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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET
POPULAIRE
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la
Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie
Houari Boumediene
Faculté d'Electronique Et
Informatique
Département Instrumentation et Automatique
Mémoire de Projet de Fin d'Etudes
Master en
Electronique
Option : Ingénierie de L'Electronique et
Photonique Appliquée
THEME
Conception et Réalisation d'un quadrotor
UAV
Proposé par : Présenté par :
Mr. BOUDJIT KAMEL. ZITOUNI Abdelhak Amine.
Examinateurs: Président de jury:
Dr. T.BERABAR. Mr. M.Derras.
Dr. B.LEHOUIDJ.
Promotion : JUIN 2018
Remerciements
Je remercie Dieu, le tout puissant, pour m'avoir
donné, le courage, la patience, la volonté et la force
nécessaire, pour affronter toutes les difficultés et les
obstacles, qui se sont hissés au travers de mon chemin d'études.
Mes plus profonds remerciements vont à mes parents. Tout au long de mon
cursus, ils m'ont toujours soutenu, encouragé et aidé. Ils ont su
me donner toutes les chances pour réussir. Qu'ils trouent, dans la
réalisation de ce travail, l'aboutissement de leurs efforts ainsi que
l'expression de ma plus affectueuse gratitude.
J'adresse mes sincères remerciements à tous
mes enseignants de L'université, notamment à mon promoteur Mr.
Boudjit Kamel, d'avoir proposé le sujet sur lequel j'ai
travaillé, et qui a assuré la direction et l'encadrement du
travail présenté dans ce mémoire.
Je tiens aussi à exprimer mes remerciements
à mon oncle Pr. Tahraoui Abdelatif (Professeur En Faculté De
physique), d'avoir bien voulu de me faire profiter pleinement de ces
compétences scientifiques et de ses idées durant mes
années d'étude en USTHB.
Cette page ne serait être complète sans
remercier mes meilleurs collègues et frères :
T. Idriss, T. Boualem, Z. Krimo, T. Zakou et sans oublier
ma grande soeur Kheznadji.S, sans leurs soutiens je n'aurais sûrement pas
pu mener à bien ce projet.
Enfin, Je tiens notamment, à adresser l'expression
de ma sincère reconnaissance aux membres du jury d'examen, pour
l'intérêt qu'ils ont porté à ce travail. Mes
remerciements vont à tous ceux qui m'ont soutenu de près ou de
loin à réussir ce travail.
Mes vives salutations.
Sommaire
Sommaire
Liste des figures
Introduction générale
1
Chapitre I : Généralité sur les
drones 3
I.1. Introduction aux drones (U.A.V.) 3
I.2. L'historique des drones 3
I.3. Les différentes catégories des drones
4
I.3.1. Les drones militaires de longue endurance
4
· Les drones MALE « le General Atomics MQ-9 »
4
· Les drones HALE « RQ-170 Sentinel » 5
I.3.2. Les drones tactiques (Tactical Unmanned Air
Vehicle) 6
I.3.3. Le drone solaire « Aquila»
7
I.3.4. Les drones miniatures 7
I.3.1. Le robot animal volant « BAT BOT B2 »
8
I.4. Domaines d'application des quadrotors 9
I.4.1. Domaine de sécurité 9
I.4.2.Domaine civil 10
I.5. Description général du quadrotor
10
I.6. Les mouvements du quadrotor 11
I.7. Conclusion 15
Chapitre II : Modélisation dynamique d'un
quadrotor 16
II.1. Introduction 16
II.2. Modèle dynamique du quadrotor
16
II.2.1. Angle d'Euler 17
II.2.2. Vitesses angulaires 18
II.2.3. Vitesses linéaires 18
III.5. Contrôleur de vol du quadrotor :
43
III.5.1. Lecture des signaux du récepteur RF : 45
Sommaire
II.2.4. Effets physiques agissants sur le quadrotor 18
II.2.4.1. Les forces 18
II.2.4.2. Les moments 19
II.2.4.3. Effet gyroscopique : 20
II.2.5. Développement du Modèle mathématique
selon Newton-Euler 20
II.2.5.1. Equations de mouvement de translation : 22
II.2.5.2. Equation de mouvement de rotation : 22
II.2.6. La représentation d'état du système
: 24
II.7. La dynamique des rotors 25
II.3. Conclusion : 27
Chapitre III : Conception et mise en oeuvre du
fonctionnement 28
III.1. Introduction : 28
III.2. Description du hardware utilisé :
28
III.2.1. Arduino Uno : 28
III.2.2. Gyroscope MPU-6050 : 29
III.2.3. Les moteurs sans balais « Brushless » : 29
III.2.4. Electronique Speed Controller « ESC » : 30
III.2.5. Batterie LIPO : 31
III.2.6. Les hélices : 32
III.2.7. Arduino Nano : 32
III.2.8. Module radio NRF24l01 2.4GHz : 33
III.2.9. Les joysticks : 34
III.2.10. La carcasse du quadrotor et du transmetteur RF: 34
III.3. Réalisation du transmetteur RF :
36
III.3.1. Schéma électronique : 36
III.3.2. Algorithme du transmetteur RF : 38
III.4. Récepteur RF 2.4 GHz : 40
III.4.1. Circuit et schéma électronique : 40
III.4.2. Algorithme du récepteur RF 2.4GHz : 41
III.4.3. Test des signaux de sortie du récepteur RF :
43
Sommaire
III.5.2. Unité de mesure de l'inertie gyroscopique
MPU-6050 : 48
III.5.3. Le contrôleur PID : 53
III.5.4. Contrôle des ESC : 58
III.6. Conclusion : 63
Chapitre IV : Tests et résultats
64
IV.1. Introduction : 64
IV.2. Test des signaux du récepteur RF :
64
IV.3. Test des données angulaires du Gyroscope :
67
IV.4. Identification des gains PID : 67
IV.5. Test de vol en zone ouverte: 69
IV.6. Conclusion : 70
Conclusion générale 71
Références
Bibliographiques
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