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Commande non linéaire hiérarchique d'un drone de type quadrotor sans mesure de la vitesse linéaire

Jmili, Yassine (2016). Commande non linéaire hiérarchique d'un drone de type quadrotor sans mesure de la vitesse linéaire. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le quadrotor est parmi les drones multi-rotors les plus connus dans la recherche, en raison de la simplicité de sa structure, son faible coût, et sa capacité d’effectuer des vols stationnaires, et d’atterrir et décoller verticalement. Malgré une complexité moindre de cet engin, la commande d’un tel système nécessite une attention particulière, puisque ce système est fortement non linéaire, multi-variable, couplé et sous actionné. Ce mémoire propose alors un contrôleur non linéaire pour être en mesure de stabiliser le quadrotor en vol.

Un des scénarios qui doit être effectué par le quadrotor est la navigation autonome. En effet, la mise en oeuvre d’une telle mission nécessite la mesure des états du véhicule. Cependant certains de ces états peuvent être non accessibles, en plus les mesures des capteurs sont souvent affectées par les bruits extérieurs. Dans ce mémoire on s’intéresse au cas où la mesure de la vitesse linéaire n’est pas disponible pour la réalisation d’une loi de commande. Pour ce faire, une modélisation a été réalisée selon la formulation de Newton-Euler, par la suite la synthèse du contrôleur hiérarchique a été effectuée sur ce modèle, tel que le contrôleur de position implique un filtre non linéaire pour l’estimation de vitesse linéaire, et le contrôleur d’attitude est de type backstepping conçu avec des fonctions barrières de Lyapunov. Le choix des paramètres de ce régulateur a été basé sur l’analyse de la stabilité lorsque celle-ci est possible.

La validation du contrôleur proposé a été effectuée en simulation sur plusieurs manoeuvres, puis une analyse a été faite à la fois sur le contrôleur hiérarchique simple et avec intégrale pour tester sa robustesse vis à vis des perturbations externes.

Titre traduit

Nonlinear hierarchical control for quadrotor UAV without the linear velocity measurement

Résumé traduit

The quadrotor is among the most popular multi-rotors UAVs in the field of research, because of its simple structure, low cost and ability to perform stationary flight, and to land and take off vertically. However, despite the lower complexity of this engine, the control of such system requires a special attention, since this system is strongly nonlinear, multi-variable coupled and under actuated. This thesis proposes a nonlinear controller to be able to stabilize the navigation of the quadrotor.

One of scenarios that could be achieved by the quadrotor is autonomous navigation. Indeed implementing such mission requires the measurement of the vehicle states. However some of these states can’t be accessible, and the sensor measurements are often affected by external noise. This work is concentrated on this problem by the synthesis of a control law that does not require measurement of the linear velocity of the quadrotor. To do this, modeling was performed according to the Newton-Euler formulation. Later the synthesis of hierarchical controller was performed on this model, such as the position controller implies a non-linear filter for estimating the linear velocity, and a backstepping attitude controller designed with the barrier Lyapunov functions, the selection of the parameters of this regulator is based on the stability analysis when it is possible.

The validation of the proposed controller was performed by simulation on several maneuvers, after an analysis was done on the simple hierarchical controller and with integral in order to test its robustness against external disturbances.

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 avec mémoire en génie mécanique". Bibliographie : pages 127-134.
Mots-clés libres: Hélicoptères quadrirotors. Drones Systèmes de commande. Commande non linéaire. Hélicoptères quadrirotors Modèles mathématiques. Fonctions de Liapounov. Stabilité au sens de Liapounov. backstepping, contrôleur, commande hiérarchique, filtre non linéaire, fonctions barrières de Lyapunov
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Maarouf, Saad
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 29 mars 2016 15:32
Dernière modification: 29 mars 2016 15:32
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1646

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