Comparaison des actionneurs à pas fixe et variable pour quadricoptères agiles

Cet article présente la conception, l'analyse et les tests expérimentaux d'un quadricoptère à pas variable. Un quadricoptère construit sur mesure en laboratoire avec stabilisation d'attitude embarquée est développé et testé. Une analyse des différences dynamiques dans la sortie de poussée entre une hélice à pas fixe et une hélice à pas variable est donnée et validée par des résultats de simulation et expérimentaux. Il est démontré que l'actionnement à pas variable présente des avantages significatifs par rapport à la configuration à pas fixe conventionnelle, notamment une augmentation du taux de changement de poussée, une diminution de la saturation de contrôle et la capacité de renverser rapidement et efficacement la poussée. Ces avantages entraînent une amélioration du suivi des entrées de commande d'accélération linéaire et angulaire du quadricoptère tant en simulation qu'en test matériel. Ces avantages devraient permettre un vol plus agressif et acrobatique avec le quadricoptère à pas variable qu'avec l'actionnement standard à pas fixe, tout en conservant une grande partie de la simplicité mécanique et de la robustesse du quadricoptère à pas fixe. Nomenclature α Angle de pas de l'hélice ω Vitesse du moteur ρ Densité de l'air bD1,...bD3 Coefficients de traînée estimés bL Coefficient de portance estimé c Cordes de l'hélice R Résistance interne du moteur L Inductance du moteur CD0 Coefficient de traînée parasitaire CDi Coefficient de traînée induite par la portance CLα Coefficient de portance CL0 Coefficient de portance à pas nul CLmin Coefficient de portance minimum CLmax Coefficient de portance maximum e EMF arrière du moteur i Courant moteur i0 Courant à vide du moteur I Inertie du moteur et de l'hélice KV Constante de tension du moteur KQ Constante de couple du moteur REexp Facteur d'ajustement du nombre de Reynolds Rp Rayon de l'hélice REref Nombre de Reynolds pour les calculs de traînée v Tension du moteur vL Tension du moteur provenant de l'inductance TL Couple de charge vR Tension du moteur en raison de la résistance TM Couple du moteur I.