RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Tecniche avanzate e valutazione sperimentale del controllo cooperativo di sistemi autonomi eterogenei

Università di riferimento

Università degli Studi di CAMERINO - MATEMATICA E INFORMATICA - CAMERINO(MC)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Maria Letizia CORRADINI

Descrizione

L'attività di ricerca prevista per l'Unità di Camerino riguarda lo sviluppo e la validazione di metodologie innovative per la riconfigurazione del controllo, in presenza di degradazioni delle prestazioni del sistema di controllo a causa di condizioni di incertezza (dovute ad ampie variazioni parametriche) e/o guasti ai sensori e/o agli attuatori. Tali condizioni degradate possono inficiare in maniera sostanziale, com'è noto, il corretto funzionamento dei sistemi di navigazione, guida e controllo dell'intera formazione di veicoli. Infatti, poiché il controllo di ciascun veicolo avviene utilizzando misure fornite dai sensori, la presenza di eventuali guasti ai sensori stessi può facilmente portare ad instabilità.
Da un punto metodologico, i diversi problemi citati possono essere trattati in maniera uniforme se si fa riferimento al problema della gestione efficace di situazioni di "REDUCED CONTROL AUTHORITY (RCA)". Le condizioni che verranno considerate comprendono:

1. RCA PER LA PRESENZA DI NONLINEARITÀ NONSMOOTH. Un tema che presenta particolare interesse in questo contesto, e che ha importanti ricadute applicative, riguarda il progetto di controllori in presenza di nonlinearità nonsmooth nei dispositivi di attuazione e nei sensori. È noto infatti che tali nonlinearità, sebbene usualmente ignorate durante il progetto, sono sempre presenti nei dispositivi industriali ed influenzano pesantemente le prestazioni del sistema di controllo, che a causa loro manifestano oscillazioni, ritardi, inaccuratezza e persino instabilità. È stato anzi mostrato che, in presenza di isteresi, le tecniche di controllo lineari possono essere inefficaci a causa di ritardi di fase e perdite di energia non modellate. Per le ragioni appena discusse, questa UO si propone di utilizzare tecniche di controllo sliding-mode, notoriamente discontinue, per fronteggiare la presenza di nonlinearità di tipo isteresi negli attuatori e/o nei sensori, eventualmente tramite l'introduzione di un opportuno osservatore.
2. RCA PER LA PRESENZA DI NONLINEARITÀ NONSMOOTH E GUASTI AGLI ATTUATORI. Con riferimento al tema di ricerca discusso al punto 1, si ritiene di notevole interesse prevedere, in aggiunta alle nonlinearità citate, la presenza ulteriore di possibili guasti negli attuatori, tali da provocare l'assestamento della loro uscita a valori non noti ma limitati. Anche in questo caso è ragionevole pensare che tecniche di controllo a struttura variabile possano essere utilizzare per progettare un controllore che consenta di identificare il guasto e garantire l'annullamento dell'uscita anche in presenza di guasti. Sarà necessario, anche in questo caso, prevedere l'uso di opportuni osservatori dello stato. L'eventuale estensione al caso MIMO, tuttavia, non appare immediata e potrà richiedere l'uso di approcci differenti.
3. RCA PER LA PRESENZA DI INCERTEZZE E DISTURBI IN SISTEMI A TEMPO DISCRETO. Questa UO intende proseguire l'indagine circa l'applicazione di tecniche di controllo a commutazione, iniziata nel Progetto precedente, estendendo il loro utilizzo sia per la gestione di condizioni di guasto negli attuatori, sia per ampliare la classe di sistemi, di incertezze e di disturbi in considerazione, sempre nell'ambito dei sistemi a tempo discreto. In particolare, la validità di alcuni risultati metodologici sui sistemi a struttura variabile a tempo discreto può essere grandemente ampliata utilizzandoli in uno schema di controllo a commutazione basato su una partizione opportuna dello spazio dei parametri. L'interesse per questo approccio è motivato anche dal fatto che in tal modo si eviterebbe la comparsa del cosiddetto "settore di quasi-sliding", tipico del controllo sliding-mode a tempo discreto, in cui le specifiche di controllo possono essere imposte solo in modo approssimato.
4. RCA PER GUASTI AI SENSORI. Ancora nell'ottica di migliorare l'affidabilità dei processi industriali tramite la gestione di situazioni di "reduced control authority", in cui le prestazioni ed il funzionamento del processo risultano degradate, questa UO si propone di affrontare il problema di garantire l'annullamento dell'uscita anche in condizioni di misure dell'uscita deteriorate per effetto di guasti ai sensori. Si prevede che algoritmi per garantire il cosiddetto "fault accommodation" possano essere progettati abbastanza agevolmente tramite la messa a punto di un osservatore dello stato (basato su tecniche a struttura variabile) attivato al momento del guasto. Meno semplice appare invece il problema della rilevazione e dell'identificazione del guasto stesso tramite la stessa metodologia, per cui sarà ragionevole ricorrere a tecniche alternative.
5. APPLICAZIONE ALLA ROBOTICA SOTTOMARINA. Da segnalare la possibile applicazione dei risultati metodologici raggiunti nel punto 1 in un contesto di robotica sottomarina, in cui condizioni operative avverse possono determinare la presenza di rilevanti effetti nonlineari negli attuatori di un ROV e/o un AUV per ispezioni sottomarine.

TEMPISTICA E RISULTATI ATTESI

Si prevede di dedicare il primo anno principalmente allo studio e sviluppo degli aspetti metodologici, riservando al secondo anno (o a porzioni di esso) la validazione dei risultati metodologici attraverso simulazioni e sperimentazioni su processi fisici di laboratorio (condizioni operative e processi saranno concordati con le altre Unità di Ricerca). La diffusione dei risultati del Progetto sarà effettuata tramite gli usuali canali di comunicazione scientifica, quali articoli di riviste internazionali, seminari, sessioni specifiche di congressi internazionali di ben riconosciuta rilevanza, quali IEEE CDC 2006 e 2007, ACC 2006 e 2007, ed altri congressi sponsorizzati da IFAC e IEEE.