Contributions en commande et estimation pour robots autonomes et systèmes aérospatiaux - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2019

Control and estimation methods for autonomous robots and aerospace systems

Contributions en commande et estimation pour robots autonomes et systèmes aérospatiaux

Résumé

This work, conducted in the ONERA Information Processing and Systems Department, deals with control, estimation and numerical optimization methods applied to autonomous robots and aerospace systems. These topics contribute to the definition and validation of algorithms which can be embedded on terrestrial and aerial vehicles so that they can safely carry out more and more autonomous missions in large-scale environments. This applied research covers a broad spectrum, from the definition of concepts and methods through academic collaborations or PhD theses, up to the design and test of prototypes and their transfer to industrial partners. Following previous work in PhD theses, the design of fault diagnosis methods relying on dynamical models and state observers is considered. This topic is gaining significant attention in the aerospace industry, where we are now studying the application of these techniques to cryogenic rocket engines and we are also exploring predictive diagnosis methods for subsystems and components. The main activity described in this Habilitation thesis is dedicated to guidance methods for autonomous robots, in particular micro-air vehicles and wheeled robots. The studied techniques mostly rely on nonlinear Model Predictive Control, whose versatility makes it possible to tackle several problematics within the same framework. The topics addressed are the cooperative control of fleets of vehicles, and control and estimation methods for autonomous navigation using multiple embedded sensors (stereo-vision, IMU, lidar). In association with Image Processing colleagues, we perform experiments with terrestrial and aerial robots in GPS-denied indoor cluttered environments. This has lead to several demonstrations of new autonomous navigation capabilities in the framework of R&T projects. Finally, since control is strongly related to optimizing cost functions, we are also interested in numerical techniques for global optimization relying on Kriging metamodeling, with specific application to the automatic tuning of algorithms and the development of estimation techniques.
Ces travaux de recherche menés au Département Traitement de l’Information et Systèmes (DTIS) de l’ONERA portent sur les méthodes de commande, d’estimation et d’optimisation numérique appliquées aux robots autonomes et systèmes aérospatiaux. Ces sujets se complètent pour contribuer à la définition et la validation d’algorithmes embarquables sur véhicules terrestres et aériens, afin de leur permettre de réaliser en toute sécurité des missions de plus en plus autonomes et à large échelle. La recherche appliquée conduite dans le département couvre un large spectre de travaux, depuis la définition de concepts et méthodes via des thèses ou des collaborations académiques jusqu’à la réalisation de prototypes et au transfert vers l’industrie ou les donneurs d’ordre étatiques après une montée en TRL de ces développements initiaux. Dans la continuité de travaux de thèse préalables, une activité sur le diagnostic des systèmes à base de modèles dynamiques et d’observateurs d’état se poursuit. Ce thème se développe significativement dans l’industrie aérospatiale : nous étudions désormais l’application de ces techniques aux moteurs de fusée à ergols liquides, et nous commençons également à explorer le domaine prometteur du diagnostic prédictif de l’état de santé des systèmes. Une large part des travaux se consacre par ailleurs aux méthodes de guidage pour les robots autonomes, en particulier les mini-drones et robots à roues. Les techniques de commande étudiées reposent principalement sur la commande prédictive non linéaire, dont la flexibilité permet d’aborder de nombreuses problématiques. Les sujets traités sont d’une part la commande coopérative de flottes de véhicules, et d’autre part la commande et le filtrage à partir de mesures issues de multiples capteurs embarqués (stéréovision, centrale inertielle, lidar). En collaboration avec des collègues spécialisés en traitement d’image, nous menons une activité expérimentale en robotique permettant de valider ces approches pour la navigation des robots terrestres et mini-drones en milieu encombré et sans GPS. Cela fait l’objet de nombreuses démonstrations de capacités nouvelles de navigation et vol autonome dans le cadre de projets industriels et de recherche. Enfin, car l’automatique est fortement liée à l’optimisation de fonctions de coût, nous nous intéressons aux méthodes numériques d’optimisation globale à partir d’un métamodèle de krigeage et en particulier à leur application au réglage automatique d’algorithmes et au développement de techniques d’estimation.
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Dates et versions

tel-02491926 , version 1 (26-02-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02491926 , version 1

Citer

Julien Marzat. Contributions en commande et estimation pour robots autonomes et systèmes aérospatiaux. Automatique / Robotique. Université Paris Saclay, 2019. ⟨tel-02491926⟩
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