Safe exploration of an aerodynamic field by a mini drone
Exploration sécurisée d’un champ aérodynamique par un mini drone
Résumé
This thesis is part of the project "Small drones in the wind" carried by the ONERA center of Lille.
This project aims to use the drone as a "wind sensor" to manage a UAV quadrotor in disturbed wind conditions
using wind field prediction. In this context, the goal of the thesis is to make the quadrotor a wind sensor to provide
local information to update the navigation system. With real-time on-board wind estimation, the quadrotor can
compute a trajectory planning avoiding dangerous areas and the corresponding trajectory control, based on an
existing cartography and information on the aerodynamic behavior of airflow close to obstacles. Thus, the results of
this thesis, whose main objectives are to estimate instant wind and position control, will be merged with another
study dealing with trajectory planning. An important problem is that pressure sensors, such as the aeroclinometer
and the Pitot tube, are not usable in rotary-wing vehicles because rotors air inflow interferes with the atmospheric
flow and lightweight LIDAR sensors generally are not available. Another approach to estimate the wind is to
implement an estimation software (or an intelligent sensor). In this thesis, three estimators are developed using the
sliding mode approach, based on an adequate drone model, available measurements on the quadrotor and inertial
tracking position systems. We are then interested in the control of the trajectory also by sliding mode considering
the nonlinear model of the quadrotor. In addition, we are still studying quite an early alternative solution based on
the H_infinite control, considering the linearized model for different equilibrium points as a function of the wind speed.
The control and estimation algorithms are strictly based on the detailed model of the quadrotor, which highlights the
influence of the wind.
Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet "Petits drones dans le vent" porté par le centre
ONERA de Lille. Ce projet vise à utiliser le drone comme "capteur du vent" pour gérer un quadcopter UAV dans des
conditions aérologiques perturbées en utilisant une prédiction du champ de vent. Dans ce contexte, le but de la thèse
est de faire du quadcopter un capteur de vent pour fournir des informations locales afin de mettre à jour le système
de navigation. Grâce à l’estimation du vent à bord en temps réel, le quadcopter peut calculer une planification
de trajectoire évitant les zones dangereuses et le contrôle de trajectoire correspondant basé sur une cartographie
existante et doté des informations relatives au concernant le comportement aérodynamique de l’écoulement d’air
à proximité des obstacles. Ainsi, les résultats de cette thèse, dont les objectifs principaux portent sur l’estimation
du vent instantanée et le contrôle de position, seront fusionnés avec une autre étude traitant de la planification de
trajectoire. Un problème important est que les capteurs de pression, tels que l’aéroclinomètre et le tube de Pitot,
ne sont pas facilement utilisables à bord des véhicules à voilure tournante car l’entrée des rotors interfère avec le
flux atmosphérique et les capteurs LIDAR légers généralement ne sont pas disponibles. Une autre approche pour
estimer le vent consiste à mettre en oeuvre un logiciel d’estimation (ou un capteur intelligent). Dans cette thèse,
trois estimateurs de ce type sont développés en utilisant l’approche du mode glissant, basée sur un modèle de drone
adéquat et des mesures disponibles sur le quadcopter et sur des systèmes de position de suivi inertiel. Nous nous
intéressons ensuite au contrôle de la trajectoire également par mode glissant en considérant le modèle non linéaire
du quadcopter. Nous étudions par ailleurs de façon encore assez préliminaire une solution alternative fondée sur la
commande H_infinite, en considérant le modèle linéarisé pour différents points d’équilibre en fonction de la vitesse du
vent. Les algorithmes de contrôle et d’estimation sont strictement basés sur le modèle détaillé du quadcopter, qui
met en évidence l’influence du vent.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
---|
Loading...