Curriculum - Università di Pisa

Curriculum dell’attività scientifica e didattica
dell’ing. Luca Sani
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Pisa, 23-07-2008
CURRICULUM VITAE ET STUDIORUM
Nato a Empoli (FI) il 1 aprile 1971, ha conseguito il Diploma di Maturità tecnica (indirizzo
Elettrotecnica) con votazione 60/60 nel Luglio 1990, presso l'istituto Tecnico Industriale
“G. Ferraris” di Empoli.
Si è laureato con lode in Ingegneria Elettrica il 06/011/1996 presso l‟Università di Pisa,
discutendo la tesi “Pantografo attivo per alta velocità” (relatori: Prof. A. Balestrino, Prof. O.
Bruno, Prof. A. Landi).
Ha conseguito l‟abilitazione all‟esercizio della professione nel novembre 1996.
E‟ risultato vincitore del concorso per il Dottorato di Ricerca in Automazione e Robotica
industriale (XIII Ciclo), presso il dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione, Università di
Pisa (Coordinatore Prof. Aldo Balestrino, Tutore Prof. Ottorino Bruno).
Ha conseguito il titolo di Dottore di Ricerca il 21/12/2000 discutendo la tesi “Identificazione
nel campo continuo: la tecnica delle funzioni modulanti”.
Dal 17/09/2001 al 31/12/2003 è stato titolare dell‟assegno di ricerca “Modellazione e
controllo di azionamenti per trazione”, presso il dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione
dell‟Università di Pisa.
Nel marzo 2002 ha ricevuto, da parte del CIFI (Collegio Ingegneri Ferroviari Italiani), per
le memorie “La captazione di corrente e l‟interazione pantografo catenaria. Parte 1° e 2°”, il 1° e
2° premio ex-aequo per i migliori articoli pubblicati dalla rivista „Ingegneria Ferroviaria” nel corso
dell‟anno 2000.
Il 27/05/2003 è risultato vincitore di un concorso per n° 1 posti da ricercatore nel settore
disciplinare I18X bandito dall‟Università di Pisa.
Ha preso servizio presso la Facoltà di Ingegneria dell'Università degli Studi di Pisa in data
01/01/2004, afferendo al Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione, come ricercatore nel
settore scientifico disciplinare ING-IND/32.
Nel settembre 2004 ha ricevuto da parte della società The Istitution of Mechanical Engineers
(UK), per la memoria “Wavelet multi-resolution analysis for monitoring the occurence of arcing
on overhead electrified railways” il John F Alcock Memorial Priz 2003, conferito all‟articolo,
pubblicato su Proceedings of Institution of Mechanical Engineers Part F Journal of Rail and Rapid
Transit nel corso dell‟anno 2003, relativo alla più importante innovazione in ambito ferroviario.
Nel settembre 2007 ha ricevuto da parte della società The Istitution of Mechanical Engineers
(UK) , per la memoria “Hough transform and thermo-vision for monitoring pantograph-catenary
interaction‟”
il TA Stewart-Dyer Prize/Frederick Harvey Trevithick Prize, conferito al più
2
meritevole articolo in ambito ferroviario, pubblicato su Proceedings of Institution of Mechanical
Engineers Part F Journal of Rail and Rapid Transit nel corso dell‟anno 2006.
Nel settembre 2007 ha ottenuto la conferma in ruolo come ricercatore.
Dal 2008 è membro del dottorato di ricerca in Veicoli Terrestri e Sistemi di Trasporto.
E‟ iscritto all‟IEEE, IEE e al CIFI.
Pisa, 23/07/2008
Luca Sani
3
I
ATTIVITÀ SCIENTIFICA
L‟attività di ricerca di Luca Sani si è rivolta alle seguenti tematiche.
1
Studio dell'interazione pantografo-catenaria.
2
Convertitore di tipo CUK a logica Fuzzy.
3
Strategia di controllo DSC per motori asincroni a doppia stella.
4
Stabilità di un generatore sincrono.
5
Identificazione di sistemi dinamici con la tecnica delle funzioni modulanti.
6
Sviluppo di un un sistema drive-by-wire a bordo di veicoli industriali.
7
Analisi di dependability di un azionamento per trazione ferroviaria.
8
Identificazione di sistemi non lineari (Hammerstein e Wiener) con la tecnica NATV.
9
Estensione delle tecniche a relay per il tuning di controllori PID e l‟identificazione di sistemi non
lineari.
10 Metodologie di misura e collaudo di azionamenti elettrici.
11 Controllo dell‟aderenza nei sistemi di trasporto ad alta velocità.
12 Modellazione e regolazione di processi industriali.
13 Uso del calcolo simbolico per l‟analisi di filtri analogici.
I.1 S T U D I O
D E L L ' I N T E R A ZI ONE P ANT O G RA F O - C AT E N AR I A
In Italia lo studio della interazione pantografo-catenaria ha assunto rilevanza fondamentale
soprattutto nei mezzi che viaggiano a velocità superiori ai 200 Km/h in linee alimentate a 3 kV. Infatti
l‟elevata potenza richiesta da tali mezzi fa sì che le correnti da captare raggiungano valori dell‟ordine
di qualche kA, rendendone particolarmente onerosa la captazione con un contatto strisciante.
Per evitare perdite di contatto e/o oscillazioni eccessive della catenaria non sembra possibile
operare in modo tradizionale accrescendo la forza di contatto tra pantografo e catenaria. Infatti si
avrebbero costose conseguenze con l‟usura dei contatti striscianti e dei cavi di alimentazione delle
linee. I problemi di captazione si esaltano nel caso di sistemi a doppio pantografo. Il pantografo della
locomotiva di coda, infatti, trova la catenaria già perturbata dal passaggio del pantografo della
locomotiva di testa, per cui aumenta la difficoltà di mantenere un contatto continuo fra pantografo e
catenaria.
In sintesi i problemi da affrontare nella captazione per treni ad alta velocità sono:

eccessivo surriscaldamento determinato dalle elevate correnti e dall‟attrito provocato dalla forte
spinta statica necessaria per garantire la qualità del contatto e quindi usura degli striscianti e della
corda di contatto;

perlinatura della corda di contatto provocata dall‟arco elettrico che si verifica in conseguenza dei
distacchi;
4

inquinamento armonico nell‟ambiente circostante la linea al passaggio del treno a causa delle
emissioni che derivano da un contatto non corretto;

eccessiva sollecitazione del secondo pantografo, se presente, per le perturbazioni indotte dal
passaggio del primo pantografo ad alta velocità.
Al fine di migliorare la qualità della captazione appare quindi necessario ridurre sia la forza
media di contatto, senza comprometterne la continuità, sia le oscillazioni della catenaria.
Le soluzioni possibili sono:
 intervenire sui parametri del sistema (quadro asimmetrico, doppio archetto, eliminazione della
spinta aerodinamica e del moto di rollio, posizionamento della linea di contatto. etc.).
 dotare il pantografo di un controllo attivo.
L‟attività di ricerca si è rivolta dapprima allo studio di controlli attivi per pantografi. In prima
istanza è stato considerato un pantografo asimmetrico appositamente concepito per alta velocità (ad
esempio il pantografo ATR95) e sono state esaminate due diverse strategie di controllo agenti
rispettivamente sul quadro o sugli archetti. Successivamente è stato esaminato il problema
tecnologico, cioè come sia possibile pensare a una realizzazione pratica del pantografo stesso. Viene
così individuata la soluzione con controllo a filo. Infine, per risolvere il problema della difficile
realizzazione di sensori affidabili e duraturi per la rilevazione delle forze di contatto, si propone di
introdurre un osservatore di tali forze, verificandone l‟efficacia con prove di simulazione [3], [14],
[65].
E' stato realizzato il software PANDA (PANtograph Design Assistant) [22] per la simulazione
della dinamica dell‟interazione tra la linea di captazione e il pantografo, per i quali è stato utilizzato un
modello matematico semplificato (a parametri concentrati), implementato con Simulink.
La
disponibilità di questo software consente di effettuare rapidamente una serie di verifiche sul
comportamento di diverse tipologie di pantografi e in particolare:
 ottimizzazione della captazione, intervenendo sui parametri costruttivi del pantografo (le prime
simulazioni hanno messo in evidenza che occorre intervenire sulla riduzione del coefficiente di
attrito tra linea e strisciante);
 individuazione della strategia di controllo più appropriata;
 studio del comportamento del pantografo in presenza di rapide variazioni di quota della linea.
Sempre nello stesso ambito, è stata proposta una parziale modifica della configurazione del filtro
d‟ingresso dello stadio di potenza presente sulla locomotiva, al fine di minimizzare la durata dell‟arco
causato dal distacco del pantografo dal filo di contatto [45].
Un secondo filone di ricerca, iniziato nel 2004, si lega alla definizione di un indice di qualità
della captazione. Fino ad oggi in Italia il rilievo dei distacchi è stato eseguito mediante la misura della
tensione di linea, quando l‟assorbimento di corrente è nullo, allo scopo di evitare i fenomeni induttivi
connessi. Il metodo presenta notevoli limiti in quanto richiede che la misura venga eseguita con il
convoglio che avanza per la sola inerzia, per cui la velocità decresce rapidamente. Un‟altra
metodologia adottata consiste nell‟analisi visiva delle immagini, ottenute mediante una telecamera
opportunamente posizionata sull‟imperiale della locomotiva. Il metodo risulta approssimato e consente
soltanto una valutazione di tipo qualitativo e notturno.
La necessità di eseguire il rilievo degli archi in un modo semplice e non invasivo, ha stimolato,
nell‟ambito della convenzione di ricerca tra il dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione
dell‟Università degli studi di Pisa e l‟Unità Tecnologie Materiale Rotabile – Direzione Tecnica Sperimentazione - Prove Elettriche delle FS, lo studio e la realizzazione di uno strumento
appositamente dedicato, non invasivo, in accordo alla normativa EN 50317, di recente approvazione,
che ha definito i requisiti del sistema di misura dell‟interazione dinamica tra la linea di contatto e lo
strisciante del pantografo.
Si tratta di un sensore ottico (fototubo), il quale ha il pregio di essere sensibile alle sole frequenze
ultraviolette, fra 175 e 195 nm, escludendo quindi la gamma del visibile [6], [15], [16], [23], [32],
[39]. La luce emessa dall‟arco durante la captazione comprende anche la banda citata, per cui detto
5
sensore, sotto certe condizioni, può essere utilizzato per il rilievo della durata degli archi stessi. Varie
campagne di misura condotte sulla direttissima Firenze-Roma hanno permesso la validazione del
fototubo come un efficace strumento di supporto per realizzare una manutenzione mirata della linea
[42], [43]. La ricerca è proseguita con l‟introduzione di nuove tecniche di elaborazione (wavelets) dei
segnali al fine di una più accurata classificazione delle anomalie [9],[24].
Un differente approccio per valutare la qualità della captazione è rappresentato dall‟impiego di
sensori nell‟infrarosso. Infatti, a causa degli archi e dell‟attrito che si manifesta nel moto relativo tra lo
strisciante e la linea, la zona di contatto è sede di un elevato gradiente di temperatura. Perciò un
interessante metodo per valutare la qualità del contatto è rappresentato dal monitoraggio dell‟energia
irradiata, nella banda degli infrarossi nella regione d‟interazione, mediante l‟impiego di una
termocamera. Anche in questo caso si tratta di una tecnica non invasiva che ha già trovato impiego in
ambito ferroviario nel caso d‟indagini sullo stato del binario e della massicciata. L‟attività svolta ha
avuto come principale obbiettivo l‟applicazione di tecniche specifiche di image processing
(Trasformata di Hough) per estrarre in modo automatico dalle immagini termiche tutti i parametri
necessari per quantificare la qualità della captazione [12], [26], [49], [58], [59] e [75].
I.2 C O N V E R T I T O R E
DI TIPO
CUK
A L O GI CA
F U Z ZY
La sintesi del controllore in un convertitore DC-DC è un problema di difficile risoluzione, per la
struttura a topologia variabile del convertitore stesso. In letteratura si è spesso ricorso ad analisi legate
alla conoscenza di modelli medi, in grado di semplificare il modello in un intorno del punto di lavoro,
ma anche di conservare tutte le caratteristiche importanti per caratterizzare il comportamento del
convertitore (ad esempio la stabilità e le proprietà dinamiche). L‟approccio più classico è ancora legato
all‟uso di linearizzazioni intorno al punto di lavoro, con la sintesi di controllori locali. E‟ evidente che,
spingendo il sistema a lavorare in condizioni diverse da quelle per le quali il controllore è progettato, il
suo comportamento degraderà e occorrerà riprogettare il controllore al variare del punto di lavoro. Un
approccio più avanzato al problema si lega alla sintesi di regolatori non lineari. In generale un
approccio basato sull‟uso di controllori non lineari ha il vantaggio notevole di poter progettare
regolatori in modo analitico, con valutazioni quantitative sui loro limiti di stabilità. Il problema ancora
aperto è che tanto più cresce la complessità del sistema da controllare, tanto più cresce la difficoltà di
modellazione e tanto meno si è garantiti dal punto di vista dell‟affidabilità del modello stesso: ciò
implica la necessità di implementare algoritmi di controllo più complessi e di maggior robustezza, con
realizzazioni implementative che richiedono l‟uso di schede a DSP più costose.
Volendo realizzare un controllore che sia robusto e indipendente dal punto del lavoro del sistema,
è possibile in alternativa ricorrere ad un approccio di tipo fuzzy, che ha il vantaggio di una
implementazione meno costosa con tecnologie a microcontrollore. L'obiettivo di questa ricerca è stato
lo studio e la realizzazione di un controllore fuzzy capace:
 di essere robusto alle variazioni di carico intorno al punto di lavoro;
 di avere buone caratteristiche dinamiche in termini di sovraelongazione, tempo di assestamento e
ripple di uscita contenuto al variare del carico e della tensione di ingresso;
 di avere caratteristiche dinamiche invarianti al variare della tensione di uscita.
Il limite delle soluzioni proposte in letteratura è che i parametri del controllore sono ottimizzati
per un solo punto di lavoro prefissato. La ricerca si è rivolta ad estendere tale tecnica al variare del
punto di lavoro; tale soluzione ha permesso di sintetizzare un controllore a logica fuzzy, per un
convertitore CUK, assimilabile a un regolatore proporzionale integrale con coefficienti variabili [7],
[18], [37], [68].
L'idea di base è quella di intervenire sul fattore di scala delle variabili d‟ingresso del controllore.
Sono stati presentati risultati di tipo sperimentale estendibili anche a convertitori di tipo Buck o
Boost.
6
I.3 S T R A T E GI A
DI CONTROLL O
DSC
PE R M O T O RI A S I N CR O NI A D O PPI A
STELLA
La ricerca ha avuto come obiettivo quello di approfondire la conoscenza delle tecniche di
controllo vettoriali per motori asincroni. In particolare è stata analizzata la strategia DSC (Direct Self
Control) e DTC (Direct Torque Control). La loro semplicità di implementazione e il ridotto impiego
degli elementi del convertitore (bassa frequenza di commutazione) le rende vantaggiose per
azionamenti di grossa potenza, come nel caso della trazione elettrica. La strategia DSC è stata
applicata al caso di un motore asincrono a doppia stella statorica alimentato con doppio inverter a due
livelli. E‟ stata individuata una strategia di commutazione degli inverter con la quale sono stati
conseguiti i seguenti obiettivi [1]:
 minimizzazione della frequenza di commutazione degli interruttori;
 riduzione delle armoniche di corrente a monte del convertitore e a livello di coppia
elettromagnetica.
Tale risultato è interessante nel campo ferroviario, dove è richiesto, per motivi di sicurezza sul
segnalamento, che le armoniche in linea siano contenute entro precise maschere.
I.4 S T A B I L I T À
D I U N GE N E R AT ORE S I NC RO N O
E' stato esaminato il comportamento di un generatore sincrono con due avvolgimenti di
eccitazione in parallelo [4]. I parametri caratteristici della macchina sono stati ottenuti in funzione
dell'angolo di sfasamento tra gli assi magnetici dei due avvolgimenti di eccitazione. Facendo ricorso a
un modello matematico semplificato è stato realizzato un confronto tra un sincrono convenzionale e la
nuova macchina proposta per quanto riguarda i limiti di stabilità. Il sincrono a doppia eccitazione
presenta un incremento delle prestazioni in presenza di ampi disturbi. I limiti di stabilità, valutati
applicando la tecnica di Zubov [56], si estendono se l'angolo elettrico tra i due assi magnetici degli
avvolgimenti di eccitazione aumenta fino al valore ottimale di sessanta gradi (per motivi costruttivi
questo rappresenta anche il massimo angolo di sfasamento ammissibile).
Sempre nello stesso ambito di ricerca è stato affrontato lo studio della stabilità di un generatore
sincrono a rotore liscio (RRSM). Andando a regolare in modo opportuno la corrente di eccitazione (in
particolare asservendola all‟angolo di coppia β) è possibile conferire alla macchina una reattanza
fittizia diretta e di quadratura. In questo modo si ha un comportamento del tutto analogo a quello di un
generatore sincrono anisotropo: in particolare la macchina viene ad avere una coppia di anisotropia
che potrà essere in fase o in quadratura con la fondamentale, il che consente di variare i limiti di
stabilità statici [34].
I.5 I D E N T I F I C A ZI ON E
D I S I S T E M I DI NAM I CI C ON L A T E C NI C A D E L L E
FU N ZI ON I M OD U L A N T I
Uno dei temi di ricerca principale degli studi di dottorato è stata l‟analisi delle tecniche di
identificazione in campo continuo [28], [73] con particolare attenzione al metodo delle funzioni
modulanti [80] introdotto da Shinbrot nella prima metà degli anni cinquanta. Si tratta di un approccio
di tipo parametrico utilizzato in passato principalmente per la stima dei sistemi lineari. L‟attività di
ricerca si è articolata nei seguenti punti.
 Realizzazione in ambiente Matlab di un algoritmo stabile e robusto che implementasse tale
tecnica. Le simulazioni e le prove sperimentali condotte hanno messo in evidenza la robustezza
dell‟algoritmo in presenza di segnali di ingresso e di uscita con elevato rapporto rumore/segnale.
 Estensione della tecnica all'identificazione di sistemi dinamici con ritardi multipli sull‟ingresso o
sull'uscita del sistema [2]. Partendo dalla considerazione che è possibile la stima del ritardo se
questo viene visto come combinazione lineare di un banco di ritardi noti, è stato dimostrato in
modo rigoroso che la distribuzione dei coefficienti stimati è una funzione sinc centrata nel ritardo
7





incognito. Questo risultato permette l‟applicabilità dell‟algoritmo anche nel caso siano presenti più
ritardi.
Estensione dell‟algoritmo al caso di sistemi non lineari di tipo Hammerstein con ritardo [36].
Applicabilità della metodologia per la stima dei coefficienti dell‟espansione in serie di Laguerre di
un processo dinamico [48]. Ciò implica la possibilità di utilizzare tale approccio nel campo
dell‟identificazione non parametrica.
Impiego dell'algoritmo realizzato per l'identificazione sperimentale dei modelli medi dei
convertitori DC/DC (Buck, Boost, Buck-Boost, Cuk, Risonante Serie e Parallelo) [10], [35], [47],
[50] e [69]. Le prove hanno evidenziato che il modello identificato con l‟algoritmo in esame
coincide con quello proposto in letteratura da Middlebrook. In particolare a partire dal modello
identificato è possibile risalire al valore dei singoli componenti circuitali del convertitore e quindi
realizzare un controllo di qualità sul dispositivo. [40].
Impiego dell'algoritmo realizzato per l'identificazione del modello medio di un gruppo di
cogenerazione.
Estensione dell‟algoritmo per l‟identificazione on-line di guasti nel caso di motori brushless [53] e
di motori asincroni [62].
I.6 S V I L U P P O
D I U N U N S I S T E M A D RI V E - B Y - W I RE A B OR D O DI V E I C OL I
INDUSTRIALI
Nell'ambito di un progetto di ricerca nazionale all' Unità di Pisa è stato affidato il compito di
individuare le aspettative funzionali-prestazionali correlate all'adozione di un sistema drive-by-wire a
bordo di veicoli movimentazione merci, con particolare riferimento ai carrelli elevatori a trazione
elettrica, e pervenire alla definizione della topologia e delle caratteristiche del sistema di sterzatura.
Partendo dall‟esame della struttura del veicolo in oggetto, è stata effettuata un‟analisi
comparativa di diverse possibili configurazioni del sottosistema di sterzatura. Da tale analisi è emersa
come particolarmente innovativa la prospettiva di realizzare un sistema ad attuazione diretta,
completamente privo quindi di cinematismi, impiegando 2 motori rotativi per la sterzatura
indipendente delle ruote. Tale soluzione, infatti, permette di massimizzare la flessibilità di manovra
del carrello e di approssimare al meglio le traiettorie di curvatura ideali delle singole ruote,
minimizzando altresì la complessità della struttura. L‟elevato valore della coppia richiesta e i vincoli
dimensionali hanno portato ad orientarsi verso una macchina non convenzionale a riluttanza. Sono
state prese in considerazione diverse strutture di macchina innovative potenzialmente caratterizzate da
elevata coppia specifica, semplicità costruttiva, robustezza intrinseca ed alta affidabilità funzionale.
Per tali strutture è stata quindi effettuata una valutazione quantitativa di massima delle prestazioni
ottenibili, che unitamente a considerazioni comparative degli altri aspetti rilevanti, ha infine permesso
di individuare la variante più promettente ai fini dell‟applicazione prevista. Tale struttura, di tipo
modulare omopolare, è stata selezionata tenendo conto delle peculiarità dell‟applicazione considerata,
in particolare la modesta velocità massima richiesta e gli stringenti vincoli dimensionali, ed appare
essere un buon punto di compromesso tra i diversi aspetti di interesse, quali l‟elevata coppia volumica,
la semplicità costruttiva e la capacità di continuare ad operare a prestazioni ridotte a fronte di un primo
guasto elettrico interno, con scarsa propensione alla propagazione del guasto tra fasi adiacenti.
Per la tipologia di macchina elettrica selezionata è stata eseguita la progettazione completata. In
particolare modo è stato sviluppato un modello elettromagnetico parametrico in ambiente FEM,
utilizzando MagNet della Infolytica) al fine di permettere un‟analisi più dettagliata dei fenomeni
interni e l‟affinamento della progettazione di massima precedentemente effettuata. Il programma si è
concluso con la costruzione di un primo prototipo [51],[54], [61] e [76].
8
I.7 A N A L I S I
D I D E PE N D A B I L I T Y DI UN A ZI O NA M E NT O PE R T R A ZI ON E
FE R R OV I A R I A
Nell'ambito di un progetto di ricerca nazionale, all' Unità di Pisa è stato affidato il compito di
esaminare le possibilità di miglioramento del livello di dependability degli azionamenti elettrici di
trazione a bordo di treni di moderna concezione attraverso opportuni adeguamenti dell'architettura del
sistema e dei criteri per la sua progettazione. L‟attività si è articolata nelle seguenti fasi.
1) Esame dello stato dell'arte degli azionamenti di trazione per i convogli ad alta velocità.
2) Selezione di un architettura di riferimento e acquisizione informazioni specifiche.
In collaborazione con il partner industriale FS TRENITALIA S.p.A. Direzione Ingegneria, Sicurezza e
Qualità di Sistema, Sviluppo Tecnologico, Modelli Simulazioni e Prove Elettriche è stata selezionata
l‟architettura di azionamento di trazione di riferimento per il successivo sviluppo delle attività,
individuandola nella locomotiva 404 politensione. che rappresenta lo stato dell‟arte in ambito
ferroviario italiano.
3) Esame dettagliato dell‟architettura di riferimento.
4) Sviluppo di un modello probabilistico per l‟analisi della dependability dell‟azionamento.
A partire dalla descrizione di dettaglio dell‟azionamento, è stato messo a punto un modello
matematico in grado di analizzarne il livello di affidabilità. L'analisi si è concentrata sulla valutazione
del livello di reliability, corrispondente alla probabilità che il convoglio non si guasti durante il
servizio, da cui discende il ritardo medio accumulato in conseguenza dei possibili guasti
nell‟architettura dell‟azionamento. A tal fine, è stato ipotizzato che ogni guasto si traduca in una
riduzione della potenza disponibile per la propulsione e di conseguenza in un decremento della
massima velocità del convoglio. Rispetto a quanto presente in letteratura, dove sistemi di tale
complessità vengono spesso analizzati mediante simulazioni di tipo Montecarlo, in questo caso per
ciascuna delle configurazioni di alimentazione (DC e AC) è stato ricavato un modello analitico
facendo ricorso a catene di Markov descritte mediante le equazioni differenziali di Kolgoromov.
L‟approccio utilizzato è infatti basato sull‟analisi degli stati, poiché i processi di guasto possono
essere modellati come un sistema stocastico ad eventi discreti, descritto da un insieme finito di stati. In
tale contesto, l‟analisi di dependability si articola in tre passi: individuazione delle possibili tipologie
di guasto (FMEA); definizione dei singoli tassi di guasto; costruzione del modello analitico e sua
implementazione ai fini di simulazione. In questo caso è stata condotta per due diversi scenari
operativi, rispettivamente con e senza periodiche ispezioni e riparazioni dei guasti. Dal confronto tra le
due architetture presenti è risultato che quella con alimentazione in corrente alternata presenta un
livello di fidatezza più elevato. E‟ stato inoltre possibile individuare l'intervallo ottimale tra due
ispezioni di manutenzione successive al fine di minimizzare i tempi di ritardo medi senza penalizzare
eccessivamente la disponibilità del convoglio [63].
5) Individuazione di possibili modifiche dell‟azionamento al fine di un incremento del livello di
dependability.
I.8 I D E N T I F I C A ZI ON E D I S I S T E M I
C O N L A T E C N I C A NATV
N O N L I N E A RI
(H AM M E RS T E I N
E
W I E NE R )
I sistemi fisici complessi presentano una dinamica tipicamente non lineare. E‟ necessario, per
operare sul processo, costruire un adeguato modello matematico a partire dalla misura dei dati di
ingresso e di uscita. A tale proposito esistono due classi distinte di problemi che devono essere risolti:
la determinazione della struttura del sistema e l‟identificazione dei parametri di questa. Nella pratica
molto spesso i sistemi con cui si ha a che fare possono essere modellati semplicemente ponendo in
cascata un elemento lineare e uno non lineare. Si parla di sistemi alla Hammerstein quando l‟elemento
non lineare senza memoria è seguito dal sistema lineare, di sistema Wiener se gli stessi sottosistemi
sono connessi in ordine inverso.
Tra le numerose tecniche proposte per l‟identificazione dei parametri di questi modelli non
lineari, molto interessante appare la Nonlinear Auto Tune Variation (NATV), proposta da Luyben e
9
Eskinat. Si tratta di un‟estensione della tecnica ATV, sviluppata in letteratura, per l‟identificazione di
sistemi lineari. Consiste in una serie di prove realizzate chiudendo in retroazione il processo con un
relay, con diverse ampiezze e diversi elementi dinamici aggiuntivi. Permette di stimare i parametri
della parte lineare e di individuare, per punti, la curva della non linearità.
In questo studio sono state introdotte delle estensioni alla procedura NATV. La tecnica è ben nota
dalla letteratura, ma è essenzialmente del tipo trial and error per quanto riguarda la simmetrizzazione
del relay. E' stata messa a punto una soluzione che automatizza completamente il processo di
autosintonia sia nel caso di sistemi di tipo Hammerstein che Wiener [17], [67]. La tecnica NATV è
stata impiegata per la individuazione del modello di Hammerstein di vari azionamenti elettrici. Le
simulazioni realizzate con Simulink sono state in buona parte confermate da una prima serie di prove
sperimentali effettuate su un azionamento asincrono con inverter a comando PWM. La realizzazione
di queste prove ha richiesto l‟uso di una scheda di acquisizione dati (LAB PC-1200/AI della National
Instruments) e del toolbox Real Time di Matlab [5], [29].
I.9 E S T E N S I ON E
D E L L E T E CN I C HE A RE L A Y P E R I L T UNI N G DI
C O N T R OL L OR I PID E L ’ I DE NT I FI CA ZI ONE DI S I S T E M I N ON L I NE ARI
Nei processi industriali, la maggioranza dei controllori sono di tipo standard (PID). La
regolazione dei parametri di questi si basa sulla individuazione del punto critico della funzione di
trasferimento dell'impianto (è l'intersezione tra il diagramma di Nyquist del processo in esame e il
semiasse negativo delle ascisse). Ampiamente utilizzata a tale scopo è la tecnica ATV che consiste nel
chiudere in retroazione il sistema mediante un relè ideale. La soluzione ottenuta è approssimata perché
si basa sulla linearizzazione del relè per mezzo della funzione descrittiva. Se il sistema non è un passo
basso, oppure è a fase non minima l'errore commesso può non essere trascurabile. E' stata proposta una
soluzione, detta SATV, in cui si forza l'uscita dell'elemento non lineare ad essere una sinusoide con
una frequenza tale per cui l'uscita dell'impianto è ancora una sinusoide sfasata di - radianti. Per
garantire un rapido transitorio è stato impiegato un PLL (Phase Looked Loop) [19], [33] e [70]. In
particolare, l‟implementazione del rilevatore di fase con un correlatore di segnale, conferisce al
dispositivo un‟elevata robustezza in presenza di rumore sul segnale di uscita.
Nell‟ambito dello stessa tematica di ricerca sono state definite ulteriori estensioni della tecnica.
E‟ stato proposto l‟impiego di una procedura di autosintonia per regolatori standard, basata sulla stima
del guadagno critico e dell‟oscillazione critica, attraverso una tecnica a relay con dither, detta DATV.
Rispetto alle tecniche tipiche per l‟autosintonia, la DATV permette di stimare i parametri critici con
notevole precisione, pur mantenendo caratteristiche di semplicità realizzativa e insensibilità al rumore,
che ne suggeriscono l‟uso nel caso di processi con amplificatori PWM e/o attuatori a relè [21], [78],
come ad esempio i convertitori switching [60]. Successivamente è stata proposta una variante della
tecnica introducendo nell‟anello di retroazione un relay con isteresi variabile [25] o un secondo relay
(slave) opportunamente coordinato con quello principale (master) [27]. Entrambe le soluzioni
permettono di estendere il range di frequenza e quindi di migliorare l‟identificazione del processo.
Nell‟recente lavoro [64] la tecnica è stata impiegata per monitorare on-line sia i parametri
elettrici che quelli meccanici di un azionamento brushless.
Sempre riguardo ai controllori proporzionali-integrali-derivativi (PID), negli ultimi decenni,
l‟interesse di molti ricercatori è stato quello di mettere a punto procedure (regole di taratura) per la
definizione dei parametri del controllore in funzioni delle specifiche del progetto assegnate (margine
di fase, di ampiezza, banda passante, sensibilità, stabilità assoluta). Un aspetto molto interessante di
questa problematica è viceversa la definizione di metodologie che permettano, in modo rapido e
automatico, di verificare le prestazioni del controllore, ossia che le specifiche assegnate siano state
rispettate. E‟ stata sviluppata una tecnica automatica con la quale, utilizzando la ATV o la SATV
[71], si possono individuare alcuni parametri caratteristici di un processo dinamico assegnato
(margine di ampiezza, margine di fase, banda passante e picco di risonanza a ciclo chiuso). Nel piano
di Nyquist la ricerca di tali parametri caratteristici del processo si riconduce all‟individuazione dei
punti d‟intersezione della funzione di trasferimento del sistema con opportune circonferenze. Partendo
da questa considerazione è stata illustrata la possibilità di ottenere le specifiche del sistema dinamico
10
in esame sia sul luogo delle radici, introducendo il concetto di contorno completo delle radici [8] che
sperimentalmente. Infatti, realizzando un‟opportuna connessione del processo in esame, la misura di
alcuni parametri si riconduce alla stima del punto critico (l‟intersezione della funzione di trasferimento
con il semiasse negativo). La validità della tecnica è dimostrata con simulazioni e prove sperimentali.
Nei lavori [11] e [52] viene illustrata l‟impiego di tale tecnica per l‟individuazione alcuni parametri
caratteristici dell‟anello di controllo di un convertitore DC-DC di tipo switching (margine di ampiezza,
margine di fase, banda passante e picco di risonanza a ciclo chiuso) .
I.10
M E T O D OL O GI E D I M I S U R A E C OL L AU DO DI A ZI ON AM E NT I E L E T T RI CI
E‟ stata analizzato lo stato attuale della Normativa relativa agli azionamenti elettrici sia a livello
nazionale che internazionale, evidenziando le carenze esistenti. Da ciò è emersa l‟esigenza di
introdurre una targa standardizzata per gli azionamenti elettrici, che integri opportunamente quelle già
previste per i singoli componenti di potenza, nonché la necessità di individuare e normare le prove di
tipo da eseguirsi obbligatoriamente per la validazione dei dati riportati sulla targa stessa. A questo
riguardo, sono state illustrate le problematiche peculiari relative all‟esecuzione di misure e prove di
caratterizzazione su azionamenti elettrici, che risultano legate essenzialmente alla tipologia dei segnali
di interesse ed alla notevole varietà di caratteristiche che questi sistemi possono presentare, sia dal
punto di vista della struttura di potenza che delle modalità di funzionamento previste e della logica di
controllo utilizzata. E‟ stato infine descritto lo stato di avanzamento dell'attività del gruppo di lavoro
che, in seno al Comitato Tecnico CEI 301/22G, si sta occupando di tale problematica, illustrando le
tipologie di prove obbligatorie al momento ipotizzate ed i criteri seguiti per la loro definizione [74].
I.11 C O N T R OL L O
D E L L ’ A DE RE N ZA NE I S I S T E M I DI T RA S P O RT O A D A L T A
V E L OC I T À
Nell‟ambito del trasporto ferroviario ad alta velocità, con l‟aumentare della potenza necessaria
per soddisfare le prestazioni richieste, sono accresciuti anche i problemi per rendere tale potenza
utilizzabile in maniera corretta alle ruote del convoglio, senza che si generino cioè fenomeni di perdita
di aderenza e di slittamento tra le ruote e il binario sottostante. Sono state analizzate due possibili
soluzioni:
 regolare in modo opportuno la coppia di trazione in funzione dello stato di aderenza, rilevato
mediante dall‟analisi delle grandezze elettriche degli azionamenti [38];
 minimizzare gli slittamenti impiegando motori lineari asincroni ausiliari per regolare in modo
opportuno l‟aderenza [72].
I.12 M OD E L L A ZI O N E
E R E G OL A ZI ONE DI P R O CE S S I I N DU S T RI AL I
L‟attività di ricerca ha avuto come finalità l‟ottimizzazione di alcuni processi industriali, in
particolare un processo di laminazione e il controllo di qualità in una fabbrica di cartone ondulato.
La possibilità di migliorare la qualità del processo di laminazione riveste una notevole
importanza per l'economia di una grande industria siderurgica, a tale proposito è sufficiente osservare
che generalmente più della metà della potenza elettrica installata è destinata al treno di laminazione.
Nello schema più semplice una gabbia di laminazione è costituita da due cilindri laminatori
movimentati da due motori in continua mediante due assi. Attualmente i motori in continua vengono
controllati in tensione in modo indipendente. Ciascun sistema di controllo provvede a mantenere
costante la velocità di ciascun rullo.
La condizione per garantire una buona qualità del laminato è che la coppia motrice si ripartisca in
modo equo sui due cilindri. Molti rilievi sperimentali hanno verificato che una minima differenza tra
le velocità dei due cilindri si traduce in un notevole squilibrio fra le coppie di laminazione agenti sui
rulli stessi e quindi in un degrado del laminato. Anche il profilo di temperatura lungo lo spessore del
11
materiale da laminare può dare luogo a disuniformi coppie di laminazione. Ciò perché la temperatura
ha una influenza diretta sul coefficiente di attrito e quindi sulla distribuzione di pressione lungo l‟arco
di contatto. In conclusione uno squilibrio della coppia resistente, dovuto ad esempio ad una
disomogeneità di temperatura, porta i cilindri a ruotare a velocità diverse; ciò aggrava lo squilibrio
delle coppie stesse determinando il perturbare di una condizione di velocità diverse tra i rulli nel caso
in cui essi siano controllati indipendentemente. Combinando il controllo di velocità angolare dei due
rulli si può ottenere una più equa ripartizione della coppia di laminazione sui rulli stessi [13], [30],
[57], [66].
Nel caso del controllo di qualità in una fabbrica di cartone ondulato è stato valutato l‟impiego di
un sistema di visione. In particolare il dispositivo messo a punto permette il conteggio automatico dei
fogli di cartone che compongono un‟unità di vendita (bancale). Tale quantità è di difficile stima,
poiché, durante il processo produttivo, alcuni fogli vengono scartati poiché ritenuti di qualità inferiore
allo standard oppure perché danneggiati durante il trasporto. Ora il numero di fogli, al netto dello
scarto, è valutato mediante il rapporto tra il peso del bancale e quello nominale di un singolo foglio.
Poiché il peso di un foglio è soggetto a considerevoli variazioni dovute ai cambiamenti delle
condizioni tale stima risulta poco attendibile. La soluzione proposta prevede di effettuare la stima del
numero di fogli mediante un sistema di visione opportunamente predisposto. Tale dispositivo offre
un‟elevata precisione (l‟errore medio è minore del 2%) e non interferisce con il processo di produzione
[20], [77].
I.13 U S O
D E L C A L C O L O S I M B O L I C O PE R L ' A NA L I S I D I F I L T RI A N AL O GI C I
La disponibilità di software per le simulazioni, come Pspice e Simulink e per il calcolo
simbolico, come Mathematica e Maple, permette di introdurre nuove metodologie di insegnamento e
di apprendimento. A tale riguardo, facendo ricorso al calcolo simbolico, è stata messa a punto una
metodologia per la sintesi di particolare famiglie di filtri analogici. In particolare è stata analizzata una
combinazione dei filtri di Butterworth e di quelli binomiali [31] e un filtro di tipo aperiodico [41].
L'uso di Maple ha permesso di ottenere una serie di diagrammi normalizzati relativi ai parametri
caratteristici del filtro. Queste informazioni solitamente non sono presenti nei manuali specifici.
12
II PARTECIPAZIONI A PROGETTI DI RICERCA DA FINANZIAMENTI CONTO
TERZI
(1999)
Contratto DSEA - Piaggio, sezione DV/PRV/Innovazione Tecnica Veicoli: „Studio
bibliografico su sistemi di accumulo e di trazione per scooter elettrico.
(2000)
Contratto DSEA - Piaggio, sezione DV/PRV/Innovazione Tecnica Veicoli, „Sviluppo di un
simulatore dinamico di uno scooter elettrico‟.
Nell‟ambito della collaborazione con la Piaggio S.p.A. è stato sviluppato un software di
simulazione per scooter elettrico, in ambiente Simulink, all‟interno di Matlab. Il pacchetto
software è corredato da un database che raccoglie, per ogni elemento dello scooter, i
parametri dei modelli dinamici e di un visualizzatore dei risultati di simulazione [44].
(2000)
Contratto DSEA - Accademia Navale di Livorno: „Sviluppo di un corso multimediale di
elettrotecnica‟.
Il progetto Vespucci è il programma avviato dal Ministero della Difesa per dotare
l'Accademia Navale di Livorno delle metodiche e delle tecnologie informatiche avanzate
necessarie al supporto e all'affiancamento delle attività didattiche e di studio per i docenti e
gli allievi.
Nell'ambito di tale progetto e' stato sviluppato, in collaborazione con il Dipartimento di
Sistemi Elettrici e Automazione (DSEA) dell' Universita' di Pisa, il corso multimediale (in
HTML) di Elettrotecnica completo di esercitazioni svolte in ambiente Matlab.
(2002)
Contratto Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Pisa – Istituto Superiore per la
Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro (ISPEL): „Sviluppo e realizzazione di un prototipo per
il controllo non distruttivo in campo mediante diffrattometria a raggi X (XRPD)‟.
La diffrattometria è una tecnica con la quale si è in grado di individuare le caratteristiche
reticolari e quindi le distanze tra piani reticolari tipici di un cristallo. Analizzando la
variazione della distanza tra piani reticolari si può risalire, tra l'altro, allo stress a cui è
sottoposto un materiale. Attualmente tale tipo di indagine è fatta su campioni in laboratorio.
Ci sono molte aree, quali ad esempio la produzione di aeroplani, l‟industria delle costruzioni
di navi e macchine che invece richiederebbero la presenza dello strumento in loco. A tale
scopo è stato realizzato il prototipo di un diffrattometro portatile. Si tratta di un manipolatore
articolato a 6 gradi di libertà. La movimentazione dei vari link è realizzata mediante motori a
passo. Il contratto di collaborazione ha avuto come oggetto la messa a punto del software di
gestione dello strumento, sia per quanto riguarda il posizionamento automatico (mediante un
sistema di visual servoing) sull‟area di indagine, che per l‟esecuzione della misura di
diffrattometria.
(2004)
Contratto DSEA - Italcertifer: „Progetto di ottimizzazione dell‟interazione pantografocatenaria: realizzazione di uno strumento per la misura della qualità della captazione‟.
L‟attività si è inquadrata nella tematica dell‟analisi dell‟interazione tra linea di contatto
e pantografo illustrata precedentemente.
13
(2005)
Contratto DSEA - Trenitalia: “Vettore Idrogeno”.
L‟attività si proponeva di sviluppare, mediante simulatori digitali, la progettazione di
massima di sistemi di propulsione ibridi innovativi per la trazione ferroviaria a breve e media
distanza.
Sono state sviluppati due progetti aventi come base le seguenti tecnologie:
- celle a combustibile alimentate ad idrogeno
- motore a combustione interna alimentato a gasolio o a metano.
Compito dell‟ing. Luca Sani è stato la definizione delle specifiche del generatore
elettrico (macchina sincrona a magneti permanenti) da accoppiare al motore a combustione e
la partecipazione alla messa a punto del simulatore della locomotiva [79].
(2006)
Responsabile per il Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione del progetto n° 26 del
PRAI-FESR (Programma Regionale di Azioni Innovative della regione Liguria finanziato
dal Fondo europeo di sviluppo regionale) dal titolo: “Studio e realizzazione di prototipi di
soluzioni elettromeccaniche per la propulsione ed il controllo delle imbarcazioni, finalizzato
all‟aumento della affidabilità e alla riduzione della rumorosità degli impianti
elettroidraulici tradizionali per pinne stabilizzatrici o timoni ecc.”
Il progetto, in collaborazione con la Fincantieri S.p.a di La Spezia prevedeva lo
sviluppo di un prototipo di motore brushless ad anello per la propulsione marina.
Compito del DSEA è stato il dimensionamento elettromagnetico di tale macchina e il
coordinamento delle prove al banco.
(2007) Contratto DSEA - Italcertifer: “Processo 3. Accoppiamento pantografo-catenaria”.
Il progetto prevedeva la partecipazione al gruppo di lavoro costituito presso RFI per la
stesura della normativa di omologazione del sistema pantografo-catenaria ai fini
dell‟interoperabilità dei treni.
(2007)
Responsabile per il DSEA del contratto di ricerca “Sviluppo di un motore brushless per
macchine per l‟edilizia” finanziato dalla IMER International S.p.A.
Il progetto prevedeva lo sviluppo di un azionamento direc-drive per macchine per
l‟edilizia. Si è articolato nelle seguenti fasi:
 dimensionamento di massima e di dettaglio (mediante il programma agli elementi finiti
MagNet della Infolytica ) di un motore brushless a rotore esterno in grado di sviluppare
una coppia nominale di 200 Nm ad una velocità di 24 rpm;
 progettazione della scheda di controllo dell‟azionamento basata sul DSP 2808 della
Texas Instrument.
 Prove al banco sul prototipo.
E‟ stato avviata, da parte della IMER, la procedura per ottenere il brevetto
internazionale su tale applicazione.
14
III PARTECIPAZIONI A PROGETTI DI
RICERCA NAZIONALI
PRIN 2000-2004
Titolo “Controlli innovativi nei sistemi di trasporto ad alta velocità”.
Coordinatore nazionale: prof. Balestrino Università di Pisa
L‟attività si è inquadrata nella tematica dell‟analisi dell‟interazione tra linea di contatto e
pantografo illustrata precedentemente.
PRIN 2004-2005
Titolo “Studio della struttura elettromeccanica di un sistema drive-by-wire ad elevate prestazioni
per un veicolo movimentazione merci: definizione delle specifiche, progettazione, realizzazione e
caratterizzazione sperimentale di attuatori elettromeccanici a struttura innovativa”.
Coordinatore nazionale: prof. Buja Università di Padova.
L‟attività si è inquadrata nella tematica dell‟analisi dei sistemi drive-by-wire.
PRIN 2005-2006
Titolo: “Sensori innovativi a infrarosso per il monitoraggio dell‟interazione pantografocatenaria in treni ad alta velocità”.
Coordinatore nazionale prof. Landi Università di Pisa.
L‟attività si è inquadrata nella tematica dell‟analisi dell‟interazione tra linea di contatto e
pantografo illustrata precedentemente.
PRIN 2006-2007
Titolo: “Progettazione e verifica orientate alla dependability di azionamenti elettrici di
propulsione per applicazioni ferroviarie”
Coordinatore nazionale: prof. Giuseppe Buja Università di Padova.
L‟attività si è inquadrata nella tematica dell‟analisi di dependability degli azionamenti.
15
IV PARTECIPAZIONI A PROGETTI DI
RICERCA EUROPEI
(2007-2008 ) Progetto ENFICA FC ENvironmentally Friendly Inter-City Aircraft powered by Fuel
Cells (Contr. n° AST5-CT-2006-030779).
Coordinatore: prof. Romeo Politecnico di Torino
Responsabile dell‟unità di Pisa: prof. Innocenti
La finalità di tale progetto è lo sviluppo del primo prototipo in ambito europeo di un
aereo a propulsione elettrica alimentato da celle a combustibile. Le attività previste per
l‟unità di Pisa sono:
 definizione dell‟architettura dell‟azionamento di propulsione;
 dimensionamento elettrico e meccanico dei vari componenti (chopper, inverter,
motore brushless);
 realizzazione della AMU;
 messa a punto di un banco prova per azionamenti elettrici alimentati a celle a
combustibile;
 prove al banco dell‟intero azionamento comprensivo delle celle a combustibile
(Novembre 2008).
16
V INCARICHI ISTITUZIONALI






Membro della commissione orario della Facoltà di Ingegneria dall‟anno accademico 2004/2005
al presente.
Membro esperto per il CdL Ingegneria Elettrica della commissione Esame di Stato per
l‟abilitazione all‟esercizio della professione di ingegnere nell‟anno 2004.
Membro esperto per il CdL Ingegneria dell‟Automazione della commissione Esame di Stato per
l‟abilitazione all‟esercizio della professione di ingegnere negli anni 2005, 2006 e 2008
Membro della commissione didattica del CdL Ingegneria Elettrica nell‟anno 2006, 2007.
Membro della commissione di concorso per l‟accesso alla Scuola di Specializzazione per
l‟Insegnamento Secondario (SSIS), classe A035 (Elettrotecnica e Automazione), negli dall‟anno
accademico 2004/3005 al presente.
Membro della commissione dell‟Esame di Stato della Scuola di Specializzazione per
l‟Insegnamento Secondario (SSIS), classe A035 (Elettrotecnica e Automazione), dall‟anno
accademico 2005/2006 al presente.
17
VI ATTIVITÀ DIDATTICA
L‟ing. Luca Sani, a partire dal gennaio 2004, ha svolto la seguente attività didattica.
A.A. 2004-2005




Titolare per supplenza del corso “Sistemi Ferroviari” (II anno CdL Ingegneria
dell‟Automazione, II anno CdL Ingegneria Elettrica Specialistica e II anno CdL Ingegneria dei
Veicoli Terrestri, 6 CFU).
Titolare del corso di Macchine Elettriche (6 CFU) per la Scuola di Specializzazione per
l‟Insegnamento Secondario (SSIS), nella classe A035 (Elettrotecnica e Automazione), VI
Ciclo.
Cicli di lezioni, esercitazioni e partecipazione alle commissioni d'esame del corso di “Analisi
dei Circuiti e Macchine Elettriche (II anno CdL Ingegneria Biomedica).
Cicli di lezioni, esercitazioni, partecipazione alle commissioni d'esame del corso di "Macchine
Elettriche" (II anno - CdL Ingegneria Elettrica).
A.A. 2005-2006, 2006-2007






Titolare per supplenza del corso “Propulsione” (II anno CdL Ingegneria dell‟Automazione, II
anno CdL Ingegneria Elettrica Specialistica e II anno CdL Ingegneria dei Veicoli Terrestri, 6
CFU).
Titolare per affidamento didattico del corso “Azionamenti per l‟automazione e la domotica”
(III anno CdL Ingegneria Elettrica, 3 CFU).
Titolare per affidamento didattico del corso “Laboratorio informatico per l‟ingegneria
elettrica” (III anno CdL Ingegneria Elettrica, 3 CFU).
Titolare del corso di Macchine Elettriche (6 CFU) per la Scuola di Specializzazione per
l‟Insegnamento Secondario (SSIS), nella classe A035 (Elettrotecnica e Automazione), VII e
VIII Ciclo.
Cicli di lezioni, esercitazioni, partecipazione alle commissioni d'esame del corso di "Macchine
Elettriche" (II anno CdL Ingegneria Elettrica).
Cicli di lezioni, esercitazioni e partecipazione alle commissioni d'esame del corso di “Analisi
dei Circuiti e Macchine Elettriche (II anno CdL Ingegneria Biomedica).
A.A. 2007-2008





Titolare per supplenza del corso “Propulsione” (II anno CdL Ingegneria dell‟Automazione, II
anno CdL Ingegneria Elettrica Specialistica e II anno CdL Ingegneria dei Veicoli Terrestri, 6
CFU).
Titolare per supplenza del corso “Automazione dei sistemi Industriali” (II anno CdL
Ingegneria Elettrica, 6 CFU).
Titolare del corso di Macchine Elettriche (6 CFU) per la Scuola di Specializzazione per
l‟Insegnamento Secondario (SSIS), nella classe A035 (Elettrotecnica e Automazione), IX
Ciclo.
Cicli di lezioni, esercitazioni, partecipazione alle commissioni d'esame del corso di "Macchine
Elettriche" (II anno - CdL Ingegneria Elettrica).
Cicli di lezioni, esercitazioni e partecipazione alle commissioni d'esame del corso di “Analisi
dei Circuiti e Macchine Elettriche (II anno - CdL Ingegneria Biomedica).
18
L‟ing. Luca Sani è stato relatore di oltre una ventina di tesi di laurea triennale e specialistica sia
di ingegneria elettrica che di ingegneria dell‟automazione relativa agli argomenti di ricerca in cui è
stato coinvolto.
19
VII ELENCO COMPLETO DELLE PUBBLICAZIONI DELL’ING. LUCA SANI
Articoli pubblicati su rivista internazionale
Bruno, O., Landi, A., Sani, L.: „Harmonics reduction in DSC induction motors with two three
phase stator winding sets‟, Electric Machines and Power Systems, vol. 27, n. 12, pp. 1259-1268,
December 1999.
2. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „Parameter identification of continuous systems with multiple
input time delays via modulating functions‟, IEE Proceedings on Control Theory & Applications,
vol. 147, n.1, pp. 19-27, 2000.
3. Balestrino, A., Bruno, O., Landi, A., Sani, L.: „Innovative solutions for overhead catenarypantograph system: wire actuated control and observed contact force‟, Vehicle System Dynamics,
vol. 33, n. 2, pp. 69-89, February 2000.
4. Bruno, O., Landi, A., Sani, L.: „Stability improvement of round rotor synchronous machine by
using a two-way parallel field winding‟, Electric Machines and Power Systems, vol. 28, n. 3, pp.
251-264, March 2000.
5. Balestrino, A., Landi, A., Ould Zmirli, M., Sani, L.: „Automatic Non linear Auto-tuning Method
for Hammerstein modelling of Electrical Drives‟, IEEE Transactions on Industrial Electronics,
vol. 48, n. 3, pp. 645-655, June 2001.
6. Bruno, O., Landi, A., Papi, M., Sani, L.: „Phototube Sensor for Monitoring the Quality of
Current Collection on Overhead Electrified Railways‟, Proceedings of the Institution of
Mechanical Engineers Part F Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 215, pp. 231-241, 2001.
7. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „CUK converter global control via Fuzzy Logic and Scaling
factors‟, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 38, pp. 406-413, Mar/Apr 2002.
8. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „Complete Root Contours for Circle Criteria and Relay
Autotune Implementation‟, IEEE Control System Magazine, vol. 22, n. 5, pp. 82-91, October
2002.
9. Barmada, S., Landi, A., Papi, M., Sani, L.: „Wavelet multi-resolution analysis for monitoring the
occurrence of arcing on overhead electrified railways‟, Proceedings of the Institution of
Mechanical Engineers Part F Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 217, n. 4, pp. 177-187,
2003.
10. Landi, A., Sani, L.: „Modulating functions for modelling PWM switching converters‟, IEE
Proceedings Electric Power Applications, vol. 152, n. 4, pp. 783-792, 2005.
11. Balestrino, A., Corsanini, D., Landi, A., Sani, L.: „Circle-based Criteria for Performance
Evaluation of Controlled DC-DC Switching Converters‟, IEEE Transactions on Industrial
Electronics, vol. 53, n. 6, pp.1862-1869, 2006.
12. Landi, A., Menconi, L., Sani, L.: „Hough transform and thermo-vision for monitoring
pantograph-catenary interaction‟, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part F
Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 220, n. 4, pp. 435-447, 2006.
1.
Articoli pubblicati su rivista nazionale
13. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L., Toni, P.: „Reiezione dei disturbi in un laminatoio‟,
Automazione e Strumentazione, n.10, pp. 127-131, Novembre 1998.
14. Balestrino, A., Bruno, O., Landi, A., Sani, L.: „Sensoristica e controllo di pantografi per alta
velocità‟, Automazione e Strumentazione, n.11, pp. 111-116, Dicembre 1998.
15. Bruno, O., Landi, A., Mingozzi, E., Papi, M., Sani, L., Violi, A.G.: „La captazione di corrente e
l‟interazione pantografo-catenaria. I parte: metodologie delle misure per il controllo della
qualità‟, Ingegneria Ferroviaria, pp. 2-24, Aprile 2000.
20
16. Bruno, O., Landi, A., Mingozzi, E., Papi, M., Sani, L., Violi, A.G.: „La captazione di corrente e
l‟interazione pantografo-catenaria. II parte: Metodologie innovative non invasive per il
rilevamento della qualità della captazione nelle catenarie a 3 KV‟, Ingegneria Ferroviaria, pp. 116, Maggio 2000.
17. Balestrino, A, Landi, A., Sani, L.: „Automatizzazione delle procedure di autosintonia per
l'identificazione di modelli di tipo Hammerstein-Wiener‟, Automazione e Strumentazione, n. 3,
pp. 107-112, Marzo 2000.
18. Landi, A., Sani, L., Calabró, F.: „Convertitore di tipo Cuk a logica fuzzy‟, Automazione e
Strumentazione, n. 4, pp. 101-105, Aprile 2000.
19. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L., Di Moia, A.: „SATV per l'autosintonia di regolatori PID‟,
Automazione e Strumentazione, n. 6, pp. 107-111, Giugno 2001.
20. Balestrino, A., Corsanini, D., Pacini, L., Sani, L.: „Sistema di visione per il controllo di qualità in
una fabbrica di cartoni ondulati‟, Automazione e Strumentazione, num. 8, vol. 53, pp. 105-110,
Agosto 2005.
21. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „DATV per l‟autosintonia di regolatori PID‟, Automazione e
Strumentazione, n. 5, vol. 53, pp. 163-166, Maggio 2005.
Articoli scelti, selezionati da conferenze internazionali e ripubblicati su libro
22. Balestrino, A., Bruno, O., Landi, A., Sani, L.: „PANDA: a friendly CAD tool for pantograph
design and testing‟, WIT Transaction on The Built Environment - Computer in Railways IV, vol.
37, pp. 817-826, Computational Mechanics Publications, ISBN 1-85312-598-9, 1998.
23. Bruno, O., Landi, A., Papi, M., Sani, L., Violi, A.G.: 'Software for monitoring pantographcatenary interaction via a phototube sensor', WIT Transaction on The Built Environment Computer in Railways VII, vol. 50, pp. 683-692, Computational Mechanics Publications, ISBN 185312-826-0, 2000.
24. Balestrino, A., Barmada, S., Bruno, O., Landi, A., Papi, M. and Sani, L.: ‘Pantograph-Catenary
monitoring via wavelet transformation‟, WIT Transaction on The Built Environment, vol. 61, pp.
429-438, Computational Mechanics Publications, 2002, ISBN: 1-85312-913-5, 2002.
25. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „New relay feedback method for improved system
identification‟, Chemical Engineering Transaction, vol. 6, pp 137-142, ISBN 88-900775-7-3,
2005.
26. Balestrino, A., Bruno, O., Landi, A., Sani, L.: „Automatic processing analysis of infrared images
for monitoring pantograph catenary interactions‟, WIT Transactions on Modelling and Simulation
– Computational Methods and Experimental Measurements XIII, vol. 46, pp. 819-828,
Computational Mechanics Publications, ISBN: 978-184564-084-2, 2007.
27. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „Subharmonic Oscillations, Relay On-Line Tuning and
Process Identification‟, Chemical Engineering Transaction, vol. 11, pp 965-971, ISBN 8895608-00-6, 2007.
Articoli in libri
28. Balestrino, A., Caiti, A, Landi, A., Sani, L.: „Qualitative Modeling and Identification‟, NonLinear Dynamics and Control in Process Engineering Control in Process Engineering - Recent
Advances, pp. 39-60, Crescelli, S., Continillo, G., Giona, M., Spieger Verlag Italia, ISBN 88-4700161-7, 2001.
21
Articoli presentati a conferenze internazionali
29. Landi, A., Ould Zmirli, M., Sani, L.: „Hammerstein Modelling of Electrical Drives by the AutoTuning Method‟, Conference Mediterraneenne sur l‟Electronique et l‟Automatique (MCEA‟98),
pp. 464-467, September, 1998, Marrakech, Maroc.
30. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „Disturbance rejection in a rolling mill‟, 1998 IEEE
International Conference on Control Applications (CCA 1998), vol. 1, pp. 207-211, September,
1998, Trieste, Italy.
31. Balestrino, A., Marani, G., Sani, L.: „Old techniques and New Tools in Filter Analysis and
Design‟, EAEEIE Annual Conference Educational Innovation in EIE, pp. 76-82, May, 1999,
Capri, Italy.
32. Balestrino, A., Bruno, O., Landi, A., Sani, L., Papi, M., Violi, A.G.: „Phototube sensor for active
pantograph‟, World Congress on Railway Research (WCRR 1999), vol. CD-Rom, pp. 1-7,
October 1999, Tokio, Japan.
33. Balestrino, A, Landi, A., Sani, L.: „ATV technique: troubles and remedies‟, International
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Applications (EPE 2003), vol. CD ROM, pp. 714-729, September 2003, Tolosa, France.
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Articoli presentati a conferenze nazionali
65. Balestrino, A., Bruno, O., Landi, A., Sani, L.: „Sensoristica e controllo di pantografi per alta
velocità‟, 41o Convegno nazionale Anipla, pp. 335-344, Novembre 1997, Torino.
66. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L., Toni, P.: „Reiezione dei disturbi in un laminatoio‟, 41o
Convegno nazionale Anipla, pp. 323-331, Novembre 1997, Torino.
67. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „Automatizzazione delle procedure di autosintonia per
l'identificazione di modelli di tipo Hammerstein-Wiener‟, Automazione 1999, pp. 69-78,
Novembre 1999, Roma.
68. Landi, A., Sani, L., Calabrò, F.: „Convertitore di tipo Cuk a logica fuzzy‟, Automazione 1999, pp.
195-203, Novembre 1999, Roma.
69. O. Bruno, Landi, A., Pucci, E., Sani, L.: „Identificazione del modello medio di convertitori
DC/DC con la tecnica delle funzioni modulanti‟, Automazione 1999, pp. 379-388, Novembre
1999, Roma.
70. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L., Di Moia, A: „SATV per l'autosintonia di regolatori PID‟,
Automazione e Processi Decisionali, pp. 143-152, Novembre 2000, Milano.
71. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „Rilevazioni sperimentali di specifiche di progetto per
regolatori PID‟, Automazione e Processi Decisionali, pp. 153-160, Novembre 2000, Milano.
72. Bruno, O., Sani, L.: „Controllo dell‟aderenza nei sistemi di trasporto ad alta velocità‟, 45°
Convegno Anipla, pp. 427-432, Novembre 2001, Ancona.
73. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „Diagnostica non convenzionale per azionamenti elettrici‟,
Seminario Interattivo su: Azionamenti Elettrici, Evoluzione Tecnologica e Problematiche
Emergenti, vol. 2, pp. 40-68, , Marzo 2002, Bressanone.
74. Bolognesi, P., Bruno, O., Dell‟Aquila, A., Genduso, F., Nuccio, S., Ricco Galluzzo, G., Sani, L.,
Taponecco, L.: „Metodologie di misura e collaudo degli azionamenti elettrici: problematiche e
stato di avanzamento del lavoro normativo‟, Seminario Interattivo su: Azionamenti Elettrici,
Evoluzione Tecnologica e Problematiche Emergenti, vol. 1, pp. 1-33, Marzo 2002, Bressanone.
75. Balestrino, A., Bruno, O., Sani, L.: „Metodi innovativi per il monitoraggio dell‟interazione
pantografo-catenaria‟, Seminario Interattivo su: Azionamenti Elettrici, Evoluzione Tecnologica e
Problematiche Emergenti, Marzo 2004, Bressanone.
76. Bolognesi, P., Bruno, O., Casini, D., Landi, A., Sani, L., Taponecco, L.: „Drive by wire systems:
solutions and trends in automotive ambit‟, Seminario Interattivo su: Azionamenti Elettrici,
Evoluzione Tecnologica e Problematiche Emergenti, Marzo 2004, Bressanone.
77. Balestrino, A., Corsanini, D., Pacini, L., Sani, L.: „Sistema di visione per il controllo di qualità in
una fabbrica di cartoni ondulati‟, Anipla 2004, Settembre 2004, Milano.
78. Balestrino, A., Landi, A., Sani, L.: „DATV per l‟autosintonia di regolatori PID‟, Anipla 2004,
Settembre 2004, Milano.
79. Ceraolo, M., Di Donato, A., Sani, L., Cheli, R., Grande, G.: „Sistemi di propulsione ibridi per
migliorare efficienza energetica e emissioni di convogli ferroviari per trasporti regionali su linee
non elettrificate‟, Conferenza nazionale della AEIT, Settembre, 2006, Capri.
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Tesi di dottorato
80. Sani, L.: „Identificazione nel campo continuo: la tecnica delle funzioni modulanti‟, Università di
Pisa, Ottobre, 2000.
Pisa, 23/07/2008
Luca Sani
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