Commande robuste d’un hélicoptère autonome

Abstract

L’automatisation et la stabilisation des véhicules aériens, en particulier les hélicoptères, représentent un défi majeur en automatique en raison de leur nature fortement non linéaire, de leur fort couplage et de leur caractère sous-actionné. Afin de surmonter les limitations des méthodes de commande conventionnelles face aux perturbations aérodynamiques externes (rafales de vent) et aux incertitudes de modélisation, la solution proposée réside dans la synthèse de lois de commande robustes et non linéaires. Ce travail porte sur la modélisation, la simulation et le contrôle robuste d’un système à deux rotors (TRMS) afin d’assurer sa stabilisation en vol stationnaire (hover) et une poursuite de trajectoire précise. La modélisation dynamique non linéaire de l’appareil a été développée en se basant sur le formalisme de Newton-Euler pour appréhender toute la complexité de sa mécanique de vol. Cette contribution concerne principalement la synthèse et la comparaison de trois stratégies de commande pour le système. Tout d’abord, la commande classique PID (Proportionnel-Intégrateur-Dérivé) est appliquée autour d’un point de fonctionnement afin de servir de référence basique. Ensuite, la commande par Mode Glissant (Sliding Mode Control- SMC) est développée pour apporter une grande robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques et des perturbations extérieures en forçant les états du système à rejoindre une surface de glissement prédéfinie. Enfin, la commande par Backstepping a été introduite pour construire récursivement, de manière systématique et directe, la loi de commande et la fonction de Lyapunov qui assure la stabilité globale asymptotique de l’ensemble du système sous-actionné. La simulation du système complet a été réalisée sous l’environnement MATLAB/Simulinkpour évaluer et comparer les performances des correcteurs. Les résultats numériques obtenus démontrent l’efficacité et la supériorité des commandes non linéaires (Backstepping et Mode Glissant) par rapport au PID classique, en offrant un temps de réponse rapide, une excellente précision de poursuite et un rejet performant des perturbations extérieures.