Diagnostic actif et tolérance aux défauts majeurs d'actionneurs : application à un drone
Institution:
Aix-Marseille 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Interest in Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is growing worldwide. Nevertheless there are numerous issues that must be overcome as a precondition to their routine and safe integration in civil airspace. Chief among these are absence of certification and poor reliability record of UAV systems. In this way, upcoming technologies such as fault diagnosis and fault tolerant control have the promise of significantly improving their reliability. This thesis aims at implementing fault diagnostic and fault tolerant control systems for a UAV. As regards the UAVs model and to deal with asymmetrical control surfaces failures, each control is described with the aerodynamic forces and moments that it produces. Some necessary conditions required to keep in flight the faulty UAV are presented. A method is proposed to calculate an operating point and the null controllability region of the UAV is described. The diagnostic system is built using unknown input observers in order to detect, isolate, and estimate faulty control surface positions. As this aircraft is equipped with redundant actuators, flap and aileron positions are not input observable and an active diagnostic process has to be implemented. The fault tolerant control laws are computed by using a Sequential Programming algorithm mixed with a linear state feedback calculated with LMI. These control laws aim at maximizing the domain of attraction by ensuring dynamic performances.
Abstract FR:
Le faible niveau de fiabilité des drones et l'absence de réglementation constituent un frein à leur circulation dans les espaces aériens. Il s'agit de garantir la sécurité des biens et des personnes dans le but d'éviter des collisions avec d'autres aéronefs et les écrasements au sol. L'accroissement de la sécurité des vols des drones peut se traduire par la mise en œuvre d'équipements redondants et plus fiables mais aussi par l'implémentation de systèmes de diagnostic et de lois de commande tolérantes aux défauts. Cette thèse a pour objectif la mise en œuvre de tels systèmes. Les défauts considérés sont des blocages asymétriques des commandes de vol. A cet effet, un modèle de drone qui rend compte des efforts aérodynamiques produits par chacune de ces commandes est développé. Le domaine des défauts pour lesquels le drone peut poursuivre son vol est défini et l'aptitude du drone à rejoindre son état d'équilibre suite à un défaut est étudiée en tenant compte des saturations des commandes. Le système de diagnostic repose sur l'utilisation d'un banc d'observateurs capables d'estimer les entrées inconnues, à cet égard, du fait de l'inobservabilité des ailerons et des volets, une procédure de diagnostic actif est proposée. Les lois de commande tolérantes aux défauts testées pour des blocages de différents types de gouvernes reposent sur l'utilisation d'un algorithme de Programmation Quadratique Successive et sur des commandes par retour d'état synthétisées avec des LMI. Ces dernières visent à maximiser le domaine de stabilité tout en garantissant au drone des performances dynamiques.