Analyse et commande des robots sous-marins autonomes à propulsion vectorielle reconfigurable

Analysis and control of autonomous underwater vehicles with reconfigurable vectoring thrust

• Auteur / Autrice : Loïck Degorre
• Direction : Emmanuel Delaleau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 27/11/2023
• Etablissement(s) : École nationale d'ingénieurs de Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Collectivité territoriale : Brest Métropole
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme

Mots clés

Mots clés libres

Guidage

Contrôle

AUV sous-Actionnés

Propulsion vectorielle

Guidance

Control

Underactuated AUVs

Vectoring Thrust

Résumé

Ce manuscrit présente des avancées en matière de contrôle et de conception de véhicules marins autonomes. Il se concentre sur l’amélioration de la mobilité des véhicules marins afin de débloquer de nouvelles applications telles que l’inspection et la maintenance des systèmes de production d’énergie verte en mer. Les deux axes principaux de ce travail sont le contrôle des véhicules marins sous-actionnés et la conception de nouvelles solutions de propulsion vectorielle. Deux nouveaux contrôleurs ont été mis au point pour les véhicules sous-actionnés. Le premier contrôleur repose sur un nouveau principe de guidage cinématique. Une nouvelle matrice de gain non diagonale basée Propulsion Vectorielle sur le modèle, appelée H, est introduite pour exploiter les relations cinématiques du modèle. Elle permet de contrôler un véhicule dans une tâche de suivi de chemin. Le deuxième contrôleur présenté dans ce travail est basé sur la platitude différentielle. Il est calculé sur une version plate du modèle de navire de surface. Le contrôleur est associé à un iPD pour une plus grande robustesse et un meilleur comportement. La loi de commande est adaptée à la commande des véhicules de surface. Un nouveau système de poussée vectorielle basé sur deux propulseurs parallèles montés sur un anneau rotatif est également présenté pour améliorer la mobilité des AUV sans créer de nouveaux effets de couplage.

This work presents advances inthe contrai and design of autonomous marinevehicles. lt is focused on enhancing themobility of marine vehicles to unlock newapplications like the inspection and maintenanceof off-shore green energy productionplants or the observation and protection ofmarine environments. The two main axesof this work are the contrai of underactuatedmarine vehicles and the design of newvectoring thrust solutions. Notably, two newcontrollers have been developed for underactuatedmarine craft. The first controllerrelies on a new kinematic guidance principle.A new non diagonal model-based gainmatrix denoted H is introduced to exploitkinematic relations of the model. lt is shownto allow contrai of a torpedo shaped vehicleon a path following task. The second controllerpresented in this work is based ondifferential flatness. lt is calculated on a fiatversion of the surface vessel model wherethe usual defects preventing flatness arecanceled. The controller is associated withan iPD for increased robustness and betterbehavior away from the trajectory. The resultingcontrai law is shown to be suited forthe contrai of a generic surface vessel. Anew vectoring thrust system based on twoparallel thrusters mounted on a rotating ringis also presented to enhance the mobility ofAU Vs without creating new cou pied effects.