SOUTENANCE DE THESE
18/09/2015
SERVAIS Etienne 18/09/15 Ecole des Mines à 15h

SUJET :  Planification de Trajectoire et contrôle d'un système collaboratif : Application à un drone trirotor.
Thèse préparée au laboratoire : L2S

Sous la direction de M – Mme : Mounier, Hugues
Son directeur de recherches.
SOUTENANCE DE THESE AYANT POUR JURY :
(indiquer les noms par ordre alphabétique)
• d'Andréa-Novel, Brigitte
• Coron, Jean-Michel
• Hamel, Tarek
• Krstic, Miroslav
• Mounier, Hugues
• Rudolph, Joachim
• Samson, Claude

RESUME

L'objet de cette thèse est de proposer un cadre complet, du haut niveau au bas niveau, de génération de trajectoires pour un groupe de systèmes dynamiques indépendants. Ce cadre, basé sur la résolution de l'équation de Burgers pour la génération de trajectoires, est appliqué à un modèle original de drone trirotor et utilise la platitude des deux systèmes différentiels considérés.
La première partie du manuscrit est consacrée à la génération de trajectoires. Celle-ci est effectuée en créant formellement, par le biais de la platitude du système considéré, des solutions à l'équation de la chaleur. Ces solutions sont transformées en solution de l'équation de Burgers par la transformation de Hopf-Cole pour correspondre aux formations voulues. Elles sont optimisées pour répondre à des contraintes spécifiques. Plusieurs exemples de trajectoires sont donnés.
La deuxième partie est consacrée au suivi autonome de trajectoire par un drone trirotor. Ce drone est totalement actionné et un contrôleur en boucle fermée non-linéaire est proposé. Celui-ci est testé en suivant, en roulant, des trajectoires au sol et en vol. Un modèle est présenté et une démarche pour le contrôle est proposé pour transporter une charge pendulaire.
Mots clés: Commande par platitude, génération de trajectoires, équation de Burgers', systèmes multi-agent, optimisation par essaims particulaires, drone, rotors inclinables, commande non-linéaire, transport de charge pendulaire.

Trajectory planning and control of collaborative systems :
Application to trirotor UAVs.

ABSTRATC

This thesis is dedicated to the creation of a complete framework, from high-level to low-level, of trajectory generation for a group of independent dynamical systems. This framework, based for the trajectory generation, on the resolution of Burgers equation, is applied to a novel model of trirotor UAV and uses the flatness of the two levels of dynamical systems.
The first part of this thesis is dedicated to the generation of trajectories. Formal solutions to the heat equation are created using the differential flatness of this equation. These solutions are transformed into solutions to Burgers' equation through Hopf-Cole transformation to match the desired formations. They are optimized to match specific requirements. Several examples of trajectories are given.
The second part is dedicated to the autonomous trajectory tracking by a trirotor UAV. This UAV is totally actuated and a nonlinear closed-loop controller is suggested. This controller is tested on the ground and in flight by tracking, rolling or flying, a trajectory. A model is presented and a control approach is suggested to transport a pendulum load.

Keywords: Differential flatness, trajectory generation, Burgers' equation, multi-agent systems, particle swarm optimization, UAV, tilting rotors, non-linear control, pendulum load transportation.