quadrotor

RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIREministre d’enseignement supérieur et de la recherche scientifique

Faculté de Technologie

DEPARTEMENT : D’électrotechnique

Mémoire de fin d’étude en vue de l’obtention du diplôme Master

OPTION : Automatique industrielle

Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

Réalisé par : Doukhi oualid

Encadrant: Mr. SID mohamed amin

Sommaire :

Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor

1Introduction générale

2Historique et Domaines

D’applications 3Modélisation

et commandedu quadrirotor

4Implémentation sous

l’environnement ROS

6conclusion générale

5Résultats de simulation plus

résultats expérimentaux

Introduction générale1

Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor

Le principal défi scientifique :• complexité de leur comportement

dynamique • commande et navigation autonome. Dans

ce sens,

• trois mouvements de rotation et trois mouvements de translation , par conséquent est un robot sous actionné.

• Les 4 rotors généralement placés aux extrémités d’une croix.

• deux hélices doivent tourner dans un sens, et les deux autres dans le sens contraire

Qu’est qu’un quadrirotor?

Un quadrirotor

Objectif principal Conception et implémentation d’un algorithme permettant le suivi d’une trajectoire désirée.

2 Historique et domaine d’application

Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

LE premier quadrirotor était le gyroplane 1 conçu par les frères scientifique fronçais (Louis et Jaque Breguet ) en collaboration avec le professeur Charles Richet en 1907 En 1920 Etienne Oemichen a commencé ses expériences dans la conception des aéronefs à voilures tournantes

Dans les années 50, Convertawings a construit un quadrirotor, Ce véhicule a été commandé en changeant la poussée fournie par chaque rotor, Le quadrirotor de Convertawings a été piloté avec succès

Breguet Richet Gyro1 -1907

Oemichen -1920

Convertawings Model A 1956

Quelques domaines d’application du quadrirotorLes quadrirotors rentrent dans plusieurs applications militaires et civiles

Surveillance et collecte d’informations le quadrirotor fait des voles périodiques dans le but est de surveiller la Maison Blanche

3 Modélisation et commande du quadrirotor

Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

Au long de l’axe z

La montée f1 + f2 + f3 + f4 > −mg La descente

f1 + f2 + f3 + f4 < −mg

Les mouvements du quadrirotor

z

y

x

f1

f2

f3

f4

p

My=M1 +M2 +M3 +M4 ≠ 0(pas d’équilibre des moments )D’autre part nous constatons que les deux autres mouvements de translations (selon x ou y) sont obtenus simultanément

Rotation autour des axes y et x (tangage et roulis )

y

z

x

Motor1

Motor2

Motor3

Motor4L

f1 f2

f3

f4

Rotation autour de l’axe z ( lacet )

(w4 + w2) − (w3 + w1) ≠ 0déséquilibre des vitesses de moteurs

Mz=tr4+tr2-tr1-tr3=b(w4^2+w2^2-w1^2-w3^2)

Les mouvements du quadrirotor

z

y

x

L

tr4

tr2

Modèle dynamique du quadrirotor ?

Modélisation et commande

Système d’axeLe passage entre les deux repères est assuré par une matrice de transformation finale TF.

Les vitesses linéaires

Les vitesses linéaires et angulaires

Les vitesses angulaires

? L’ÉQUATION DE NEWTON-EULER.

Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

les équations différentielles décrivant le mouvement du quadrirotor sont données par:

Modélisation et commande du quadrirotor

Conception de l’algorithme de commande 

Modélisation et commande du quadrirotor

Le contrôleur PID

Commande d’altitude

Modélisation et commande du quadrirotor

Commande de la position

Dans la suite, ces trois régulateurs seront implémentés dans un drone réel (Ardrone) sous l'environnement de développement ROS en utilisant le langage de programmation C++

Implémentation de l’algorithme de commande

WIFI

ROS

Boucle externe

Vx,Vy,Vz

50HZ Modèle dynamique

W1

Vx,Vy,Rot z ,Altd sonar50 HZ

W2

W3

W4

4 PRÉSENTATION DE L’ENVIRONNEMENT ROS

Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

Présentation de l’environnement ROS

C’est un environnement open source destiné au développement de logiciels robotiques. ROS a été créée en 2007 par le Laboratoire d’intelligence artificielle de Stanford avec l’appui du projet l’AI Robot Stanford

RÉSULTATS DE SIMULATION PLUS RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX5

Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor

Résultat de simulation Résultat expérimental

Commande de l’altitude

Commande de l’angle de lacet (yaw)

Résultat expérimental Résultat de simulation

COMMANDE DE LA POSITIONLA TRAJECTOIRE DÉSIRÉE EST :

Ce manœuvre est très difficile (variations 3D), Est-ce-que c’est possible de le réaliser pratiquement ?

Sans perturbations Avec perturbations

Résultat expérimental

6 CONCLUSION GÉNÉRALE

Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor

Dans ce travaille , nous avons appliqué une technique de commande linéaire surun drone quadrirotor parrot ardrone 2.0 en se basant sur les mesures provenantde son IMU. Les résultats expérimentaux obtenus montrent que cette techniquedonne de bonnes performances en terme de stabilisation et en terme de poursuite de trajectoires désirées.

Merci pour votre attention