Modélisation dynamique et loi de commande

Modélisation dynamique et loi de commande

Modélisation dynamique et loi de commande

Un drone ou UAV (acronyme de « Unmanned Aerial Vehicle ») est un aéronef inhabité, inclus dans le domaine de la robotique aérienne ; le pilotage de ce genre d’engin se fait d’une manière autonome ou télépiloté. Les drones peuvent effectuer des missions variées, pour des usages civils ou militaires selon son genre : cela repose sur les caractéristiques et les capacités de contrôle de leur vol dans les différents environnements. Les performances d’un drone se mesurent par sa manière de réagir face aux différents facteurs de l’environnement tel que : les phénomènes aérodynamiques, les perturbations (vents) … etc. Avec l’évolution de la technologie dans le domaine électronique et les systèmes embarqués, la fabrication des engins de différentes tailles et l’embarquement de plusieurs types de capteurs simultanément sont devenu possibles. Ces derniers permettent de minimiser l’intervention humaine dans les missions complexes et dangereuses. Dans ce chapitre nous allons présenter une vision historique sur les drones, ses différentes catégories, le modèle dynamique d’un drone quadrirotor et enfin une présentation de sa loi de commande.

Aperçu historique sur les drones 

Les drones sont avant tout une invention militaire ; leurs origines remontent aux conflits au Proche-Orient à la fin des années 1970. Dans la guerre entre le colonisateur sioniste et les pays arabes, des modèles réduits des drones avec des appareils photo sont utilisés par les sionistes pour découvrir la région, mais il fallait quarante-cinq minutes pour développer les photos. L’industrie aérospatiale sioniste (IAI) a lancé le programme Scout (des caméras de télévision volantes avec des ailes, un moteur et un système de communication). Le développement de drones aériens s’accélère et suscite un intérêt croissant ; après l’utilisation militaire en renseignement et surveillance comme nous avons déjà dit l’utilisation civile a fait irruption dans ce domaine tel que la gestion des infrastructures, la surveillance jour et nuit et l’observation de sites sensibles [1].

Les fonctions de transformations 

Un système de control se compose d’une sortie ainsi qu’une entrée de signal. La sortie est liée à l’entrée via une fonction appelé fonction de transformation. Cette fonction est représentée par un bloc dans le diagramme du système de control. Pour chaque système de control il existe une entrée de référence appelé excitation qui sera transformé via une opération de transformation et produit un effet résultant appelé sortie ou réponse contrôlée [18]. G(s) = 𝑪(𝒔)𝑹(𝒔) => R(s).G(s) = C(s) ……….(I.41).

Ce n’est pas nécessaire que les entrées/sorties soient de même catégorie par exemple dans un moteur électrique l’entrée est un signal électrique tandis que la sortie est un signal mécanique puisque l’énergie électrique est nécessaire pour faire tourner les moteurs. Mais pour l’analyse mathématique d’un système toutes sortes de signaux devraient être représentés sous une forme similaire, cela se fait en transformant toutes sortes de signaux en leur forme de Laplace. De même, la fonction de transfert d’un système est représentée par la forme de Laplace qui est un rapport de la sortie de la transformé de Laplace à l’entrée de la transformé de Laplace en supposant que toutes les conditions initiales soient nulles [18].

Conclusion générale 

Le quadrirotor est un engin volant à 4 hélices appartenant au domaine de la robotique aérienne. Il combine en premier abord entre 3 disciplines différentes (mécanique, électronique, informatique) et se base sur des modèles de l’automatique. Un projet de pilotage d’un quadrirotor se compose de 3 phases essentielles : la phase de modélisation dynamique qui concerne le coté physique de notre étude, la phase de modélisation SysML qui est une étape incontournable de notre « système informatique », et enfin la phase d’implémentation de la loi de commande qui représente l’ensemble des lois mathématiques que le drone suit. Dans ce contexte, nous avons structuré notre travail selon les aspects suivants :

1. Une vision générale sur les différentes catégories des drones, les différents mouvements qu’un quadrirotor peut faire, les lois physique qu’un quadrirotor subit, une présentation de la loi de commande par mode glissant que l’on peut appliquer sur des systèmes linéaires ainsi que des systèmes non linéaires, ainsi qu’une vision sur les fonctions de transformations.

2. Une modélisation de notre système en utilisant le langage SysML avec une présentation détaillée de ses différents diagrammes.

3. La création d’une interface graphique pour faciliter la manipulation des trajectoires de consigne et donner les graphes de simulation résultants du système implémentée, ces derniers ayant aboutis à une commande efficace et robuste si on prend en considération la capacité du modèle étudié ; nous avons présenté également les différentes technologies utilisées dans les déférentes étapes de la réalisation de notre projet.

Parmi les difficultés majeures qu’on a trouvées dans notre projet et inhérentes à ce genre d’applications :

L’interprétation de certaines fonctions prédéfinies sous MATLAB en langage C tel que les dérivés filtrés, les dérivateurs, les intégrateurs et les fonctions de transformations car le langage C ne vise pas les calculs mathématiques complexes.

La rareté des références concernant le sujet étudié dans le domaine informatique pose un problème de manque d’information, en particulier lorsque l’application est afférente à un engin spécifique.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre1 : Modélisation dynamique et loi de commande.
1.Introduction
2.Aperçu historique sur les drones
3.Les différentes catégories de drones
3.1 Classification en fonction de R.E.A
3.2 Classification selon le mode de vol
3.2.1. Drones à voilure Fixe
3.2.2. Drones à voilure tournante
3.2.3. Drones à ailes battante
4.Modèle dynamique
4.1. Les repères
4.2. Les mouvements du quadrirotor
4.2.1. Mouvement de roulis
4.2.2. Mouvement de tangage
4.2.3. Mouvement de lacet
4.2.4. Mouvement vertical
4.2.5. Translation horizontale
4.3. Les angles d’Euler
4.4. Vitesses angulaires
4.5. Vitesses linéaires
4.6. Les efforts physiques agissants sur le quadrirotor
4.6.1. Les force
4.6.2. Les moments
4.6.3. Effet gyroscopique
4.7. Modèle mathématique du quadrirotor selon Newton-Euler
4.7.1. Equations de mouvement de translation
4.7.2. Equations de mouvement de rotation
4.7.3. Dynamique du rotor
4.8. La représentation d’état du système
Les fonctions de transformations 
1.Loi de commande par mode glissant
1.1. Régime glissant idéal
1.2. Régime glissant réel
1.3. Conception de la commande par mode glissant
Conclusion
Chapitre2: Modélisation SysML.
1.Introduction
2.Qu’est-ce que SysML ?
3.Pourquoi SysML ?
4.Diagramme d’exigences
5.Diagramme de cas d’utilisations
5.1. Recherche des cas d’utilisation
5.1.1. Acteur 1 : L’application
5.1.2. Acteur 2 : L’utilisateur « Pilote »
6.Diagramme de séquences
6.1. Diagramme de séquences Auto piloter
6.2. Diagramme de séquence contrôler
7.Diagramme d’états transitions
8.Diagramme de définition de blocs
8.1. Qu’est-ce qu’un bloc ?
8.2. Diagramme de notre système
Conclusion
Chapitre3 : Application développée et résultats de simulations.
1.Introduction
2.Résultat de simulation
2.1. Les valeurs des paramètres du modèle quadrirotor utilisé
2.2. Simulation de la première trajectoire
2.3. Simulation de la deuxième trajectoire
3.Les technologies utilisées
3.1. Enterprise Architect
3.2. PHP 5
3.3. PHP Desktop chrome
3.4. Dev-c++
3.5. Langage C
3.6. Photoshop
3.7. Chart Js & Vis JS
4.Interface homme machine
Conclusion
Conclusion générale 

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