Asservissement d'un Drone (Quadricoptère)

[Etno42]

Salut !
J'ai pour projet de réaliser un drone, plus précisément un quadricoptère ! Toute la partie Elec fonctionne plutôt bien. Mais vient alors le problème de l'asservissement. Je code en C pour l'inclure en microcontrôleur.
Pour le moment, le code est assez simpliste, et n'est pas vraiment optimisé. Mon petit drones perd un peu la tête après le décollage.
Donc si des fanatiques de ces petits drones sont déjà passés par là avant, j'aurai besoin de quelques conseils.
Quel type d'asservissement utiliser ?
Comment gérer la direction du drone tout en conservant un asservissement "potable" ?

Y'a un paquet de questions en réalité !

En vous remerciant !
-----

[JPL]

Comme certaines réponses dépendront probablement du type de microcontrôleur je passe le sujet en Électronique.

[nornand]

bjr; comme toujours pour ce type de discussion , montre ce que tu as déjà fait ! on avisera pour la suite .

[louloute/Qc]

Les quadricoptères et hélicoptères fonctionnent à partir d’accéléromètres et gyroscopes.

Seuls les pilotes (très) expérimentés volent sans cette béquille.

[A voir en vidéo sur Futura]

[gedonet]

Bonjour

Le firmware de certaines cartes de multirotor sont opensources, tu peux t'en inspirer.
La KK2, utilise 3 gyros et 3 acceleros, on trouve les firmwares avec les sources en assembleur ici: http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1675613 et d'autres en c la: http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1735340

Il y a aussi des cartes plus evoluées comme l'APM2.5 avec gyro, accelero, baro, magneto et GPS, on trouve le source (arduino) ici: http://ardupilot.com/downloads/?did=70

Gilles

[f6bes]

Salut !
J'ai pour projet de réaliser un drone, plus précisément un quadricoptère ! Toute la partie Elec fonctionne plutôt bien. Mais vient alors le problème de l'asservissement. Je code en C pour l'inclure en microcontrôleur.
Pour le moment, le code est assez simpliste, et n'est pas vraiment optimisé. Mon petit drones perd un peu la tête aprèts le décollage.
Donc si des fanatiques de ces petits drones sont déjà passés par là avant, j'aurai besoin de quelques conseils.
Quel type d'asservissement utiliser ?
Comment gérer la direction du drone tout en conservant un asservissement "potable" ?

Y'a un paquet de questions en réalité !

En vous remerciant !

Bjr à toi,
Reste à savoir ce que tu VEUX...asservir ?
@Gédonet donne une trés bonne piste à suivre suivant ce que tu veux obtenir.
Faudrait déjà savoir à base de QUOI tu commandes ton drone ?


Bonne journée

[Etno42]

Salut à tous.
Déja, merci pour vos postes !

Alors pour résumer, mon quad fonctionne en suivant un Gyroscope et un accéléromètre (les deux sur 3 axes). Pour piloter les moteurs j'utilise le PWM.
Dans un premier temps, je souhaite juste l'asservir de manière à ce qu'il se maintienne en position horizontale.

Je le commande depuis Labview connecté par une telecommande et/ ou directement depuis l'ordinateur via Bluetooth.
La connexion quad/ordi est propre. Mon problème actuel est donc d'asservir le système de valeurs PWM avec lesquelles je commande mes moteurs convenablement.

Concrètement, après mes recherches sur le net, j'ai trouvés un nombre impressionnant de technique d'asservissement (basique avec corrections selon l'angle d'erreur, ou plus avancées selon une combinaison d'angles, de vitesse de rotation et d'accélération ...), et je ne me rends pas compte à quel point elles peuvent être difficiles à implémenter en C ... Est-ce qu'un asservissement de ce style suffirait ?

 if (angle < 0)
{
     Moteur1++;
     Moteur2--;
}
else if (angle > 0
{
     Moteur1--;
     Moteur2+;
}

Sachant que mon quadricoptère pèse environ 1,5 kg avec batterie, et qu'il est capable de soulever jusqu'à 6kg environ (j'ai des sacrés moteurs )

De plus en explorant un peu les capacité de mon capteur li3dh (accélérometre 3 axes), je constate qu'il est affecté par son inclinaison et non uniquement par son accéleration ... Est-ce un problème courant ? Si oui avez-vous une idée de comment on gère ce soucis ?


Merci d'avance.

[gcortex]

Le process est déjà instable. En intégrant çà sera encore pire.
Au contraire, il faut tenir compte de la vitesse angulaire.

PS : La gravité est une accélération

[PA5CAL]

Bonjour

@Etno42 : Je viens de prendre connaissance de ton dernier post, et je suis effaré par ce que je viens de lire !

Sans parler de la communication Bluetooth qui me semble plutôt légère compte tenu des circonstances, vouloir laisser le contrôle automatique d'un quadricoptère de 1,5 kg pouvant soulever jusqu'à 6kg à un système informatisé, ça pose d'énormes problèmes de sécurité.

Sans me tromper, je peux affirmer qu'une petite erreur de conception peut tuer !

Concevoir et régler un asservissement est loin d'être simple, et la difficulté d'implémenter en C les algorithmes nécessaires est bien le moindre des soucis. (En fait, la situation impose les algos, et les moyens doivent suivre.)

Ton bout de code démontre à l'évidence que tu ignores en quoi consiste un véritable asservissement, les buts qu'il doit atteindre, et les données dont il faut disposer pour démarrer son développement.

Quant à ton questionnement sur l'inclinaison de l'appareil, il prouve que tu ne maîtrises même pas les notions élémentaires de mécanique nécessaires... et je ne parle même pas de la mécanique du vol, encore plus complexe, dont la connaissance est requise pour pouvoir régler les problèmes particuliers à ce type de projet.


En conséquence, je te suggère, ou plutôt je t'enjoins (avant qu'il y ait des blessés ou des morts), d'arrêter provisoirement tes expérimentations avec ton drone de 1,5 kg.

Avant de te relancer dans cette aventure hasardeuse, il est impératif que tu révises ta physique et tes maths, que tu apprennes comment vole un aéronef (scientifiquement parlant), et que tu découvres ce qu'est un asservissement (on trouve de bon cours d'automatique sur le net).

Seulement après, lorsque tu auras pu mettre en équation le comportement dynamique du drone, il te sera possible de tenter la conception et la mise au point d'un asservissement.

Et je te conseillerais plutôt de commencer l'expérimentation sur un appareil beaucoup plus petit, avec lequel les accidents porteront moins à conséquence.

[Etno42]

Bonjour

@PA5CAL. Merci d'avoir pris la peine de lire, aussi effaré qui tu puisses l'être, et d'avoir donné ton avis sur mon projet.
En réalité, ce projet n'est pas d'ordre personnel, ni réalisé au fond du garage avec quelques bricoles et bidouilles en tout genre.
Nous sommes plusieurs sur ce projet, certain sur une partie info, d'autre elec, et d'autres encore sur le design avec la réalisation d'une coque protectrice justement. Il y a des jolies moteurs et oui c'est dangereux. Nous prenons les mesures nécessaire pour éviter une blessure.
Il est évident que la réalisation d'un asservissement est loin d'être simple. Mais le code que j'ai posté précédemment est juste une ébauche et une idée d'asservissement, une direction quoi ! D'où ma présence ici. Il est normal de réaliser au préalable une étude caractéristique du système. On bosse dessus, en plus de l'analyse des capteurs, limiter le bruit, etc.

@gcortex : effectivement il vaut mieux parler de vitesse angulaire que de différence angulaire. (sans oublier gravité => accélération )

Une autre question se pose, un asservissement en logique Flou pourrait être préférable à un asservissement PID ?

En vous remerciant !

[PA5CAL]

Le fait que le projet soit réalisé en équipe n'est qu'un obstacle supplémentaire, et ne règle en rien les questions de sécurité (il a tendance à les aggraver) et le besoin de compétences en matière d'aéronautique et d'automatique.

Un engin de 1,5 kg hors de contrôle qu'on reçoit sur le coin du nez, ça peut faire de gros dégâts, même s'il a une coque protectrice. À titre d'exemple, lorsque le jeune Roman Pirozec a été heurté mortellement par son propre drone en septembre dernier, la présence d'une meilleure coque n'aurait certainement rien changé à l'affaire.

Quant au choix et à la réalisation de l'asservissement, tu mets la charrue avant les bœufs. Ici nous ne connaissons rien de ton cahier des charges, des caractéristiques de l'engin, de son comportement, de l'intensité de perturbations extérieures, des paramètres propres ou environnementaux susceptibles de varier, etc. ... alors sérieusement, comment penses-tu que nous pourrions deviner s'il est préférable de choisir tel ou tel type d'asservissement, et tel ou tel type d'algorithme pour le mettre en œuvre ???

Chaque solution est adaptée à une situation particulière. On ne peut pas donner de réponse toute faite sans connaître en détail la situation... que tu ne sembles d'ailleurs pas vraiment connaître toi-même.

[Etno42]

Quand je parle de Coque protectrice, je parle d'une coque qui entoure les hélices. Le malheureux Roman Pirozec avait sur son drone des hélices de la taille d'un bras. Ici c'est loin d'être le cas. Ceci étant, il faut rester vigilant, bien évidement !

Ici nous ne connaissons rien de ton cahier des charges, des caractéristiques de l'engin, de son comportement, de l'intensité de perturbations extérieures, des paramètres propres ou environnementaux susceptibles de varier, etc. ... alors sérieusement, comment penses-tu que nous pourrions deviner s'il est préférable de choisir tel ou tel type d'asservissement, et tel ou tel type d'algorithme pour le mettre en œuvre ???

Concernant le fait de mettre la charrue avant les boeufs, j'anticipe juste un peu. Le lancement n'est pas prévu pour demain, et ni sous la pluie, et ni dans une tempête, ce qui me semble à priori logique
J'ai déja parlé du Gyro et de l'accelero dont je dispose.
Pour éclaircir un peu mieux, je recherche des conseils sur l'asservissement d'un drone en général. J'en est cité 2 sur mon précédent post. Lequel favoriser ?
Concernant la sécurité, je te remercie de l'attention que tu portes à mon égard, mais je suis ici pour mieux comprendre comment asservir mon quad.

[daniel100]

Je fais de l’aéromodélisme avion et un hélico avec des moteurs brushless. Je connais très bien la puissance de ces moteurs, et comme le dit PA5CAL, il faut super faire gaffe.

Pour l’asservissement, c’est méga fin et il faut agir sur plusieurs moteurs.

Pour garder l’appareil droit (ne tourne pas), il faut aussi agir sur les couples moteurs (tout en gardant l’altitude).

Bref, ce n’est pas simple à programmer.

Pour les tests, la moindre erreur, et l’appareil part direct dans une direction à fond les mannettes (j’en ai fait l’expérience). Faudrait donc un banc de test pour « fixer » l’appareil.

Je n’ai pas compris pourquoi avoir des moteurs aussi puissants pour débuter la réalisation, faudrait commencer par un petit machin pour affiner l’asservissement et augmenter par la suite de proche en proche, mais bon ce n’est que mon avis…

Une dernière petite chose, j’espère que vous avait un pilote d’hélico avec vous, ou à défaut un pilote avion, sinon vous avez mis la barre méga méga haute.

PS : on trouve de tel engin dans les 350€ à la FNAC

[Etno42]

@daniel100. Merci pour les conseils !

Un banc de test est déja en place pour des tests moteurs, des vérifications des capteurs etc.

Je n’ai pas compris pourquoi avoir des moteurs aussi puissants pour débuter la réalisation, faudrait commencer par un petit machin pour affiner l’asservissement et augmenter par la suite de proche en proche, mais bon ce n’est que mon avis…

Une dernière petite chose, j’espère que vous avait un pilote d’hélico avec vous, ou à défaut un pilote avion, sinon vous avez mis la barre méga méga haute.

Pour répondre aux questions de ce topic, nous reprenons un projet déjà existant ! Les cartes électroniques, les connexions, les moteurs ... nous n'avons rien fait. Nous reprenons donc ce projet où il nous a été demandé de faire voler la structure déjà existante. (oui vous l'aurez compris nous sommes étudiants). Sacré challenge me diriez vous, (à en lire les réponses précédentes), mais nous sommes une équipe motivée et dans laquelle nous comptons des "petits" codeurs "fous" . On a choisi ce projet, autant se donner à fond !
Comme je le dis souvent, on fait ce qu'on peut avec ce qu'on a. Vous savez en partie ce que j'ai, alors si vous pouvez me conseiller sur ce que je peux faire

J'espère que j'ai pu éclairer vos interrogations à propos de mon post initial ! J'aurais peut être du commencer par là

En vous remerciant !!

[daniel100]

A tout hasard ;

http://ardrone2.parrot.com/

www.rc-tech.ch

Il y a des vidéos qui peuvent donner des idées, entre autres.

Je ne sais plus ou, mais il existe des cartes électroniques qui prennent en charges toute la stabilisation et positionnement GPS.

Bon courage,

[PA5CAL]

Quand je parle de Coque protectrice, je parle d'une coque qui entoure les hélices. Le malheureux Roman Pirozec avait sur son drone des hélices de la taille d'un bras. Ici c'est loin d'être le cas.

Si tu penses qu'une coque autour des hélices peut régler le problème, alors je t'invite à te faire lancer une petite tondeuse à gazon électrique sur la tête depuis le deuxième étage d'une maison... tu pourras apprécier toute l'efficacité d'un carénage !

Concernant le fait de mettre la charrue avant les boeufs, j'anticipe juste un peu. Le lancement n'est pas prévu pour demain, et ni sous la pluie, et ni dans une tempête, ce qui me semble à priori logique

Et nous, on doit anticiper les réponses avant de connaître les informations pour y répondre ? Non, ce n'est pas logique. Les questions de principe appellent des réponses de principe, mais ce que tu demandes ne peut être déterminé qu'après qu'on ait disposé des données qualitatives et quantitatives du projet.

Or, pour l'instant, on n'a rien. Qu'il y ait un gyroscope et un accéléromètre, on s'en doutait, car c'est le minimum syndical. Mais ça ne nous renseigne absolument pas sur les corrections à apporter au comportement de l'engin, qui sont la raison d'être des différents asservissements qu'on peut envisager, et qui restent encore à déterminer.

Tu as cité deux types d'algorithmes, mais dans la pratique on peut trouver l'un ou l'autre au gré des situations. Le choix n'est déterminé qu'après avoir précisément déterminé les besoins et les contraintes de réalisation des asservissements... et on en est très loin, puisqu'avant de penser à les réaliser, il faut les concevoir d'un point de vue purement fonctionnel (d'un point de vue physique, si tu préfères).

C'est pour ça que je dis que tu mets la charrue avant le bœufs.


Et soit dit en passant, si vous comptez par exemple faire évoluer la masse utile, faire voler l'engin en plein vent ou soulever une charge au bout d'un filin, il faudra certainement envisager des asservissements hautement adaptatifs, qui sont d'une complexité bien plus grande que les asservissements fixes que tu ne sembles déjà pas maîtriser, ni même connaître. Mais puisqu'on ne sait pas ce que vous voulez faire, là je parle dans le vide.

mais nous sommes une équipe motivée et dans laquelle nous comptons des "petits" codeurs "fous" . On a choisi ce projet, autant se donner à fond !

La motivation et les petits codeurs fous, ça aide un peu, mais ça ne remplace pas le minimum de compétences en aéronautique et en automatique nécessaires à l'aboutissement du projet. Ce n'est pas parce qu'on sait coder qu'on sait quoi coder.

Les réponses spécifiques à votre cas et à vos exigences (que tu n'as toujours pas exprimés), vous les trouverez en faisant des tests et des mesures sur votre banc d'essai, mais certainement pas en nous faisant jouer aux devinettes à partir de rien.

[PA5CAL]

Une question bête, pour te prouver que dans cette affaire tu ne nous as même pas donné le début d'un élément de réflexion :

Vous voulez asservir quoi ?
- La vitesse des moteurs ?
- L'assiette et l'inclinaison?
- La cadence (direction) ?
- La position horizontale ?
- L'altitude ?
- La vitesse ?
- La trajectoire?
- ...

[Etno42]

@daniel100 : Merci pour les liens !


@PA5CAL :

Si tu penses qu'une coque autour des hélices peut régler le problème, alors je t'invite à te faire lancer une petite tondeuse à gazon électrique sur la tête depuis le deuxième étage d'une maison... tu pourras apprécier toute l'efficacité d'un carénage !

Don't feed the troll.

Tu as cité deux types d'algorithmes, mais dans la pratique on peut trouver l'un ou l'autre au gré des situations.

Lesquelles ?

Et soit dit en passant, si vous comptez par exemple faire évoluer la masse utile, faire voler l'engin en plein vent ou soulever une charge au bout d'un filin, il faudra certainement envisager des asservissements hautement adaptatifs, qui sont d'une complexité bien plus grande que les asservissements fixes que tu ne sembles déjà pas maîtriser, ni même connaître. Mais puisqu'on ne sait pas ce que vous voulez faire, là je parle dans le vide.

Ce n'est pas l'objectif. J'ai déjà dis par temps calme.

La motivation et les petits codeurs fous, ça aide un peu, mais ça ne remplace pas le minimum de compétences en aéronautique et en automatique nécessaires à l'aboutissement du projet. Ce n'est pas parce qu'on sait coder qu'on sait quoi coder.

On ne serait pas là sinon.

Les réponses spécifiques à votre cas et à vos exigences (que tu n'as toujours pas exprimés), vous les trouverez en faisant des tests et des mesures sur votre banc d'essai, mais certainement pas en nous faisant jouer aux devinettes à partir de rien.

Un conseil n'a rien d'une devinette.

Pour passer aux choses constructives :

Vous voulez asservir quoi ?
- La vitesse des moteurs ?
- L'assiette et l'inclinaison?
- La cadence (direction) ?
- La position horizontale ?
- L'altitude ?
- La vitesse ?
- La trajectoire?

On veut tenir en position horizontale, en gérant l'inclinaison par la vitesse des moteurs.

En vous remerciant !

[gcortex]

Un vol stationnaire ? Avec une ficelle de sécurité... Et pourquoi pas une télécommande pour choisir le mode manu ou auto

[Etno42]

@gcortex : C'est l'objectif sur le court terme

[Vince83136]

Bonjour,

Je suis un des membre de ce projet de conception de drone et je pense pouvoir répondre à tes questions.

Ce que nous souhaitons faire c'est un drone qui est piloté via clavier ou via télécommande. Les informations transmises au drone sont les boutons appuyés ou les valeurs des joysticks de la télécommande.
Une fois ces données transmises c'est le drone qui est autonome :
- si on appuie sur aucun bouton alors le drone se stabilise (assiette et inclinaison) en essayant de garder la même altitude (mais ce n'est pas primordial)
- si on appuie sur des boutons le drone règle la vitesse des moteurs pour suivre la commande (sans asservissement cette fois ou très peu)

Les conditions d'utilisation :
Pas de vent
pas de pluie
pas d'obstacles
pas de charge (mis à part une petite caméra à certains moments)

Il est vrai que nous n'avons pas forcément d'expérience dans les domaines de l’aéronautique et de l'automatisme mais nous pouvons nous adapter (et nous sommes là pour apprendre). De plus nous pouvons compter sur des enseignants pour nous aider dans certaines tâches. Cependant nous n'avons pas forcément le temps de faire un projet parfait, on se contentera d'un résultat fonctionnel qu'on essaiera de faire évoluer jusqu'à la dead-line.

PA5CAL : tu nous a parlé de faire des tests sur le drone pour en connaître ses caractéristiques physiques; pourrais-tu nous donner quelques exemples de tests et à quoi celà va servir ?

Si vous pouvez ou souhaitez nous aider nous en serions ravis et à l'écoute de toute suggestion constructive.

Merci à vous.

[PA5CAL]

Don't feed the troll.

Ce n'est pas un troll. Je suis très sérieux, et je ne plaisante jamais avec les questions de sécurité. Tes commentaires prouvent seulement que tu es inconscient du danger et que tu manques cruellement d'expérience.

Je persiste à croire qu'en voulant automatiser un appareil de 1,5 kg assez puissant pour soulever 6 kg sans disposer du minimum de connaissances et d'expérience nécessaires, vous êtes de véritables dangers publics. Même si vous procédez aux tests en petit comité, vous risquez de vous blesser (voire de vous tuer) vous-mêmes.

Tu as cité deux types d'algorithmes, mais dans la pratique on peut trouver l'un ou l'autre au gré des situations.
Lesquelles ?

Il y en a de nombreux, et comme mon propos est précisément de dire qu'il ne faut pas encore t'en occuper parce que tu prends le problème à l'envers, il me semble inutile de t'en faire une liste. Mais à titre d'exemple, as-tu entendu parler des filtres de Kalman ?

Ce n'est pas l'objectif. J'ai déjà dis par temps calme.

Non, justement, tu n'avais encore rien dit de sérieux sur les conditions de vol. Je me doutais que vous n'alliez pas l'utiliser durant une tempête, mais cela n'exclut pas qu'il puisse y avoir quelques courants d'air.

Un conseil n'a rien d'une devinette.

Alors relis ce que tu as demandé, et explique-moi comment il est possible de te répondre sans presque rien savoir.

Ça fait un peu comme si, pour réparer un tracteur, je te demandais de me « conseiller » sur le choix des boulons : « faut-il un diamètre de 11 ou de 13 ? » sans évidemment rien préciser par ailleurs.

On veut tenir en position horizontale, en gérant l'inclinaison par la vitesse des moteurs.

MIRACLE ! Il aura fallu attendre le post #18 pour obtenir la première information utile !

Mais à ce train-là, compte tenu de la complexité du problème, vous n'êtes pas arrivés au bout de vos peines.

[PA5CAL]

PA5CAL : tu nous a parlé de faire des tests sur le drone pour en connaître ses caractéristiques physiques; pourrais-tu nous donner quelques exemples de tests et à quoi celà va servir ?

La mesure de tous les éléments de calcul nécessaires à la détermination de l'asservissement. Cela passe par une modélisation du solide (centre de gravité, moment d'inertie, etc.), des forces auxquelles il est soumis en fonction de sa situation et de l'état des moteurs, des caractéristiques de la réaction de ces derniers à une modification de la commande ou de la situation de l'appareil...

On commence par une étude mécanique sérieuse, on précise la commande à automatiser, ensuite on fait une étude standard de l'asservissement, puis on le fabrique et on passe aux réglages.

Mais comme vous en êtes encore au point de vous demander ce qu'il faut faire, j'imagine que vous n'avez pas dû apprendre le B-A-BA sur ces questions. Il faudra pourtant en passer par là, et un forum n'est pas fait pour dispenser des cours qui s'étalent normalement sur plusieurs mois ou plusieurs années.

[PA5CAL]

L'autre solution, c'est de copier un système existant, et de bidouiller ses réglages jusqu'à ce que l'appareil arrête de s'écraser, de s'enfuir et de gigoter dans tous les sens.

Mais alors ne comptez pas forcément réussir (le système copié ne vous conviendra peut-être pas), et prévoyez de casser quelques appareils avant d'atteindre un résultat acceptable.

[daniel100]

Vous avez combien de temps pour cette réalisation ?

[daniel100]

Cette appareil pas cher pourrait être disséqué afin d’établir un premier cahier des charges.

[daniel100]

... Et pourquoi pas une télécommande pour choisir le mode manu ou auto

Le pire est que ça existe, on programme plusieurs coordonnées GPS et l'appareil y va en automatique, il y a eu ces 5 dernières années une progression technique fulgurante dans ce domaine.

[invite39886733]

Juste a titre d'information est ce que vous savez ce qu'est un PID?

Je suis pas un as en asservissement mais je crois que la base c'est de regarder le comportement des moteur en boucle ouverte:

suivant une consigne voir la fonction de transfert du moteur en fonction de la poussée...

[calculair]

Bonjour,

Pour le pilotage des avions les filtres de kalman sont une solution donnant des solutions fiables ( utilisé la 1° fois lors du 1° alunissage )

c'est fortement recommandé pour piloter un engin volant.


http://www.ferdinandpiette.com/blog/...tre-de-kalman/

http://www.silvere-bonnabel.com/pdf/...0filtering.pdf

Juste a titre d'information est ce que vous savez ce qu'est un PID?

Je suis pas un as en asservissement mais je crois que la base c'est de regarder le comportement des moteur en boucle ouverte:

suivant une consigne voir la fonction de transfert du moteur en fonction de la poussée...

[invite39886733]

je vois pas pourquoi utiliser ces filtres au debut... Ils ne te feront pas ton asservissement; ils vont juste compliquer le probleme