FR3082327A1 - Systeme et procede de controle de vol d'un drone convertible a voilure fixe permettant une transition continue stabilisee entre un vol stationnaire vertical et un vol de croisiere a l'horizontal - Google Patents

Abstract

Un système de contrôle de vol est configuré pour contrôler le vol d'un drone convertible à voilure fixe (12), ayant deux ailes gauche et droite supportant chacune une hélice en avant et un volet de déflexion en bordure arrière. Le système de contrôle comporte un régulateur d'attitude (154) du drone (12) pour asservir respectivement les angles de roulis ϕm, tangage θ m et lacet Ψm, mesurés par un ou plusieurs capteurs sur des angles de consigne de roulis ϕd, tangage θ d et lacet Ψd. Le premier régulateur d'attitude (154) comporte un premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l'angle de tangage θ m mesuré sur l'angle de consigne de tangage θ d en déterminant une première commande δn de déflection symétrique des volets gauche et droit, appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

Description

Système et procédé de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe permettant une transition continue stabilisée entre un vol stationnaire vertical et un vol de croisière à l’horizontal

La présente invention concerne un procédé de contrôle de vol automatique d’un drone convertible à voilure fixe permettant une transition continue et stabilisée entre un vol stationnaire vertical, notamment un décollage ou un atterrissage vertical, et un vol de croisière sensiblement à l’horizontal.

L’invention concerne un système et un procédé de contrôle continu du vol du drone, notamment son attitude, et sa stabilité pendant toutes les phases de vol du drone, en particulier durant une phase de transition continue.

Les drones convertibles à voilure fixe sont des véhicules aériens sans pilote à décollage et atterrissage vertical VTOL (en anglais « Vertical TakeOff and Landing) et à voilure fixe (en anglais « fixed wing »), qui combinent les avantages d’un aéronef classique à ailes fixes et d’un aéronef à décollage et atterrissage vertical VTOL, à savoir l’aptitude à décoller et atterrir verticalement, une vitesse de vol de croisière horizontal élevée et une endurance accrue.

De manière typique, les drones convertibles à voilure fixe permettant une transition continue et stabilisée entre un vol stationnaire vertical, notamment un décollage ou un atterrissage vertical, et un vol de croisière sensiblement à l’horizontal sont les « tail-sitters >>.

Un « tail-sitter >> est défini comme aéronef à décollage et atterrissage vertical qui décolle et atterrit verticalement sur son empennage, puis bascule à l’horizontal vers l’avant en utilisant une poussée différentielle et/ou des surfaces de commande pour atteindre un vol horizontal de croisière.

Une phase de transition continue entre une phase de vol stationnaire vertical et une phase de vol de croisière sensiblement à l’horizontal, est définie comme une phase de transition intermédiaire de liaison douce sans coupure et l’utilisation d’un système et procédé de contrôle différent de celui ou de ceux des phases de vol reliées.

Pendant une phase de transition exécutée à une altitude maintenue constante, un drone convertible à voilure fixe, connu pour être un système aérodynamique non-linéaire, doit faire face à des angles d’attaque très élevés, souvent à une voilure dans un état partiel de décrochage et à un changement rapide des moments de tangage.

Afin de remédier à ces difficultés et suivant une première approche, divers procédés connus de contrôle d’un drone convertible à voilure fixe, évoluant de manière continue et stable dans la phase de transition, utilisent un modèle global complexe du comportement aérodynamique du drone et exigent des caractérisations sophistiquées et précises du drone en soufflerie, en particulier des forces et moments observés sur une voilure partiellement en décrochage et sur des surfaces de commandes. Par exemple, le document de L..R. Lustosa, intitulé « Longitudinal study of a tilt-body vehicle : modeling, control and stability analysis >> et publié dans les proceedings de International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Denver Colorado, USA, pp. 816-824, June 2015, décrit un tel procédé de contrôle, et le document de L.R.Lustosa et al., intitulé « Team MAVion entry in the IMAV17 outdoor challenge : A tail-sitting trajectorytracking pUAV >> présenté à International Micro Air Vehicle Conference and Competition, Toulouse, France September 2017 décrit de telles caractérisations.

Suivant une deuxième approche à base de capteurs (en anglais « sensor- based »), le document de E.J.J. Smeur et al., intitulé « Adaptive Incremental Nonlinear Dynamic Inversion for Attitude Control of Micro Air Vehicles >> et publié dans Journal of Guidance, control and dynamics, Vol. 39, No. 3, pp. 450-461, March 2016, décrit un procédé de contrôle d’un « rotorcraft », dénommé « inversion dynamique non-linéaire incrémental INDI (en anglais « Incremental Nonlinear Dynamic Inversion >>) qui pourrait être appliqué de manière similaire à un drone convertible à voilure fixe. Ce procédé de contrôle dépend moins d’un modèle global et qui est plus robuste vis-à-vis de la réjection des perturbations. Ce procédé INDI exige une mesure par capteur pour estimer une grande partie du modèle du drone, à l’exception de la dynamique de l’actionneur qui doit être caractérisée au préalable. En filtrant et différenciant les mesures gyroscopiques, l’accélération angulaire est estimée et un incrément de la commande d’entrée est calculé à partir d’un incrément souhaité pour l’accélération angulaire. De cette façon, les perturbations ainsi que la dynamique non modélisée sont mesurées, calculées et compensées. Toutefois, le procédé INDI doit utiliser de nombreuses données de test du drone en vol pour régler finement les coefficients ou paramètres de commande.

Un premier problème technique est de rendre plus adaptatif un système et un procédé de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe pendant la traversée de toutes ses phases de vol, y compris de phase(s) de transition entre un vol stationnaire vertical et un de vol de croisière sensiblement horizontal, et d’asservir le modèle complexe d’un drone avec des dynamiques non-linéaires, inconnues ou partiellement connues, sans nécessité de la connaissance d’un modèle global décrivant le comportement dynamique dudit drone.

Un deuxième problème technique est d’augmenter par le système et le procédé de contrôle la réjection des perturbations, notamment aérodynamiques, ainsi que des défauts de tout type d’actionneur sans connaître un modèle global du drone décrivant le comportement dynamique dudit drone, notamment ses non-linéarités.

A cet effet, l’invention a pour objet un système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe permettant une transition continue et stabilisée entre un décollage vertical et un vol de croisière horizontal ou entre un vol de croisière horizontal et un atterrissage vertical, le drone comprenant : une plateforme formée par une paire d’ailes fixes, gauche et droite, fixées symétriquement et rigidement de part et d’autre d’un élément central solide de raccordement ; et une paire d’hélices, gauche et droite, supportées respectivement en avant par l’aile gauche et l’aile droite en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide de raccordement; et une paire de volets de déflexion, gauche et droit, supportés respectivement en leur bordure arrière par l’aile gauche et l’aile droite, en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide de raccordement. Le système de contrôle comporte un premier régulateur de l’attitude du drone pour asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis <p_m, tangage 0_m et lacet i|i_m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis <p_d„ tangage 0_d et lacet ψ_ά . Le système de contrôle est caractérisé en ce que le premier régulateur d’attitude comporte un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de tangage 0_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage 0_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

le premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :

.* un premier estimateur configuré pour estimer un premier paramètre F_e d’un premier Modèle Ultra Local, le premier estimateur ayant une première première borne d’entrée et une première deuxième entrée, connectées respectivement à la première borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de tangage observé 0_m et à la borne de sortie du premier dispositif MFC SISO pour recevoir la première commande δ_η actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit, et ayant une première première borne de sortie pour fournir l’estimé du premier paramètre F_e, le premier Modèle Ultra Local décrivant localement sur un intervalle de temps limité la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé v_e de l’angle de tangage observé en fonction du paramètre F_e à estimer et de la première commande associé δ_η actuelle suivant l’équation : = F_e + α_θ δ_η dans laquelle α_θ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la première commande actuelle δ_η par rapport à l’angle de tangage B_m mesuré de sorte que la première commande actuelle δ_η et l’angle de tangage B_m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et .* un premier module de boucle fermé intelligent, ayant une première deuxième borne de sortie connectée au drone au travers de la borne de sortie du premier dispositif MFC SISO pour fournir la commande de déflexion δ _n réactualisée de déflexion symétrique des volets gauche et droit, et ayant une première troisième borne d’entrée, une première quatrième borne d’entrée et une première cinquième borne d’entrée connectées respectivement à la première borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de tangage observé 0_m, à la deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de consigne de tangage 0_d à poursuivre et à la première première borne de sortie du premier estimateur pour recevoir l’estimée^ du premier paramètre F_e du premier Modèle Ultra Local, le premier module de boucle fermée intelligent comportant un premier correcteur de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation v_e du premier Modèle Ultra Local et de gain Κ_θ, un premier différentiateur d’ordre de dérivation v_e de l’angle de consigne de tangage B_d et un premier amplificateur de gain l/a_e , et le premier estimateur et le premier module de boucle fermée intelligent sont configurés de sorte que la première commande δ_η actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :

<5 ₌ _ ₊ ⁿ α_θ αθ le premier paramètre a_e de mise à l’échelle de la première commande actuelle δ_η par rapport à l’angle de tangage B_m mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la première commande actuelle δ_η et l’angle de tangage B_m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle ν_θ de l’angle de tangage observé 0_m utilisée dans le premier Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou lorsque l’ordre de la dérivée temporelle v_e est égal à 1, la fonction de transfert du premier correcteur est du premier ordre et du type gain proportionnel et lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_θ est égal à 2, la fonction de transfert du premier correcteur est du deuxième ordre et du type gain-proportionnel ou gain-dérivateur, voire un Proportionnel- IntégralDérivateur ;

le premier régulateur d’attitude comporte un deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de roulis , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de roulis <p_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du deuxième dispositif MFC SISO, en déterminant une deuxième commande Δ<5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle et appliquée avec des signes différents sur lesdits volets gauche et droit en ajout de la première commande δ_η de déflection symétrique appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit ;

le deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :

.* un deuxième estimateur configuré pour estimer un deuxième paramètre F_v d’un deuxième Modèle Ultra Local, le deuxième estimateur ayant une deuxième première borne d’entrée et une deuxième deuxième borne d’entrée, connectées respectivement à la première borne d’entrée du deuxième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de roulis observé et à la borne de sortie du deuxième dispositif MFC SISO pour recevoir la deuxième commande Δ<5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit, ayant une deuxième première borne de sortie pour fournir l’estimé Ρφ du deuxième paramètre Ρ_φ , le deuxième Modèle Ultra Local décrivant localement sur un intervalle de temps limité la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé ν_φ de l’angle de roulis observé en fonction du paramètre Ρ_φ à estimer et de la deuxième commande associée Δ<5 de actuelle suivant l’équation : = F_(p + α_φ Δδ dans laquelle α_φ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle Δδ par rapport à l’angle de tangage mesuré de sorte que la deuxième commande actuelle Δδ et l’angle de roulis mesuré ont le même ordre de grandeur ; et .* un deuxième module de boucle fermé intelligent, ayant une deuxième deuxième borne de sortie connectée au drone au travers de la borne de sortie du deuxième dispositif MFC SISO pour fournir la deuxième commande Δδ réactualisée de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit, et ayant deuxième troisième borne d’entrée, une deuxième quatrième borne d’entrée et une deuxième cinquième borne d’entrée connectées respectivement à la première borne d’entrée du deuxième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de roulis observé <p_m, à la deuxième borne d’entrée du deuxième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de consigne de roulis φ_ά à poursuivre et à la deuxième première borne de sortie du deuxième estimateur pour recevoir l’estimée Τ_φ du deuxième paramètre F_v du deuxième Modèle Ultra Local, le deuxième module de boucle fermée intelligent comportant un deuxième correcteur de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation φ_θ du deuxième Modèle Ultra Local et de deuxième gain Κ_φ, un deuxième différentiateur d’ordre de dérivation ν_φ de l’angle de consigne de roulis φ_ά et un deuxième amplificateur de gain ! θΐ le deuxième estimateur et le deuxième module de boucle fermée intelligent sont configurés de sorte que la deuxième commande Δ<5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :

| ^{Ψ +κ}φξφ .

(Χφ (Χφ le deuxième paramètre α_φ de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle Δ<5 par rapport à l’angle de roulis mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la deuxième commande actuelle Δ<5 et l’angle de roulis mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle ν_φ de l’angle de roulis observé utilisée dans le deuxième Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2 ; et/ou lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_φ est égal à 1, la fonction de transfert du deuxième correcteur est du premier ordre et du type gain proportionnel et lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 2, la fonction de transfert du deuxième correcteur est du deuxième ordre et du type gainproportionnel ou gain-dérivateur, voire un Proportionnel- Intégral-Dérivateur ;

le premier régulateur d’attitude comporte un troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de lacet xp_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de lacet xp_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du troisième dispositif MFC SISO, en déterminant une troisième commande Δω de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite, délivrée en une borne de sortie du troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle et appliquée avec un même signe sur les hélices gauche et droite en ajout des vitesses nominales respectives -ω_η, +ω_η des hélices gauche et droite correspondantes au cas d’un angle de lacet mesuré xp_m nul ;

le troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :

.* un troisième estimateur configuré pour estimer un troisième paramètre d’un troisième Modèle Ultra Local, le troisième estimateur ayant une troisième première borne d’entrée et une troisième deuxième borne d’entrée, connectées respectivement à la première borne d’entrée du troisième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de lacet observé xp_m et à la borne de sortie du troisième dispositif MFC SISO pour recevoir la troisième commande Δω de modification actuelle dans le même sens de rotation des vitesses de rotation nominales contre-rotatives des hélices gauche et droite, et ayant une troisième première borne de sortie pour fournir l’estimé Εψ du troisième paramètre F_v , le troisième Modèle Ultra Local décrivant localement sur un intervalle de temps restreint la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé ν_ψ de l’angle de lacet observé xp_m en fonction du troisième paramètre à estimer et de la troisième commande associée Δω actuelle suivant l’équation : = F^ + α_ψ Δω dans laquelle α_ψ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Δω par rapport à l’angle de lacet xp_m mesuré de sorte que la troisième commande actuelle Δω et l’angle de lacet xp_m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et .* un troisième module de boucle fermé intelligent, ayant une troisième deuxième borne de sortie connectée au drone au travers de la borne de sortie du troisième dispositif MFC SISO pour fournir la troisième commande Δω réactualisée de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite, et ayant une troisième troisième borne d’entrée, une troisième quatrième borne d’entrée et une troisième cinquième borne d’entrée connectées respectivement à la première borne d’entrée du troisième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de lacet observé xp_m, à la deuxième borne d’entrée du troisième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de consigne de lacet xp_d à poursuivre et à la troisième première borne de sortie du troisième estimateur pour recevoir l’estimée F^ du troisième paramètre F^ du troisième Modèle Ultra Local, le troisième module de boucle fermée intelligent comportant un troisième correcteur de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation ν_ψ du troisième Modèle Ultra Local et de troisième gain Κ_ψ, un troisième différentiateur d’ordre de dérivation ν_ψ de l’angle de consigne de lacet ip_d et un troisième amplificateur de gain 1/α_ψ ; et le troisième estimateur et le troisième module de boucle fermée intelligent sont configurés de sorte que la troisième commande Δω actuelle de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite vérifie la relation :

___ (v·,/,)

OC-ψ OC-ψ le paramètre α_ψ de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Δω par rapport à l’angle de lacet mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la troisième commande actuelle Δω et l’angle de lacet mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ de l’angle de roulis observé xjj_m utilisée dans le troisième Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 1, la fonction de transfert du troisième correcteur est du premier ordre et du type gain proportionnel et lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 2, la fonction de transfert du troisième correcteur est du deuxième ordre et du type gainproportionnel ou gain-dérivateur, voire un Proportionnel- Intégral-Dérivateur ;

.- le premier régulateur d’attitude du drone comprend un convertisseur configuré pour déterminer l’amplitude identique ω_η des vitesses de rotation nominales -ω_η , +o>_ndes hélices gauche et droite à partir d’une poussée de consigne Th_d du drone, fournie en une borne d’entrée dudit convertisseur et calculée en fonction de l’angle de tangage mesuré B_m , de la composante Nord et de la composante de bas d’une vitesse de consigne du drone ;

.- le système de contrôle de vol du drone, tel que défini ci-dessus, comprend en outre : un deuxième régulateur de la vitesse du drone pour asservir respectivement, suivant une deuxième boucle de régulation de la vitesse du drone par rapport à la Terre, les composantes de ladite vitesse du drone v_xm , v_ym , v_zm , exprimées dans un repère lié au drone selon les directions vers l’avant, la gauche et un plancher du drone, et mesuré par un ou plusieurs capteurs de positionnement du drone par rapport à des composantes d’une vitesse de consigne du drone par rapport à la Terre, v_xd , Vyd > v_zd, exprimées dans le repère lié à la Terre selon les directions orientées vers le Nord, l’Est et le centre de la Terre ; et un troisième régulateur de la position du drone par rapport à la Terre pour asservir respectivement suivant une troisième boucle de régulation de position, les composantes de la position du drone par rapport à la Terre x_m, y_m, z_m, exprimées dans un repère local terrestre selon les directions orientées vers le Nord, l’Est et le centre de la Terre), et mesurées par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des composantes de consigne de la position du drone par rapport à la Terre x_d, y_d, z_d , exprimées dans le deuxième repère de référence lié à la Terre et correspondants à des trajectoires de référence souhaitées ;

le système de contrôle de vol du drone, tel que défini ci-dessus, comprend en outre un module de mixage, configuré pour transformer trois commandes de sortie d’un deuxième régulateur de vitesse, reçues en premier port d’entrée et formées par des composantes de consignes corrigées v_xc , v_yc , v_zc, de la vitesse du drone, exprimées dans le premier repère lié au drone, en quatre signaux de consignes Th_d , <p_d , 0_d , xp_d délivrés au travers d’un premier port de sortie du module de mixage au premier régulateur d’attitude du drone, et formées respectivement par une poussée résultante de consigne à exercer sur le drone, un angle de consigne de roulis, l’angle de consigne de tangage, un angle de consigne de lacet, ladite transformation étant effectuée à l’aide de l’angle des angles mesurées de roulis tangage et lacet, fournies en un deuxième port d’entrée du module de mixage, suivant les relations :

Th_d — 6_m, v_xc, v_zc), et @d ~ flC. @m.’ Vxc > V_zc)> θΐ ^Pd V_Xc > Vy_C^, et <ÎPd ^— fiÇ Ψτη> Vyc > V_zc^) ,

A(.), ÆG). AG)> AC·) désignant des première, deuxième, troisième et quatrième fonctions multi-variables prédéterminées ;

.- le deuxième régulateur de la vitesse du drone comporte : un quatrième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du quatrième dispositif MFC SISO la composante v_xm de vitesse mesurée selon l’axe avant du repère lié au drone sur la composante v_xd de vitesse de consigne selon le même axe avant en tant que paramètre du quatrième dispositif MFC SISO, en déterminant une quatrième commande v_xc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe avant du repère lié au drone en tant que variable de sortie du quatrième dispositif MFC SISO ; et un cinquième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du cinquième dispositif MFC SISO la composante v_ym de vitesse mesurée selon l’axe droit du premier repère de référence lié au drone sur la composante v_yd de vitesse de consigne selon le même axe droit en tant que paramètre du cinquième dispositif MFC SISO, en déterminant une cinquième commande v_yc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe droit du premier repère de référence lié au drone en tant que variable de sortie du cinquième dispositif MFC SISO ; et un sixième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du sixième dispositif MFC SISO la composante v_zmde vitesse mesurée selon l’axe plancher du repère lié au drone sur la composante v_yz de vitesse de consigne selon le même axe plancher en tant que paramètre du sixième dispositif MFC SISO, en déterminant une sixième commande v_zc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe plancher avant du repère lié au drone en tant que variable de sortie du sixième dispositif MFC SISO;

et/ou le troisième régulateur de la position du drone comporte : un septième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du septième dispositif MFC SISO la composante x_mde position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe Nord d’un repère inertiel lié à la Terre sur la composante x_d de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe Nord en tant que paramètre du septième dispositif MFC SISO, en déterminant une septième commande v_xd de vitesse de consigne selon l’axe avant du premier repère de référence lié au drone en tant que variable de sortie du septième dispositif MFC SISO ; et un huitième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du huitième dispositif MFC SISO la composante y_mde position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe Est d’un repère inertiel lié à la Terre sur la composante y_d de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe Est en tant que paramètre du huitième dispositif MFC SISO, en déterminant une huitième commande v_yd de vitesse de consigne selon l’axe de droite du premier repère de référence lié au drone en tant que variable de sortie du huitième dispositif MFC SISO ; et un neuvième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du neuvième dispositif MFC SISO la composante z_m de position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe centre de la Terre du repère inertiel lié à la Terre sur la composante z_d de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe centre Terre en tant que paramètre du neuvième dispositif MFC SISO, en déterminant une neuvième commande v_zd de vitesse de consigne selon l’axe plancher du premier repère de référence lié au drone en tant que variable de sortie du neuvième dispositif MFC SISO ;

lorsque le premier régulateur d’attitude comporte un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première Θ de l’angle de tangage, ladite dérivée première Θ de l’angle de tangage est acheminé au premier dispositif MFC SISO via une première liaison d’interconnexion, et lorsque le premier régulateur d’attitude comporte un deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première φ de l’angle de roulis, ladite dérivée première φ de l’angle de roulis est acheminé au deuxième dispositif MFC SISO via une deuxième liaison d’interconnexion, et lorsque le premier régulateur d’attitude comporte un troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première φ de l’angle de lacet, ladite dérivée première φ de l’angle de lacet est acheminée au troisième dispositif MFC SISO via une troisième liaison d’interconnexion.

L’invention a également pour objet un procédé de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe permettant une transition continue et stabilisée entre un décollage vertical et un vol de croisière horizontal ou entre un vol de croisière horizontal et un atterrissage vertical, le drone comprenant : une plateforme formée par une paire d’ailes fixes, gauche et droite, fixées symétriquement et rigidement de part et d’autre d’un élément central solide de raccordement ; et une paire d’hélices, gauche et droite, supportées respectivement en avant par l’aile gauche et l’aile droite en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide de raccordement ; et une paire de volets de déflexion, gauche et droit, supportés respectivement en leur bordure arrière par l’aile gauche et l’aile droite, en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide de raccordement. Le procédé de contrôle est configuré pour : contrôler une première phase de vol stationnaire vertical et une deuxième phase de vol de croisière à l’horizontal du drone ; et à l’aide d’un premier régulateur de l’attitude du drone, asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis <p_m, tangage 0_m et lacet mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis φ_ά, tangage B_d et lacet ip_d. Le procédé de contrôle du drone est caractérisé en ce qu’il comprend une étape au cours de laquelle un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie du premier régulateur d’attitude régule et asservit l’angle de tangage B_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage B_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

L’invention a également pour objet un drone convertible à voilure fixe, configuré pour mettre en œuvre une transition continue et stabilisée entre un décollage vertical et un vol de croisière horizontal ou entre un vol de croisière horizontal et un atterrissage vertical. Le drone comprend :

.* une plateforme formée une paire d’ailes fixes, gauche et droite, fixées symétriquement et rigidement de part et d’autre d’un élément central solide de raccordement ; et .* une paire d’hélices, gauche et droite, supportées respectivement en avant par l’aile gauche et l’aile droite en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide de raccordement; et .* une paire de volets de déflexion, gauche et droit, supportés respectivement en leur bordure arrière par l’aile gauche et l’aile droite, en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide (18) de raccordement ; et un système de contrôle de vol configuré pour contrôler une première phase de vol stationnaire vertical et une deuxième phase de vol de croisière à l’horizontal, et comportant un premier régulateur de l’attitude du drone pour asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis <p_m, tangage 0_m et lacet ÿ_m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis <p_d, tangage 0_d et lacet ψ_ά.

Le drone est caractérisé en ce que le premier régulateur d’attitude comporte un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de tangage 0_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage 0_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description de plusieurs formes de réalisation qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

.- la Figure 1 est une vue d’un vol typique exécuté par un drone convertible à voilure fixe selon l’invention ;

.- la Figure 2 est une vue schématique d’une structure aérodynamique typique d’un drone convertible à voilure fixe selon l’invention ;

.- les Figures 3A et 3B sont des vues des repères de référence utilisées pour le contrôle d’un vol typique du drone selon la Figure 2 et des orientations choisies pour définir les sens de rotations dans angles d’attitude de roulis φ, tangage Θ et lacet ψ;

la Figure 4 est une vue de l’architecture d’un premier mode de réalisation d’un système de contrôle selon l’invention du vol d’un drone tel que celui de la Figure 2 ;

la Figure 5 est une vue de l’architecture d’un deuxième mode de réalisation d’un système de contrôle de vol d’un drone de la Figure 2 , dérivé du premier mode de réalisation, dans lequel le régulateur d’attitude comporte trois dispositifs MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour contrôler et asservir respectivement et de manière indépendante le roulis, le tangage et le lacet du drone ;

la Figure 6 est une vue de l’architecture générale du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie, faisant partie du premier régulateur d’attitude dans toutes les configurations du dispositif de contrôle de vol selon l’invention, et configuré pour réguler l’angle de tangage Θ à l’aide d’une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit ;

la Figure 7 est une vue des effets de la première commande δ_η de déflexion des volets appliquée sur chacun des volets avec le même signe par le premier dispositif MFC SISO ;

la Figure 8 est une vue détaillée de l’architecture du premier dispositif MFC SISO de la Figure 6 dans laquelle sont détaillées les architectures d’un premier estimateur du paramètre F_e d’un premier Modèle Ultra Local et d’un premier module de boucle fermée ;

la Figure 9 est une vue de l’architecture générale d’un deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie, faisant partie du régulateur d’attitude détaillé dans la Figure 5, et configuré pour réguler l’angle de roulis φ à l’aide d’une deuxième commande Δ<5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit, appliquée avec des signes différents sur lesdits volets gauche et droit ;

la Figure 10 est une vue des effets de la deuxième commande Δ<5 de déflexion des volets appliquée sur chacun des volets avec un signe opposé par le premier dispositif MFC SISO ;

la Figure 11 est une vue détaillée de l’architecture du deuxième dispositif MFC SISO de la Figure 9 dans laquelle sont détaillées les architectures d’un deuxième estimateur du paramètre F_v d’un deuxième Modèle Ultra Local et d’un deuxième module de boucle fermée intelligent ;

la Figure 12 est une vue de l’architecture générale d’un troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie, faisant partie du premier régulateur d’attitude détaillé dans la Figure 5, et configuré pour réguler l’angle de lacet ψ à l’aide d’une troisième commande Δω de modification dans un même sens de rotation de vitesses de rotation nominales, contre-rotatives et de même amplitude, -ω_η et +ω_η appliquées aux hélices gauche et droite ;

.- les Figures 13A et 13B sont deux vues des effets de la troisième commande Δω de corrections des vitesses de rotation nominales contrerotatives —ω_η et +ω_η appliquées aux hélices gauche et droite par le troisième dispositif MFC SISO, respectivement dans le cas où l’angle de lacet ψ est nul et dans le cas où l’angle de lacet ψ est non nul ;

.- la Figure 14 est une vue détaillée de l’architecture du troisième dispositif MFC SISO de la Figure 12 dans laquelle sont détaillées les architectures d’un troisième premier estimateur du paramètre Fp d’un troisième Modèle Ultra Local et d’un troisième module de boucle fermé ;

.- la Figure 15 est une vue d’un troisième mode de réalisation du système de contrôle de vol d’un drone de la Figure 2, dérivé du deuxième mode de réalisation, dans lequel le régulateur de vitesse et le régulateur de position comportent chacun trois dispositifs MFC SISO de commande sans modèle à une entrée- une sortie pour contrôler et asservir respectivement et de manière indépendante trois composantes de vitesse et trois composantes de position.

.- les Figures 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F sont des vues des performances du contrôle du vol d’un drone convertible à voilure fixe mis en œuvre par le procédé et le système MFC de commande sans modèle selon l’invention, en les comparant aux performances d’une régulation quadratique linéaire LQR planifiée, la Figure 16A illustrant un exemple de trajectoire de vol de référence, et les Figures 16B, 16C, 16D, 16E , 16F, illustrant respectivement les performances du système en termes de l’évaluation de l’évolution temporelle de la vitesse avant, l’angle de tangage Θ, les vitesses de rotation des hélices en contre-rotation, les angles de déflexion des volets de déflexion, et les perturbations des vents selon les axes horizontal et vertical et ;

Le système et le procédé correspondant de contrôle du drone sont fondés sur l’approche « commande sans modèle » MFC (en anglais « ModelFree Control ») ou PID intelligente, décrite par exemple dans le document de Michel Fliess, Cédric Join intitulé « Model-free control » et publié dans International of Control 86 (12), pp. 2228-2252, 2013

Cette approche repose sur une modélisation locale, c'est-à-dire sans cesse réactualisée à partir de la seule connaissance du comportement entrée-sortie du drone et permet d’asservir un modèle complexe avec des dynamiques non-linéaires, inconnues ou partiellement connues, sans nécessité de la connaissance d’un modèle global décrivant le comportement du système.

Du fait de son caractère adaptatif, la commande sans modèle MFC présente l’avantage de rejeter les perturbations tout comme les défauts de type actionneur (incohérence entre la commande des actionneurs et la réponse en leur sortie). Cette capacité intrinsèque diminue les retards à la réaction souvent liés à des prises de décision tardives issues des modules de diagnostic.

Le système de contrôle de vol selon l’invention se décompose en des sous-systèmes SISO à une entrée - une sortie (en anglais Single Input Single Output) ou l’algorithme de commande sans modèle MFC est appliqué sur chacun d’eux. L’algorithme de commande sans modèle est configuré pour compenser à la fois les perturbations variables dans le temps et la dynamique non modélisée du drone en tant que système répondant à des commandes de vol dans la phase de transition que le contrôleur de retour ne parvient pas à gérer. Le système et le procédé de contrôle selon l’invention comprennent et mettent en oeuvre trois boucles d’asservissement imbriquées avec estimation temps réel, qui contrôlent la vitesse, la position et l’attitude du drone, l’attitude incluant le lacet, le tangage et le roulis, et de manière liée la poussée.

Suivant la Figure 1, un vol typique 10 d’un drone convertible à voilure fixe 12 selon l’invention comprend ici, quatre modes ou phases de vol numérotés de 1 à 4 : un premier mode 1 de décollage vertical, un deuxième mode 2 de vol de transition, un troisième mode 3 de vol avant horizontal et un quatrième mode de vol stationnaire (en anglais « hovering »), parcourus successivement suivant une trajectoire de référence 14 prédéterminée.

De manière générale, une phase de vol de transition est une phase de vol qui permet le passage entre une phase de vol de décollage vertical ou d’atterrissage vertical ou stationnaire vertical (« hovering ») et une phase de vol de croisière sensiblement à l’horizontal.

Le drone convertible à voilure fixe 12 selon l’invention est configuré pour mettre en œuvre une transition continue et stabilisée entre un décollage vertical et un vol de croisière horizontal ou entre un vol de croisière horizontal et un atterrissage vertical.

Suivant la Figure 2, le drone 12 selon l’invention comprend :

une plateforme 16 formée par un fuselage 18 d’extension longitudinale et une paire d’ailes 22, 24, gauche et droite, fixées symétriquement de part et d’autre du fuselage 16, et une paire d’hélices 32, 34, gauche et droite, supportées respectivement en avant par l’aile gauche 22 et l’aile droite 24 en étant disposées symétriquement de part et d’autre du fuselage 16; et une paire de volets de déflexion 42, 44, gauche et droit, supportés respectivement en leur bordure arrière 46, 48 par l’aile gauche 22 et l’aile droite 24, en étant disposées symétriquement de part et d’autre du fuselage 16; et un système de contrôle de vol 52, embarqué et configuré pour contrôler de manière continue une première phase de vol stationnaire vertical et une deuxième phase de vol de croisière à l’horizontal, et comportant un premier régulateur de l’attitude 54 du drone pour asservir de manière continue respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis <p_m, tangage 0_m et lacet ÿ_m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis <p_d, tangage 0_d et lacet ψ_ά .

Le premier régulateur d’attitude 54 comporte un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de tangage 0_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du premier dispositif SISO MFC de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage 0_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

En variante et de manière plus générale, le fuselage est remplacé par un élément central solide, de part et d’autre duquel les ailes fixes 22, 24, gauche et droite, de la plateforme sont fixées symétriquement et rigidement.

Suivant la Figure 3A, le système de contrôle 52 du vol du drone 12 selon l’invention utilise deux repères de référence ou systèmes de coordonnées, identiques à ceux utilisés dans les aéronefs classiques.

Un premier repère de référence 62 est un repère lié au corps, c'est-àdire à la plateforme du drone, défini par un triplet d’axes ou directions, noté , z£) dans lequel représentent respectivement la direction frontale, la direction vers la droite, la direction vers le plancher du drone. Un deuxième repère de référence 64 est un repère inertiel terrestre lié à la Terre, défini par un triplet d’axes (x^, z^) dans lequel x^, ÿ^, z^ représentent respectivement la direction vers le Nord, la direction vers l’Est et la direction vers le bas, i.e. vers le centre de la Terre.

Les angles d’attitude du drone 12 sont les angles notés φ, θ, ψ, de roulis, le tangage et le lacet, définis respectivement comme les angles de rotations du drone autour des axes > ÿe > zb- Les forces aérodynamiques qui agissent sur le drone 12 sont la portance et la traînée, désignées respectivement par les vecteurs L et D . La force de pesanteur agissant sur le drone 12 est représentée par le vecteur W. En outre, l’angle d’attaque a et l’angle du trajet de vol y qui décrit si le drone monte ou descend sont également représentés.

Suivant la Figure 3B, les sens d’orientation choisis des angles d’attitude de roulis, tangage et lacet, ainsi que ceux des angles de déflexion des volets gauche et droit sont représentés.

Suivant la Figure 4 et un premier mode de réalisation 102 du système de contrôle selon l’invention, dérivé du système de contrôle 52 des Figures 2, 3A et 3B, le système de contrôle 102 de vol du drone 12 comporte trois boucles d’asservissement imbriquées avec une estimation temps réel, configurées pour contrôler l’attitude du drone 12 suivant une première boucle 104, la vitesse du drone suivant une deuxième boucle 106 et la position du drone suivant une troisième boucle 108. La première boucle 104 de contrôle d’attitude est imbriquée dans la deuxième boucle 106 de contrôle de vitesse, elle-même imbriquée dans la troisième boucle 108 de contrôle de la position du drone.

Le système de contrôle 102 de vol du drone comprend ici :

.- un premier régulateur 114 de l’attitude du drone 12, configuré pour asservir respectivement suivant la première boucle de régulation 104 des angles de roulis <p_m, tangage 0_m et lacet ÿ_m, exprimés par rapport au premier repère 62 de référence lié au drone 12 et mesurés par un ou plusieurs premier(s) capteur(s) du drone 12, sur des angles de consigne de roulis <p_d, tangage 0_d et lacet ψ_ά ; et .- un deuxième régulateur 116 de la vitesse du drone 12, configuré pour asservir respectivement, suivant la deuxième boucle 106 de régulation de la vitesse du drone 12 par rapport à la Terre, les composantes de ladite vitesse du drone v_xm , v_ym , v_zm , exprimées dans le premier repère 62 de référence lié au drone selon les directions vers l’avant, la droite et un plancher du drone, et mesuré par un ou plusieurs deuxième(s) capteur(s) de positionnement du drone 12, sur des composantes d’une vitesse de consigne du drone par rapport à la Terre, v_xd , v_yd , v_zd, exprimées dans le premier repère 62 de référence lié au drone ; et .- un troisième régulateur 118 de la position du drone 12 par rapport à la Terre pour asservir respectivement suivant la troisième boucle de régulation de position, les composantes de la position du drone 12 par rapport à la Terre x_m, y_m, z_m, exprimées dans le deuxième repère 64 de référence lié à la Terre et mesurées par le ou les deuxième(s) capteurs du drone, sur des composantes de consigne de la position du drone par rapport à la Terre x_d, y_d, z_d , exprimées dans le deuxième de repère 64 de référence lié à la Terre et correspondants à des trajectoires de référence souhaitées.

Le premier régulateur 114 d’attitude du drone 12 est configuré pour délivrer au drone 12 :

.- une première commande de δ_η déflection symétrique des volets gauche et droit correspondant à une correction du tangage, et .- une deuxième commande Δ<5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit correspondant à une correction du roulis, et une troisième commande Δω de modification dans le même sens de rotations des vitesses contre-rotatives nominales de même amplitude ω_η correspondant à une poussée désirée en l’absence de lacet, et .- une consigne de l’amplitude ω_η , commune aux vitesses de rotation contre-rotatives des hélices gauche et droite et correspondant à une poussée nominale désirée ou de consigne Th_d, fournie en tant que paramètre d’entrée.

Le deuxième régulateur 116 de vitesse du drone 12 est configuré pour délivrer au drone 12 :

.- une quatrième commande v_xc de correction de la vitesse de consigne v_xd selon l’axe avant du premier repère 62 lié au drone, .- une cinquième commande v_yc de correction de la vitesse de consigne v_yd selon l’axe droit du premier repère 62 lié au drone, une sixième commande v_zc de correction de la vitesse de consigne v_zd selon l’axe plancher avant du premier repère 62 lié au drone.

Le troisième régulateur 116 de vitesse du drone 12 est configuré pour délivrer au drone 12 :

.- une septième commande v_xd de vitesse de consigne du drone selon l’axe frontal exprimée dans le premier repère 62 de repère lié au drone, et .- une huitième commande v_yd de vitesse de consigne selon l’axe de droite du premier repère 62 de référence lié au drone, et .- une neuvième commande v_zd de vitesse de consigne selon l’axe plancher du premier repère 62 de référence lié au drone.

Le système de contrôle 102 de vol du drone 12 comprend également un module de mixage 120, configuré pour transformer les quatrième, cinquième et sixième commandes de sortie v_xc , v_yc , v_zc, du deuxième régulateur 116, reçues en un premier port d’entrée 122, en les quatre signaux de consigne <p_d , 0_d , \p_d, Th_d de roulis, de tangage, de lacet et de poussée résultante à exercer sur le drone, et délivrés au travers d’un premier port de sortie 124 du module de mixage 120 au premier régulateur 114 d’attitude du drone, la transformation étant effectuée à l’aide des angles mesurés , 0_m, ifj_mde roulis tangage et lacet, fournies en un deuxième port d’entrée 126 du module de mixage 120, suivant les relations :

Th_d — 6_m, v_xc, v_zc), et ~ flC. @m.’ Fcc ’ V_zc)> θΐ

Ψ d fsÇÿrrt’Vxc > Vyc\ θί

Ψά f^tyrri’Vyc >Vzc) >

/j(.), ÆO- Α(·)> AC·) désignant des première, deuxième, troisième et quatrième fonctions multi-variables prédéterminées.

Le ou les premiers capteurs de mesure des angles d’attitude de roulis, de tangage et de lacet sont par exemple des gyromètres ou une centrale inertielle.

Le ou les deuxièmes capteurs de mesure de la vitesse et de la position du drone sont par exemple un récepteur de positionnement global par satellite de type GPS ou GALILEO, ou un ensemble d’accéléromètres.

Ici et dans tous les modes de réalisation de l’invention, le premier régulateur d’attitude 54 ou 114 comporte un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de tangage B_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du premier dispositif SISO MFC de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage B_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif SISO MFC, en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif SISO MFC de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

Suivant une première variante, le système de contrôle de vol est dépourvu de troisième régulateur 118 de position du drone.

Suivant une deuxième variante, le système de contrôle de vol est dépourvu de troisième régulateur de position 118 et de deuxième régulateur de vitesse 116 du drone.

Suivant une troisième variante, le premier régulateur d’attitude du système de contrôle ne met pas en œuvre d’asservissement de roulis mesuré sur un angle de consigne de roulis <p_d .

Suivant une quatrième variante, le premier régulateur d’attitude du système de contrôle ne met pas en œuvre d’asservissement de lacet mesuré sur un angle de consigne de lacet ip_d .

Suivant une cinquième variante, le premier régulateur d’attitude du système de contrôle ne met en œuvre ni d’asservissement de roulis mesuré <p_m sur un angle de consigne de roulis <p_d , ni d’asservissement de lacet mesuré sur un angle de consigne de lacet φ_ά.

Suivant la Figure 5 et un deuxième mode de réalisation 152 du système de contrôle selon l’invention, dérivé du système de contrôle 102 de la Figure 4, et de manière particulière le régulateur d’attitude 114 du drone est un régulateur d’attitude 154 du drone qui comporte trois premier, deuxième, troisième dispositifs MFC SISO 162, 164, 166 de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour contrôler et asservir respectivement et de manière indépendante le tangage Θ, le roulis φ et le lacet φ du drone 12.

Le premier dispositif MFC SISO 162 de commande sans modèle à une entrée-une sortie est configuré pour réguler et asservir l’angle de tangage mesuré 0_m , mesuré par un des premiers capteurs du drone 12 et fourni en une première borne d’entrée 172 du premier dispositif SISO MFC 162 de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage 0_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée 174 du premier dispositif SISO MFC 162 , en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie 176 du premier dispositif SISO 162 MFC de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

Le deuxième dispositif MFC SISO 164 de commande sans modèle à une entrée-une sortie est configuré pour réguler et asservir l’angle de roulis , mesuré par un des premiers capteurs du drone 12 et fourni en une première borne d’entrée 182 du deuxième dispositif SISO MFC 164 de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de roulis φ_ά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée 184 du deuxième dispositif SISO MFC 164, en déterminant une deuxième commande Δ<5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie 186 du deuxième dispositif MFC SISO 164 de commande sans modèle et appliquée avec des signes différents sur lesdits volets gauche et droit en ajout de la première commande δ_η de déflection symétrique appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

Le troisième dispositif MFC SISO 166 de commande sans modèle à une entrée-une sortie est configuré pour réguler et asservir l’angle de lacet φ_η , mesuré par un des premiers capteurs du drone 12 et fourni en une première borne d’entrée 192 du troisième dispositif SISO MFC 166 de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de lacet ψ_ά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée 194 du troisième dispositif SISO MFC 166, en déterminant une troisième commande Δω de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contrerotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite, délivrée en une borne de sortie 196 du troisième dispositif SISO MFC 166 de commande sans modèle et appliquée avec un même signe sur les hélices gauche et droite en ajout des vitesses nominales respectives -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite correspondantes au cas d’un angle de lacet mesuré xp_m nul.

Le premier régulateur d’attitude du drone 154 comprend en outre ici un convertisseur 198, configuré pour déterminer l’amplitude identique ω_η des vitesses de rotation nominales , <D_rdes hélices gauche et droite à partir d’une poussée de consigne Th_d du drone, fournie en une borne d’entrée 200 dudit convertisseur 198 et calculée en fonction de l’angle de tangage mesuré B_m , de la composante avant v_xcet de la composante plancher v_xz de vitesse de consigne corrigée exprimée dans le premier repère de référence 62 du drone 12. L’amplitude ω_η commune des vitesses de rotation nominales contre-rotative des hélices gauche et droite est fournie dans tous les cas au drone indépendamment de l’architecture du système de contrôle.

En une première variante du deuxième mode de réalisation du système de contrôle de vol, le premier régulateur d’attitude n’utilise pas de dispositif MFC SISO pour mettre en œuvre la régulation du roulis.

En une deuxième variante du deuxième mode de réalisation du système de contrôle de vol, le premier régulateur d’attitude n’utilise pas de dispositif MFC SISO pour mettre en œuvre la régulation du lacet.

Suivant la Figure 6, le premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie, faisant partie du premier régulateur d’attitude dans toutes les configurations du dispositif de contrôle de vol selon l’invention est configuré pour réguler l’angle de tangage Θ à l’aide d’une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit, les effets d’une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit étant illustrés sur la Figure 7 avec la convention d’une orientation angulaire de δ_η négative lorsque l’angle de tangage est positif et le drone dans une phase ascendante.

Suivant les Figures 6 et 8, le premier dispositif MFC 162 SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte un premier estimateur 212 et un premier module de boucle fermé intelligent 214.

Le premier estimateur 212 est configuré pour estimer un premier paramètre F_e d’un premier Modèle Ultra Local, et comporte une première première borne d’entrée 216 et une première deuxième entrée 218 connectées respectivement à la première borne d’entrée du premier dispositif SISO MFC pour recevoir l’angle de tangage observé 0_m et à la borne de sortie du premier dispositif MFC SISO pour recevoir la première commande δ_η actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit, et comporte une première première borne de sortie 220 pour fournir l’estimé du premier paramètre F_e. Le premier Modèle Ultra Local décrit localement sur un intervalle de temps limité la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé v_e de l’angle de tangage observé B_m en fonction du paramètre F_e à estimer et de la première commande associé δ_η actuelle suivant l’équation :

= F₀ + α_θ δ_η dans laquelle :

α_θ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la première commande actuelle δ_η par rapport à l’angle de tangage 0_m mesuré de sorte que la première commande actuelle δ_η et l’angle de tangage 0_m mesuré ont le même ordre de grandeur.

Le premier module de boucle fermé intelligent 214 comporte une première deuxième borne de sortie 232, connectée au drone 12 au travers de la borne de sortie 176 du premier dispositif MFC SISO 162 pour fournir la commande de déflexion δ _n réactualisée de déflexion symétrique des volets gauche et droit, et comporte une première troisième borne d’entrée 234, une première quatrième borne d’entrée 236 et une première cinquième borne d’entrée 238, connectées respectivement à la première borne d’entrée 172 du premier dispositif MFC SISO 162 pour recevoir l’angle de tangage observé 0_m, à la deuxième borne d’entrée 174 du premier dispositif SISO MFC 162 pour recevoir l’angle de consigne de tangage 0_d à poursuivre et à la première première borne de sortie 220 du premier estimateur 212 pour recevoir l’estimée du premier paramètre F_e du premier Modèle Ultra Local.

Le premier module de boucle fermée intelligent 214 comporte un premier correcteur 242 de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation v_e du premier Modèle Ultra Local et de gain Κ_θ, un premier différentiateur d’ordre de dérivation v_e de l’angle de consigne de tangage B_d et un premier amplificateur de gain 1/α_θ .

Le premier estimateur 212 et le premier module de boucle fermée 214 sont configurés de sorte que la première commande δ_η actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :

r_e , ej^Ve) + Κ_βξ_β ⁿ αβ ^αθ dans laquelle ξ_θ = 0_m- 0_d désigne l’erreur de poursuite en tangage et Κ_θξ_θ est un gain du premier module en boucle fermée.

Le premier paramètre α_θ de mise à l’échelle de la première commande actuelle δ_η par rapport à l’angle de tangage 0_m mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la première commande actuelle δ_η et l’angle de tangage 0_m mesuré ont le même ordre de grandeur.

L’ordre de la dérivée temporelle v_e de l’angle de tangage observé B_m utilisée dans le premier Modèle Ultra Local est de manière général un entier non nul, de préférence égal à 1 ou 2, et de manière encore plus préféré égal à 2.

Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_θ pris égal à 1, la fonction de transfert du premier correcteur est du premier ordre et souvent du type gain proportionnel.

Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle v_e est égal à 2, la fonction de transfert du premier correcteur est du deuxième ordre et souvent du type gain-proportionnel ou gain-dérivateur, voire un PID (Proportionnel- IntégralDérivateur).

Suivant la Figure 9, le deuxième dispositif MFC SISO 164 de commande sans modèle à une entrée-une sortie, lorsqu’il fait partie du premier régulateur d’attitude comme par exemple dans le deuxième mode de réalisation du dispositif de contrôle de vol selon l’invention est configuré pour réguler l’angle de roulis φ à l’aide d’une deuxième commande Δ<5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit, appliquée avec des signes différents sur lesdits volets gauche et droit en ajout d’une éventuelle première commande δ_η de déflection symétrique appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit, les effets d’une deuxième commande Δδ de déflection antisymétrique appliquée seule avec des signes différent sur les volets gauche et droit étant illustrés sur la Figure 10 avec les orientations des angles de déflections des volets gauche et droit correspondant à un basculement de roulis φ vers la droite.

Suivant les Figures 9 et 11, le deuxième dispositif MFC SISO 164 de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte un deuxième estimateur 312 et un deuxième module de boucle fermée intelligent 314.

Le deuxième estimateur 312 est configuré pour estimer un deuxième paramètre Ρ_φ d’un deuxième Modèle Ultra Local, et comporte une deuxième première borne d’entrée 316 et une deuxième deuxième borne d’entrée 318 connectées respectivement à la première borne d’entrée du deuxième dispositif MFC SISO 164 pour recevoir l’angle de roulis observé et à la borne de sortie du deuxième dispositif MFC SISO 164 pour recevoir la deuxième commande Δδ actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit, et comporte une deuxième première borne de sortie 320 pour fournir l’estimé Ρφ du deuxième paramètre Ρ_φ . Le deuxième Modèle Ultra Local décrit localement sur un intervalle de temps limité la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé ν_φ de l’angle de roulis observé en fonction du paramètre Ρ_φ à estimer et de la deuxième commande associée Δδ actuelle suivant l’équation :

= Ρφ + ^αφ ' Δδ dans laquelle :

α_φ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle Δδ par rapport à l’angle de tangage mesuré de sorte que la deuxième commande actuelle Δδ et l’angle de roulis φ_η mesuré ont le même ordre de grandeur.

Le deuxième module de boucle fermé intelligent 314 comporte une deuxième deuxième borne de sortie 332 connecté au drone 12 au travers de la borne de sortie 186 du premier dispositif MFC SISO pour fournir la deuxième commande de déflexion Δδ réactualisée de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit, et comporte une deuxième troisième borne d’entrée 334, une deuxième quatrième borne d’entrée 336 et une deuxième cinquième borne d’entrée 338 connectées respectivement à la première borne d’entrée 182 du deuxième dispositif MFC SISO 164 pour recevoir l’angle de roulis observé <p_m, à la deuxième borne d’entrée 184 du deuxième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de consigne de roulis <p_d à poursuivre et à la deuxième première borne de sortie 320 du deuxième estimateur 312 pour recevoir l’estimée Fg du deuxième paramètre Ρ_φ du deuxième Modèle Ultra Local.

Le deuxième module de boucle fermée intelligent 314 comporte un deuxième correcteur 342 de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation φ_θ du deuxième Modèle Ultra Local et de deuxième gain Κ_φ, un deuxième différentiateur 344 d’ordre de dérivation ν_φ de l’angle de consigne de roulis <p_d et un deuxième amplificateur 346 de gain 1/α_φ , et le deuxième estimateur 312 et le deuxième module de boucle fermée intelligent 314 sont configurés de sorte que la deuxième commande Δ<5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :

AJ - S ^{+ Κψξψ} (Χφ (Χφ dans laquelle dans laquelle ξ_φ = <p_m- <p_d désigne l’erreur de poursuite en tangage et Κ_φξ_φ est un gain du deuxième module en boucle fermée.

Le deuxième paramètre α_φ de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle Δ<5 par rapport à l’angle de roulis mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la deuxième commande actuelle Δ<5 et l’angle de roulis mesuré ont le même ordre de grandeur.

L’ordre de la dérivée temporelle ν_φ de l’angle de roulis observé utilisée dans le deuxième Modèle Ultra Local est de manière générale un entier non, de préférence égal à 1 ou 2, et de manière encore plus préférée égal à 2.

Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_φ est pris égal à 1, la fonction de transfert du deuxième correcteur est du premier ordre et souvent du type gain proportionnel.

Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 2, la fonction de transfert du deuxième correcteur est du deuxième ordre et souvent du type gain-proportionnel ou gain-dérivateur, voire un PID (Proportionnel- IntégralDérivateur).

Suivant la Figure 12, le troisième dispositif MFC SISO 166 de commande sans modèle à une entrée-une sortie, lorsqu’il fait partie du premier régulateur d’attitude comme par exemple dans le deuxième mode de réalisation du dispositif de contrôle de vol selon l’invention, est configuré pour réguler l’angle de lacet ψ à l’aide d’une troisième commande Δω de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite. Les effets d’une troisième commande Δω de modification des vitesse de rotations nominales contre-rotatives des hélices appliquée avec un même signe sur chacune des deux hélices sont illustrés sur la Figure 10 avec la convention d’un différentiel des modules de rotation entre l’hélice gauche et l’hélice gauche |ω_ζ| - |ω_Γ| positif lorsque le drone tourne vers la droite dans le premier repère de référence 62 lié au drone 12avec un angle de lacet positif.

Suivant les Figures 12 el 13, le troisième dispositif MFC SISO 166 de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte un troisième estimateur 412 et un troisième module de boucle fermée intelligent 414.

Le troisième estimateur 412 est configuré pour estimer un troisième paramètre F^ d’un troisième Modèle Ultra Local, et comporte une troisième première borne d’entrée 416 et une troisième deuxième borne d’entrée 418 , connectées respectivement à la première borne d’entrée du troisième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de lacet observé et à la borne de sortie du troisième dispositif SISO MFC pour recevoir la troisième commande Δω actuelle de différentiel de vitesse de rotation à appliquer dans le même sens sur les hélices gauche et droite, et comporte une troisième première borne de sortie 420 pour fournir l’estimé du troisième paramètre Ρψ . Le troisième Modèle Ultra Local décrit localement sur un intervalle de temps restreint la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé ν_ψ de l’angle de lacet observé en fonction du troisième paramètre Ρ_ψ à estimer et de la troisième commande associée Δω actuelle suivant l’équation :

= Ρψ + α_ψ Δω dans laquelle :

a-ψ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Δω par rapport à l’angle de lacet φ_η mesuré de sorte que la troisième commande actuelle Δω et l’angle de lacet φ_η mesuré ont le même ordre de grandeur.

Le troisième module de boucle fermé intelligent 414 comporte une troisième deuxième borne de sortie 432 connectée au drone 12 au travers de la borne de sortie 196 du troisième dispositif MFC SISO 166 pour fournir la troisième commande Δω réactualisée de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite, et comporte une troisième troisième borne 434, une troisième quatrième borne d’entrée 436 et une troisième cinquième borne d’entrée 438, connectées respectivement à la première borne d’entrée 192 du troisième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de lacet observé φ_η, à la deuxième borne d’entrée 194 du troisième dispositif MFC SISO 166 pour recevoir l’angle de consigne de lacet φ_ά à poursuivre et à la troisième première borne de sortie 420 du troisième estimateur 412 pour recevoir l’estimée Εψ du troisième paramètre du troisième Modèle Ultra Local.

Le troisième module de boucle fermée intelligent 414 comportant un troisième correcteur 442 de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation ν_θ du troisième Modèle Ultra Local et de troisième gain Κ_ψ, un troisième différentiateur 444 d’ordre de dérivation ν_ψ de l’angle de consigne de lacet φ_ά et un troisième amplificateur 446 de gain 1/α_ψ .

Le troisième estimateur 412 et le troisième module de boucle fermée intelligent 414 sont configurés de sorte que la troisième commande Δω actuelle de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite vérifie la relation :

Û | (Χψ (Χψ

Dans laquelle ξ_ψ = φ_ηι- Φά désigne l’erreur de poursuite en lacet et Κψξψ est un gain du troisième module en boucle fermée.

Le troisième paramètre α_ψ de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Δω par rapport à l’angle de lacet mesuré φ_η est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la troisième commande actuelle Δω et l’angle de lacet mesuré xjj_m ont le même ordre de grandeur.

L’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ de l’angle de roulis observé xjj_m utilisé dans le troisième Modèle Ultra Local est de manière générale un entier non nul, de préférence égal à 1 ou 2, et de manière encore plus préféré égal à 2.

Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 1, la fonction de transfert du troisième correcteur est du premier ordre et souvent du type gain proportionnel.

Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 2, la fonction de transfert du troisième correcteur est du deuxième ordre et souvent du type gain-proportionnel ou gain-dérivateur, voire un PID (Proportionnel- IntégralDérivateur).

Suivant la Figure 15 et un troisième mode de réalisation 452 du système de contrôle de vol selon l’invention, dérivé du système de contrôle de vol 152 de la Figure 5, le deuxième régulateur de vitesse 116 est en particulier un deuxième régulateur de vitesse 466 qui comporte trois quatrième, cinquième, sixième dispositifs MFC SISO 472, 474, 476 de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour contrôler et asservir respectivement et de manière indépendante trois composantes de vitesse du drone 12 exprimées dans le premier repère 62 de référence lié au drone 12, et le troisième régulateur de position 118 est en particulier un troisième de régulation de position 486 qui comporte trois septième, huitième, neuvième dispositifs MFC SISO 492, 494, 496 de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour contrôler et asservir respectivement et de manière indépendante trois composantes de position du drone 12, exprimées dans le deuxième repère 64 de référence lié à la Terre.

Le quatrième dispositif MFC SISO 472 est configuré pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du quatrième dispositif MFC SISO la composante v_xm de vitesse mesurée selon l’axe avant du premier repère 62 lié au drone sur la composante v_xd de vitesse de consigne selon le même axe avant en tant que paramètre du quatrième dispositif MFC SISO, en déterminant une quatrième commande v_xc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe avant du premier repère 62 lié au drone en tant que variable de sortie du quatrième dispositif MFC SISO.

Le cinquième dispositif MFC SISO 474 est configuré pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du cinquième dispositif MFC SISO la composante v_ym de vitesse mesurée selon l’axe à droite du premier repère 62 lié au drone sur la composante v_yd de vitesse de consigne selon le même axe de droite en tant que paramètre du cinquième dispositif MFC SISO, en déterminant une cinquième commande v_yc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe de droite du premier repère 62 lié au drone en tant que variable de sortie du cinquième dispositif MFC SISO 474.

Le sixième dispositif MFC SISO 476 est configuré pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du sixième dispositif MFC SISO la composante v_zm de vitesse mesurée selon l’axe plancher du premier repère 62 lié au drone sur la composante v_yz de vitesse de consigne selon le même axe plancher en tant que paramètre du sixième dispositif MFC SISO, en déterminant une sixième commande v_zc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe plancher avant du premier repère lié au drone en tant que variable de sortie du sixième dispositif MFC SISO 476.

Le septième dispositif MFC SISO 492 est configuré pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du septième dispositif MFC SISO la composante x_m de position du drone 12 par rapport à la Terre mesurée selon l’axe Nord du deuxième repère inertiel 64 lié à la Terre sur la composante x_d de consigne de position du drone 12 par rapport à la Terre selon le même axe Nord en tant que paramètre du septième dispositif MFC SISO 492, en déterminant une septième commande v_xd de vitesse de consigne selon l’axe avant du premier repère 62 de référence lié au drone en tant que variable de sortie du septième dispositif MFC SISO.

Le huitième dispositif MFC SISO 494 est configuré pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du huitième dispositif MFC SISO la composante y_mde position du drone par rapport à la Terre, mesurée selon l’axe Est du deuxième repère inertiel 64 lié à la Terre sur la composante y_d de consigne de position du drone 12 par rapport à la Terre selon le même axe Est en tant que paramètre du huitième dispositif MFC SISO 494, en déterminant une huitième commande v_yd de vitesse de consigne selon l’axe de droite du premier repère 62 de référence lié au drone en tant que variable de sortie du huitième dispositif MFC SISO 494.

Le neuvième dispositif MFC SISO 496 est configuré pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du neuvième dispositif MFC SISO la composante z_m de position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe centre de la Terre du deuxième repère inertiel 64 lié à la Terre sur la composante z_d de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe centre Terre en tant que paramètre du neuvième dispositif MFC SISO 496, en déterminant une neuvième commande v_zd de vitesse de consigne selon l’axe plancher du premier repère 62 de référence lié au drone 12 en tant que variable de sortie du neuvième dispositif MFC SISO 496.

Il est à remarquer que :

.- lorsque le premier régulateur d’attitude 114 ou 154 comporte un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première Θ de l’angle de tangage, ladite dérivée première temporelle Θ de l’angle de tangage est acheminée au premier dispositif MFC SISO via une première liaison d’interconnexion, et .- lorsque le premier régulateur d’attitude 114 ou 154 comporte un deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première temporelle φ de l’angle de roulis, ladite dérivée première φ de l’angle de roulis est acheminée au deuxième dispositif MFC SISO via une deuxième liaison d’interconnexion, et .- lorsque le premier régulateur d’attitude 114 ou 154 comporte un troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première temporelle φ de l’angle de lacet, ladite dérivée première φ de l’angle de lacet est acheminée au troisième dispositif MFC SISO via une troisième liaison d’interconnexion.

De manière générale, un procédé de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe permettant une transition continue et stabilisée entre un décollage vertical et un vol de croisière horizontal ou entre un vol de croisière horizontal et un atterrissage vertical, utilise un drone comprenant :

.- une plateforme formée par un fuselage d’extension longitudinale et une paire d’ailes, gauche et droite, fixées symétriquement de part et d’autre du fuselage, et une paire d’hélices, gauche et droite, supportées respectivement en avant par l’aile gauche et l’aile droite en étant disposées symétriquement de part et d’autre du fuselage; et .- une paire de volets de déflexion, gauche et droit, supportés respectivement en leur bordure arrière par l’aile gauche et l’aile droite, en étant disposées symétriquement de part et d’autre du fuselage.

Le procédé de contrôle du vol dudit drone est configuré pour :

.- contrôler une première phase de vol stationnaire vertical et une deuxième phase de vol de croisière à l’horizontal, et .- à l’aide d’un premier régulateur de l’attitude du drone asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis <p_m, tangage 0_m et lacet ÿ_m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis <p_d, tangage 0_d et lacet ψ_ά /

Le procédé de contrôle du drone est caractérisé en ce qu’il comprend une étape au cours de laquelle un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie du premier régulateur d’attitude régule et asservit l’angle de tangage 0_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage 0_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif SISO MFC, en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif SISO MFC de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.

Suivant les Figures 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F, des performances d’un contrôle du vol d’un drone 12 convertible à voilure fixe, mis en œuvre par une configuration représentative et typique d’un système et procédé de contrôle selon l’invention, utilisant au minimum une commande sans modèle MCF à une entrée-une sorte SISO (en anglais « Single Input Single Output Model Free Control >> ) pour réguler l’attitude en tangage Θ, sont illustrées. Ces performances de contrôle de vol selon l’invention sont comparées aux performances d’un contrôle de vol classique tel que le procédé de contrôle, dénommée « régulation quadratique linéaire LQR planifiée >> (en anglais « Scheduled Linear Quadratic Regulator »). La Figure 15A illustre un exemple de trajectoire de vol de référence, typique d’une phase de transition entre un décollage vertical et un vol de croisière du drone, et le long de laquelle l’angle de tangage évolue depuis +90 degrés jusqu’à +10 degrés, tandis que les Figures 16B, 16C, 16D, 16E, 16F illustrent respectivement les performances du système en termes d’évolution temporelle de la vitesse avant, l’angle de tangage Θ, les vitesses de rotation des hélices en contrerotation, les angles de déflexion des volets de déflexion, et les perturbations des vents selon leurs composantes horizontale et verticale et z^. Les performances de stabilisation en angle de tangage illustrées sur la Figure 16C font apparaître que le procédé de régulation quadratique linéaire LQR planifiée n’est pas capable de traiter et répondre aux perturbations atmosphériques aussi bien que le système et le procédé de contrôle de vol. Toutefois, les deux systèmes de contrôle permettent d’assurer un vol stable vis à vis des variations du tangage depuis le vol stationnaire (0 = 90 degrés) jusqu’au vol avant (0 = 10 degrés). Dans le vol avant, une erreur statique dans la trajectoire de l’angle de tangage contrôlé par le procédé LQR est visible et entraîne des erreurs dans la vitesse avant comme illustré sur la Figure 16B, et dans le positionnement. Cela est particulièrement visible dans les trentièmes secondes de simulation lorsque les perturbations atmosphériques ont augmenté. La saturation de la vitesse de rotation des hélices est fixée à 1000 radians/s et la saturation de l’angle de déflection des volets est fixée à 30 degrés et les Figures 16D et 16E montrent que ces seuils ne sont pas atteintes.

La comparaison des deux stratégies de contrôle, LQR et MFC SISO, est évaluée par les deux tableaux I et II ci-dessous en termes de la racine carrée de l’erreur quadratique moyenne RMSE (en anglais « Root Mean Square Error) qui évalue l’erreur entre la référence de sortie désirée et la valeur mesurée.

Grandeur	LQR planifié	MFC	Unités SI
Angle de tangage (avec vent)	4,8131	3,2893	(°)
Vitesse avant (avec vent)	0,3170	0,2293	(m/s)

Tableau I : LQR vs MFC : RMSE - Vol stationnaire

Grandeur	LQR planifié	MFC	Unités SI
Angle de tangage (sans vent)	3,0646	1,5131	(°)
Vitesse avant (sans vent)	0,8699	1,4613	(m/s)
Angle de tangage (avec vent)	4,5357	2,7858	(°)
Vitesse avant (sans vent)	1,8349	1,4700	(m/s)

Tableau II : LQR vs MFC : RMSE - Vol de transition

En conséquence, le système de contrôle de vol et le procédé correspondant selon l’invention présentent des propriétés de rejection élevées vis-à-vis de vents présents à la fois pendant la phase verticale de vol stationnaire et la phase horizontale de vol, et pendant la phase de transition intermédiaire. Le système de contrôle de vol et le procédé correspondant selon l’invention permet de contrôler un système aérodynamique sans modèle en dépit de changements des coefficients aérodynamiques, causés par des variations en termes d’angle d’attaque et d’efficacité de commande. Les résultats de simulation montrent de meilleures performances du système de contrôle de vol selon l’invention concernant le contrôle d’attitude du drone avec ou sans présence de vents. Ainsi l’utilisation de modules de commandes sans modèle SISO permet grâce à leurs propriétés adaptatives le rejet des perturbations et le contrôle de drone dont le modèle aérodynamique n’est pas connu ou partiellement connu, le système de contrôle de vol et le procédé correspondant selon l’invention conviennent particulièrement à des drones de type « tail-sitters >>.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS

   1. Système de contrôle de vol d’un drone (12) convertible à voilure fixe permettant une transition continue et stabilisée entre un décollage vertical et un vol de croisière horizontal ou entre un vol de croisière horizontal et un atterrissage vertical,

   Le drone (12) comprenant :

   une plateforme (16) formée par une paire d’ailes fixes (22, 24), gauche et droite, fixées symétriquement et rigidement de part et d’autre d’un élément central solide (18) de raccordement, et une paire d’hélices (32, 34), gauche et droite, supportées respectivement en avant par l’aile gauche (22) et l’aile droite (24) en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide (18) de raccordement; et une paire de volets de déflexion (42, 44), gauche et droit, supportés respectivement en leur bordure arrière (46, 48) par l’aile gauche (32) et l’aile droite (34), en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide (18) de raccordement ;

   le système de contrôle comportant un premier régulateur (54 ; 114 ; 154) de l’attitude du drone (12) pour asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis <p_m, tangage 0_m et lacet ÿ_m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis φ_ά„ tangage B_d et lacet ip_d , et le système de contrôle étant caractérisé en ce que le premier régulateur d’attitude (54 ; 114 ; 154) comporte un premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de tangage B_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée (172) du premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage B_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée (174) du premier dispositif MFC SISO (162), en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit (42, 44), délivrée en une borne de sortie (176) du premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit (42, 44).
2. 2. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 1, dans lequel le premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :

   .* un premier estimateur (212) configuré pour estimer un premier paramètre F_e d’un premier Modèle Ultra Local, le premier estimateur (212) ayant une première première borne d’entrée (216) et une première deuxième entrée (218), connectées respectivement à la première borne d’entrée (172) du premier dispositif MFC SISO (162) pour recevoir l’angle de tangage observé 0_m et à la borne de sortie (176) du premier dispositif MFC SISO (162) pour recevoir la première commande δ_η actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit, et ayant une première première borne de sortie (220) pour fournir l’estimé Τ_θ du premier paramètre F_e, le premier Modèle Ultra Local décrivant localement sur un intervalle de temps limité la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé v_e de l’angle de tangage observé 0_m en fonction du paramètre F_e à estimer et de la première commande associé δ_η actuelle suivant l’équation :

   = Fe + ^ae ’ δ_η dans laquelle :

   α_θ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la première commande actuelle δ_η par rapport à l’angle de tangage 0_m mesuré de sorte que la première commande actuelle δ_η et l’angle de tangage 0_m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et .* un premier module de boucle fermé intelligent (214), ayant une première deuxième borne de sortie (232) connectée au drone (12) au travers de la borne de sortie (176) du premier dispositif MFC SISO (162) pour fournir la commande de déflexion δ_η réactualisée de déflexion symétrique des volets gauche et droit (42, 44), et ayant une première troisième borne d’entrée (234), une première quatrième borne d’entrée (236) et une première cinquième borne d’entrée (238) connectées respectivement à la première borne d’entrée (172) du premier dispositif MFC SISO (162) pour recevoir l’angle de tangage observé 0_m, à la deuxième borne d’entrée (174) du premier dispositif MFC SISO (162) pour recevoir l’angle de consigne de tangage 0_d à poursuivre et à la première première borne de sortie (220) du premier estimateur (212) pour recevoir l’estimée?^ du premier paramètre F_e du premier Modèle Ultra Local, le premier module de boucle fermée intelligent (214) comportant un premier correcteur (242) de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation ν_θ du premier Modèle Ultra Local et de gain Κ_θ, un premier différentiateur (244) d’ordre de dérivation v_e de l’angle de consigne de tangage B_d et un premier amplificateur (246) de gain 1/α_θ , et le premier estimateur (212) et le premier module de boucle fermée intelligent (214) sont configurés de sorte que la première commande δ_η actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :

   r_e , ej^Ve) + Κ_βξ_β ⁿ α_θ α_θ
3. 3. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 2, dans lequel le premier paramètre α_θ de mise à l’échelle de la première commande actuelle δ_η par rapport à l’angle de tangage 0_m mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la première commande actuelle δ_η et l’angle de tangage 0_m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle v_e de l’angle de tangage observé B_m utilisée dans le premier Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_θ est égal à 1, la fonction de transfert du premier correcteur est du premier ordre et du type gain proportionnel et lorsque l’ordre de la dérivée temporelle v_e est égal à 2, la fonction de transfert du premier correcteur (242) est du deuxième ordre et du type gain-proportionnel ou gain-dérivateur, voire un ProportionnelIntégral-Dérivateur.
4. 4. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, le premier régulateur d’attitude (54 ; 114 ; 154) comporte un deuxième dispositif MFC SISO (164) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de roulis , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée (182) du deuxième dispositif MFC SISO (164) de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de roulis <p_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée (184) du deuxième dispositif MFC SISO (164), en déterminant une deuxième commande Δ<5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit (42, 44), délivrée en une borne de sortie (176) du deuxième dispositif MFC SISO (164) de commande sans modèle et appliquée avec des signes différents sur lesdits volets gauche et droit (42, 44) en ajout de la première commande δ_η de déflection symétrique appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit (42, 44).
5. 5. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 4, dans lequel le deuxième dispositif MFC SISO (164) de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :

   .* un deuxième estimateur (312) configuré pour estimer un deuxième paramètre Ρ_φ d’un deuxième Modèle Ultra Local, le deuxième estimateur (312) ayant une deuxième première borne d’entrée (316) et une deuxième deuxième borne d’entrée (318), connectées respectivement à la première borne d’entrée (182) du deuxième dispositif MFC SISO (164) pour recevoir l’angle de roulis observé et à la borne de sortie (186) du deuxième dispositif MFC SISO (164) pour recevoir la deuxième commande Δ<5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit (42, 44), ayant une deuxième première borne de sortie (320) pour fournir l’estimé du deuxième paramètre Ρ_φ , le deuxième Modèle Ultra Local décrivant localement sur un intervalle de temps limité la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé ν_φ de l’angle de roulis observé en fonction du paramètre Ρ_φ à estimer et de la deuxième commande associée Δ<5 de actuelle suivant l’équation :

   = Ρφ + ^αφ ' Δδ dans laquelle :

   α_φ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle Δ<5 par rapport à l’angle de tangage mesuré de sorte que la deuxième commande actuelle Δ<5 et l’angle de roulis φ_η mesuré ont le même ordre de grandeur ; et .* un deuxième module de boucle fermé intelligent (314), ayant une deuxième deuxième borne de sortie (332)connectée au drone (12) au travers de la borne de sortie (186) du deuxième dispositif MFC SISO (164) pour fournir la deuxième commande Δ<5 réactualisée de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit (42, 44) , et ayant deuxième troisième borne d’entrée (334), une deuxième quatrième borne d’entrée (336) et une deuxième cinquième borne d’entrée (338) connectées respectivement à la première borne d’entrée (182) du deuxième dispositif MFC SISO (164) pour recevoir l’angle de roulis observé <p_m, à la deuxième borne d’entrée (184) du deuxième dispositif MFC SISO (164) pour recevoir l’angle de consigne de roulis <p_d à poursuivre et à la deuxième première borne de sortie (320) du deuxième estimateur (312) pour recevoir l’estimée Ρφ du deuxième paramètre Ρ_φ du deuxième Modèle Ultra Local, le deuxième module de boucle fermée intelligent (314) comportant un deuxième correcteur (342) de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation φ_θ du deuxième Modèle Ultra Local et de deuxième gain Κ_φ, un deuxième différentiateur (344) d’ordre de dérivation ν_φ de l’angle de consigne de roulis <p_d et un deuxième amplificateur (346) de gain 1/α_φ , et le deuxième estimateur (312) et le deuxième module de boucle fermée intelligent (314) sont configurés de sorte que la deuxième commande Δ<5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :

   AJ - S ^{+ Κψξψ} d<p (Χφ
6. 6. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 5, dans lequel le deuxième paramètre α_φ de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle Δ<5 par rapport à l’angle de roulis mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la deuxième commande actuelle Δ<5 et l’angle de roulis mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle ν_φ de l’angle de roulis observé utilisée dans le deuxième Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_φ est égal à 1, la fonction de transfert du deuxième correcteur est du premier ordre et du type gain proportionnel et lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 2, la fonction de transfert du deuxième correcteur (342) est du deuxième ordre et du type gain-proportionnel ou gain-dérivateur, voire un ProportionnelIntégral-Dérivateur.
7. 7. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le premier régulateur d’attitude (54 ; 114 ; 154) comporte un troisième dispositif MFC SISO (166) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de lacet , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée (192) du troisième dispositif MFC SISO (166) de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de lacet ip_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée (194) du troisième dispositif MFC SISO, en déterminant une troisième commande Δω de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite (32, 34), délivrée en une borne de sortie (196) du troisième dispositif MFC SISO (166) de commande sans modèle et appliquée avec un même signe sur les hélices gauche et droite (32, 34) en ajout des vitesses nominales respectives -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite (32, 34) correspondantes au cas d’un angle de lacet mesuré nul.
8. 8. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 7, dans lequel .- le troisième dispositif MFC SISO (166) de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :

   .* un troisième estimateur (412) configuré pour estimer un troisième paramètre d’un troisième Modèle Ultra Local, le troisième estimateur (412) ayant une troisième première borne d’entrée (416) et une troisième deuxième borne d’entrée (418), connectées respectivement à la première borne d’entrée (192) du troisième dispositif MFC SISO (166) pour recevoir l’angle de lacet observé et à la borne de sortie (196) du troisième dispositif MFC SISO (166) pour recevoir la troisième commande Δω de modification actuelle dans le même sens de rotation des vitesses de rotation nominales contre-rotatives des hélices gauche et droite (32, 34) , et ayant une troisième première borne de sortie (420) pour fournir l’estimé Ρψ du troisième paramètre Ρ_ψ , le troisième Modèle Ultra Local décrivant localement sur un intervalle de temps restreint la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé ν_ψ de l’angle de lacet observé en fonction du troisième paramètre Ρ_ψ à estimer et de la troisième commande associée Δω actuelle suivant l’équation :

   = Ρψ + α_ψ Δω dans laquelle :

   α_ψ est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Δω par rapport à l’angle de lacet mesuré de sorte que la troisième commande actuelle Δω et l’angle de lacet mesuré ont le même ordre de grandeur ; et .* un troisième module de boucle fermé intelligent (414), ayant une troisième deuxième borne de sortie (432) connectée au drone (12) au travers de la borne de sortie (196) du troisième dispositif MFC SISO (166) pour fournir la troisième commande Δω réactualisée de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite (32, 34), et ayant une troisième troisième borne d’entre (434), une troisième quatrième borne d’entrée (436) et une troisième cinquième borne d’entrée (438) connectées respectivement à la première borne d’entrée (192) du troisième dispositif MFC SISO (166) pour recevoir l’angle de lacet observé xp_m, à la deuxième borne d’entrée (194) du troisième dispositif MFC SISO (166) pour recevoir l’angle de consigne de lacet ψ_ά à poursuivre et à la troisième première borne de sortie (420) du troisième estimateur (412) pour recevoir l’estimée du troisième paramètre Ρ_ψ du troisième Modèle Ultra Local, le troisième module de boucle fermée intelligent (414) comportant un troisième correcteur (442) de système linéaire classique d’ordre égal à l’ordre de dérivation ν_ψ du troisième Modèle Ultra Local et de troisième gain Κ_ψ, un troisième différentiateur (444) d’ordre de dérivation ν_ψ de l’angle de consigne de lacet ψ_ά et un troisième amplificateur (446) de gain 1/α_ψ , et .- le troisième estimateur (412) et le troisième module de boucle fermée intelligent (414) sont configurés de sorte que la troisième commande Δω actuelle de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -ω_η , +ω_η des hélices gauche et droite (32, 34) vérifie la relation :

   Û | ⁺ (Χψ (Χψ
9. 9. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 8, dans lequel le paramètre α_ψ de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Δω par rapport à l’angle de lacet mesuré xp_m est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la troisième commande actuelle Δω et l’angle de lacet mesuré xp_m ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ de l’angle de roulis observé xp_m utilisée dans le troisième Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 1, la fonction de transfert du troisième correcteur est du premier ordre et du type gain proportionnel et lorsque l’ordre de la dérivée temporelle ν_ψ est égal à 2, la fonction de transfert du troisième correcteur est du deuxième ordre et du type gain-proportionnel ou gain-dérivateur, voire un Proportionnel- IntégralDérivateur.
10. 10. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le premier régulateur d’attitude (154) du drone comprend un convertisseur (198) configuré pour déterminer l’amplitude identique ω_η des vitesses de rotation nominales -ω_η , +<w_ndes hélices gauche et droite (32, 34) à partir d’une poussée de consigne Th_d du drone (12), fournie en une borne d’entrée (200) dudit convertisseur (198) et calculée en fonction de l’angle de tangage mesuré B_m , de la composante Nord et de la composante de bas d’une vitesse de consigne du drone.
11. 11. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre un deuxième régulateur (116; 466) de la vitesse du drone pour asservir respectivement, suivant une deuxième boucle de régulation de la vitesse du drone par rapport à la Terre, les composantes de ladite vitesse du drone v_xm , v_ym , v_zm , exprimées dans un premier repère lié au drone selon les directions vers l’avant, la gauche et un plancher du drone, et mesuré par un ou plusieurs capteurs de positionnement du drone par rapport à des composantes d’une vitesse de consigne du drone par rapport à la Terre, v_xd , Vyd > v_zd, exprimées dans le repère lié à la Terre selon les directions orientées vers le Nord, l’Est et le centre de la Terre, et un troisième régulateur (118 ; 468) de la position du drone par rapport à la Terre pour asservir respectivement suivant une troisième boucle de régulation de position, les composantes de la position du drone par rapport à la Terre x_m, y_m, z_m, exprimées dans un deuxième repère de référence (64) local lié à la Terre selon les directions orientées vers le Nord, l’Est et le centre de la Terre, et mesurées par un ou plusieurs capteurs du drone (12) , sur des composantes de consigne de la position du drone (12) par rapport à la Terre x_d, y_d, z_d , exprimées dans le deuxième repère (64) de référence lié à la Terre et correspondants à des trajectoires de référence souhaitées.
12. 12. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant en outre un module de mixage (12), configuré pour transformer trois commandes de sortie d’un deuxième régulateur de vitesse (116; 466) , reçues en premier port d’entrée (122) et formées par des composantes de consignes corrigées v_xc , v_yc , v_zc, de la vitesse du drone, exprimées dans le premier repère (62) lié au drone, en quatre signaux de consignes Th_d , <p_d , 0_d , ip_d délivrés au travers d’un premier port de sortie (124) du module de mixage (120) au premier régulateur d’attitude du drone(114 ; 154), et formées respectivement par une poussée résultante de consigne à exercer sur le drone (12), un angle de consigne de roulis, l’angle de consigne de tangage, un angle de consigne de lacet, ladite transformation étant effectuée à l’aide de l’angle des angles mesurées de roulis tangage et lacet, fournies en un deuxième port d’entrée du module de mixage, suivant les relations :

    Th_d — 6_m, v_xc, v_zc), et θά — fz(. d_m, v_xc, v_zc), et Φά ~ ίζ^Φην V_Xc > V_yc), θϊ ψά f^tyrri’Vyc >Vzc) /i(-)> ÆG), /3(-)- /i(·) désignant des première, deuxième, troisième et quatrième fonctions multi-variables prédéterminées.
13. 13. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 11, dans lequel le deuxième régulateur de la vitesse (466) du drone comporte :

    un quatrième dispositif MFC SISO (472) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du quatrième dispositif MFC SISO la composante v_xm de vitesse mesurée selon l’axe avant du repère lié au drone sur la composante v_xd de vitesse de consigne selon le même axe avant en tant que paramètre du quatrième dispositif MFC SISO, en déterminant une quatrième commande v_xc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe avant du repère lié au drone en tant que variable de sortie du quatrième dispositif MFC SISO , et un cinquième dispositif MFC SISO (474) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du cinquième dispositif MFC SISO la composante v_ym de vitesse mesurée selon l’axe droit du premier repère (62) de référence lié au drone sur la composante v_yd de vitesse de consigne selon le même axe droit en tant que paramètre du cinquième dispositif MFC SISO, en déterminant une cinquième commande v_yc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe droit du premier repère (62) de référence lié au drone en tant que variable de sortie du cinquième dispositif MFC SISO, et un sixième dispositif MFC SISO (476) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du sixième dispositif MFC SISO la composante v_zmde vitesse mesurée selon l’axe plancher du repère lié au drone sur la composante v_yz de vitesse de consigne selon le même axe plancher en tant que paramètre du sixième dispositif MFC SISO, en déterminant une sixième commande v_zc de correction de la vitesse de consigne selon l’axe plancher avant du repère lié au drone en tant que variable de sortie du sixième dispositif MFC SISO; et/ou le troisième régulateur de la position (468) du drone comporte :

    un septième dispositif MFC SISO (492) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du septième dispositif MFC SISO la composante x_m de position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe Nord d’un repère inertiel lié à la Terre sur la composante x_d de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe Nord en tant que paramètre du septième dispositif MFC SISO, en déterminant une septième commande v_xd de vitesse de consigne selon l’axe avant du premier repère (62) de référence lié au drone en tant que variable de sortie du septième dispositif MFC SISO, et .- un huitième dispositif MFC SISO (494) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du huitième dispositif MFC SISO la composante y_mde position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe Est d’un repère inertiel lié à la Terre sur la composante y_d de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe Est en tant que paramètre du huitième dispositif MFC SISO, en déterminant une huitième commande v_yd de vitesse de consigne selon l’axe de droite du premier repère (62) de référence lié au drone en tant que variable de sortie du huitième dispositif MFC SISO, et .- un neuvième dispositif MFC SISO (496) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du neuvième dispositif MFC SISO la composante z_m de position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe centre de la Terre du repère inertiel lié à la Terre sur la composante z_d de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe centre Terre en tant que paramètre du neuvième dispositif MFC SISO, en déterminant une neuvième commande v_zd de vitesse de consigne selon l’axe plancher du premier repère (62) de référence lié au drone en tant que variable de sortie du neuvième dispositif MFC SISO.
14. 14. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel :

    lorsque le premier régulateur d’attitude comporte un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première Θ de l’angle de tangage, ladite dérivée première Θ de l’angle de tangage est acheminé au premier dispositif MFC SISO via une première liaison d’interconnexion, et lorsque le premier régulateur d’attitude comporte un deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première φ de l’angle de roulis, ladite dérivée première φ de l’angle de roulis est acheminé au deuxième dispositif MFC SISO via une deuxième liaison d’interconnexion, et lorsque le premier régulateur d’attitude comporte un troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle et que le drone dispose d’un capteur de mesure de la dérivée première φ de l’angle de lacet, ladite dérivée première φ de l’angle de lacet est acheminée au troisième dispositif MFC SISO via une troisième liaison d’interconnexion.
15. 15. Procédé de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe permettant une transition continue et stabilisée entre un décollage vertical et un vol de croisière horizontal ou entre un vol de croisière horizontal et un atterrissage vertical, le drone comprenant :

    .- une plateforme formée par une paire d’ailes fixes (22, 24), gauche et droite, fixées symétriquement et rigidement de part et d’autre d’un élément central solide (18) de raccordement, et .- une paire d’hélices (32, 34), gauche et droite, supportées respectivement en avant par l’aile gauche (22) et l’aile droite (24) en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide (18) de raccordement ; et .- une paire de volets de déflexion (42, 44), gauche et droit, supportés respectivement en leur bordure arrière (46, 48) par l’aile gauche (32) et l’aile droite (34), en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide (18) de raccordement ;

    le procédé de contrôle étant configuré pour :

    .- contrôler une première phase de vol stationnaire vertical et une deuxième phase de vol de croisière à l’horizontal du drone (12), et .- à l’aide d’un premier régulateur de l’attitude du drone, asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis (p_m, tangage 0_m et lacet xp_m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis <p_d, tangage 0_d et lacet ψ_ά , le procédé de contrôle du drone étant caractérisé en ce qu’il comprend une étape au cours de laquelle un premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie du premier régulateur d’attitude régule et asservit l’angle de tangage 0_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage 0_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit.
16. 16. Drone convertible à voilure fixe, configuré pour mettre en œuvre une transition continue et stabilisée entre un décollage vertical et un vol de croisière horizontal ou entre un vol de croisière horizontal et un atterrissage vertical, et comprenant :

    .- une plateforme (16) formée une paire d’ailes fixes (22, 24), gauche et droite, fixées symétriquement et rigidement de part et d’autre d’un élément central solide (18) de raccordement, et .- une paire d’hélices (32, 34), gauche et droite, supportées respectivement en avant par l’aile gauche (22) et l’aile droite (24) en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide (18) de raccordement; et .- une paire de volets de déflexion (42, 44), gauche et droit, supportés respectivement en leur bordure arrière (46, 48) par l’aile gauche (22) et l’aile droite (24), en étant disposées symétriquement de part et d’autre de l’élément central solide (18) de raccordement ; et .- un système de contrôle de vol (52) configuré pour contrôler une première phase de vol stationnaire vertical et une deuxième phase de vol de croisière à l’horizontal, et comportant un premier régulateur de l’attitude (54 ; 114; 154) du drone pour asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis <p_m, tangage 0_m et lacet mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis <p_d, tangage 0_d et lacet ip_d , le drone étant caractérisé en ce que le premier régulateur d’attitude (54 ; 114 ;154) comporte un premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de tangage B_m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle, sur l’angle de consigne de tangage B_d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO (162), en déterminant une première commande δ_η de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit (46, 48).