Contribution La Commande D Un Groupe De Robots Mobiles Non Holonomes Roues
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Contribution À la Commande D'un Groupe de Robots Mobiles Non-holonomes À Roues
This work is based on the multi-agent system / multi-vehicles. This thesis especially focuses on formation control of multiple nonholonomic mobile robots. The objective is to design suitable controllers for each robot according to different control tasks and different constraint conditions, such that a group of mobile robots can form and maintain a desired geomantic pattern and follow a desired trajectory. The leader-follower formation control for multiple nonholonomic mobile robots is investigated under the backstepping technology, and we incorporate a bioinspired neurodynamics scheme in the robot controllers, which can solve the impractical velocity jumps problem. The distributed formation control problem using consensus-based approach is also investigated. Distributed kinematic controllers are developed, which guarantee that the multi-robots can at least exponentially converge to the desired geometric pattern under the assumption of "perfect velocity tracking". However, in practice, "perfect velocity tracking" doesn't hold and the dynamics of robots should not be ignored. Next, in consideration of the dynamics of robot with unknown parameters, adaptive torque controllers are developed such that the multi-robots can asymptotically converge to the desired geometric pattern under the proposed distributed kinematic controllers. Furthermore, When the partial knowledge of dynamics is available, an asymptotically stable torque controller has been proposed by using robust adaptive control techniques. When the dynamics of robot is unknown, the neural network controllers with the robust adaptive term are proposed to guarantee robust velocity tracking.
CONTRIBUTION A LA COMMANDE DES ROBOTS MOBILES NON-HOLONOMES
DANS CE MEMOIRE, NOUS NOUS INTERESSONS PRINCIPALEMENT A LA COMMANDE EN BOUCLE FERMEE DES ROBOTS MOBILES A ROUES EN PARTICULIER ET DES SYSTEMES NON-HOLONOMES CHAINES EN GENERAL. NOUS AVONS PRETE UNE ATTENTION PARTICULIERE AUX PROBLEMES DE POURSUITE DE TRAJECTOIRES ET DE STABILISATION A UNE CONFIGURATION DESIREE. LE PREMIER PROBLEME CONSISTE A SYNTHETISER DES LOIS DE COMMANDE EN BOUCLE FERMEE PERMETTANT AU ROBOT MOBILE DE SUIVRE UNE TRAJECTOIRE DE REFERENCE GENEREE AUPARAVANT PAR UN PLANIFICATEUR DE CHEMINS. DANS CE CONTEXTE, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE LOI DE COMMANDE NON-LINEAIRE PERMETTANT LA LINEARISATION EXACTE ET CONDUISANT A LA STABILITE EXPONENTIELLE GLOBALE DU SYSTEME EN BOUCLE FERMEE. NOUS AVONS AUSSI PROPOSE UN NOUVEAU MODELE CINEMATIQUE, EN REPRESENTATION POLAIRE SIGNEE, QUI NOUS A PERMIS DE SYNTHETISER UNE LOI DE COMMANDE PERMETTANT DE REALISER UNE STABILISATION AVEC SPECIFICATION DE LA TRAJECTOIRE A SUIVRE. LE SECOND PROBLEME CONSISTE A SYNTHETISER UNE LOI DE COMMANDE PERMETTANT DE DEPLACER LE ROBOT MOBILE D'UNE CONFIGURATION INITIALE QUELCONQUE VERS UNE CONFIGURATION FINALE DESIREE. CE PROBLEME EST BEAUCOUP PLUS COMPLEXE QUE CELUI DE LA POURSUITE DE TRAJECTOIRES. CECI EST DU AU FAIT QUE LES ROBOTS MOBILES A ROUES ET LES SYSTEMES NON-HOLONOMES EN GENERAL NE SONT PAS STABILISABLES PAR DES RETOURS D'ETAT AUTONOMES C#. CEPENDANT, LES LOIS DE COMMANDE INSTATIONNAIRES C# APPORTENT DES SOLUTIONS THEORIQUES ELEGANTES POUR LA STABILISATION ASYMPTOTIQUE DE CE TYPE DE SYSTEMES. NEANMOINS, CE TYPE DE COMMANDES PERIODIQUES PRESENTE CERTAINS INCONVENIENTS D'ORDRE PRATIQUE CONCERNANT LES TAUX DE CONVERGENCE ET LES TRAJECTOIRES GENEREES. CECI A MOTIVE LES CHERCHEURS POUR DEVELOPPER DES RETOURS AUTONOMES, DISCONTINUS OU CONTINUS PAR MORCEAUX, POUR LA STABILISATION EXPONENTIELLE DES SYSTEMES NON-HOLONOMES. C'EST DANS CETTE OPTIQUE QUE NOUS AVONS EXPLOITE L'APPROCHE DE LA VARIETE INVARIANTE ET DU BACKSTEPPING POUR PROPOSER DES RETOURS D'ETAT ET DE SORTIE, AUTONOMES, QUASI-CONTINUS, ET EXPONENTIELLEMENT STABILISANTS POUR LES SYSTEMES NON-HOLONOMES CHAINES. NOUS AVONS AUSSI PROPOSE UNE VERSION ADAPTATIVE POUR LA STABILISATION EXPONENTIELLE ROBUSTE DES ROBOTS MOBILES A ROUES EN PRESENCE DE PERTURBATIONS INTERVENANT AU MEME ENDROIT QUE LA COMMANDE. LES TECHNIQUES DE COMMANDE PROPOSEES ONT ETE IMPLANTEES AVEC SUCCES SUR LE ROBOT MOBILE CHARLATTE.
CONTRIBUTION A LA MODELISATION ET A LA COMMANDE DE ROBOTS MOBILES A ROUES
CETTE THESE ADRESSE LE PROBLEME SUIVANT: SOIT UN ROBOT MOBILE A ROUES EQUIPE DE CAPTEURS, SUPPOSES PARFAITS, RENVOYANT EN TEMPS REEL SA LOCALISATION. NOTRE OBJECTIF EST DE CONSTRUIRE DES LOIS DE COMMANDE PERMETTANT A CE SYSTEME DE SE DEPLACER DE FACON AUTONOME. NOUS AVONS DANS UN PREMIER TEMPS SUPPOSE QUE LES ROUES ROULENT SANS GLISSER SUR LE SOL. CECI EST REALISTE A VITESSE MODEREE ET SUR DES TERRAINS DE BONNE ADHERENCE. LES POSSIBILITES D'EVOLUTION DES ROBOTS ETANT ALORS CONTRAINTES, CES SYSTEMES SONT CLAIREMENT NON-HOLONOMES. LEUR MODELISATION EST DETAILLEE. ELLE MONTRE QUE, DANS L'OPTIQUE DE LA SYNTHESE DE LOIS DE COMMANDE, L'ENSEMBLE DES ROBOTS MOBILES A ROUES CONSTITUE 5 CLASSES D'EQUIVALENCE. LA POURSUITE D'UNE TRAJECTOIRE MOBILE ET LA STABILISATION SUR UNE CONFIGURATION DE REPOS SONT, POUR LES SYSTEMES NON-HOLONOMES, 2 PROBLEMES DISTINCTS. LES SOLUTIONS CLASSIQUES PEUVENT ETRE UTILISEES POUR 4 CLASSES DE ROBOTS. CELLE REGROUPANT LES ROBOTS EQUIPES DE PLUSIEURS ROUES COMMANDEES EN ORIENTATION ET EN ROTATION PRESENTE UNE DIFFICULTE: LE MODELE DE CES SYSTEMES COMPORTE DES SINGULARITES. NOUS AVONS CONSTRUIT, POUR LA POURSUITE, DES LOIS DE LINEARISATION PAR BOUCLAGE D'ETAT DYNAMIQUE, ET POUR LA STABILISATION, DES LOIS DE BOUCLAGE DE L'ETAT ET DU TEMPS, QUI GARANTISSENT QUE CES ROBOTS NE PASSENT PAS PAR LEURS SINGULARITES. ENFIN, POUR LA POURSUITE DE TRAJECTOIRES MOBILES SE TERMINANT PAR UNE CONFIGURATION DE REPOS, NOUS AVONS PROPOSE UN SCHEMA DE COMMANDE HYBRIDE EXPLOITANT CES LOIS. INDEPENDAMMENT, NOUS AVONS AUSSI ANALYSE LE TAUX DE CONVERGENCE DE BOUCLAGES DE L'ETAT ET DU TEMPS. AFIN D'ABORDER LA COMMANDE DE ROBOTS A DES VITESSES ELEVEES ET/OU AVEC UNE MAUVAISE ADHERENCE, NOUS AVONS DANS UN SECOND TEMPS RELACHE L'HYPOTHESE DE NON-GLISSEMENT. UNE SECONDE MODELISATION, EXPLOITANT LA DESCRIPTION DU CONTACT D'UN PNEUMATIQUE AVEC LE SOL, EST PROPOSEE. CELLE-CI ETANT INDEFINIE A VITESSE NULLE, SEULE LA POURSUITE D'UNE TRAJECTOIRE MOBILE EST ENVISAGEE. NOUS AVONS PROPOSE DES LOIS DE LINEARISATION PARTIELLE PAR BOUCLAGE D'ETAT STATIQUE, ET UN SCHEMA ADAPTATIF AFIN QU'ELLES SOIENT ROBUSTES POUR LES CONDITIONS D'ADHERENCE