Titre original :

Adaptive fault-tolerant control for two linked 2WD mobile robots with actuator faults

Titre traduit :

Commande adaptative tolérante aux pannes pour un système composé de deux robots reliés en présence de pannes actionneurs

Mots-clés en français :
  • Système multi-robots

  • Tolérance aux fautes (ingénierie)
  • Systèmes adaptatifs
  • Robots mobiles
  • Actionneurs
  • Redondance (ingénierie)
  • Langue : Anglais
  • Discipline : Automatique
  • Identifiant : Inconnu
  • Type de mémoire : Diplôme supérieur de recherche
  • Date de soutenance : 28-11-2016

Résumé en langue originale

En raison de leur simplicité, de leur efficacité et leur souplesse, les robots mobiles à deux roues motrices (2WD) sont bien plus utilisés que les autres types de robots (articulés, multi-châssis….). Dans des environnements hostiles, causés, par exemple par un accident nucléaire ou une catastrophe naturelle, de tels robots instrumentés peuvent être utilisés pour amener du matériel, faire des réparations, ou aider des sauveteurs. Les conditions difficiles d’évolution augmentent la probabilité d’occurrence de défauts d'actionneur (moteur de roue), ce qui conduit à la perte des robots défaillants et des instruments embarqués. Pour faire face à ce type de situation, les robots peuvent être reliés physiquement pour rendre le système multi-robots sur-actionné. Ainsi, si un robot tombe en panne, les autres robots liés peuvent l'aider à se déplacer et à terminer sa tâche. Cette architecture de système multi-robots crée des redondances d'actionneurs et de capteurs qui améliorent la tolérance aux fautes du système. Ce travail de recherche concerne la conception de lois de commande tolérantes aux fautes basées sur une méthode adaptative. Deux types de liens entre deux robots mobiles sont considérés. Dans la première configuration, l'orientation d'un des deux robots est indépendante de celle de la liaison physique; alors que dans la deuxième configuration les orientations des deux robots sont indépendantes de celle de la liaison. Les défauts des actionneurs introduisent des perturbations non désirées du système. La commande adaptative, avec sa capacité de faire face aux incertitudes paramétriques et environnementales, permet de compenser efficacement les défauts (capteurs/actionneurs) d’un système multi-robots 2WD. Les modèles cinématiques et dynamiques sont dans un premier temps proposés pour les deux configurations de lien physique entre robots. Par la suite, deux schémas de commande tolérante aux fautes sont développés pour compenser les effets des défauts d’actionneurs. Pour couvrir les différents cas de défauts considérés, une méthode « multi-conception intégrée » est proposée : pour chaque cas de défaut, une loi de commande adaptative est synthétisée, puis une commande globale du système est conçue pour permettre d’assurer la stabilité globale du système ainsi que des propriétés de suivi asymptotique. Les résultats de simulation montrent que les schémas de commande adaptatifs tolérants aux défauts proposés peuvent assurer la stabilité du système et les propriétés de suivi asymptotique souhaitées malgré la présence de défauts d'actionneur incluant des défauts multiples simultanés.

Résumé traduit

Due to simplicity, efficiency and flexibility, two-wheel drive (2WD) mobile robots are widely used. In some harsh conditions, resulting from a terrorist attack, a nuclear accident or nature disasters, 2WD rescue robots carrying instruments, are employed to do some tasks or to help rescuers. These adverse conditions increase the probability of actuator (wheel motor) fault occurrence which will leads to the loss of the failed robots and the important instruments they carry. To deal with this situation, physical links may be used to connect the robots, and make the system over-actuated. If one robot fails, the other linked robots can help it continue moving. This robot architecture provides actuator and sensor redundancies which improves the fault tolerance of the system. This research is concerned with the fault tolerant control designs for two configurations with two linked 2WD mobile robots based on adaptive method. For one configuration, the orientation of one robot is independent with the link but the other one is dependent; for another configuration, the orientations of two robots are both independent. Actuator faults introduce undesired uncertainties/disturbances into the system. Adaptive control, for its capability of dealing with system parametric and environmental uncertainties, has high potentials for effective fault compensation of such two linked-robots systems. The kinematic and dynamic models are first proposed for the two configurations of link, based on which, two adaptive fault-tolerant control schemes are developed to compensate for actuator faults. To cover all possible faulty cases, a multi-design integration method is employed. For each faulty case, one adaptive control law is proposed. By also using adaptive method and combining these control signals for all faulty cases, the global system controller is designed, which ensures system stability and asymptotic tracking properties. The developed adaptive fault tolerant schemes have been applied to a simulated two linked 2WD robots system. Simulation results show that the proposed adaptive fault-tolerant control schemes can ensure desired system stability and asymptotic tracking properties despite the presence of actuator faults including simultaneous multi-faults.

  • Directeur(s) de thèse : Cocquempot, Vincent - El Badaoui El Najjar, Maan
  • Laboratoire : Centre de recherche en informatique, signal et automatique de Lille (CRIStAL)
  • École doctorale : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille)

AUTEUR

  • Ma, Yajie
Droits d'auteur : Ce document est protégé en vertu du Code de la Propriété Intellectuelle.
Accès réservé aux membres de l'Université de Lille sur authentification