WO2019238375A1 - System and method for controlling the flight of a fixed-wing convertible drone for providing a stabilised seamless transition between a vertical stationary flight and a horizontal cruise flight - Google Patents

System and method for controlling the flight of a fixed-wing convertible drone for providing a stabilised seamless transition between a vertical stationary flight and a horizontal cruise flight Download PDF

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WO2019238375A1
WO2019238375A1 PCT/EP2019/063323 EP2019063323W WO2019238375A1 WO 2019238375 A1 WO2019238375 A1 WO 2019238375A1 EP 2019063323 W EP2019063323 W EP 2019063323W WO 2019238375 A1 WO2019238375 A1 WO 2019238375A1
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WO
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drone
output
input
mfc
siso
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/063323
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French (fr)
Inventor
Jacson Miguel Olszanecki BARTH
Jean-Philippe CONDOMINES
Michel Fliess
Jean-Marc MOSCHETTA
Original Assignee
École Nationale De L'aviation Civile
Institut Supérieur De L’Aéronautique Et De L’Espace
Alien Sas
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/08Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G05D1/0858Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft specially adapted for vertical take-off of aircraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/02Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis vertical when grounded
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00Type of UAV
    • B64U10/20Vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/10Wings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2201/00UAVs characterised by their flight controls

Definitions

  • the present invention relates to a method for the automatic flight control of a convertible drone.
  • the present invention relates to a method for the automatic flight control of a convertible drone.
  • fixed wing allowing a continuous and stabilized transition between a vertical hover, in particular a vertical take-off or landing, and a cruise flight substantially horizontal.
  • the invention relates to a system and method for continuously monitoring the flight of the drone, in particular its attitude, and its stability during all phases of flight of the drone, in particular during a continuous transition phase.
  • Convertible fixed-wing drones are unmanned vertical take-off and landing (VTOL) and fixed-wing (in English "fixed wing”) unmanned aerial vehicles, which combine the advantages of an aircraft classic fixed wing and VTOL vertical takeoff and landing aircraft, namely the ability to take off and land vertically, high horizontal cruising flight speed and increased endurance.
  • the fixed-wing convertible drones allowing a continuous and stabilized transition between a vertical hover, in particular a vertical takeoff or landing, and a substantially horizontal cruise flight are the "tail-sitters".
  • a tail-sitter is defined as a vertical take-off and landing aircraft which takes off and lands vertically on its tailplane, then flips horizontally forward using differential thrust and / or control surfaces to reach a flight horizontal cruise.
  • a continuous transition phase between a vertical hover phase and a substantially horizontal cruise flight phase is defined as an intermediate transition phase of smooth, uninterruptible linkage and the use of a control system and method. different from that or those of the connected flight phases.
  • a convertible fixed-wing drone known to be a system nonlinear aerodynamics, must face very high angles of attack, often a wing in a partial state of stall and a rapid change of the moments of pitch.
  • a first technical problem is to make a system and a method for controlling the flight of a convertible fixed-wing drone more adaptive during the crossing of all its flight phases, including phase (s) of transition between a vertical hover and a substantially horizontal cruise flight, and to control the complex model of a drone with non-linear dynamics, unknown or partially known, without the need for knowledge of a global model describing the dynamic behavior of said drone.
  • a second technical problem is to increase by the system and the control method the rejection of disturbances, in particular aerodynamic, as well as faults of any type of actuator without knowing a global model of the drone describing the dynamic behavior of said drone, in particular its nonlinearities.
  • the invention relates to a flight control system of a convertible fixed-wing drone allowing a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a landing vertical, the drone comprising: a platform formed by a pair of fixed wings, left and right, fixed symmetrically and rigidly on either side of a solid central connecting element; and a pair of propellers, left and right, supported respectively in front by the left wing and the right wing while being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element; and a pair of deflection flaps, left and right, supported respectively at their rear edge by the left wing and the right wing, being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element.
  • the control system comprises a first regulator of the attitude of the drone for controlling, respectively according to a first loop for regulating the roll angles ⁇ p m , pitch 0 m and yaw i
  • the control system is characterized in that the first attitude regulator comprises a first MFC SISO control device without model at one input- an output to regulate and control the pitch angle 0 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first MFC SISO control device without model, on the pitch set angle 0 d provided as a parameter in a second input terminal of the first MFC SISO device, by determining a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, delivered in an output terminal of the first MFC SISO device for modelless and applied control with the same sign on said left and right flaps.
  • the flight control system of a convertible fixed-wing drone comprises one or more of the following characteristics:
  • the first modelless MFC SISO control device with one input-one output includes:
  • a first intelligent closed loop module having a first second output terminal connected to the UAV through the output terminal of the first device MFC SISO to provide deflection control a n updated symmetrical deflection of the left and right shutters, and having a first third input terminal, a first fourth terminal input and a first fifth input terminal respectively connected to the first input terminal of the first MFC SISO device to receive the observed pitch angle G m , to the second input terminal of the first MFC SISO device to receive the pitch setpoint angle q ⁇ to be continued and at the first first output terminal of the first estimator to receive the estimate of the first parameter F e of the first Ultra Local Model, the first intelligent closed loop module comprising a first corrector of classical linear system of order equal to the derivation order n q of the first Ultra Local Model and gain K q , a first derivation order differentiator n q of the pitch setpoint angle q ⁇ and a first amplifier gain 1 / a q , and
  • the first estimator and the first intelligent closed loop module are configured so that the first control current d h symmetrical deflection of the left and right flaps satisfies the relationship:
  • the first parameter a q of scaling of the first current command d h relative to the pitch angle 9 m measured is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the first current command d h and the pitch angle 6 m measured have the same order of magnitude; and / or the order of the time derivative n q of the observed pitch angle 6 m used in the first Ultra Local Model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2, and / or when the order of the time derivative n q is equal to 1, the transfer function of the first corrector is of the first order and of the proportional gain type and when the order of the time derivative n q is equal to 2, the transfer function of the first corrector is of the second order and of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a Proportional- Integral- Diverter;
  • the first attitude controller comprises a second MFC SISO control device without model with one input-one output for regulating and controlling the roll angle ⁇ p m , measured at the output of the drone by one of its sensors and provided as a first input terminal of the second device model MFC without control SISO on the f roll set angle provided as a parameter to a second input terminal of the second device MFC SISO, determining a second D5 command from antisymmetric deflection of the left and right flaps, delivered to an output terminal of the second MFC SISO control device without model and applied with different signs on said left and right flaps in addition to the first symmetrical deflection command d h applied with the same sign on said left and right flaps;
  • the second MFC SISO control device without model at one input-one output includes:
  • a second intelligent closed loop module having a second second output terminal connected to the drone through the output terminal of the second MFC SISO device to provide the second updated Ad command for asymmetric deflection of the left and right flaps, and having second third input terminal, a second fourth input terminal and a second fifth input terminal respectively connected to the first input terminal of the second MFC SISO device to receive the observed roll angle (p m , at the second input terminal of the second MFC SISO device to receive the roll setpoint angle ⁇ p d to be continued and at the second first output terminal of the second estimator to receive the estimate F ⁇ of the second parameter F ⁇ of the second Ultra Local Model
  • the second intelligent closed-loop module comprising a second conventional linear system corrector of order equal to the derivation order f q of the second Ultra Local Model and of second gain k f , a second differentiator order of derivation n f of the roll setpoint angle ⁇ p d and a second gain amplifier> ®t
  • the second estimator and the second intelligent closed loop module are configured so that the current second command D5 for asymmetric deflection of the left and right flaps checks the relationship:
  • the second parameter a f of scaling of the second current command D5 relative to the measured roll angle ⁇ p m is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the second current command Dd and the roll angle ⁇ p m measured have the same order of magnitude; and / or the order of the time derivative n f of the observed roll angle (p m used in the second
  • Ultra Local model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2; and / or when the order of the time derivative n f is equal to 1, the transfer function of the second corrector is of the first order and of the proportional gain type and when the order of the time derivative is equal to 2, the transfer function of the second corrector is of the second order and of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a Proportional- Integral-Diverter;
  • the first attitude regulator includes a third MFC SISO model-free control device with one input-one output to regulate and control the yaw angle xj m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied in a first input terminal of the third MFC SISO control device without model, on the yaw set point angle ⁇ supplied as a parameter in a second input terminal of the third MFC SISO device, by determining a third control Dw of modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of rotation and of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers, delivered in an output terminal of the third MFC SISO device for control without model and applied with the same sign on the left and right propellers in addition to the respective nominal speeds -w h , + w h of the left and right propellers corresponding to the case of a measured yaw angle xjj m zero;
  • the third MFC SISO control device without model at one input-one output includes:
  • a third estimator configured to estimate a third parameter F y of a third Ultra Local Model, the third estimator having a third first input terminal and a third second input terminal, connected respectively to the first input terminal of the third MFC SISO device to receive the observed yaw angle ip m and to the output terminal of the third MFC SISO device to receive the third command Dw for current modification in the same direction of rotation of the counter-rotating nominal rotation speeds of the propellers left and right, and having a third first output terminal to provide the estimate F of the third parameter F ⁇
  • the third Ultra Local Model describing locally over a time interval restricts the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order of the observed yaw angle ip m as a function of the third parameter y to be estimated and of the third associated command Dw current according to the equation: Dw in which is a predetermined scaling parameter of the third current command Dw with respect to the yaw angle i / j m measured so that the third current command
  • a third intelligent closed loop module having a third second output terminal connected to the drone through the output terminal of the third MFC SISO device to provide the third updated Dw command for modification in the same direction of rotation of rotation speeds counter-rotating nominal and of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers, and having a third third input terminal, a third fourth input terminal and a third fifth input terminal respectively connected to the first input terminal of the third MFC SISO device for receiving the observed yaw angle x m , at the second input terminal of the third MFC SISO device for receiving the yaw setpoint angle y ⁇ to be continued and at the third first output terminal of the third estimator to receive the estimate Fp of the third parameter F ⁇ of the third Ultra Local Model, the third module of goat the closed closed with a third classic linear system corrector of order equal to the derivation order of the third Ultra Local Model and of third gain Ky, a third differentiation of bypass order the yaw setpoint angle y
  • the third estimator and the third intelligent closed loop module are configured so that the current third command Dw for modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of the same amplitude -w h , + w h of the propellers left and right check the relationship:
  • the scaling parameter a y of the third current command Dw relative to the measured yaw angle ip m is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the third current command Dw and the measured yaw angle ip m have the same order of magnitude; and / or the order of the time derivative of the observed roll angle ip m used in the third
  • Ultra Local model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2, and / or when the order of the time derivative is equal to 1, the transfer function of the third corrector is of the first order and of the proportional gain type and when the order of the time derivative is equal to 2, the transfer function of the third corrector is of the second order and of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a Proportional- Integral-Diverter;
  • the first attitude regulator of the drone comprises a converter configured to determine the identical amplitude w h of the nominal rotation speeds -w h , + o1 ⁇ 2 of the left and right propellers from a reference thrust Th d of the drone , supplied as an input terminal of said converter and calculated as a function of the pitch angle measured 9 m , of the North component and of the bottom component of a set speed of the drone;
  • the drone flight control system furthermore comprises: a second regulator of the speed of the drone for slaving respectively, according to a second loop of regulation of the speed of the drone relative to the Earth , the components of said drone speed v xm , v ym , v zm , expressed in a reference linked to the drone according to the directions to the front, to the left and to a floor of the drone, and measured by one or more sensors for positioning the drone relative to components of a target speed of the drone relative to the Earth, v xd , v yd , v zd , expressed in the reference frame linked to the Earth in the directions oriented towards the North, the East and the center of the Earth; and a third regulator of the position of the drone relative to the Earth in order to control respectively according to a third loop of position regulation, the components of the position of the drone relative to the Earth x m , y m , z m , expressed in a local terrestrial coordinate system according to the
  • the drone flight control system further comprises a mixing module, configured to transform three output commands from a second cruise control, received at the first input port and formed by setpoint components corrected v xc , v yc , v zc , of the speed of the drone, expressed in the first reference linked to the drone, in four setpoint signals Th d , ⁇ p d , q a , ip d delivered through from a first output port of the mixing module to the first attitude regulator of the drone, and formed respectively by a resulting setpoint thrust to be exerted on the drone, a roll setpoint angle, the pitch setpoint angle, a yaw setpoint angle, said transformation being carried out using the angle of the measured pitch and yaw roll angles, supplied in a second input port of the mixing module, according to the relationships:
  • the second speed regulator of the drone comprises: a fourth MFC SISO device for modelless control at one input-one output to regulate and enslave as input variable of the fourth MFC SISO device the component v xm of speed measured along the front axis of the reference linked to the drone on the component v xd of set speed along the same front axis as as a parameter of the fourth MFC SISO device, by determining a fourth command v xc for correcting the target speed along the front axis of the reference frame linked to the drone as output variable of the fourth MFC SISO device; and a fifth MFC SISO device for control without a model at one input-one output for regulating and controlling as input variable of the fifth MFC SISO device the component v ym of speed measured along the right axis of the first linked reference frame to the drone on the component v yd of target speed along the same right axis as a parameter of the fifth MFC SISO device, by determining a fifth command v yc of correction of
  • a seventh MFC SISO device for modelless control at one input-one output for regulating and slaving as input variable of the seventh MFC SISO device the component x m of position of the drone relative to the Earth measured along the North axis of an inertial reference linked to the Earth on the component x d of the position setpoint of the drone relative to the Earth along the same North axis as a parameter of the seventh device MFC SISO, by determining a seventh command v xd of target speed along the front axis of the first reference frame linked to the drone as output variable of the seventh MFC SISO device; and an eighth model-free MFC SISO control device with one input-one output to regulate and slave the input variable of the eighth MFC SISO device to the component y m of position of the drone relative to the Earth measured along the east axis of an inertial reference frame linked to the Earth on the component y d of reference position of the drone relative to the Earth along the same east axis
  • the first attitude controller includes a first MFC SISO control device without model and the drone has a sensor for measuring the first Q derivative of the pitch angle
  • said first Q derivative of the angle pitch is routed to the first MFC SISO device via a first interconnection link
  • the first attitude regulator includes a second MFC SISO device for control without model and the drone has a sensor for measuring the first derivative f of the roll angle
  • said first derivative f of the roll angle is routed to the second MFC SISO device via a second interconnection link
  • the first attitude controller comprises a third MFC SISO device for controlling without model and the drone has a sensor measuring the first derivative of the yaw angle
  • said first derivative of the yaw angle is routed to the tr third MFC SISO device via a third interconnection link.
  • the invention also relates to a flight control method for a convertible fixed-wing drone allowing a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing, the drone comprising: a platform formed by a pair of fixed wings, left and straight, symmetrically and rigidly fixed on either side of a solid central connecting element; and a pair of propellers, left and right, supported respectively in front by the left wing and the right wing while being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element; and a pair of deflection flaps, left and right, supported respectively at their rear edge by the left wing and the right wing, being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element.
  • the control method is configured to: control a first phase of vertical hovering flight and a second phase of cruising flight horizontal to the drone; and using a first regulator of the attitude of the drone, slaving respectively according to a first loop for regulating the roll angles f th , pitch 0 m and yaw xf m , measured by one or more sensors of the drone, on roll setpoint angles f a , pitch 9 d and yaw xp d .
  • the method of controlling the drone is characterized in that it comprises a step during which a first MFC SISO device for control without a model at an input-an output of the first attitude controller regulates and controls the pitch angle 0 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first MFC SISO control device without model, on the pitch setpoint angle q ⁇ supplied as a parameter in one second input terminal of the first MFC SISO device, by determining a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, delivered at an output terminal of the first MFC SISO device of control without model and applied with the same sign to said left and right shutters.
  • the invention also relates to a convertible fixed-wing drone, configured to implement a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing.
  • the drone includes:
  • a flight control system configured to control a first phase of vertical hovering flight and a second phase of horizontal cruising flight, and comprising a first regulator of the attitude of the drone to enslave respectively according to a first loop of regulation of roll angles f th , pitch 0 m and yaw xf m , measured by one or more drone sensors, on roll set angles f a , pitch 9 d and yaw ip d .
  • the drone is characterized in that the first attitude regulator comprises a first MFC SISO device for modelless control at an input-an output for regulating and controlling the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied in a first input terminal of the first MFC SISO device for control without model, on the pitch setpoint angle q ⁇ supplied as a parameter in a second input terminal of the first MFC SISO device, by determining a first symmetrical deflection control d h of the left and right flaps, delivered to an output terminal of the first MFC SISO control device without model and applied with the same sign to said left and right flaps.
  • the first attitude regulator comprises a first MFC SISO device for modelless control at an input-an output for regulating and controlling the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied in a first input terminal of the first MFC SISO device for control without model, on the pitch setpoint angle q ⁇ supplied as a parameter in a second input terminal of
  • FIG. 1 is a view of a typical flight performed by a convertible fixed-wing drone according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of an aerodynamic structure typical of a convertible fixed-wing drone according to the invention
  • Figures 3A and 3B are views of the reference marks used for the control of a typical flight of the drone according to Figure 2 and of the orientations chosen to define the directions of rotation in roll attitude angles f, pitch Q and lace y
  • Figure 4 is a view of the architecture of a first embodiment of a control system according to the invention of the flight of a drone such as that of Figure 2;
  • FIG. 5 is a view of the architecture of a second embodiment of a flight control system of a drone of Figure 2, derived from the first embodiment, in which the attitude controller has three MFC SISO model-free control devices at one input-one output to control and enslave the roll, pitch and yaw of the drone respectively and independently;
  • FIG. 6 is a view of the general architecture of the first model-free MFC SISO control device at one input-one output, forming part of the first attitude controller in all the configurations of the flight control device according to the invention, and configured to regulate the pitch angle Q using a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, applied with the same sign to said left and right flaps;
  • FIG. 7 is a view of the effects of the first flap deflection control d h applied to each of the flaps with the same sign by the first MFC SISO device;
  • FIG. 8 is a detailed view of the architecture of the first MIS SISO device of Figure 6 in which are detailed the architectures of a first estimator of the parameter F e of a first Ultra Local Model and of a first module closed loop;
  • FIG. 9 is a view of the general architecture of a second MFC SISO modelless control device at one input-one output, forming part of the attitude controller detailed in Figure 5, and configured to regulate the roll angle f using a second command D5 for asymmetric deflection of the left and right flaps, applied with different signs to said left and right flaps;
  • FIG. 10 is a view of the effects of the second control D5 of deflection of the shutters applied to each of the shutters with an opposite sign by the first MFC SISO device;
  • FIG. 11 is a detailed view of the architecture of the second MFC SISO device of Figure 9 in which the details are architectures of a second parameter estimator a second Ultra Local Model and a second intelligent closed loop module;
  • Figure 12 is a view of the general architecture of a third MFC SISO modelless control device at one input-one output, part of the first attitude controller detailed in Figure 5, and configured to regulate the angle yaw y using a third command Dw for modification in the same direction of rotation of nominal, counter-rotating speeds of the same amplitude, -w h and + w h applied to the left and right propellers;
  • Figure 13 is a set of two views, left and right, of the effects of the third command Dw for corrections of the counter-rotating nominal rotational speeds -w h and + w h applied to the left and right propellers by the third MFC SISO device , respectively in the case where the yaw angle is zero and in the case where the yaw angle is non-zero;
  • Figure 14 is a detailed view of the architecture of the third MIS SISO device of Figure 12 in which are detailed the architectures of a third first parameter estimator a third Ultra Local Model and a third closed loop module;
  • Figure 15 is a view of a third embodiment of the flight control system of a drone of Figure 2, derived from the second embodiment, in which the speed regulator and the position regulator each comprise three devices MFC SISO modelless control with one input - one output to independently control and slave three speed components and three position components respectively.
  • Figures 1 6A, 16B, 16C, 16D, 1 6E, 1 6F are views of the performance of the flight control of a convertible fixed-wing drone implemented by the method and the modelless MFC control system according to the invention, by comparing them to the performances of a planned linear quadratic regulation LQR, Figure 1 6A illustrating an example of reference flight trajectory, and Figures 1 6B, 16C, 1 6D, 16E, 1 6F, respectively illustrating the performances of the system in terms of the time revolution evaluation of the forward speed, the pitch angle Q, the rotational speeds of the propellers in counter-rotation, the deflection angles of the flaps
  • the system and the corresponding drone control process are based on the MFC (Model-Free Control) or intelligent PID approach, described for example in the document by Michel Fliess, Cédric Join entitled " Model-free control ”and published in International of Control 86 (12), pp. 2228-2252, 2013
  • This approach is based on local modeling, that is to say constantly updated from the sole knowledge of the input-output behavior of the drone and allows to control a complex model with non-linear dynamics, unknown or partially known. , without the need for knowledge of a global model describing the behavior of the system.
  • control without an MFC model has the advantage of rejecting disturbances as well as actuator type faults (inconsistency between the actuator control and the response at their output). This intrinsic capacity reduces the delays in reaction often linked to late decision-making from diagnostic modules.
  • the flight control system according to the invention is broken down into SISO subsystems with one input - one output (in English Single Input - Single Output) or the control algorithm without MFC model is applied to each of them.
  • the modelless control algorithm is configured to compensate for both time varying disturbances and unmodeled dynamics of the drone as a system responding to flight commands in the transition phase that the return controller fails to manage.
  • the control system and method according to the invention comprise and implement three nested control loops with real-time estimation, which control the speed, position and attitude of the drone, the attitude including yaw, pitch and roll, and in a related way the thrust.
  • a typical flight 10 of a convertible fixed-wing drone 12 comprises here, four flight modes or phases numbered from 1 to 4: a first mode 1 of vertical takeoff, a second mode 2 of transition flight, a third mode 3 of horizontal forward flight and a fourth hovering mode (in English "hovering"), followed successively along a predetermined reference trajectory 14.
  • a transition flight phase is a flight phase which allows the passage between a vertical take-off or vertical landing or hovering phase and a cruise flight phase substantially at 'horizontal.
  • the convertible fixed-wing drone 12 is configured to implement a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing.
  • the drone 12 according to the invention comprises:
  • .- a platform 16 formed by a fuselage 18 of longitudinal extension and a pair of wings 22, 24, left and right, symmetrically fixed on either side of the fuselage 16, and
  • .- a pair of propellers 32, 34, left and right, supported respectively in front by the left wing 22 and the right wing 24 being arranged symmetrically on either side of the fuselage 16;
  • a flight control system 52 on board and configured to continuously control a first phase of vertical hovering flight and a second phase of horizontal cruise flight, and comprising a first attitude regulator 54 of the drone to control in a continuous manner respectively according to a first regulation loop of the roll angles f th , pitch 0 m and yaw xf m , measured by one or more sensors of the drone, on roll set angles f a , pitch 9 d and lace x d .
  • the first attitude controller 54 includes a first device
  • MFC SISO model-free control at one input-one output to regulate and control the pitch angle 0 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first SISO MFC device without model, on the pitch setpoint angle q ⁇ supplied as a parameter at a second input terminal of the first MFC SISO device, by determining a first symmetrical deflection d h command of the left and right flaps, delivered at an output terminal of the first MFC SISO control device without model and applied with the same sign to said left and right flaps.
  • the fuselage is replaced by a solid central element, on either side of which the fixed wings 22, 24, left and right, of the platform are fixed symmetrically and rigidly.
  • control system 52 of the flight of the drone 12 according to the invention uses two reference marks or coordinate systems, identical to those used in conventional aircraft.
  • a first reference frame 62 is a frame linked to the body, that is to say to the platform of the drone, defined by a triplet of axes or directions, noted (, j3 ⁇ 4, 3 ⁇ 4) in which respectively represent the frontal direction, the direction to the right, the direction to the floor of the drone.
  • a second reference frame 64 is a terrestrial inertial frame linked to the Earth, defined by a triplet of axes ⁇ x,, 3 ⁇ 4) in which x e * , represent respectively the direction towards the North, the direction towards the East and the direction downwards, ie towards the center of the Earth.
  • the angles of attitude of the drone 12 are the angles noted f, q, y, of roll, the pitch and the yaw, defined respectively as the angles of rotation of the drone around the axes, j3 ⁇ 4, the aerodynamic forces which act on the drone 12 are the lift and the drag, designated respectively by the vectors L and D.
  • the gravitational force acting on the drone 12 is represented by the vector W.
  • the angle of attack a and the angle of the flight path y which describes whether the drone goes up or down are also represented.
  • FIG. 3B the directions of orientation chosen for the angles of roll, pitch and yaw attitude, as well as those of the angles of deflection of the left and right flaps are shown.
  • the flight control system 102 of the drone 12 comprises three control loops nested with a real-time estimate, configured to control the attitude of the drone 12 following a first loop 104, the speed of the drone following a second loop 106 and the position of the drone following a third loop 108.
  • the first attitude control loop 104 is nested in the second speed control loop 106, itself nested in the third loop 108 for controlling the position of the drone.
  • the drone flight control system 102 here includes:
  • a first regulator 114 of the attitude of the drone 12 configured to enslave respectively according to the first regulation loop 104 of the roll angles f th , pitch 0 m and yaw xf m , expressed relative to the first reference frame 62 of linked reference the UAV 12 and measured by one or more first (s) sensor (s) of the UAV 12 on the roll set angles f a, d and pitch 9 are yaw; and
  • a second regulator 116 of the speed of the drone 12 configured to slave respectively, according to the second loop 106 of regulation of the speed of the drone 12 relative to the Earth, the components of said speed of the drone v xm , v ym , v zm , expressed in the first reference frame 62 of reference linked to the drone in the directions forward, to the right and to a floor of the drone, and measured by one or more second (s) positioning sensor (s) of the drone 12, on components of a target speed of the drone relative to the Earth, v xd , v yd , v zd , expressed in the first reference frame 62 of reference linked to the drone; and
  • a third regulator 118 of the position of the drone 12 relative to the Earth in order to enslave respectively according to the third position regulation loop the components of the position of the drone 12 relative to the Earth x m , y m , z m , expressed in the second reference frame 64 linked to the Earth and measured by the drone's second sensor (s), on setpoint components of the position of the drone relative to the Earth x d , y d , z d , expressed in the second reference frame 64 linked to the Earth and corresponding to desired reference paths.
  • the first attitude regulator 114 of the drone 12 is configured to deliver to the drone 12:
  • the second speed regulator 116 of the drone 12 is configured to deliver to the drone 12:
  • a sixth command v zc for correcting the reference speed v zd along the front floor axis of the first reference 62 linked to the drone.
  • the third speed regulator 116 of the drone 12 is configured to deliver to the drone 12:
  • the flight control system 102 of the drone 12 also includes a mixing module 120, configured to transform the fourth, fifth and sixth output commands v xc , v yc , v zc , of the second regulator 116, received in a first port d 'input 122, in the four set signals f a , 9 d , xp d , Th d of roll, pitch, yaw and resulting thrust to be exerted on the drone, and delivered through a first output port 124 from the mixing module 120 to the first regulator 114 of attitude of the drone, the transformation being carried out using the measured angles ⁇ p m , 9 m , ip m of roll pitch and yaw, provided in a second input port 126 of the mixing module 120, according to the relationships: ⁇ designating first, second, third and fourth predetermined multivariate functions.
  • the first sensor or sensors for measuring the attitude angles of roll, pitch and yaw are for example gyros or an inertial unit.
  • the second sensor or sensors for measuring the speed and position of the drone are, for example, a global positioning satellite receiver of the GPS or GALILEO type, or a set of accelerometers.
  • the first attitude regulator 54 or 114 comprises a first MFC SISO device for controlling a model without an input-an output for regulating and controlling the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first SISO MFC control device without model, on the pitch setpoint angle q ⁇ supplied as a parameter at a second terminal input of the first SISO MFC device, by determining a first symmetrical deflection d h command of the left and right flaps, delivered to an output terminal of the first SISO MFC control device without model and applied with the same sign to said left flaps and right.
  • the flight control system has no third drone position regulator 118.
  • the flight control system does not have a third position regulator 118 and a second speed regulator 116 of the drone.
  • the first attitude regulator of the control system does not implement a roll control measured ⁇ p m over a roll set angle f a .
  • the first attitude regulator of the control system does not implement yaw control measured xj m over a yaw reference angle y a .
  • the first attitude regulator of the control system does not implement or measure roll control ⁇ p m on a roll setpoint angle f a , nor of yaw control measured xj m on a yaw setpoint angle xp d .
  • attitude regulator 154 of the drone which comprises three first, second, third MFC SISO 162, 164, 166 control devices without a model at an input-an output to control and enslave respectively the pitch Q, the roll f and the yaw y of the drone 12.
  • the first MFC SISO 162 model-free control device with one input-one output is configured to regulate and control the pitch angle measured 9 m , measured by one of the first drone sensors 12 and supplied with a first input terminal 172 of the first SISO MFC 162 control device without model, on the pitch setpoint angle q ⁇ supplied as a parameter in a second input terminal 174 of the first SISO MFC 162 device, by determining a first deflection command d h symmetrical of the left and right flaps, delivered in an output terminal 176 of the first SISO 162 MFC control device without model and applied with the same sign on said left and right flaps.
  • the second model-free MFC SISO 164 device with one input-one output is configured to regulate and control the roll angle ⁇ p m , measured by one of the first sensors of the drone 12 and supplied with a first input terminal 182 of the second SISO MFC 164 control device without model, on the roll setpoint angle ⁇ p d supplied as a parameter at a second input terminal 184 of the second SISO MFC 164 device, by determining a second deflection command D5 antisymmetric of the left and right flaps, delivered in an output terminal 186 of the second MFC SISO 164 control device without model and applied with different signs on said left and right flaps in addition to the first symmetrical deflection command d h applied with the same sign on said left and right flaps.
  • the third MFC SISO 166 model-free control device with one input-one output is configured to regulate and control the yaw angle ip m , measured by one of the first sensors of the drone 12 and supplied with a first input terminal 192 of the third SISO MFC 166 device control without template, on the yaw angle setpoint are provided as a parameter to a second input terminal 194 of the third device SISO MFC 166, determining a third control Dw change in the same speed of rotation of counter-rotating nominal rotation and of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers, supplied as an output terminal 196 of the third SISO MFC 166 control device without model and applied with the same sign on the left propellers and right by adding the respective nominal speeds -w h , + w h of the left and right propellers corresponding to the case of a measured yaw angle xp m zero.
  • the first attitude regulator of the drone 154 further comprises here a converter 198, configured to determine the identical amplitude w h of the nominal rotational speeds. , ⁇ w r of the left and right propellers from a set thrust Th d of the drone, supplied at an input terminal 200 of said converter 198 and calculated as a function of the pitch angle measured 0 m , of the component before v xc and of the floor component v xz of corrected reference speed expressed in the first reference frame 62 of the drone 12.
  • the amplitude w h common of the nominal counter-rotating speeds of the left and right propellers is provided in all drone cases regardless of the architecture of the control system.
  • the first attitude controller does not use an MFC SISO device to implement the roll regulation.
  • the first attitude controller does not use an MFC SISO device to implement yaw regulation.
  • the first MFC SISO model-free control device with one input-one output, forming part of the first attitude controller in all the configurations of the flight control device according to the invention is configured to regulate the angle of pitch Q using a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, applied with the same sign to said left and right flaps, the effects of a first command d h of symmetrical deflection of the left flaps and right, applied with the same sign on said left and right flaps being illustrated in Figure 7 with the convention of an angular orientation of d h negative when the pitch angle is positive and the drone in an ascending phase.
  • the first model-free MFC 162 SISO device with one input-one output comprises a first estimator 212 and a first intelligent closed loop module 214.
  • the first estimator 212 is configured to estimate a first parameter F e of a first Ultra Local Model, and comprises a first first input terminal 216 and a first second input 218 connected respectively to the first input terminal of the first SISO device MFC for receiving the observed pitch angle 0 m and the output terminal of the first MFC SISO device for receiving the first command current h symmetrical deflection of the left and right flaps, and comprises a first first output terminal 220 to provide the estimate of the first parameter F e .
  • the first Ultra Local Model describes locally over a limited time interval the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order n q of the pitch angle observed 0 m as a function of the parameter F e to be estimated and of the first associated command d h actual according to the equation:
  • a q is a predetermined parameter for scaling the first current command d h relative to the pitch angle 0 m measured so that the first current command d h and the pitch angle 0 m measured have the same order of magnitude.
  • the first smart closed loop module 214 includes a first second output terminal 232, connected to the UAV 12 via the output terminal 176 of the first device MFC SISO 162 to provide deflection control a n updated symmetrical deflection of left shutters and straight, and comprises a first third input terminal 234, a first fourth input terminal 236 and a first fifth input terminal 238, connected respectively to the first input terminal 172 of the first MFC SISO device 162 for receiving the observed pitch angle G m , at the second input terminal 174 of the first SISO MFC 162 device to receive the pitch set angle q ⁇ to be continued and the first first output terminal 220 of the first estimator 212 to receive the estimate F g of the first parameter F e of the first Ultra Local Model.
  • the first intelligent closed loop module 214 comprises a first corrector 242 of a conventional linear system of order equal to the derivation order n q of the first Ultra Local Model and of gain K q , a first derivation order differentiator n q of the pitch setpoint angle 9 d and a first gain amplifier 1 / a q .
  • the first estimator 212 and the first loop closed module 214 are configured so that the first control current d h symmetrical deflection of the left and right flaps satisfies the relationship:
  • the first parameter a q of scaling of the first current command d h with respect to the pitch angle 9 m measured is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the first current command d h and the measured pitch angle 9 m have the same order of magnitude.
  • the order of the time derivative n q of the observed pitch angle 9 m used in the first Ultra Local Model is generally a non-zero integer, preferably equal to 1 or 2, and even more preferably equal to 2.
  • the transfer function of the first corrector is of the first order and often of the proportional gain type.
  • the transfer function of the first corrector is of the second order and often of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a PID (Proportional- Integral- Derivator).
  • the second MFC SISO 164 device for modelless control at one input-one output when it is part of the first attitude controller as for example in the second embodiment of the flight control device according to l invention is configured to regulate the roll angle f using a second D5 control antisymmetric deflection of the left and right flaps, applied with different signs on said left and right flaps in addition to a possible first command d h of symmetrical deflection applied with the same sign on said left and right flaps, the effects of a second D5 anti-asymmetric deflection control applied alone with different signs on the left and right flaps being illustrated in Figure 10 with the orientations of the deflection angles of the left and right flaps corresponding to a roll tilt f to the right.
  • the second MFC SISO 164 control device without model with one input-one output comprises a second estimator 312 and a second intelligent closed loop module 314.
  • the second estimator 312 is configured to estimate a second parameter F ⁇ of a second Ultra Local Model, and comprises a second first input terminal 316 and a second second input terminal 318 connected respectively to the first input terminal of the second MFC SISO 164 device to receive the observed roll angle ⁇ p m and at the output terminal of the second MFC SISO 164 device to receive the current second D5 command for asymmetric deflection of the left and right flaps, and includes a second first terminal output 320 to provide the estimate of the second parameter F ⁇ .
  • Ultra Local describes locally over a limited time interval the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order n f of the observed roll angle ⁇ p m as a function of the parameter F ⁇ to be estimated and of the second associated command D5 current according to the equation:
  • a f is a predetermined parameter for scaling the second current command Dd with respect to the pitch angle ⁇ p m measured so that the second current command D5 and the roll angle (p m measured have the same order of magnitude.
  • the second intelligent closed loop module 314 comprises a second second output terminal 332 connected to the drone 12 through the output terminal 186 of the first MFC SISO device to provide the second deflection control D5 updated with asymmetric deflection of the left and right flaps , and comprises a second third input terminal 334, a second fourth input terminal 336 and a second fifth input terminal 338 connected respectively to the first input terminal 182 of the second MIS SISO device 164 to receive the observed roll angle ⁇ p m , to the second input terminal 184 of the second MFC SISO device for receive the roll setpoint angle ⁇ p d to be continued and at the second first output terminal 320 of the second estimator 312 to receive the estimate Tr of the second parameter ⁇ of the second Ultra Local Model.
  • the second intelligent closed loop module 314 comprises a second corrector 342 of a conventional linear system of order equal to the derivation order f q of the second Ultra Local Model and of second gain K f , a second differentiator 344 of derivation order n f of the roll setpoint angle f a and a second gain amplifier 346 1 / a f , and
  • the second estimator 312 and the second intelligent closed loop module 314 are configured so that the current second command D5 for antisymmetric deflection of the left and right flaps checks the relationship:
  • the second parameter a f of scaling of the second current command D5 relative to the measured roll angle ⁇ p m is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the second current command Dd and the roll angle ⁇ p m measured have the same order of magnitude.
  • the order of the time derivative n f of the observed roll angle ⁇ p m used in the second Ultra Local Model is generally a non integer, preferably equal to 1 or 2, and even more preferably equal to 2.
  • the transfer function of the second corrector is of the first order and often of the proportional gain type.
  • the transfer function of the second corrector is of the second order and often of the type gain-proportional or gain-derivative, or even a PID (Proportional- Integral- Diverter).
  • the third MFC SISO 166 device for modelless control at one input-one output, when it is part of the first attitude controller as for example in the second embodiment of the flight control device according to l invention is configured to regulate the yaw angle y using a third control Dw for modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of the same amplitude -w h , + w h left and right propellers.
  • the effects of a third command Dw for modifying the speeds of nominal counter-rotating rotations of the propellers applied with the same sign on each of the two propellers are illustrated in FIG.
  • the third MFC SISO 166 model-free control device at one input-one output includes a third estimator 412 and a third intelligent closed loop module 414.
  • the third estimator 412 is configured to estimate a third parameter F y of a third Ultra Local Model, and comprises a third first input terminal 416 and a third second input terminal 418, connected respectively to the first input terminal of the third MFC SISO device to receive the observed yaw angle ip m and to the output terminal of the third SISO MFC device to receive the current third command Dw of rotational speed differential to be applied in the same direction to the left propellers and right, and has a third first output terminal 420 to provide the estimate F of the third parameter.
  • the third Ultra Local Model described locally over a time interval restricts the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order of the observed yaw angle ip m as a function of the third parameter F y to be estimated and of the third associated command Dw current according to the equation:
  • : is a predetermined scaling parameter of the third current command Dw relative to the yaw angle ip m measured so that the third current command Dw and the yaw angle ip m measured have the same order of magnitude .
  • the third intelligent closed loop module 414 comprises a third second output terminal 432 connected to the drone 12 through the output terminal 196 of the third MFC SISO device 166 to provide the third update Dw command for modification in the same direction of rotation of nominal counter-rotating speeds of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers, and comprises a third third terminal 434, a third fourth input terminal 436 and a third fifth input terminal 438, respectively connected to the first input terminal 192 of the third MFC SISO device to receive the observed yaw angle i m, to the second input terminal 194 of the third MFC SISO device 166 to receive the yaw setpoint angle y a to continue and to the third first output terminal 420 of the third estimator 412 to receive the estimate Fp of the third parameter F y of the third Model the Ultra Local.
  • the third intelligent closed loop module 414 comprising a third corrector 442 of a conventional linear system of order equal to the derivation order n q of the third Ultra Local Model and of third gain Ky, a third differentiator 444 of derivation order of the yaw setpoint angle y ⁇ and a third gain amplifier 446 l / a ⁇ .
  • the third estimator 412 and the third intelligent closed loop module 414 are configured so that the current third command Dw for modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of rotation and of the same amplitude -w h , + w h left and right propellers check the relationship:
  • the third parameter a y of scaling of the third current command Dw with respect to the yaw angle measured ip m is determined arbitrarily or deterministically using an algorithm predetermined so that the third current command Dw and the yaw angle measured ip m have the same order of magnitude.
  • the order of the time derivative of the observed roll angle xjj m used in the third Ultra Local Model is generally a non-zero integer, preferably equal to 1 or 2, and even more preferably equal to 2.
  • the transfer function of the third corrector is first order and often of the proportional gain type.
  • the transfer function of the third corrector is of the second order and often of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a PID (Proportional- Integral- Derivator).
  • the second speed regulator 116 is in particular a second speed regulator 466 which comprises three fourth, fifth, sixth MFC SISO devices 472, 474, 476 of modelless control at an input-an output to control and enslave respectively and independently three speed components of the drone 12 expressed in the first reference frame 62 of reference linked to the drone 12, and the third position regulator 118 is in particular a third position regulation 486 which comprises three seventh, eighth, ninth MFC SISO devices 492, 494, 496 of control without model at an input-an output to control and slaving respectively and independently three components of the position of the drone 12, expressed in the second reference frame 64 d he reference linked to the Earth.
  • the fourth MFC SISO 472 device is configured to regulate and control as input variable of the fourth MFC SISO device the component v xm of speed measured along the front axis of the first reference 62 linked to the drone on the component v xd of speed setpoint along the same front axis as a parameter of the fourth MFC SISO device, by determining a fourth command v xc for correcting the setpoint speed along the front axis of the first reference 62 linked to the drone as output variable of the fourth MFC SISO device.
  • the fifth MFC SISO 474 device is configured to regulate and control as input variable of the fifth MFC SISO device the component v ym of speed measured along the axis to the right of the first reference 62 linked to the drone on the component v yd of setpoint speed along the same right axis as a parameter of the fifth MFC SISO device, by determining a fifth command v yc for correcting the setpoint speed along the right axis of the first reference 62 linked to the drone as a variable of the fifth MFC SISO 474 device.
  • the sixth MFC SISO 476 device is configured to regulate and enslave as input variable of the sixth MFC SISO device the component v zm of speed measured along the floor axis of the first reference 62 linked to the drone on the component v yz of speed setpoint along the same floor axis as a parameter of the sixth MFC SISO device, by determining a sixth command v zc for correcting the setpoint speed along the floor axis before the first reference linked to the drone as output variable of the sixth MFC SISO 476 device.
  • the seventh MFC SISO 492 device is configured to regulate and control as input variable of the seventh MFC SISO device the component x m of position of the drone 12 relative to the Earth measured along the North axis of the second inertial reference frame 64 linked to Earth on the component x d of the position setpoint of the drone 12 relative to the Earth along the same North axis as a parameter of the seventh MFC SISO 492 device, by determining a seventh command v xd of setpoint speed according to the front axis of the first reference frame 62 linked to the drone as an output variable of the seventh MFC SISO device.
  • the eighth MFC SISO 494 device is configured to regulate and slave the input y m component of the drone relative to the Earth as the input variable of the eighth MFC SISO device, measured along the east axis of the second inertial reference frame 64 linked to Earth on the drone position setpoint component y d relative to Earth along the same east axis as a parameter of the eighth MFC SISO 494 device, by determining an eighth command speed v yd of setpoint speed according to the right axis of the first reference frame 62 linked to the drone as an output variable of the eighth MFC SISO device 494.
  • the ninth MFC SISO 496 device is configured to regulate and control as input variable of the ninth MFC SISO device the component z m of position of the drone relative to the Earth measured along the center axis of the Earth of the second inertial reference frame 64 linked to the Earth on the component z d of the position setpoint of the drone relative to the Earth along the same axis center Earth as a parameter of the ninth MFC SISO 496 device, by determining a ninth command v zd of target speed according the floor axis of the first reference frame 62 linked to the drone 12 as an output variable of the ninth MFC SISO 496 device.
  • the first attitude regulator 114 or 154 includes a first MFC SISO control device without model and the drone has a sensor for measuring the first derivative Q of the pitch angle, said first temporal derivative Q the pitch angle is sent to the first MFC SISO device via a first interconnection link, and
  • first attitude regulator 114 or 154 comprises a second MFC SISO control device without model and the drone has a sensor for measuring the first time derivative f of the roll angle
  • said first derivative f roll angle is routed to the second MFC SISO device via a second interconnect link
  • the first attitude regulator 114 or 154 includes a third MFC SISO control device without model and the drone has a sensor for measuring the first temporal derivative of the yaw angle, said first derivative of l
  • the yaw angle is routed to the third MFC SISO device via a third interconnect link.
  • a flight control method of a convertible fixed-wing drone allowing a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing, uses a drone comprising :
  • .- a platform formed by a fuselage of longitudinal extension and a pair of wings, left and right, symmetrically fixed on either side of the fuselage, and .- a pair of propellers, left and right, supported respectively in front by the left wing and the right wing while being arranged symmetrically on either side of the fuselage;
  • .- a pair of deflection flaps, left and right, supported respectively in their rear border by the left wing and the right wing, being arranged symmetrically on either side of the fuselage.
  • the flight control method of said drone is configured to:
  • a first regulator of the attitude of the drone respectively following a first loop for regulating the roll angles (p m , pitch 0 m and yaw xf m , measured by one or more sensors of the drone, on setpoint angles f a , pitch 9 d and yaw y a /
  • the method of controlling the drone is characterized in that it comprises a step during which a first MFC SISO device for control without a model at an input-an output of the first attitude controller regulates and controls the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first MFC SISO control device without model, on the pitch setpoint angle q ⁇ supplied as a parameter in one second input terminal of the first SISO MFC device, by determining a first symmetrical deflection d h command of the left and right flaps, delivered to an output terminal of the first SISO MFC control device without model and applied with the same sign to said left and right shutters.
  • FIGS. 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F of the performance of a flight control of a convertible fixed-wing drone 12, implemented by a representative and typical configuration of a control system and method according to the invention, using at least one command without MCF model at one input-a SISO kind (in English “Single Input Single Output Model Free Control”) to regulate the attitude in pitch Q, are illustrated.
  • These flight control performances according to the invention are compared to the performances of a conventional flight control such as the control method, called “planned linear quadratic regulation LQR” (in English “Scheduled Linear Quadratic Regulator”).
  • Figure 15A illustrates an example of a reference flight path, typical of a transition phase between a vertical takeoff and a cruise flight of the drone, and along which the pitch angle changes from +90 degrees to +10 degrees
  • Figures 16B, 16C, 16D, 16E, 16F respectively illustrate the performance of the system in terms of temporal evolution of the forward speed, the pitch angle Q, the rotational speeds of the counter-rotating propellers, the angles of deflection of the deflection flaps, and the wind disturbances according to their horizontal and vertical components and 3 ⁇ 4.
  • the pitch angle stabilization performance illustrated in Figure 16C shows that the planned LQR linear quadratic control process is not capable of handling and responding to atmospheric disturbances as well as the flight control system and process.
  • a static error in the trajectory of the pitch angle controlled by the LQR method is visible and causes errors in the forward speed as illustrated in Figure 16B, and in the positioning. This is particularly visible in the thirtieth seconds of the simulation when the atmospheric disturbances have increased.
  • the saturation of the propeller rotation speed is fixed at 1000 radians / s and the saturation of the deflection angle of the flaps is fixed at 30 degrees and Figures 16D and 16E show that these thresholds are not reached.
  • the flight control system and the corresponding method according to the invention exhibit high rejection properties with respect to winds present both during the vertical phase of hovering and the horizontal phase of flight, and during the intermediate transition phase.
  • the flight control system and the corresponding method according to the invention makes it possible to control an aerodynamic system without a model despite changes in the aerodynamic coefficients, caused by variations in terms of angle of attack and control efficiency.
  • the simulation results show better performance of the flight control system according to the invention concerning the attitude control of the drone with or without the presence of winds.
  • the use of control modules without SISO model allows, thanks to their adaptive properties, the rejection of disturbances and the control of a drone whose aerodynamic model is not known or partially known.
  • the flight control system and the corresponding method according to the invention are particularly suitable for drones of the “tail-sitters” type.

Abstract

A flight control system is configured to control the flight of a fixed-wing convertible drone (12) having two left and right wings, each supporting a forward propeller and a trailing flap at the rear edge. The control system comprises an attitude regulator (154) of the drone (12) for respectively controlling the roll angles, φ m , pitch angles θ m and yaw angles Ψ m , measured by one or more sensors over reference roll angles φ d, reference pitch angles θ d and reference yaw angles Ψ d . The first attitude controller (154) comprises a first modelless MFC SISO control device (162) at an input-output for regulating and controlling the pitch angle θ m measured over the reference pitch angle θ d by determining a first command δ n for symmetrical deflection of the left and right flaps, applied with the same sign to said left and right flaps.

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.  The present invention relates to a method for the automatic flight control of a convertible drone. The present invention relates to a method for the automatic flight control of a convertible drone. fixed wing allowing a continuous and stabilized transition between a vertical hover, in particular a vertical take-off or landing, and a cruise flight substantially 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.  The invention relates to a system and method for continuously monitoring the flight of the drone, in particular its attitude, and its stability during all phases of flight of the drone, in particular during a continuous transition phase.
Les drones convertibles à voilure fixe sont des véhicules aériens sans pilote à décollage et atterrissage vertical VTOL (en anglais « Vertical Take- Off 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.  Convertible fixed-wing drones are unmanned vertical take-off and landing (VTOL) and fixed-wing (in English "fixed wing") unmanned aerial vehicles, which combine the advantages of an aircraft classic fixed wing and VTOL vertical takeoff and landing aircraft, namely the ability to take off and land vertically, high horizontal cruising flight speed and increased endurance.
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 ».  Typically, the fixed-wing convertible drones allowing a continuous and stabilized transition between a vertical hover, in particular a vertical takeoff or landing, and a substantially horizontal cruise flight are the "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.  A tail-sitter is defined as a vertical take-off and landing aircraft which takes off and lands vertically on its tailplane, then flips horizontally forward using differential thrust and / or control surfaces to reach a flight horizontal cruise.
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.  A continuous transition phase between a vertical hover phase and a substantially horizontal cruise flight phase, is defined as an intermediate transition phase of smooth, uninterruptible linkage and the use of a control system and method. different from that or those of the connected flight phases.
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. During a transition phase performed at a constant altitude, a convertible fixed-wing drone, known to be a system nonlinear aerodynamics, must face very high angles of attack, often a wing in a partial state of stall and a rapid change of the moments of pitch.
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 Conférence 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 trajectory- tracking pUAV » présenté à International Micro Air Vehicle Conférence and Compétition, Toulouse, France September 2017 décrit de telles caractérisations.  In order to remedy these difficulties and according to a first approach, various known methods for controlling a convertible fixed-wing drone, evolving continuously and stably in the transition phase, use a complex global model of the aerodynamic behavior of the drone and require sophisticated and precise characterizations of the drone in the wind tunnel, in particular the forces and moments observed on a wing that is partially stalled and on control surfaces. For example, the document by L..R. Lustosa, entitled “Longitudinal study of a tilt-body vehicle: modeling, control and stability analysis” and published in the proceedings of International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), Denver Colorado, USA, pp. 816-824, June 2015, describes such a control process, and the document by LR Lustosa et al., Entitled “Team MAVion entry in the IMAV17 outdoor challenge: A tail-sitting trajectory- tracking pUAV” presented to International Micro Air Vehicle Conférence and Compétition, Toulouse, France September 2017 describes such characterizations.
Suivant une deuxième approche à base de capteurs (en anglais Following a second sensor-based approach (in English
« sensor- based »), le document de E.J.J. Smeur et al., intitulé « Adaptive Incrémental 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"Sensor-based"), the document by E.J.J. Smeur et al., Entitled “Adaptive Incrémental Nonlinear Dynamic Inversion for Attitude Control of Micro Air Vehicles” and published in Journal of Guidance, control and dynamics, Vol. 39, No. 3, pp. 450-461, March 2016, describes a process for controlling a "rotorcraft", called "non-linear dynamic inversion INDI incremental
(en anglais « Incrémental 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 gyi 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. (in English "Incrémental Nonlinear Dynamic Inversion") which could be applied in a similar way to a convertible drone with fixed wing. This control process depends less on a global model and gyi is more robust with respect to the rejection of disturbances. This INDI process requires a measurement by sensor to estimate a large part of the drone model, with the exception of the dynamics of the actuator which must be characterized beforehand. By filtering and differentiating the gyroscopic measurements, the angular acceleration is estimated and an increment of the input command is calculated from a desired increment for the angular acceleration. In this way, the disturbances as well as the dynamic not models are measured, calculated and compensated. However, the INDI process must use numerous test data of the drone in flight to finely adjust the coefficients or control parameters.
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.  A first technical problem is to make a system and a method for controlling the flight of a convertible fixed-wing drone more adaptive during the crossing of all its flight phases, including phase (s) of transition between a vertical hover and a substantially horizontal cruise flight, and to control the complex model of a drone with non-linear dynamics, unknown or partially known, without the need for knowledge of a global model describing the dynamic behavior of said 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 second technical problem is to increase by the system and the control method the rejection of disturbances, in particular aerodynamic, as well as faults of any type of actuator without knowing a global model of the drone describing the dynamic behavior of said drone, in particular its nonlinearities.
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 <pm, tangage 0m et lacet i|/m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis (pd„ tangage 0d et lacet i|/d . 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 0m , 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 0d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande dh 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. To this end, the invention relates to a flight control system of a convertible fixed-wing drone allowing a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a landing vertical, the drone comprising: a platform formed by a pair of fixed wings, left and right, fixed symmetrically and rigidly on either side of a solid central connecting element; and a pair of propellers, left and right, supported respectively in front by the left wing and the right wing while being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element; and a pair of deflection flaps, left and right, supported respectively at their rear edge by the left wing and the right wing, being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element. The control system comprises a first regulator of the attitude of the drone for controlling, respectively according to a first loop for regulating the roll angles <p m , pitch 0 m and yaw i | / m , measured by one or more sensors of the drone, on setpoint angles of roll (p d „pitch 0 d and yaw i | / d . The control system is characterized in that the first attitude regulator comprises a first MFC SISO control device without model at one input- an output to regulate and control the pitch angle 0 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first MFC SISO control device without model, on the pitch set angle 0 d provided as a parameter in a second input terminal of the first MFC SISO device, by determining a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, delivered in an output terminal of the first MFC SISO device for modelless and applied control with the same sign on said left and right flaps.
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 :  According to particular embodiments, the flight control system of a convertible fixed-wing drone comprises one or more of the following characteristics:
.- le premier dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :  .- the first modelless MFC SISO control device with one input-one output includes:
.* un premier estimateur configuré pour estimer un premier paramètre Fe 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 0m et à la borne de sortie du premier dispositif MFC SISO pour recevoir la première commande dh actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit, et ayant une première première borne de sortie pour fournir l’estimé du premier paramètre Fe, 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 nq de l’angle de tangage observé 0m en fonction du paramètre Fe à estimer et de la première commande associé dh actuelle suivant l’équation :
Figure imgf000006_0001
= Fe + aq dh dans laquelle aq est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la première commande actuelle dh par rapport à l’angle de tangage 9m mesuré de sorte que la première commande actuelle dh et l’angle de tangage 9m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et
. * a first estimator configured to estimate a first parameter F e of a first Ultra Local Model, the first estimator having a first first input terminal and a first second input, connected respectively to the first input terminal of the first device MFC SISO for receiving the observed pitch angle 0 m and the output terminal of the first device MFC SISO for receiving the first command current h symmetrical deflection of the left and right shutters, and having a first first output terminal for providing the estimate of the first parameter F e , the first Ultra Local Model describing locally over a limited time interval the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order n q of the pitch angle observed 0 m as a function of the parameter F an estimating and the first command associated with current h according to the equation:
Figure imgf000006_0001
= F e + a q d h in which a q is a predetermined parameter for scaling the first current command d h with respect to the pitch angle 9 m measured so that the first current command d h and the pitch angle 9 m measured have the same order of magnitude; and
.* 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 d 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 Gm, à la deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de consigne de tangage qά à poursuivre et à la première première borne de sortie du premier estimateur pour recevoir l’estimée du premier paramètre Fe 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 nq du premier Modèle Ultra Local et de gain Kq, un premier différentiateur d’ordre de dérivation nq de l’angle de consigne de tangage qά et un premier amplificateur de gain 1/aq , et . * A first intelligent closed loop module having a first second output terminal connected to the UAV through the output terminal of the first device MFC SISO to provide deflection control a n updated symmetrical deflection of the left and right shutters, and having a first third input terminal, a first fourth terminal input and a first fifth input terminal respectively connected to the first input terminal of the first MFC SISO device to receive the observed pitch angle G m , to the second input terminal of the first MFC SISO device to receive the pitch setpoint angle q ά to be continued and at the first first output terminal of the first estimator to receive the estimate of the first parameter F e of the first Ultra Local Model, the first intelligent closed loop module comprising a first corrector of classical linear system of order equal to the derivation order n q of the first Ultra Local Model and gain K q , a first derivation order differentiator n q of the pitch setpoint angle q ά and a first amplifier gain 1 / a q , and
le premier estimateur et le premier module de boucle fermée intelligent sont configurés de sorte que la première commande dh actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit vérifie la relation : the first estimator and the first intelligent closed loop module are configured so that the first control current d h symmetrical deflection of the left and right flaps satisfies the relationship:
_ R~q . qά q ) +Kqxq . _ R ~ q. q ά q) + K qxq.
n aq aq na q a q
.- le premier paramètre aq de mise à l’échelle de la première commande actuelle dh par rapport à l’angle de tangage 9m mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la première commande actuelle dh et l’angle de tangage 6m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle nq de l’angle de tangage observé 6m 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 nq 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 nq 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- Intégral- Dérivateur ; .- the first parameter a q of scaling of the first current command d h relative to the pitch angle 9 m measured is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the first current command d h and the pitch angle 6 m measured have the same order of magnitude; and / or the order of the time derivative n q of the observed pitch angle 6 m used in the first Ultra Local Model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2, and / or when the order of the time derivative n q is equal to 1, the transfer function of the first corrector is of the first order and of the proportional gain type and when the order of the time derivative n q is equal to 2, the transfer function of the first corrector is of the second order and of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a Proportional- Integral- Diverter;
.- 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 <pm , 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 fa fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du deuxième dispositif MFC SISO, en déterminant une deuxième commande D5 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 dh de déflexion symétrique appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit ; .- the first attitude controller comprises a second MFC SISO control device without model with one input-one output for regulating and controlling the roll angle <p m , measured at the output of the drone by one of its sensors and provided as a first input terminal of the second device model MFC without control SISO on the f roll set angle provided as a parameter to a second input terminal of the second device MFC SISO, determining a second D5 command from antisymmetric deflection of the left and right flaps, delivered to an output terminal of the second MFC SISO control device without model and applied with different signs on said left and right flaps in addition to the first symmetrical deflection command d h applied with the same sign on said left and right flaps;
.- le deuxième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :  .- the second MFC SISO control device without model at one input-one output includes:
.* un deuxième estimateur configuré pour estimer un deuxième paramètre F^ 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 <pm et à la borne de sortie du deuxième dispositif MFC SISO pour recevoir la deuxième commande Ad actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit, ayant une deuxième première borne de sortie pour fournir l’estimé
Figure imgf000008_0001
du deuxième paramètre F^ , 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 nf de l’angle de roulis observé <pm en fonction du paramètre F^ à estimer et de la deuxième commande associée Ad de actuelle suivant l’équation :
Figure imgf000008_0002
= Rf + af · Ad dans laquelle af est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle Ad par rapport à l’angle de tangage <pm mesuré de sorte que la deuxième commande actuelle Ad et l’angle de roulis (pm mesuré ont le même ordre de grandeur ; et
. * a second estimator configured to estimate a second parameter F ^ of a second Ultra Local Model, the second estimator having a second first input terminal and a second second input terminal, connected respectively to the first input terminal of the second MFC SISO device for receiving the observed roll angle <p m and at the output terminal of the second MFC SISO device for receiving the current second command Ad of asymmetric deflection of the left and right flaps, having a second first output terminal for provide the estimate
Figure imgf000008_0001
of the second parameter F ^, the second Ultra Local Model locally describing over a limited time interval the time variation of the time derivative to a predetermined whole order n f of the observed roll angle <p m as a function of the parameter F ^ to estimate and the second associated command Ad of current according to the equation:
Figure imgf000008_0002
= R f + a f · Ad in which a f is a predetermined parameter for scaling the second current command Ad with respect to the pitch angle <p m measured so that the second current command Ad and l 'roll angle (p m measured have the same order of magnitude; and
.* 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 Ad 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 (pm, à la deuxième borne d’entrée du deuxième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de consigne de roulis <pd à poursuivre et à la deuxième première borne de sortie du deuxième estimateur pour recevoir l’estimée F^ du deuxième paramètre F^ 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 fq du deuxième Modèle Ultra Local et de deuxième gain kf , un deuxième différentiateur d’ordre de dérivation nf de l’angle de consigne de roulis <pd et un deuxième amplificateur de gain > ®t . * a second intelligent closed loop module, having a second second output terminal connected to the drone through the output terminal of the second MFC SISO device to provide the second updated Ad command for asymmetric deflection of the left and right flaps, and having second third input terminal, a second fourth input terminal and a second fifth input terminal respectively connected to the first input terminal of the second MFC SISO device to receive the observed roll angle (p m , at the second input terminal of the second MFC SISO device to receive the roll setpoint angle <p d to be continued and at the second first output terminal of the second estimator to receive the estimate F ^ of the second parameter F ^ of the second Ultra Local Model, the second intelligent closed-loop module comprising a second conventional linear system corrector of order equal to the derivation order f q of the second Ultra Local Model and of second gain k f , a second differentiator order of derivation n f of the roll setpoint angle <p d and a second gain amplifier> ®t
le deuxième estimateur et le deuxième module de boucle fermée intelligent sont configurés de sorte que la deuxième commande D5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :
Figure imgf000009_0001
the second estimator and the second intelligent closed loop module are configured so that the current second command D5 for asymmetric deflection of the left and right flaps checks the relationship:
Figure imgf000009_0001
.- le deuxième paramètre af de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle D5 par rapport à l’angle de roulis mesuré <pm est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la deuxième commande actuelle Dd et l’angle de roulis <pm mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle nf de l’angle de roulis observé (pm utilisée dans le deuxième.- the second parameter a f of scaling of the second current command D5 relative to the measured roll angle <p m is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the second current command Dd and the roll angle <p m measured have the same order of magnitude; and / or the order of the time derivative n f of the observed roll angle (p m used in the second
Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2 ; et/ou lorsque l’ordre de la dérivée temporelle nf 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
Figure imgf000009_0002
est égal à 2, la fonction de transfert du deuxième correcteur est du deuxième ordre et du type gain- proportionnel ou gain-dérivateur, voire un Proportionnel- Intégral-Dérivateur ;
Ultra Local model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2; and / or when the order of the time derivative n f is equal to 1, the transfer function of the second corrector is of the first order and of the proportional gain type and when the order of the time derivative
Figure imgf000009_0002
is equal to 2, the transfer function of the second corrector is of the second order and of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a Proportional- Integral-Diverter;
.- 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 xjm , 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 yά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du troisième dispositif MFC SISO, en déterminant une troisième commande Dw de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh 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 -wh , +wh des hélices gauche et droite correspondantes au cas d’un angle de lacet mesuré xjjm nul ; .- the first attitude regulator includes a third MFC SISO model-free control device with one input-one output to regulate and control the yaw angle xj m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied in a first input terminal of the third MFC SISO control device without model, on the yaw set point angle ά supplied as a parameter in a second input terminal of the third MFC SISO device, by determining a third control Dw of modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of rotation and of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers, delivered in an output terminal of the third MFC SISO device for control without model and applied with the same sign on the left and right propellers in addition to the respective nominal speeds -w h , + w h of the left and right propellers corresponding to the case of a measured yaw angle xjj m zero;
.- le troisième dispositif MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie comporte :  .- the third MFC SISO control device without model at one input-one output includes:
.* un troisième estimateur configuré pour estimer un troisième paramètre F y 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 ipm et à la borne de sortie du troisième dispositif MFC SISO pour recevoir la troisième commande Dw 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 F du troisième paramètre F^ , 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
Figure imgf000010_0001
de l’angle de lacet observé ipm en fonction du troisième paramètre y à estimer et de la troisième commande associée Dw actuelle suivant l’équation :
Figure imgf000010_0002
Dw dans laquelle
Figure imgf000010_0003
est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Dw par rapport à l’angle de lacet i/jm mesuré de sorte que la troisième commande actuelle Dw et l’angle de lacet i/jm mesuré ont le même ordre de grandeur ; et
. * a third estimator configured to estimate a third parameter F y of a third Ultra Local Model, the third estimator having a third first input terminal and a third second input terminal, connected respectively to the first input terminal of the third MFC SISO device to receive the observed yaw angle ip m and to the output terminal of the third MFC SISO device to receive the third command Dw for current modification in the same direction of rotation of the counter-rotating nominal rotation speeds of the propellers left and right, and having a third first output terminal to provide the estimate F of the third parameter F ^, the third Ultra Local Model describing locally over a time interval restricts the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order
Figure imgf000010_0001
of the observed yaw angle ip m as a function of the third parameter y to be estimated and of the third associated command Dw current according to the equation:
Figure imgf000010_0002
Dw in which
Figure imgf000010_0003
is a predetermined scaling parameter of the third current command Dw with respect to the yaw angle i / j m measured so that the third current command Dw and the yaw angle i / j m measured have the same order of magnitude; and
.* 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 Dw réactualisée de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh 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 x m, à la deuxième borne d’entrée du troisième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de consigne de lacet yά à poursuivre et à la troisième première borne de sortie du troisième estimateur pour recevoir l’estimée Fp 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
Figure imgf000011_0001
du troisième Modèle Ultra Local et de troisième gain Ky, un troisième différentiateur d’ordre de dérivation
Figure imgf000011_0002
de l’angle de consigne de lacet yά et un troisième amplificateur de gain l/a^ ; et
. * a third intelligent closed loop module, having a third second output terminal connected to the drone through the output terminal of the third MFC SISO device to provide the third updated Dw command for modification in the same direction of rotation of rotation speeds counter-rotating nominal and of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers, and having a third third input terminal, a third fourth input terminal and a third fifth input terminal respectively connected to the first input terminal of the third MFC SISO device for receiving the observed yaw angle x m , at the second input terminal of the third MFC SISO device for receiving the yaw setpoint angle y ά to be continued and at the third first output terminal of the third estimator to receive the estimate Fp of the third parameter F ^ of the third Ultra Local Model, the third module of goat the closed closed with a third classic linear system corrector of order equal to the derivation order
Figure imgf000011_0001
of the third Ultra Local Model and of third gain Ky, a third differentiation of bypass order
Figure imgf000011_0002
the yaw setpoint angle y ά and a third gain amplifier l / a ^; and
le troisième estimateur et le troisième module de boucle fermée intelligent sont configurés de sorte que la troisième commande Dw actuelle de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh des hélices gauche et droite vérifie la relation :
Figure imgf000011_0003
the third estimator and the third intelligent closed loop module are configured so that the current third command Dw for modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of the same amplitude -w h , + w h of the propellers left and right check the relationship:
Figure imgf000011_0003
.- le paramètre a y de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Dw par rapport à l’angle de lacet mesuré ipm est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la troisième commande actuelle Dw et l’angle de lacet mesuré ipm ont le même ordre de grandeur ; et/ou l’ordre de la dérivée temporelle
Figure imgf000011_0004
de l’angle de roulis observé ipm utilisée dans le troisième
.- the scaling parameter a y of the third current command Dw relative to the measured yaw angle ip m is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the third current command Dw and the measured yaw angle ip m have the same order of magnitude; and / or the order of the time derivative
Figure imgf000011_0004
of the observed roll angle ip m used in the third
Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou lorsque l’ordre de la dérivée temporelle
Figure imgf000011_0005
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
Figure imgf000011_0006
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- Intégral-Dérivateur ;
Ultra Local model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2, and / or when the order of the time derivative
Figure imgf000011_0005
is equal to 1, the transfer function of the third corrector is of the first order and of the proportional gain type and when the order of the time derivative
Figure imgf000011_0006
is equal to 2, the transfer function of the third corrector is of the second order and of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a Proportional- Integral-Diverter;
.- le premier régulateur d’attitude du drone comprend un convertisseur configuré pour déterminer l’amplitude identique wh des vitesses de rotation nominales -wh , +o½ des hélices gauche et droite à partir d’une poussée de consigne Thd du drone, fournie en une borne d’entrée dudit convertisseur et calculée en fonction de l’angle de tangage mesuré 9m , de la composante Nord et de la composante de bas d’une vitesse de consigne du drone ; .- the first attitude regulator of the drone comprises a converter configured to determine the identical amplitude w h of the nominal rotation speeds -w h , + o½ of the left and right propellers from a reference thrust Th d of the drone , supplied as an input terminal of said converter and calculated as a function of the pitch angle measured 9 m , of the North component and of the bottom component of a set speed of the 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 vxm , vym , vzm , 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, vxd , vyd , vzd, 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 xm, ym, zm, 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 xd, y d, zd , exprimées dans le deuxième repère de référence lié à la Terre et correspondants à des trajectoires de référence souhaitées ; .- the drone flight control system, as defined above, furthermore comprises: a second regulator of the speed of the drone for slaving respectively, according to a second loop of regulation of the speed of the drone relative to the Earth , the components of said drone speed v xm , v ym , v zm , expressed in a reference linked to the drone according to the directions to the front, to the left and to a floor of the drone, and measured by one or more sensors for positioning the drone relative to components of a target speed of the drone relative to the Earth, v xd , v yd , v zd , expressed in the reference frame linked to the Earth in the directions oriented towards the North, the East and the center of the Earth; and a third regulator of the position of the drone relative to the Earth in order to control respectively according to a third loop of position regulation, the components of the position of the drone relative to the Earth x m , y m , z m , expressed in a local terrestrial coordinate system according to the directions oriented to the North, East and the center of the Earth), and measured by one or more drone sensors, on setpoint components of the position of the drone relative to the Earth x d , y d , z d , expressed in the second reference frame linked to the Earth and corresponding to desired reference paths;
.- 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 vxc , vyc , vzc, de la vitesse du drone, exprimées dans le premier repère lié au drone, en quatre signaux de consignes Thd , <pd , qa , ipd 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 :.- the drone flight control system, as defined above, further comprises a mixing module, configured to transform three output commands from a second cruise control, received at the first input port and formed by setpoint components corrected v xc , v yc , v zc , of the speed of the drone, expressed in the first reference linked to the drone, in four setpoint signals Th d , <p d , q a , ip d delivered through from a first output port of the mixing module to the first attitude regulator of the drone, and formed respectively by a resulting setpoint thrust to be exerted on the drone, a roll setpoint angle, the pitch setpoint angle, a yaw setpoint angle, said transformation being carried out using the angle of the measured pitch and yaw roll angles, supplied in a second input port of the mixing module, according to the relationships:
t  t
Figure imgf000012_0001
désignant des première, deuxième, troisième et quatrième fonctions multi-variables prédéterminées ;
Figure imgf000012_0001
designating first, second, third and fourth predetermined multivariate functions;
.- 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 vxm de vitesse mesurée selon l’axe avant du repère lié au drone sur la composante vxd de vitesse de consigne selon le même axe avant en tant que paramètre du quatrième dispositif MFC SISO, en déterminant une quatrième commande vxc 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 vym de vitesse mesurée selon l’axe droit du premier repère de référence lié au drone sur la composante vyd de vitesse de consigne selon le même axe droit en tant que paramètre du cinquième dispositif MFC SISO, en déterminant une cinquième commande vyc 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 vzm de vitesse mesurée selon l’axe plancher du repère lié au drone sur la composante vyz de vitesse de consigne selon le même axe plancher en tant que paramètre du sixième dispositif MFC SISO, en déterminant une sixième commande vzc 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; .- the second speed regulator of the drone comprises: a fourth MFC SISO device for modelless control at one input-one output to regulate and enslave as input variable of the fourth MFC SISO device the component v xm of speed measured along the front axis of the reference linked to the drone on the component v xd of set speed along the same front axis as as a parameter of the fourth MFC SISO device, by determining a fourth command v xc for correcting the target speed along the front axis of the reference frame linked to the drone as output variable of the fourth MFC SISO device; and a fifth MFC SISO device for control without a model at one input-one output for regulating and controlling as input variable of the fifth MFC SISO device the component v ym of speed measured along the right axis of the first linked reference frame to the drone on the component v yd of target speed along the same right axis as a parameter of the fifth MFC SISO device, by determining a fifth command v yc of correction of the target speed along the right axis of the first reference frame linked to the drone as an output variable of the fifth MFC SISO device; and a sixth MFC SISO device for control without a model at one input-one output to regulate and control as input variable of the sixth MFC SISO device the component v zm of speed measured along the floor axis of the reference linked to the drone on the component v yz of the target speed along the same floor axis as a parameter of the sixth MFC SISO device, by determining a sixth command v zc for correcting the target speed along the front floor axis of the reference linked to the drone as that output variable of the sixth MFC SISO device;
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 xm 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 xd 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 vxd 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 ym de position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe Est d’un repère inertiel lié à la Terre sur la composante yd 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 vyd 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 zm 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 zd 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 vzd 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 ; and / or the third regulator of the position of the drone comprises: a seventh MFC SISO device for modelless control at one input-one output for regulating and slaving as input variable of the seventh MFC SISO device the component x m of position of the drone relative to the Earth measured along the North axis of an inertial reference linked to the Earth on the component x d of the position setpoint of the drone relative to the Earth along the same North axis as a parameter of the seventh device MFC SISO, by determining a seventh command v xd of target speed along the front axis of the first reference frame linked to the drone as output variable of the seventh MFC SISO device; and an eighth model-free MFC SISO control device with one input-one output to regulate and slave the input variable of the eighth MFC SISO device to the component y m of position of the drone relative to the Earth measured along the east axis of an inertial reference frame linked to the Earth on the component y d of reference position of the drone relative to the Earth along the same east axis as as a parameter of the eighth MFC SISO device, by determining an eighth command v yd of speed setpoint along the right axis of the first reference frame linked to the drone as output variable of the eighth MFC SISO device; and a ninth MFC SISO device for modelless control at one input-one output to regulate and control as input variable of the ninth MFC SISO device the component z m of position of the drone relative to the Earth measured along the axis center of the Earth of the inertial frame of reference linked to the Earth on the component z d of the position setpoint of the drone relative to the Earth along the same axis center of Earth as a parameter of the ninth MFC SISO device, by determining a ninth command v zd target speed along the floor axis of the first reference frame linked to the drone as output variable of the ninth MFC SISO device;
.- 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 Q de l’angle de tangage, ladite dérivée première Q 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 f de l’angle de roulis, ladite dérivée première f 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 de l’angle de lacet, ladite dérivée première de l’angle de lacet est acheminée au troisième dispositif MFC SISO via une troisième liaison d’interconnexion.  .- when the first attitude controller includes a first MFC SISO control device without model and the drone has a sensor for measuring the first Q derivative of the pitch angle, said first Q derivative of the angle pitch is routed to the first MFC SISO device via a first interconnection link, and when the first attitude regulator includes a second MFC SISO device for control without model and the drone has a sensor for measuring the first derivative f of the roll angle, said first derivative f of the roll angle is routed to the second MFC SISO device via a second interconnection link, and when the first attitude controller comprises a third MFC SISO device for controlling without model and the drone has a sensor measuring the first derivative of the yaw angle, said first derivative of the yaw angle is routed to the tr third MFC SISO device via a third interconnection link.
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 fth, tangage 0m et lacet xf m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis fa, tangage 9d et lacet xpd. 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 0m , 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 qά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande dh 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. The invention also relates to a flight control method for a convertible fixed-wing drone allowing a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing, the drone comprising: a platform formed by a pair of fixed wings, left and straight, symmetrically and rigidly fixed on either side of a solid central connecting element; and a pair of propellers, left and right, supported respectively in front by the left wing and the right wing while being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element; and a pair of deflection flaps, left and right, supported respectively at their rear edge by the left wing and the right wing, being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element. The control method is configured to: control a first phase of vertical hovering flight and a second phase of cruising flight horizontal to the drone; and using a first regulator of the attitude of the drone, slaving respectively according to a first loop for regulating the roll angles f th , pitch 0 m and yaw xf m , measured by one or more sensors of the drone, on roll setpoint angles f a , pitch 9 d and yaw xp d . The method of controlling the drone is characterized in that it comprises a step during which a first MFC SISO device for control without a model at an input-an output of the first attitude controller regulates and controls the pitch angle 0 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first MFC SISO control device without model, on the pitch setpoint angle q ά supplied as a parameter in one second input terminal of the first MFC SISO device, by determining a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, delivered at an output terminal of the first MFC SISO device of control without model and applied with the same sign to said left and right shutters.
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 :  The invention also relates to a convertible fixed-wing drone, configured to implement a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing. The drone includes:
.* 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 . * a platform formed by a pair of fixed wings, left and right, fixed symmetrically and rigidly on either side of a solid central connection element; and
.* 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 . * a pair of propellers, left and right, supported respectively in front by the left wing and the right wing while being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element; and . * a pair of deflection flaps, left and right, supported respectively at their rear edge by the left wing and the right wing, being arranged symmetrically on either side of the solid central element (18) for connection ; and
.- 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 fth, tangage 0m et lacet xf m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis fa, tangage 9d et lacet ipd. .- a flight control system configured to control a first phase of vertical hovering flight and a second phase of horizontal cruising flight, and comprising a first regulator of the attitude of the drone to enslave respectively according to a first loop of regulation of roll angles f th , pitch 0 m and yaw xf m , measured by one or more drone sensors, on roll set angles f a , pitch 9 d and yaw ip d .
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 9m , 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 qά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande dh 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. The drone is characterized in that the first attitude regulator comprises a first MFC SISO device for modelless control at an input-an output for regulating and controlling the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied in a first input terminal of the first MFC SISO device for control without model, on the pitch setpoint angle q ά supplied as a parameter in a second input terminal of the first MFC SISO device, by determining a first symmetrical deflection control d h of the left and right flaps, delivered to an output terminal of the first MFC SISO control device without model and applied with the same sign to said left and right flaps.
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 :  The invention will be better understood on reading the description of several embodiments which follows, given solely by way of example and made with reference to the drawings in which:
.- la Figure 1 est une vue d’un vol typique exécuté par un drone convertible à voilure fixe selon l’invention ;  .- Figure 1 is a view of a typical flight performed by a convertible fixed-wing drone according to the invention;
.- la Figure 2 est une vue schématique d’une structure aérodynamique typique d’un drone convertible à voilure fixe selon l’invention ;  .- Figure 2 is a schematic view of an aerodynamic structure typical of a convertible fixed-wing drone according to the 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 f, tangage Q et lacet y,· 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 ; .- Figures 3A and 3B are views of the reference marks used for the control of a typical flight of the drone according to Figure 2 and of the orientations chosen to define the directions of rotation in roll attitude angles f, pitch Q and lace y, Figure 4 is a view of the architecture of a first embodiment of a control system according to the invention of the flight of a drone such as that of 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 ;  .- Figure 5 is a view of the architecture of a second embodiment of a flight control system of a drone of Figure 2, derived from the first embodiment, in which the attitude controller has three MFC SISO model-free control devices at one input-one output to control and enslave the roll, pitch and yaw of the drone respectively and independently;
.- 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 Q à l’aide d’une première commande dh de déflection symétrique des volets gauche et droit, appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit ; .- Figure 6 is a view of the general architecture of the first model-free MFC SISO control device at one input-one output, forming part of the first attitude controller in all the configurations of the flight control device according to the invention, and configured to regulate the pitch angle Q using a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, applied with the same sign to said left and right flaps;
.- la Figure 7 est une vue des effets de la première commande dh de déflexion des volets appliquée sur chacun des volets avec le même signe par le premier dispositif MFC SISO ; .- Figure 7 is a view of the effects of the first flap deflection control d h applied to each of the flaps with the same sign by the first MFC SISO device;
.- 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 Fe d’un premier Modèle Ultra Local et d’un premier module de boucle fermée ; .- Figure 8 is a detailed view of the architecture of the first MIS SISO device of Figure 6 in which are detailed the architectures of a first estimator of the parameter F e of a first Ultra Local Model and of a first module closed loop;
.- 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 f à l’aide d’une deuxième commande D5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit, appliquée avec des signes différents sur lesdits volets gauche et droit ;  .- Figure 9 is a view of the general architecture of a second MFC SISO modelless control device at one input-one output, forming part of the attitude controller detailed in Figure 5, and configured to regulate the roll angle f using a second command D5 for asymmetric deflection of the left and right flaps, applied with different signs to said left and right flaps;
.- la Figure 10 est une vue des effets de la deuxième commande D5 de déflexion des volets appliquée sur chacun des volets avec un signe opposé par le premier dispositif MFC SISO ;  .- Figure 10 is a view of the effects of the second control D5 of deflection of the shutters applied to each of the shutters with an opposite sign by the first MFC SISO device;
.- 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
Figure imgf000018_0001
d’un deuxième Modèle Ultra Local et d’un deuxième module de boucle fermée intelligent ;
.- Figure 11 is a detailed view of the architecture of the second MFC SISO device of Figure 9 in which the details are architectures of a second parameter estimator
Figure imgf000018_0001
a second Ultra Local Model and a second intelligent closed loop module;
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 y à l’aide d’une troisième commande Dw de modification dans un même sens de rotation de vitesses de rotation nominales, contre-rotatives et de même amplitude, -wh et +wh appliquées aux hélices gauche et droite ; Figure 12 is a view of the general architecture of a third MFC SISO modelless control device at one input-one output, part of the first attitude controller detailed in Figure 5, and configured to regulate the angle yaw y using a third command Dw for modification in the same direction of rotation of nominal, counter-rotating speeds of the same amplitude, -w h and + w h applied to the left and right propellers;
la Figure 13 est un ensemble de deux vues, gauche et droite, des effets de la troisième commande Dw de corrections des vitesses de rotation nominales contre- rotatives -wh et +wh appliquées aux hélices gauche et droite par le troisième dispositif MFC SISO, respectivement dans le cas où l’angle de lacet y est nul et dans le cas où l’angle de lacet y est non nul ; Figure 13 is a set of two views, left and right, of the effects of the third command Dw for corrections of the counter-rotating nominal rotational speeds -w h and + w h applied to the left and right propellers by the third MFC SISO device , respectively in the case where the yaw angle is zero and in the case where the yaw angle is non-zero;
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
Figure imgf000018_0002
d’un troisième Modèle Ultra Local et d’un troisième module de boucle fermé ;
Figure 14 is a detailed view of the architecture of the third MIS SISO device of Figure 12 in which are detailed the architectures of a third first parameter estimator
Figure imgf000018_0002
a third Ultra Local Model and a third closed loop module;
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.  Figure 15 is a view of a third embodiment of the flight control system of a drone of Figure 2, derived from the second embodiment, in which the speed regulator and the position regulator each comprise three devices MFC SISO modelless control with one input - one output to independently control and slave three speed components and three position components respectively.
les Figures 1 6A, 16B, 16C, 16D, 1 6E, 1 6F 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 1 6A illustrant un exemple de trajectoire de vol de référence, et les Figures 1 6B, 16C, 1 6D, 16E, 1 6F, illustrant respectivement les performances du système en termes de l’évaluation de révolution temporelle de la vitesse avant, l’angle de tangage Q, les vitesses de rotation des hélices en contre-rotation, les angles de déflexion des volets  Figures 1 6A, 16B, 16C, 16D, 1 6E, 1 6F are views of the performance of the flight control of a convertible fixed-wing drone implemented by the method and the modelless MFC control system according to the invention, by comparing them to the performances of a planned linear quadratic regulation LQR, Figure 1 6A illustrating an example of reference flight trajectory, and Figures 1 6B, 16C, 1 6D, 16E, 1 6F, respectively illustrating the performances of the system in terms of the time revolution evaluation of the forward speed, the pitch angle Q, the rotational speeds of the propellers in counter-rotation, the deflection angles of the flaps
FEUILLE RECTIFIÉE (RÈGLE 91) ISA/EP de déflexion, et les perturbations des vents selon les axes horizontal et vertical ¾ et ¾ ; RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA / EP deflection, and wind disturbances along the horizontal and vertical axes ¾ and ¾;
Le système et le procédé correspondant de contrôle du drone sont fondés sur l’approche « commande sans modèle » MFC (en anglais « Model- Free 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  The system and the corresponding drone control process are based on the MFC (Model-Free Control) or intelligent PID approach, described for example in the document by Michel Fliess, Cédric Join entitled " Model-free control ”and published in 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.  This approach is based on local modeling, that is to say constantly updated from the sole knowledge of the input-output behavior of the drone and allows to control a complex model with non-linear dynamics, unknown or partially known. , without the need for knowledge of a global model describing the behavior of the system.
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.  Because of its adaptive nature, control without an MFC model has the advantage of rejecting disturbances as well as actuator type faults (inconsistency between the actuator control and the response at their output). This intrinsic capacity reduces the delays in reaction often linked to late decision-making from diagnostic modules.
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 œuvre 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.  The flight control system according to the invention is broken down into SISO subsystems with one input - one output (in English Single Input - Single Output) or the control algorithm without MFC model is applied to each of them. The modelless control algorithm is configured to compensate for both time varying disturbances and unmodeled dynamics of the drone as a system responding to flight commands in the transition phase that the return controller fails to manage. The control system and method according to the invention comprise and implement three nested control loops with real-time estimation, which control the speed, position and attitude of the drone, the attitude including yaw, pitch and roll, and in a related way the thrust.
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. According to FIG. 1, a typical flight 10 of a convertible fixed-wing drone 12 according to the invention comprises here, four flight modes or phases numbered from 1 to 4: a first mode 1 of vertical takeoff, a second mode 2 of transition flight, a third mode 3 of horizontal forward flight and a fourth hovering mode (in English "hovering"), followed successively along a predetermined reference trajectory 14.
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.  Generally, a transition flight phase is a flight phase which allows the passage between a vertical take-off or vertical landing or hovering phase and a cruise flight phase substantially at '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.  The convertible fixed-wing drone 12 according to the invention is configured to implement a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing.
Suivant la Figure 2, le drone 12 selon l’invention comprend :  According to Figure 2, the drone 12 according to the invention comprises:
.- 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  .- a platform 16 formed by a fuselage 18 of longitudinal extension and a pair of wings 22, 24, left and right, symmetrically fixed on either side of the fuselage 16, and
.- 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  .- a pair of propellers 32, 34, left and right, supported respectively in front by the left wing 22 and the right wing 24 being arranged symmetrically on either side of the fuselage 16; and
.- 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  .- a pair of deflection flaps 42, 44, left and right, supported respectively at their rear edge 46, 48 by the left wing 22 and the right wing 24, being arranged symmetrically on either side of the fuselage 16; and
.- 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 fth, tangage 0m et lacet xf m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis fa, tangage 9d et lacet x d . a flight control system 52, on board and configured to continuously control a first phase of vertical hovering flight and a second phase of horizontal cruise flight, and comprising a first attitude regulator 54 of the drone to control in a continuous manner respectively according to a first regulation loop of the roll angles f th , pitch 0 m and yaw xf m , measured by one or more sensors of the drone, on roll set angles f a , pitch 9 d and lace x d .
Le premier régulateur d’attitude 54 comporte un premier dispositif The first attitude controller 54 includes a first device
MFC SISO de commande sans modèle à une entrée-une sortie pour réguler et asservir l’angle de tangage 0m , 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 qά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif MFC SISO, en déterminant une première commande dh 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. MFC SISO model-free control at one input-one output to regulate and control the pitch angle 0 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first SISO MFC device without model, on the pitch setpoint angle q ά supplied as a parameter at a second input terminal of the first MFC SISO device, by determining a first symmetrical deflection d h command of the left and right flaps, delivered at an output terminal of the first MFC SISO control device without model and applied with the same sign to said left and right flaps.
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.  As a variant and more generally, the fuselage is replaced by a solid central element, on either side of which the fixed wings 22, 24, left and right, of the platform are fixed symmetrically and rigidly.
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.  According to FIG. 3A, the control system 52 of the flight of the drone 12 according to the invention uses two reference marks or coordinate systems, identical to those used in conventional aircraft.
Un premier repère de référence 62 est un repère lié au corps, c'est-à- dire à la plateforme du drone, défini par un triplet d’axes ou directions, noté ( , j¾ , ¾) dans lequel
Figure imgf000021_0001
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 Çx , , ¾) dans lequel xe * , ,
Figure imgf000021_0002
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.
A first reference frame 62 is a frame linked to the body, that is to say to the platform of the drone, defined by a triplet of axes or directions, noted (, j¾, ¾) in which
Figure imgf000021_0001
respectively represent the frontal direction, the direction to the right, the direction to the floor of the drone. A second reference frame 64 is a terrestrial inertial frame linked to the Earth, defined by a triplet of axes Çx,, ¾) in which x e * ,,
Figure imgf000021_0002
represent respectively the direction towards the North, the direction towards the East and the direction downwards, ie towards the center of the Earth.
Les angles d’attitude du drone 12 sont les angles notés f, q, y, de roulis, le tangage et le lacet, définis respectivement comme les angles de rotations du drone autour des axes , j¾ , 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.  The angles of attitude of the drone 12 are the angles noted f, q, y, of roll, the pitch and the yaw, defined respectively as the angles of rotation of the drone around the axes, j¾, the aerodynamic forces which act on the drone 12 are the lift and the drag, designated respectively by the vectors L and D. The gravitational force acting on the drone 12 is represented by the vector W. In addition, the angle of attack a and the angle of the flight path y which describes whether the drone goes up or down are also represented.
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.  According to FIG. 3B, the directions of orientation chosen for the angles of roll, pitch and yaw attitude, as well as those of the angles of deflection of the left and right flaps are shown.
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. According to FIG. 4 and a first embodiment 102 of the control system according to the invention, derived from the control system 52 of FIGS. 2, 3A and 3B, the flight control system 102 of the drone 12 comprises three control loops nested with a real-time estimate, configured to control the attitude of the drone 12 following a first loop 104, the speed of the drone following a second loop 106 and the position of the drone following a third loop 108. The first attitude control loop 104 is nested in the second speed control loop 106, itself nested in the third loop 108 for controlling the position of the drone.
Le système de contrôle 102 de vol du drone comprend ici :  The drone flight control system 102 here includes:
.- 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 fth, tangage 0m et lacet xf 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 fa, tangage 9d et lacet ya ; et .- a first regulator 114 of the attitude of the drone 12, configured to enslave respectively according to the first regulation loop 104 of the roll angles f th , pitch 0 m and yaw xf m , expressed relative to the first reference frame 62 of linked reference the UAV 12 and measured by one or more first (s) sensor (s) of the UAV 12 on the roll set angles f a, d and pitch 9 are yaw; and
.- 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 vxm , vym , vzm , 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, vxd , vyd , vzd, exprimées dans le premier repère 62 de référence lié au drone ; et a second regulator 116 of the speed of the drone 12, configured to slave respectively, according to the second loop 106 of regulation of the speed of the drone 12 relative to the Earth, the components of said speed of the drone v xm , v ym , v zm , expressed in the first reference frame 62 of reference linked to the drone in the directions forward, to the right and to a floor of the drone, and measured by one or more second (s) positioning sensor (s) of the drone 12, on components of a target speed of the drone relative to the Earth, v xd , v yd , v zd , expressed in the first reference frame 62 of reference linked to the drone; and
.- 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 xm, ym, zm, 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 xd, y d, zd , exprimées dans le deuxième de repère 64 de référence lié à la Terre et correspondants à des trajectoires de référence souhaitées. .- a third regulator 118 of the position of the drone 12 relative to the Earth in order to enslave respectively according to the third position regulation loop, the components of the position of the drone 12 relative to the Earth x m , y m , z m , expressed in the second reference frame 64 linked to the Earth and measured by the drone's second sensor (s), on setpoint components of the position of the drone relative to the Earth x d , y d , z d , expressed in the second reference frame 64 linked to the Earth and corresponding to desired reference paths.
Le premier régulateur 114 d’attitude du drone 12 est configuré pour délivrer au drone 12 :  The first attitude regulator 114 of the drone 12 is configured to deliver to the drone 12:
.- une première commande de dh déflection symétrique des volets gauche et droit correspondant à une correction du tangage, et .- a first command of d h symmetrical deflection of the left and right flaps corresponding to a pitch correction, and
.- une deuxième commande D5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit correspondant à une correction du roulis, et .- une troisième commande Dw de modification dans le même sens de rotations des vitesses contre-rotatives nominales de même amplitude wh correspondant à une poussée désirée en l’absence de lacet, et .- a second command D5 for asymmetric deflection of the left and right flaps corresponding to a roll correction, and .- a third command Dw for modification in the same direction of rotation of the nominal counter-rotating speeds of the same amplitude w h corresponding to a desired thrust in the absence of yaw, and
.- une consigne de l’amplitude wh , commune aux vitesses de rotation contre-rotatives des hélices gauche et droite et correspondant à une poussée nominale désirée ou de consigne Thd , fournie en tant que paramètre d’entrée. .- a setpoint of the amplitude w h , common to the counter-rotating rotational speeds of the left and right propellers and corresponding to a desired nominal thrust or setpoint Th d , supplied as an input parameter.
Le deuxième régulateur 116 de vitesse du drone 12 est configuré pour délivrer au drone 12 :  The second speed regulator 116 of the drone 12 is configured to deliver to the drone 12:
.- une quatrième commande vxc de correction de la vitesse de consigne vxd selon l’axe avant du premier repère 62 lié au drone, .- a fourth command v xc for correcting the reference speed v xd along the front axis of the first reference 62 linked to the drone,
.- une cinquième commande vyc de correction de la vitesse de consigne vyd selon l’axe droit du premier repère 62 lié au drone, .- a fifth command v yc for correcting the set speed v yd along the right axis of the first reference 62 linked to the drone,
une sixième commande vzc de correction de la vitesse de consigne vzd selon l’axe plancher avant du premier repère 62 lié au drone. a sixth command v zc for correcting the reference speed v zd along the front floor axis of the first reference 62 linked to the drone.
Le troisième régulateur 116 de vitesse du drone 12 est configuré pour délivrer au drone 12 :  The third speed regulator 116 of the drone 12 is configured to deliver to the drone 12:
.- une septième commande vxd 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 vyd de vitesse de consigne selon l’axe de droite du premier repère 62 de référence lié au drone, et .- a seventh command v xd of speed setting of the drone along the front axis expressed in the first reference frame 62 of reference linked to the drone, and .- an eighth command v yd of speed setting along the right axis of the first reference frame 62 linked to the drone, and
.- une neuvième commande vzd de vitesse de consigne selon l’axe plancher du premier repère 62 de référence lié au drone. .- a ninth command v zd of speed setpoint along the floor axis of the first reference frame 62 of reference linked to the 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 vxc , vyc , vzc, du deuxième régulateur 116, reçues en un premier port d’entrée 122, en les quatre signaux de consigne fa , 9d , xpd , Thd 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 <pm , 9m, ipm de roulis tangage et lacet, fournies en un deuxième port d’entrée 126 du module de mixage 120, suivant les relations :
Figure imgf000023_0001
ί
Figure imgf000024_0001
désignant des première, deuxième, troisième et quatrième fonctions multi-variables prédéterminées.
The flight control system 102 of the drone 12 also includes a mixing module 120, configured to transform the fourth, fifth and sixth output commands v xc , v yc , v zc , of the second regulator 116, received in a first port d 'input 122, in the four set signals f a , 9 d , xp d , Th d of roll, pitch, yaw and resulting thrust to be exerted on the drone, and delivered through a first output port 124 from the mixing module 120 to the first regulator 114 of attitude of the drone, the transformation being carried out using the measured angles <p m , 9 m , ip m of roll pitch and yaw, provided in a second input port 126 of the mixing module 120, according to the relationships:
Figure imgf000023_0001
ί
Figure imgf000024_0001
designating first, second, third and fourth predetermined multivariate functions.
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.  The first sensor or sensors for measuring the attitude angles of roll, pitch and yaw are for example gyros or an inertial unit.
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.  The second sensor or sensors for measuring the speed and position of the drone are, for example, a global positioning satellite receiver of the GPS or GALILEO type, or a set of accelerometers.
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 9m , 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 qά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif SISO MFC, en déterminant une première commande dh 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. Here and in all the embodiments of the invention, the first attitude regulator 54 or 114 comprises a first MFC SISO device for controlling a model without an input-an output for regulating and controlling the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first SISO MFC control device without model, on the pitch setpoint angle q ά supplied as a parameter at a second terminal input of the first SISO MFC device, by determining a first symmetrical deflection d h command of the left and right flaps, delivered to an output terminal of the first SISO MFC control device without model and applied with the same sign to said left flaps and right.
Suivant une première variante, le système de contrôle de vol est dépourvu de troisième régulateur 118 de position du drone.  According to a first variant, the flight control system has no third drone position regulator 118.
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.  According to a second variant, the flight control system does not have a third position regulator 118 and a second speed regulator 116 of the drone.
Suivant une troisième variante, le premier régulateur d’attitude du système de contrôle ne met pas en œuvre d’asservissement de roulis mesuré <pm sur un angle de consigne de roulis fa . According to a third variant, the first attitude regulator of the control system does not implement a roll control measured <p m over a roll set angle f a .
Suivant une quatrième variante, le premier régulateur d’attitude du système de contrôle ne met pas en œuvre d’asservissement de lacet mesuré xjm sur un angle de consigne de lacet ya . According to a fourth variant, the first attitude regulator of the control system does not implement yaw control measured xj m over a yaw reference angle y a .
Suivant une cinquième variante, le premier régulateur d’attitude du système de contrôle ne met en œuvre ni d’asservissement de roulis mesuré <pm sur un angle de consigne de roulis fa , ni d’asservissement de lacet mesuré xjm sur un angle de consigne de lacet xpd. According to a fifth variant, the first attitude regulator of the control system does not implement or measure roll control <p m on a roll setpoint angle f a , nor of yaw control measured xj m on a yaw setpoint angle xp d .
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 Q, le roulis f et le lacet y du drone 12.  According to FIG. 5 and a second embodiment 152 of the control system according to the invention, derived from the control system 102 of FIG. 4, and in particular the attitude regulator 114 of the drone is an attitude regulator 154 of the drone which comprises three first, second, third MFC SISO 162, 164, 166 control devices without a model at an input-an output to control and enslave respectively the pitch Q, the roll f and the yaw y of the 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 9m , 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 qά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée 174 du premier dispositif SISO MFC 162 , en déterminant une première commande dh 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. The first MFC SISO 162 model-free control device with one input-one output is configured to regulate and control the pitch angle measured 9 m , measured by one of the first drone sensors 12 and supplied with a first input terminal 172 of the first SISO MFC 162 control device without model, on the pitch setpoint angle q ά supplied as a parameter in a second input terminal 174 of the first SISO MFC 162 device, by determining a first deflection command d h symmetrical of the left and right flaps, delivered in an output terminal 176 of the first SISO 162 MFC control device without model and applied with the same sign on said left and right flaps.
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 <pm , 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 <pd fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée 184 du deuxième dispositif SISO MFC 164, en déterminant une deuxième commande D5 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 dh de déflection symétrique appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit. The second model-free MFC SISO 164 device with one input-one output is configured to regulate and control the roll angle <p m , measured by one of the first sensors of the drone 12 and supplied with a first input terminal 182 of the second SISO MFC 164 control device without model, on the roll setpoint angle <p d supplied as a parameter at a second input terminal 184 of the second SISO MFC 164 device, by determining a second deflection command D5 antisymmetric of the left and right flaps, delivered in an output terminal 186 of the second MFC SISO 164 control device without model and applied with different signs on said left and right flaps in addition to the first symmetrical deflection command d h applied with the same sign on said left and right flaps.
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 ipm , 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 ya fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée 194 du troisième dispositif SISO MFC 166, en déterminant une troisième commande Dw de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre- rotatives et de même amplitude -wh , +wh 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 -wh , +wh des hélices gauche et droite correspondantes au cas d’un angle de lacet mesuré xpm nul. The third MFC SISO 166 model-free control device with one input-one output is configured to regulate and control the yaw angle ip m , measured by one of the first sensors of the drone 12 and supplied with a first input terminal 192 of the third SISO MFC 166 device control without template, on the yaw angle setpoint are provided as a parameter to a second input terminal 194 of the third device SISO MFC 166, determining a third control Dw change in the same speed of rotation of counter-rotating nominal rotation and of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers, supplied as an output terminal 196 of the third SISO MFC 166 control device without model and applied with the same sign on the left propellers and right by adding the respective nominal speeds -w h , + w h of the left and right propellers corresponding to the case of a measured yaw angle xp m zero.
Le premier régulateur d’attitude du drone 154 comprend en outre ici un convertisseur 198, configuré pour déterminer l’amplitude identique wh des vitesses de rotation nominales
Figure imgf000026_0001
, <wr des hélices gauche et droite à partir d’une poussée de consigne Thd du drone, fournie en une borne d’entrée 200 dudit convertisseur 198 et calculée en fonction de l’angle de tangage mesuré 0m , de la composante avant vxcet de la composante plancher vxz de vitesse de consigne corrigée exprimée dans le premier repère de référence 62 du drone 12. L’amplitude wh 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.
The first attitude regulator of the drone 154 further comprises here a converter 198, configured to determine the identical amplitude w h of the nominal rotational speeds.
Figure imgf000026_0001
, <w r of the left and right propellers from a set thrust Th d of the drone, supplied at an input terminal 200 of said converter 198 and calculated as a function of the pitch angle measured 0 m , of the component before v xc and of the floor component v xz of corrected reference speed expressed in the first reference frame 62 of the drone 12. The amplitude w h common of the nominal counter-rotating speeds of the left and right propellers is provided in all drone cases regardless of the architecture of the control system.
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.  In a first variant of the second embodiment of the flight control system, the first attitude controller does not use an MFC SISO device to implement the roll regulation.
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.  In a second variant of the second embodiment of the flight control system, the first attitude controller does not use an MFC SISO device to implement yaw regulation.
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 Q à l’aide d’une première commande dh 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 dh 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 dh négative lorsque l’angle de tangage est positif et le drone dans une phase ascendante. According to Figure 6, the first MFC SISO model-free control device with one input-one output, forming part of the first attitude controller in all the configurations of the flight control device according to the invention is configured to regulate the angle of pitch Q using a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, applied with the same sign to said left and right flaps, the effects of a first command d h of symmetrical deflection of the left flaps and right, applied with the same sign on said left and right flaps being illustrated in Figure 7 with the convention of an angular orientation of d h negative when the pitch angle is positive and the drone in an ascending phase.
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.  According to Figures 6 and 8, the first model-free MFC 162 SISO device with one input-one output comprises a first estimator 212 and a first intelligent closed loop module 214.
Le premier estimateur 212 est configuré pour estimer un premier paramètre Fe 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 0m et à la borne de sortie du premier dispositif MFC SISO pour recevoir la première commande dh 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 Fe. 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 nq de l’angle de tangage observé 0m en fonction du paramètre Fe à estimer et de la première commande associé dh actuelle suivant l’équation :The first estimator 212 is configured to estimate a first parameter F e of a first Ultra Local Model, and comprises a first first input terminal 216 and a first second input 218 connected respectively to the first input terminal of the first SISO device MFC for receiving the observed pitch angle 0 m and the output terminal of the first MFC SISO device for receiving the first command current h symmetrical deflection of the left and right flaps, and comprises a first first output terminal 220 to provide the estimate of the first parameter F e . The first Ultra Local Model describes locally over a limited time interval the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order n q of the pitch angle observed 0 m as a function of the parameter F e to be estimated and of the first associated command d h actual according to the equation:
Figure imgf000027_0001
dans laquelle :
Figure imgf000027_0001
in which :
aq est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la première commande actuelle dh par rapport à l’angle de tangage 0m mesuré de sorte que la première commande actuelle dh et l’angle de tangage 0m mesuré ont le même ordre de grandeur. a q is a predetermined parameter for scaling the first current command d h relative to the pitch angle 0 m measured so that the first current command d h and the pitch angle 0 m measured have the same order of magnitude.
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 d 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 Gm, à la deuxième borne d’entrée 174 du premier dispositif SISO MFC 162 pour recevoir l’angle de consigne de tangage qά à poursuivre et à la première première borne de sortie 220 du premier estimateur 212 pour recevoir l’estimée F g du premier paramètre Fe du premier Modèle Ultra Local. The first smart closed loop module 214 includes a first second output terminal 232, connected to the UAV 12 via the output terminal 176 of the first device MFC SISO 162 to provide deflection control a n updated symmetrical deflection of left shutters and straight, and comprises a first third input terminal 234, a first fourth input terminal 236 and a first fifth input terminal 238, connected respectively to the first input terminal 172 of the first MFC SISO device 162 for receiving the observed pitch angle G m , at the second input terminal 174 of the first SISO MFC 162 device to receive the pitch set angle q ά to be continued and the first first output terminal 220 of the first estimator 212 to receive the estimate F g of the first parameter F e of the first Ultra Local Model.
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 nq du premier Modèle Ultra Local et de gain Kq, un premier différentiateur d’ordre de dérivation nq de l’angle de consigne de tangage 9d et un premier amplificateur de gain 1/aq . The first intelligent closed loop module 214 comprises a first corrector 242 of a conventional linear system of order equal to the derivation order n q of the first Ultra Local Model and of gain K q , a first derivation order differentiator n q of the pitch setpoint angle 9 d and a first gain amplifier 1 / a q .
Le premier estimateur 212 et le premier module de boucle fermée 214 sont configurés de sorte que la première commande dh actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :
Figure imgf000028_0001
The first estimator 212 and the first loop closed module 214 are configured so that the first control current d h symmetrical deflection of the left and right flaps satisfies the relationship:
Figure imgf000028_0001
dans laquelle xq = 9m - 9d désigne l’erreur de poursuite en tangage et Kqxq est un gain du premier module en boucle fermée. in which x q = 9 m - 9 d denotes the pitch tracking error and K q x q is a gain of the first module in closed loop.
Le premier paramètre aq de mise à l’échelle de la première commande actuelle dh par rapport à l’angle de tangage 9m mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la première commande actuelle dh et l’angle de tangage 9m mesuré ont le même ordre de grandeur. The first parameter a q of scaling of the first current command d h with respect to the pitch angle 9 m measured is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the first current command d h and the measured pitch angle 9 m have the same order of magnitude.
L’ordre de la dérivée temporelle nq de l’angle de tangage observé 9m 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. The order of the time derivative n q of the observed pitch angle 9 m used in the first Ultra Local Model is generally a non-zero integer, preferably equal to 1 or 2, and even more preferably equal to 2.
Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle nq pris égal à 1 , la fonction de transfert du premier correcteur est du premier ordre et souvent du type gain proportionnel. When the order of the time derivative n q taken equal to 1, the transfer function of the first corrector is of the first order and often of the proportional gain type.
Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle nq 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- Intégral- Dérivateur). When the order of the time derivative n q is equal to 2, the transfer function of the first corrector is of the second order and often of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a PID (Proportional- Integral- Derivator).
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 f à l’aide d’une deuxième commande D5 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 dh de déflection symétrique appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit, les effets d’une deuxième commande D5 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 f vers la droite. According to FIG. 9, the second MFC SISO 164 device for modelless control at one input-one output, when it is part of the first attitude controller as for example in the second embodiment of the flight control device according to l invention is configured to regulate the roll angle f using a second D5 control antisymmetric deflection of the left and right flaps, applied with different signs on said left and right flaps in addition to a possible first command d h of symmetrical deflection applied with the same sign on said left and right flaps, the effects of a second D5 anti-asymmetric deflection control applied alone with different signs on the left and right flaps being illustrated in Figure 10 with the orientations of the deflection angles of the left and right flaps corresponding to a roll tilt f to the right.
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.  According to FIGS. 9 and 11, the second MFC SISO 164 control device without model with one input-one output comprises a second estimator 312 and a second intelligent closed loop module 314.
Le deuxième estimateur 312 est configuré pour estimer un deuxième paramètre F^ 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 <pm et à la borne de sortie du deuxième dispositif MFC SISO 164 pour recevoir la deuxième commande D5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit, et comporte une deuxième première borne de sortie 320 pour fournir l’estimé
Figure imgf000029_0001
du deuxième paramètre F^ . Le deuxième Modèle
The second estimator 312 is configured to estimate a second parameter F ^ of a second Ultra Local Model, and comprises a second first input terminal 316 and a second second input terminal 318 connected respectively to the first input terminal of the second MFC SISO 164 device to receive the observed roll angle <p m and at the output terminal of the second MFC SISO 164 device to receive the current second D5 command for asymmetric deflection of the left and right flaps, and includes a second first terminal output 320 to provide the estimate
Figure imgf000029_0001
of the second parameter F ^. The second Model
Ultra Local décrit localement sur un intervalle de temps limité la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé nf de l’angle de roulis observé <pm en fonction du paramètre F^ à estimer et de la deuxième commande associée D5 actuelle suivant l’équation :Ultra Local describes locally over a limited time interval the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order n f of the observed roll angle <p m as a function of the parameter F ^ to be estimated and of the second associated command D5 current according to the equation:
Figure imgf000029_0002
dans laquelle :
Figure imgf000029_0002
in which :
af est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle Dd par rapport à l’angle de tangage <pm mesuré de sorte que la deuxième commande actuelle D5 et l’angle de roulis (pm mesuré ont le même ordre de grandeur. a f is a predetermined parameter for scaling the second current command Dd with respect to the pitch angle <p m measured so that the second current command D5 and the roll angle (p m measured have the same order of magnitude.
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 D5 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 <pm, à la deuxième borne d’entrée 184 du deuxième dispositif MFC SISO pour recevoir l’angle de consigne de roulis <pd à poursuivre et à la deuxième première borne de sortie 320 du deuxième estimateur 312 pour recevoir l’estimée Tr du deuxième paramètre ^ du deuxième Modèle Ultra Local. The second intelligent closed loop module 314 comprises a second second output terminal 332 connected to the drone 12 through the output terminal 186 of the first MFC SISO device to provide the second deflection control D5 updated with asymmetric deflection of the left and right flaps , and comprises a second third input terminal 334, a second fourth input terminal 336 and a second fifth input terminal 338 connected respectively to the first input terminal 182 of the second MIS SISO device 164 to receive the observed roll angle <p m , to the second input terminal 184 of the second MFC SISO device for receive the roll setpoint angle <p d to be continued and at the second first output terminal 320 of the second estimator 312 to receive the estimate Tr of the second parameter ^ of the second Ultra Local Model.
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 fq du deuxième Modèle Ultra Local et de deuxième gain Kf , un deuxième différentiateur 344 d’ordre de dérivation nf de l’angle de consigne de roulis fa et un deuxième amplificateur 346 de gain 1/af , etThe second intelligent closed loop module 314 comprises a second corrector 342 of a conventional linear system of order equal to the derivation order f q of the second Ultra Local Model and of second gain K f , a second differentiator 344 of derivation order n f of the roll setpoint angle f a and a second gain amplifier 346 1 / a f , and
.- le deuxième estimateur 312 et le deuxième module de boucle fermée intelligent 314 sont configurés de sorte que la deuxième commande D5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :
Figure imgf000030_0001
the second estimator 312 and the second intelligent closed loop module 314 are configured so that the current second command D5 for antisymmetric deflection of the left and right flaps checks the relationship:
Figure imgf000030_0001
dans laquelle dans laquelle xf = <pm - fa désigne l’erreur de poursuite en roulis et Kfxf est un gain du deuxième module en boucle fermée. in which in which x f = <p m - f a denotes the roll tracking error and K f x f is a gain of the second module in closed loop.
Le deuxième paramètre af de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle D5 par rapport à l’angle de roulis mesuré <pm est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la deuxième commande actuelle Dd et l’angle de roulis <pm mesuré ont le même ordre de grandeur. The second parameter a f of scaling of the second current command D5 relative to the measured roll angle <p m is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the second current command Dd and the roll angle <p m measured have the same order of magnitude.
L’ordre de la dérivée temporelle nf de l’angle de roulis observé <pm 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. The order of the time derivative n f of the observed roll angle <p m used in the second Ultra Local Model is generally a non integer, preferably equal to 1 or 2, and even more preferably equal to 2.
Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle nf est pris égal à 1 , la fonction de transfert du deuxième correcteur est du premier ordre et souvent du type gain proportionnel. When the order of the time derivative n f is taken equal to 1, the transfer function of the second corrector is of the first order and often of the proportional gain type.
Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle
Figure imgf000030_0002
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- Intégral- Dérivateur).
When the order of the time derivative
Figure imgf000030_0002
is equal to 2, the transfer function of the second corrector is of the second order and often of the type gain-proportional or gain-derivative, or even a PID (Proportional- Integral- Diverter).
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 y à l’aide d’une troisième commande Dw de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh des hélices gauche et droite. Les effets d’une troisième commande Dw 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 Iw^ - \œr\ positif lorsque le drone tourne vers la droite dans le premier repère de référence 62 lié au drone 12avec un angle de lacet positif. According to FIG. 12, the third MFC SISO 166 device for modelless control at one input-one output, when it is part of the first attitude controller as for example in the second embodiment of the flight control device according to l invention is configured to regulate the yaw angle y using a third control Dw for modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of the same amplitude -w h , + w h left and right propellers. The effects of a third command Dw for modifying the speeds of nominal counter-rotating rotations of the propellers applied with the same sign on each of the two propellers are illustrated in FIG. 10 with the convention of a differential of the rotation modules between the left propeller and left propeller Iw ^ - \ œ r \ positive when the drone turns to the right in the first reference frame 62 linked to the drone 12 with a positive yaw angle.
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.  According to Figures 12 and 13, the third MFC SISO 166 model-free control device at one input-one output includes a third estimator 412 and a third intelligent closed loop module 414.
Le troisième estimateur 412 est configuré pour estimer un troisième paramètre F y 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 ipm et à la borne de sortie du troisième dispositif SISO MFC pour recevoir la troisième commande Dw 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 F du troisième paramètre . 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
Figure imgf000031_0001
de l’angle de lacet observé ipm en fonction du troisième paramètre F y à estimer et de la troisième commande associée Dw actuelle suivant l’équation :
The third estimator 412 is configured to estimate a third parameter F y of a third Ultra Local Model, and comprises a third first input terminal 416 and a third second input terminal 418, connected respectively to the first input terminal of the third MFC SISO device to receive the observed yaw angle ip m and to the output terminal of the third SISO MFC device to receive the current third command Dw of rotational speed differential to be applied in the same direction to the left propellers and right, and has a third first output terminal 420 to provide the estimate F of the third parameter. The third Ultra Local Model described locally over a time interval restricts the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order
Figure imgf000031_0001
of the observed yaw angle ip m as a function of the third parameter F y to be estimated and of the third associated command Dw current according to the equation:
Figure imgf000031_0002
dans laquelle : est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Dw par rapport à l’angle de lacet ipm mesuré de sorte que la troisième commande actuelle Dw et l’angle de lacet ipm mesuré ont le même ordre de grandeur.
Figure imgf000031_0002
in which : is a predetermined scaling parameter of the third current command Dw relative to the yaw angle ip m measured so that the third current command Dw and the yaw angle ip m measured have the same order of magnitude .
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 Dw réactualisée de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh 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 i m, à la deuxième borne d’entrée 194 du troisième dispositif MFC SISO 166 pour recevoir l’angle de consigne de lacet ya à poursuivre et à la troisième première borne de sortie 420 du troisième estimateur 412 pour recevoir l’estimée Fp du troisième paramètre F y du troisième Modèle Ultra Local. The third intelligent closed loop module 414 comprises a third second output terminal 432 connected to the drone 12 through the output terminal 196 of the third MFC SISO device 166 to provide the third update Dw command for modification in the same direction of rotation of nominal counter-rotating speeds of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers, and comprises a third third terminal 434, a third fourth input terminal 436 and a third fifth input terminal 438, respectively connected to the first input terminal 192 of the third MFC SISO device to receive the observed yaw angle i m, to the second input terminal 194 of the third MFC SISO device 166 to receive the yaw setpoint angle y a to continue and to the third first output terminal 420 of the third estimator 412 to receive the estimate Fp of the third parameter F y of the third Model the 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 nq du troisième Modèle Ultra Local et de troisième gain Ky, un troisième différentiateur 444 d’ordre de dérivation de l’angle de consigne de lacet yά et un troisième amplificateur 446 de gain l/a^ . The third intelligent closed loop module 414 comprising a third corrector 442 of a conventional linear system of order equal to the derivation order n q of the third Ultra Local Model and of third gain Ky, a third differentiator 444 of derivation order of the yaw setpoint angle y ά and a third gain amplifier 446 l / a ^.
Le troisième estimateur 412 et le troisième module de boucle fermée intelligent 414 sont configurés de sorte que la troisième commande Dw actuelle de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh des hélices gauche et droite vérifie la relation : The third estimator 412 and the third intelligent closed loop module 414 are configured so that the current third command Dw for modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of rotation and of the same amplitude -w h , + w h left and right propellers check the relationship:
Dans laquelle
Figure imgf000032_0001
de poursuite en lacet et Kyxy est un gain du troisième module en boucle fermée.
In which
Figure imgf000032_0001
pursuit in yaw and Kyxy is a gain of the third module in closed loop.
Le troisième paramètre a y de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Dw par rapport à l’angle de lacet mesuré ipm est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la troisième commande actuelle Dw et l’angle de lacet mesuré ipm ont le même ordre de grandeur. The third parameter a y of scaling of the third current command Dw with respect to the yaw angle measured ip m is determined arbitrarily or deterministically using an algorithm predetermined so that the third current command Dw and the yaw angle measured ip m have the same order of magnitude.
L’ordre de la dérivée temporelle
Figure imgf000033_0001
de l’angle de roulis observé xjjm 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.
The order of the time derivative
Figure imgf000033_0001
of the observed roll angle xjj m used in the third Ultra Local Model is generally a non-zero integer, preferably equal to 1 or 2, and even more preferably equal to 2.
Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle
Figure imgf000033_0002
est égal à 1 , la fonction de transfert du troisième correcteur est du premier ordre et souvent du type gain proportionnel.
When the order of the time derivative
Figure imgf000033_0002
is equal to 1, the transfer function of the third corrector is first order and often of the proportional gain type.
Lorsque l’ordre de la dérivée temporelle
Figure imgf000033_0003
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- Intégral- Dérivateur).
When the order of the time derivative
Figure imgf000033_0003
is equal to 2, the transfer function of the third corrector is of the second order and often of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a PID (Proportional- Integral- Derivator).
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.  According to FIG. 15 and a third embodiment 452 of the flight control system according to the invention, derived from the flight control system 152 of FIG. 5, the second speed regulator 116 is in particular a second speed regulator 466 which comprises three fourth, fifth, sixth MFC SISO devices 472, 474, 476 of modelless control at an input-an output to control and enslave respectively and independently three speed components of the drone 12 expressed in the first reference frame 62 of reference linked to the drone 12, and the third position regulator 118 is in particular a third position regulation 486 which comprises three seventh, eighth, ninth MFC SISO devices 492, 494, 496 of control without model at an input-an output to control and slaving respectively and independently three components of the position of the drone 12, expressed in the second reference frame 64 d he reference linked to the Earth.
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 vxm de vitesse mesurée selon l’axe avant du premier repère 62 lié au drone sur la composante vxd de vitesse de consigne selon le même axe avant en tant que paramètre du quatrième dispositif MFC SISO, en déterminant une quatrième commande vxc 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 vym de vitesse mesurée selon l’axe à droite du premier repère 62 lié au drone sur la composante vyd de vitesse de consigne selon le même axe de droite en tant que paramètre du cinquième dispositif MFC SISO, en déterminant une cinquième commande vyc 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. The fourth MFC SISO 472 device is configured to regulate and control as input variable of the fourth MFC SISO device the component v xm of speed measured along the front axis of the first reference 62 linked to the drone on the component v xd of speed setpoint along the same front axis as a parameter of the fourth MFC SISO device, by determining a fourth command v xc for correcting the setpoint speed along the front axis of the first reference 62 linked to the drone as output variable of the fourth MFC SISO device. The fifth MFC SISO 474 device is configured to regulate and control as input variable of the fifth MFC SISO device the component v ym of speed measured along the axis to the right of the first reference 62 linked to the drone on the component v yd of setpoint speed along the same right axis as a parameter of the fifth MFC SISO device, by determining a fifth command v yc for correcting the setpoint speed along the right axis of the first reference 62 linked to the drone as a variable of the fifth MFC SISO 474 device.
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 vzm de vitesse mesurée selon l’axe plancher du premier repère 62 lié au drone sur la composante vyz de vitesse de consigne selon le même axe plancher en tant que paramètre du sixième dispositif MFC SISO, en déterminant une sixième commande vzc 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. The sixth MFC SISO 476 device is configured to regulate and enslave as input variable of the sixth MFC SISO device the component v zm of speed measured along the floor axis of the first reference 62 linked to the drone on the component v yz of speed setpoint along the same floor axis as a parameter of the sixth MFC SISO device, by determining a sixth command v zc for correcting the setpoint speed along the floor axis before the first reference linked to the drone as output variable of the sixth MFC SISO 476 device.
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 xm 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 xd 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 vxd 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. The seventh MFC SISO 492 device is configured to regulate and control as input variable of the seventh MFC SISO device the component x m of position of the drone 12 relative to the Earth measured along the North axis of the second inertial reference frame 64 linked to Earth on the component x d of the position setpoint of the drone 12 relative to the Earth along the same North axis as a parameter of the seventh MFC SISO 492 device, by determining a seventh command v xd of setpoint speed according to the front axis of the first reference frame 62 linked to the drone as an output variable of the seventh MFC SISO device.
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 ym de 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 yd 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 vyd 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 zm 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 zd 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 vzd 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. The eighth MFC SISO 494 device is configured to regulate and slave the input y m component of the drone relative to the Earth as the input variable of the eighth MFC SISO device, measured along the east axis of the second inertial reference frame 64 linked to Earth on the drone position setpoint component y d relative to Earth along the same east axis as a parameter of the eighth MFC SISO 494 device, by determining an eighth command speed v yd of setpoint speed according to the right axis of the first reference frame 62 linked to the drone as an output variable of the eighth MFC SISO device 494. The ninth MFC SISO 496 device is configured to regulate and control as input variable of the ninth MFC SISO device the component z m of position of the drone relative to the Earth measured along the center axis of the Earth of the second inertial reference frame 64 linked to the Earth on the component z d of the position setpoint of the drone relative to the Earth along the same axis center Earth as a parameter of the ninth MFC SISO 496 device, by determining a ninth command v zd of target speed according the floor axis of the first reference frame 62 linked to the drone 12 as an output variable of the ninth MFC SISO 496 device.
Il est à remarquer que :  It should be noted that:
.- 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 Q de l’angle de tangage, ladite dérivée première temporelle Q de l’angle de tangage est acheminée au premier dispositif MFC SISO via une première liaison d’interconnexion, et  .- when the first attitude regulator 114 or 154 includes a first MFC SISO control device without model and the drone has a sensor for measuring the first derivative Q of the pitch angle, said first temporal derivative Q the pitch angle is sent to the first MFC SISO device via a first interconnection link, and
.- 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 f de l’angle de roulis, ladite dérivée première f de l’angle de roulis est acheminée au deuxième dispositif MFC SISO via une deuxième liaison d’interconnexion, et  .- when the first attitude regulator 114 or 154 comprises a second MFC SISO control device without model and the drone has a sensor for measuring the first time derivative f of the roll angle, said first derivative f roll angle is routed to the second MFC SISO device via a second interconnect link, and
.- 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 de l’angle de lacet, ladite dérivée première de l’angle de lacet est acheminée au troisième dispositif MFC SISO via une troisième liaison d’interconnexion.  .- when the first attitude regulator 114 or 154 includes a third MFC SISO control device without model and the drone has a sensor for measuring the first temporal derivative of the yaw angle, said first derivative of l The yaw angle is routed to the third MFC SISO device via a third interconnect link.
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 :  In general, a flight control method of a convertible fixed-wing drone allowing a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing, uses a drone comprising :
.- 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 .- a platform formed by a fuselage of longitudinal extension and a pair of wings, left and right, symmetrically fixed on either side of the fuselage, and .- a pair of propellers, left and right, supported respectively in front by the left wing and the right wing while being arranged symmetrically on either side of the fuselage; and
.- 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.  .- a pair of deflection flaps, left and right, supported respectively in their rear border by the left wing and the right wing, being arranged symmetrically on either side of the fuselage.
Le procédé de contrôle du vol dudit drone est configuré pour :  The flight control method of said drone is configured to:
.- contrôler une première phase de vol stationnaire vertical et une deuxième phase de vol de croisière à l’horizontal, et  .- control a first phase of vertical hovering flight and a second phase of horizontal cruise flight, and
.- à l’aide d’un premier régulateur de l’attitude du drone asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis (pm, tangage 0m et lacet xf m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis fa, tangage 9d et lacet ya /.- using a first regulator of the attitude of the drone, respectively following a first loop for regulating the roll angles (p m , pitch 0 m and yaw xf m , measured by one or more sensors of the drone, on setpoint angles f a , pitch 9 d and yaw y a /
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 9m , 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 qά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif SISO MFC, en déterminant une première commande dh 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. The method of controlling the drone is characterized in that it comprises a step during which a first MFC SISO device for control without a model at an input-an output of the first attitude controller regulates and controls the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the first MFC SISO control device without model, on the pitch setpoint angle q ά supplied as a parameter in one second input terminal of the first SISO MFC device, by determining a first symmetrical deflection d h command of the left and right flaps, delivered to an output terminal of the first SISO MFC control device without model and applied with the same sign to said left and right shutters.
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 Q , 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 Q, les vitesses de rotation des hélices en contre- rotation, les angles de déflexion des volets de déflexion, et les perturbations des vents selon leurs composantes horizontale et verticale et ¾. Les performances de stabilisation en angle de tangage illustrées sur la Figure 16C font apparaitre 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 ( Q = 90 degrés) jusqu’au vol avant ( Q = 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 entraine 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. According to FIGS. 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F, of the performance of a flight control of a convertible fixed-wing drone 12, implemented by a representative and typical configuration of a control system and method according to the invention, using at least one command without MCF model at one input-a SISO kind (in English “Single Input Single Output Model Free Control”) to regulate the attitude in pitch Q, are illustrated. These flight control performances according to the invention are compared to the performances of a conventional flight control such as the control method, called “planned linear quadratic regulation LQR” (in English “Scheduled Linear Quadratic Regulator”). Figure 15A illustrates an example of a reference flight path, typical of a transition phase between a vertical takeoff and a cruise flight of the drone, and along which the pitch angle changes from +90 degrees to +10 degrees, while Figures 16B, 16C, 16D, 16E, 16F respectively illustrate the performance of the system in terms of temporal evolution of the forward speed, the pitch angle Q, the rotational speeds of the counter-rotating propellers, the angles of deflection of the deflection flaps, and the wind disturbances according to their horizontal and vertical components and ¾. The pitch angle stabilization performance illustrated in Figure 16C shows that the planned LQR linear quadratic control process is not capable of handling and responding to atmospheric disturbances as well as the flight control system and process. However, the two control systems make it possible to ensure a stable flight with respect to variations in pitching from hovering (Q = 90 degrees) to forward flight (Q = 10 degrees). In forward flight, a static error in the trajectory of the pitch angle controlled by the LQR method is visible and causes errors in the forward speed as illustrated in Figure 16B, and in the positioning. This is particularly visible in the thirtieth seconds of the simulation when the atmospheric disturbances have increased. The saturation of the propeller rotation speed is fixed at 1000 radians / s and the saturation of the deflection angle of the flaps is fixed at 30 degrees and Figures 16D and 16E show that these thresholds are not reached.
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.  The comparison of the two control strategies, LQR and MFC SISO, is evaluated by the two tables I and II below in terms of the square root of the root mean square error RMSE (in English “Root Mean Square Error) which evaluates the error between the desired output reference and the measured value.
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Tableau I : LQR vs MFC : RMSE - Vol stationnaire
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Table I: LQR vs MFC: RMSE - Hover
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Tableau II : LQR vs MFC : RMSE - Vol de transition  Table II: LQR vs MFC: RMSE - Transition flight
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 ». Consequently, the flight control system and the corresponding method according to the invention exhibit high rejection properties with respect to winds present both during the vertical phase of hovering and the horizontal phase of flight, and during the intermediate transition phase. The flight control system and the corresponding method according to the invention makes it possible to control an aerodynamic system without a model despite changes in the aerodynamic coefficients, caused by variations in terms of angle of attack and control efficiency. The simulation results show better performance of the flight control system according to the invention concerning the attitude control of the drone with or without the presence of winds. Thus, the use of control modules without SISO model allows, thanks to their adaptive properties, the rejection of disturbances and the control of a drone whose aerodynamic model is not known or partially known. The flight control system and the corresponding method according to the invention are particularly suitable for drones of the “tail-sitters” type.

Claims

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, 1. Flight control system of a convertible fixed-wing drone (12) allowing a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing,
Le drone (12) comprenant :  The drone (12) comprising:
.- 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  .- a platform (16) formed by a pair of fixed wings (22, 24), left and right, fixed symmetrically and rigidly on either side of a solid central element (18) for connection, and
.- 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  .- a pair of propellers (32, 34), left and right, supported respectively in front by the left wing (22) and the right wing (24) being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element (18); and
.- 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 ;  .- a pair of deflection flaps (42, 44), left and right, supported respectively at their rear edge (46, 48) by the left wing (32) and the right wing (34), being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element (18);
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 fth, tangage 9m et lacet xf m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis fa„ tangage 9d et lacet ya , et the control system comprising a first regulator (54; 114; 154) of the attitude of the drone (12) for controlling, respectively according to a first regulation loop, the roll angles f th , pitch 9 m and yaw xf m , measured by one or more sensors of the drone, on roll set angles f a "pitch and yaw 9d are, and
le système de contrôle étant caractérisé en ce que  the control system being characterized in that
le premier régulateur d’attitude (54 ; 114 ; 154) comporte un unique premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) pour réguler et asservir l’angle de tangage 9m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée (172) de l’unique premier dispositif MFC SISO (162) de commande sans modèle, sur un angle de consigne de tangage 9d fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée (174) du premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162), en déterminant une première commande dh de déflection symétrique des volets gauche et droit (42, 44), délivrée en une borne de sortie (176) du premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit (42, 44). the first attitude regulator (54; 114; 154) comprises a single first modelless control device with an MFC SISO input-output (162) for regulating and controlling the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal (172) of the single first MFC SISO device (162) for control without a model, on a pitch setpoint angle 9 d supplied as a parameter in a second input terminal (174) of the first modelless control device to an MFC SISO input-output (162), by determining a first symmetrical deflection command h of the left and right flaps (42, 44), delivered to an output terminal (176) of the first modelless control device to an MFC SISO input-output (162) and applied with the same sign to said left and right flaps (42, 44).
2. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 1 , dans lequel 2. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to claim 1, in which
.- le premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) comporte :  .- the first model-free control device with an MFC SISO input-output (162) comprises:
.* un premier estimateur (212) configuré pour estimer un premier paramètre Fe 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) pour recevoir l’angle de tangage observé 0m et à la borne de sortie (176) du premier dispositif MFC SISO (162) pour recevoir la première commande dh actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit, et ayant une première première borne de sortie (220) pour fournir l’estimé du premier paramètre Fe, 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 nq de l’angle de tangage observé 0m en fonction du paramètre Fe à estimer et de la première commande associé dh actuelle suivant l’équation :* a first estimator (212) configured to estimate a first parameter F e of a first Ultra Local Model, the first estimator (212) having a first first input terminal (216) and a first second input (218), respectively connected to the first input terminal (172) of the first modelless control device to an MFC SISO input-output (162) to receive the observed pitch angle 0 m and to the output terminal (176) of the MFC SISO first device (162) for receiving the first control current d h symmetrical deflection of the left and right shutters, and having one first output terminal (220) for providing the estimate of the first parameter F e, the first Model Ultra Local describing locally over a limited time interval the temporal variation of the temporal derivative to a predetermined whole order n q of the pitch angle observed 0 m as a function of the parameter F e to be estimated and of the first associated command ied for current hours following equation:
Figure imgf000040_0001
dans laquelle :
Figure imgf000040_0001
in which :
aq est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la première commande actuelle dh par rapport à l’angle de tangage 0m mesuré de sorte que la première commande actuelle dh et l’angle de tangage 0m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et a q is a predetermined parameter for scaling the first current command d h relative to the pitch angle 0 m measured so that the first current command d h and the pitch angle 0 m measured have the same order of magnitude; and
.* 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) pour fournir la commande de déflexion d n 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) pour recevoir l’angle de tangage observé 9m, à la deuxième borne d’entrée (174) du premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) pour recevoir l’angle de consigne de tangage 9d à poursuivre et à la première première borne de sortie (220) du premier estimateur (212) pour recevoir l’estimée du premier paramètre Fe 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 nq du premier Modèle Ultra Local et de gain Kq, un premier différentiateur (244) d’ordre de dérivation nq de l’angle de consigne de tangage qά et un premier amplificateur (246) de gain 1/aq , et * a first intelligent closed loop module (214), having a first second output terminal (232) connected to the drone (12) through the output terminal (176) of the first modelless control device at an input- an output MFC SISO (162) for providing deflection control a n updated symmetrical deflection of the left and right flaps (42, 44) and having a first third input terminal (234), a first fourth input terminal (236) and a first fifth input terminal (238) respectively connected to the first input terminal (172) of the first modelless controller to an MFC input-output SISO (162) to receive the observed pitch angle 9 m , at the second input terminal (174) of the first control device without model at an MFC SISO input-output (162) to receive the setpoint angle pitch 9 d to continue and to the first first output terminal (220) of the first estimator (212) to receive the estimate of the first parameter F e of the first Ultra Local Model, the first intelligent closed loop module (214) comprising a first corrector (242) of a conventional linear system of order equal to the derivation order n q of the first Ultra Local Model and of gain K q , a first differentiator (244) of derivation order n q of the angle pitch setpoint q ά and a first amplifier (246) of gain 1 / a q , and
.- le premier estimateur (212) et le premier module de boucle fermée intelligent (214) sont configurés de sorte que la première commande dh actuelle de déflexion symétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :
Figure imgf000041_0001
.- the first estimator (212) and the first intelligent closed loop module (214) are configured so that the first control current d h symmetrical deflection of the left and right flaps satisfies the relationship:
Figure imgf000041_0001
dans laquelle xq = 9m - 9d désigne l’erreur de poursuite en tangage. in which x q = 9 m - 9 d denotes the pitch tracking error.
3. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 2, dans lequel 3. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to claim 2, in which
le premier paramètre aq de mise à l’échelle de la première commande actuelle dh par rapport à l’angle de tangage 9m mesuré est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la première commande actuelle dh et l’angle de tangage 9m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou the first parameter a q for scaling the first current command d h relative to the pitch angle 9 m measured is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the first current command d h and the pitch angle 9 m measured have the same order of magnitude; and or
l’ordre de la dérivée temporelle nq de l’angle de tangage observé 9m utilisée dans le premier Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou the order of the time derivative n q of the observed pitch angle 9 m used in the first Ultra Local Model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2, and / or
lorsque l’ordre de la dérivée temporelle nq 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 nq 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 Proportionnel- Intégral-Dérivateur. when the order of the time derivative n q is equal to 1, the transfer function of the first corrector is of the first order and of the proportional gain type and when the order of the time derivative n q is equal to 2, the function of transfer of the first corrector (242) is of the second order and of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a Proportional- Integral-Diverter.
4. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, 4. Flight control system for a convertible fixed-wing drone according to any one of claims 1 to 3,
le premier régulateur d’attitude (54 ; 114 ; 154) comporte un deuxième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164) pour réguler et asservir l’angle de roulis <pm , 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 un angle de consigne de roulis <pd fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée (184) du deuxième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164), en déterminant une deuxième commande D5 de déflection antisymétrique des volets gauche et droit (42, 44), délivrée en une borne de sortie (176) du deuxième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164) et appliquée avec des signes différents sur lesdits volets gauche et droit (42, 44) en ajout de la première commande dh de déflection symétrique appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit (42, 44). the first attitude controller (54; 114; 154) comprises a second modelless control device with an MFC SISO input-output (164) for regulating and controlling the roll angle <p m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal (182) of the second MFC SISO device (164) for control without model, on a roll setpoint angle <p d supplied as a parameter in a second input terminal (184) of the second modelless control device to an MFC SISO input-output (164), by determining a second command D5 for antisymmetrical deflection of the left and right flaps (42, 44), delivered in a terminal output (176) of the second modelless control device to an input-an MFC SISO output (164) and applied with different signs on said left and right flaps (42, 44) in addition to the first deflection control h symmetrical applied with the same sign on said left and right flaps (42, 44).
5. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 4, dans lequel 5. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to claim 4, in which
.- le deuxième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164) comporte :  .- the second modelless control device with an MFC SISO input-output (164) comprises:
.* un deuxième estimateur (312) configuré pour estimer un deuxième paramètre F^ 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164) pour recevoir l’angle de roulis observé <pm et à la borne de sortie (186) du deuxième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164) pour recevoir la deuxième commande D5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit (42, 44), ayant une deuxième première borne de sortie (320) pour fournir l’estimé Rf du deuxième paramètre F^ , le deuxième. * a second estimator (312) configured to estimate a second parameter F ^ of a second Ultra Local Model, the second estimator (312) having a second first input terminal (316) and a second second input terminal ( 318), respectively connected to the first input terminal (182) of the second modelless control device to an MFC SISO input-output (164) to receive the observed roll angle <p m and to the output terminal (186) from the second modelless control device to an MFC SISO input-output (164) for receiving the second current D5 command for asymmetric deflection of the left and right flaps (42, 44), having a second first output terminal ( 320) to provide the estimate R f of the second parameter F ^, the second
Modèle Ultra Local décrivant localement sur un intervalle de temps limité la variation temporelle de la dérivée temporelle à un ordre entier prédéterminé nf de l’angle de roulis observé f en fonction du paramètre F^ à estimer et de la deuxième commande associée D5 de actuelle suivant l’équation :Ultra Local model describing locally over a limited time interval the time variation of the time derivative to a predetermined whole order n f of the observed roll angle f as a function of the parameter F ^ to be estimated and of the second associated command D5 of current according to the equation:
Figure imgf000043_0001
dans laquelle :
Figure imgf000043_0001
in which :
af est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle D5 par rapport à l’angle de tangage (pm mesuré de sorte que la deuxième commande actuelle D5 et l’angle de roulis <pm mesuré ont le même ordre de grandeur ; et a f is a predetermined parameter for scaling the second current command D5 relative to the pitch angle (p m measured so that the second current command D5 and the roll angle <p m measured have the same order of magnitude; and
.* 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164) pour fournir la deuxième commande Dd 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164) pour recevoir l’angle de roulis observé (pm, à la deuxième borne d’entrée (184) du deuxième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (164) pour recevoir l’angle de consigne de roulis fa à poursuivre et à la deuxième première borne de sortie (320) du deuxième estimateur (312) pour recevoir l’estimée
Figure imgf000043_0002
du deuxième paramètre F^ 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 fq du deuxième Modèle Ultra Local et de deuxième gain kf , un deuxième différentiateur (344) d’ordre de dérivation nf de l’angle de consigne de roulis fa et un deuxième amplificateur (346) de gain 1/af , et
. * a second intelligent closed loop module (314), having a second second output terminal (332) connected to the drone (12) through the output terminal (186) of the second modelless control device at one input-one MFC SISO output (164) to supply the second updated Dd command for asymmetric deflection of the left and right flaps (42, 44), and having second third input terminal (334), a second fourth input terminal (336) and a second fifth input terminal (338) connected respectively to the first input terminal (182) of the second modelless control device to an MFC SISO input-output (164) for receiving the observed roll angle (p m , at the second input terminal (184) of the second modelless control device at an MFC SISO input-output (164) for receiving the roll setpoint angle f a to be continued and at the second first terminal output (320) of the second estimator r (312) to receive the estimate
Figure imgf000043_0002
of the second parameter F ^ of the second Ultra Local Model, the second intelligent closed loop module (314) comprising a second corrector (342) of a conventional linear system of order equal to the derivation order f q of the second Ultra Local Model and second gain k f , a second differentiator (344) of order of derivation n f of the roll setpoint angle f a and a second amplifier (346) of gain 1 / a f , and
.- le deuxième estimateur (312) et le deuxième module de boucle fermée intelligent (314) sont configurés de sorte que la deuxième commande D5 actuelle de déflexion antisymétrique des volets gauche et droit vérifie la relation :
Figure imgf000043_0003
.- the second estimator (312) and the second intelligent closed loop module (314) are configured so that the current second command D5 for asymmetric deflection of the left and right flaps checks the relationship:
Figure imgf000043_0003
dans laquelle dans laquelle xf Yth ~ <Pd désigne l’erreur de poursuite en roulis. in which in which x f Yth ~ <Pd denotes the roll following error.
6. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 5, dans lequel 6. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to claim 5, in which
le deuxième paramètre af de mise à l’échelle de la deuxième commande actuelle D5 par rapport à l’angle de roulis mesuré <pm est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la deuxième commande actuelle Dd et l’angle de roulis (pm mesuré ont le même ordre de grandeur ; et/ou the second parameter a f of scaling of the second current command D5 with respect to the measured roll angle <p m is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the second current command Dd and the roll angle (p m measured have the same order of magnitude; and / or
l’ordre de la dérivée temporelle nf de l’angle de roulis observé <pm utilisée dans le deuxième Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou the order of the time derivative n f of the observed roll angle <p m used in the second Ultra Local Model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2, and / or
lorsque l’ordre de la dérivée temporelle nf 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
Figure imgf000044_0001
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 Proportionnel- Intégral-Dérivateur.
when the order of the time derivative n f is equal to 1, the transfer function of the second corrector is of the first order and of the proportional gain type and when the order of the time derivative
Figure imgf000044_0001
is equal to 2, the transfer function of the second corrector (342) is of the second order and of the gain-proportional or gain-derivative type, or even a Proportional-Integral-Diverter.
7. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel 7. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to any one of claims 1 to 6, in which
le premier régulateur d’attitude (54 ; 114 ; 154) comporte un troisième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166) pour réguler et asservir l’angle de lacet xjjm , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée (192) du troisième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166), sur un angle de consigne de lacet ya fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée (194) du troisième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166), en déterminant une troisième commande Dw de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh des hélices gauche et droite (32, 34), délivrée en une borne de sortie (196) du troisième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166) et appliquée avec un même signe sur les hélices gauche et droite (32, 34) en ajout des vitesses nominales respectives -wh , +wh des hélices gauche et droite (32, 34) correspondantes au cas d’un angle de lacet mesuré x m nul. the first attitude regulator (54; 114; 154) comprises a third modelless control device with an MFC SISO input-output (166) for regulating and controlling the yaw angle xjj m , measured at the output of the drone by one of its sensors and provided as a first input terminal (192) of the third model without control device to an input-output SISO MFC (166) on a setpoint yaw angle is provided as parameter in a second input terminal (194) of the third control device without model to an input-an MFC SISO output (166), by determining a third command Dw of modification in the same direction of rotation of nominal rotational speeds against -rotating and of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers (32, 34), supplied at an output terminal (196) of the third control device without model at an MFC SISO input-output (166 ) and applied with the same sign on the left propellers and right (32, 34) in addition to the nominal speeds respective -w h , + w h of the left and right propellers (32, 34) corresponding to the case of a measured yaw angle x m zero.
8. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 7, dans lequel 8. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to claim 7, in which
.- le troisième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166) comporte :  .- the third model-free control device with an MFC SISO input-output (166) comprises:
.* un troisième estimateur (412) configuré pour estimer un troisième paramètre F y 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166) pour recevoir l’angle de lacet observé i m et à la borne de sortie (196) du troisième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166) pour recevoir la troisième commande Dw 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 Fp du troisième paramètre F y , 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
Figure imgf000045_0001
de l’angle de lacet observé i m en fonction du troisième paramètre F y à estimer et de la troisième commande associée Dw actuelle suivant l’équation :
. * a third estimator (412) configured to estimate a third parameter F y of a third Ultra Local Model, the third estimator (412) having a third first input terminal (416) and a third second input terminal ( 418), respectively connected to the first input terminal (192) of the third modelless control device with an MFC SISO input-output (166) for receiving the observed yaw angle i m and with the output terminal ( 196) of the third control device without model to an input-an output MFC SISO (166) to receive the third command Dw of current modification in the same direction of rotation of the nominal rotation speeds counter-rotating of the left and right propellers (32 , 34), and having a third first output terminal (420) for providing the estimate Fp of the third parameter F y, the third Ultra Local Model describing locally over a time interval restricts the temporal variation from the time derivative to a predetermined whole order
Figure imgf000045_0001
of the observed yaw angle i m as a function of the third parameter F y to be estimated and of the third associated command Dw current according to the equation:
Figure imgf000045_0002
dans laquelle :
Figure imgf000045_0002
in which :
a-f est un paramètre prédéterminé de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Dw par rapport à l’angle de lacet i m mesuré de sorte que la troisième commande actuelle Dw et l’angle de lacet i m mesuré ont le même ordre de grandeur ; et af is a predetermined scaling parameter of the third current command Dw relative to the yaw angle i m measured so that the third current command Dw and the yaw angle i m measured have the same order of greatness; and
.* 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166) pour fournir la troisième commande Dw réactualisée de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166) pour recevoir l’angle de lacet observé \Jm, à la deuxième borne d’entrée (194) du troisième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (166) pour recevoir l’angle de consigne de lacet yά à poursuivre et à la troisième première borne de sortie (420) du troisième estimateur (412) pour recevoir l’estimée F du troisième paramètre Fy 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 du troisième Modèle Ultra Local et de troisième gain Ky, un troisième différentiateur (444) d’ordre de dérivation
Figure imgf000046_0001
de l’angle de consigne de lacet yά et un troisième amplificateur (446) de gain l/a^ , et
. * a third intelligent closed loop module (414), having a third second output terminal (432) connected to the drone (12) through the output terminal (196) of the third modelless control device at one input-one MFC SISO output (166) to supply the third updated Dw command for modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of the same amplitude -w h , + w h of the left and right propellers (32, 34) , and having a third third terminal of (434), a third fourth input terminal (436) and a third fifth input terminal (438) connected respectively to the first input terminal (192) of the third modelless controller to an input -an MFC SISO output (166) to receive the observed yaw angle \ J m, at the second input terminal (194) of the third control device without model at an input-an MFC SISO output (166) to receive the yaw setpoint angle ά to be continued and at the third first output terminal (420) of the third estimator (412) to receive the estimate F of the third parameter Fy of the third Ultra Local Model, the third closed loop module intelligent (414) comprising a third corrector (442) of a conventional linear system of order equal to the derivation order of the third Ultra Local Model and of third gain K y, a third differentiator (444) of derivation order
Figure imgf000046_0001
the yaw setpoint angle y ά and a third gain amplifier l / a ^, and
.- le troisième estimateur (412) et le troisième module de boucle fermée intelligent (414) sont configurés de sorte que la troisième commande Dw actuelle de modification dans le même sens de rotation de vitesses de rotation nominales contre-rotatives et de même amplitude -wh , +wh des hélices gauche et droite (32, 34) vérifie la relation :
Figure imgf000046_0002
.- the third estimator (412) and the third intelligent closed loop module (414) are configured so that the current third command Dw for modification in the same direction of rotation of counter-rotating nominal speeds of rotation and of the same amplitude - w h , + w h of the left and right propellers (32, 34) verify the relation:
Figure imgf000046_0002
dans laquelle xy = ipm - Fa désigne l’erreur de poursuite en lacet. in which x y = ip m - Fa denotes the yaw tracking error.
9. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 8, dans lequel 9. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to claim 8, in which
le paramètre a y de mise à l’échelle de la troisième commande actuelle Dw par rapport à l’angle de lacet mesuré ipm est déterminé arbitrairement ou de manière déterministe à l’aide d’un algorithme prédéterminé de sorte que la troisième commande actuelle Dw et l’angle de lacet mesuré ipm ont le même ordre de grandeur ; et/ou the scaling parameter a y of the third current command Dw relative to the measured yaw angle ip m is determined arbitrarily or deterministically using a predetermined algorithm so that the third current command Dw and the yaw angle measured ip m have the same order of magnitude; and or
l’ordre de la dérivée temporelle
Figure imgf000046_0003
de l’angle de lacet observé xjm utilisée dans le troisième Modèle Ultra Local est égal à 1 ou 2, de préférence égal à 2, et/ou
the order of the time derivative
Figure imgf000046_0003
the observed yaw angle xj m used in the third Ultra Local Model is equal to 1 or 2, preferably equal to 2, and / or
lorsque l’ordre de la dérivée temporelle
Figure imgf000046_0004
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 ny 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- Intégral- Dérivateur.
when the order of the time derivative
Figure imgf000046_0004
is equal to 1, the transfer function of the third corrector is of the first order and of the gain type and proportional when the order of the time derivative n is equal to 2, the transfer function of the third correction is second order and the gain-type or proportional-gain differentiator or a proportionally Intégral- diverter.
10. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel 10. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to any one of claims 7 to 9, in which
le premier régulateur d’attitude (154) du drone comprend un convertisseur (198) configuré pour déterminer l’amplitude identique wh des vitesses de rotation nominales -wh , +o½ des hélices gauche et droite (32, 34) à partir d’une poussée de consigne Thd du drone (12), fournie en une borne d’entrée (200) dudit convertisseur (198) et calculée en fonction de l’angle de tangage mesuré 9m , de la composante Nord et de la composante de bas d’une vitesse de consigne du drone. the first attitude regulator (154) of the drone comprises a converter (198) configured to determine the identical amplitude w h of the nominal rotational speeds -w h , + o½ of the left and right propellers (32, 34) from d '' a set thrust Th d of the drone (12), supplied at an input terminal (200) of said converter (198) and calculated as a function of the pitch angle measured 9 m , of the North component and of the component down from a drone set speed.
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 11. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to any one of claims 1 to 10, further comprising
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 vxm , vym , vzm , 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, vxd , vyd , vzd, exprimées dans le repère lié à la Terre selon les directions orientées vers le Nord, l’Est et le centre de la Terre, et a second regulator (116; 466) of the speed of the drone for controlling, respectively, according to a second loop for regulating the speed of the drone relative to the Earth, the components of said speed of the drone v xm , v ym , v zm , expressed in a first reference linked to the drone in the directions forward, to the left and to a floor of the drone, and measured by one or more sensors for positioning the drone relative to components of a target speed of the drone relative to to the Earth, v xd , v yd , v zd , expressed in the coordinate system linked to the Earth in the directions oriented towards the North, East and the center of the Earth, and
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 xm, ym, zm, 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 xd, yd, zd , exprimées dans le deuxième repère (64) de référence lié à la Terre et correspondants à des trajectoires de référence souhaitées. a third regulator (118; 468) of the position of the drone relative to the Earth in order to control respectively according to a third position regulation loop, the components of the position of the drone relative to the Earth x m , y m , z m , expressed in a second local reference frame (64) linked to the Earth in the directions oriented to the North, East and center of the Earth, and measured by one or more drone sensors (12), on components setpoint of the position of the drone (12) relative to the Earth x d , y d , z d , expressed in the second reference frame (64) linked to the Earth and corresponding to desired reference paths.
12. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , 12. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to any one of claims 1 to 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 vxc , vyc , vzc, de la vitesse du drone, exprimées dans le premier repère (62) lié au drone, en quatre signaux de consignes Thd , fa , 9d , ipd 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 : further comprising a mixing module (12), configured to transform three output commands from a second speed regulator (116; 466), received at the first input port (122) and formed by components of corrected setpoints v xc , v yc , v zc , of the speed of the drone, expressed in the first reference (62) linked to the drone, in four set signals Th d , f a , 9 d , ip d delivered through a first port output (124) of the mixing module (120) to the first attitude regulator of the drone (114; 154), and formed respectively by a resulting setpoint thrust to be exerted on the drone (12), a setpoint angle of roll , the pitch setpoint angle, a yaw setpoint angle, said transformation being carried out using the angle of the measured pitch and yaw roll angles, provided in a second input port of the mixing module, according to relationships:
Figure imgf000048_0001
Figure imgf000048_0001
/i(-)> /2C). /3C). /4C) désignant des première, deuxième, troisième et quatrième fonctions multi-variables prédéterminées. / i (-) > / 2 C). / 3 C). / 4 C) designating first, second, third and fourth predetermined multivariate functions.
13. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon la revendication 11 , dans lequel 13. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to claim 11, in which
le deuxième régulateur de la vitesse (466) du drone comporte :  the second speed regulator (466) of the drone comprises:
.- un quatrième dispositif de commande sans modèle à une entrée- une sortie MFC SISO (472) pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du quatrième dispositif sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (472) la composante vxm de vitesse mesurée selon l’axe avant du repère lié au drone sur une composante vxd de vitesse de consigne selon le même axe avant en tant que paramètre du quatrième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (472), en déterminant une quatrième commande vxc 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (472), et .- a fourth modelless control device with one input - one MFC SISO output (472) for regulating and slaving as input variable of the fourth modelless device with one input-one MFC SISO output (472) the component v xm of speed measured along the front axis of the coordinate system linked to the drone on a component v xd of speed setpoint along the same front axis as a parameter of the fourth control device without model at an MFC SISO input-output (472) , by determining a fourth command v xc for correcting the target speed along the front axis of the reference linked to the drone as a variable of output of the fourth modelless controller to an MFC SISO input-output (472), and
.- un cinquième dispositif de commande sans modèle à une entrée- une sortie MFC SISO (474) pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du cinquième dispositif de commande sans modèle à une entrée- une sortie MFC SISO (474) la composante vym de vitesse mesurée selon l’axe droit du premier repère (62) de référence lié au drone sur la composante vyd de vitesse de consigne selon le même axe droit en tant que paramètre du cinquième dispositif de commande sans modèle à une entrée- une sortie MFC SISO (474), en déterminant une cinquième commande vyc 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO, et .- un sixième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (476) la composante vzm de vitesse mesurée selon l’axe plancher du repère lié au drone sur la composante vyz de vitesse de consigne selon le même axe plancher en tant que paramètre du sixième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (476), en déterminant une sixième commande vzc 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (476); et/ou .- a fifth modelless control device with one input - one MFC SISO output (474) for regulating and controlling as input variable of the fifth modelless control device with one input - one MFC SISO output (474) component v ym of speed measured along the right axis of the first reference frame (62) linked to the drone on the component v yd of set speed along the same right axis as a parameter of the fifth control device without model at one input - an MFC SISO output (474), by determining a fifth command v yc for correcting the set speed along the right axis of the first reference frame (62) linked to the drone as output variable of the fifth control device without model to an input-an MFC SISO output, and .- a sixth control device without model to an input-an MFC SISO output (476) of control without model to an input-an output to regulate and control as a input line of the sixth model-free control device at an MFC SISO input-output (476) the component v zm of speed measured along the floor axis of the reference linked to the drone on the component v yz of target speed according to the same floor axis as a parameter of the sixth model-free control device at an MFC SISO input-output (476), by determining a sixth command v zc for correction of the target speed along the front floor axis of the reference linked to the drone as an output variable of the sixth modelless controller at an MFC SISO input-output (476); and or
le troisième régulateur de la position (468) du drone comporte :  the third position regulator (468) of the drone comprises:
.- un septième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (492) la composante xm 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 xd de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe Nord en tant que paramètre du septième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (492), en déterminant une septième commande vxd 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (492), et .- a seventh modelless control device with one input - one MFC SISO (492) control without model with one input - one output to regulate and slave as input variable of the seventh modelless control device with one input-an MFC SISO output (492) the component x m of position of the drone relative to the Earth measured along the North axis of an inertial reference frame linked to the Earth on the component x d of reference of position of the drone relative to to Earth along the same North axis as a parameter of the seventh model-free control device at an MFC SISO input-output (492), by determining a seventh command v xd of setpoint speed along the front axis of the first reference frame (62) linked to the drone as an output variable of the seventh model-free control device with an MFC SISO input-output (492), and
.- un huitième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (494) pour réguler et asservir en tant que variable d’entrée du huitième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO la composante ym de position du drone par rapport à la Terre mesurée selon l’axe Est d’un repère inertiel lié à la Terre sur la composante yd de consigne de position du drone par rapport à la Terre selon le même axe Est en tant que paramètre du huitième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (494), en déterminant une huitième commande vyd 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (494), et .- an eighth modelless control device with an MFC SISO input-output (494) for regulating and controlling the component y m as an input variable of the eighth modelless control device with an MFC SISO input-output position of the drone relative to the Earth measured along the East axis of an inertial reference frame linked to the Earth on the component y d of the position setpoint of the drone relative to the Earth along the same East axis as a parameter of the eighth model-free control device with an MFC SISO input-output (494), by determining an eighth command speed setpoint v yd along the right axis of the first reference frame (62) linked to the drone as variable output of the eighth modelless controller to an MFC SISO input-output (494), and
.- un neuvième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (496) la composante zm 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 zd 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 vzd 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 de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (496). .- a ninth modelless control device with one input - one MFC SISO (496) control output without model with one input - one output to regulate and control as input variable of the ninth modelless control device with one input-an MFC SISO output (496) the component z m of position of the drone relative to the Earth measured along the center axis of the Earth of the inertial frame linked to the Earth on the component z d of the position reference of the drone by relative to the Earth along the same center-Earth axis as a parameter of the ninth MFC SISO device, by determining a ninth command v zd of speed setpoint along the floor axis of the first reference frame (62) linked to the drone as output variable of the ninth model-free controller to an MFC SISO input-output (496).
14. Système de contrôle de vol d’un drone convertible à voilure fixe selon l’une quelconque des revendications 7 à 13 dans lequel : 14. The flight control system of a convertible fixed-wing drone according to any one of claims 7 to 13 in which:
le drone disposant d’un capteur de mesure de la dérivée première Q de l’angle de tangage, une première liaison d’interconnexion achemine ladite dérivée première Q de l’angle de tangage au premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO, et le drone disposant d’un capteur de mesure de la dérivée première f de l’angle de roulis, une deuxième liaison d’interconnexion achemine ladite dérivée première f de l’angle de roulis au deuxième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO, et the drone having a sensor for measuring the first Q derivative of the pitch angle, a first interconnection link routes said first Q derivative of the pitch angle to the first control device without model at an input-a MFC SISO output, and the drone having a sensor measuring the first derivative f of the roll angle, a second interconnection link routes said first derivative f of the roll angle to the second control device without model at an input-one MFC SISO output, and
le drone disposant d’un capteur de mesure de la dérivée première de l’angle de lacet, une troisième liaison d’interconnexion achemine ladite dérivée première de l’angle de lacet au troisième dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO.  the drone having a sensor for measuring the first derivative of the yaw angle, a third interconnection link routes said first derivative of the yaw angle to the third control device without model at an MFC input-output SISO.
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, 15. Flight control method for a convertible fixed-wing drone allowing a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing,
le drone comprenant :  the drone including:
.- 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  .- a platform formed by a pair of fixed wings (22, 24), left and right, fixed symmetrically and rigidly on either side of a solid central element (18) for connection, and
.- 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  .- a pair of propellers (32, 34), left and right, supported respectively in front by the left wing (22) and the right wing (24) being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element (18); and
.- 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 ;  .- a pair of deflection flaps (42, 44), left and right, supported respectively at their rear edge (46, 48) by the left wing (32) and the right wing (34), being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element (18);
le procédé de contrôle étant configuré pour :  the control process being configured for:
.- contrôler une première phase de vol stationnaire vertical et une deuxième phase de vol de croisière à l’horizontal du drone (12), et  .- control a first phase of vertical hovering flight and a second phase of cruising flight horizontal to the drone (12), and
.- à l’aide d’un premier régulateur de l’attitude du drone, asservir respectivement suivant une première boucle de régulation des angles de roulis pm, tangage 0m et lacet x/m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis fa, tangage 9d et lacet a , le procédé de contrôle du drone étant caractérisé en ce qu’il comprend une étape au cours de laquelle un unique premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) du premier régulateur d’attitude régule et asservit l’angle de tangage 9m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée de l’unique premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162), sur un angle de consigne de tangage qά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162), en déterminant une première commande dh de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit. .- using a first regulator of the attitude of the drone, slaving respectively according to a first loop of regulation of the roll angles p m , pitch 0 m and yaw x / m , measured by one or more sensors of the drone , on roll setpoint angles f a , pitch 9 d and yaw a , the method of controlling the drone being characterized in that it comprises a step during which a single first control device without model at an input- an MFC SISO (162) output from first attitude regulator regulates and controls the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the only first control device without model to an input -an MFC SISO output (162), on a pitch setpoint angle q ά supplied as a parameter in a second input terminal of the first control device without model to an input-an MFC SISO output (162), determining a first symmetrical deflection command h of the left and right flaps, delivered at an output terminal of the first control device without model to an input-an MFC SISO output (162) of control without model and applied with the same sign to said left and right panes.
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 : 16. Convertible fixed-wing drone, configured to implement a continuous and stabilized transition between a vertical takeoff and a horizontal cruise flight or between a horizontal cruise flight and a vertical landing, and comprising:
.- 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  .- a platform (16) formed by a pair of fixed wings (22, 24), left and right, fixed symmetrically and rigidly on either side of a solid central element (18) for connection, and
.- 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  .- a pair of propellers (32, 34), left and right, supported respectively in front by the left wing (22) and the right wing (24) being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element (18); and
.- 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  .- a pair of deflection flaps (42, 44), left and right, supported respectively at their rear edge (46, 48) by the left wing (22) and the right wing (24), being arranged symmetrically on either side of the solid central connecting element (18); and
.- 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 fth, tangage 9m et lacet xf m, mesurés par un ou plusieurs capteurs du drone, sur des angles de consigne de roulis fa, tangage 9d et lacet ya , .- a flight control system (52) configured to control a first vertical hover phase and a second horizontal cruise phase, and comprising a first attitude regulator (54; 114; 154) of the drone to enslave respectively according to a first loop for regulating the roll angles f th , pitch 9 m and yaw xf m , measured by one or more sensors of the drone, on roll set angles f a , pitch 9 d and yaw there is ,
le drone étant caractérisé en ce que le premier régulateur d’attitude (54 ; 114 ;154) comporte un unique premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) pour réguler et asservir l’angle de tangage 9m , mesuré en sortie du drone par l’un de ses capteurs et fourni en une première borne d’entrée de l’unique premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO, sur un angle de consigne de tangage qά fourni en tant que paramètre en une deuxième borne d’entrée du premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162), en déterminant une première commande dh de déflection symétrique des volets gauche et droit, délivrée en une borne de sortie du premier dispositif de commande sans modèle à une entrée-une sortie MFC SISO (162) de commande sans modèle et appliquée avec le même signe sur lesdits volets gauche et droit (46, 48). the drone being characterized in that the first attitude regulator (54; 114; 154) comprises a single first modelless control device with an MFC SISO input-output (162) for regulating and controlling the pitch angle 9 m , measured at the output of the drone by one of its sensors and supplied as a first input terminal of the only first model-free control device to an MFC SISO input-output, on a pitch setpoint angle q ά supplied as a parameter in a second input terminal of the first control device without model to an input-an MFC SISO output (162), by determining a first command d h of symmetrical deflection of the left and right flaps, delivered in an output terminal of the first device of control without model to an input-an output MFC SISO (162) of control without model and applied with the same sign on said flaps left and right (46, 48).
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