La mia attività di ricerca è suddivisa in ricerca metodologica e applicazioni, con una predilezione per queste ultime. In particolare, una parte importante del mio lavoro è concentrata sulla realizzazione di schemi implementativi e di algoritmi (sia di identificazione che di controllo) per applicare efficacemente, in diversi settori, le metodologie più innovative del settore dell’automatica.

La mia attività si divide in quattro principali filoni.

1. Identificazione di modelli Lineari Parametro-Varianti

 Scopo di questa attività di ricerca è lo sviluppo di algoritmi per l’identificazione di modelli con parametri tempo-varianti. E’ stata proposta una nuova classe di modelli tempo-varianti, che sono lineari nei parametri, i quali a loro volta variano secondo una legge dinamica non lineare modellata mediante una rete neurale. E’ stato infine messo a punto un algoritmo di stima dei parametri basato sui minimi quadrati separabili.

2. Diagnostica dei guasti non basata su modelli

 Questa attività ha lo scopo di elaborare e validare sperimentalmente metodi di diagnostica dei guasti non basati su modelli dell’impianto in esame. Specificamente, è stato sviluppato un metodo basato sulla stima in linea della funzione di coerenza spettrale tra i segnali di ingresso e di uscita del sistema. Molto frequentemente, un sistema controllato ha un comportamento pressoché lineare e l’occorrenza di un guasto può provocare la deviazione verso dinamiche non lineari. La funzione di coerenza spettrale è un buon indicatore della presenza di componenti non lineari nella dinamica del sistema. Queste, sotto opportune ipotesi, possono essere ricondotte all’evento di guasto.

3. Automazione (modellistica, simulazione, identificazione e controllo) nella riabilitazione di persone con lesioni della colonna vertebrale

 La Stimolazione Elettrica Funzionale è una tecnologia riabilitativa utilizzata in paraplegia ed in tetraplegia. Mediante stimolazione elettrica dei muscoli appropriati è possibile muovere le articolazioni degli arti di persone che, a causa di lesioni della colonna vertebrale, non possono più determinare volontariamente i propri movimenti.

L’attività di ricerca, svolta in collaborazione con il Centro di Ricerca di Bioingegneria della Fondazione Don Gnocchi (Milano), con il Max Planck Institute for Dynamic Complex Systems (Magdeburgo, Germania) e il Centre for Systems and Control dell’Università di Glasgow (Glasgow, UK), riguarda problemi di simulazione, identificazione e controllo in riferimento al sistema che ha come ingresso la stimolazione elettrica dei muscoli e come uscita le posizioni delle articolazioni.

Specificamente, sono stati studiati i seguenti problemi:

·         Controllo del movimento dell’articolazione del ginocchio comandata dal muscolo quadricipite.

·         Controllo del movimento di sollevamento supportato da ortesi.

Queste attività hanno richiesto la risoluzione di problemi di identificazione e di problemi di controllo. I modelli identificati e validati sperimentalmente sono di due tipi :“a scatola nera” ottenuti mediante reti neurali o modelli polinomiali; “a scatola grigia” ottenuti mediante modellazione meccanica della dinamica del movimento dell’articolazione e usando reti neurali per identificare la sola componente di generazione di coppia attivada parte dei muscolari, con stima dello stato del sistema ottenuta mediante filtro di Kalman esteso. Gli algoritmi di controllo applicati sono basati sull’implementazione di due strategie di controllo, ritenute le più adatte al problema: il controllo gain-scheduling basato su modelli del sistema; il controllo “diretto”, che consente di progettare un controllore parametrico direttamente dai dati. Specificamente, è stato implementata la tecnica del Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT).

4. Automazione (modellistica, simulazione, identificazione e controllo) nei mezzi di trasporto

 L’attività in questo settore riguarda alcuni problemi di controllo della dinamica dei veicoli ed il controllo delle trasmissioni, con specifica applicazione ai veicoli agricoli, data la vicinanza all’Università di Bergamo del gruppo Same-Deutz Fahr, leader mondiale nel settore. Questo filone di ricerca è stato sviluppato in collaborazione con il Politecnico di Milano e con aziende, dando origine a numerosi contratti di ricerca, oltre ad alcune pubblicazioni scientifiche internazionali, dove la riservatezza sui contenuti del progetto lo ha permesso.

In particolare, per i veicoli agricoli sono stati affrontati i seguenti temi di ricerca:

Degne di nota sono anche le seguenti attività relative al controllo del moto longitudinale di veicoli sottomarini e di veicoli stradali:

5. Altre attività

 Nel corso della mia attività ho avuto occasione si investigare altri temi di ricerca non direttamente classificabili nei quattro principali filoni sopra descritti. Sono qui elencate le attività di ricerca che hanno dato luogo ad almeno una pubblicazione scientifica a livello internazionale.

Tra questi temi occupano uno spazio peculiare le attività di modellistica, identificazione e stima di parametri in Fisica. Tali attività sono frutto dei miei studi per il conseguimento della Laurea in Fisica. Questo mio tentativo (sviluppato tra il 1996 ed il 1999) di introdurre metodologie proprie dell’identificazione di modelli in alcuni progetti di Fisica sperimentale ha incontrato non poche resistenze “mentali” da parte della comunità scientifica Fisica. Solo recentemente si stanno creando significative nuove opportunità per l’Automatica (anche sotto il profilo della didattica), anche se tali attività stanno raggiungendo solo ora il necessario livello di maturità.

Le ricerche principali sono (o sono state):

Tra le altre attività (sia teoriche che applicative) segnalo: