Commandes coopératives de véhicules autonomes aériens et terrestres en présence de contraintes opérationnelles

Ce projet de thèse s’intéresse à la conception de lois de commande coopératives pour des groupes de véhicules autonomes aériens et terrestres devant atteindre un objectif commun, tel que le consensus, la synchronisation, le maintien de formation ou le rendez-vous. Ce sujet suscite un intérêt croissant en raison de ses nombreuses applications dans les domaines de la robotique mobile, des transports intelligents, de la surveillance, de l’inspection et, plus largement, des systèmes autonomes.

De manière générale, tout système de contrôle coopératif multi-agents comprend un ensemble d’informations collectées localement, un réseau de communication à bande passante limitée, un algorithme de décision et une capacité de calcul distribuée. L’objectif des systèmes coopératifs est d’assurer une coordination efficace entre les agents afin d’atteindre un comportement collectif souhaité, tout en respectant les contraintes imposées par les dynamiques des véhicules, leur environnement d’évolution et les exigences liées à la mission.

Le problème devient particulièrement complexe lorsque les véhicules sont soumis à des perturbations, à du bruit de mesure, à des incertitudes de modélisation, à des limitations de communication ou à des défaillances partielles. Dans le cas des véhicules autonomes aériens et terrestres, ces difficultés sont renforcées par la présence de contraintes opérationnelles, telles que les limitations de vitesse, d’accélération, d’énergie ou d’actionnement, les contraintes de sécurité, l’évitement d’obstacles, la prévention des collisions inter-agents, ainsi que les variations de l’environnement et des conditions de mission. Cette thèse s’inscrit dans une dynamique de collaboration entre ESTACA’Lab et le laboratoire MIS, en articulant développements théoriques, algorithmiques et validation expérimentale.

L’objectif principal de la thèse est de développer des stratégies de commande coopérative robustes et performantes pour des véhicules autonomes aériens et terrestres, en tenant compte explicitement des contraintes opérationnelles affectant leur fonctionnement.

Les résultats attendus portent en particulier sur :

• Consensus et synchronisation : amener les agents à suivre un comportement collectif coordonné malgré les perturbations, les incertitudes et les limitations de communication.
• Contrôle de formation : maintenir une structure géométrique précise entre plusieurs véhicules autonomes aériens et terrestres tout en assurant leur déplacement.
• Robustesse et sécurité : garantir le fonctionnement du système malgré les perturbations, les incertitudes, les défauts de communication et les contraintes d’évitement d’obstacles et de collisions.
• Prise en compte des contraintes opérationnelles : intégrer explicitement dans la synthèse des lois de commande les limitations physiques, énergétiques, informationnelles et missionnelles propres aux véhicules autonomes.
• Implémentation temps réel et validation expérimentale : développer l’implémentation embarquée des stratégies de commande proposées et évaluer leurs performances sur des plateformes expérimentales, en prenant en compte les contraintes de calcul, de communication, d’acquisition et d’intégration temps réel.

L’ESTACA, école d'ingénieurs faisant partie du groupe ISAE, forme en 5 ans des ingénieurs passionnés par les technologies qui répondent aux besoins de nouvelles mobilités et mène une recherche appliquée au service de tous les acteurs des transports (aéronautique, automobile, spatial, naval et transports guidés et ferroviaires).

L’ESTACA c’est une formation d’ingénieur et des mastères spécialisés habilités par la Commission des Titres d’Ingénieurs, ainsi que des équipes d’enseignants et de chercheurs qui accueillent plus de 2 200 étudiants repartis sur 3 campus (Montigny-le-Bretonneux (78), Laval (53) et Bordeaux (33))

ESTACA’Lab, le laboratoire de recherche de l’ESTACA, regroupe aujourd’hui une trentaine d’enseignants-chercheurs et une quarantaine de doctorants. Il développe une recherche appliquée dans un contexte fortement collaboratif pour une mobilité durable, intelligente et sûre.

Le laboratoire  (Modélisation, Information & Systèmes) fédère des enseignants-chercheurs de l’UPJV en Informatique, Automatique, Robotique et Vision par ordinateur. Les objectifs scientifiques du laboratoire s’inscrivent dans les thématiques des Sciences et techniques de l’information et de la communication (STIC). Les travaux de recherche qui y sont développés trouvent de nombreuses applications : Véhicule, Cybersécurité, Énergie, Robotique, Musique, Patrimoine, Santé...

L’animation scientifique s’effectue au niveau des 4 équipes de recherche intégrées à l’unité. Pour atteindre sa mission scientifique, le MIS s’appuie sur un effectif de 80 personnes dont 40 enseignants-chercheurs, 35 doctorants et 4 personnels administratifs et techniques, mais aussi sur un précieux réseau de partenaires industriels et académiques.

Le candidat ou la candidate recherché(e) devra être titulaire d’un diplôme d’ingénieur ou d’un Master 2 en automatique, robotique, systèmes embarqués, mécatronique, mathématiques appliquées, électronique ou domaine voisin.

• De solides bases en modélisation, stabilité et commande des systèmes dynamiques ;
• Un intérêt marqué pour les véhicules autonomes, les systèmes multi-agents, la commande coopérative et les approches robustes ;
• Une bonne maîtrise d’outils scientifiques tels que MATLAB/Simulink, Python ou environnements équivalents ;
• Des connaissances en commande non linéaire, estimation d’état, commande robuste, implémentation temps réel ou théorie des graphes seront appréciées ;
• Autonomie, rigueur scientifique et goût pour le travail collaboratif interdisciplinaire.