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Theses

Optimal trajectory planning and predictive control for cinematographic flight plans with quadrotors

Résumé : Cette thèse s'intéresse à la réalisation autonome de plans de vol cinématographiques par un quadrotor équipé d'une caméra. Ces plans de vol consistent en une série de points de passage à rejoindre successivement, en adoptant diverses méthodes de prise de vue et en respectant des références de vitesses ainsi que des couloirs de vols. Une étude approfondie de la dynamique du quadrotor est tout d'abord proposée et utilisée pour construire un modèle linéarisé du drone autour de l'équilibre de vol stationnaire. L'analyse de ce modèle linéaire permet de mettre en évidence l'impact de l'inertie des rotors du drone dans sa dynamique, notamment l'apparition d'un comportement à non minimum de phase en roulis ou tangage, lorsque les moteurs sont inclinés. Dans un second temps, deux algorithmes de génération de trajectoires lisses, faisables et adaptées à la cinématographie sont proposés. La faisabilité de la trajectoire est garantie par le respect de contraintes sur ses dérivées temporelle, adaptées pour la cinématographie et obtenue grâce à l'étude du modèle non linéaire du drone. Le premier repose sur une optimisation bi-niveaux d'une trajectoire polynomiale par morceaux, dans le but de trouver la plus rapide des trajectoires à minimum de jerk permettant d'accomplir la mission. Le second algorithme consiste en la génération de trajectoires B-spline non-uniformes à durée minimale. Pour les deux solutions, une étude de l’initialisation du problème d'optimisation est présentée, de même qu'une analyse de leurs avantages et limitations. Pour ce faire, elles sont notamment confrontées à des simulations et vols extérieurs. Enfin, une loi de commande prédictive est proposée pour asservir les mouvements de la caméra embarquée de manière douce et précise.
Document type :
Theses
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02402461
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Tuesday, December 10, 2019 - 2:37:06 PM
Last modification on : Friday, April 10, 2020 - 2:11:50 AM
Document(s) archivé(s) le : Wednesday, March 11, 2020 - 10:31:51 PM

File

83457_ROUSSEAU_2019_diffusion....
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02402461, version 1

Citation

Gauthier Rousseau. Optimal trajectory planning and predictive control for cinematographic flight plans with quadrotors. Automatic. Université Paris-Saclay, 2019. English. ⟨NNT : 2019SACLC086⟩. ⟨tel-02402461⟩

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