Contrôle non linéaire par backstepping d'un hélicoptère de type quadrotor pour des applications autonomes

Résumé

Le quadrotor est un aéronef faisant partie de la famille des hélicoptères, plus particulièrement de la famille des multirotors. Le quadrotor possède plusieurs caractéristiques (simplicité mécanique, décollage/atterrissage vertical, vol stationnaire, agilité) qui lui procurent plusieurs avantages opérationnels par rapport à d’autres types d’appareils. Cependant, ces caractéristiques proviennent de la dynamique hautement non linéaire, couplée et sousactionnée du quadrotor, ce qui le rend impossible à commander sans l’action d’un contrôleur. Ce mémoire propose donc de concevoir un contrôleur permettant d’asservir précisément la position du quadrotor dans l’espace. Ce contrôleur pourra ensuite être utilisé pour effectuer des missions autonomes à l’aide d’un quadrotor. L’application qui nous intéresse dans ce mémoire provient de la problématique de recherche du projet « Launch and Forget : Aerial Relay Node » de l’École de technologie supérieure (ÉTS) en collaboration avec la compagnie Ultra-Electronics. Celle-ci cherche à concevoir et implémenter une loi d’autonavigation innovatrice permettant d’utiliser un drone comme un relais de télécommunication. L’objectif général du projet de recherche présenté dans ce mémoire est de concevoir un contrôleur non linéaire de type backstepping pour permettre la navigation du quadrotor selon des points de contrôle prédéfinis et d’offrir les fonctionnalités nécessaires pour implémenter la loi d’autonavigation développée dans le cadre du projet «Launch and Forget ». Pour ce faire, une modélisation mathématique du quadrotor a été effectuée. Par la suite, la conception du contrôleur backstepping a été effectuée à partir du modèle. Sa stabilité a ensuite été validée à l’aide de la théorie de stabilité de Lyapunov et à l’aide de la théorie de la stabilité entrées à états (Input to State Stability - ISS). Un estimateur exact de dérivée basé sur un algorithme de mode glissant d’ordre 2 est utilisé lors de la conception du contrôleur qui permet d’évaluer les variations des commandes virtuelles d’ordre élevé. L’approche de commande choisie est validée en simulation à l’aide du modèle théorique et en pratique à l’aide d’un quadrotor de type Pelican fabriqué par la compagnie Ascending Technologies.

Date	20 août 2014
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ouassima Akhrif (Directeur(-trice))