Automatica nonlineare

Linee di ricerca:

Controllo Robusto
Stabilità e Stabilizzazione
Regolazione
Controllo Ottimo e Sistemi Stocastici
Sistemi Ibridi
Sistemi a tempo discreto e a segnali campionati
Acquisizione Dati e Reti di Sensori
Applicazioni del Controllo

Partecipanti:
Battilotti Stefano, Benvenuti Luca, Califano Claudia, Di Giamberardino Paolo, Iacoviello Daniela, Isidori Alberto, Monaco Salvatore (leader).

Dottorandi:
Marwa Ahmed, Raffaello Borghi, Giovanni Mattei, Lorenzo Ricciardi Celsi.

La ricerca sull'analisi e il controllo dei sistemi non lineari all'Università Sapienza ∂attiva dagli inizi degli anni 70 e, storicamente, ha svolto un ruolo guida a livello internazionale. L'approccio geometrico al progetto di retroazioni non lineari, sviluppato verso la fine degli anni 70, ha segnato l'inizio di una nuova area di ricerca che, nei decenni seguenti, ha influenzato in modo profondo lo sviluppo dell'intera disciplina. Il concetto di equivalenza sotto retroazione (non lineare) e di zero dinamica, le loro proprietà e implicazioni nel progetto di controllori a retroazione sono forse i concetti più usati nella sintesi di stabilizzatori. L'approccio geometrico svolge anche un ruolo fondamentale nell'analisi di sistemi definiti su gruppi di Lie, con numerose applicazioni al controllo di veicoli spaziali e di robot mobili. L'evoluzione naturale dell'approccio geometrico all'analisi e al progetto di sistemi non lineari ha portato al raffinamento dei concetti per la progettazione di controllori in grado di sagomare la risposta in regime permanente dei sistemi. Questa linea di ricerca attualmente sviluppata con riferimento a problemi di regolazione di sistemi che hanno una dinamica zero instabile e nello sviluppo di metodi di stabilizzazione robusta attraverso reazioni da misura. Un approccio generale alla stabilizzazione robusta si basa sul concetto di funzioni di Lyapunov filtrate. Sono state in questo contesto sviluppate tecniche per la progettazione di funzioni di Lyapunov filtrate composte. Tecniche di controllo non lineare e robusto si sono dimostrate utili per raggiungere obiettivi di controllo nel caso di strutture con ridotta informazione, per esempio, misure che prendono valori solo in un insieme finito e/o reazioni che stimolano interventi discontinui e irregolari. Una sfida importante nella ricerca nel settore del controllo con informazione limitata ∂ la progettazione di controllori distribuiti su di una rete. in questo caso, i controllori cooperano per raggiungere un obiettivo comune ma dispongono di informazione limitata data dai controllori vicini.

L'analisi e il progetto di sistemi di controllo reali, che integrano dispositivi e procedure di calcolo, in un contesto digitale richiede metodi ad-hoc. Sistemi a tempo discreto e a dati campionati sono argomento di ricerca sviluppato alla Sapienza a partire dagli anni 80 nell'ambito di una collaborazione con il Laboratoire des Signaux et Systèmès del CNRS francese. La ricerca ha per oggetto la risoluzione di problemi di controllo non lineare in tempo discreto e la ricerca di soluzioni digitali per sistemi di controllo a tempo continuo. Uno dei risultati principali di tale attività stata la definizione di un approccio originale, basato su concetti sia geometrici che algebrici, e usato sia per mostrare l'esistenza di soluzioni nel tempo discreto che per calcolare soluzioni approssimate nel contesto digitale. Due sono gli aspetti alla base degli sviluppi più recenti: una nuova rappresentazione delle dinamiche discrete, che definisce un quadro naturale per confrontare i risultati nel tempo continuo e nel tempo discreto, il concetto di modello discretizzato esatto sotto contro reazione, che può essere utilizzato per progettare leggi di controllo continue a tratti in un contesto di controllo digitale diretto. Dai risultati ottenuti nella linearizzazione mediante reazione, stabilizzazione, regolazione, ricostruzione dello stato, i nuovi filoni di ricerca sono nella direzione dei metodi di progetto fondati sulla passività e sull'impiego di funzioni di Lyapunov, del controllo ottimo e inverso e dei sistemi con ritardo, a tempo discreto e sotto campionamento. Particolare attenzione ∂ devoluta alla definizione di algoritmi eseguibili per il calcolo delle soluzioni proposte.

Dispositivi di misura, algoritmi, gestione di dati e trasmissione rappresentano aspetti critici in ogni sistema distribuito di controllo. Il numero di dispositivi, il loro posizionamento, il consumo di energia, i nodi di comunicazione dei dati e la gestione stessa dei flussi di dati distribuiti sono oggi classici problemi in questo contesto. Nuovi problemi riguardano reti dinamiche di sensori, dove piattaforme mobili sono assimilate a dispositivi intelligenti, nelle quali la pianificazione della traiettoria e problemi di controllo richiedono specifiche addizionali e rendono la soluzione più difficile. La formulazione del problema come un problema non lineare di dimensione più grande definisce un'area di ricerca interessante ed interdisciplinare verso soluzioni più semplici ed economiche a problemi come la sorveglianza, il monitoraggio, il controllo decentralizzato e distribuito. Problemi allo studio nel settore riguardano dispositivi quali sensori e attuatori, algoritmi di calcolo, controllo coordinato locale e globale, protocolli di comunicazione di reti e acquisizione e fusione di dati.

Gli aspetti applicativi delle attività di ricerca sono svolti presso il Laboratorio di Sistemi, fondato nel 1995.

Progetti:

Stability analysis and implementation of networked systems governed by Kuramoto oscillators (2 consecutive projects) - September 2008, August 2010 - The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

Totally polymeric ionic transducers: applicability study, performance analysis and prototypical realizations for advanced sensor-actuator devices - March 2010, December 2012 - MIUR PRIN.

SARFIRE: February 2010 - February 2012 - ASI,

Microstructure influence on fatigue damaging micro-mechanisms in ductile cast irons - 2011, MIUR PRIN 2009.

Concezione di una piattaforma robotica per l'ispezione visiva della macchina Tokamak FTU - 2012, ENEA.

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