Commande robuste autoséquencée par synthèse H∞ structurée : Application à la dynamique longitudinale d'un drone à corps inclinable

Ce mémoire explore la conception d'un autopilote longitudinal pour le MAVion de l'ISAE-SUPAERO, un aéronef convertible à corps inclinable. Ce type d'appareil volant se situe à la croisée entre un avion possédant des composantes aérodynamiques optimales pour le vol à haute vitesse et un multicoptère possédant des composantes propulsives lui donnant ainsi une grande agilité en vol stationnaire. Un tel croisement donne lieu à une dynamique hautement non linéaire où la partie issue de l'avion est naturellement stable, tandis que celle venant du multicoptère est instable. Afin de bien modéliser l'interaction aérodynamique complexe entre ces deux dynamiques distinctes, on utilise une nouvelle méthode de modélisation, la °-théorie, qui n'introduit aucune singularité contrairement à la ˇ-théorie classique de Buckingham. La dualité présente dans le comportement dynamique d'un convertible requiert alors d'utiliser une solution de contrôle adéquate. Pour ce faire, on retient une architecture de commande classique consistant en un retour de sortie statique linéaire augmenté d'une action intégrale sur l'erreur de régulation. Pour pallier la grande non-linéarité du système dynamique, on séquence les gains du contrôleur en fonction d'une variable endogène du système. Cela génère un terme de couplage caché (TCC) associé à la variation locale des gains qui, lorsque mal géré, peut considérablement nuire aux performances de l'autopilote. Deux options sont alors possibles pour synthétiser les gains à partir de modèles linéarisés sur l'ensemble du domaine de vol. La première méthode consiste à ignorer le TCC et d'utiliser n'importe quelle technique de synthèse linéaire unimodèle telle la synthèse LQR. Les gains obtenus sont alors interpolés à postériori en fonction de la variable de séquencement. La seconde méthode propose plutôt d'incorporer explicitement la fonction de séquencement des gains à même l'étape de synthèse permettant alors de considérer l'effet du TCC. Cela nécessite alors d'utiliser une synthèse multimodèle telle la synthèse H1 structurée issue de la commande robuste. Celle-ci permet notamment d'effectuer une optimisation multiobjectif de plusieurs critères de performances appliqués sous la forme de gabarits fréquentiels. La syn-thèse H1 est résolue numériquement en utilisant la fonction systune de MATLAB®. Tous les modèles linéarisés des synthèses LQR et H1 respectent alors les performances prescrites.Les performances de ces synthèses sont ensuite validées sur le modèle non linéaire pour différents scénarios de vol. L'analyse révèle que les performances du contrôleur LQR ne sont pas conservées sur le modèle non linéaire. En revanche, la synthèse H1 ayant considéré le TCC performe significativement mieux. Ce gain en performance se fait néanmoins au prix d'un temps de résolution plus accru et d'une synthèse plus complexe à mettre en œuvre.