Planification de trajectoire et contrôle d'un système collaboratif : Application à un drone trirotor

Trajectory planning and control of collaborative systems : Application to trirotor UAVS.

• Auteur / Autrice : Etienne Servais
• Direction : Brigitte d' Andréa-Novel, Hugues Mounier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de robotique (Paris) - Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Coron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brigitte d' Andréa-Novel, Hugues Mounier, Jean-Michel Coron, Tarek Hamel, Miroslav Krstić, Joachim Rudolph, Claude Samson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tarek Hamel, Miroslav Krstić

Mots clés

Mots clés contrôlés

Platitude différentielle

Équations aux dérivées partielles

Drones

Commande non linéaire

Mots clés libres

Commande par platitude

Génération de trajectoires

Équation de Burgers'

Systèmes multi-agent

Optimisation par essaims particulaires

Drone

Rotors inclinables

Commande non-linéaire

Transport de charge pendulaire

Differential flatness

Trajectory generation

Burgers' equation

Multi-agent systems

Particle swarm optimization

UAV

Tilting rotors

Non-linear control

Pendulum load transportation

Résumé

L'objet de cette thèse est de proposer un cadre complet, du haut niveau au bas niveau, de génération de trajectoires pour un groupe de systèmes dynamiques indépendants. Ce cadre, basé sur la résolution de l'équation de Burgers pour la génération de trajectoires, est appliqué à un modèle original de drone trirotor et utilise la platitude des deux systèmes différentiels considérés. La première partie du manuscrit est consacrée à la génération de trajectoires. Celle-ci est effectuée en créant formellement, par le biais de la platitude du système considéré, des solutions à l'équation de la chaleur. Ces solutions sont transformées en solution de l'équation de Burgers par la transformation de Hopf-Cole pour correspondre aux formations voulues. Elles sont optimisées pour répondre à des contraintes spécifiques. Plusieurs exemples de trajectoires sont donnés.La deuxième partie est consacrée au suivi autonome de trajectoire par un drone trirotor. Ce drone est totalement actionné et un contrôleur en boucle fermée non-linéaire est proposé. Celui-ci est testé en suivant, en roulant, des trajectoires au sol et en vol. Un modèle est présenté et une démarche pour le contrôle est proposée pour transporter une charge pendulaire.

This thesis is dedicated to the creation of a complete framework, from high-level to low-level, of trajectory generation for a group of independent dynamical systems. This framework, based for the trajectory generation, on the resolution of Burgers equation, is applied to a novel model of trirotor UAV and uses the flatness of the two levels of dynamical systems.The first part of this thesis is dedicated to the generation of trajectories. Formal solutions to the heat equation are created using the differential flatness of this equation. These solutions are transformed into solutions to Burgers' equation through Hopf-Cole transformation to match the desired formations. They are optimized to match specific requirements. Several examples of trajectories are given.The second part is dedicated to the autonomous trajectory tracking by a trirotor UAV. This UAV is totally actuated and a nonlinear closed-loop controller is suggested. This controller is tested on the ground and in flight by tracking, rolling or flying, a trajectory. A model is presented and a control approach is suggested to transport a pendulum load.