Fabrizio Giulietti

1) La ricerca riguarda lo sviluppo e la sperimentazione di velivoli in grado di compiere in modalità autonoma o semi-autonoma delle missioni in condizioni ambientali per le quali l'impiego di velivoli convenzionali pilotati risulta essere non conveniente dal punto di vista economico oppure potenzialmente pericoloso per il pilota stesso. 2) La ricerca riguarda lo sviluppo e l'implementazione di sistemi in cui le informazioni relative alla posizione, velocità e accelerazione di un veicolo (aereo, marino o terrestre) vengono elaborate e fuse in una interfaccia grafica in modo tale da costituire un ausilio per la navigazione in condizioni di scarsa visibilità. 3)La ricerca riguarda lo sviluppo e la simulazione numerica di leggi di controllo basate su tecniche non-lineari. In particolare verranno affrontate problematiche relative a: a) controllo della posizione e della traiettoria in sistemi multi-agente e b) controllo di assetto per il microsatellite ALMASAT.

1)La necessità di disporre di sistemi flessibili ed a basso costo per il monitoraggio di aree interessate da fenomeni naturali (terremoti, frane, alluvioni ed eruzioni vulcaniche) oppure provocati dall'uomo (inquinamento ed incendi) ha stimolato la ricerca scientifica verso lo sviluppo di piattaforme costiutuite da un velivolo (ma anche veicoli terrestri e marini) non abitato (UAV) e controllato da una stazione a terra. I suddetti sistemi sono in grado di effettuare missioni in modalità di pilotaggio remoto e/o in volo autonomo, dal momento che la diffusione di tecnologie avanzate, inerenti sia il controllo del volo, sia le apparecchiature di misura a bordo, hanno esaltato le potenzialità di tale categoria di velivoli per il monitoraggio del territorio in ambito civile. Un mezzo aereo in grado di svolgere missioni in modalità parzialmente o completamente autonoma rappresenta una soluzione ideale per la sorveglianza sistematica di aree critiche, o per la prima ricognizione di aree soggette ad un evento catastrofico, e costituisce quindi un valido supporto alla pianificazione degli interventi di Protezione Civile in situazioni di emergenza. Un sistema UAV offre inoltre un notevole vantaggio economico nello svolgimento di operazioni di sorveglianza e di rilevamento e riduce in modo consistente il coinvolgimento umano in caso di incidenti di volo. Il sistema in oggetto è costituito dai seguenti sottosistemi: a) Una piattaforma di volo ad ala fissa. b) Una stazione di controllo a terra (GCS) c) Un apparato di di bordo comprendente il sistem per la guida, navigazione e controllo del velivolo. d) Un sistema in radiofrequenza per la ricezione dei dati realtivi ai parametri di volo della piattaforma e per la trasmissione dei dati di comando del velivolo. L'oggetto della presente linea di ricerca consiste nello sperimentazione di un sistema UAV per applicazioni di monitoraggio per tutte le aree poco accessibili o ad elevato rischio per le piattaforme aeree convenzionali. 2)Le potenzialità dei velivoli abitati e non abitati possono essere notevolmente incrementate conferendo loro la possibilità di pilotaggio in tutte le condizioni di scarsa visibilità. A tale proposito è fondamentale la fase di elaborazione e filtraggio delle variabili di posizione, velocità ed accelerazione del velivolo al fine di sviluppare di un sottosistema volto ad offrire un ulteriore ausilio grafico all'operatore del velivolo durante la missione in cui viene richiesto l'inseguimento di una traiettoria di riferimento. La soluzione che si intende sviluppare nell'ambito della presente linea di ricerca è costituita da una interfaccia grafica che visualizza in prospettiva un ‘tunnel di volo', costituito da una serie di segmenti che uniscono i vari waypoints che definiscono la traiettoria di riferimento, che può essere sovrapposto o alla visuale di guida esterna, oppure ad uno scenario ricostruito sinteticamente, oppure una fusione dei due, alla stregua di un vero e proprio Head Up Display (HUD). Oltre al tunnel di volo viene visualizzato, attraverso dei markers colorati, il risultato più importante dell'operazione di filtraggio, ossia la predizione in avanti (generalmente dell'ordine di qualche secondo, in base alla velocità di volo) della futura posizione del velivolo, e in base a questa vengono evidenziati i settori di tunnel che, in futuro, saranno interessati dalla effettiva traiettoria del mezzo. Prove sperimentali hanno evidenziato come la combinazione delle informazioni visive provenienti dal tunnel di guida e dalla predizione riduca le oscillazioni attorno alla traiettoria di riferimeto durante la missione. 3)La tecnica più utilizzata per il controllo di sistemi non lineari consiste nel linearizzare il modello matematico dell'impianto da controllare attorno ad una condizione di equilibrio e tra le tecniche più utilizzate in ambito aerospaziale per il controllo del volo sono l'assegnamento di autostruttura ed il controllo ottimo (LQR e LQ servo). Le prestazioni del controllore così sintetizzato saranno tanto più buone quanto più il modello linearizzato approssima il modello non-lineare di partenza. L'accuratezza del sistema lineare dipende da quanto è dominante la non linearità nell'intorno del punto di equilibrio. In alcune condizioni, la non linearità può avere una importanza tale da richiedere più punti di equilibrio attorno ai quali linearizzare il sistema, progettando quindi un insieme di controllori lineari (gain scheduling). Una via alternativa al controllo lineare consiste nell'adottare delle leggi di controllo anch'esse non lineari. Nell'ambito della presente linea di ricerca verranno sviluppate e verificate sperimentalmente delle leggi di controllo non lineari, basate sulla tecnica della Non-Linear Dynamic Inversion, relativamente ai seguenti problemi a) controllo della geometria della formazione di velivoli e b) controllo di assetto di un microsatellite.