Università di Trento

Referente Sede prof. Mauro Da Lio  mauro.dalio@ing.unitn.it

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Titolo:

LISA, Laser Interferometer Space Antenna

Parole chiave

Modellistica di sistemi meccatronici, Controllo di sistemi meccatronici, Spazio, Onde gravitazionali

Partecipanti:

Università di Trento, dip. di Fisica e dip. di Ingegneria Meccanica e Strutturale. ESA, NASA, SRON (NL), ZARM (Hannover D), Astrium (UK), CASA (ES), Gavazzi Spazio (I), RAL (UK), Imperial College (UK), etc.

Obiettivo della ricerca

Finalizzata alla realizzazione dell'esperimento LISA per l'osservazione dallo spazio delle onde gravitazionali. LISA: Laser Interferometer Space Antenna. E’ l’acronimo di un progetto di ricerca europeo per l’osservazione di onde gravitazionali dallo spazio. Il progetto coinvolge un numero molto elevato di istituzioni scientifiche europee (Germania, Inghilterra, Francia, Spagna), l’Agenzia Spaziale Europea, e un certo numero di partner dell’industria aerospaziale del vecchio continente.
L’Università di Trento in questo progetto svolge un ruolo fondamentale, sia nella definizione dell’architettura della missione, sia nello sviluppo del sensore inerziale, che è l’elemento di critico di rilevazione delle onde. I dipartimenti coinvolti sono: Fisica (nel quale il progetto ha avuto origine) e Ingegneria Meccanica e Strutturale. Il gruppo di Meccatronica si è unito, infatti, al progetto nel corso del 2001, con lo scopo di studiare gran parte degli aspetti di ingegneria della missione: dalla modellazione dinamica, alla simulazione e controllo, alle analisi strutturali e termiche, agli aspetti collegati con la produzione di componenti che richiedono tolleranze estremamente ristrette. Questa attività ha dato origine ad oltre una decina di Project Report e alla partecipazione a quasi altrettanti Progress Meeting, l’ultimo dei quali tenuto proprio nella sede della Facoltà di Ingegneria (6/6/02). Si prevede che l’impegno continuerà nelle prossime fasi di sviluppo del progetto.

Risultati

rapporti di progetto, pubblicazioni, hardware. Elenco pubblicazioni:

Bortoluzzi D., Da Lio M., Vitale S., "Modelling the Dynamics and Control of the LISA experiment". Classical and quantum gravity : an international journal devoted to gravity, geometry of field theories, supergravity, cosmology, 2002, Vol. in review

Weber W., Bortoluzzi D., Carbone L., Cavalleri A., Da Lio M., Dolesi R., Fontana G., Hoyle C. D., Hueller M., Vitale S., "Position sensors for flight testing of LISA drag-free control". Atti del convegno "SPIE, Astronomical Telescopes and Instrumentation Conference", Waikoloa, Hawaii, USA, August 22-28, 2002

Da Lio M., Bortoluzzi D., "Symbolic derivation of open-loop dynamic models of multibody mechatronic systems for control purpose. A case study: The LISA Technology Package.". Atti del convegno "5th International ESA Conference on Guidance Navigation and Control Systems", Frascati, 22-25/10, 2002, ESA Publications Division (EPD):(accepted, in print), Vol. SP-516

Bortoluzzi D., Bosetti P., Da Lio M., "Tribology Aspects in Scientific Experiment “LISA” (Laser Interferometer Space Antenna) for the Detection of Gravitational Waves". Atti del convegno "AITC (AIMETA Tribology International Conference) 2002", Vietri sul mare (SA), 18-20/9, 2002

Bortoluzzi D., Da Lio M., Vitale S., LTP Dynamics Mathematical Model. , 2002, Progetto di riferimento: LISA Technology Package Architect, per conto di ESA.

Bortoluzzi D., Da Lio M., Vitale S., "LISA Technology Package dynamics and control". Contributo a 4th International LISA Symposium, Pennsylvania State University, USA, july 2002.

Da Lio M., Vitale S., Electrostatic suspension system for LISA and SMART2 experiments. , 2001, Progetto di riferimento: ESTEC, per conto di ESA, Consorzio Criospazio Ricerche.

Bortoluzzi D., Da Lio M., Vitale S, Definition of control architecture and interfaces, (Draft) 2002, LISA Technology Package Architect, for ESA.

Vitale S., Bortoluzzi D., System requirements definition for the Lisa Technology Package on board SMART-2, (Draft 1) 2001, LISA Technology Package Architect, for ESA.

Vitale S., Bortoluzzi D., Top level science requirements and preliminary definition of critical interfaces for SMART-2 inertial sensor. (Draft) 2001, Inertial Sensor Definition for LISA, LTP-SY-UTN-001, for ESA.

Cavalleri A., Da Lio M., Dolesi R., Fontana G., Hueller M., Vitale S., Weber W., Sumner T., Shaul D., Jaroslawsky S., Sandford M., Smart D., Speake C., Drag-free satellite control, 2001, for ESA and Consorzio Criospazio Ricerche.

Bortoluzzi D., Bosetti P., Cavalleri A., Cristofolini I., Da Lio M., Dolesi R., Fontana G., Hueller M., Vitale S., Weber W., Inertial Sensor Definition for LISA, Technical Note LTP-TN -UTN –001, 2001, for ESA.

Finanziamento ottenuto

~ € 1.200.000 (complessivamente università di Trento, comprese somme da girare a partner industriali).

Istituzione finanziatrice

ESA, ASI, INFN

Anno del finanziamento

Dal 2001

Tipo della ricerca

sperimentale, progettuale, teorica

Sede della ricerca

Trento

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Titolo:

Guida autonoma

Parole chiave

Dinamica dei veicoli, guida automatica, path/manoeuvre plannig, controllo ottimo

Partecipanti:

Università di Trento, dip. di Ingegneria Meccanica e Strutturale (Da Lio). Università di Padova (Cossalter), Università di Napoli (De Falco)

Obiettivo della ricerca

Questo tema di ricerca, finanziato da due successivi COFIN (99 e 01, complessivamente 86k€ nei 4 anni) ruota attorno alle applicazioni delle soluzioni di problemi di controllo ottimo con condizioni iniziali e finali (più precisamente in gran parte di tempo minimo) nella dinamica di sistemi meccanici.
All’inizio le soluzioni di tempo minimo sono state utilizzate a fine di analisi delle prestazioni dei veicoli.
In questo periodo si stanno sviluppando applicazioni nelle quali le manovre di tempo minimo (ma anche ottimizzate secondo altri criteri, per esempio “sicurezza”) sono applicate alla pianificazione automatica della guida, ad esempio per ottenere manovre evasive particolarmente efficienti. Questo è un argomento di ricerca veramente promettente che potrebbe finalmente fornire un eccellente metodo di pianificazione automatica di manovre (a differenza di altri approcci per la guida automatica, in questo caso le manovre sono particolarmente efficienti).

E’ in corso anche il confronto fra le soluzioni di tempo minimo teoriche e le manovre effettivamente eseguite da collaudatori esperti in pista (questo in collaborazione con l’unità di ricerca di Padova). Il confronto è molto buono.

Un’altra attività su cui si sta procedendo infine è quella della realizzazione di un esperimento dimostrativo nel quale un modello di veicolo sarà guidato da un computer secondo manovre pianificate con questo metodo.

Ci sono ulteriori possibili applicazioni del metodo che per ora non sono sfruttate. Per esempio: applicazioni di pianificazione automatica dei movimenti in robotica, specie in ambiente non strutturato; oppure, nel settore della medicina dello sport, per verificare i movimenti più efficienti (specialmente dal punto di vista energetico) per il movimento del corpo umano.

Risultati

Software e pubblicazioni. Elenco pubblicazioni:

Biral F., Bortoluzzi D., Cossalter V., Da Lio M., "Experimental Study of Motorcycle Transfer Functions for Evaluating Handling". Vehicle System Dynamics, 2002, Vol. in stampa.

Biral F., Lot R., Garbin S., "Enhancing the performance of high powered motorcycles by a proper definition of geometry and mass distribution". Atti del convegno "Motorsports Engineering Conference & Exhibition", Indianapolis, Indiana, USA, December 2-5, 2002

Biral F., Da Lio M., "Modelling Drivers with the Optimal Manoeuvre Method". Atti del convegno "ATA 2001", Firenze, 23-25/5, 2001.

Biral F., Da Lio M., "Il metodo della manovra ottima e le sue applicazioni". Atti del convegno "AIMETA 2001", Taormina, 26-29/9, 2001

Da Lio M., Biral F., Modello di Pilota (vers. 1.0). , 2001

Biral F., Da Lio M., Metodo della Manovra Ottima (vers. 5.0). , 2001

Cossalter V., Da Lio M., Biral F., Fabbri L., "Evaluation of Motorcycle Manoeuvrability with the Optimal Manoeuvre Method". In SAE Transactions - Journal of passenger cars, : SAE, 2000.

Biral, F. Da Lio, M., Maggio, F. ; "How gear ratio influences lap time and driving style. An analysis based on time-optimal maneuvers". Small Engine Technology Conference & Exibition, Madison (WI), USA, September 16-18, 2003

Bertolazzi, E., Biral, F. Da Lio, "Symbolic-Numeric Efficient Solution of Optimal Control Problems for Multibody Systems". International Workshop on Computational Codes:the Technological Aspects of Mathematics advances in computing and software development for Differential Equations, Università di BARI - Politecnico di BARI, December 18-20, 2002

Finanziamento ottenuto

~ € 66.000 (COFIN 99 & 01, solo sede di Trento)

Istituzione finanziatrice

MIUR Cofin

Anno del finanziamento

1999 & 2001

Tipo della ricerca

teorica sperimentale

Sede della ricerca

TN (+ PD e NA).

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Titolo:

MEPROMEC

Parole chiave

Modellazione, simulazione e sintesi di sistemi meccatronici. Macchine automatiche e beni strumentali

Partecipanti:

Università di Trento, Facoltà di Ingegneria (Da Lio, Armanini). CNR-ITIA (Jovane/Fassi), PAT (Provincia Autonoma di Trento)

Obiettivo della ricerca

MEPROMEC. E’ un progetto di ricerca congiunto CNR-ITIA (Istituto di Tecnologie Industriali e Automazione), PAT e Facoltà di Ingegneria. L’importo dei finanziamenti è di 1551k€ dei quali 363k€ a favore della Facoltà di Ingegneria (nei tre anni di durata del progetto, inclusi gli assegni di ricerca e formazione da erogare). Il progetto ha una finalità duplice. Formazione (primo anno) e ricerca (due successivi). L’attività di ricerca riguarda lo “sviluppo di strumenti e metodologie generali per la progettazione meccatronica e la loro applicazione industriale” con riferimento ai beni strumentali di produzione (macchine automatiche). E’ prevista, a partire dal secondo anno, l’apertura di una sezione di ricerca CNR-ITIA in Trento.

Per quanto riguarda il gruppo meccatronica, il tema specifico di ricerca è la modellazione, simulazione e sintesi di sistemi meccatronici. Questo è un tema di ricerca generale e per certi versi di base, che può trovare applicazione (e, di fatto, ha trovato) anche in ricerche applicate differenti, come quelle ai punti a e c di questa sezione. Sono stati sviluppati alcuni strumenti di modellazione simbolica di sistemi meccatronici (equazioni generate in forma simbolica in Mathematica) che hanno lo scopo di generare i modelli dinamici delle macchine, da utilizzare in seguito per la sintesi/ottimizzazione o per il disegno dei sistemi di controllo.

Nell’ambito di questo progetto sono stati instaurati anche contatti con un certo numero di aziende locali (Adige, PAMA, Whirlpool) dai quali probabilmente nasceranno rapporti di collaborazione e contratti di ricerca.

Risultati

E' appena concluso il primo anno di formazione. Elenco pubblicazioni:

Da Lio M., Bortoluzzi D., "Symbolic derivation of open-loop dynamic models of multibody mechatronic systems for control purpose. A case study: The LISA Technology Package.". Atti del convegno "5th International ESA Conference on Guidance Navigation and Control Systems", Frascati, 22-25/10, 2002, ESA Publications Division (EPD):(accepted, in print), Vol. SP-516

Finanziamento ottenuto

~ € 363.000 (quota della Facoltà per il triennio di durata)

Istituzione finanziatrice

PAT (Provincia Autonoma di Trento).

Anno del finanziamento

2002-2004

Tipo della ricerca

teorica, sperimentale, tecnologica

Sede della ricerca

TN (+ MI CNR)