Assegnista di ricerca del gruppo di Automatica, Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Parma.
Nota: Per le informazioni riguardo il corso di Controlli Digitali, vedere il sito “my.unipr.it”.
Luca Consolini è nato a Parma il giorno 11/06/1976
Short profile: From 2005, Luca Consolini is a postdoc at Dipartimento di 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. Since 2005 he teaches the course of “Digital Control” at the faculty of Engineering of the University of Parma.
Breve profilo: Luca Consolini è dal 2005 assegnista di ricerca 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 2005 è docente a contratto del corso di “Controlli Digitali” presso la facoltà di Ingegneria dell’Università di Parma.
Contatti:
Negli anni accademici 2004/2005, 2005/2006, 2006/2007, 2007/2008 presso l’Università di Parma:
Nell’anno accademico 2008/2009, presso l’Università di Parma:
Presso l’Università di Parma:
Ha svolto diverse attività sperimentali presso il Laboratorio di Automatica dell’Università di Parma, il cui responsabile è il prof. Aurelio Piazzi. In particolare ha collaborato in esperimenti sul controllo a tempo minimo di giunti flessibili ([23], [24]), sul controllo di impedenza meccanica sempre per giunti flessibili e sul controllo di motori elettrici. Ha contribuito alla costruzione di alcuni esperimenti didattici. Ha fatto da supervisore a varie tesine di laboratorio per il corso di “sistemi non lineari”, in particolare riguardanti il controllo e la pianificazione del moto per veicoli non olonomi, con applicazione al controllo di navette industriali, il controllo di veicoli in formazione, l’osservazione di veicoli mobili mediante visione artificiale. Ha iniziato alcune attività di analisi e modellizzazione delle dinamiche legate ai dati finanziari di borsa. Insieme al prof. Antonio Visioli, presso il laboratorio di automatica dell’Università di Brescia, ha eseguito alcuni esperimenti per il controllo di livello di serbatoi accoppiati ([25]).
Durante i due periodi trascorsi presso l’Università di Toronto, ha seguito come auditor, diversi corsi Ha partecipato ai seguenti corsi brevi e seminari
Sono state trovate strategie di controllo per risolvere il problema dell’inseguimento di percorso per sistemi non olonomi incerti, inizialmente bidimensionali ([2],[19], [26], [43]) e successivamente n-dimensionali ([1],[20],[16],[42]) 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 disturbo.
L’invarianza controllata per varietà è un tema fondamentale della teoria del controllo. Questo problema è stato affrontato per sistemi non lineari nei lavori ([17], [18]) e si è trovata una condizione sufficiente affinché una varietà sia localmente invariante controllata. Fino ad ora in letteratura era presente solo una condizione per sistemi non lineari affini.
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.([15], [21]).
Nel lavoro [13] si è affrontato lo studio da un punto di vista geometrico del problema del raggiungimento di un bersaglio mobile da parte di un veicolo descritto da un modello dinamico. Il controllore impiegato utilizza lo stato del bersaglio per ricavare il cerchio osculatore del suo moto, che rappresenta una 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.
I lavori ([14], [41]) riguardano 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. Questo problema non è stato risolto in letteratura.
Recentemente, grazie alla collaborazione con Manfredi Maggiore e Chris Nielsen, dell’università di Toronto, abbiamo sviluppato un metodo per il controllo di path following per il VTOL, basato sulla separazione tra le dinamiche trasversali rispetto alla varietà da raggiungere e quelle longitudinali. Le dinamiche interne sono mantenute limitate tramite un particolare controllo basato su “vincolo virtuale” ([27], [28]).
Nei lavori ([29], [30], [44]), [3] si è risolto il problema del controllo a tempo minimo dei 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. Praticamente il problema del controllo a tempo minimo può essere ricondotto, tramite discretizzazione, a un problema di programmazione lineare. Nel lavoro [25] si è applicato questo approccio alla regolazione a tempo ottimo di impianti compensati con un controllore di tipo PID e, nei lavori ([23] e [4]), al controllo di un braccio flessibile.
Nei lavori ([24], [31]) si è presentato invece un algoritmo basato sul Principo del Massimo di Pontryagin per il controllo ottimo a tempo minimo di sistemi non lineari con insiemi di accessibilità convessi.
Nei lavori ([32], [5], [6], [45], [33]) 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 [7] 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 ([34]), come il pendolo sferico ([8],[35],[36]).
Gli articoli ([37], [9], [46], [38]) , [10] 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 ([39],[40]) questo metodo è stato esteso a formazioni gerarchiche di molti veicoli strutturate ad albero.
L’articolo ([11] presenta un schema di controllo di potenza di trasmissione per reti di sensor di tipo CSMA/CA in una topologia in cui diversi nodi remoti si collegano ad un unico punto d’accesso. Mostriamo come il problema di 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).
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, Information Sciences e per le conferenze CDC, ACC, ECC, IFAC.
[1] 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.
[2] L. Consolini, A. Piazzi, and M. Tosques. Path following of car-like vehicles using dynamic inversion. Int. J. Control, 76(17):1724–1738, 2003.
[3] L. Consolini and A. Piazzi. Generalized bang-bang control for feedforward constrained regulation. Automatica, 45(10):2234–2243, 2009.
[4] 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.
[5] 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.
[6] 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.
[7] 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.
[8] 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.
[9] 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.
[10] 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.
[11] Luca Consolini, Paolo Medagliani, and Gianluigi Ferrari. Adjacency matrix-based transmit power allocation strategies in wireless sensor networks. Sensors, 9(7):5390–5422, 2009.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 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.
[15] 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.
[16] 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.
[17] 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.
[18] 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.
[19] 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.
[20] 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.
[21] 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.
[22] Lini G., Consolini L., and A. Piazzi. Minimum-time constrained velocity planning. In MED 09, Mediterranean Control Conference, pages 748–753, 2009.
[23] 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.
[24] 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.
[25] 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.
[26] 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.
[27] 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.
[28] 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.
[29] 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.
[30] 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.
[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 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.
[33] 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.
[34] 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.
[35] 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.
[36] L. Consolini and M. Tosques. A nonlinear dynamic inversion computational approach applied to the exact tracking problem for the sperical pendulum. In CDC 08, Contrl and Decision Conference, pages 3469–3474, December 2008.
[37] 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.
[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] 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.
[40] 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.
[41] L. Consolini and M. Tosques. L’invarianza controllata per sistemi non lineari a fase non minima: il caso vtol. In Convegno CIRA, Villasimius (CA), 2004.
[42] L. Consolini and M. Tosques. Inseguimento di percorso per una classe di sistemi incerti non lineari. In Convegno CIRA, Modena, 2003.
[43] L. Consolini, A. Piazzi, and M.Tosques. Un controllore basato su inversione per l’inseguimento dipercorso di veicoli car-like. In Convegno CIRA, Perugia, 2002.
[44] L. Consolini and A. Piazzi. Controllo bang-bang generalizzato per sistemi lineari con vincoli sull’ingresso e sull’uscita. In Convegno CIRA, Milano, 2006.
[45] L. Consolini and M. Tosques. Una applicazione della mappa di poincarè al tracking esatto per il vtol. In Convegno CIRA, Milano, 2006.
[46] L. Consolini, F. Morbidi, D. Prattichizzo, and M.Tosques. Leader-follower formation control of nonholonomic mobile robots. In Convegno CIRA, Milano, 2006.