Modeling and control of a biomimetic flying robot

Modélisation et commande d'un robot biomimétique volant

Hala Rifai (1)

1 GIPSA-lab - Grenoble Images Parole Signal Automatique

Combining the advantages of the fixed and rotary aerofoils, the biomimetic flight presents a promising future for the micro aerial vehicles. The movement of the flying body is ensured by the thrust and lift aerodynamic forces besides the aerodynamic torques created by the flapping wings. A simplified model based on the rigid body dynamics is established. Nonlinear control laws computed using a state feedback or embedded sensors measurements feedback aiming to stabilize the body's attitude are proposed. The position stabilization is ensured via a coupling between the lift force and the roll angle. The control laws developed in the present PhD thesis have low computational cost, take into consideration the saturation induced by the maximum amplitudes of the wings angles. They are based on averaging techniques and recent results of rigid bodies control. The robustness of the control laws is tested with respect to modeling errors, aerodynamic errors, external disturbances, etc.

Combinant les avantages des voilures fixes et tournantes, le vol biomimétique présente un avenir prometteur pour les microdrones. Le mouvement de l'engin volant est assuré par les forces aérodynamiques de traction et de portance ainsi que les couples aérodynamiques créés par les ailes battantes. Un modèle simplifié basé sur les relations fondamentales de la dynamique a ainsi été établi. Des commandes non linéaires par retour d'état ou retour de mesure de capteurs d'attitude embarqués sont développées afin de stabiliser l'orientation du corps. La stabilisation de la position est assurée par un couplage entre l'angle de roulis et la force de portance. Les commandes proposées dans cette thèse sont à faible coût de calcul, tiennent compte des saturations induites par les amplitudes maximales des angles des ailes. Elles sont basées sur des techniques de moyennisation couplées à des résultats récents de stabilisation des corps rigides. La robustesse des commandes vis-à-vis d'erreurs de modèle, d'erreurs aérodynamiques, de perturbations externes, etc. a été testée.

Mots clés: Flapping micro aerial vehicles; bounded control; nonlinear control; modeling; averaging theory; attitude sensors.

Mots clés: capteurs d'attitude; Microdrones à ailes battantes; commande bornée; commande non linéaire; modélisation; théorie de moyennisation; capteurs d'attitude.

Domaines: Automatique / Robotique

Hala Rifai. Modélisation et commande d'un robot biomimétique volant. Automatique / Robotique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00362656⟩