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Commande de vol non linéaire d'un drone à voilure fixe par la méthode du backstepping

Finoki, Édouard (2015). Commande de vol non linéaire d'un drone à voilure fixe par la méthode du backstepping. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire traite de la conception d’un contrôleur non linéaire pour un drone en utilisant la méthode du backstepping. Le drone utilisé est à voilure fixe, il s’agit d’un NexSTAR ARF de Hobbico®. L’objectif est de trouver l’expression des ailerons, de la gouverne de profondeur, et de la gouverne de direction afin de commander l’angle de cap, l’angle de montée, et l’angle de drapage. Contrôler l’angle de montée permet de réaliser des vols en palier, montée et descente, contrôler l’angle de cap permet de choisir la direction de l’avion, et annuler l’angle de dérapage permet d’avoir un vol efficient. Une bonne technique de contrôle doit assurer la stabilité du système et pourvoir les meilleures performances possibles.

Le backstepping est une technique de contrôle non-linéaire qui combine le choix d’une fonction de Lyapunov et d’une boucle de rétroaction. Cette technique travaille avec le modèle non linéaire sans aucune approximation. La méthode consiste à transformer des variables d’état intermédiaire en des entrées virtuelles qui vont commander d’autres variables d’états. Les avantages de cette technique résident dans sa récursivité, son effort de commande minimum et sa structure en cascade qui permet de diviser un système d’ordre élevé en plusieurs systèmes plus simples d’ordre inférieur.

Afin de concevoir ce contrôleur non linéaire, une modélisation non linéaire du drone a été développée. Les équations du mouvement sont très précises, les coefficients aérodynamiques découlent d’interpolations entre plusieurs variables essentielles dans un vol. Le contrôleur a été implémenté sous Matlab/Simulink et FlightGear.

Titre traduit

Non-linear control of a fixed-wing UAV using backstepping method

Résumé anglais

This thesis describes the design of a non-linear controller for a UAV using the backstepping method. It is a fixed-wing UAV, the NexSTAR ARF from Hobbico®. The aim is to find the expressions of the aileron, the elevator, and the rudder deflection in order to command the flight path angle, the heading angle and the sideslip angle. Controlling the flight path angle allows a steady, climb or descent flight, controlling the heading cap allows to choose the heading and annul the sideslip angle allows an efficient flight. A good technical control has to ensure the stability of the system and provide optimal performances.

Backstepping interlaces the choice of a Lyapunov function with the design of feedback control. This control technique works with the true non-linear model without any approximation. The procedure is to transform intermediate state variables into virtual inputs which will control other state variables. Advantages of this technique are its recursivity, its minimum control effort and its cascaded structure that allows dividing a high order system into several simpler lower order systems.

To design this non-linear controller, a non-linear model of the UAV was used. Equations of motion are very accurate, aerodynamic coefficients result from interpolations between several essential variables in flight. The controller has been implemented in Matlab/Simulink and FlightGear.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration génie aérospatial". Bibliographie : pages 95-97.
Mots-clés libres: Drones Systèmes de commande. Commande non linéaire. Drones Modèles mathématiques. Backstepping drone à voilure fixe, contrôle non linéaire
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nerguizian, Vahé
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Maarouf, Saad
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 18 août 2015 12:53
Dernière modification: 18 août 2015 12:53
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1491

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