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Professore associato, settore disciplinare Ing-inf/04 Automatica, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Parma.

Luca Consolini è nato a Parma il giorno 11/06/1976.

Short profile: From november 2014, Luca Consolini is associate professor at Dipartimento d Ingegneria dell’Informazione at the University of Parma, Italy. He was born in Parma in 1976. In 2000 he obtained the laurea cum laude in electronic engineering at the University of Parma. In 2005 he received the PHD at the University of Parma under the supervision of prof. Aurelio Piazzi. In 2001 and 2002 he has been visiting scholar at the University of Toronto, Canada, under the supervision of prof. Manfredi Maggiore. Since 2000 he collaborates actively with prof. Mario Tosques, professor of mathematical analysis at the University of Parma. His main research topics are dynamic inversion for nonlinear systems, tracking and path following, formation control and time-optimal control. From 2005 to 2009 he has been a postdoc at the University of Parma. From 2009 to 2014 he has been assistant professor of automatic control at the University of Parma.

Breve profilo: Luca Consolini è dal 2009 ricercatore universitario non confermato per il settore disciplinare ing-inf/04 (Automatica) presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Parma. È nato a Parma il giorno 11/6/1976. Si è laureato con lode in ingegneria elettronica all’Università di Parma nel dicembre 2000 ed è diventato dottore di ricerca nel marzo 2005, sotto la supervisione del prof. Aurelio Piazzi. Nel 2001 e nel 2002 è stato visiting scholar presso l’Università di Toronto, in Canada, dove ha collaborato con il prof. Manfredi Maggiore su tematiche di ricerca non lineare. A partire dal 2000 collabora attivamente con il prof. Mario Tosques, docente di analisi matematica all’Università di Parma. I sui interessi di ricerca principali sono l’inversione dinamica per sistemi non lineari, i problemi di tracking e di path following per sistemi non lineari, il controllo di formazioni di veicoli ed il controllo a tempo minimo. Dal 2009 al 2009 [Pleaseinsertintopreamble] stato assegnista di ricerca presso l’Universit[Pleaseinsertintopreamble] di Parma. Dal 2009 al 2014 [Pleaseinsertintopreamble] stato ricercatore universitario per il settore disciplinare ing-inf/04 (Automatica) presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Parma.

1 Contatti

Contatti:

2 Formazione

3 Attività didattica

3.1 Incarichi ufficiali

Incarichi ufficiali presso la facoltà di Ingegneria dell’Università di Parma:

3.2 Incarichi di sostegno a corsi ufficiali

Presso l’Università di Parma:

4 Attività scientifica

4.1 Premi e riconoscimenti per l’attività scientifica

4.2 Contratti e collaborazioni con aziende, risultati ottenuti nel trasferimento tecnologico

4.3 Presentazioni a convegni

4.3.1 Presentazioni di articoli a convegni internazionali

4.3.2 Presentazioni di memorie a convegni nazionali

5 Breve descrizione degli argomenti di ricerca

5.1 Inseguimento di percorso

Sono state trovate strategie di controllo per risolvere il problema dell’inseguimento di percorso per sistemi non olonomi incerti, inizialmente bidimensionali ([1],[17], [16]), successivamente n-dimensionali ([2],[18],[22]) e sono state messe in evidenza condizioni geometriche sul percorso che ne assicurano la risolubilità. Le leggi di controllo trovate sono state estese in senso robusto al caso di sistemi affetti da disturbi limitati in norma infinito. Nel lavoro [45] abbiamo usato un metodo di ripianificazione ricorsiva per il controllo di tracking di un uniciclo. In [47][?] abbiamo usato un metodo di ripianificazione iterativa dell’uscita per il controllo di sistemi flat. Il lavoro [56] discute un metodo per la pianificazione di parcheggio per veicoli non olonomi. Nei lavori [?][?] è stata sviluppata una tecnica di controllo con apprendimento in coordinate spaziali, applicata al problema dell’inseguimento di percorso per un veicolo mobile.

5.2 Invarianza controllata per sistemi generali non lineari

L’invarianza controllata per varietà è un tema fondamentale della teoria del controllo. Questo problema è stato affrontato per sistemi non lineari nei lavori [23], [21] e si è trovata una condizione sufficiente affinché una varietà sia localmente invariante controllata.

5.3 Regolazione robusta dell’uscita per sistemi non lineari

Riguarda il problema della sintesi di un regolatore in retroazione che assicuri un errore di inseguimento arbitrariamente piccolo su sistemi affetti da disturbi di struttura non nota. Per fare questo si utilizza un controllore basato su un modello parziale del segnale di riferimento e del disturbo, permettendo prestazioni migliori di un controllore semplicemente basato sull’alto guadagno. Questo tema di ricerca è stato uno dei frutti della collaborazione con il prof. Manfredi Maggiore dell’Università di Toronto ([20], [19]).

5.4 Problemi di controllo di sistemi cinematici

Nel lavoro [25] si è affrontato lo studio da un punto di vista geometrico del problema del raggiungimento di un obiettivo mobile da parte di un veicolo descritto da un modello dinamico. Il controllore impiegato utilizza lo stato dell’obiettivo per ricavare il cerchio osculatore del suo moto, che rappresenta un’approssimazione del secondo ordine della traiettoria che questo seguirà. Il buon funzionamento della strategia di controllo è stato verificato per via teorica in alcuni casi particolari.

5.5 Inseguimento di percorso per sistemi a fase non minima

Il lavoro [24] riguarda il problema dell’inseguimento di percorso per sistemi a fase non minima. In questo tipo di problemi, rispetto ai problemi di tracking, vi è un grado di libertà in più dato dalla possibilità di scegliere la velocità di percorrenza lungo la curva. Questo grado di libertà può essere utilizzato per stabilizzare le dinamiche interne. Si è affrontato il problema del controllo di percorso per il VTOL (aereo a decollo verticale), un sistema a fase non minima preso come "benchmark" per i problemi di controllo non lineari. Nel lavoro [51] abbiamo risolto il problema del tracking esatto di un modello sottoattuato e a fase non minima di una nave usando il metodo della ridefinizione dell’uscita di controllo. Il metodo è stato sviluppato nel lavoro [?].

5.6 Controllo di sistemi meccanici mediante vincoli virtuali

In collaborazione con Manfredi Maggiore dell’università di Toronto, stiamo sviluppando una teoria generale sui vincoli olonomi virtuali per sistemi meccanici. Inizialmente, abbiamo sviluppato un metodo per il controllo di path following per il VTOL, basato sulla separazione tra le dinamiche trasversali al percorso e quelle longitudinali ad esso. Le dinamiche interne sono mantenute limitate tramite un particolare controllo basato su “vincolo virtuale” ([39][43][12]). Successivamente, tale metodo è stato generalizzato al controllo di sistemi di Eulero-Lagrange dotati di opportune proprietà di simmetria ([49][?]). La teoria è stata applicata anche al controllo del modello della bicicletta ([48],[?]). Due metodi per la stabilizzazione di un livello di energia assegnato sono stati presentati in [54][55]. Nel 2012, i risultati sono stati generalizzati a sistemi meccanici con grado di sottoattuazione maggiore di 2 ([?][?]). Nel lavoro [?] sono state trovate condizioni necessarie e sufficienti affinchè le dinamiche del sistema sul vincolo siano di Eulero-Lagrange. In [?] è stato presentato un metodo per la sintesi di vincoli virtuali in un intorno di una configurazione di un sistema sottoattuato con tre gradi di libertà.

5.7 Controllo a tempo minimo

Nei lavori [28],  [29][9] si è risolto il problema del controllo a tempo minimo per i sistemi lineari scalari con vincoli sia in ingresso che in uscita, per transizioni tra stati di equilibrio. Si è dimostrato che, quasi ovunque, nella soluzione a tempo ottimo almeno uno tra i vincoli in ingresso o in uscita è attivo. L’ingresso ottimo è dunque costituito da una sequenza di funzioni di tipo bang-bang e di combinazioni lineari delle dinamiche zero del sistema. Il problema del controllo a tempo minimo può essere ricondotto, tramite discretizzazione, a un problema di programmazione lineare. Nel lavoro [36] si è applicato questo approccio alla regolazione a tempo ottimo di impianti compensati con un controllore di tipo PID e, nei lavori [33][6], al controllo di un braccio flessibile.

Nei lavori [32] e  [31] si è presentato invece un algoritmo basato sul Principio del Massimo di Pontryagin per il controllo ottimo a tempo minimo di sistemi non lineari con insiemi di accessibilità convessi. In [?] è stato sviluppato un metodo di controllo a tempo minimo per la sintesi dell’azione feedforward per sistemi con controllo PID. Nel lavoro [?] è stata trovata una soluzione in forma chiusa al problema di controllo a tempo minimo di una catena di 3 integratori. Nel lavoro [?] è stata applicata una tecnica di controllo vincolato a tempo minimo per effettuare una movimentazione di un recipiente industriale contenente liquido.

5.8 Metodi di omotopia per l’inversione dinamica di sistemi non lineari a fase non minima

Nei lavori [30][4][3][37] viene considerato un metodo originale per l’inversione dinamica non causale per i sistemi nonlineari a fase non minima. Il metodo è basato su una procedura di omotopia che permette di trovare le condizioni iniziali che consentono di avere una soluzione periodica dell’equazione delle dinamiche interne, tramite una deformazione continua di una soluzione periodica nota di un sistema ausiliario più semplice. Il lavoro [10] mostra che questo metodo consente di affrontare il problema del tracking esatto per una classe di sistemi che comprende il pendolo inverso bidimensionale, l’aereo a decollo verticale (VTOL), la motocicletta e il modello longitudinale di un aereo convenzionale (CTOL). Stiamo ora generalizzando l’approccio a sistemi a con dinamiche interne di dimensione maggiore, come il pendolo sferico ([11],[41],[40],[14]). Abbiamo inoltre trovato nuove condizioni per la dicotomia dei sistemi lineari tempo varianti ([13],[44]).

5.9 Controllo di formazione per veicoli non olonomi

Gli articoli [27][5][38][8] trattano del problema dell’inseguimento di tipo leader-follower per robot mobili descritti dal modello dell’uniciclo, con velocità e curvatura massime vincolate. Nell’approccio considerato la posizione del leader viene mantenuta fissa nel sistema di riferimento del follower, differentemente da quello che viene fatto solitamente in lettteratura in cui è il follower ad essere mantenuto fisso nel sistema di riferimento del leader. Si sono trovate condizioni necessarie e sufficienti che garantiscono la risolubilità del problema. Si è dimostrato che, con questo approccio, nel sistema di riferimento del leader, la posizione del follower non è fissa ma varia in un opportuno arco di cerchio. Nei lavori [35][34] questo metodo è stato esteso a formazioni gerarchiche strutturate ad albero, comprendenti un numero arbitrario di veicoli. Sono state infine studiate formazioni di veicolo non olonomi descritte da una funzione di vincolo generica ([15],[46],[50]).

5.10 Controllo di potenza per reti di sensori

L’articolo [7] presenta un schema di controllo di potenza di trasmissione per reti di sensori di tipo CSMA/CA, in una topologia in cui diversi nodi remoti si collegano ad un unico punto d’accesso. Mostriamo come il problema dell’allocazione ottima della potenza di trasmissione al fine di minimizzare la probabilità di errore possa essere ricondotto ad un problema classico di programmazione lineare (il multiple choice knapsack problem).

5.11 Controllo di reti di trasmissione dell’energia elettrica

Nei lavori [53][52] si discute di un metodo per la compensazione della componenti in continua della corrente assorbita da carichi non lineari in reti di trasmissione dell’energia elettrica. I risultati sono stati estesi in [?][?].

5.12 Controllo di sistemi di ispirazione biologica

Nel lavoro [?] si è affrontato il problema della sintesi di segnali periodici medianti central pattern generators composti da neuroni interconnessi ad anello. Il lavoro è stato sviluppato in [?].

5.12.1 Controllo di sistemi con simmetrie spazio-temporali

Nei lavori [?][?] è stato presentato un metodo di sintesi di controllori ed osservatori per sistemi con simmetrie spazio-temporali.

5.13 Metodi di ottimizzazione non lineare basati su omotopia

Nel lavoro [?] si è affrontato un problema di ottimizzazione nonlineare di ispirazione geologica utilizzando una tecnica basata sull’omotopia.

6 Attività in progetti di ricerca nazionali ed internazionali

7 Attività seminariale e interventi in scuole di dottorato

8 Attività di revisione

Revisioni per le riviste Automatica, IEEE Trans. on Automatic Control, IEEE Trans. on Robotics, IEEE Trans. on Control Sytems Technology, Int. Jrnl. of Robust and Nonlinear Control, Asian Jrnl. of Control, Information Sciences e per le conferenze CDC, ACC, ECC, IFAC, ICRA, IROS.

9 Incarichi in sessioni di conferenze internazionali

10 Pubblicazioni

Articoli su riviste internazionali

[1]   L. Consolini, A. Piazzi, and M. Tosques. Path following of car-like vehicles using dynamic inversion. Int. J. Control, 76(17):1724–1738, 2003.

[2]   L. Consolini and M. Tosques. A path-following problem for a class of non-holonomic control systems with noise. Automatica, 41(6):1009–1016, 2005.

[3]   L. Consolini and M. Tosques. On the existence of small periodic solutions for the 2-dimensional inverted pendulum on a cart. SIAM Journal on Applied Mathematics, 68(2):486–502, 2007.

[4]   L. Consolini and M. Tosques. On the vtol exact tracking with bounded internal dynamics via a poincarè map approach. IEEE Trans. On Automatic Control, 52(9):1757–1762, 2007.

[5]   L. Consolini, F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M. Tosques. Leader-follower formation control of nonholonomic mobile robots with input constraints. Automatica, 44(5):1343–1349, 2008.

[6]   L. Consolini, O. Gerelli, C. Guarino Lo Bianco, and A. Piazzi. Flexible joints control: a minimum-time feed-forward technique. Mechatronics, 19(3):348 – 356, 2009.

[7]   L. Consolini, P. Medagliani, and G. Ferrari. Adjacency matrix-based transmit power allocation strategies in wireless sensor networks. Sensors, 9(7):5390–5422, 2009.

[8]    L. Consolini, F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M. Tosques. Stabilization of a hierarchical formation of unicycle robots with input constraints. IEEE Trans. on Robotics, 25(5):1176–1184, 2009.

[9]   L. Consolini and A. Piazzi. Generalized bang-bang control for feedforward constrained regulation. Automatica, 45(10):2234–2243, 2009.

[10]   L. Consolini and M. Tosques. A homotopy method for exact output tracking of some nonminimum phase nonlinear systems. Int. J. of Robust and Nonlinear Control, 19(10):1168–1196, 2009.

[11]   L. Consolini and M. Tosques. On the exact tracking of the spherical inverted pendulum via an homotopy method. Systems and Control Letters, 58(1):1–6, 2009.

[12]   Luca Consolini, Manfredi Maggiore, Christopher Nielsen, and Mario Tosques. Path following for the pvtol aircraft. Automatica, 46(8):1284 – 1296, 2010.

[13]   L. Consolini and M. Tosques. A sufficient condition for dichotomy based on a suitable invariance property. Journal of Differential Equations, 251(6):1475 – 1488, 2011.

[14]   Luca Consolini and Mario Tosques. A continuation theorem on periodic solutions of regular nonlinear systems and its application to the exact tracking problem for the inverted spherical pendulum. Nonlinear Analysis: Theory, Methods & Applications, 74(1):9 – 26, 2011.

[15]   L. Consolini, F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M. Tosques. On a class of hierarchical formations of unicycles and their internal dynamics. Automatic Control, IEEE Transactions on, 57(4):845 –859, april 2012.

Articoli su atti di conferenze internazionali

[16]   L. Consolini, A. Piazzi, and M. Tosques. Motion planning for steering car-like vehicles. In Proceedings of the European Control Conference, pages 1834–1839, 2001.

[17]   L. Consolini, A. Piazzi, and M. Tosques. A dynamic inversion based controller for path following of car-like vehicles. In Proceedings of the XV IFAC World Congress, 2002.

[18]   L. Consolini, M. Tosques, and A. Piazzi. Dynamic path inversion for a class of nonlinear systems. In Proc. of the IEEE 2002 Conference on Decision and Control, volume 4, pages 3831–3836, Las Vegas, U. S., December 2002.

[19]   M. Maggiore and L. Consolini. Robust output tracking: the vtol aircraft example. In Proc. of the 2002 IEEE Conference on Decision and Control, volume 2, pages 1251–1256, 2002.

[20]   L. Consolini and M. Maggiore. Robust output feedback tracking with a matching condition. In Proc. of the IEEE 2003 Conference on Decision and Control, volume 1, pages 362–367, 2003.

[21]   L. Consolini and M. Tosques. Local path following problem for time-varying nonlinear control affine systems. In American Control Conference, 2003. Proceedings of the 2003, volume 4, pages 3531–3536, 2003.

[22]   L. Consolini and M. Tosques. A path-following problem for a class of non-linear uncertain systems. In Proc. of the 2003 European Control Conference, ECC03, 2003.

[23]   L. Consolini and M. Tosques. A sufficient condition for locally controlled invariance of a manifold for general non linear systems. In Proc. of the IEEE 2003 Conference on Decision and Control, volume 3, pages 2053–2058, 2003.

[24]   L. Consolini and M. Tosques. A controlled invariance problem for the vtol aircraft with bounded internal dynamics. In Proc. of the IEEE 2004 Conference on Decision and Control, Nassau, Bahamas, December 2004.

[25]   L. Consolini and M. Tosques. A geometric approach to a pursuing problem. In Procs. Conference on Control Applications in Marine Systems (CAMS 04), Ancona, 7-9 July 2004.

[26]   L. Consolini and M. Tosques. On the inverted pendulum on a cart moving along an arbitrary path. In Proc. of the 2005 IFAC Conference, 2005.

[27]   L. Consolini, F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M. Tosques. On the control of a leader-follower formation of nonholonomic mobile robots. In Proc. of the IEEE 2006 Conference on Decision and Control, pages 5992–5997, 2006.

[28]   L. Consolini and A. Piazzi. Generalized bang-bang control for feedforward constrained regulation. In Proc. of the IEEE 2006 Conference on Decision and Control, pages 893–898, 2006.

[29]   L. Consolini and A. Piazzi. Minimum-time feedforward control with input and output constraints. In Procs. of CCA, ISIC and CACSD 2006, pages 1538–1543, 2006.

[30]   L. Consolini and M. Tosques. A poincaré map approach for the exact tracking of a nonlinear non-minimum phase system: the vtol aircraft. In Proc. of the IEEE 2006 Conference on Decision and Control, pages 1788–1793, 2006.

[31]   L. Consolini and O. Gerelli. An algorithm for minimum-time feedforward control based on convexity. In Proc. of the IEEE 2007 Conference on Decision and Control, pages 4767–4772, 2007.

[32]   L. Consolini and O. Gerelli. A geometric approach to minimum-time control based on convexity. In Proc. of the European Control Conference, pages 3379–3384, 2007.

[33]   L. Consolini, O. Gerelli, C. Guarino Lo Bianco, and A. Piazzi. Minimum-time control of flexible joints with input and output constraints. In Proc. of the ICRA 2007 International Conference on Robotics and Automation, pages 3811–3816, 2007.

[34]   L. Consolini, F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M.Tosques. Steering hierarchical multirobot formations of unicycle robots. In Proc. of the IEEE 2007 Conference on Decision and Control, pages 1410–1415, 2007.

[35]   L. Consolini, F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M. Tosques. A geometric characterization of leader-follower formation control. In Proc. of the ICRA 2007 International Conference on Robotics and Automation, pages 2397–2402, 2007.

[36]   L. Consolini, A. Piazzi, and A. Visioli. Minimum-time feedforward control for industrial processes. In Proc. of the European Control Conference, pages 5282–5287, 2007.

[37]   L. Consolini and M. Tosques. A morphing method for exact tracking control of nonminimum phase non linear systems. In Proc. of the IEEE 2007 Conference on Decision and Control, pages 5240–5245, 2007.

[38]   F. Morbidi, L. Consolini, D. Prattichizzo, and M. Tosques. Leader-follower formation control as a disturbance decoupling problem. In Proc. of the European Control Conference, pages 1492–1497, 2007.

[39]   Nielsen C., Consolini L., Maggiore M., and M. Tosques. Path following for the pvtol: A set stabilzation approach. In CDC 08, Control and Decision Conference, pages 584–589, December 2008.

[40]   L. Consolini and M. Tosques. A nonlinear dynamic inversion computational approach applied to the exact tracking problem for the sperical pendulum. In CDC 08, Control and Decision Conference, pages 3469–3474, December 2008.

[41]   L. Consolini and M. Tosques. On the exact tracking of the spherical inverted pendulum via an homotopy method. In Control and Automation, 2008 16th Mediterranean Conference on, pages 1077–1082, June 2008.

[42]   G. Lini G. L. Consolini and A. Piazzi. Minimum-time constrained velocity planning. In Control and Automation, 2009 17th Mediterranean Conference on, pages 748–753, 2009.

[43]   Consolini L., Maggiore M., Tosques M., and Nielsen C. On the solution of the path following problem for the pvtol aircraft path following for the pvtol: A set stabilzation approach. In ACC 09, American Control Conference, pages 3051–3056, 2009.

[44]   Consolini L. and M. Tosques. An homotopy method for exact tracking of nonlinear nonminimum phase systems: the example of the spherical inverted pendulum. In ACC 09, American Control Conference, pages 4001–4006, 2009.

[45]   M. Argenti, L. Consolini, G. Lini, and A. Piazzi. Recursive convex replanning for the trajectory tracking of wheeled mobile robots. In Robotics and Automation (ICRA), 2010 IEEE International Conference on, pages 4916 –4921, may 2010.

[46]    L. Consolini, F. F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M. Tosques. Non-rigid formations of nonholonomic robots. In Robotics and Automation (ICRA), 2010 IEEE International Conference on, pages 4976 –4981, may 2010.

[47]   L. Consolini, G. Lini, and A. Piazzi. Iterative output replanning for flat systems affected by additive noise. In IEEE CDC 2010 conference, pages 6248 –6253, 2010.

[48]   L. Consolini and M. Maggiore. Control of a bicycle using virtual holonomic constraints. In IEEE CDC 2010 conference, pages 5204 –5209, 2010.

[49]   L. Consolini and M. Maggiore. Virtual holonomic constraints for euler-lagrange systems. In Nolcos 2010 conference, pages 1193 – 1198, 2010.

[50]   L. Consolini, F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M. Tosques. On the internal dynamics of formations of unicycle robots. In IEEE CDC 2010 conference, pages 5262 –5467, 2010.

[51]   L. Consolini and M. Tosques. How to find a minimum phase output in the exact tracking problem for the nonminimum phase underactuated surface ship. In IEEE CDC 2010 conference, pages 6236 –6241, 2010.

[52]   G. Buticchi, L. Consolini, and E. Lorenzani. Modeling and stability analysis of an active filter for dc current compensation. In IEEE joint CDC-ECC 2011 conference, pages 3068–3073, 2011.

[53]   G. Buticchi, L. Consolini, and E. Lorenzani. A nonlinear reactor for dc current compensation in single phase power lines. In IFAC 2011 World Conference, pages 12273–12278, 2011.

[54]   L. Consolini and M. Maggiore. On the swing-up of the pendubot using virtual holonomic constrains. In IFAC 2011 World Conference, pages 9290–9295, 2011.

[55]   L. Consolini and M. Maggiore. On the swing-up of the pendubot using virtual holonomic constraints. In IEEE joint CDC-ECC 2011 conference, pages 4803–4808, 2011.

[56]   G. Lini, A. Piazzi, and L. Consolini. Multi-optimization of eta3-splines for autonomous parking. In IEEE joint CDC-ECC 2011 conference, pages 6367–6372, 2011.