Contribution à la modélisation et la commande des dirigeables gros porteurs non-conventionels

Contribution to modeling and control of unconventional large capacity airship

• Auteur / Autrice : Mahmoud Khamlia
• Direction : Jean Lerbet, Azgal Abichou, Naoufel Azouz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides
• Date : Soutenance le 10/07/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Laboratoire des systèmes électroniques et réseaux de communications (Tunis)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Informatique, Biologie Intégrative et Systèmes Complexes (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Said Mammar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Piet-Lahanier, Mohamed Ali Hammami, Sébastien Briot, Nicolas Auffray
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hélène Piet-Lahanier, Mohamed Ali Hammami

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lidar

Commande non linéaire

Commande automatique

Dirigeables

Mots clés libres

Contrôle prédictive

Résumé

Les dirigeables gros porteurs (DGP) ont un potentiel énorme de développement et pourront très rapidement prendre une part non-négligeable dans le transport de fret de par le monde. Cependant certains problèmes liés notamment à leur sensibilité aux vents doivent être résolus. En vue d'aboutir à une bonne fiabilisation de l'engin et de ses missions, il est indispensable d'automatiser le plus possible le fonctionnement du dirigeable. Le présent travail s'inscrit dans ce contexte et porte principalement sur la modélisation et la commande des DGP non-conventionnels. Nous présentons les équations mathématiques qui décrivent l'équation du mouvement d'un DGP non-conventionnel. Le formalisme de Kirchhoff a été utilisé pour élaborer le modèle du dirigeable avec charge suspendue dans les quasi cordonnées en s'appuyant sur une cinématique non-linéaire d'ordre deux. Nous avons considéré l'hypothèse de flexibilité et d'allongement du câble dans l'objectif d'obtenir un modèle assez précis.Pour minimiser la dérive du dirigeable dans des conditions météorologiques défavorables nous proposons d'utiliser le concept de contrôle par anticipation en exploitant les informations données par la technologie LIDAR. Nous avons utilisé la méthode de linéarisation entrée-sortie et les techniques des commandes prédictives non-linéaires NCPCG, que nous avons enrichis par des termes d'anticipation afin de construire un vecteur commande par feedforward. Pour contourner les oscillations dangereuses de la charge nous nous sommes appuyés sur la méthode classique de la commande par dynamique inverse et la commande novatrice sans modèle(CSM). Une étape indispensable afin de pouvoir appliquer ces contrôleurs est d'étudier le comportement de la dynamique des zéros. Pour le modèle du dirigeable avec charge suspendue nous avons montré que la dynamique des zéros est donnée par l'état de la flexibilité du câble et les conditions de sa stabilité asymptotique ont été établies.

Large airships (DGP) have huge potential for development and will soon be able to take a significant share of freight transport around the world. However, some problems related to their sensitivity to winds must be solved. In order to achieve a good reliability of the craft and its missions, it is essential to automate as much as possible the operation of the airship. The present work fits into this context and focuses on the modeling and control of non-conventional DGP. We present the mathematical equations that describe the equation of motion of a non-conventional DGP. Kirchhoff's formalism was used to elaborate the model of the airship with load suspended in the quasicoordinates by relying on a nonlinear kinematics of order two. We considered the hypothesis of flexibility and elongation of the cable in order to obtain a fairly accurate model. To minimize the drift of the airship in adverse weather conditions we propose to use the concept of anticipatory control by exploiting the information given by the LIDAR technology. We used the input output linearization method and NCPCG non-linear predictive control techniques, which we enriched with anticipation terms to build a vector control by feedforward. To circumvent the dangerous oscillations of the load we relied on the classical method of the control by inverse dynamics and the innovative command without model (CSM). An essential step in order to apply these controllers is to study the behavior of the zeros dynamics. For the model of the airship with suspended load we have shown that the zeros dynamics is given by the state of cable flexibility and the conditions of its asymptotic stability have been established.