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  1. 1. RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE ministre 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
  2. 2. Sommaire : Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor Introduction générale Historique et Domaines D’applications Modélisation et commande du quadrirotor Implémentation sous l’environnement ROS conclusion générale Résultats de simulation plus résultats expérimentaux
  3. 3. Introduction générale Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor
  4. 4. 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.
  5. 5. Historique et domaine d’application Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
  6. 6. 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
  7. 7. Quelques domaines d’application du quadrirotor Les 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
  8. 8. Modélisation et commande du quadrirotor Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
  9. 9. 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
  10. 10. 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 Motor4 L f1 f2 f3 f4
  11. 11. Rotation autour de l’axe z ( lacet ) (w4 + w2) − (w3 + w1) ≠ 0 déséquilibre 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
  12. 12. Modèle dynamique du quadrirotor ? Modélisation et commande
  13. 13. Système d’axe Le passage entre les deux repères est assuré par une matrice de transformation finale TF.
  14. 14. Les vitesses linéaires et angulaires
  15. 15. ? L’ÉQUATION DE NEWTON-EULER. Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
  16. 16. les équations différentielles décrivant le mouvement du quadrirotor sont données par: Modélisation et commande du quadrirotor
  17. 17. Conception de l’algorithme de commande
  18. 18. Modélisation et commande du quadrirotor Le contrôleur PID Commande d’altitude
  19. 19. 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++
  20. 20. Implémentation de l’algorithme de commande WIFI Boucle externe Vx,Vy,Vz 50HZ Modèle dynamique W1 Vx,Vy,Rot z ,Altd sonar 50 HZ W2 W3 W4
  21. 21. PRÉSENTATION DE L’ENVIRONNEMENT ROS Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
  22. 22. 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
  23. 23. RÉSULTATS DE SIMULATION PLUS RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX Commende et Navigation autonome d’un drone quadrirotor
  24. 24. Résultat de simulation Résultat expérimental Commande de l’altitude
  25. 25. Commande de l’angle de lacet (yaw) Résultat expérimentalRésultat de simulation
  26. 26. COMMANDE DE LA POSITION LA TRAJECTOIRE DÉSIRÉE EST : 𝐱 𝐭 = 𝟏𝟎𝟎 ∗ 𝒔𝒊𝒏 𝒕 𝒚 𝐭 = 𝟏𝟎𝟎 ∗ 𝒄𝒐𝒔 𝒕 𝒛 𝐭 = 𝟏 + 𝒕/𝟏𝟎
  27. 27. Ce manœuvre est très difficile (variations 3D), Est-ce-que c’est possible de le réaliser pratiquement ? Sans perturbations Avec perturbations
  28. 28. Résultat expérimental
  29. 29. CONCLUSION GÉNÉRALE Commande et navigation autonome d’un drone quadrirotor
  30. 30. Dans ce travaille , nous avons appliqué une technique de commande linéaire sur un drone quadrirotor parrot ardrone 2.0 en se basant sur les mesures provenant de son IMU. Les résultats expérimentaux obtenus montrent que cette technique donne de bonnes performances en terme de stabilisation et en terme de poursuite de trajectoires désirées.
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