Contributions to the Modeling and Control of Fin-Actuated Autonomous Underwater Vehicles

Contributions à la modélisation et la commande de véhicules sous-marins autonomes actionnés par des nageoires Le domaine sous-marin, caractérisé par sa complexité et son immensité, nécessite l'utilisation de véhicules sous-marins autonomes (AUV) pour l'exploration et les tâches opérationnelles. Les AUV traditionnels à propulsion par hélice ont joué un rôle clé dans ce domaine, mais leurs limites en matière d'agilité deviennent de plus en plus évidentes. Cette thèse étudie rigoureusement les capacités des AUV actionnés par des nageoires, qui s'inspirent des principes de locomotion de la vie marine.Un défi significatif dans les opérations sous-marines est le suivi robuste et précis des plongeurs, en particulier dans des conditions de visibilité limitée. Les méthodologies existantes sont souvent insuffisantes dans de tels scénarios exigeants. Pour y remédier, la thèse introduit un système de suivi de plongeur à la fois sophistiqué et économique. En intégrant de manière synergique des données visuelles et acoustiques, une précision de suivi accrue est obtenue, démontrant l'adaptabilité des AUV actionnés par des nageoires dans des environnements marins dynamiques.En passant du suivi des plongeurs, la thèse aborde une lacune dans la littérature actuelle concernant la modelisation dynamique des AUV actionnés par des nageoires. Plus précisément, il manque des modèles qui relient les paramètres d'actionnement des nageoires à la poussée générée, et qui peuvent être facilement inversés à des fins de contrôle. Un modèle dynamique non linéaire est présenté, capturant la relation entre la poussée de la nageoire et ses paramètres d'oscillation. Empiriquement validé, ce modèle sert de fondement au développement d'un modèle inverse, offrant une nouvelle approche au contrôle du véhicule.La précision du contrôle est un aspect critique des opérations de AUV. Les AUV traditionnels font face à des défis pour atteindre un contrôle à 6 degrés de liberté (DDL), en particulier lorsqu'ils sont contraints par un nombre limité d'actionneurs. Une nouvelle méthode de contrôle à 6 DDL adaptée aux AUV actionnés par des nageoires est présentée. Cette méthode permet des mouvements sous-marins complexes, atteignant un contrôle à 6 DDL avec seulement quatre actionneurs, une avancée significative dans le domaine.La nécessité d'un contrôle tolérant aux pannes dans la robotique sous-marine va au-delà de l'intérêt académique ; il s'agit d'une exigence critique pour les missions réelles. Étant donné les conditions sous-marines difficiles et imprévisibles, les défaillances des actionneurs ne sont pas rares. Pour les AUV actionnés par des nageoires, une seule défaillance de nageoire peut gravement entraver les capacités opérationnelles du véhicule. La thèse introduit un schéma de contrôle actif tolérant aux pannes spécifiquement conçu pour les AUV à quatre nageoires. Le schéma comporte un mécanisme de répartition du contrôle qui redistribue de manière adaptative les forces de contrôle entre les nageoires en cas de défaillance.En conclusion, la thèse offre une étude complète sur les AUV actionnés par des nageoires, couvrant les aspects de la perception, de la modélisation et du contrôle. Chaque contribution aborde non seulement un défi spécifique, mais pose également les bases pour de futures avancées dans la robotique sous-marine. Les résultats validés expérimentalement soulignent en outre l'utilité potentielle des AUV actionnés par des nageoires dans des opérations et des explorations sous-marines complexes.