La vitrine de diffusion des mémoires et thèses de l'ÉTS
RECHERCHER

Modelling, identification, and control of a quadrotor helicopter

Téléchargements

Téléchargements par mois depuis la dernière année

Plus de statistiques...

Fethalla, Nuradeen (2019). Modelling, identification, and control of a quadrotor helicopter. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

[img]
Prévisualisation
PDF
Télécharger (6MB) | Prévisualisation
[img]
Prévisualisation
PDF
Télécharger (3MB) | Prévisualisation

Résumé

In this dissertation, we focused on the study of an autonomous flight control of quadrotor helicopter. Robust nonlinear control design strategies using observer-based control are developed, which are capable of achieving reliable and accurate tracking control for quadrotor UAV containing dynamic uncertainties, external disturbances.

In order to ease readability of this dissertation, detailed explanations of the mathematical model of quadrotor UAV is provided, including the Newton-Euler formalism, Lyapunov-based stability analysis methods, sliding mode control (SMC) and backstepping fundamentals, and observer-based nonlinear control tools. The tracking control problem of a quadrotor in the presence of model uncertainties and external disturbances is investigated.

Particularly, this dissertation presents the design and experimental implementation of nonlinear controller of quadrotor with observer to estimate the uncertainties and external disturbances to meet the desired control objectives. Based on a nonlinear model which considers basic aerodynamic forces and external disturbances, the quadrotor UAV model is simulated to perform a variety of maneuvering such as take-off, landing, smooth translation and horizontal and circular trajectory motions. Backstepping and sliding mode techniques combined with observers are studied, tested and compared. Simulation and a real platform were developed to prove the ability of the observer-based controller to successfully perform certain missions in the presence of unknown external disturbances and can obtain good and satisfactory estimation.

Titre traduit

Modélisation, identification, et contrôle d’un quadrotor hélicoptère

Résumé traduit

Cette thèse de doctorat propose et valide l’étude d’un contrôle de vol autonome d’hélicoptère de type quadrotor. Des stratégies de conception de contrôle non linéaires robustes utilisant un contrôle basé sur un observateur sont développées, lesquelles sont capables d’obtenir des résultats fiables et un contrôle de suivi précis pour les UAV de type quadrotors contenant des incertitudes dynamiques et des perturbations externes.

Afin de faciliter la lecture de cette thèse, des explications détaillées sur le modèle mathématique du quadrotor sont fournies, y compris le formalisme de Newton-Euler, méthodes d’analyse de la stabilité basée sur la théorie de Lyapunov, le contrôle par mode glissant (SMC) et le backstepping, et les outils de contrôle non linéaires basés sur l’observateur.

Le problème de contrôle de suivi d’un quadrotor en présence d’incertitudes de modèle et des perturbations externes est étudié. En particulier, cette thèse présente la conception et la mise en oeuvre expérimentale d’un contrôleur non linéaire de quadrotor avec observateur pour estimer les incertitudes et les perturbations externes afin d’atteindre les objectifs de contrôle souhaités. Basé sur un modèle non linéaire qui prend en compte les forces aérodynamiques de base et les perturbations externes, le modèle d’UAV quadrotor est simulé pour effectuer diverses manipulations telles que le décollage, l’atterrissage, translation douce et mouvements de trajectoire horizontal et circulaire. Les techniques par backstepping et par mode glissant combinées à des observateurs sont étudiées, testées et comparées. Une simulation et une plate-forme expérimentale ont été développées pour démontrer l’efficacité du contrôleur basé sur l’observateur à mener à bien certaines missions en présence de perturbations externes considérablement inconnues et à obtenir une estimation correcte et satisfaisante.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 185-193).
Mots-clés libres: quadrotor UAV, backstepping control, sliding mode control (SMC), nonlinear disturbance observer (NDO), super-twisting sliding mode observer (STO), kernel differentiator observer (KDO)
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Saad, Maarouf
Codirecteur:
Codirecteur
Michalska, Hannah
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 26 août 2019 20:11
Dernière modification: 26 août 2019 20:11
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2354

Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt Dernière vérification avant le dépôt