applications aéronautiques

Robust dynamic inversion

Structured multimodel H¥ synthesis

Parametric variations, m-Analysis

LTI uncertainties

Aeronautical applications

Résumé

Les méthodes de synthèse et de validation de lois de pilotage utiliséesdans le milieu industriel aéronautique sont bien souvent longues et coûteuses àmettre en œuvre. Pourtant, des alternatives pour traiter les larges domaine d’évolutionexistent, comme l’inversion dynamique robuste. Ce travail de thèse chercheà en corriger les défauts, notamment grâce à une meilleure prise en compte desincertitudes du système et à une réjection des non-linéarités non compensées. Ceciest rendu possible grâce aux techniques de synthèse H¥ structurée multi-modèles,qui peuvent considérer plusieurs configurations pire-cas déterminées par des outilsd’analyse de robustesse. Une autre contribution est d’ailleurs l’amélioration destechniques permettant d’évaluer la marge de robustesse d’un système LTI, souventtrop conservatives ou nécessitant un temps de calcul prohibitif. Les méthodes proposéessont appliquées au pilotage automatique d’un avion civil et d’un drone àvoilure fixe, dont la modélisation est également traitée avec précision.

Control laws design and validation methods used in the aeronautical industryare generally time-consuming and costly to set up. However, alternativesexist to cope with large operating domains, such as robust dynamic inversion.This thesis work aims at fixing its drawbacks by better considering the systemuncertainties, and by rejecting the uncompensated nonlinearities. Thanks to recentadvances in structured multimodel H¥ design techniques, it is now possible toconsider multiple worst-case configurations, determined using robustness analysistools. Besides, another part of this work is devoted to the improvement of existingtechniques to evaluate the robustness margin of an LTI system, which are oftentoo conservative or computationally costly. All these contributions are applied tothe control of a civil aircraft and a small fixed-wing UAV, whose modeling is alsothoroughly described.