Contrôle optimal et planification de trajectoire pour le guidage des systèmes aérospatiaux - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2023

Optimal control and trajectory planning for guidance of aerospace systems

Contrôle optimal et planification de trajectoire pour le guidage des systèmes aérospatiaux

Résumé

In the Guidance-Navigation-Control loop of aeronautical and space systems, guidance specifically concerns the control of the vehicle's center of mass. Due to the complexity of the problems encountered, a classical approach consists first of calculating a reference trajectory by optimization method. A servo-control algorithm is then applied to follow this trajectory. Although simple to implement and computationally inexpensive, this technique does not allow for any unforeseen events (e.g. a change of objective or a deviation of trajectory due to the presence of strong uncertainties). A first part of the work presented in this HDR (accreditation to supervise research) deals with the study of new guidance algorithms ensuring both optimality and robustness in such cases. For this, optimal control methods are used to analyze the structure of the control and numerical shooting methods and continuation techniques are combined to obtain an embedded algorithm. These developments have been applied to target interception problems and to reusable launch vehicle guidance problems. A second part of the work focuses on trajectory planning and control problems in highly constrained environments for which the optimal control techniques used alone are impossible to implement (e.g. in the presence of obstacles or strong hazards). Probabilistic methods are used with optimal control methods for UAV trajectory planning. For terrain-based navigation problem, a robust predictive control method based on a stochastic formalism has been developed to overcome the nonlinear coupling between estimation and control.
Dans la boucle de Navigation-Guidage-Pilotage des systèmes aéronautiques et spatiaux, le guidage porte spécifiquement sur la commande du centre de masse du véhicule. En raison de la complexité des problèmes rencontrés, une approche classique consiste tout d'abord à calculer une trajectoire de référence par méthode d'optimisation. Un algorithme d'asservissement est ensuite appliqué pour suivre cette trajectoire. Bien que simple à mettre en œuvre et peu coûteuse en calculs, cette technique n'autorise aucun imprévu (e.g. un changement d'objectif ou une déviation de trajectoire due à la présence de fortes incertitudes). Une première partie des travaux présentés dans cette HDR porte sur l'étude de nouveaux algorithmes de guidage permettant de conserver optimalité et robustesse dans de tels cas. Pour cela, les méthodes du contrôle optimal sont utilisées afin d'analyser la structure de la commande et les méthodes numériques de tir et de continuation sont combinées pour obtenir un algorithme embarqué. Ces développements ont été appliqués à des problèmes d'interception de cible et à des problèmes de retour de lanceurs réutilisables. Une deuxième partie des travaux se concentre sur des problèmes de planification de trajectoire et de commande en environnement fortement contraint pour lesquels les techniques de contrôle optimal utilisées seules sont impossibles à mettre en œuvre (e.g. en présence d'obstacles ou de forts aléas). Des méthodes probabilistes sont utilisées avec des méthodes de contrôle optimal pour la planification de trajectoire d'un drone. Dans le problème de navigation par corrélation de terrain, une méthode de commande prédictive robuste basée sur un formalisme stochastique a été développée pour pallier le problème de couplage entre l'estimation et la commande.
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HDR_HERISSE_BRUNO_v1.pdf (7.94 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-04095485 , version 1 (11-05-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04095485 , version 1

Citer

Bruno Hérissé. Contrôle optimal et planification de trajectoire pour le guidage des systèmes aérospatiaux. Automatique / Robotique. Université Paris - Saclay, 2023. ⟨tel-04095485⟩
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