Modélisation et commande d'un drone hélicoptère tandem

Depuis une quinzaine d'années, le domaine des drones est en plein essor, soutenu notamment par la recherche universitaire. Les drones prennent généralement la forme d'hélicoptères miniatures, de multicoptères, ou encore d'avions, selon les missions auxquelles ils sont destinés. Or, un intérêt grandissant pour le transport de marchandise se fait sentir pour leur usage commercial et industriel, une tâche que les drones actuels peinent à accomplir. C'est dans ce contexte qu'un projet de recherche et de développement, le projet CARIC AUT703_TRL4+, a vu le jour. Ce projet, regroupant des partenaires industriels et universitaires, a pour objectif de mettre au point un drone de type hélicoptère tandem. Cette configuration offre des avantages reconnus pour le transport de charge utile, incluant sa robustesse aux changements de masse, de centrage et d'inertie. Le présent mémoire aborde la modélisation et la commande du drone hélicoptère tandem considéré dans le cadre du projet CARIC, soit le LX300. La recherche effectuée a pour objectif de modéliser un hélicoptère tandem, une configuration souvent peu abordée dans la littérature, et de synthétiser un contrôleur à architecture fixe qui stabilise l'appareil sur l'ensemble de son enveloppe de vol tout en étant robuste aux variations causées par la charge utile. La modélisation du drone est d'abord traitée par une approche classique propre aux hélicoptères; cependant, une attention particulière est accordée à la modélisation de l'influence d'une charge utile décentrée, de l'interaction aérodynamique entre les deux rotors, et du design spécifique aux rotors de l'aéronef considéré. Une modélisation complète de la dynamique des rotors est réalisée afin de pouvoir simuler les comportements plus fins de ceux-ci, puis une simplification est appliquée afin de permettre l'équilibrage et la linéarisation du système. Cette simplification permet aussi d'obtenir des équations très proches de ce qui est présenté dans la littérature, avec pour différence les particularités apportées par la configuration tandem et l'aspect spécifique des rotors considérés. Par la suite, les boucles de stabilisation du drone sont synthétisées en assurant qu'elles soient robustes à des variations de masse, d'inertie et de centrage pour toutes les conditions de vol prévues. L'architecture du contrôleur étant imposée par la plateforme embarquée choisie, la méthode H1 structurée avec séquencement de gains est alors privilégiée afin d'atteindre les objectifs de performances et de robustesse.