Modeling and Control of a Parafoil-Based Guided Payload

La dernière phase d’une mission d’un ballon stratosphérique est une descente en parachute, typiquement non guidée. L’atterrissage à un endroit désiré se limite à la sélection du point de déploiement du parachute selon des simulations a priori, après quoi aucun ajustement ne peut être effectué. Les descentes résultantes sont généralement imprécises et imprévisibles. Une alternative aux parachutes non guidés est l’utilisation d’un système basé sur un parafoil dirigeable. Ce mémoire présente la formulation et la démonstration d’une méthodologie pour la modélisation, l’identification, et la commande du cap et de la finesse d’un tel système. Deux modèles dynamiques non linéaires de la littérature, avec 4 et 6 degrés de liberté (DDL), ont été analysés. Le système est contrôlé en raccourcissant les lignes de frein gauche et droite pour déformer le parafoil. Ces entrées sont converties en déflexion symétrique et asymétrique. Le réponse dynamique du système, ainsi que son évolution avec l’augmentation de l’altitude jusqu’à 18 km, a été analysée. Éclairé par ces observations, le modèle à 4 DDL a été mis à jour pour offrir une meilleure approximation de l’effet de l’altitude sur la dynamique latérale. L’identification de paramètres du modèle à 4 DDL est réalisée par estimation du maximum de vraisemblance, à l’aide de données issues d’un récepteur GPS, une centrale inertielle et des encodeurs rotatif sur les actionneurs du système. Cette approche est validée en générant des données de vol simulées avec le modèle à 6 DDL, pour ensuite y appliquer la procédure d’identification et comparer la trajectoire du modèle identifié à celle du modèle original. Les résultats démontrent l’efficacité de cette méthode d’identification, même en présence de vent.