Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente les principales catégories de robots marins et sous-marins, en précisant leurs domaines d'application ainsi que les aspects technologiques et scientifiques associés. L’article dresse ensuite l’inventaire des moyens de localisation, de perception et de communication, et en résume les caractéristiques techniques essentielles. La troisième section établit le modèle dynamique des véhicules sous-marins et détaille les phénomènes et forces en jeu. Enfin, trois approches de commande sont proposées et comparées expérimentalement.
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Vincent CREUZE : Professeur des universités – LIRMM, université de Montpellier, CNRS, Montpellier, France
INTRODUCTION
Les robots marins connaissent un développement important depuis plusieurs décennies. Ils ont acquis une maturité technique incontestable, qui permet leur utilisation dans de nombreux domaines, en particulier dans l’industrie pétrolière et gazière, pour des applications militaires (surveillance, déminage, etc.) ou encore pour la recherche scientifique (océanographie, biologie, archéologie, etc.). Cet article propose un tour d’horizon des principales familles de véhicules marins ou sous-marins (USV, AUV, ROV, glider, robot voilier, robot bio-inspiré, profileur, etc.), ainsi qu’un descriptif détaillé des matériels utilisés pour leur localisation, leur perception ou leur communication. Pour chaque catégorie de matériel, les principes de fonctionnement sont rappelés et les notions techniques indispensables sont résumées, afin de permettre au lectorat de sélectionner correctement les matériels adaptés à son application.
Cet état de l’art technologique est suivi d’une présentation des outils scientifiques permettant de contrôler les véhicules marins : la modélisation et la commande. Le modèle présenté est celui, largement utilisé, défini par la SNAME (Society of Naval Architects and Marine Engineers). Basées sur ce modèle, trois lois de commande sont présentées, ainsi que leurs principes de réglage. Il s’agit de la commande PID, de la commande adaptative à retour d’état non linéaire, et de la commande en régime glissant. Des exemples illustrant leur utilisation sont présentés, et leurs avantages et inconvénients sont expliqués. Enfin, l’article se termine par une comparaison expérimentale des trois commandes présentées, appliquées à l’asservissement en profondeur d’un petit robot sous-marin. Cela permet d’observer les avantages et les limites des trois commandes proposées.
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- Version archivée 1 de sept. 2014 par Vincent CREUZE
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Aspects environnementaux4. Commande des véhicules
Dans les sections précédentes, nous avons établi un modèle à 6 ddl pour le véhicule marin. Dans de nombreuses applications, par exemple lorsque l’on souhaite commander un véhicule de surface, il n’est pas nécessaire de commander les 6 ddl. On a alors recours à un modèle simplifié dans lequel certains ddl ne sont pas commandés. Les équations sont alors simplifiées et certains termes peuvent être linéarisés. Dans ce qui suit, nous traiterons du cas général à 6 ddl, à partir duquel il est aisé de déduire un modèle limité au nombre de ddl nécessaires à l’application.
4.1 Introduction
Les véhicules marins sont des systèmes non linéaires pour lesquels plusieurs paramètres du modèle sont peu connus ou inconnus a priori (termes de la matrice d’amortissement, masses ajoutées, etc.) et sont susceptibles de varier au cours d’une mission (flottabilité lorsque la salinité varie, saisie ou largage d’échantillons, etc.).
De plus, certains effets, tels que la traction de l’ombilical ou les écoulements tourbillonnaires, ne peuvent être modélisés simplement. Enfin, les véhicules sont soumis à des perturbations fréquentes (vagues, chocs, courants, etc.) et le plus souvent aléatoires. Ces termes mal connus et ces perturbations ont un effet plus ou moins important sur le véhicule. Sur les petits véhicules marins (minirobots voiliers, mini-ROV, mini-AUV), les approches de commande traditionnellement utilisées sur les véhicules à forte inertie ne suffisent pas à garantir des performances acceptables, c’est-à-dire, principalement, un retour rapide à la stabilité en cas de perturbation (par exemple un choc) et un fonctionnement peu sensible aux variations des paramètres du système (par exemple une variation de la charge embarquée, des caractéristiques d’un moteur, etc.). Il est alors nécessaire de mettre en œuvre des commandes robustes capables de s’adapter à la variabilité et au caractère incomplet du modèle, mais aussi aptes à rejeter correctement les perturbations.
Dans cette section, nous présenterons tout d’abord la commande PID (proportionnelle intégrale dérivée), très utilisée sur les véhicules marins, et qui permet d’obtenir d’assez bonnes performances. Après avoir observé les limites de cette commande, nous étudierons la commande adaptative à retour d’état...
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Commande des véhicules
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ORGANISATION MARITME INTERNATIONALE - Convention sur le règlement international de 1972 pour prévenir les abordages en mer (règlement COLREG), - (1972). https://www.imo.org/fr/about/Conventions/Pages/COLREG.aspx
-
(2) - PLUMET (F.), BRIERE (Y.), LE BARS (F.) - Les voiliers robotisés, - Techniques de l’Ingénieur (2018).
-
(3) - JAULIN (L.), LE BARS (F.) - Characterizing Sliding Surfaces of Cyber-Physical Systems. - Acta Cybernetica, 24(3), 431-448 (2020). https://cyber.bibl.u-szeged.hu/index.php/actcybern/article/view/4060
-
(4) - KHATIB (O.) et al - Ocean One – A Robotic Avatar for Oceanic Discovery. - IEEE Robotics & Automation Magazine, Vol. 23, n° 4, pp. 20-29, December 2016. https://doi.org/10.1109/MRA.2016.2613281
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(5) - BOYER (F.), GOSSIAUX (P.-B.), JAWAD (B.), LEBASTARD (V.), POREZ (M.) - Model for a sensor inspired by electric fish. - IEEE Transactions on Robotics, Vol. 52, 2, pp. 492-505 (2012).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Convention sur le Règlement international de 1972 pour prévenir les abordages en mer (Règlement COLREG), Organisation maritime internationale, 1972.
https://www.imo.org/fr/about/Conventions/Pages/COLREG.aspx
HAUT DE PAGE
Salon/conférence : SeaTech Week – Cet événement se tient tous les deux ans à Brest (France). Il rassemble plusieurs séminaires et workshops scientifiques et technologiques, ainsi qu’une exposition de matériels dédiés à l’industrie marine et sous-marine.
Salon/conférences : Oceanology International (Oi) – Cet événement se tient tous les deux ans à Londres (Royaume-Uni).
https://www.oceanologyinternational.com/
Conférence : OCEANS IEEE/MTS Conference – Organisée par l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) et la MTS (Marine Technology Society), cette conférence internationale se tient deux fois par an. Elle rassemble des présentations scientifiques et une importante exposition de matériels. La sélection des présentations scientifiques est faite uniquement sur résumé, ce qui ne permet pas d’en garantir la qualité.
http://www.oceansconference.org/
Compétition/conférence :...
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