Model-free control algorithms for tail-sitter micro air vehicles
O. Barth, Jacson Miguel · 2020
Les micro drones a capacites de vol de transition, ou simplement HMAVs (de l’anglais Hybrid MicroAir Vehicles), regroupent les principales caracteristiques aerodynamiques des configurationsa voilure fixe, en termes d’endurance, avec les capacites de decollage et d’atterrissage verticaldes voilures tournantes afin d’effectuer cinq phases de vol au cours de ses missions, telles quele decollage vertical, le vol de transition, le vol en croisiere, le vol stationnaire et l’atterrissagevertical. Cette nouvelle classe de micro drones a un domaine de vol plus large que les microdrones conventionnels, ce qui implique de nouveaux defis pour les automaticiens et les concepteursaerodynamiques. L’un des principaux defis des HMAVs est la variation rapide des forces etdes moments aerodynamiques pendant la phase de vol de transition, qui est difficile a modeliseret a controle avec precision. Dans cette these, nous nous concentrons sur le developpement delois de pilotage pour une classe specifique des HMAVs, a savoir les tail-sitters.Afin de stabiliser la dynamique des tail-sitters et de surmonter leur probleme de modelisation,nous proposons une architecture de controle de vol qui estime en temps reel leurs dynamiquesgrâce a un controleur a retroaction intelligent. Le controleur de vol propose est concu pourstabiliser l’attitude du tail-sitter ainsi que sa vitesse, et sa position pendant toutes ses phasesde vol. En utilisant des algorithmes de la commande sans modele, l’architecture de controle devol proposee contourne le besoin d’un modele dynamique precis dont l’obtention est couteuseet longue. Une serie complete de simulations de vol couvrant l’ensemble du domaine de vol destail-sitters est presentee et, pour chaque phase de vol, son analyse respective.Avant d’introduire des experiences de vol reel, nous evaluons les performances et les limites del’architecture de commande sans modele en simulation. Les essais en vol permettent de clarifier etde valider notre methodologie de controle dans un contexte pratique, resolvant ainsi le principalprobleme des tail-sitters, a savoir la formulation d’equations dynamiques precises pour concevoirles lois de commande. En outre, a partir d’algorithmes mathematiques simples, la commandesans modele est facilement implementee sur microprocesseurs sans necessiter de couts de calculeleves, tels que la frequence de traitement et les ressources de memoire. Les resultats obtenusfournissent un moyen simple de valider les principes methodologiques presentes dans cette these,de certifier les parametres obtenus lors de la conception de la commande sans modele et d’etablirune conclusion concernant ses avantages et ses inconvenients dans des contextes theoriques etpratiques lies aux systemes aerospatiaux.