Planning and control of an autonomous hovering airborne dedicated for the monitoring of structures
Planification et commande d'une plate-forme aéroportée stationnaire autonome dédiée à la surveillance des ouvrages d'art
Abstract
Today, the inspection of structures is carried out through visual assessments effected
by qualified inspectors. This procedure is very expensive and can put the personal in
dangerous situations. Consequently, the development of an unmanned aerial vehicle
equipped with on-board vision systems is privileged nowadays in order to facilitate the
access to unreachable zones.
In this context, the main focus in the thesis is developing original methods to deal with
planning, reference trajectories generation and tracking issues by a hovering airborne
platform. These methods should allow an automation of the flight in the presence of air
disturbances and obstacles. Within this framework, we are interested in two kinds of
aerial vehicles with hovering capacity: airship and quad-rotors.
Aujourd'hui, l'inspection des ouvrages d'art est réalisée de façon visuelle par des contrôleurs sur l'ensemble de la structure. Cette procédure est coûteuse et peut être particulièrement dangereuse pour les intervenants. Pour cela, le développement du système de vision embarquée sur des drones est privilégié ces jours-ci afin de faciliter l'accès aux zones dangereuses.Dans ce contexte, le travail de cette thèse porte sur l'obtention des méthodes originales permettant la planification, la génération des trajectoires de référence, et le suivi de ces trajectoires par une plate-forme aéroportée stationnaire autonome. Ces méthodes devront habiliter une automatisation du vol en présence de perturbations aérologiques ainsi que des obstacles. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés à deux types de véhicules aériens capable de vol stationnaire : le dirigeable et le quadri-rotors.Premièrement, la représentation mathématique du véhicule volant en présence du vent a été réalisée en se basant sur la deuxième loi de Newton. Deuxièmement, la problématique de génération de trajectoire en présence de vent a été étudiée : le problème de temps minimal est formulé, analysé analytiquement et résolu numériquement. Ensuite, une stratégie de planification de trajectoire basée sur les approches de recherche opérationnelle a été développée.Troisièmement, le problème de suivi de trajectoire a été abordé. Une loi de commande non-linéaire robuste basée sur l'analyse de Lyapunov a été proposée. En outre, un pilote automatique basée sur les fonctions de saturations pour un quadri-rotors a été développée.Les méthodes et algorithmes proposés dans cette thèse ont été validés par des simulations.
Loading...