Synthèse d'οbservateurs et de lοis de cοmmande rοbustes pοur rοbοts mοbiles aériens (UAVs) navigant en fοrmatiοn οu en essaim

Synthesis of Observers and Robust Control Laws for Swarm or Formation Flight of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)

• Auteur / Autrice : Quang truc Dam
• Direction : Yacine Azzouz, François Guérin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, signal, productique, robotique
• Date : Soutenance le 05/07/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, information et ingénierie des systèmes (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....) - Ecole supérieure d'ingénieurs en génie électrique (Rouen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en systèmes électroniques embarqués (Saint-Étienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 2001-...)
• Jury : Président / Présidente : Samia Ainouz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Marchand, Julien Marzat, Sofiane Ahmed Ali, Rihab El Houda Thabet, Cristina Stoica-Maniu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Marchand, Julien Marzat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Observateurs adaptatifs

Systèmes adaptatifs (technologie)

Inégalités matricielles linéaires

Algorithmes flous

Réseaux neuronaux (informatique)

Mots clés libres

Observateur adaptatif

Contrôleur adaptatif

LMI

Réseau de neurones

Adaptive observer

Adaptive controller

LMI

Neural network

Résumé

Cette thèse se concentre sur la conception de contrôleurs pour des systèmes d’aéronefs sans pilote (UAV) opérant en essaim et confrontés à des retards de communication. L’étude se concentre sur deux aspects principaux : la conception d’observateur et le contrôle de suivi de position. La première partie de la thèse aborde la conception de l’observateur pour des systèmes non linéaires sous des mesures retardées et son application aux quadrirotors UAV. La conception de l’observateur tient compte à la fois des mesures retardées et bruyantes, et l’étude étend la conception pour traiter le cas où les mesures sont à la fois retardées et bruyantes. La méthode proposée pour la conception de l’observateur est de pointe, en utilisant la technique de l’inégalité de matrice linéaire (LMI) pour calculer les gains d’observateur appropriés garantissant la stabilité pour n’importe quelle valeur de retard. La seconde partie de la thèse explore le contrôle de suivi de position pour les quadrirotors UAV. Deuxalgorithmes de contrôle adaptatif sont proposés, tous deux conçus pour améliorer la précision du système de contrôle. Le premier algorithme utilise un réseau neuronal à fonction de base de rayon et la logique floue pour concevoir un contrôleur à mode glissant adaptatif, tandis que le second algorithme utilise un réseau neuronal de propagation et une technique de mode glissant pour la conception de contrôle. S’appuyant sur la réussite de la conception d’observateur et de contrôleur pour un seul quadrirotor UAV, la thèse propose un contrôleur de suivi de formation pour l’essaim. Le contrôleur proposé tient compte du délai de communication qui existe entre les agents de l’essaim, garantissant ainsi que la formation reste stable et précise même en présence de retards. L’étude souligne l’importance de prendre en compte les retards de communication dans la conception des systèmes de contrôle UAV et démontre la faisabilité des algorithmes proposés pour la conception d’observateur et de contrôle dans un environnement d’essaim. Cette thèse apporte des éléments de réflexion précieux sur la conception de contrôleurs pour des systèmes UAV opérant en essaim sous des retards de communication. L’étude contribue au développement de systèmes de contrôle UAV plus avancés et fiables pouvant naviguer efficacement dans des environnementsdifficiles.

This thesis delves into the design of controllers for unmanned aerial vehicle (UAV) systems operating in a swarm and facing communication delays. The study focuses on two main aspects: observer design and position tracking control. The first part of the thesis addresses the observer design for non-linear systems under delayed measurements and its application to quadrotor UAVs. The design of the observer takes into account both delayed and noisy measurements, and the study extends the design to handle the case where measurements are both delayed and noisy. The proposed method for observer design is state-of-the-art, using the linear matrix inequality (LMI) technique to calculate the appropriate observer gains that guarantee stability for any given delay value. The second part of the thesis explores position tracking control for quadrotor UAVs. Two adaptive control algorithms are proposed, both designed to improve the accuracy of the control system. The first algorithm employs a radius basis function neural network and fuzzy logic to design an adaptive sliding mode controller, while the second algorithm uses a propagation neural network and sliding mode technique for control design. Building on the successful observer design and controller design for a single quadrotor UAV, the thesis goes on to propose a formation tracking controller for the swarm. The proposed controller takes into account the communication delay that exists between agents in the swarm, ensuring that the formation remains stable and accurate even in the presence of delays. The study emphasizes the importance of taking communication delays into consideration in the design of UAV control systems, and demonstrates the feasibility of the proposed observer design and control algorithms in a swarm environment. This thesis provides valuable insights into the design of controllers for UAV systems operating in a swarm under communication delays. The study contributes to the development of more advanced and reliable UAV control systems that can effectively navigate in challenging environments.