CURRICULUM
DELL'ATTIVITA' SCIENTIFICA E DIDATTICA
DI
(Research and teaching curriculum of)
FRANCESCO CUPERTINO
DICEMBRE 2014
DICHIARAZIONI SOSTITUTIVE DI CERTIFICAZIONI
(art. 46 D.P.R.. 28 dicembre 2000, n. 445)
DICHIARAZIONI SOSTITUTIVE DELL’ATTO DI NOTORIETÁ
(art. 47 D.P.R.. 28 dicembre 2000, n. 445)
Il sottoscritto CUPERTINO FRANCESCO, nato/a a FASANO (BR) il 21/12/1972 consapevole che
chiunque rilascia dichiarazioni mendaci, forma atti falsi o ne fa uso è punito ai sensi del codice penale
e delle leggi speciali in materia, DICHIARA quanto segue.
Curriculum dell'attività scientifica e didattica di Francesco Cupertino
(Research and teaching curriculum of Francesco Cupertino)
Sommario (Table of contents)
1
Note riassuntive biografiche ed accademiche (Summary of biography and academic activities) 2
2
Attività didattiche (Teaching)
3
3
Attività di ricerca scientifica (Research activities)
8
3.1
Progetti di ricerca nei quali F. Cupertino ha partecipato all’attività di ricerca (Research
projects in which F. Cupertino participated to the research activity)
9
3.2
Progetti di ricerca nei quali F. Cupertino ha svolto ruoli di coordinamento (Research
projects in which F. Cupertino coordinated the research activity)
10
4
Altre attività (Other activities)
11
5
Collocazione editoriale delle pubblicazioni ed indici bibliometrici (Publications and bibliometric
indexes)
14
6
Continuità temporale della produzione scientifica (Temporal continuity of the scientific
publications)
21
7
Contributi originali e innovativi della produzione scientifica ed apporto individuale del candidato
(Original and innovative contributions of the scientific publications and individual contribution
of the candidate)
21
7.1 Controllo di azionamenti elettrici con algoritmi non-lineari e stocastici (Control of electrical
drives with non-linear and stochastic algorithms)
21
7.2 Algoritmi di ricerca evolutivi e stocastici per l’identificazione ed il controllo (Evolutionary and
stochastic search algorithms for identification and control)
24
7.3 Analisi dei segnali per la diagnosi dei guasti e per la stima della frequenza (Signal analysis for
fault diagnosis and for frequency estimation in a.c. systems)
25
7.4 Controllo sensorless di motori elettrici (Sensorless control of electric drives)
28
7.5 Controllo di robot mobili e di manipolatori industriali (Control of mobile robots and industrial
manipulators)
30
7.6 Progettazione e controllo di macchine elettriche per applicazioni ad elevata velocità di rotazione
(Design and control of electrical machines for high speed applications)
31
1
Note riassuntive biografiche ed accademiche (Summary of biography and academic activities)
Francesco Cupertino, nato a Fasano (BR) il 21.12.1972, si è laureato presso il Politecnico di Bari, in
Ingegneria Elettrotecnica, indirizzo Automazione Industriale, in data 30.10.1997, con votazione finale
110/110 e lode, discutendo una tesi di laurea in Macchine Elettriche dal titolo “Controllo vettoriale di
un motore asincrono senza sensore di velocità”.
Subito dopo la laurea, nel novembre del 1997, è risultato vincitore del concorso per il Dottorato di
Ricerca in Ingegneria Elettrotecnica (XIII ciclo), presso il Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica
del Politecnico di Bari, classificandosi al primo posto con votazione 118/120.
Dal 1998 F. Cupertino è iscritto all’albo degli ingegneri della Provincia di Brindisi.
Dall’ottobre 1999 al settembre 2000 ha collaborato ad attività di ricerca, in qualità di Visiting
Scholar, presso la School of Electrical and Electronic Engineering della University of Nottingham, in
Gran Bretagna.
Nel novembre 2001 è risultato vincitore di un Assegno di Ricerca, presso il Dipartimento di
Elettrotecnica ed Elettronica del Politecnico di Bari, nel settore scientifico disciplinare I18X
“Convertitori, Macchine ed Azionamenti Elettrici” per la ricerca dal titolo “Sistemi innovativi di
2
compensazione attivi per la riduzione dei disturbi elettromagnetici di tipo condotto”, con votazione
80/100.
Il 31 gennaio 2001 ha conseguito il titolo di Dottore di Ricerca in Ingegneria Elettrotecnica
discutendo una tesi dal titolo “Nuove tecniche di progetto dei regolatori fuzzy e sliding mode per
azionamenti elettrici”.
Nel maggio 2002 è risultato idoneo nella procedura di valutazione comparativa ad un posto di
ricercatore universitario, bandita presso la prima Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, nel
settore scientifico-disciplinare ING-IND/32 (Convertitori, Macchine e Azionamenti Elettrici).
Dal primo luglio 2002 fino ad ottobre 2014 è stato in servizio presso il Politecnico di Bari con la
qualifica di ricercatore universitario.
Durante il 2010 ha trascorso un periodo di tre mesi in qualità di visiting researcher presso la School
of Electrical and Electronic Engineering della University of Nottingham, in Gran Bretagna.
Dal luglio 2010 è il responsabile scientifico del laboratorio Energy Factory Bari, nato da un accordo
di collaborazione di durata decennale tra GE Avio ed il Politecnico di Bari. Nel laboratorio operano
circa 30 ricercatori su temi inerenti l’aerospazio e l’energia, con un budget annuo medio superiore ad
un milione di euro.
Nella tornata 2012 ha conseguito l’abilitazione scientifica nazionale (ai sensi della legge 240/2010)
nel settore concorsuale 09/E2 Ingegneria dell’Energia Elettrica (SSD ING-IND/32 Convertitori
macchine e azionamenti elettrici) alle funzioni di professore universitario sia di seconda fascia (con
giudizi sintetici della commissione tutti eccellenti), sia di prima fascia. La validità delle abilitazioni va
dal 18/12/2013 al 18/12/2017.
Dal primo novembre 2014 è in servizio presso il Politecnico di Bari con la qualifica di professore
associato.
Testo inglese
Francesco Cupertino was born on December 1972. He received the Laurea degree and the PhD degree
from the Politecnico di Bari in 1997 and 2001 respectively. From October 1999 to September 2000 he
was Visiting Scholar at the School of Electrical and Electronic Engineering of the University of
Nottingham (UK). From July 2002 to October 2014 he was Assistant Professor at the Politecnico di
Bari. During 2010 he spent a three months period at the School of Electrical and Electronic
Engineering of the University of Nottingham (UK) as visiting researcher. In 2012 he received the
“abilitazione scientifica nazionale” for the positions of full and associate professor in the field of
converters, electrical machines and drives valid for the period from 18/12/2013 to 18/12/2017. From
November 2014 he is Associate Professor of Converters, Electrical Machines and Drives at the
Politecnico di Bari.
Since 2010 F. Cupertino is research director of the laboratory "Energy Factory Bari", a
multidisciplinary laboratory for research in aerospace and energy with joint public-private
participation of GE Avio and Politecnico di Bari, based on a ten-years agreement. Currently, the
laboratory enrolls more than 30 researchers, with an average annual budget above 1 M€.
2
Attività didattiche (Teaching)
F. Cupertino ha tenuto le esercitazioni di laboratorio ed è stato membro della commissione di esame
per i corsi di Macchine Elettriche ed Azionamenti Elettrici, Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica,
presso il Politecnico di Bari durante l’anno accademico 2002-03.
F. Cupertino ha tenuto le esercitazioni di laboratorio ed è stato membro della commissione di esame
per i corsi di Macchine Elettriche (VO) e Macchine Elettriche I (NO), Corso di Laurea in Ingegneria
Elettrica, e per i corsi di Macchine ed Azionamenti Elettrici I e II, Corso di Laurea in Ingegneria
dell’Automazione NO, presso il Politecnico di Bari durante l’anno accademico 2003-04.
F. Cupertino ha tenuto le esercitazioni di laboratorio ed è stato membro della commissione di esame
per il corso di Macchine Elettriche I, Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica NO, e per i corsi di
Macchine ed Azionamenti Elettrici I e II, Corso di Laurea in Ingegneria dell’Automazione NO, presso
il Politecnico di Bari durante gli anni accademici 2004-05, 2005-06, 2006-07 e 2007-08.
3
Per gli anni accademici 2003/2004 e 2004/2005 il CDF di Ingegneria del Politecnico di Bari gli ha
affidato all’unanimità l’insegnamento di Azionamenti Elettrici per il corso di Laurea in Ingegneria
Elettrica (vecchio ordinamento) e l’insegnamento di Azionamenti Elettrici I per il corso di Laurea in
Ingegneria Elettrica (nuovo ordinamento – 6 CFU).
Per gli anni accademici 2003/2004 e 2004/2005 il CDF di Ingegneria dell’Università degli Studi di
Lecce gli ha affidato all’unanimità l’insegnamento di Azionamenti Elettrici per l’Automazione per il
corso di Laurea in Ingegneria dell’Informazione, indirizzo Automatica – 4 CFU.
Per l’anno accademico 2005/2006 il CDF di Ingegneria del Politecnico di Bari gli ha affidato
all’unanimità l’insegnamento di Azionamenti Elettrici I per il corso di Laurea in Ingegneria Elettrica (6
CFU) e l’insegnamento di Controllo di Azionamenti Elettrici per il corso di Laurea Specialistica in
Ingegneria dell’Automazione (6 CFU). Nello stesso anno accademico F. Cupertino ha tenuto il corso di
“Didattica degli azionamenti elettrici” per la Scuola Interateneo di Specializzazione per la formazione
degli insegnanti della Scuola Secondaria (insegnamento n. 260, “Area Tecnologica”).
Nell’anno accademico 2006/2007 F. Cupertino ha tenuto l’insegnamento di “Azionamenti elettrici”
relativo all’area A (approfondimenti disciplinari) dei corsi speciali abilitanti ex d.m. n° 85 del 18
novembre 2005, per la Scuola Interateneo di Specializzazione per la formazione degli insegnanti della
Scuola Secondaria. Nello stesso anno accademico ha tenuto una unità didattica denominata
“Azionamenti di motori a c.c. e convertitori statici di potenza” (4,25 CFU) nell’ambito del MASTER in
“INNOVAZIONE TECNOLOGICA NELLA MECCATRONICA” presso il Politecnico di Bari.
Per anni accademici 2006/2007 e 2007/2008 il CDF di Ingegneria del Politecnico di Bari gli ha
affidato all’unanimità l’insegnamento di Azionamenti Elettrici I per il corso di Laurea in Ingegneria
Elettrica (6 CFU) e l’insegnamento di Azionamenti Elettrici II per il corso di Laurea Specialistica in
Ingegneria Elettrica (6 CFU). F. Cupertino ha tenuto negli stessi anni accademici il corso di “Didattica
degli azionamenti elettrici” per la Scuola Interateneo di Specializzazione per la formazione degli
insegnanti della Scuola Secondaria (insegnamento n. 260, “Area Tecnologica”).
Per anni accademici 2008/2009 e 2009/2010 il CDF di Ingegneria del Politecnico di Bari gli ha
affidato all’unanimità l’insegnamento di Azionamenti Elettrici I per il corso di Laurea in Ingegneria
Elettrica (6 CFU) e l’insegnamento di Azionamenti Elettrici II per il corso di Laurea Specialistica in
Ingegneria Elettrica (6 CFU).
Per l’anno accademico 2010/2011 il CDF di Ingegneria del Politecnico di Bari gli ha affidato
all’unanimità l’insegnamento di Macchine ed Azionamenti Elettrici I per il corso di Laurea in
Ingegneria dell’Automazione (6 CFU).
Per gli anni accademici 2011/2012, 2012/2013 e 2013/2014 il Dipartimento di Ingegneria Elettrica
e dell’Informazione del Politecnico di Bari gli ha affidato all’unanimità l’insegnamento di Azionamenti
Elettrici (9 CFU) per il corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica ed il modulo Controllo di
Azionamenti Elettrici (6 CFU) per il corso di Laurea Magistrale in Ingegneria dell’Automazione.
Per l’anno accademico 2014/2015 il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione del
Politecnico di Bari gli ha affidato all’unanimità l’insegnamento di Azionamenti Elettrici (12 CFU) per
il corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica e per il corso di Laurea Magistrale in Ingegneria
dell’Automazione.
Si riporta di seguito una tabella con alcuni dati rilevati dall’Osservatorio della Didattica del
Politecnico di Bari e dell’Università degli Studi di Lecce relativi alla valutazione della didattica dei
corsi tenuti da F. Cupertino.
Testo inglese
From 2002 to 2007 Francesco Cupertino was responsible for the laboratory exercises of several
University courses in the field of Electrical Machines and Drives at Politecnico di Bari. Since 2003 he
teaches several courses in the field of electrical machines and drives for Electrical and Automation
Engineering at the Politecnico di Bari. He also taught the course “Electrical Drives for Automation”
at the University of Lecce from 2003 to 2005. The next table reports a summary of the results of
teaching activities evaluations at Politecnico di Bari and Università degli studi di Lecce.
4
Azionamenti Elettrici a.a. 2003/04
Ing. Elettrica (VO) Politecnico di Bari
(Electrical
Drives,
MSc
Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici per l’automazione a.a.
2003/04 - Ing. Dell’Automazione
(Electrical Drives for Automation, MSc
Automation Engineering)
Università degli Studi di Lecce
Il docente stimola l’interesse verso gli
argomenti che tratta a lezione? (The lecturer
stimulates the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sei globalmente soddisfatto di questo
insegnamento? (Are you satisfied with how it
was carried out this course?)
Azionamenti Elettrici I a.a. 2004/05
Ing. Elettrica (NO) Politecnico di Bari
(Electrical
Drives
I,
BSc
Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici a.a. 2004/05
Ing. Elettrica (VO) Politecnico di Bari
(Electrical
Drives,
MSc
Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici I a.a. 2005/06
Ing. Elettrica Politecnico di Bari
(Electrical
Drives
I,
BSc
Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
numero
questionari
rilevati (forms
collected)
Decisamente
no
(definitely
no)
Più no
che si
(nearly
no)
Più si che
no (nearly
yes)
Decisamente
si (definitely
yes)
14
0%
0%
14%
86%
14
0%
0%
14%
86%
14
0%
0%
28%
72%
11
9%
91%
11
9%
91%
11
9%
91%
8
0%
0%
0%
100%
8
0%
0%
0%
100%
8
0%
0%
0%
100%
11
0%
0%
9%
91%
11
0%
0%
0%
100%
11
0%
0%
0%
100%
11
0%
0%
0%
100%
12
0%
0%
0%
100%
9
0%
0%
0%
100%
5
satisfied with how it was carried out this
course?)
Controllo di Azionamenti Elettrici a.a.
2005/06
Specialistica Ing. dell’Automazione
Politecnico di Bari
(Control of Electrical Drives, MSc Automation
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici I a.a. 2006/07
Ing. Elettrica Politecnico di Bari
(Electrical
Drives
I,
BSc
Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici II a.a. 2006/07
Specialistica Ing. Elettrica Politecnico di Bari
(Electrical Drives II, MSc Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici I a.a. 2007/08
Ing. Elettrica Politecnico di Bari
(Electrical
Drives
I,
BSc
Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici II a.a. 2007/08
Specialistica Ing. Elettrica Politecnico di Bari
(Electrical Drives II, MSc Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
11
0%
0%
27%
73%
10
0%
0%
20%
80%
4
0%
0%
0%
100%
13
0%
0%
15%
85%
13
0%
0%
15%
85%
12
0%
0%
9%
91%
4
0%
0%
0%
100%
3
0%
0%
0%
100%
3
0%
0%
0%
100%
12
0%
0%
25%
75%
13
0%
7%
31%
62%
7
0%
0%
29%
71%
12
0%
0%
17%
83%
12
0%
0%
0%
100%
12
0%
0%
8%
92%
6
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici I a.a. 2008/09
Ing. Elettrica Politecnico di Bari
(Electrical
Drives
I,
BSc
Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici II a.a. 2008/09
Specialistica Ing. Elettrica Politecnico di Bari
(Electrical Drives II, MSc Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici II a.a. 2009/10
Specialistica Ing. Elettrica Politecnico di Bari
(Electrical Drives II, MSc Electrical
Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Macchine e Azionamenti Elettrici I a.a.
2010/11
Laurea Ing. Automazione Politecnico di Bari
(Electrical Machines and Drives I, BSc
Automation Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici a.a. 2011/12
Laurea Magistrale Ing. Elettrica ed
Automazione Politecnico di Bari (rilevazioni
accorpate)
(Electrical Drives, MSc Electrical Engineering
and Automation Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
Sono complessivamente soddisfatto di come è
13
0%
0%
23%
77%
14
0%
0%
50%
50%
8
0%
0%
37%
63%
8
0%
0%
12%
88%
7
0%
0%
0%
100%
5
0%
0%
20%
80%
6
0%
0%
33%
66%
7
0%
0%
29%
71%
3
0%
0%
33%
66%
15
7%
7%
33%
53%
16
6%
6%
31%
57%
12
8%
8%
42%
42%
19
3.11%
7%
33%
53%
19
3.47%
6%
31%
57%
19
3.11%
8%
42%
42%
7
stato svolto questo insegnamento? (Are you
satisfied with how it was carried out this
course?)
Azionamenti Elettrici a.a. 2012/13
Laurea Magistrale Ing. Elettrica ed
Automazione Politecnico di Bari (rilevazioni
accorpate)
(Electrical Drives, MSc Electrical Engineering
and Automation Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
E' interessato/a agli argomenti trattati
nell'insegnamento? (Are you interested in the
topics covered in the subject?)
Azionamenti Elettrici a.a. 2013/14
Laurea Magistrale Ing. Elettrica ed
Automazione Politecnico di Bari (rilevazioni
accorpate)
(Electrical Drives, MSc Electrical Engineering
and Automation Engineering)
Il docente stimola/motiva l’interesse verso la
disciplina? (The lecturer stimulates / motivates
the interest in the subject?)
Il docente espone gli argomenti in modo chiaro?
(The lecturer presents the subjects clearly)
E' interessato/a agli argomenti trattati
nell'insegnamento? (Are you interested in the
topics covered in the subject?)
23
0%
0%
13%
87%
23
0%
4%
17%
79%
23
0%
0%
26%
74%
32
0%
0%
28%
72%
32
0%
3%
22%
75%
32
3%
0%
37%
60%
I risultati delle valutazioni della didattica sono state costantemente tra le migliori dei corsi di laurea
nei quali i corsi sono stati erogati. Considerando l’indice aggregato che in una scala da 1 a 4 tiene conto
di tutte le domande poste agli studenti sull’insegnamento e sulla docenza, la valutazione del corso di
Azionamenti Elettrici è stata pari a 3,68 nell’anno accademico 2012/13 e 3,56 nell’anno accademico
2013/14. Tale indice è il maggiore tra tutti gli insegnamenti erogati negli stessi anni accademici al
corso di laurea magistrale in ingegneria elettrica del Politecnico di Bari.
F. Cupertino ha svolto con costante impegno i compiti didattici che gli sono stati affidati, mettendo
a disposizione degli studenti dispense e software a supporto delle lezioni teoriche, delle esercitazioni al
calcolatore e delle prove di laboratorio.
Testo inglese
The results of evaluations have been consistently among the best of the BSc and MSc degrees in which
the courses were delivered. Considering an aggregate index on a scale from 1 to 4 that takes into
account all the questions posed to students, the assessment of the course of Electrical Drives amounted
to 3.68 in the academic year 2012/13 and to 3.56 in the academic year 2013/14. This index is the
largest among all the courses given in the same academic years for the MSc degree in electrical
engineering at the Politecnico di Bari.
3
Attività di ricerca scientifica (Research activities)
F. Cupertino ha svolto e svolge la sua attività di ricerca scientifica nel campo dei convertitori, delle
macchine e degli azionamenti elettrici. Dal 1997 è componente dell'unità di ricerca di Bari del Gruppo
"Convertitori, Macchine ed Azionamenti Elettrici".
Testo inglese
The main research interests of Francesco Cupertino are in the field of electrical machines and drives.
Since 1997 he has been working with the “Converters, Electrical Machines and Drives Research
Group” at the Technical University of Bari. He also cooperates with researchers of prestigious foreign
Universities such as the School of Electrical Engineering at University of Nottingham (UK) and the
Electrical and Electronic Engineering Department, Bogazici University (Istanbul, Turkey).
8
In all the research projects in which he was involved F. Cupertino has always given its contribution
proposing original algorithms and solutions with particular attention to the experimental validation of
the results.
3.1
Progetti di ricerca nei quali F. Cupertino ha partecipato all’attività di ricerca
(Research projects in which F. Cupertino participated to the research activity)
Per quanto riguarda i progetti nazionali di ricerca di rilevante interesse scientifico, finanziati con i
fondi per la ricerca scientifica (quota M.U.R.S.T. 40%), F. Cupertino ha collaborato attivamente allo
sviluppo dei seguenti temi:
• “Controllo sensorless di motori per applicazioni di domotica”, ricerca coordinata a livello locale
dal prof. Luigi Salvatore nell’ambito della ricerca nazionale “Attuatori e sistemi per applicazioni
di domotica”, coordinata dal prof. Alfio Consoli.
• “Elaborazione dei segnali per la diagnostica di macchine elettriche alimentate da convertitori
statici di frequenza”, ricerca coordinata a livello locale dal prof. Luigi Salvatore nell’ambito della
ricerca nazionale “Diagnostica avanzata di sistemi elettromeccanici (ADES)”, coordinata dal prof.
Fiorenzo Filipetti.
• “Miniturbine eoliche per funzionamento universale (grid-connected, stand-alone, micro-grid)”,
ricerca coordinata a livello locale ed a livello nazionale dal prof. Antonio Dell’Aquila.
F. Cupertino ha collaborato alla realizzazione del progetto LISAR (Laboratorio Intersettoriale
Scientifico di Automazione e di Robotica - PON 2000-2006 - Interventi mirati al potenziamento della
dotazione di attrezzature scientifico-tecnologiche). In particolare F. Cupertino ha seguito l’acquisto e la
messa in servizio di numerose apparecchiature elettroniche, elettriche e meccaniche scelte tra lo stato
dell’arte di prodotti rivolti alla ricerca scientifica e tecnologica, ma sopratutto ad elevata diffusione in
ambito industriale. Sono stati realizzati diversi banchi di prova per motori elettrici, robot antropomorfi
e robot mobili attualmente utilizzati per attività sia didattiche sia di ricerca.
F. Cupertino ha collaborato al contratto di ricerca “Sistemi e tecniche innovative di misura ed analisi”
(STIMA) stipulato nel 2004 tra il DEE e la Masmec srl. L’attività di studio e di ricerca ha riguardato
tecniche di identificazione dei parametri elettrici e meccanici di un asse ad un grado di libertà
realizzato con un motore elettrico sincrono a magneti permanenti.
F. Cupertino ha collaborato all’attività di studio nell’ambito del contratto di ricerca tra il DEE e la
MOVINCAR s.r.l. sul tema “Studio preliminare per la progettazione di un motore a magneti
permanenti “In-Wheel” per la trazione elettrica” stipulato nel 2006.
F. Cupertino ha collaborato alle attività relative al contratto di ricerca stipulato nel 2006 tra il DEE e la
TOZZI SUD S.p.A. sul tema ”STUDIO E IMPLEMENTAZIONE DELLA MOTORIZZAZIONE DI
UN INTERRUTTORE DI MANOVRA – SEZIONATORE IN SF6”.
F. Cupertino ha partecipato al progetto SISMA (SIStemi Robotici di Micro Assemblaggio, POR
PUGLIA 2000-2006, Misura 3.13). Tale progetto si è svolto tra giugno 2006 e marzo 2008 ed ha
coinvolto alcuni gruppi di ricerca del Politecnico di Bari afferenti ai settori dell’Automatica, delle
Telecomunicazioni e dei Convertitori Macchine ed Azionamenti Elettrici. Il contributo di F. Cupertino
al progetto ha riguardato la progettazione di un motore lineare tubolare a magneti permanenti con un
elevato rapporto Forza/Volume e lo sviluppo di tecniche di controllo del moto robuste alle variazioni
della massa ed all’attrito di primo distacco.
Ha partecipato al progetto, coordinato dal collega D. Naso, Internazionale Vigoni, Ateneo ItaloTedesco, Deutscher Akademischer Austausch Dienst (DAAD) per la collaborazione bilaterale ItaliaGermania (Laboratory of Process Automation (LPA), Saarland University, Saarbrücken), titolo “New
control techniques for unconventional actuators” (2010-2011).
Partecipa al progetto di ricerca Ambition Power, PON 2007-2013 Ricerca e competitività, Decreto
Direttoriale n.1 del 18.01.2010, progetto guidato da St-Microelectronics. Ambition Power si integra nel
Settore/Ambito ENERGIA E RISPARMIO ENERGETICO in quanto focalizza l’attenzione sullo
9
Sviluppo di Tecnologie, Dispositivi e Moduli di Potenza, basati su nuovi materiali composti (SiC e
GaN) oltre che IGBT innovativi.
Partecipa al Progetto Greening the propulsion, Cluster tecnologici nazionali, Cluster CTNA (codice
cluster CTN01_00236), codice progetto 494934, inizio attività 1 aprile 2013, importo del progetto per
il Politecnico di Bari 320.000 euro. Le attività del Politecnico riguardano la propulsione ibrida per
applicazioni aeronautiche. Saranno sviluppati dei modelli matematici per la valutazione preliminare dei
sistemi propulsivi e studiate le possibili architetture della macchina elettrica e dei relativi convertitori
di potenza.
3.2
Progetti di ricerca nei quali F. Cupertino ha svolto ruoli di coordinamento
(Research projects in which F. Cupertino coordinated the research activity)
F. Cupertino è stato dei referenti per il Politecnico di Bari nel progetto ECON2 (Marie Curie Actions,
Sixth Framework Programme). Tale iniziativa, avviata nel 2004 e della durata di quattro anni, ha avuto
come finalità la formazione di giovani ricercatori oltre ad agevolare la loro mobilità all’interno della
Comunità Europea. Al progetto ECON2 hanno aderito unità provenienti dalle seguenti Università
europee:
University of Nottingham nel Regno Unito (ente coordinatore del progetto);
University College Cork in Irlanda;
University of Malta;
Politecnico di Bari;
University of Zilina nella Repubblica Slovacca.
Gli argomenti di interesse del progetto sono i convertitori di potenza per applicazioni nel settore delle
fonti rinnovabili e nei sistemi di potenza, azionamenti elettrici per il settore aerospaziale e per la
trazione e la conversione dell’energia ad elevata frequenza. F. Cupertino ha seguito le attività di diversi
giovani ricercatori che hanno svolto periodi di studio tra sei mesi ed un anno presso il Politecnico di
Bari.
E' il responsabile scientifico, per il Politecnico di Bari, del progetto MALET cod. 430272, PON 20072013 Ricerca e competitività, Decreto Direttoriale n.1 del 18.01.2010. Il progetto mira alla acquisizione
di tecnologie, e alla loro validazione, per sviluppare sistemi propulsivi di velivoli senza pilota a bordo
(UAV) che debbano svolgere missioni ad alta quota e per lungo tempo. Partners: Distretto Tecnologico
Aerospaziale, CIRA, Università del Salento. Importo del progetto (Politecnico di Bari, gruppo di
ricerca ING-IND/32) 475.000 euro.
Partecipa al progetto di ricerca PON01_02238 EURO 6 Elettronica di controllo, sistema d’iniezione,
strategie di combustione, sensoristica avanzata e tecnologie di processo innovativi per motori diesel a
basse emissioni) Progetto del Distretto pugliese della meccatronica (MEDIS). Ruolo nel progetto:
responsabile delle attività del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione del Politecnico
di Bari. Importo del progetto (Politecnico di Bari, Dipartimento di Ingegneria Elettrica e
dell’Informazione) 462.000 euro.
PON ricerca e competitività 2007-2013 - Asse I: “Sostegno ai mutamenti strutturali” Obiettivo
operativo 4.1.1.4, “Potenziamento delle strutture e delle dotazioni scientifiche e tecnologiche” I azione:
“Rafforzamento strutturale”, progetto di potenziamento denominato “Processi Innovativi di
Conversione dell’Energia – PrInCE” (progetto di potenziamento di laboratori del Politecnico operanti
nel settore dell’energia).– PONa3_00372.
Stato di Avanzamento: PROGETTO IN CORSO
Finanziamento totale del Programma di Ricerca: 12.400.000 €
Finanziamento totale dell'Unità di Ricerca coordinata da F. Cupertino: 1.950.000 Euro
Responsabile Scientifico del Progetto: prof. ing. Michele Trovato
Partecipa al progetto di ricerca PON 2, progetto AMIDERHA, Sistemi avanzati mini-invasivi di
diagnosi e radioterapia. Il progetto mira a studiare e sviluppare nuove tecnologie nell’ambito della
strumentazione medicale dedicata alla diagnosi e alla radioterapia. Le nuove tecnologie da sviluppare
sono indirizzate al perseguimento della cura di malattie di natura oncologica, ovvero la diagnosi per
immagini basata sul rilevamento di nano particelle magnetiche o magnetic particles imaging (MPI) e
metodiche interventistiche collegate, e la radioterapia ad emissione di protoni o protonterapia.
Distretto Tecnologico MEDIS (Soggetti Partner: Masmec SpA, Itel Srl, Università di Bari, Politecnico
di Bari). Importo del progetto (Politecnico di Bari, gruppo di ricerca ING-IND/32) 350.000 euro. Ruolo
10
nel progetto: responsabile di obiettivo realizzativo.
Partecipa al progetto di ricerca PON 2, Progetto SMART ENERGY BOXES (SEB). Ricerca e sviluppo
di sistemi per la produzione efficiente, la gestione e l’accumulo di energia elettrica e termica, integrati
e interconnessi in un virtual power plant. Partners: Di.T.N.E. - Distretto Tecnologico Nazionale sull’
Energia, Avio SpA, Centro Combustione Ambiente srl (CCA), Cetma, CNR-ITAE Messina, ENEA,
ITEA SpA, Politecnico di Bari, SOL SpA, Università del Salento. Importo del progetto (Politecnico di
Bari, gruppo di ricerca ING-IND/32) 700.000 euro. Ruolo nel progetto: responsabile di obiettivo
realizzativo.
F. Cupertino è stato il responsabile del contratto di ricerca stipulato nell’aprile 2008 tra il Dipartimento
di Elettrotecnica ed Elettronica del Politecnico di Bari e la società TANDOI Fratelli spa dal titolo
“Progetto del sistema di controllo ed automazione per un distributore di pasta”. Tale progetto ha avuto
come obiettivo lo sviluppo di un sistema di controllo a microprocessore in grado di regolare e
supervisionare il funzionamento di un distributore automatico di pasta e garantire la possibilità di
monitorare anche a distanza il funzionamento della macchina (Importo del contratto 30.000 euro oltre
iva).
F. Cupertino è stato il responsabile del contratto di ricerca stipulato nel dicembre 2009 tra il
Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica del Politecnico di Bari e la società Avantgarde s.r.l. dal
titolo ”Sistema per l'identificazione della geometria di binario e la generazione dei relativi dati di
progetto del tracciato” (Importo del contratto 97.000 euro oltre iva).
F. Cupertino è stato il responsabile, insieme ad i colleghi Marco Liserre e David Naso, del contratto di
ricerca stipulato nel maggio 2010 tra il Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica del Politecnico di
Bari e la società AVIO S.p.A. dal titolo “Studio di un motore/generatore a magneti permanenti per
applicazioni aeronautiche”. Importo del contratto 350.000 euro oltre iva. Attività concluse a novembre
2012.
F. Cupertino è stato il responsabile, insieme al collega Enrico De Tuglie, del contratto di ricerca
stipulato nel maggio 2010 tra il Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica del Politecnico di Bari e
la società Acquedotto Pugliese S.p.A. dal titolo ”Sviluppo di metodologie per il miglioramento
dell’efficienza energetica nei sistemi acquedottistici”. Importo del contratto 220.000 euro. Attività
concluse a dicembre 2012.
F. Cupertino è il responsabile, insieme al collega David Naso, del contratto di ricerca stipulato nel
febbraio 2012 tra il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione del Politecnico di Bari e la
società AVIO S.p.A. dal titolo “Studio di macchine ed azionamenti elettrici per applicazioni
aeronautiche”. Importo del contratto 105.000 euro oltre iva. Le attività si concluderanno nel 2014.
F. Cupertino è il responsabile, insieme al collega David Naso, del contratto di ricerca stipulato nel
dicembre 2013 tra il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione del Politecnico di Bari e
la società AVIO AERO S.p.A. dal titolo “Progettazione di macchine elettriche a magneti permanenti e
convertitori di potenza per applicazioni aeronautiche”. Importo del contratto 105.000 euro oltre iva. Le
attività si concluderanno a dicembre 2015.
Nell'ambito di questi e di altri temi di ricerca, F. Cupertino ha portato sempre il suo contributo di
studioso proponendo metodi, algoritmi e soluzioni originali e prestando particolare attenzione alla
verifica sperimentale di quanto proposto, come testimoniato dai lavori scientifici prodotti.
4
Altre attività (Other activities)
F. Cupertino è stato relatore o correlatore di numerose tesi di laurea e di laurea specialistica in
Ingegneria Elettrica e dell’Automazione presso il Politecnico di Bari in discipline afferenti al settore
scientifico disciplinare ING-IND/32.
F. Cupertino è stato tutor di dottorato di ricerca in ingegneria elettrotecnica di Ernesto Mininno che ha
discusso una tesi da titolo “Stochastic search algorithms for electric drives control” presso il
Politecnico di Bari nel 2007.
11
F. Cupertino è stato tutor di dottorato di ricerca in ingegneria elettrotecnica di Paolo Giangrande che ha
discusso una tesi dal titolo “Position sensorless control of linear permanent magnet motors using high
frequency injection strategies” presso il Politecnico di Bari nel 2012.
F. Cupertino è tutor dei seguenti dottorandi di ricerca che attualmente frequentano il dottorato in
Ingegneria Elettrica e dell’Informazione presso il Politecnico di Bari: Stefano Ettorre, Antonio
Altomare, Marco Palmieri, Alessandra Guagnano.
F. Cupertino è stato rappresentante dei Ricercatori in seno alla Giunta del Dipartimento di
Elettrotecnica ed Elettronica del Politecnico di Bari dall’ottobre 2002 all’ottobre 2003, dal novembre
2006 ad ottobre 2009 e da ottobre 2012 ad ottobre 2014.
F. Cupertino è stato Tesoriere della Sezione Pugliese AEIT da gennaio 2004 a marzo 2008. Durante
questo periodo, in collaborazione con il Presidente di Sezione, prof. Massimo La Scala e con il
Segretario ing. Marco Bronzini, F. Cupertino ha organizzato diversi seminari e giornate di studio. Tra
le iniziative più significative a livello di numero di partecipanti e riscontro mediatico sono state le
giornate di studio “La qualità del servizio elettrico per gli utenti indusriali” e “Energia e sud-est
Europa: Opportunità di sviluppo per il mezzogiorno e per l’Italia?” tenutesi a Bari presso il Politecnico
rispettivamente il 16 dicembre 2004 ed il 26 gennaio 2006. F. Cupertino è attualmente membro del
Consiglio di Sezione AEIT e continua a collaborare all’organizzazione di incontri tecnici.
F. Cupertino è stato esaminatore esterno per la discussione della tesi di dottorato di Wanchak Lenwari
dal titolo “A novel high performance current control for shunt active filters” presso la university of
Nottingham (Regno Unito) nel giugno 2007.
F. Cupertino è stato esaminatore esterno per la discussione della tesi di dottorato di Reiko Raute dal
titolo “Sensorless control of AC machines for low and zero speed operation without additional test
signal injection” presso la University of Malta (Malta) nel luglio 2009.
F. Cupertino svolge regolarmente attività di revisore per le riviste IEEE Transactions on Industrial
Electronics, Industry Applications e Magnetics. F. Cupertino collabora alla revisione dei contributi per
diverse conferenze del settore convertitori macchine ed azionamenti elettrici (p.e. ECCE, IECON, ISIE,
ICEM).
Dal 2009 F. Cupertino partecipa in qualità di topic chair alla revisione dei contributi scientifici per la
conferenza IEEE ECCE (Energy Conversion Congress and Exposition).
F. Cupertino, insieme a Pericle Zanchetta e Mark Sumner della University of Nottingham (UK), ha
tenuto un tutorial durante la conferenza IECON 06 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial
Electronics Society, Parigi, Francia, il 6 Novembre 2006 sul tema “Automated Intelligent Control
design for Power Electronic Systems and drives”.
F. Cupertino è stato promotore nel 2006, insieme ad Ernesto Mininno, di una proposta per la
realizzazione dell’idea d’impresa denominata: AIO (Algoritmi Innovativi per l’Ottimizzazione). Tale
proposta ha ricevuto dei finanziamenti dal Consorzio Tecnopolis CSATA nell’ambito di una iniziativa
del Ministero Attività produttive (Interventi per la promozione e assistenza tecnica per l'avvio di
imprese innovative, in particolare nel campo delle tecnologie informatiche e delle telecomunicazioni).
La proposta riguardava la costituzione di una società per la realizzazione e la vendita di un software di
ottimizzazione di sistemi di controllo per applicazioni di ricerca ed industriali.
F. Cupertino ha collaborato alla organizzazione della riunione dei ricercatori afferenti al settore
scientifico disciplinare ING-IND/32 tenutasi a Bari dal 4 al 6 ottobre 2000.
F. Cupertino ha collaborato alla organizzazione della Riunione Nazionale dei Ricercatori
dell’Associazione Convertitori, Macchine ed Azionamenti Elettrici tenutasi a Bari dal 27 al 29 giugno
2007.
F. Cupertino ha realizzato e cura l’aggiornamento del sito web del gruppo di ricerca Convertitori
Macchine ed Azionamenti Elettrici del Politecnico di Bari (http://www-dee.poliba.it/cemd.html).
12
Dall’anno accademico 2004/05 F. Cupertino è il rappresentante dei Corsi di Laurea in Ingegneria
Elettrica e dell’Automazione nella Commissione Orari del Politecnico di Bari.
F. Cupertino è membro del Collegio dei Docenti del Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettrica e
dell’Informazione presso il Politecnico di Bari.
F. Cupertino è stato membro del comitato organizzatore e tesoriere della conferenza internazionale
IEEE ISIE 2010 (International Symposium on Industrial Electronics).
Insieme ai colleghi David Naso, Marco Liserre, Bernardo Fortunato e Giuseppe Demelio ha fondato
“Energy Factory Bari”, un laboratorio a compartecipazione pubblico-privata di GE AVIO ed il
Politecnico di Bari per le ricerche nei settori dell’aerospazio e dell’energia, presso il quale in data
odierna operano più di 30 unità di personale di ricerca. In tale ambito, attualmente F. Cupertino riveste
il ruolo di responsabile della divisione “Macchine Elettriche” e di responsabile scientifico del
laboratorio per il Politecnico di Bari.
F. Cupertino è stato organizzatore della sessione speciale intitolata “OPTIMIZATION IN POWER
CONVERTERS ELECTRICAL MACHINES, AND DRIVES”, insieme ai colleghi Marco Liserre e
Pericle Zanchetta per la rivista Transactions on Industrial Electronics. La sessione speciale è stata
pubblicata nel volume 59 (2012), n.7 della rivista (Digital Object Identifier: 10.1109/ TIE.2012.
2183030)
Dal novembre 2012 è il vicario del prof. Biagio Turchiano, responsabile del corso di Laurea Magistrale
in Ingegneria dell’Automazione, nonché responsabile della qualità dello stesso corso di laurea.
F. Cupertino è membro IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) ed iscritto alla
Industry Applications Society ed alla Industrial Electronics Society. Dal dicembre 2012 è stato elevato
al grado di Senior Member IEEE.
Testo inglese
F. Cupertino was tutor or co-tutor of numerous dissertations and final projects in Electrical and
Automation Engineering at Politecnico di Bari in disciplines related to the scientific field ING-IND /
32 (converters, electrical machines and drives).
F. Cupertino was PhD tutor of Ernesto Mininno who presented a final thesis entitled “Stochastic
search algorithms for electric drives control” at Politecnico di Bari in 2007.
F. Cupertino was PhD tutor of Paolo Giangrande who presented a final thesis entitled “Position
sensorless control of linear permanent magnet motors using high frequency injection strategies” at
Politecnico di Bari in 2012.
F. Cupertino is currently tutor of the following PhD students in Electrical Engineering and Information
Technology at Politecnico di Bari: Stefano Ettorre, Antonio Altomare, Marco Palmieri, Alessandra
Guagnano.
F. Cupertino was representative of the researchers within the Board of the Department of Electrical
and Electronic Engineering of Politecnico di Bari from October 2002 to October 2003, from November
2006 to October 2009 and from October 2012 to October 2014.
F. Cupertino was Treasurer of the AEIT Apulian Section from January 2004 to March 2008. During
this period, in collaboration with the President of the Section, prof. Massimo La Scala and the
Secretary prof. Marco Bronzini, F. Cupertino has organized several seminars and technical meetings.
F. Cupertino was external examiner for the final exam of the PhD candidate Wanchak Lenwari who
presented a final thesis entitled “A novel high performance current control for shunt active filters” at
University of Nottingham (UK) in June 2007.
F. Cupertino was external examiner for the final exam of the PhD candidate Reiko Raute who
presented a final thesis entitled “Sensorless control of AC machines for low and zero speed operation
without additional test signal injection” at University of Malta (Malta) in July 2009.
F. Cupertino regularly acts as reviewer for IEEE Transactions on Industrial Electronics, Industry
Applications and Magnetics. F. Cupertino collaborates at paper review process for several
conferences in the field of converters, electrical machines and drives (i.e. ECCE, IECON, ISIE, ICEM).
Since 2009 F. Cupertino act as topic chair at paper review process for conference IEEE ECCE
(Energy Conversion Congress and Exposition).
13
F. Cupertino, together with Pericle Zanchetta and Mark Sumner, held a tutorial during the conference
IECON 06 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Paris, France, entitled
“Automated Intelligent Control design for Power Electronic Systems and drives”.
F. Cupertino proposed in 2006, together with Ernesto Mininno, a start-up company called AIO
(Innovative Algorithms for Optimization). Such proposal was founded by Tecnopolis Consortium. The
proposal was aimed at the realization of an optimization software for control systems.
F. Cupertino is a member of the Academic Board of the PhD in Electrical and Information Engineering
at the Politecnico di Bari.
Together with colleagues David Naso, Marco Liserre, Bernardo Fortunato and Giuseppe Demelio F.
Cupertino founded "Energy Factory Bari", a public-private laboratory based on a partnership of GE
AVIO and the Politecnico di Bari for research in the fields of aerospace and energy. In this context, F.
Cupertino currently holds the position of Head of "Electrical Machines" and scientific director of the
laboratory for the Politecnico di Bari.
Since November 2012, F. Cupertino is the vicar of prof. Biagio Turchiano, head of the MSc Degree in
Automation Engineering, as well as responsible for the quality of the same Degree.
He was member of the local organizing committee of the IEEE ISIE 2010 (International Symposium on
Industrial Electronics) conference where he also served as finance chair and electrical machines and
drives track chair.
F. Cupertino, together with Marco Liserre and Pericle Zanchetta, co-edited of the special session
entitled “Optimization in Power Converters, Electrical Machines and Drives”, IEEE Transactions on
Industrial Electronics, Vol. 59, n. 7, 2012.
He is an IEEE member and also member of IEEE Industry Applications Society (Industrial Drives
Committee and Electrical Machines Committee) and IEEE Industrial Electronics Society (Electrical
Machines Committee). In December 2012 he was elevated to the grade of senior member.
5
Collocazione editoriale delle pubblicazioni ed indici bibliometrici (Publications and
bibliometric indexes)
F. Cupertino è autore, in collaborazione con colleghi del gruppo di ricerca, di oltre 100 pubblicazioni
scientifiche:
• 24 pubblicazioni scientifiche su rivista internazionale
• 1 pubblicazione scientifica su rivista nazionale
• 77 pubblicazioni scientifiche su atti di congressi internazionali
• 1 tesi per il conseguimento del titolo di Dottore di Ricerca in Ingegneria Elettrotecnica
Il data base SCOPUS rintraccia 80 di queste pubblicazioni con oltre 660 citazioni ed attribuisce ad F.
Cupertino un indice di Hirsch (H-index) pari a 15 (dato aggiornato a dicembre 2014).
Il data base Google Scholar rintraccia 96 pubblicazioni con oltre 1000 citazioni ed attribuisce ad F.
Cupertino un indice di Hirsch (H-index) pari a 16 (dato aggiornato a dicembre 2014).
Le pubblicazioni scientifiche (103), prodotte sino ad oggi, sono riportate nel seguente elenco.
Testo inglese
F. Cupertino is author and co-author of over 100 scientific publications:
• 23 publications on international journals
• 1 publication on Italian journal
• 77 publications on proceedings of international conferences
• 1 PhD thesis
• 1 contributions accepted for publications on international journals
• 0 contributions accepted for publications on proceedings of international conferences
SCOPUS data base finds 80 publications with over 660 citations and gives to F. Cupertino an H-index
equal to 15 (December 2014).
Google Scholar dada base finds 96 publications with over 1000 citations and gives to F. Cupertino an
H-index equal to 16 (December 2014).
The scientific publications are reported in the following list.
14
Articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali (international journals)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
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18.
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Design Method for DC and AC Impressed-Voltage Drives”, IEEE Trans. on Power Electronics
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F. CUPERTINO, V. GIORDANO, D. NASO, B. TURCHIANO, L. SALVATORE: “On-Line
Genetic Design of fuzzy Controllers for DC Driver with Variable load”, IEE Electronics Letters,
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Tesi di Dottorato di Ricerca (PhD thesis)
103. F. CUPERTINO: “Nuove tecniche di progetto dei regolatori fuzzy e sliding mode per azionamenti
elettrici”. Tesi per il conseguimento del titolo di Dottore di Ricerca in Ingegneria Elettrotecnica,
discussa presso il Politecnico di Bari il 31 gennaio 2001.
L’articolo [5] è stato pubblicato dalla rivista EPE Journal dopo essere stata selezionata come
“outstanding paper” alla conferenza internazionale EPE 2003.
20
6
Continuità temporale della produzione scientifica (Temporal continuity of the scientific
publications)
F. Cupertino ha iniziato la sua attività scientifica nel 1997. Le pubblicazioni scientifiche prodotte
per anno sono riportate nel seguito:
Anno 1998
Anno 1999
Anno 2000
Anno 2001
Anno 2002
Anno 2003
Anno 2004
Anno 2005
Anno 2006
Anno 2007
Anno 2008
Anno 2009
Anno 2010
Anno 2011
Anno 2012
Anno 2013
Anno 2014
Anno 2014
Anno 2014
pubblicazioni scientifiche
4
pubblicazioni scientifiche
6
pubblicazioni scientifiche
4
pubblicazioni scientifiche
4
pubblicazioni scientifiche
6
pubblicazioni scientifiche
9
pubblicazioni scientifiche
10
pubblicazioni scientifiche
5
pubblicazioni scientifiche
7
pubblicazioni scientifiche
6
pubblicazioni scientifiche
3
pubblicazioni scientifiche
9
pubblicazioni scientifiche
8
pubblicazioni scientifiche
6
pubblicazioni scientifiche
5
pubblicazioni scientifiche
3
pubblicazioni scientifiche
7
in attesa di pubblicazione riv.1
in attesa di pubblicazione conf.0
Totale pub. scientifiche
103
7
Contributi originali e innovativi della produzione scientifica ed apporto individuale del
candidato (Original and innovative contributions of the scientific publications and individual
contribution of the candidate)
L’attività di ricerca di F. Cupertino riguarda principalmente i seguenti temi:
- controllo di azionamenti elettrici con algoritmi non-lineari e stocastici;
- algoritmi di ricerca evolutivi e stocastici per l’identificazione ed il controllo;
- analisi dei segnali per la diagnosi dei guasti e per la stima della frequenza;
- controllo sensorless di motori elettrici;
- controllo di robot mobili e manipolatori industriali;
- progettazione e controllo di macchine elettriche per applicazioni ad elevata velocità di rotazione.
Nel seguito sono sinteticamente descritti i contributi originali ed innovativi di F. Cupertino nelle
pubblicazioni scientifiche. In grassetto sono evidenziate le pubblicazioni presentate in copia conforme
all’originale per la procedura valutativa.
Testo inglese
The research activity of F. Cupertino is primarily concerned with the following topics:
- Control of electrical drives with non-linear and stochastic algorithms;
- Evolutionary and stochastic search algorithms for identification and control;
- Signal analysis for fault diagnosis and for frequency estimation in a.c. systems;
- Sensorless control of electric drives;
- Control of mobile robots and industrial manipulators;
- Design and control of electrical machines for high speed applications.
The original and innovative contributions of F. Cupertino in scientific publications are summarised in
the following. In bold are highlighted the publications presented for the evaluation procedure.
7.1 Controllo di azionamenti elettrici con algoritmi non-lineari e stocastici
(Control of electrical drives with non-linear and stochastic algorithms)
([1], [6], [9], [11], [15], [16], [22], [26], [28], [29], [36], [38], [40], [42], [44], [48], [53], [60], [63],
[75], [78], [79], [82], [87])
L’introduzione della tecnica del controllo vettoriale ha consentito di raggiungere con azionamenti
asincroni e sincroni a velocità variabile le prestazioni dinamiche degli azionamenti a corrente continua.
21
Il controllo vettoriale è solitamente implementato utilizzando la tecnica del controllo in cascata con
regolatori di tipo PID. Per il dimensionamento dei regolatori PID è necessaria la conoscenza dei
parametri del modello del motore. Purtroppo questi parametri non sono noti esattamente, inoltre, i
ritardi e le non linearità introdotti dall’elettronica di potenza e dai sensori di misura non sono facili da
portare in conto durante la fase di progetto del sistema di regolazione. In pratica, a meno di sacrificare
pesantemente le prestazioni dell’azionamento, rendendo inefficace il ricorso al controllo vettoriale, si
deve procedere ad una taratura fine dei regolatori sul campo. Tale procedura è laboriosa e richiede
adeguate competenze perché sia efficace. Per ridurre l’indubbia complessità degli schemi di controllo
tradizionali degli azionamenti elettrici, accorciare i tempi di sviluppo e rendere più semplice la taratura
dei regolatori, si è pensato di ricorrere a regolatori non lineari di tipo robusto in luogo dei tradizionali
PID. Tra le tecniche di controllo non lineare si è scelto di puntare l’attenzione sulla logica fuzzy e sul
controllo sliding mode.
In particolare, sono state analizzate le possibili applicazione di regolatori fuzzy e sliding mode al
controllo di azionamenti asincroni. Sono stati proposti originali schemi di regolazione nei quali, in
luogo dei quattro regolatori PI in cascata, sono stati impiegati solo due regolatori fuzzy [1] o sliding
mode [38]. L’uso di regolatori non lineari permette di regolare la componente di coppia della corrente
di statore e la velocità, con un regolatore e la componente di flusso della corrente di statore ed il flusso,
con un secondo regolatore. Sono state sviluppate semplici formule matematiche, basate sul modello del
motore asincrono, che consentono anche a chi non è esperto di logica fuzzy o di controllo sliding mode
di progettare i regolatori in modo da ottenere risposte ottime anche in presenza di variazioni
parametriche e della coppia di carico.
L’uso dei regolatori fuzzy è senz’altro più oneroso dal punto di vista computazionale. Sono state
messe a punto tecniche di programmazione che consentono l’implementazione di regolatori fuzzy
anche su microprocessori general-purpose a basso costo ottenendo buone prestazioni [44]. La
possibilità di impiegare regolatori fuzzy senza gravare sul costo finale dell’azionamento rende più
conveniente questo tipo di soluzione.
E’ stato messo a punto uno schema di controllo diretto di coppia che utilizza regolatori di tipo
sliding mode per controllare il flusso di statore e la coppia elettromagnetica di un azionamento
asincrono [6]. Sono state proposte anche delle formule di progetto dei regolatori sliding mode che
utilizzano solo i dati di targa del motore asincrono. Per permettere al motore di operare correttamente
oltre la velocità nominale è stato utilizzato una schema con saturazione variabile del regolatore di
coppia [9]. L’assenza di integratori nel sistema di controllo con regolatori sliding mode semplifica
l’implementazione senza pregiudicare le prestazioni dinamiche che risultano leggermente migliori di
quelle ottenibili utilizzando regolatori di tipo PI.
In [11] la teoria del controllo sliding mode è stata applicata all’aggiornamento continuo in linea dei
parametri di una rete neurale a più strati con connessioni in avanti. E’ stato proposto un algoritmo
originale di aggiornamento dei parametri il quale comporta un basso costo computazionale, può essere
implementato con microcontrollori industriali e la cui stabilità è stata provata matematicamente. Sono
state condotte delle verifiche sperimentali applicando l’algoritmo di controllo alla regolazione di
velocità di azionamenti elettrici. Sono state raggiunte buone prestazioni soprattutto in considerazione
del fatto che l’algoritmo non necessita della conoscenza dei parametri del modello matematico del
motore.
Al fine di migliorare le prestazioni di attuatori lineari a magneti permanenti in termini di precisione
di posizionamentio e di robustezza nei confronti dell’attrito e delle variazioni della massa del carico è
stato sviluppato uno schema originale di controllo di tipo sliding mode. La struttura del regolatore di
posizione si adatta alle condizioni di reaching e di sliding garantendo la condizione di stabilità
asintotica indipendentemente dal valore della massa. Inoltre, l’introduzione di un doppio strato limite
permette di risolvere efficacemente il problema del chattering mantenendo una buona reiezione
all’attrito al distacco [15, 75]. Tali problematiche rappresentano i punti chiave per qualunque
implementazione di sistemi per micro-movimentazioni.
F. Cupertino ha anche studiato diverse applicazioni di algoritmi basati sulla teoria del filtro di
Kalman al controllo robusto di azionamenti asincroni e sincroni.
In [26] e [29] sono utilizzati due filtri di Kalman per la realizzazione di un sistema di controllo
robusto di azionamenti elettrici con motori ad induzione. Il primo filtro è di tipo esteso (EKF), ed è
impiegato per ottenere un corretto controllo vettoriale diretto del motore, il secondo è di tipo lineare
(LKF) ed è utilizzato per stimare il disturbo equivalente. Un segnale di compensazione, proporzionale
al disturbo equivalente, rende il sistema robusto alle variazioni dei parametri meccanici e della coppia
di carico. In [28] un filtro di Kalman esteso è stato utilizzato per la stima contemporanea del flusso e
dei parametri elettrici di un azionamento asincrono al fine di rendere robusto lo schema di controllo
vettoriale.
22
In [36] è stato proposto l’utilizzo di due controllori neurali in cascata, tarati in linea, per il controllo
di corrente e di velocità di un motore sincrono a magneti permanenti. Per il regolatore neurale interno
di corrente è stata proposta una procedura iniziale di self-commissioning mentre il regolatore neurale
esterno di velocità è continuamente aggiornato in linea in modo da mantenere le prestazioni desiderate
anche in presenza di variazioni parametriche. L’aggiornamento in linea del regolatore neurale di
velocità è stato reso possibile dall’impiego di un algoritmo originale basato sulla teoria del filtro di
Kalman esteso.
La ricerca attuale nell’ambito dell’automazione industriale si occupa con crescente attenzione dei
problemi legati alla realizzazione di sistemi per asservimento e movimentazione con precisioni
elevatissime. Per quanto concerne gli aspetti legati agli azionamenti elettrici, si rende necessario lo
sviluppo di sistemi di controllo intelligente per gli attuatori elettromeccanici con tolleranze di
posizionamento di ordine micrometrico. Infatti, gli assi meccatronici devono essere in grado di
compensare, con motori ad elevate prestazioni dinamiche ed algoritmi di controllo specifici, fenomeni
non lineari ed incertezze parametriche che assumono una rilevanza predominante quando è necessario
garantire accuratezze di spostamento dell’ordine del micron con attuatori di peso ed ingombro
estremamente contenuti. In tale contesto sono stati sviluppati algoritmi che combinano tecniche di
controllo adattativo [16, 22], osservatori non lineari [87] ed algoritmi di ottimizzazione a ridotto costo
computazionale [79], conseguendo errori di posizionamento prossimi ai limiti minimi teorici, e
significativamente inferiori a quelli ottenibili con tecniche di controllo di natura convenzionale.
Testo inglese
The introduction of vector control has allowed to reach with asynchronous and synchronous drives
dynamic performance of the DC drives. The vector control is usually implemented using the technique
of the cascaded control with PID type regulators. To design PID controllers is necessary to know the
parameters of the motor mathematical model. Unfortunately, these parameters are not exactly known,
and the delays and non-linearity introduced by the power converter and transducers are not easy to
take into account. In practice, parameters need to be finely tuned by trial and error procedures to
reach best performances. This procedure is laborious and requires adequate skills to be effective. To
reduce the undoubted complexity of traditional control schemes of electric drives, shorten development
time and make it easier the calibration of the regulators, it was decided to adopt robust nonlinear
controllers instead of traditional PIDs. Among the techniques for nonlinear control, the attention was
focused on fuzzy logic and sliding mode control.
In particular, it was analyzed the possible application of fuzzy controllers and sliding mode control
to asynchronous drives. Original regulation schemes in which in place of the four PI cascaded
regulators are employed only two fuzzy controllers [1] or sliding mode controllers [38] have been
proposed. The use of non-linear regulators allows to adjust the torque component of the stator current
and speed with a single regulator and the flux component of the stator current and the flux with a
second single controller. Simple mathematical formulas based on the model of the induction motor,
which allow those who are not expert or fuzzy logic sliding mode control to design controllers, have
been developed. The use of fuzzy controllers is certainly more onerous from the computational point of
view. Programming techniques that allow the implementation of fuzzy controllers also on generalpurpose low-cost microprocessors have been developed [44].
It was devised a scheme of direct torque control that uses sliding mode regulators to control the
stator flux and the electromagnetic torque of an asynchronous drive [6]. Formulas for the selection of
sliding mode controller gains that use only the nameplate data of the induction motor have also been
proposed. A scheme with variable saturation of the torque controller has been proposed to allow the
motor operating correctly over the base speed [9]. The absence of integral action in the sliding mode
control system simplifies the implementation without affecting the dynamic performance that are
slightly better than those obtainable using regulators of PI type.
In [11] the sliding mode control theory was applied to the continuous on-line updating of a neural
network parameters. It was proposed an original algorithm for updating the parameters which
requires a low computational cost, can be implemented with industrial microcontrollers and whose
stability has been proven mathematically. Experimental verifications were conducted by applying the
control algorithm to the speed control of electric drives. Have been achieved good performance
especially in consideration of the fact that the algorithm does not require the knowledge of any
parameter of the mathematical model of the motor.
An original scheme based on sliding mode control was proposed to improve the performance of
permanent magnet linear actuators in terms of accuracy and robustness of positioning against friction
and variations in the mass of the load. The structure of the position controller can be adapted to the
conditions of reaching and sliding guaranteeing the asymptotic stability regardless of the value of the
23
mass. Moreover, the introduction of a double boundary layer allows to effectively solve the problem of
chattering while maintaining good rejection friction [15, 75]. These issues are the key points in any
implementation of control systems for micro-movements.
F. Cupertino has also studied various applications of algorithms based on the theory of the Kalman
filter to robust control of asynchronous and synchronous drives.
In [26] and [29] two Kalman filters are used for the realization of a robust control system for
electric drives with induction motors. The first filter is extended type (EKF), and is used to obtain a
flux vector position for vector control. The second filter is of the linear type (LKF) and is used to
estimate the equivalent disturbance. In [28] an extended Kalman filter has been used for the
contemporary estimation of the flux and electrical parameters of a asynchronous drive.
In [36] it was proposed the use of two cascaded neural controllers, tuned on-line, for the control of
current and speed of a synchronous motor with permanent magnets. The on-line update of the neural
speed regulator was realized using an original algorithm based on the extended Kalman filter theory.
Current research in industrial automation is focused on high precision micropositioning systems. It is
necessary to develop intelligent control systems for electromechanical actuators with high positioning
tolerances. In this context, algorithms that combine adaptive control techniques [16, 22], nonlinear
observers [87] and optimization algorithms with reduced computational cost [79], have been
developed.
7.2 Algoritmi di ricerca evolutivi e stocastici per l’identificazione ed il controllo
(Evolutionary and stochastic search algorithms for identification and control)
([2], [5], [12], [14], [21], [23], [24], [43], [45], [56], [59], [64], [65], [66], [67], [68], [69], [70], [71],
[73], [83], [85], [90], [94], [95], [97], [98])
Le prestazioni dinamiche di un azionamento elettrico dipendono dalla struttura e dai parametri del
sistema di controllo. Gli azionamenti industriali utilizzano il controllo in cascata con regolatori PID i
cui guadagni sono scelti sulla base dei parametri nominali del motore o attraverso procedure di taratura
sul campo per tentativi. Le tecniche di taratura basate sul modello portano ad un decadimento delle
prestazioni in presenza di incertezze sui valori dei parametri elettrici (resistenza, induttanza) e
meccanici (massa, inerzia, attrito). Le tecniche di taratura sul campo richiedono personale esperto, sono
lente e sono troppo complesse quando si utilizzano leggi di controllo più sofisticate dei semplici PID
(per esempio regolatori lineari di ordine elevato, regolatori non lineari basati sulla logica fuzzy o sulle
reti neurali). Una soluzione efficace è rappresentata dall’utilizzo di algoritmi di ottimizzazione. Il
problema della taratura dei parametri del sistema di controllo può essere impostato come un problema
di minimizzazione di una funzione costo che tenga conto di indici di prestazione valutabili
sperimentalmente (tempo di salita, IAE, overshoot ecc.). Dato che la funzione costo potrebbe
presentare diversi minimi locali e che le misure sperimentali sono inevitabilmente affette da rumore si
rendono necessari algoritmi stocastici di ricerca globale. L’attività di ricerca di F. Cupertino si è
concentrata su algoritmi evolutivi (per esempio algoritmi genetici) ed algoritmi stocastici per la stima
del gradiente (per esempio SPSA [67], [70], [71]). Sono stati applicati algoritmi genetici per la
selezione della struttura e dei parametri dei controllori. La taratura è stata realizzata facendo compiere
al sistema un test opportuno e misurando durante l’esperimento la funzione di costo da minimizzare.
Nel caso dei regolatori lineari sono stati impiegati algoritmi genetici per selezionare l’ordine della
legge di controllo ed i relativi parametri [5, 14]. Nel caso di regolatori basati sulla logica fuzzy sono
stati ottimizzati il numero e la posizione delle membership functions dei regolatori di posizione degli
assi di un manipolatore industriale [2].
Gli algoritmi genetici standard mal si adattano ad una implementazione sul microprocessore che
implementa il controllo dell’azionamento perché i calcoli sono complessi e distribuiti non equamente
nel tempo [69-70]. Sono stati sviluppati algoritmi di ricerca stocastici ed evolutivi di tipo compatto che
utilizzano una codifica reale originale in cui il set di possibili soluzioni (la cosiddetta popolazione) è
sostituito da una rappresentazione statistica (utilizzando media e varianza dei singoli parametri da
ottimizzare) [12, 21, 68, 73]. L’algoritmo è stato implementato utilizzando lo stesso DSP che provvede
al controllo vettoriale di azionamenti in corrente alternata con un aggravio compuatazionale
trascurabile. Tale algoritmo permette di ottimizzare schemi di controllo complessi con regolatori in
cascata in pochi minuti e utilizzando un unico microcontrollore industriale. F. Cupertino ha anche
indagato la possibilità di impiegare gli algoritmi genetici per l’identificazione dei parametri di filtri
attivi di potenza e per l’ottimizzazione dei parametri del relativo sistema di controllo ([59], [63]).
Con l’ausilio di algoritmi di ottimizzazione di tipo stocastico e di software di simulazione agli
elementi finiti è stato anche realizzato il progetto di un attuatore lineare tubolare a magneti permanenti
interni. I principali parametri dimensionali dei magneti e delle bobine sono stati ottimizzati in modo da
24
ottenere la massima forza per unità di volume minimizzando la forza di cogging e gli effetti di bordo
[62]. Un approccio simile, ma utilizzando algoritmi di ricerca multi-obiettivo, è stato seguito per
realizzare la progettazione automatica delle geometrie di rotore di macchine sincrone a riluttanza.
L’assenza di tecniche di progettazione standard è stato fino ad oggi un limite alla diffusione di tali
macchine elettriche. L’attività di ricerca si è concentrata sull’analisi di geometrie di rotore semplificate
che possano essere descritte con il minimo numero di variabili al fine di permettere un più efficace uso
degli algoritmi di ricerca per l’ottimizzazione automatica del progetto. E’ stato dimostrato che l’uso di
due sole variabili per descrivere ciascuna barriera di flusso permette di ottenere prestazioni molto simili
a quelle raggiunte con lo stato dell’arte delle tecniche di progettazione [23, 24, 94, 95].
Testo inglese
The dynamic performance of an electric drive depend on the structure and the parameters of the
control system. Industrial drives use the cascaded control with PID controllers whose gains are chosen
using the rated motor parameters or through trial and error calibration procedures. The calibration
techniques based on the model lead to a performance deterioration in the presence of uncertainty on
the values the electrical (resistance, inductance) and mechanical (mass, inertia, friction) parameters.
The calibration techniques require experienced personnel, are slow and are too complex when using
control laws more sophisticated than the simple PID (for example, high order linear regulators,
nonlinear controllers based on fuzzy logic and neural networks). An effective solution is represented by
the use of optimization algorithms. The selection of control system parameters can be set as a problem
of minimizing a cost function that takes account of performance indices evaluable experimentally (rise
time, IAE, overshoot, etc..). Given that the cost function may have several local minima and that the
experimental measurements are inevitably affected by noise, stochastic algorithms for global search
are necessary. The research of F. Cupertino has focused on evolutionary algorithms (eg genetic
algorithms and differential evolution) and stochastic algorithms for estimating the gradient (for
example SPSA [67], [70], [71]). Genetic algorithms have been applied to the selection of the structure
and parameters of the current controllers of an ac drive. The calibration was carried out by letting the
drive following an appropriate repetitive test. genetic algorithms were used to select the order of the
control law and the parameters in the case of linear regulators [5, 14]. The number and position of the
membership functions have been optimized in the case of regulators based on fuzzy logic [2].
Genetic algorithms are not adapted to an implementation on the same microprocessor that
implements the control of the drive because the calculations are complex and not evenly distributed
over time [69-70]. Stochastic compact search algorithms adopting an original encoding procedure
were developed. In compact search algorithms the set of possible solutions (the so-called population) is
replaced by a statistical representation (using the mean and variance of the individual parameters to
be optimized) [12, 21, 68, 73]. The algorithm has been implemented using the same DSP used for the
vector control of AC drives with a negligible increase of computational cost. This algorithm allows to
optimize control schemes with cascaded regulators in a few minutes and using a single microcontroller
F. Cupertino has also investigated the possibility of using genetic algorithms for the identification of
the parameters of active filters and for the optimization of the parameters of the corresponding control
system ([59], [63]).
Stochastic optimization algorithms were also used to aid the automatic design of a linear tubular
permanent magnet motor based on finite element simulations. The main dimensional parameters of the
magnets and coils have been optimized so as to obtain the maximum force per unit volume minimizing
the cogging force and end effects [62]. A similar approach, but using multi-objective search
algorithms, was followed to achieve the automatic design of the rotor geometry for a synchronous
reluctance machine. The lack of standard design procedures has been up to now a limit to the spread of
such electrical machines. The research was focused on the analysis of simplified rotor geometries that
can be described with a minimum number of variables in order to allow a more effective use of search
algorithms for the automatic optimization of the design. The use of only two variables to describe each
flux barrier allows obtaining performances very similar to those achieved with state of the art design
techniques [23, 24, 94, 95].
7.3 Analisi dei segnali per la diagnosi dei guasti e per la stima della frequenza
(Signal analysis for fault diagnosis and for frequency estimation in a.c. systems)
([3], [13], [19], [32], [50], [52], [54], [57], [58], [62], [72], [76])
La rottura delle barre di rotore, in un motore asincrono, è un serio problema per tutte quelle
applicazioni in cui i motori sono sottoposti a duri cicli lavoro. Un cattivo sistema di raffreddamento e/o
avviamenti lunghi e molto frequenti causano stress termici e meccanici, che possono portare alla rottura
25
di una barra di rotore. Se una barra si rompe, quelle adiacenti sono sovraccaricate e diventano le
prossime candidate alla rottura. Per questo motivo, il guasto può evolvere verso una situazione sempre
più grave.
La presenza di una dissimmetria nel rotore, causata dalla rottura di una o più barre, determina, nello
spettro della corrente d’armatura, componenti a frequenza fs (1±k2s), con k=1,2,3,... dove fs è la
frequenza fondamentale delle grandezze di statore e “s” è lo scorrimento. Anche nel caso di motore
sano, poiché i rotori non sono mai perfettamente simmetrici, queste bande laterali sono presenti. La
loro ampiezza consente di discriminare tra una situazione di motore in buone condizioni, oppure con
barre rotte se le misure di corrente sono realizzate in condizioni di carico nominale quando lo
scorrimento assume valori sufficientemente elevati.
Per permettere di rilevare guasti di rotore a prescindere dal livello della coppia di carico sono stati
studiati da F. Cupertino algoritmi per l’analisi nel dominio tempo-frequenza delle correnti e delle
tensioni durante condizioni di funzionamento transitorie.
E’ stato sviluppato un test basato sull’analisi tempo-frequenza del vettore di spazio della corrente di
statore durante l’avviamento con alimentazione da rete ([50], [52]). Questa nuova tecnica diagnostica
presenta diversi vantaggi rispetto ad altre presenti in letteratura in primo luogo perché è insensibile alle
condizioni di carico ed inoltre perché è facilmente adottabile quando i motori sono destinati ad
avviamenti frequenti in duty cycle pesanti (situazione tipicamente critica per la rottura delle barre di
rotore). Sono stati confrontati diversi algoritmi per la stima spettrale (non-parametrici, parametrici e ad
elevata risoluzione con analisi degli autovalori). Sono stati elaborati degli indici in grado di stabilire il
livello di severità del guasto.
L’attività di ricerca di F. Cupertino ha anche riguardato un’analisi dei metodi e degli algoritmi più
idonei alla diagnosi di guasti di rotore basati sulla tensione ai morsetti di macchina dopo il distacco
dell’alimentazione [3]. Da un lato, il metodo prescinde dalle condizioni di carico, dall’altro, essendo il
motore sconnesso dall’alimentazione, il metodo non è influenzato dalla presenza di sbilanciamento o di
componenti armoniche di tempo delle tensioni di alimentazione. Quando il motore è sano le tensioni
indotte nelle fasi di statore dopo il distacco dell’alimentazione sono essenzialmente sinusoidali. In
presenza di una barra rotta, la distribuzione della fmm di rotore risulta alterata poiché nella barra rotta
la corrente è nulla, mentre le barre adiacenti sono percorse da correnti maggiori rispetto a quelle che
circolerebbero nel caso di motore sano. Questo fenomeno potrebbe favorire una propagazione del
guasto alle altre barre. Dovendo analizzare un segnale nel quale sia frequenza sia ampiezza decrescono
nel tempo si è utilizzata un’analisi tempo-frequenza di tipo short-time. L’algoritmo di stima dello
spettro MUSIC permette una migliore identificazione delle frequenze associate al guasto, rispetto ad
un’analisi tradizionale tramite FFT che conduce ad una errata diagnosi del guasto a causa della ridotta
risoluzione in frequenza. Anche in questo caso sono stati introdotti degli indici di guasto ed è stato
condotto uno studio statistico per valutare la loro attendibilità.
F. Cupertino ha anche investigato la possibilità di utilizzare le rete neurale, sia supervisionate [54] sia
non supervisionate [57, 62], per classificare automaticamente set di dati ricavati da motori sani o guasti
mediate il test all’avviamento o al distacco. In particolare è stata studiata la possibile applicazione dei
classificatori di Kohoen per la loro semplicità e riconosciuta efficacia nell’ambito della pattern
recognition. L’uso di classificatori non supervisionati è particolarmente promettente perché permette di
rilevare l’insorgenza di un difetto in modo precoce anche senza avere preventivamente informazioni
circa il comportamento della macchina in condizioni di guasto [62].
La stima in tempo reale della frequenza e della componente fondamentale dei segnali ricopre un ruolo
importante nei sistemi di controllo dei filtri attivi di potenza di tipo derivato. Tali dispositivi trovano
applicazione sia in reti industriali in bassa frequenza sia in ambito aerospaziale dove la frequenza di
funzionamento della rete può variare anche in ampi intervalli. La efficacia del filtro attivo nella
riduzione del contenuto armonico della corrente è comunque legata alla qualità della stima delle
armoniche che si desiderano compensare, sia a regime sia in condizioni transitorie.
In [58] è stato presentato un confronto sperimentale tra diversi algoritmi per la stima della
fondamentale. Sono stati considerati algoritmi basati sull’uso di un sistema di riferimento sincrono,
sull’analisi di tipo wavelet e sulla teoria del filtro di Kalman. Uno dei contributi innovativi del lavoro
consiste nella procedura automatica per la selezione delle matrici di covarianza del filtro di Kalman
basata sull’uso di algoritmi genetici.
In [13] e [19] è stato presentato un algoritmo innovativo per la stima della frequenza fondamentale e
delle componenti armoniche basato su una implementazione in tempo reale della trasformata discreta di
Fourier. La tecnica permette stime veloci ed accurate anche in presenza di segnali con frequenza
rapidamente variabile ed altamente distorti. La principale applicazione di tale algoritmo è nei sistemi di
potenza a bordo di aerei dove la frequenza nominale è di 400 Hz ma può variare notevolmente attorno
26
a tale valore. Sono stati presentati sia i risultati di simulazioni numeriche sia i risultati sperimentali
ottenuti implementando l’algoritmo con un DSP.
Testo inglese
Rotor bars breakage in an asynchronous motor is a serious problem for all those applications in which
the motors are subjected to hard working cycles. A bad cooling system and/or long and very frequent
starts cause thermal and mechanical stress, which can lead to breakage of a rotor bar. If a bar is
broken, the adjacent ones are overloaded and become the next candidate to breakage. For this reason,
the fault may evolve towards an increasingly serious situation.
The presence of a dissymmetry in the rotor, caused by the beakage of one or more bars, determines,
in the spectrum of the armature current, frequency components fs (1 ± k2s), with k = 1,2,3, ... where fs
is the fundamental frequency and "s" is the slip frequency. Even in the case of healthy motor, since the
rotors are never perfectly symmetrical, these side bands are present. Their amplitude is high enough to
discriminate between broken and healthy motors only if the load condition and slip frequency are
sufficiently high. F. Cupertino has studied algorithms for the analysis in the time-frequency domain of
the currents and voltages during transient operating conditions to allow failure detection not sensitive
on load condition.
A test based on the analysis of the time-frequency space vector of the stator current during start-up
was proposed in [50] and [52]. This new diagnostic technique has several advantages compared to
others proposed in previous literature. It is insensitive to the load, and it is easily adoptable when the
motors are used with frequent start-ups in heavy duty cycle (typically critical situation for rotor bars
breakage). Several algorithms for spectral estimation (non-parametric, parametric and a highresolution analysis of the eigenvalues) were compared. Indices to determine the level of severity of the
fault have been also proposed.
The research activity of F. Cupertino has also included an analysis of the methods and algorithms
suitable for diagnosis of faults of the rotor based on the voltage at the terminals of the machine after
the supply disconnection [3]. On the one hand, the method is independent of the load condition, on the
other, being the supply disconnected, the method is not influenced by the presence of unbalance or
harmonic components in supply voltages. When the motor is healthy, voltages induced in the stator
phases after supply disconnection are essentially sinusoidal. In presence of one broken bar, the
distribution of the mmf (magneto-motive force) of the rotor is altered as in the broken bar the current is
zero, while the adjacent bars are interested by currents greater than those that circulate in the case of
healthy motor. This phenomenon could lead to a propagation of the fault to the other bars. Having to
analyze a signal in which both frequency and amplitude decrease in the time time-frequency analysis of
short-time type has been adopted. The MUSIC spectrum estimation algorithm allows a better
identification of the frequencies associated with the fault, compared to a traditional analysis using
FFT. F. Cupertino has also investigated the possibility of using neural networks, both supervised [54]
and unsupervised [57, 62], to automatically classify data sets derived from healthy or faulty motors via
the start-up or supply disconnection tests. In particular the possible application of Kohoen classifiers
was investigated for their simplicity and proven effectiveness in the field of pattern recognition. The
use of unsupervised classifiers is particularly promising because it can detect the occurrence of a
defect so early even without having prior information about the behavior of the machine during fault
conditions. [62]
The real-time estimation of the frequency of the fundamental component of a.c. sistems plays an
important role in the control of power active filters. Such devices find application in both industrial
networks and aerospace. In the latter case, the frequency of operation of the network may also vary in
wide ranges. The effectiveness of the active filter to reduce the harmonic content of the current is
dependent on the quality of estimation of harmonics, both in transient and steady state conditions.
In [58] an experimental comparison of different algorithms for the estimation of the fundamental
frequency was presented. Algorithms based on the use of a synchronous reference frame, on the
wavelet analysis and on the theory of the Kalman filter were considered. One of the innovative
contributions of the work consisted in the automatic procedure for the selection of the covariance
matrices of the Kalman filter based on the use of genetic algorithms.
In [13] and [19] a novel algorithm for the estimation of the fundamental frequency and the harmonic
components based on a real-time implementation of the discrete Fourier transform has been presented.
The technique allows fast and accurate estimates even in the presence of highly distorted signals with
rapidly varying frequency. The main application of this algorithm is in power systems on board an
airplane where the nominal frequency is 400 Hz but can vary significantly around this value. Both
numerical simulations and experimental results obtained by implementing the algorithm with a DSP
were presented.
27
7.4 Controllo sensorless di motori elettrici
(Sensorless control of electric drives)
([7], [10], [17], [18], [20], [25], [27], [31], [33], [34], [35], [37], [39], [41], [46], [47], [51], [74], [77],
[80], [81], [84], [86], [88], [89], [92])
La notevole attenzione dell’accademia e dell’industria verso algoritmi di controllo vettoriale di
motori in corrente alternata che possano fare a meno del trasduttore di posizione è dovuta alla
possibilità di ridurre i costi ed aumentare l’affidabilità mediante i cosiddetti algoritmi di controllo
sensorless. La stima della posizione è in genere eseguita a partire da misure di corrente e/o di tensione
utilizzando la conoscenza del modello matematico del motore. Evidentemente, la qualità della stima
dipende dall’accuratezza delle misure e dall’incertezza sui parametri del modello matematico. La
presenza di rumore nelle misure e le variazioni parametriche hanno spinto la ricerca verso algoritmi di
stima stocastici o robusti per garantire una stima corretta al variare delle condizioni operative ed una
corretta implementazione del controllo vettoriale.
In [27] e [31] è stato affrontato il problema del controllo sensorless di motori ad induzione. Nel
lavoro [27] è stato sviluppato un nuovo filtro di Kalman esteso ritardato per il controllo sensorless di
un motore ad induzione. Questo filtro è in grado di stimare in linea simultaneamente la velocità di
rotore, la posizione del vettore di spazio del flusso rotorico e tutti i parametri del circuito equivalente di
un motore ad induzione. In [31] è stato proposto l’uso di due algoritmi basati sul filtro di Kalman (uno
esteso, l’altro lineare), per realizzare un controllo vettoriale sensorless di un azionamento con motore
ad induzione. Il filtro di Kalman esteso stima le componenti del flusso di rotore e la velocità
utilizzando un modello matematico costituito dalle equazioni del flusso di rotore e dall'equazione
meccanica, scritta nelle ipotesi di parametri nominali e coppia di carico nulla. Per rendere corrette
queste ipotesi e rendere valido il modello del filtro di Kalman esteso, è utilizzato un osservatore per la
stima del disturbo equivalente, compensato mediante l'iniezione di un segnale di feedforward. La stima
della velocità è accurata in tutto il campo da zero al valore nominale, anche in presenza di variazioni
notevoli della coppia di carico, del momento di inerzia e della costante di tempo di rotore.
In [7], [10], [39], [46], [47], [51] e [92] è stato affrontato il problema del controllo sensorless di
motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) a flusso radiale. Algoritmi simili e basati sull’uso di
iniezione di segnali ad alta frequenza a bassa velocità e su osservatori basati sul modello matematico
alle alte velocità sono state anche applicate al controllo di macchine a magneti permanenti a flusso
assiale [88-89].
In [39] l’osservazione della posizione di rotore è ottenuta a partire dal calcolo della coppia attiva e
reattiva sia nel sistema di riferimento stazionario α−β sia nel sistema di riferimento di rotore d-q.
L’osservazione della posizione è quindi migliorata grazie all’uso di un termine compensante derivato
dal segnale di uscita del regolatore della tensione secondo l’asse d. Lo schema di controllo è originale e
garantisce un buon orientamento di campo anche in presenza di variazioni parametriche e di errore di
stima iniziale della posizione di rotore.
In [10] è stato presentato uno schema di controllo sensorless basato su un filtro di Kalman lineare
(LKF). L’algoritmo LKF stima le componenti del flusso di rotore in coordinate di statore a partire dalle
misure di tensione e corrente e non dipende dalla conoscenza della resistenza. L’algoritmo è lineare ma
tempo-variante in quanto la velocità del rotore è trattata come un parametro del modello da aggiornare
in linea.
In [46] la stima della posizione del rotore di un motore sincrono a magneti permanenti è stata
realizzata con un osservatore adattativo di tipo sliding mode. In tale lavoro sono stati analizzati gli
effetti dei ritardi nella stima della forza contro-elettromotrice sulle prestazioni dell’osservatore di
posizione. Sono state considerate anche opportune tecniche per la riduzione del fenomeno del
chattering dell’osservatore sliding mode. Lo stesso algoritmo è stato proposto in [7] come strumento di
back-up in caso di rottura dell’encoder. Durante il funzionamento dell’encoder i parametri di macchina
utilizzati dall’osservatore sliding mode sono ottimizzati in linea da un algoritmo di ricerca evolutivo di
tipo ibrido. Un supervisore determina l’eventuale malfunzionamento dell’encoder e permette la
commutazione al sistema di controllo sensorless.
In [31] è stato analizzato il problema della derivazione del segnale di posizione, alle basse velocità,
utilizzando encoder a bassa risoluzione. Tale derivazione porta ad un peggioramento delle prestazioni
dell’intero azionamento. È stato proposto l’impiego di un algoritmo originale, basato sulla teoria del
filtro di Kalman lineare, per la stima della velocità dalla misura della posizione e dalla sua derivata. I
risultati ottenuti hanno dimostrato la possibilità di incrementare le prestazioni dell’azionamento senza
ricorrere ai più costosi encoder ad elevata risoluzione, grazie all’azione del filtro di Kalman che ha forti
capacità di reiezione dei disturbi. Il problema della misura ad elevata risoluzione della velocità di
rotazione a partire dal segnale di un encoder incrementale è stato affrontato anche in [25] e [37]. In tali
28
lavori sono stati sviluppati algoritmi innovativi per il trattamento del segnale dell’encoder utilizzando
le periferiche di microcontrollori standard.
In [34], e [35] sono stati presentati degli osservatori dello stato dei motori ad induzione basati sulle
reti neurali. È stato sviluppato un algoritmo d’addestramento delle reti neurali, basato sulla teoria del
filtro di Kalman esteso, in grado di lavorare più rapidamente della tradizionale back-propagation e di
minimizzare il numero di neuroni necessari alla rete neurale.
E’ stata sviluppata una nuova procedura per la stima della posizione di motori lineari tubolari a
magneti permanenti basata sull’iniezione di una tensione pulsante in alta frequenza secondo l’asse
diretto. La procedura di demodulazione utilizza una sequenza di filtri e trasformazioni di coordinate per
estrarre l’informazione di posizione dalle correnti di fase del motore. La tecnica sviluppata analizza le
correnti in un sistema di riferimento stazionario. In tal modo si evitano alcune trasformazioni di
coordinate e si sfrutta il fatto che le componenti di sequenza positiva e negativa alla frequenza di
iniezione hanno la stessa ampiezza e tale ampiezza è costante. Entrambe le componenti permettono la
stima della posizione e sono usate contemporaneamente per migliorare l’accuratezza della procedura
[62]. A causa degli effetti di bordo, sempre presenti nei motori lineari, tutte le tecniche di controllo
basate sull’iniezione dei segnali in alta frequenza necessitano di opportune tecniche di compensazione
per poter garantire un comportamento stabile. Il fenomeno è stato analizzato sia teoricamente sia con
l’ausilio di esperimenti nel caso iniezione di segnali di tensione [18] o di corrente [20] ad elevata
frequenza. Le tecniche di controllo sensorless sono quasi sempre basate sulla misura delle sole correnti
di fase al fine di evitare la misura delle tensioni di tipo PWM in uscita al convertitore. In tale caso è
essenziale una corretta compensazione della caduta di tensione sui dispositivi a semiconduttore in
modo da ridurre la differenza tra le tensioni in uscita dal sistema di controllo e quelle realmente
applicate alla macchina. Tale problema è stato affrontato in [17] proponendo una procedura originale di
identificazione della modello del convertitore.
Testo inglese
The considerable attention from academia and industry towards vector control algorithms that can
avoid position transducer is due to their potential in cost reduction and to increase reliability. The
position estimation is typically performed from measurements of current and / or voltage using the
mathematical model of the motor. Evidently, the quality of the estimate depends on the accuracy of the
measurements and of the mathematical model. The presence of noise in measurements and parametric
variations have directed research towards estimation algorithms stochastic or robust to ensure a
correct estimate of the variation of the operating conditions and a correct implementation of the vector
control.
In [27] and [31] the problem of sensorless control of induction motors was addressed. In the work [27]
a new delayed Extended Kalman Filter was developed for sensorless control of an induction motor.
The filter was able to estimate online simultaneously the speed of the rotor, the position of the space
vector of the rotor flux and all parameters of the equivalent circuit of the induction motor. In [31] it
was proposed the use of two algorithms based on the Kalman filter theory (one extended, the other
linear), to realize a sensorless vector control of an induction motor drive. The speed estimate is
accurate in the entire field from zero to the rated value, even in the presence of significant variations of
the load torque, the moment of inertia and of the time constant of the rotor.
In [7], [10], [39], [46], [47], [51] and [92] the sensorless control of radial flux permanent magnet
synchronous motors (PMSM) was addressed. Algorithms based on the use of high frequency signal
injection at low speed and on observers based on the mathematical model at high speeds were also
applied to the control of axial flux permanent magnet machines [88-89].
In [10] a sensorless control scheme based on a linear Kalman filter (LKF) was presented. The
algorithm LKF estimates the components of the rotor flux in the stator coordinates starting from the
measurements of voltage and current and does not depend on knowledge of the resistance. The
algorithm is linear time-variant since the speed of the rotor is treated as a model parameter to be
updated in line.
In [46] the estimate of the rotor position of a synchronous motor with permanent magnets has been
realized with an adaptive sliding mode observer. In this work the effects of delays in the estimation of
the back-emf on the performance of the observer's position were analyzed. The same algorithm was
proposed in [7] as back-up algorithm in case of breakage of the encoder. During the operation of the
encoder the parameters of the sliding mode observer are optimized in line with a search algorithm. A
supervisor determines the malfunction of the encoder and allows switching to the sensorless control
system.
In [31] the derivation of the position signal, at low speed, using low-resolution encoder was
considered. This derivation leads to a deterioration in the performance of the entire drive. It has been
29
proposed the use of an original algorithm, based on the theory of linear Kalman filter, for estimating
the speed. The results obtained have shown the possibility to increase the performance of the drive
without using more expensive high-resolution encoder, thanks to the action of the Kalman filter which
has strong ability of noise rejection. The problem of obtaining high resolution measurements of the
rotational speed from the signal of an incremental encoder was also addressed in [25] and [37]. In
these works novel algorithms for the treatment of the encoder signal using standard microcontroller
peripherals were developed.
In [34] and [35] state observers for induction motors based on neural networks were presented. It was
developed an algorithm training of neural networks, based on the extended Kalman filter theory
quicker than traditional back-propagation able to minimize the number of neurons required for the
neural network.
A new procedure for estimating the position of tubular permanent magnet linear motors based on the
injection of a pulsating voltage at high frequency along the direct axis was also developed. The
demodulation procedure uses a sequence of filters and transformations of coordinates to extract the
position information from the phase currents of the motor [62]. The technique analyzes the current in a
stationary reference frame. In this way some coordinate transformations are avoided.
Due to end effects, always present in linear motors, all the control techniques based on the injection of
high-frequency signals require appropriate compensation techniques in order to ensure a stable
behavior. The phenomenon has been investigated both theoretically and with the aid of experiments in
the case of injection voltage [18] or surrent [20] high frequency signals. The sensorless control
techniques are often based on measurement of the phase currents to avoid the measurement of the
PWM voltages. In this case it is essential to a correctly compensate the voltage drop across
semiconductor devices. This problem was been addressed in [17] by proposing an original procedure
of identification of the model of the converter.
7.5 Controllo di robot mobili e di manipolatori industriali
(Control of mobile robots and industrial manipulators)
([4], [8], [49], [55], [61])
Recenti ricerche nell’ambito della robotica mobile hanno dedicato notevole attenzione alle strategie
di navigazione. L’obiettivo principale è quello di garantire autonomia di movimento in ambienti
sconosciuti a robot equipaggiati con sensori ed attuatori a basso costo. Le possibili applicazioni di tale
tecnologia includono l’esplorazione di ambienti pericolosi o inaccessibili all’uomo, l’automazione
industriale e la bio-medicina. In questo settore di ricerca lo sviluppo di strategie di decisione e controllo
efficaci è di centrale importanza. Tra le soluzioni più promettenti vi è la possibilità di adottare approcci
basati sulla definizione di diversi comportamenti in cui la capacità di reazione a condizioni impreviste è
raggiunta con algoritmi relativamente semplici che analizzano i segnali dei trasduttori in tempo reale. I
singoli comportamenti sono coordinati ad alto livello da un supervisore. In tale contesto la logica fuzzy
rappresenta un utile strumento per compensare la difficoltà di modellare situazioni in rapida evoluzione
difficili da tradurre con equazioni matematiche tradizionali.
Nella maggior parte della letteratura correlata, lo sviluppo e l’implementazione di strategie di
navigazione autonoma sono basati su una sequenza di operazioni che include lo sviluppo del modello,
il progetto basato sul modello, la verifica mediante simulazioni al calcolatore ed infine
l’implementazione sull’hardware con la conseguente rifinitura con procedura “trial-and-error”. F.
Cupertino ha collaborato alla realizzazione di una piattaforma software basata su Matlab/Simulink che,
mediante l’ausilio di schede di acquisizione dati o schede a microprocessore della dSPACE, permette la
prototipazione rapida di sistemi di controllo di robot mobili e manipolatori industriali. Le principali
caratteristiche della piattaforma sono:
1. permette di realizzare il controllo real-time di robot commerciali scavalcando le tipiche
limitazioni di prodotti a basso costo.
2. sfrutta le potenzialità dell’ambiente di programmazione ad oggetti costituito da Matlab/Simulink;
3. fornisce uno strumento per sviluppare interface grafiche user-friendly che permettono di
monitorare gli esperimenti e tarare i parametri dei sistemi di controllo sia in esperimenti didattici
sia per attività di ricerca;
4. combina hardware modulare ed architetture software trasparenti permettendo di configurare
verificare e rifinire con semplicità i prototipi.
I vantaggi della piattaforma sono stati dimostrati sviluppando un algoritmo originale di navigazione
basato sulla logica fuzzy. F. Cupertino ha collaborato allo sviluppo di una strategia di controllo
gerarchico in cui tre differenti comportamenti sono fusi in un’unica legge di controllo mediante un
30
supervisore fuzzy [8]. Il sistema di controllo è in grado di stabilire la traiettoria ideale unendo le
informazioni provenienti da telecamere e sensori di prossimità.
Nel caso del controllo di un manipolatore industriale la stessa piattaforma ha permesso la realizzazione
di un software che mediante l’uso di reti neurali effettua l’autocalibrazione del sistema di visione
binoculare [61]. Sono stati anche applicati algoritmi di tipo evolutivo alla taratura dei parametri del
sistema di controllo del moto del manipolatore industriale [49, 55] come già descritto.
Testo inglese
Recent researches in the field of mobile robotics have devoted considerable attention to the
navigation strategies. The main objective is to ensure autonomy of movement in unknown environments
to robots equipped with low cost sensors and actuators. The possible applications of this technology
include the exploration of environments hazardous or inaccessible to humans, industrial automation
and bio-medicine. In this research the development of decision strategies and effective control is of
central importance. Among the most promising solutions it is possible to adopt approaches based on
the definition of different behaviors in which the ability to react to unexpected conditions is achieved
with relatively simple algorithms that analyze the signals from the sensors in real time. The individual
behaviors are coordinated by a high-level supervisor. In this context fuzzy logic is a useful tool to
compensate for the difficulty of modeling rapidly changing situations difficult to translate with
traditional mathematical equations.
In most related literature the development and implementation of strategies for autonomous
navigation are based on a sequence of operations that includes the development of the model, the
model-based design, verification through computer simulations, and finally the implementation with
the subsequent "trial-and-error" process to refine performances. F. Cupertino has collaborated to
develop a software platform based on Matlab / Simulink that, with the help of data acquisition cards or
dSPACE microprocessors, allows the rapid prototyping of control systems for mobile robots and
industrial manipulators. The main features of the platform are:
1. allows to realize the real-time control of commercial robots bypassing the typical limitations of
low cost products.
2 exploits the potential of object-oriented programming environment (Matlab / Simulink);
3 provides a tool for developing user-friendly graphical interface that allows monitoring the
experiments and calibrating the parameters of control systems both in educational experiments and for
research activities;
4 combines modular hardware and transparent software architectures allowing the user to
configure verify and refine the prototypes with simplicity.
The advantages of the platform have been demonstrated by developing an original navigation
algorithm based on fuzzy logic. F. Cupertino collaborated in the development of a strategy for
hierarchical control in which three different behaviors are fused into a single control law using a fuzzy
supervisor [8]. The control system is able to determine the ideal trajectory by combining information
from cameras and proximity sensors.
In the case of control of an industrial manipulator the same platform has allowed the realization of a
software that through the use of neural networks performs the autocalibration system of binocular
vision [61]. Evolutionary algorithms have also been applied to the calibration of the control system
parameters for industrial manipulator [49, 55].
7.6 Progettazione e controllo di macchine elettriche per applicazioni ad elevata velocità di rotazione
(Design and control of electrical machines for high speed applications)
([91], [93], [96], [99], [100], [101], [102])
Grazie ai recenti progressi nel campo dell’elettronica di potenza, è aumentato l’interesse verso le
macchine elettriche ad elevata velocità che garantiscono una maggiore densità di potenza ed evitano
l’utilizzo di gear-box nel collegamento ad altri organi meccanici veloci. Le possibili applicazioni di tale
tecnologia spaziano dal settore aerospaziale a quello della generazione da fonti rinnovabili, alla
cogenerazione.
La massima frequenza di esercizio delle macchine elettriche è limitata dalle perdite nei materiali
magnetici. Nella progettazione delle macchine elettriche devono quindi essere considerati nuovi
materiali ferromagnetici in grado di resistere a condizioni di lavoro limite, ad alte temperature, elevate
sollecitazioni e vibrazioni, e che siano in grado di fornire prestazioni elevate e basse perdite anche ad
alte frequenze o in presenza di armoniche, condizioni che rappresentano uno dei principali fattori
limitanti per l’impiego dei materiali tradizionali. Anche lo studio delle perdite nei materiali conduttori
in macchine elettriche ad elevata frequenza rientra tra i principali argomenti di ricerca.
31
Al fine di contenere le perdite per effetti parassiti nei conduttori, è stata considerata la possibilità di
realizzare le bobine su circuito stampato. Tale tecnologia permette il controllo preciso della posizione
in cava di ciascun conduttore e quindi si presta a realizzare distribuzioni dei conduttori ottimizzate per
ridurre le armoniche o incrementare la coppia media [91-93]. Sono stati realizzati dei prototipi di tali
avvolgimenti su circuito stampato verificandone la capacità di trasporto della corrente che in alcuni
casi è risultata maggiore di quanto previsto dalle procedure di dimensionamento prevista dalla
normativa corrente [96]. Le perdite per effetto di prossimità sono uno dei principali limiti alla
realizzazione di macchine elettriche veloci con avvolgimenti con filo tradizionale. La riduzione delle
perdite per prossimità si ottiene di solito adottando fili sottili, eventualmente collegati in parallelo ed
intrecciati. Tale procedura è efficace nella riduzione delle perdite per prossimità ma riduce il fattore di
riempimento della cava, peggiora lo scambio termico ed aumenta la resistenza a bassa frequenza a
causa della maggiore lunghezza delle bobine. In [100] è stato proposto un criterio di permutazione dei
conduttori in cava che permette di minimizzare le perdite per prossimità riducendo al minimo anche le
permutazioni dei conduttori e quindi la lunghezza delle bobine.
In [99] e [102] è stato invece considerato il progetto di macchine sincrone e riluttanza ad elevata
velocità di rotazione, fino a 50,000 giri al minuto. E’ stata verificata la fattibilità di macchine con rotori
privi di camice di contenimento delle forze centrifughe la cui solidità è assicurata dai soli ponticelli di
materiale ferromagnetico [99]. Sono stati confrontati diversi materiali ferromagnetici ad elevata
resistenza meccanica per la realizzazione di tali tipi di macchine [101].
Un altro problema specifico delle macchine ad elevata velocità di rotazione riguarda la prestazione
dello schema di controllo di corrente. A causa dei limiti nei tempi di calcolo dei DSP commerciali e
delle frequenze di commutazione dei dispositivi a semiconduttore, può capitare che il periodo di
campionamento della corrente superi il 5-10% del periodo fondamentale della stessa corrente. Oltre
tale limite sono indispensabili procedure di sintesi dei regolatori nel dominio tempo-discreto che
portino in conto i ritardi legati all’implementazione digitale dello schema di controllo. Tali procedure
di sintesi dei regolatori, note in letteratura per carichi simmetrici, sono state estese al caso di macchine
salienti in [102].
Testo inglese
Thanks to recent advances in the field of power electronics, the interest in high speed electrical
machines has increased because of their potentials in increasing power density and avoiding the use of
gear-box. The possible applications of this technology range from the aerospace industry to that of
power generation from renewable sources and cogeneration.
The maximum operating frequency of electrical machines is also limited by the losses in magnetic
materials. New ferromagnetic materials able to withstand harsh working conditions, high
temperatures, high stresses and vibrations, generating low losses even at high frequencies or in the
presence harmonics, need to be considered. Also the study of losses in conductors in high frequency
electrical machines is one of the main research topics.
In order to contain the losses in the conductors due to proximity effect, the possibility of making the
coils on printed circuit boards has been considered. This technology allows precise control of the
position of each conductor in the slot and therefore allows optimized distributions of conductors to
reduce harmonics or increase the average torque [91-93]. Prototypes of such windings were made to
verify the current carrying capacity of printed circuit stator coils [96]. Losses due to proximity effect is
one of the main limitations to the realization of high speed electrical machines using traditional wires.
The reduction of losses due to proximity is usually achieved by adopting thin wires, which may be
connected in parallel and twisted. This procedure is effective in the reduction of proximity losses but
reduces the copper fill factor, worsens the heat exchange and increase the resistance at low frequency
due to the increased length of the coils. In [100] a criterion of permutation of the conductors in the slot
was proposed. It allows to minimize proximity losses and the permutations of the conductors, and then
the length of the coils.
In [99] and [102] the design of high speed synchronous reluctance machines up to 50,000 rpm has
been considered. The feasibility of machines with rotors without retaining sleeves was verified. The
mechanical strength of the rotor is ensured only by bridges made of ferromagnetic material [99].
Different ferromagnetic materials with high mechanical strength for the realization of these types of
machines were compared in [101].
Another specific problem of high speed machines is the performance of current control at high
fundamental to sampling frequency ratios. Due to the performance limitations in commercial DSPs and
switching frequencies of semiconductor devices, it may happen that the sampling period of the current
exceed 5-10% of the fundamental period of the current. Beyond this limit procedures for the synthesis
of controllers in the discrete-time domain are necessary so to take into account the delays associated
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with the implementation of the digital control scheme. These procedures for the control system design,
known in the literature for symmetrical loads, have been extended to the case of salient machines in
[102].
Dichiaro inoltre di essere informato, ai sensi e per gli effetti di cui al D.Lgs 196/2003 che i dati
personali raccolti saranno trattati, anche con strumenti informatici, esclusivamente nell’ambito del
procedimento per il quale le presenti dichiarazioni vengono rese.
Bari, 21 dicembre 2014
FRANCESCO CUPERTINO
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