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METODI MULTIBODY PER LA SIMULAZIONE E IL CONTROLLO DI SISTEMI MECCANICI

Il progetto di ricerca che si vuole intraprendere è focalizzato sullo sviluppo di modelli multibody per la descrizione del comportamento dinamico di sistemi meccanici complessi quali veicoli e robot. In particolare, i veicoli di interesse per questo progetto sono veicoli terrestri a due o quattro ruote ed i veicoli aerei ad ala fissa. Questo progetto si inquadra in una visone più ampia in cui la modellazione matematica dei suddetti veicoli rappresenta il primo passo per lo sviluppo di sistemi di controllo evoluti per rendere autonomi i veicoli utilizzando una propulsione elettrica e microcontrollori low-cost (motocicletta elettrica autonoma, macchina elettrica autonoma, e drone elettrico autonomo). Per raggiungere questo obiettivo ambizioso, c’è bisogno di sviluppare un codice di calcolo avanzato basato sull’approccio multibody in modo da potere simulare con sufficiente grado di accuratezza il comportamento dinamico dei veicoli di interesse. Le tecniche di modellazione multibody per i sistemi rigidi si basano principalmente su tre approcci: a) Reference Point Coordinate Formulation (RPCF) with Euler Angles (EA), b) Reference Point Coordinate Formulation (RPCF) with Euler Parameters (EA), c) Natural Absolute Coordinate Formulation (NACF). Mentre le prime due tecniche multibody sono strategie consolidate nell’ambito scientifico di riferimento, la terza è di recente scoperta e rappresenta una promettente alternativa capace di produrre codici di calcolo più accurati e performanti. Le tecniche di modellazione multibody per i sistemi flessibili si basano principalmente su tre approcci: a) Floating Frame of Reference Formulation (FFRF), b) Absolute Nodal Coordinate Formulation (ANCF). Mentre la prima strategia multibody consente di modellare sistemi meccanici che subiscono grandi rotazioni e piccole deformazioni, la seconda metodologia multibody è più generale e consente la modellazione di sistemi meccanici aventi allo stesso grandi rotazioni e grandi deformazioni. Una volta ottenuto un codice di calcolo multibody del tipo general-purpose, sarà possibile modellare i veicoli di interesse in modo accurato. Successivamente, il progetto volgerà sullo sviluppo di strategie di controllo non convenzionali per poter ottenere il comportamento dinamico desiderato per i veicoli di interesse in modo da renderli autonomi. A tal fine, si vogliono utilizzare le tecniche di controllo ottimo consolidate basate sul metodo Linear Quadratic Gaussian (LQG) regulation in combinazione con tecniche di controllo più avanzate basate sullo Adjoint Method (AM).