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Conception et réalisation d’un quadrotor UAV.


par Abdelhak Amine ZITOUNI
Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene (USTHB) - Master en électronique 2018
  

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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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"Il faudrait pour le bonheur des états que les philosophes fussent roi ou que les rois fussent philosophes"   Platon