Conception, Modélisation et Contrôle d'un Système Multi-Drones pour la Manipulation Aérienne

Design, Modeling and Control of a Multi-Drone System for Aerial Manipulation

• Auteur / Autrice : José de Jesús Castillo Zamora
• Direction : Islam Boussaada
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 17/09/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Informatique et sciences du numérique (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Bonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Robuffo Giordano, Pedro Castillo, Juan Antonio Escareno, Elisa Capello, Franck Ruffier, Sami Tliba
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paolo Robuffo Giordano, Pedro Castillo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes à retard

Drones

Modèles mathématiques

Dynamique non-linéaire

Mots clés libres

Contrôle non linéaire

Modélisation de systèmes dynamiques

Manipulation de plusieurs drones

Systèmes retardés

Nonlinear control

Dynamic system modeling

Multi-Drone manipulation

Time-Delayed systems

Résumé

Un sujet passionnant dans le domaine des véhicules aériens autonomes est l'interaction avec l'environnement par la manipulation en vol, y compris la récupération, le transport et le déploiement, qui dévoile un énorme potentiel vis-à-vis des applications industrielles et de service. À cet égard, cette thèse doctoral se concentre sur la conception et l'étude dynamique basé sur l'énergie d'un système aérien sans pilote à liaisons multiples capable d'effectuer des tâches de manipulation. L'étude de ce système aérien comprend le contrôle du véhicule volant à liaisons multiples par la théorie du contrôle en mode glissant, la conception de contrôleurs basés sur le principe de Lyapunov et, parallèlement, à l'application de filtres de Kalman pour l'estimation de l'état et des perturbations. La dernière partie de la thèse est consacrée à l'examen des effets des retards sur les drones. Des résultats de simulation sont fournis pour prouver l'efficacité de la proposition globale de la thèse.

A recent and exciting topic within the field of autonomous aerial vehicles is the interaction with the surrounding environment via in-flight manipulation, including retrieving, transport and deployment, which unveils an enormous potential vis-a-vis industrial and service applications. In this regard, the actual thesis focuses on the conception and energy-based dynamical study of a multi-link unmanned aerial system able to perform manipulation tasks. The study of the aforementioned robotic aerial system includes the control of the flying multi-link vehicle by the sliding mode control theory and the conception of Lyapunov-based controllers alongside the application of Kalman Filters for state and disturbances estimation. The last part of the thesis is devoted to the examination of time-delays effects on unmanned aerial systems. Detailed simulation results are provided to prove the effectiveness of the overall thesis proposal.