Nonlinear control and perturbation compensation in UAV quadrotor

Résumé

Le grand intérêt porté à la robotique volante a encouragé de nombreux travaux de recherche pour améliorer ses stratégies de contrôle. Cette thèse porte sur la modélisation et la conception de contrôleurs et de compensateurs de perturbation pour les quadricoptères. Quatre approches sont réalisées à cet effet. La première approche est le système d'atténuation de perturbation dans les quadricoptères d’UAV qui représente un calculateur de compensation de perturbation hiérarchique (HPC), conçu pour compenser les incertitudes du système, les dynamiques non modélisées et les perturbations externes. Il comprend trois sous-systèmes conçus pour fournir une estimation continue et précise de la perturbation. Chaque sous-système est conçu pour éviter les inconvénients de l’autre. Cette approche est très efficace pour réduire les perturbations inconnues, externes ou internes. La seconde approche est un compensateur d’incertitudes à trois boucles (TLUC), conçu pour estimer les incertitudes et les perturbations inconnues variant dans le temps, afin de réduire leurs effets et de préserver la stabilité. La nouveauté de cette approche réside dans le fait que le TLUC peut estimer et compenser les incertitudes et les perturbations dans trois boucles pour assurer le suivi de l’incertitude résiduelle afin d’obtenir un niveau supérieur de support au contrôleur. Un contrôleur par modes glissants basé sur la loi de convergence exponentielle est proposé et appliqué. Il est intégré sur la base de la théorie de stabilité de Lyapunov afin d’obtenir une réponse rapide avec un minimum de réticence. La performance est vérifiée par des analyses, des simulations et des expériences. La troisième approche est la linéarisation par retour basée sur le contrôle du mode coulissant (FLSMC). Le but est de fournir un contrôle non linéaire qui réduit l’effet du comportement dynamique fortement couplé et de la forte non-linéarité dans le quadricoptère. Le contrôleur proposé utilise un différentiel en mode glissant de second ordre (SOED) pour estimer la vitesse et l'accélération. La quatrième approche propose une amélioration à la commande par modes glissants du deuxième, dite super-twisting, pour le problème du suivi de position et d’attitude des drones. L'algorithme du super-twisting est un contrôleur efficace utilisé pour assurer une haute précision et pour réduire le phénomène de réticence. La méthode proposée est basée sur une surface de glissement non linéaire qui utilise un nouvel exposant pour résoudre le problème de la singularité. La procédure de conception et l'analyse de stabilité utilisant la théorie de Lyapunov sont détaillées pour les approches considérées. La performance est vérifiée par des analyses, des simulations et des expériences.

Date	4 sept. 2019
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vahé Nerguizian (Directeur(-trice)) & Maarouf Saad (Codirecteur(-trice))