Commande d'objets volants miniatures : application à un avion à décollage et atterrissage vertical (PVTOL)

Control of flying small-scale objects : application to a Planar Vertical Take-off and Landing aircraft (PVTOL)

• Auteur / Autrice : Amparo Salazar
• Direction : Isabelle Fantoni-Coichot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Technologies de l'information et des systèmes
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs CCD

Capteurs (technologie)

Liapounov, Stabilité de

Modèles réduits -- Radiocommande

Hélicoptères

Avions -- Systèmes de commande

Commande non linéaire

Systèmes de commande (vol)

Résumé

Le travail de thèse porte d'une manière générale sur la commande d'engins volants ou d'hélicoptères miniatures. Le but est de développer de nouvelles stratégies de commande pour la stabilisation, le vol autonome des systèmes, mais aussi de s'intéresser à leur implémentation sur des prototypes réels. Dans un premier temps, on s'est intéressé à la commande d'un modèle réduit d'hélicoptère ou véhicule à décollage et atterrissage vertical se déplaçant dans un plan : PVTOL (Planar Vertical Take-Off and Landing) ou ADA V (Avion à Décollage et Atterrissage Vertical). Le PVTOL est un système simplifié qui a un nombre minimun d'états et d'entrées mais qui retient les caractéristiques principales nécessaires lorsqu'on réalise des lois de contrôle pour des aéronefs. Il représente également le mode longitudinal d'un hélicoptère. Le PVTOL a beaucoup intéressé la communauté d'Automatique par ses applications et son caractère non linéaire. Plusieurs lois de commande relativement simples basées sur des techniques de saturations emboîtées ont été proposées dans ce travail. Certaines stratégies respectent les bornes sur les entrées de commande. Une plate-forme expérimentale originale a été développée pour valider nos algorithmes de commande. Cette plate-forme est composée d'un prototype de l'avion PVTOL qui se déplace sur un plan incliné, plan qui définit l'espace de travail en deux dimensions, et aussi d'une caméra CCD utilisée comme capteur de position de l'engin. Dans une première étape et par simplicité, la caméra est placée à l'extérieur de l'avion, perpendiculaire au plan. Les mesures de la position et de l'orientation de l'objet sont obtenues de l'image donnée par la caméra. Nous avons utilisé une loi de commande simple pour stabiliser le système dans le but de simplifier les tests expérimentaux sur la plate-forme réelle. Cette loi de commande assure la convergence de l'état vers l'origine. L'étape suivante sera de placer la caméra à l'extérieur de l'avion pour estimer sa position et son orientation.

The work of this thesis generally concerns the control of flying machines or miniature helicopters. The goal is to develop new control strategies for stabilization, autonomous flight of systems, but also to be interested in their implementation on real prototypes. Initially, we have been interested in the control of a small-scale model helicopter or a vertical takeoff vehicle moving on a plane : PVTOL (Planar Vertical Take-off and Landing) or ADAV (Avion à Décollage et Atterrissage Vertical). The PVTOL is a simplified system which has a minimun number of states and inputs but which retains many of the features that must be considered when designing controllaws for a real aircraft. It also represents the longitudinal mode of an helicopter. The PVTOL has interested the control community because of its applications and its nonlinear character. Relatively simple control laws based on techniques of nested saturations have been proposed in this work. These strategies respect the bounds on the control law inputs. An original experimental setup has been developed in order to validate our control algorithms. This experimental setup consists of a PVTOL aircraft prototype which moves on an inclined plane, which defines the workspace in two dimensions, and also of a CCD camera used as a position sensor. Initially and by simplicity, the camera has been placed outside and perpendicular to the plane. The position and the orientation have been obtained from the image given by the camera. We have used a simple control law for the stabilisation of the system, and in order to simplify the experimental tests on the real setup. This control law ensures the convergence of the state towards the origin.