Automatisation du pilotage au sol pour la navigation aéroportuaire

This PhD study concerns the aircraft-on-ground control for airport navigation. It has been made by Jean Duprez and has been supported by a CIFRE agreement between Airbus France and the LAAS - CNRS. This work is linked with different studies concerning the navigation, guidance and control to improve the aircraft motion on the airports network. It aims to ease ground handling by proposing and assessing different control laws for civilian transportation aircraft. These control laws goal is to reduce pilot workload while using the actuators in a more optimal manner. Aircraft-on-ground motion will then be more precise and safer and thus, will lead to a potential reduction of the taxiing duration. This study concerns 4 main research axis : - the aircraft-on-ground modelling, including the associated sub-systems (engines, steering and breaking systems, tires, etc.) ; - the non-linear control theory (first order control, non-linear inverse control, backstepping, sliding mode control) ; - the study of an aircraft-on-ground longitudinal control law, to allow whether speed or acceleration control, using the breaking system and the engines ; - the study of an aircraft-on-ground lateral control law, to allow the aircraft trajectory control (through adapted criterions), using rudder deflection and the steering system. The proposed results are manly based on the non-linear inverse control and on actuator supervision algorithms. They mix theoretical control methodologies and specific control law adaptations to deal with the practical constraints of such application.Cette thèse concernant l'Automatisation du pilotage au sol pour la navigation aéroportuaire, a été réalisée par Jean Duprez dans le cadre d'un contrat CIFRE entre Airbus France et le LAAS du CNRS. Elle s'inscrit dans un ensemble de travaux d'amélioration et d'optimisation des déplacements au sol des aéronefs, concernant aussi bien les systèmes liés à la navigation sur la plate-forme aéroportuaire (détermination de la "route" à suivre), les systèmes de guidage (aide automatique au suivi de trajectoire) ou les systèmes de pilotage (fonctions et asservissements permettant le contrôle actif de l'aéronef par le pilote). L'objectif de la thèse est d'évaluer et de proposer des lois de pilotage d'un avion de transport civil facilitant ses déplacements sur la plate-forme aéroportuaire. Ces lois de pilotage permettront d'alléger la charge de travail et la complexité du pilotage de l'avion au sol, tout en utilisant de manière optimisée et transparente les différents actionneurs disponibles. Les déplacements seront alors plus sûrs et précis, et pourront être exécutés plus rapidement. Les travaux réalisés s'articulent autour de 4 points principaux : - la modélisation de l'avion au sol et des systèmes associés (moteurs, système d'orientation des roues, système de freinage, pneumatiques, etc.) ; - l'étude théorique de la commande des systèmes non-linéaires (commande au premier ordre, commande non-linéaire inverse, backstepping, commande par régime glissant) ; - l'étude d'une loi de pilotage longitudinal de l'avion au sol. Elle s'appuie sur l'utilisation du système de freinage et des moteurs pour permettre un pilotage de l'appareil en vitesse ou en accélération ; - l'étude d'une loi de pilotage latéral de l'avion au sol pour permettre le contrôle de la trajectoire (au travers de critères adaptés aux conditions opérationnelles d'utilisation de la loi) et l'utilisation de la gouverne de direction et du système d'orientation des roues avant. L'approche retenue est basée principaleme nt sur une technique d'inversion et sur la supervision des actionneurs. Elle associe à l'utilisation de ces techniques de commande certaines adaptations des lois, nécessaires à leur mise Suvre dans la pratique