Добірка наукової літератури з теми "Commande longitudinale et latérale"

RÉSUMÉAux confins du Massif armoricain et du Bassin parisien, le tracé actuel de la Sarthe résulte d'une longue évolution depuis le Pliocène, matérialisée par des témoins alluviaux, plus ou moins bien conservés, modelés en terrasses étagées pour la plupart. Le plus haut niveau, de 40 m d'altitude relative par rapport au lit mineur, engendre un plateau d'inversion de relief alluvial qui atteste d'une paléo-Sarthe affluente du Loir, alors que le cours actuel fait un coude à Malicorne pour se diriger, par méandres, vers Sablé. Les analyses sédimentologique et géomorphologique permettent de différencier les nappes et de reconstituer l'évolution paléogéomorphologique de la vallée. Postérieurement à l'épandage continental prétiglien, le réseau hydrographique commence à s'encaisser tout en s'adaptant à la structure. À l'Eburonien, la paléo-Sarthe accumule, dans la dépression subséquente de la cuesta turonienne, la nappe d'origine périglaciaire qui sera ensuite mise en relief. L'abandon du tracé rectiligne est attribuable au soulèvement de la région de La Chapelle d'Aligné qui a contraint la rivière à se déverser vers le nord-ouest lors du creusement ultérieur. Située légèrement en contrebas, la très haute terrasse qui présente la plus forte pente longitudinale entre Auvours et Sablé, se dédouble uniquement dans la région de Malicorne, en raison de la poursuite du soulèvement de ce secteur durant le remblaiement. Les variations climatiques du Pleistocene moyen et supérieur permettent d'interpréter les phénomènes de migration latérale du cours ainsi que les recoupements de méandres. Les haute, moyenne et basse terrasses adoptent en effet des pentes longitudinales plus faibles, sans déformations notables.

Résumé Le lac Saint-Pierre, un élargissement du fleuve Saint-Laurent, pourrait connaître une baisse importante de niveau d’eau dans les cinquante prochaines années, conséquence du réchauffement climatique global. Sept rivières débouchent dans ce lac fluvial peu profond qui risquerait d’enregistrer une sédimentation importante. Nous avons étudié le delta de l’un de ces tributaires, la Yamachiche, pour évaluer les processus de sédimentation et les réponses de la rivière aux changements environnementaux passés. L’évolution du delta de la Yamachiche a été reconstituée par des photographies aériennes, des cartes anciennes, des analyses sédimentologiques et stratigraphiques de six coupes et de quatorze forages, et la datation par luminescence optique, 210Pb et 14C. Le delta est caractérisé par deux types de dépôts. La base est constituée de dépôts sableux de lit mineur du chenal, mis en place dans des conditions de sédimentation et d’érosion fréquentes. Ils sont surmontés par des dépôts limoneux de plaine d’inondation deltaïque, comprenant des lits sableux locaux. Ces dépôts présentent une variabilité latérale et longitudinale expliquée par les variations de niveau d’eau du lac et de la rivière à une échelle annuelle et décennale, par les migrations du chenal et par l’action érosive des vagues du lac Saint-Pierre. Le delta s’est formé depuis 150 ans, comme le montre la carte de 1859 où le delta n’était que très peu développé. La luminescence optique attribue des âges de 140 et de 280 ans aux dépôts sableux à la base. Les datations révèlent des taux d’accumulation verticale moyens compris entre 0,5 et 1,5 cm/an. Cette accumulation importante serait liée aux perturbations anthropiques affectant les sources sédimentaires du bassin versant depuis le début de la colonisation il y a 200 ans. L’âge récent du delta serait également expliqué par la stabilisation tardive du lac Saint-Pierre à son niveau actuel, qui est intervenue entre 1000 et 150 ans.

L’amélioration de la fluidité du trafic aux intersections a reçu une attention particulière depuis près d’un siècle. Avec la perspective de véhicules contrôlés et communicants, la régulation aux intersections connaît un nouvel essor. Dans cette thèse nous nous intéressons à la régulation coopérative des intersections par la synchronisation des vitesses. Afin d’éviter des arrêts inutiles aux intersections, les véhicules régulent leur vitesse en fonction non seulement des véhicules qui les devancent sur la même voie mais aussi des véhicules prioritaires provenant des autres voies en conflit. La synchronisation des vitesses grâce à la communication sans-fil a plusieurs avantages mais pour les exploiter pleinement, il est nécessaire d’aborder les problématiques des commandes longitudinale et latérale des véhicules. En ce qui ce concerne la commande longitudinale, la thèse s’intéresse à deux problématiques. Pour des raisons évidentes de sécurité, les délais de communication sans-fil avec les véhicules des autres voies, à savoir hors de la portée des capteurs, doivent être pris en compte. Pour ce faire, la commande longitudinale adoptée est une fonction non linéaire qui considère un temps maximal de communication et une borne de décélération. Si les contraintes ne sont pas respectées, la fonction déclenche l’arrêt du véhicule. Etant donné que les résultats de simulations sont concluants dans des cas extrêmes, la thèse aborde la problématique de fluidité du trafic à base de la commande proposée. En effet, le comportement du trafic dépend du choix du lieu où commence la synchronisation des vitesses. La thèse discute les deux approches classiques et propose une solution intermédiaire. Sur un circuit sous la forme d’un huit, l’approche proposée permet de réduire considérablement le recours au freinage contrairement aux deux autres approches actuelles. En ce qui concerne la commande latérale, l’intersection pose deux problèmes. Le premier est la limite du champ de vision à cause des courbures serrées des mouvements tournant et la deuxième est le délai du traitement par les caméras. Dans ce sens, la thèse propose une commande basée sur le calcul de la courbure de Frenet couplé à la correction des écarts. Le suivi des courbures et la correction sont tous les deux déduit à partir du mouvement circulaire induit par l’angle du volant. Les avantages de cette approche par rapport aux approches classiques (LQRwFF et Stanley) est d’une part, de ne pas être gourmande en termes de champs de vision nécessaire et d’autre part d’avoir des contraintes temps-réels plus souples que les approches de la littérature. La comparaison avec les techniques actuelles démontrent que notre approche, dans des conditions de circulation urbaine est capable de résister à des temps d’échantillonnage plus longs contrairement aux deux autres avec une visibilité plus faible
In this thesis, we are interested in the cooperative intersection management by synchronizing the velocities of conflict vehicles. Thanks to the wireless communication, the synchronization of velocities has several advantages. But, for the purpose of full exploiting them, it is necessary to address at first the problems of the longitudinal and lateral control of vehicles. For the longitudinal control, the delay of wireless communication with the vehicles on other routes must be taken into account. The adopted longitudinal control is non-linear function that considers a maximum communication time and a deceleration boundary.The simulation results in extreme cases have concluded that the thesis addresses the problem of traffic fluidity. Indeed, the behavior of the traffic flow depends on the choice of the place where the synchronization of the speeds begins. The thesis discusses the two classical approaches and proposes a smoothing solution that significantly reduces the use of braking contrary to the two existing approaches. For the lateral control of vehicle at intersection, the thesis proposes a control based on the calculation of Frenet curvature coupled with correction of deviation from tracking path. Both the curve tracking and the correction are deduced from the circular motion induced by the steering wheel angle. The advantages of this approach compared to traditional approaches are to be not greedy in terms of the necessary field of vision and to have more flexible real-time constraints

Les travaux de cette thèse sont consacrés au contrôle et à la commande d'une flotte de plusieurs véhicules (4 à 10 véhicules). Une commande longitudinale est proposée fondée sur l'approche globale décentralisée, pour laquelle les informations du leader et du prédécesseur sont supposées accessibles pour calculer la loi de contrôle en utilisant une commande linéarisante par la dynamique inverse. Ce concept de contrôle permet de suivre une vitesse de référence imposée par le véhicule de tête, tout en respectant une distance de sécurité (variable et constante) pour éviter les collisions. La commande longitudinale est couplée avec la commande latérale qui fait appel à une approche par mode de glissement pour suivre la trajectoire désirée du leader. En outre, des différents observateurs par mode de glissement sont développés. Ces observateurs sont destinés à calculer la dynamique non linéaire dans les commandes de chaque véhicule. La flotte est traitée dans un second temps dans les trajectoires à plusieurs voies (configuration ligne). Deux approches de contrôle sont proposées pour contrôler les véhicules dans les différentes voies (trois voies : i, j et k). Les véhicules sont contrôlés dans la première stratégie pour suivre la vitesse du leader. Cependant, dans la seconde approche, la vitesse désirée du leader est modifiée lors de la présence d'un mouvement latéral de façon à respecter la notion de flotte. Les véhicules sont également contrôlés pour éviter les obstacles et passer à la voie suivante en générant une trajectoire d'évitement de l'obstacle qui tient en compte la distance de sécurité entre les véhicules et l'obstacle, et entre les véhicules eux-mêmes
The works of this thesis are focused on the control and command of a fleet of many vehicles (4 to 10 vehicles). A longitudinal control is proposed based on the decentralized global approach, for which the information of the leader and the predecessor are assumed to be available to compute the control law using a linearization control by inverse dynamics. This control concept allows to follow a reference speed imposed by the leading vehicle, while respecting a safety distance (variable and constant) to avoid collisions. The longitudinal control is coupled with the lateral control that uses a sliding mode approach to follow the leader's desired trajectory. In addition, different sliding mode observers are developed. These observers are intended to calculate the nonlinear dynamics in the controls of each vehicle. The fleet is treated secondly in the multi-lane trajectories (line configuration). Two control approaches are proposed to control the vehicles in the different lanes (three lanes: i, j and k). The vehicles are controlled in the first strategy to follow the speed of the leader. However, in the second approach, the desired speed of the leader is modified when a lateral movement is present in order to respect the fleet notion. The vehicles are also controlled to avoid obstacles and switch to the next lane by generating an obstacle avoidance trajectory that takes into account the safety distance between the vehicles and the obstacle, and between the vehicles themselves

Cette thèse s’inscrit dans le contexte de l’Automatisation des véhicules à basses vitesses. L'objectif de la thèse est centré sur l'automatisation de la conduite, ce qui permettra une amélioration des conditions de circulation en gardant la sécurité des passagers. La conséquence sera un allégement du trafic avec une réduction du stress affectant les conducteurs. Il s'avère alors nécessaire de disposer de techniques fiables, robustes et performantes. Dans cette optique, ces travaux de thèse sont subdivisés en trois volets. Un premier volet a été consacré à la modélisation (couplage des dynamiques latérale et longitudinale) et au positionnement du véhicule sur la route. Le deuxième volet traite le problème de reconstruction de variables non mesurables dans le véhicule. En effet, la commande des systèmes dynamiques requiert souvent la connaissance de variables qui ne sont pas accessibles directement pour des raisons diverses et variées (techniques et économiques). D'où la nécessité de disposer d'un algorithme pour reconstruire ces variables inconnues à partir de variables mesurables. La technique d'observateurs par modes glissants a été choisie alors pour traiter ce problème. Un tel choix est justifié par sa robustesse et par sa simplicité. Le troisième volet est dédié à la conception et synthèse de lois de commande. Deux approches de commandes non linéaires robustes ont été proposées afin de traiter le problème : les modes glissants d’ordre 1 et 2 et la technique du backstepping ont été adaptés au contrôle combiné latéral et longitudinal du véhicule. Des tests en simulation ont été effectués sur plusieurs scénarios de suivi de véhicule (manœuvre de changement de voie, changement de direction, manœuvre combinée, etc. ) pour évaluer le comportement des lois de commande proposées en termes de performance et de robustesse
This work deals with the vehicle low speed automation problem. In order to control problems such as traffic jams, accidents and driver stress, a possible solution is to act on the infrastructure by creating additional lanes, but the cost is very high and the available place is limited. Thus, another possible solution to increase passengers safety, to reduce the driver’s stress and to improve traffic conditions is to adopt an automated driving. Among the various tasks that the vehicle has to perform are coupled lateral and longitudinal controls. The first one consists on the positioning of the vehicle on the road and acts on the steering angle, while the second consists in maintaining a safety distance with respect to the preceding vehicle by generating acceleration or braking. So, it is necessary to have reliable, robust and powerful techniques. This work is organized as follows: A first part is devoted to the non-linear modelling of the vehicle (it includes the coupling of the lateral and longitudinal dynamics) and to the positioning between the vehicle follower and leader both in the lateral and longitudinal directions. The second part is dedicated to the reconstruction of nonmeasurable variables. As a matter of fact, the control of the dynamic systems often requires the knowledge of variables that are not directly accessible. Algorithms to reconstruct these unknown variables starting from measurable ones are then needed. In order to carry out this task, we have chosen to use a sliding mode observer. The adopted choice is justified by its robustness and simplicity. The third part is devoted to the design of control laws. Two robust and non-linear approaches were proposed to treat the problem: the first and second order sliding mode techniques as well

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la commande tolérante aux fautes active d’actionneurs et de capteurs de véhicules. Dans une première étape, les commandes tolérantes aux fautes passive et active sont présentées ainsi que les principales défaillances qui peuvent survenir sur un système. La deuxième technique est basée sur un module de surveillance et un module de reconfiguration que nous avons appliqué à un véhicule électrique. Pour atteindre cet objectif, plusieurs étapes ont été élaborées: a- La première étape consiste à modéliser le véhicule. Le modèle du véhicule sera un modèle non linéaire. Le modèle de véhicule sera de type Linéaire à Paramètres Variant (LPV). b- La deuxième étape consiste à développer un observateur à entrés inconnues basée sur le modèle LPV précédent pour estimer entre autre la vitesse latérale du véhicule, l'angle de lacet, etc… en présence de perturbations ou non et de défaillances. Ainsi un module de détection et de localisation de défauts basée sur les résultats précédents est mis en œuvre. c- La troisième étape s'intéresse au contrôle latéral qui consiste à diriger automatiquement le véhicule à suivre la trajectoire de référence. Compte tenu des non linéarités du modèle, des incertitudes et des perturbations rencontrées dans les applications automobiles, nous avons mis en place une commande robuste capable de rejeter les perturbations causées par le vent, la variation de l'adhérence de la route, etc… Des commandes de type retour d'état LQR, une commande par la théorie de stabilité par Lyapunov ainsi qu'une commande H-Infini ont été installées. d- La dernière étape consiste à mettre en œuvre un module de reconfiguration et de l'appliquer à un véhicule
This thesis deals in the area of an active fault tolerant control of actuators and sensors of vehicle. In the first step, the passive and active fault tolerant control and also the main faults occurring in the system are presented. The second technique is based on a module of surveillance and a module of reconfiguration which has been applied an electrical vehicle. To achieve this objective, many steps have been elaborated:a- The first one deals with the modeling of the vehicle. The model of the vehicle is based on nonlinear model. The model chooser is Linear Parameter Varying (LPV)b- The second step is dedicated to the development of an unknown input observer (UIO) based on the previous LPV model in order to estimate particularly the lateral velocity of the vehicle, yaw angle, etc... in the presence or not of disturbances. Then, a module of detection and isolation of faults has been built based on the previous results.c- The third step is most focused on lateral control of the vehicle which follows the desired trajectory. Due to the nonlinearities of the vehicle's model, the uncertainties and the disturbances encountered in the automotive systems, we have developed a robust control able to reject the disturbances caused by the wind, the variation of road adherence, etc... Controls based on state feedback LQR, control by Lyapunov stability and H-infinity control have been developed.d- In the last step, we have developed a reconfiguration module and it has been applied to a vehicle

Les Véhicules Etroits et Inclinables (VEI) sont la convergence d'une voiture et d'un motocycle. Un mètre de largeur seulement suffit pour transporter une ou deux personnes en Tandem. Les VEI sont conçus dans le but de résoudre partiellement les problèmes de trafic routier, de minimiser la consommation énergétique et l'émission de polluants. De par leurs dimensions(ratio hauteur/largeur), ces véhicules doivent s'incliner en virage pour rester stable en compensant l'effet de l'accélération latérale. Cette inclinaison doit dans certains cas être automatique : elle peut être réalisée à l'aide d'un couple d'inclinaison généré par un actionneur dédié (système DTC), soit encore en modulant l'angle de braquage des roues (Système STC). Nous avons proposé dans ce mémoire une méthodologie de synthèse d'un régulateur structuré minimisant la norme H2 d'un problème bien posé au bénéfice d'une régulation optimisée de l'accélération latérale, considérant tour à tour les systèmes DTC et STC. Les régulateurs proposés sont paramétrés par la vitesse longitudinale et s'avèrent performants et robustes, et les moyens de réglages proposés permettent d'étudier l'intérêt relatif d'une solution DTC pure ou mixte DTC/STC, permettant de supporter les développements futurs sur le sujet. L'originalité des solutions proposées en regard des études rencontrées dans la littérature porte en particulier sur le fait de choisir de réguler directement l'accélération latérale perçue (plutôt que l'angle d'inclinaison), en anticipant la prise de virage par la prise en compte des angles et vitesse de braquage. L'optimisation de la régulation permet de réduire de manière importante le couple d'inclinaison requis, et l'accélération latérale subie par les passagers est faible. Tous les développements proposés s'appuient naturellement en amont sur un travail de modélisation (recherche du modèle juste nécessaire), et de bibliographie conséquent. Le modèle retenu comprend 5 degrés de libertés. Nous avons démontré qu'il possédait la propriété intéressante d'être plat, et avons utilisé cette propriété pour ouvrir des perspectives relatives à la conception d'un régulateur non-linéaire robuste, susceptible apriori d'accroître les performances dans le cas de " grands mouvements ". Au contraire de ce qui existe dans la littérature,le régulateur multivariable conçu pour le système SDTC permet le contrôle coordonné des actions sur les systèmes STC et DTC.

Depuis quelques années, la congestion routière causée par la conduite humaine et le stress qui en résulte sont devenus des problèmes majeurs de notre société. Un des moyens proposés pour pallier à ces problèmes est de créer des trains de voitures automatisés. Ils se définissent par une série de voitures qui se suivent automatiquement les unes à l’arrière des autres avec une distance à respecter entre elles. Ce mémoire décrit le développement du contrôle longitudinal d’un train de dix voitures. Le terme longitudinal réfère à la direction vers laquelle la voiture se dirige lorsqu’elle roule sur une route en ligne droite. Chaque véhicule se doit de suivre la voiture qui le précède en respectant une distance sécuritaire. Cette distance se calcule en temps de contact et est déterminée pour chacune des voitures dans le train. L’approche ainsi adoptée est d’imposer un temps à respecter avec la voiture de tête. Ce temps est adapté à chacune des voitures qui se trouvent dans le train. L’approche adoptée est aussi décentralisée. Cette dernière permet de créer des contrôleurs locaux. Chaque véhicule a un contrôleur de haut niveau et un contrôleur de bas niveau. Le premier contrôleur calcule l’accélération désirée de chacun des véhicules proportionnellement aux erreurs de position, de vitesse et d’accélération relative à la voiture à l’avant. Les gains relatifs à l’asservissement proportionnel sont calculés avec la méthode du régulateur quadratique optimal. Le deuxième contrôleur permet de transformer l’accélération désirée en commande d’ouverture du papillon et de freinage. Un simulateur longitudinal complet de voiture est présenté. Ce dernier comporte toutes les non-linéarités du groupe moto-propulseur, un modèle de traction sur la route et un système de freinage ABS. Un guidage pour l’approche des voitures est présenté et permet de limiter l’accélération de ces dernières. Un filtre de Kalman est développé dans le but de filtrer les bruits de mesure et d’estimer l’accélération relative entre le véhicule à l’avant et le véhicule contrôlé, l’accélération étant un paramètre non mesuré.

Ce mémoire est consacré à la mise en œuvre de commandes d'un train de véhicules intelligents sur autoroute ayant pour objectifs principaux de réduire la congestion et d'améliorer la sécurité routière. Après avoir présenté l'état de l'art sur des systèmes de conduite automatisée, des modèles de la dynamique longitudinale et latérale du véhicule sont présentés. Ensuite, des stratégies de contrôle longitudinal et latéral sont étudiées.D'abord, le contrôle longitudinal est conçu pour être hiérarchique avec un contrôleur de niveau supérieur et un contrôleur de niveau inférieur. Pour celui de niveau supérieur, une régulation d'inter-distance SSP (Safety Spacing Policy) est proposée. Nous avons constaté que la SSP peut assurer la stabilité de la chaîne et la stabilité des flux de trafic et augmenter ainsi la capacité de trafic. Puis, pour celui de niveau inférieur, une loi de commande floue coordonnée est proposée pour gérer l'accélérateur et le freinage. Ensuite, une loi de commande multi-modèle floue est conçue pour le contrôle latéral. De plus, pour réaliser des transformations lisses entre les différentes opérations latérales, une architecture de contrôle hiérarchique est proposée. Puis, l'intégration des commandes longitudinale et latérale est étudiée. Enfin, l'estimation des variables d'états du véhicule est discutée. Un filtre de Kalman-Bucy est conçu pour estimer les états du véhicule. En outre, un prototype de véhicule intelligent à échelle réduite est également présenté. Les performances des divers algorithmes de commande proposés ont été testées par simulations, et les résultats ont été confirmés par les premières expériences en utilisant le prototype

La problématique étudiée dans cette thèse concerne le guidage en formation d’une flotte de robots mobiles en environnement naturel. L’objectif poursuivi par les robots est de suivre une trajectoire connue (totalement ou partiellement) en se coordonnant avec les autres robots pour maintenir une formation décrite comme un ensemble de distances désirées entre les véhicules. Le contexte d’évolution en environnement naturel doit être pris en compte par les effets qu’il induit sur le déplacement des robots. En effet, les conditions d’adhérence sont variables et créent des glissements significatifs des roues sur le sol. Ces glissements n’étant pas directement mesurables, un observateur est mis en place, permettant d’obtenir une estimation de leur valeur. Les glissements sont alors intégrés au modèle d’évolution, décrivant ainsi un modèle cinématique étendu. En s’appuyant sur ce modèle, des lois de commande adaptatives sur l’angle de braquage et la vitesse d’avance d’un robot sont alors conçues indépendamment, asservissant respectivement son écart latéral à la trajectoire et l’interdistance curviligne de ce robot à une cible. Dans un second temps, ces lois de commande sont enrichies par un algorithme prédictif, permettant de prendre en compte le comportement de réponse des actionneurs et ainsi d’éviter les erreurs conséquentes aux retards de la réponse du système aux commandes. À partir de la loi de commande élémentaire en vitesse permettant d’assurer un asservissement précis d’un robot par rapport à une cible, une stratégie de commande globale au niveau de la flotte est établie. Celle-ci décline l’objectif de maintien de la formation en consigne d’asservissement désiré pour chaque robot. La stratégie de commande bidirectionnelle conçue stipule que chaque robot définit deux cibles que sont le robot immédiatement précédent et le robot immédiatement suivant dans la formation. La commande de vitesse de chaque robot de la formation est obtenue par une combinaison linéaire des vitesses calculées par la commande élémentaire par rapport à chacune des cibles. L’utilisation de coefficients de combinaison constants au sein de la flotte permet de prouver la stabilité de la commande en formation, puis la définition de coefficients variables est envisagée pour adapter en temps réel le comportement de la flotte. La formation peut en effet être amenée à évoluer, notamment en fonction des impératifs de sécurisation des véhicules. Pour répondre à ce besoin, chaque robot estime en temps réel une distance d’arrêt minimale en cas d’urgence et des trajectoires d’urgence pour l’évitement du robot précédent. D’après la configuration de la formation et les comportements d’urgence calculés, les distances désirées au sein de la flotte peuvent alors être modifiées en ligne afin de décrire une configuration sûre de la formation
This thesis focuses on the issue of the control of a formation of wheeled mobile robots travelling in off-road conditions. The goal of the application is to follow a reference trajectory (entirely or partially) known beforehand. Each robot of the fleet has to track this trajectory while coordinating its motion with the other robots in order to maintain a formation described as a set of desired distances between vehicles. The off-road context has to be considered thoroughly as it creates perturbations in the motion of the robots. The contact of the tire on an irregular and slippery ground induces significant slipping and skidding. These phenomena are hardly measurable with direct sensors, therefore an observer is set up in order to get an estimation of their value. The skidding effect is included in the evolution of each robot as a side-slip angle, thus creating an extended kinematic model of evolution. From this model, adaptive control laws on steering angle and velocity for each robot are designed independently. These permit to control respectively the lateral distance to the trajectory and the curvilinear interdistance of the robot to a target. Predictive control techniques lead then to extend these control laws in order to account for the actuators behavior so that positioning errors due to the delay of the robot response to the commands are cancelled. The elementary control law on the velocity control ensures an accurate longitudinal positioning of a robot with respect to a target. It serves as a base for a global fleet control strategy which declines the overall formation maintaining goal in local positioning objective for each robot. A bidirectionnal control strategy is designed, in which each robot defines 2 targets, the immediate preceding and following robot in the fleet. The velocity control of a robot is finally defined as a linear combination of the two velocity commands obtained by the elementary control law for each target. The linear combination parameters are investigated, first defining constant parameters for which the stability of the formation is proved through Lyapunov techniques, then considering the effect of variable coefficients in order to adapt in real time the overall behavior of the formation. The formation configuration can indeed be prone to evolve, for application purposes and to guarantee the security of the robots. To fulfill this latter requirement, each robot of the fleet estimates in real time a minimal stopping distance in case of emergency and two avoidance trajectories to get around the preceding vehicle if this one suddenly stops. Given the initial configuration of the formation and the emergency behaviors calculated, the desired distances between the robots can be adapted so that the new configuration thus described ensures the security of each and every robot of the formation against potential collisions

Ce travail de thèse porte sur la conception, modélisation et commande des drones à décollage vertical. La commande de ces véhicules est mise en pratique pour réaliser des vols autonomes. Une description fonctionnelle de ces appareils est décrite et les modèles mathématiques sont obtenus en utilisant les équations de Newton-Euler. Ces équations dynamiques incluent l'effet gyroscopique, le couple des actionneurs, les termes aérodynamiques, la force de poussée et la force gravitationnelle. Le vol vertical est étudié dans le cas des configurations aérodynamiques T-Plane, V-co-aX et C-Plane. Les lois de commande basées sur des fonctions de saturation sont proposées pour la stabilisation de ces drones en vol stationnaire. Des résultats de simulation et des résultats expérimentaux sont obtenus pour plusieurs configurations dans le cas du vol stationnaire. On étudie la dynamique longitudinale (Modèle 2-D) du drone Twister, prenant en compte les effets aérodynamiques. Une loi de commande non linéaire est proposée pour stabiliser globalement le système. Pour le drone C-Plane, le modèle longitudinal est étudié pour réaliser la manoeuvre de transition entre le vol vertical et le vol de translation. Les termes aérodynamiques sont obtenus en considérant le modèle de l'hélice. Par ailleurs, les résultats obtenus en simulation et des expériences réelles montrent un bon comportement des lois de commande proposées. Finalement, un système embarqué est développé pour tester les lois de commande proposées. Ce système comprend des capteurs de faible coût. La centrale inertielle a été réalisée au laboratoire pour donner les vitesses et les positions angulaires du drone aussi bien dans le mode vertical que dans le mode horizontal. Cette centrale comporte un filtre complémentaire en temps continu qui réalise une fusion des accéléromètres et des gyromètres pour estimer la position angulaire
This thesis is focussed on the design, modeling and control of the VTOL (Vertical Take off and Landing) UAVs. The control of these vehicles is implemented in order to perform autonomous flights. A functional description of these machines is described and the mathematical models are obtained by using the Newton-Euler formulation. These dynamic models include gyroscope effect, actuator torque, aerodynamic terms, thrust and gravitational forces. Vertical flight is studied for the tail-sitter UAVs (T-Plane, V-co-aX and CPlane). Control laws based on saturation functions are proposed for the stabilization of these UAVs in hover mode. Simulation and experimental results are obtained during the hover flight. Longitudinal dynamics (2-D model), including the aerodynamic terms, is analyzed for the Twister UAV, and a nonlinear control law is proposed for achieving the global stability of this vehicle. For the C-Plane vehicle, the longitudinal model is studied to perform the transition maneuver and the aerodynamic terms are obtained by considering the propeller analysis. Furthermore, results obtained from simulation and real time show an effective behavior of the proposed control laws. Finally, an embedded control system is developed to test the proposed control strategies. This system consists of low-cost sensors. A homemade inertial measurement unit was designed to perform the complete operational range of the vehicle (including vertical and horizontal modes). This IMU incorporates an analog complementary filter whose objective is to estimate the angular position