Yasser Bouzid soutient sa thèse de doctorat le mercredi 11 juillet 2018: "Système de guidage et contrôle pour la navigation des véhicules aériens autonomes"

Yasser Bouzid soutient sa thèse de doctorat le mercredi 11 juillet 2018.

Titre: Système de guidage et contrôle pour la navigation des véhicules aériens autonomes.

Résumé:

Cette thèse traite du guidage et du pilotage de véhicules aériens qui peuvent assurer des missions dans des lieux particulièrement hostiles, dangereux ou inaccessibles avec des véhicules conventionnels. Nous sommes tout d’abord motivés par le scénario de couverture, qui est généralement un processus long pouvant utiliser un grand nombre de personnes et d’équipements. Or, la nature de la couverture nécessite un véhicule aérien avec des capacités de vol stationnaire. Pour cela, nous nous intéressons alors aux multirotors, qui sont considérés comme une bonne étude de cas pour concevoir, analyser et mettre en œuvre des stratégies de contrôle de vol.En réalité, de nombreux défis sont encore ouverts pour ce qui concerne le scénario de couverture comme la faisabilité, l’optimalité en visitant tous les points d’intérêts. De plus, un système de contrôle robuste est indispensable pour contrer des effets néfastes tel le vent. Par ailleurs, la conception d’un algorithme de contrôle répondant à certaines exigences (structure simple, précision, énergie minimale consommée) constitue un défi supplémentaire. Ensuite, notre travail introduit un modèle mathématique générique pour les multi-rotors en considérant l’effet du vent.Dans la première partie du manuscrit, nous proposons des planificateurs en utilisant comme base l’algorithme RRT* (optimal Rapidly-exploring Random Tree). En fait, dans les grands espaces, un grand nombre de nœuds est généré augmentant alors le temps de calcul et la mémoire consommée. Pour y remédier, une procédure de suppression est impliquée pendant le processus « ReWire » pour les réduire. De plus, un planificateur multidirectionnel qui renvoie un ensemble de chemins optimaux à partir d’un point de départ et d’un ensemble de points objectifs est proposé. Notre travail introduit également une stratégie CPP (Coverage path-planning) optimale dans un espace contraint. Celle-ci consiste à procéder par un algorithme en deux phases. Dans la première, un planificateur multidirectionnel est utilisé pour définir les chemins les plus courts de chaque point à ses voisins. Dans la seconde phase, au moyen des coûts entre les points, le chemin global le plus court est obtenu en résolvant un problème de voyageur en utilisant des algorithmes génétiques. Puis, compte tenu de l’énergie embarquée limitée, un problème de routage est adapté et est résolu par la méthode de savings. Dans une seconde partie, nous nous sommes penchés sur la conception d’un système de pilotage efficace permettant au véhicule de suivre une trajectoire paramétrée dans le temps. D’une part nous proposons une extension de la commande par modèle interne au non-linéaire (NLIMC). Notre technique repose sur l’utilisation du principe de base IMC pour synthétiser un contrôleur non linéaire qui fait intervenir la propriété de platitude. D’autre part, nous proposons une autre forme de contrôleur dont la structure apparente est un PID mais dans lequel est incorporée la technique des modes glissants que l’on appellera aussi PID non linéaire bien qu’il diffère de l’existant. Cette combinaison a l’avantage de conduire à un bon niveau de robustesse fourni par les modes glissants et en même temps à un bon comportement spécifié par la structure PID. En outre, en guise de complément, nous proposons deux contrôleurs redondants basés sur deux principes distincts afin de booster et d’améliorer les capacités de tout contrôleur. Le premier est basé sur l’approche MFC (Model-Free Control) tandis que le second est basé sur les modes glissants dynamiques DSMC (Dynamic Sliding Mode Controller). Enfin, pour montrer les performances de ces contrôleurs, nous avons effectué une série de tests avec plusieurs illustrations et scénarios, nous avons dressé un tableau de comparaison avec les approches conventionnelles. Les résultats issus des simulations numériques et ceux des tests expérimentaux réalisés sur un drone quadrotor se sont avérés cohérents et semblent bien prometteurs.

Mots-clés: Multirotors ; Couverture ; Drones — Commande automatique; Systèmes de guidage ; Commande robuste