Nel programma del corso sono analizzati nel dettaglio: sistemi di monitoraggio e diagnostica di sistemi meccatronici, pilotaggio automatico di veicoli (cruise controller, stabilizzatori di assetto per veicoli terrestri, marini e droni, sistemi di inseguimento del target) sistemi di controllo di manovra per autoveicoli (sistemi ABS, ESP, sistemi di assistenza allo steering, sistemi sospensivi intelligenti), sistemi di controllo per l’ottimizzazione del budget energetico di veicoli autonomi. L'esame consiste nello sviluppo da parte di un gruppo di studenti di un progetto di ingegneria di un sistema meccatronico che sarà esposto e discusso in sede di esame. Nel dettaglio:

1.Principi di Dinamica Multiphisics e Variazionali

Principi di minimo nella Meccanica e nell' Elettromagnatismo
Azione di Hamilton, equazioni di Eulero-Lagrange
Equazioni di Lagrange per i sistemi elettromeccanici
Modelli dinamici differenziali lineari e non lineari
Elementi di teoria spettrale degli operatori lineari
Principi perturbativi omotopici di linearizzazione
Applicazioni in Matlab e Simulink per la descrizione di dispositivi meccanici e veicoli azionati da motori elettrici, sistemi idraulici e pneumatici.

2.Fondamenti di Teoria del Controllo Ottimo
Funzioni obiettivo
Principi di minimo dei funzionali obiettivo
Equazioni di Pontryagin
Metodi di controllo predittivo
Funzioni obiettivo quadratiche e dinamiche lineari: teoria LQR
Varianti sui controllori LQR, analisi dei disturbi esterni con metodi min-max e con modelli autoregressivi e differenziali del disturbo, funzioni obiettivo con termini misti
Descrizione nel dominio della frequenza dei sistemi di controllo lineare, sistemi a blocchi, LQR in frequenza
Derivazione dalla teoria del controllo ottimo di alcuni controllori classici
Modellazione e ruolo dei sensori
Filtro di Kalman, filtri a minima entropia
Applicazioni in Matlab e Smulink di sistemi di controllo a sistemi meccanici con azionamenti elettrici con particolare riguardo a veicoli senza pilota.


3. Progettazione di Sistemi Meccatronici
Architettura di un sistema meccatronico
Definizione dei KPI di sistema
Impianto, sensori, motori/attuatori, controllori
Progettazione di massima dell’architettura
Progettazione dei sottocomponenti (impianto, sensori, controllore, motori/attuatori)
Sintesi dei controllori con metodi di controllo ottimo
Verifica del progetto mediante simulazione Simulink
Esempi di progettazione: sistema di sospensioni intelligenti a controllo elettronico per autoveicoli, sistemi di stabilizzazione di assetto di un drone. Programmazione di board elettroniche dedicate (Arduino). Esperienza nel laboratorio di Dinamica dei Veicoli e Meccatronica (Cisterna di Latina)
Analisi di un brevetto e consultazione database brevettuali: Europe Patent Office, US Patent Office
Guida allo sviluppo del progetto di esame

Micromechatronics: Modeling, Analysis, and Design with MATLAB, Second Edition, Victor Giurgiutiu, Sergey Edward Lyshevski, 2009 by CRC Press.
Chapter IV "Elements of Control", of the book "Vehicle System Dynamics and Mechatronics", A. Carcaterra, 2018