Observation et Commande de Drones Miniatures à voilures tournantes

Abstract

A l’heure actuelle, les projets d’utilisation des drones miniatures à voilure tournante de petites tailles pour des missions de surveillance et d’observation dans des environnements hostiles et perturbés est en pleine expansion. Ces véhicules aériens représentent actuellement la solution la plus performante pour combiner le vol quasi-stationnaire avec le vol d’avancement. L’étude présenté dans cette thèse est concerne de deux concepts de drones de type birotor coaxial et le quadrirotor. Les deux modèles perturbés présentent un grand défi à cause du fort couplage entre les entrées de commande et les états du système, de plus ces modèles sont sous-actionnés. La difficulté dans le pilotage de ce type de véhicules est d’assurer de bonnes performances de suivi de trajectoires tout en garantissant une résistance aux perturbations aérodynamiques. Après une étape de modélisation, nous proposons deux nouvelles techniques de commandes basées sur les théories de mode glissant pour contrôler le système d’attitude de drones à voilures tournantes. Ensuit, nous mettons en évidence une structure chaînée propice à une architecture de contrôle en cascade, combinant un contrôle en position de haut niveau et un contrôle en attitude de bas niveau. Nous proposons deux techniques de commandes non-linéaires permettant la navigation autonome du drone. Des résultats de simulation montrent l’efficacité de la commande par rejet de perturbation active et la commande par backstepping adaptative qui stabilisent le système en suivant une trajectoire et qui rejete parfaitement les perturbations extérieurs. Une étude en simulation de la robustesse est faite pour ces deux commandes. Ensuite, Plusieurs approches de commandes permettant l’estimation et la compensation de perturbations extérieures et la prise en compte dans la commande des efforts parasites liés aux phénomènes aérodynamiques sont également détaillées. L’efficacité des méthodes proposées est vérifiée par des simulations menées sur deux mini-drones de types birotor coaxial et quadrirotor.