Artus, Guillaume (2005) Application de l'approche par fonctions transverses à la commande de véhicules non-holonomes manoeuvrants. PhD thesis Informatique Temps Réel, Automatique et Robotique, ENSMP - CMA Centre de Mathématiques Appliquées, ENSMP.

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Abstract

This PhD Thesis concerns the automated guidance of wheeled vehicles.

Our objective is the development and the experimentation of a new control approach for nonlinear systems in order to achieve the tracking of a moving target, associated, for example, with a reference vehicle.

An original feature of this work is that the target is allowed to move freely in the plane and thus to perform motions which are not feasible by the controlled vehicle.

It becomes thus possible to follow a reference vehicle independently of its motions (forward motion, backwards motion, maneuvers...).

The control approach is based on the transverse function framework, and consists to perform the practical stabilization of the target.

First, we analyze the influence of the control parameters on the target tracking.

Based on this analysis, we propose two extensions in order to improve the tracking precision and the system's behaviour during the transient phases.

Finally, we present experimental results obtained with the robotic system of the Icare laboratory.

To this purpose, an estimator of the target's velocity has been developed. It is based on visual and odometry measurements.

Table of content

Contexte et Positionnement du problème

1. Vers la conduite automatique en zone urbaine

2. Cadre applicatif et motivation de ce travail

3. Repères bibliographiques sur la commande des robots mobiles

4. Contributions

5. Contenu des chapitres

1. Commande des véhicules non-holonome

1.1. Introduction

1.2. Modélisation de la cinématique des véhicules sur roues

1.2.1. Hypothèses de modélisation

1.2.2. Roulement sans glissement et non-holonomie

1.2.3. Le modèle cinématique des robots sur roues

1.2.3.1. Le modèle cinématique du robot unicycle

1.2.3.2. Le modèle cinématique du robot de type voiture

1.2.4. Cinématique par rapport à un repère mobile

1.3. Le problème de stabilisation de trajectoire

1.3.1. Formulation du problème

1.3.2. La stabilisation asymptotique de trajectoires admissibles

1.3.2.1. Stabilisation de trajectoires sans contrôle de l'orientation

1.3.2.2. Stabilisation asymptotique de trajectoires particulières

- Stabilisation asymptotique de trajectoire admissible sans point fixe

- Stabilisation asymptotique de configuration fixe

1.4. Conclusion

2. Stabilisation pratique de trajectoires générales

2.1. Introduction

2.2. Approche par fonctions transverses et stabilisation pratique

2.3. Cas des systèmes invariants sur les groupes de Lie

2.3.1. Modélisation sur un groupe de Lie

2.3.2. Commande d'un système sur un groupe de Lie

2.3.3. Application à la stabilisation de trajectoires non nécessairement réalisables

3. Suivi d'un véhicule manoeuvrant

3.1. Introduction

3.2. Stabilisation pratique appliquée à l'unicycle

3.2.1. Une première famille de lois de commande

3.2.2. Influence des epsilons sur la qualité du suivi

3.2.3. Une nouvelle famille de fonctions transverses

3.2.4. Réglage du transitoire via la résolution d'un problème d'optimisation

4. Outils pour la commande et l'expérimentation

4.1. Dispositif expérimental

4.2. Reconstruction de la position relative du robot par rapport à la cible

4.3. Estimation de la vitesse de la cible

4.3.1. Modèle de vitesse constante dans la base d'un repère fixe

4.3.2. Modèle de vitesse constante dans la base du repère de la cible

4.4. Stabilité conjointe commande-estimateur

4.5. Discrétisation et saturation

4.5.1. Implémentation sur un robot

4.5.1.1. Discrétisation de l'estimateur

4.5.1.2. Discrétisation des fonctions transverses

4.5.2. Saturation des commandes de l'unicycle

4.6. Résultats expérimentaux

Conclusions et perspectives

1. Contributions

2. Poursuite des travaux

Statistiques de consultation

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