Modélisation et interface de contrôle d’un quadri-rotor

1. Projet I4 2007-2008 Modélisation et interface de contrôle d’un quadri-rotor Présenté et réalisé par Raphaël Polonowski Nik Mohamed Pierre Beugnet

2. Sommaire • Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion

3. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Introduction • Qu’est-ce qu’un quadri-rotor ? • Quelles applications ?

4. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Contexte du projet Objectif : Stabilisation et contrôle d’un quadri-rotor Etapes : Etude mathématique Electronique de contrôle Modèle Simulink

5. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Contexte du projet • Travail déjà réalisé : • Modèle Simulink • Ebauche de contrôleur • Matériel utilisé : • Structure du x-ufo • Capteurs • Variateurs

6. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Critiques • Filtres inefficaces • MSP insuffisant • Variateurs mal adaptés PWM x 4

7. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Objectifs • Filtrage de Kalman • Montage de contrôle • Montage de puissance Capteurs

8. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Carte des capteurs • Accéléromètre 3 axes • AnalogDevice ADXL-330 • Sensibilité : 300mV/g • Gyroscopes 2 axes • InvenSense IDG-300 • Sensibilité : 2mV/°/s

9. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Exploitation des données acquises • Angles de rotation a = cos ( theta ) * g theta = acos ( a / g ) tangage = theta + 90° = asin ( a / g ) tangage = arctan ( a / g, z / g ) = arctan (a, z)

10. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Exploitation des données acquises • Position ? 10

11. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Filtre de Kalman • Permet d’estimer les états de notre système

12. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Commande des moteurs • Génération de PWM • Montage de puissance

13. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Contrôleur • Choix du microcontrôleur : • 6 capteurs • Calculs en virgule flottante • 4 PWM à générer • Liaison série • Utilisation d’un dsPIC30F4013 : • ADC 13 voies de résolution 12bits @ 200ksps • Architecture 16bits et opérations câblées • 4 modules Output/Compare/PWM • 2 UARTs

14. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Contrôleur

15. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Contrôleur • Correcteur PID ErreurTangage = 0 – AngleTangage ; CmdTangage = PID ( ErreurTangage) ; MoteurAvant = Puissance + CmdTangage ; MoteurArriere = Puissance – CmdTangage ; ErreurRoulis = 0 – AngleRoulis ; CmdRoulis = PID ( ErreurRoulis) ; MoteurGauche = Puissance + CmdRoulis ; MoteurDroit = Puissance – CmdRoulis ;

16. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Synoptique Filtrage des signaux (EKF) Accéléromètre Gyroscopes ADC 12bits - Calcul des angles et de la position - Contrôle PID - Commande moteurs RS232 IHM PWM x4 Moteurs

17. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion IHM • Visualisation des signaux

18. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion IHM • Réglage des coefficients du PID

19. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion IHM • Contrôle du trim, de l’altitude, et de la direction par une manette de jeu

20. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Démonstration

21. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Résultats et problèmes rencontrés • Base d’électronique et d’informatique fonctionnelle • Stabilisation angulaire fonctionnelle • Pas de stabilisation en translation • Tests difficiles à réaliser : • Banc sur un axe • Accroché au plafond • Libre mais retenu par des fils

22. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Suggestions • Finalisation de l’adaptation du modèle

23. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Suggestions • Contrôle position • Contrôle par télécommande • Détection d’obstacles • Webcam et LEDs pour « tracker » • Ajout d’un GPS • Ajout d’une caméra • Capteurs lasers • Utilisation d’un système de rotule, pour offrir 3 degrés de libertés en rotation et 1 en translation

24. Introduction • Contexte / Critiques • Objectifs • Travail réalisé • Problèmes / Suggestions • Conclusion Conclusion • Projet ambitieux • Temps limité force un ciblage des points importants • Segmentation du projet à étudier • Gestion des ressources difficile