C URRICULUM V ITAE di Elio USAI Informazioni essenziali

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1 C URRICULUM V ITAE di Elio USAI Informazioni essenziali G ENERALITÀ Nome e cognome: Elio USAI Data e luogo di nascita: 22 Ottobre 1960, Sassari, Italia Nazionalità: italiana Residenza: Cagliari, Italia Reperibilità: Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica, Piazza d'armi, I Cagliari, Italia; tel ; fax ; P OSIZIONE A TTUALE Professore associato del settore scientifico-disciplinare ING-INF/04 (Automatica) presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica, Università degli Studi di Cagliari, dall Ottobre P OSIZIONI P RECEDENTEMENTE R ICOPERTE Servizio di leva in qualità di Ufficiale di Complemento (A.N.) della M.M. dal 24/9/1985 al 23/3/1987. Tecnologo per lo sviluppo dei cavi per telecomunicazioni presso la Direzione Ricerca e Sviluppo, Laboratori di Milano, della Pirelli Cavi S.p.A. dal 6/1987 al 9/1988. Tecnologo dei Servizi Ausliari presso lo stabilimento EniChem di Porto Torres dal 10/1988 al Responsabile di produzione dei Servizi Ausiliari dello stabilimento EniChem di Porto Torres dal 1990 al 9/1994. Ricercatore, prima libero e poi confermato, del settore scientifico-disciplinare Automatica presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica, Università degli Studi di Cagliari dal 9/1994 al 9/2000. F ORMAZIONE Laurea con lode in Ingegneria Elettrotecnica, conseguita il 12/4/1985 presso la Facoltà di Ingegneria dell Università degli Studi di Cagliari, con discussione della tesi Controllo ottimo in tempo minimo di sistemi forestali. A TTIVITÀ SVOLTA a) Attività scientifica L attività scientifica interessa/ha interessato i seguenti settori: Sistemi a struttura variabile L obiettivo principale della ricerca svolta è quello di eliminare completamente, o limitare significativamente, le problematiche connesse all utilizzo di un controllo discontinuo per la reizione di incertezze di modello e disturbi di tipo matching. Sono state individuate tecniche efficienti di adattamento dell ampiezza del controllo discontinuo e si è sviluppato un algoritmo di controllo originale per sistemi a grado relativo due, realizzante uno sliding mode del secondo ordine. Di tale algoritmo sono state analizzate le caratteristiche di Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 1 di 16

2 robustezza rispetto all implementazione digitale, ed è stato generalizzato per conferirgli proprietà di convergenza globale. Attualmente l attività di ricerca in tale ambito è focalizzata sull analisi e l incremento della accuracy del controllo sliding mode in presenza di dinamiche, anche non modellate, di attuatori e sensori. Output-feedback robusto di sistemi non lineari L utilizzo di derivatori real-time permette teoricamente la realizzazione di strutture di controllo robusto per sistemi non lineari. Un problema essenziale è l influenza del rumore di misura sulle prestazioni del sistema di controllo nel suo complesso. L analisi comparativa degli effetti del rumore di misura rispetto ai possibili differenziatori implementabili costituisce la base per la efficacia delle varie strutture di controllo proposte in letteratura. L utilizzo di sliding mode di ordine superiore sembra essere promettente in tale ambito. Controllo di sistemi meccanici Sono state analizzate le applicazioni di tecniche di controllo robusto, output-feedback, non lineare mediante sliding modes a sistemi meccanici affetti da incertezze. In particolare si sono affrontate le problematiche connesse al controllo di pantografi ferroviari per l alta velocità, al controllo ibrido di manipolatori robotici, al controllo di gru a portale e di sistemi di propulsione a getto per ROV. Per quest ultimi due sistemi sono state completate con successo prove sperimentali su modelli da laboratorio. Controllo e sincronizzazione di circuiti caotici L utilizzo di differenziatori real-time realizzati mediante sliding modes di ordine superiore permette di implementare efficacemente osservatori algebrici, e non, per la ricostruzione dello stato di sistemi caotici. Inoltre la combinazione di differenziatori e controllori sliding mode permette il controllo delle traiettorie di tali sistemi. Sono state realizzate con successo prove sperimentali sul circuito di Chua. Modellazione di sistemi ibridi La presenza di discontinuità nel controllo e/o nello stato rende di tipo ibrido la dinamica di una gran parte dei sistemi dinamici. È stato sviluppato un modello formale per sistemi ibridi, di una certa complessità, che pur risultando interessante da un punto di vista metodologico è risultato di difficile utilizzo nelle applicazioni. Identificazione parametrica in sistemi non lineari In tale ambito sono state sviluppate alcune procedure numeriche per l identificazione della dinamica di un sistema non lineare a partire da serie storiche. Le procedure sono state verificate sui dati disponibili di accrescimento di un sistema forestale. Tale tema era connesso a quello della tesi di laurea, che ha anche portato allo sviluppo di codici numerici per algoritmi di controllo ottimo. b1) Attività didattica istituzionale incarichi ufficiali a.a.dal 1998/99 al 2001/02: Controllo digitale (½ annualità) Laurea in Ingegneria Elettronica. a.a. 1998/99: Teoria del controllo (25 h) Diploma Universitario in Ingegneria dell'ambiente e delle Risorse. a.a. 1999/00: Ottimizzazione nei sistemi di controllo (1 annualità) Lauree in Ingegneria Elettronica ed Ingegneria Elettrica. a.a. 2000/01 e 2001/02: Controlli automatici 1 (6 CF-60 h) Lauree (NO) in Ingegneria Elettronica ed Ingegneria Elettrica. a.a. 2001/02: Didattica delle tecnologie e componentistica per il controllo (20 h) nell ambito del corso integrato Didattica dell Automatica (S.S.I.S.S.). a.a. 2002/03 e 2004/05: Controllo digitale (6 CF-60 h) Laurea (NO) in Ingegneria Elettronica, Sistemi di supervisione e controllo (3 CF-30 h) Lauree (NO) in Ingegneria Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 2 di 16

3 Elettronica ed Ingegneria Elettrica), Analisi dei sistemi 2 (5 CF-50 h) Laurea (NO) e Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica. a.a. 2004/05: Didattica dei controlli automatici (20 h) nell ambito del corso integrato Didattica dell Automatica (SSIS-indirizzo tecnologico), Didattica dei sistemi di supervisione e controllo (20 h) nell ambito del corso integrato Laboratorio di Didattica dell Automatica (SSIS-indirizzo tecnologico). b2) Attività didattica istituzionale collaborazioni a.a. 1994/95: esercitazioni di Ottimizzazione nei sistemi di controllo (25 h); esercitazioni di Controlli automatici (4 h). a.a. 1995/96 e 1996/97: esercitazioni di Ottimizzazione nei sistemi di controllo (25 h); esercitazioni del corso Analisi dei sistemi (14 h); Controlli automatici (4 h); Controllo digitale (6 h). a.a. 1997/98: esercitazioni di Ottimizzazione nei sistemi di controllo (25 h); esercitazioni del corso Analisi dei sistemi (14 h). a.a. 1998/99: esercitazioni del corso Analisi dei sistemi (6 h). b3) Attività didattica istituzionale tutorato TESI DI LAUREA: è stato relatore/co-relatore di diverse tesi di laurea su Controllo dei canali e delle reti in pressione, Algoritmi per il controllo ottimo, Identificazione di sistemi forestali, Controllo a struttura variabile, Controllo di processi, Controllo robusto di sistemi meccanici. Alcune tesi sono state svolte in collaborazione con EniChem S.p.A. Stabilimento di Porto Torres, con Hydrocontrol Poggio dei Pini, Capoterra (CA), con Flamingo Automation S.r.l.. DOTTORATO: ha collaborato e collabora alle attività di formazione e ricerca di alcuni studenti del dottorato in Elettronica ed Informatica, Università di Cagliari. c) Altre attività didattiche 1/86 4/86: Elettronica per allievi tecnici elettronici, Scuola Sottufficiali M.M., Taranto. 12/6/1997 e 30/10/1997: Sistemi di regolazione locale (6 h), Corso La telegestione nei sistemi idrici - programma ADAPT, Hydrocontrol, Capoterra-Poggio dei Pini (CA). 4/1998: Strumentazione T.A. C (20 h), Corso per operatori di impianto I.G.C.C., SARAS /1998: Sistemi di regolazione e controllo (20 h), Corso di riqualificazione professionale non abilitante per docenti di discipline meccaniche e tecnologia, I.T.I.S. D.SCANO, Monserrato (CA). 9 11/2001: Analisi dei sistemi (30 h), Corso I.F.T.S. per la formazione di Tecnici del lavoro telematico, presso I.T.I.S. G.MARCONI, Cagliari. 12/2002: Teoria dei controlli automatici (30 h), Corso I.F.T.S. per la formazione di Tecnici per la conduzione di navi mercantili, presso I.T.N.S. Buccari, Cagliari. dall a.a. 2001/02: Modulo Simulink (12 h) nell ambito del Seminario semestrale MATLAB-Simulink per l Ingegneria (2 CF), Facoltà di Ingegneria, Università di Cagliari. 30/01/2004: modulo su PLC e DCS (8h) nell ambito del corso Elementi di probabilità e statistica applicata ai problemi di produzione e ai controlli, AUSI, Iglesias (CA). maggio 2004: Controllo di sistemi idrici, Progetto AQUATEC-Formazione, P.O.N., Hydrocontrol, Capoterra-Poggio dei Pini (CA). d) Collaborazioni scientifiche con enti ed industrie Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 3 di 16

4 Progetto SECrET (Sistema Efficiente di Crittografia mediante Evoluzioni Temporali caotiche), resp. S. Cincotti (DIBE, Università di Genova), commissionato dalla società F.S.T. del Gruppo Atlantis (Cagliari). e) Servizi prestati rappresentante dei Ricercatori nel CCL di Ingegneria Elettronica; a.a. 1994/95. membro della Giunta del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica; trienni 1998/2000e 2001/03. membro del Collegio dei Docenti del Dottorato in Elettronica ed Informatica dell Università degli Studi di Cagliari, dal XV ciclo. responsabile del laboratorio didattico di Automatica del DIEE; dal 28/3/2000. segretario del Consiglio di Corso di Studio in Ingegneria Elettronica, dal novembre coordinatore dell Indirizzo Tecnologico della S.S.I.S.S. Sardegna, sezione di Cagliari, dal dicembre f1) Attività in gruppi di ricerca in qualità di responsabile 2002: Regione Autonoma della Sardegna (contratto di ricerca), Implementazione di tecniche di controllo innovative su sistemi di controllo distribuito D.C.S. 2003: Regione Autonoma della Sardegna attraverso Università degli Studi di Cagliari, Perturbazioni singolari in sistemi di controllo a astruttura variabile in presenza di dinamiche non modellate di sensori ed attuatori. 2003: Università degli Studi di Cagliari - Progetti di ricerca locale ( ), Metodologie di Controllo Avanzato per Sistemi Incerti ed Ibridi. 2003: Università degli Studi di Cagliari (Assegno di ricerca biennale co-finanziato dal Consorzio 21) Modellazione, supervisione e controllo di sistemi robotica non convenzionali. 2004: Hydrocontrol, Metodologie per la determinazione dei punti di installazione di organi di controllo e misura in reti idriche in pressione. 2004: MIUR, Regolazione robusta di pantografi attivi mediante controllori a struttura variabile inserito nel PRIN biennale Miglioramento della captazione nei treni ad alta velocità mediante sviluppo di pantografi attivi e di tecniche di diagnostica non invasiva, resp. Naz. Prof. A. Landi f2) Attività in gruppi di ricerca in qualità di partecipante MURST 40% (1995, 1996): Ingegneria del Controllo, resp. naz. A. Balestrino, resp. loc. G. Corriga. MURST PRIN ( ): Ingegneria del Controllo, resp. naz. A. Balestrino, resp. loc. G. Corriga. C.N.R. progetto coordinato (1998, 1999): DEDICA: Dinamica ad eventi discreti ed ibrida per il controllo della fabbrica del futuro, resp. S. Nicosia. Regione Autonoma della Sardegna ( ): Modellistica e gestione di sistemi forestali, resp. G. Corriga. Regione Autonoma della Sardegna ( ): Realizzazione di un prototipo per il calcolo della velocità di un motore asincrono a partire da misure di posizione, resp. G. Bartolini. Università degli Studi di Cagliari ( ): Indagine conoscitiva e possibili interventi di razionalizzazione dei processi produttivi del settore agro-alimentare in Sardegna, resp. G. Corriga. Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 4 di 16

5 Università degli Studi di Cagliari - ex MURST 60% ( ): Sliding modes di ordine superiore nella modellistica, nel controllo e nell'identificazione di sistemi non lineari incerti, resp. G. Bartolini. Università degli Studi di Cagliari - ex MURST 60% ( ): Controllo e stima dello stato per sistemi lineari tempo-varianti, resp. G. Corriga. Università degli Studi di Cagliari Progetti di ricerca locale ( ): Aspetti realizzativi di controllori a struttura variabileper sliding modes di ordine, resp. G. Bartolini. Università degli Studi di Cagliari Progetti di ricerca locale (1997): Sintesi di controllori CGO per sistemi lineari a tempo discreto con vincoli sul controllo, resp. G. Corriga. Università degli Studi di Cagliari Progetti di ricerca locale (1998): Controllo delle vibrazioni in sistemi meccanici, resp. G. Corriga. Università degli Studi di Cagliari Progetti di ricerca locale (1999): Metodi avanzati di controllo applicato ai sistemi meccanici soggetti a oscillazioni, resp. G. Corriga. MURST Progetti di rilevante interesse nazionale ( ): Controlli innovativi nei sistemi di trasporto ad alta velocità, resp. naz. A. Balestrino, resp. loc. G. Corriga. Università degli Studi di Cagliari Progetti di ricerca locale (2000): Controllo di veicoli robotici sottomarini mediante tecniche Sliding Modes, resp. G. Bartolini. Università degli Studi di Cagliari Progetti di ricerca locale (2001): Controlli Avanzati per Sistemi Incerti e Ibridi, resp. G. Corriga. g) Organizzazione di eventi scientifici Membro del Local Comitte del 4th Int. Workshop on Discrete Event Systems (WODES'98), Cagliari, Italy, August Organizzatore/Co-organizzatore delle seguenti sessioni in conferenze internazionali: Real sliding behaviours in time delay and discrete time control systems, e Variable structure controllers and sliding order, 6 th IEEE Mediterranean Conference on Control and Systems, Alghero, Italy, giugno 1998 Implementation Issues of Sliding Mode Control Systems, 39 th IEEE Conference on Decision and Control (CDC 2000), Sydney, Australia, dicembre Variable Structure Control of Mechanical Systems, e VSS Approach to some Problems in Control Applications, 40 th IEEE Conference on Decision and Control (CDC 2001), Orlando, Florida, dicembre 2001 Membro del International Program Committee della 2nd IFAC conference on the Analysis and Design of Hybrid Systems (ADHS'06), Alghero, Italy, June Organizzatore del 9th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS 06), Sardegna, 2006 h) Attività editoriale Revisore per diverse riviste internazionali del settore. i) Attività tecnica Come tecnologo per lo sviluppo di cavi per telecomunicazioni presso la Direzione Ricerca e Sviluppo della Società Cavi Pirelli mi sono occupato della individuazione delle modalità operative e delle macchine necessarie per la realizzazione di cavi in fibra ottica di tipo stagno rispondenti ai requisiti di qualità previsti da SIP, A.S.S.T. ed F.S.. Inoltre ho contribuito allo sviluppo di procedure e metodologie per la definizione delle caratteristiche trasmissive e meccaniche delle fibre ottiche, ed ho effettuato studi sull influenza di quest ultime nella produzione, nell'affidabilità e nelle proprietà trasmissive dei cavi per telecomunicazioni. Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 5 di 16

6 Come tecnologo dei Servizi Ausiliari dello stabilimento EniChem di Porto Torres mi sono occupato di alcuni aspetti tecnici relativi a progetti di ammodernamento tecnologico ed adeguamento della rete in media ed alta tensione di distribuzione dell'energia elettrica. Ho seguito le problematiche tecnico/ambientali, e i vincoli legislativi relativi, correlate con l'uso di apparecchiature elettriche isolate con olii potenzialmente cancerogeni (PCB). Inoltre ho effettuato una analisi delle perdite trasmissive della rete elettrica di stabilimento al fine di ottenere il riconoscimento delle deduzioni fiscali connesse. Quale responsabile di produzione dei Servizi Ausiliari dello stabilimento EniChem di Porto Torres mi sono occupato delle problematiche di gestione degli impianti di produzione dei servizi ausiliari di stabilimento (centrale termoelettrica, distribuzione energia elettrica, distribuzione fluidi tecnici, acqua demineralizzata, frazionamento aria, aria compressa). In tale ambito ho partecipato a diversi progetti di ammodernamento tecnologico degli impianti per il conseguimento di obiettivi di ottimizzazione delle modalità produttive. Tale esperienza ha permesso di approfondire la conoscenza delle realtà industriali e delle loro esigenze al fine dell'ottimizzazione delle risorse, nonchè delle tecniche per il controllo e la gestione degli impianti. j) Premi e riconoscimenti Best paper award, nell ambito del simposium Chaos, Anticipation and Mathematical Systems al CASYS 2000, per l articolo Chaos synchronisation via Sliding Modes, autori Barbara CANNAS, Silvano CINCOTTI ed Elio USAI. Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 6 di 16

7 ELENCO COMPLETO DELLE PUBBLICAZIONI PER TIPO Articoli su riviste internazionali [J1] Corriga G., Sanna S., Usai E., Usai G., "Some problems in the Identification of a class of Dynamical Models for Forest Growth Simulation", Simulation Practice & Theory, ISSN , vol. 5, no. 7-8, Special Issue Selected papers of the 5 th European Simulation Congress (EUROSIM 95) - Part I, F. Breitenecker & I. Husinsky eds., pp , Elsevier, 1997 [J2] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Application of a sub optimal discontinuous control algorithm for uncertain second order systems", Int. J. of Robust and Nonlinear Control, ISSN , vol. 7, no. 4, Special Issue "New Trends in Sliding Mode Control", Bartolini G., Ferrara A. & S. Spurgeon eds., pp , John Wiley & Sons Ltd., 1997 [J3] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Output tracking control of uncertain nonlinear second-order systems", Automatica, vol. 33, no. 12, ISSN , pp , December 1997, Pergamon, 1997 [J4] Bartolini G., Ferrara A., Pisano A., Usai E., "Adaptive reduction of the control effort in chattering free sliding mode control of uncertain nonlinear systems", Journal of Applied Mathematics and Computer Science, ISSN X, vol.8, no.1, Special Issue "Adaptive Learning and Control using Sliding Modes", X. Yu ed., pp , Technical University Press, Zielona Góra, 1998 [J5] Bartolini G., Marchesoni M., Pisu P., Usai E., "Chattering Reduction and Robust Position Control in Induction Motor with Second Order VSS", International Journal of System Science, ISSN , vol. 29, no. 1, January 1988, pp. 1 12, Taylor & Francis, 1998 [J6] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Chattering avoidance by second-order sliding mode control", IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 43, no.2, pp , February 1998, IEEE Inc., Piscataway, 1998 [J7] Giua A., Usai E., "Modelling hybrid systems by high-level Petri nets", Journal Européen des Systémes Automatisés-European Journal of Automation, special issue Automation of mixed processes hybrid dynamical systems - ADPM'98, J.Zaytoon ed., vol. 32, no. 9-10, ISSN , ISBN X, pp , december 1998, Hermes Science Publications, 1999 [J8] Bartolini G., Ferrara A., Punta E., Usai E., "Chattering Elimination in the Hybrid Control of Constrained Manipulators via First/Second Order Sliding Modes", Dynamics and Control, no. 9, pp , K1uwer Academic Publishers, Boston, 1999 [J9] Bartolini G., Pisano A., Usai E., "First and second derivative estimation by sliding mode technique, Journal of signal processing, special issue Nonlinear signal processing (3), M.Tanaka ed., ISSN , vol. 4, no. 2, pp , march 2000, Research Institute of Signal Processing, Tokyo, 2000 [J10] Bartolini G., Ferrara A., Giacomini L., Usai E., "Properties of a combined adaptive/second-order sliding mode control algorithm for some classes of uncertain nonlinear systems", IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 45, no.7, pp , July 2000, IEEE Inc., Piscataway, 2000 [J11] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., Utkin V.I., "On multi-input chattering-free second order sliding mode control, IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 45, no.9, pp , September 2000, IEEE Inc., Piscataway, 2000 [J12] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Levant A., On the robust stabilization of nonlinear uncertain systems with incomplete state availability, J. of Dynamic Systems, Measurement and Control - Trans. ASME, Special Issue on Variable Structure Systems, E.A. Misawa and V.I. Utkin eds., vol. 122, ISSN , pp , december 2000 [J13] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Digital second-order sliding mode control for uncertain nonlinear systems, Automatica, ISSN , vol. 37, pp , 2001, Pergamon, 2001 [J14] Bartolini G., Ferrara A., Pisano A., Usai E., On the convergence properties of a 2-sliding control algorithm for non-linear uncertain systems, International Journal of Control, vol. 74, no. 7, pp , ISSN , Taylor & Francis, 2001 Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 7 di 16

8 [J15] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Global stabilization for nonlinear uncertain systems with unmodeled actuator dynamics, IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 46, no. 11, pp , november 2001, IEEE Inc., Piscataway, 2001 [J16] Cannas B., Cincotti S., Usai E., An algebraic observability approach to chaos synchronisation by sliding differentiators, IEEE Trans. Circuit & Systems-I: Fundamental Theory and Applications, ISSN , vol. 49, no. 7, pp , july 2002, IEEE Inc., Piscataway, 2002 [J17] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Second-order sliding mode control of container cranes, Automatica, ISSN , vol. 38, no. 10, pp , 2002, Pergamon, 2002 [J18] Bartolini G., Damiano A., Gatto G., Marongiu I., Pisano A., Usai E., "Robust Speed and Torque Estimation in Electrical Drives by Second Order Sliding Modes", IEEE Trans. Control Systems Technology, ISSN , vol. 11, no. 1, pp 84-90, January 2003, IEEE Inc., Piscataway, 2003 [J19] Bartolini G., Pisano A., Punta E., Usai E., A survey of applications of second-order sliding mode control to mechanical systems, International Journal of Control, ISSN , Special issue dedicated to Vadim Utkin on the occasion of his 65 th Birthday, L.M. Fridman ed., vol. 76, no. 9/10, pp , Taylor & Francis, 2003 [J20] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Output-feedback control of container cranes: a comparative analysis, Asian Journal of Control, ISSN , vol. 5, no. 4, pp , December 2003 [J21] Usai E., Modeling and IPC control of interactive mechanical systems: a coordinate-free approach. Stefano Stramigioli; LNCIS 266, Springer, London, 2001, book review, Automatica, ISSN , vol. 40, no. 1, pp , January 2004 [J22] Pisano A., Usai E., Output-Feedback Regulation of the Contact-Force in the High-Speed Train Pantographs, J. of Dynamic Systems, Measurement and Control - Trans. ASME, ISSN , vol. 126, pp , March 2004 [J23] Pisano A., Usai E., Output-feedback control of an underwater vehicle prototype by higher-order sliding modes, Automatica, ISSN , vol. 40, no. 9, pp , september 2004 [J24] Bartolini G., A. Pisano, E. Usai, An improved Second-Order Sliding Mode Control Scheme Robust Against the Measurement Noise, IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 49, no. 10, pp , october 2004, IEEE Inc., Piscataway, 2004 [J25] Cannas B. Cincotti S., Usai E., A chaotic mudulation scheme based on algebraic observabilty and sliding mode differentiators, Chaos, Solitons & Fractals, to appear Capitoli di libri internazionali [BC1] Bartolini G., Sanna S., Usai E., "Robust Near Optimal Control Via Unchattering Sliding Mode Control", in Computing anticipatory systems-casys First Int. Conf., Daniel M. Dubois ed., AIP Conference Proceedings, vol. 437, ISSN X, ISBN , pp , American Institute of Physics, Woodbury, New York, 1998 [BC2] Bartolini G., Ferrara A., Levant A., Usai E., "On second order sliding mode controllers", ", in Variable Structure Systems, Sliding Mode and Nonlinear Control, K.D. Young and Özgüner Ü. eds., Lecture Notes in Control and Information Series, LNCIS 247, ISBN I , pp , Springer-Verlag, London, 1999 [BC3] Bartolini G., Pisano A., Usai E., "Variable structure control of nonlinear sampled data systems by second order sliding modes", in Variable Structure Systems, Sliding Mode and Nonlinear Control, K.D. Young and Özgüner Ü. eds., Lecture Notes in Control and Information Series, LNCIS 247, ISBN I , pp , Springer-Verlag, London, 1999 [BC4] Cannas B., Cincotti S., Usai E., Chaos Synchronisation via Sliding Modes, in Computing Anticipatory System: CASYS 2000-Fourth Int. Conf., D.M. Dubois ed., AIP Conference Proceedings, vol. 573, ISSN X, ISBN , pp , Melville, New York, 2001 [BC5] Bartolini G., Pillosu S., Pisano A., Usai E., "Time-Optimal Stabilization for a Third-Order Integrator: a Robust State-Feedback Implementation", in Dynamics, Bifurcations and Control, F. Colonius and L. Grüene eds., Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 8 di 16

9 Lecture Notes in Control and Information Sciences, vol. LNCIS 273, ISBN , pp , Springer-Verlag, Berlin, 2002 [BC6] Bartolini G., Levant A., Pisano A., Usai E., "Higher-Order Sliding Modes for the Output-Feedback Control of Nonlinear Uncertain Systems", in Variable Structure Systems: Towards the 21th Century, X. Yu and J. Xu eds., Lecture Notes in Control and Information Sciences, vol. LNCIS 274, ISBN , pp , Springer-Verlag, Berlin, 2002 [BC7] Bartolini G., A. Pisano, E. Punta, E. Usai, Motion Control of Underwater Objects by Using Second Order Sliding Modes Techniques, in Variable Structure Systems: From Principles to Implementation, A. Sabanovic, L. Fridman and S. Spurgeon eds, IEE Control Series 66, Chapter 16, pp , ISBN , The IEE-Control Engineering, London, 2004 Comunicazioni a congressi, simposi, workshop internazionali [IC1] Grasso G., Meli F., Usai E., Esposto F., "Microbending effects in single mode optical cables", International Wire & Cable Symposium Proceedings 1988, pp , Reno, Nevada (U.S.A.), November [IC2] Salimbeni D., Sanna S., Usai E., "A General Formulation of the Extremality Conditions for Uncostrained State Variable Optimal-Control Problems, Particularly Suited for Computer Implementation", in Dynamic Analisis of Complex Systems (Acts of the European Conference of System Dynamics, Milano, Italy, October 1990), V. D'Amato & C. Maccheroni eds., pp , ISBN , Franco Angeli Libri s.r.l., Milanon, 1990 [IC3] Corriga G., Sanna S., Usai E., Usai G., "Modelling and simulation of forest stands growth", in Eurosim'95 Simulation Congress - Proceedings of the 1995 EUROSIM Conference, Vienna, September 1995, F. Breitenecker & I. Husinsky eds., pp , ISBN , Elsevier Science Publishers, Amsterdam, The Nederlands, 1995 [IC4] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Hybrid force position control of constrained manipulators by means of unchattering VSC", in Robotics and Manufactory Systems, Proceedings of the World Automation Congress WAC 96, Montpellier, France, May , M. Jamshidi & F. Pin eds., vol. 3, pp , ISBN , TSI Press Series, Albuquerque, 1996 [IC5] Sanna S., Usai E., "Computer aided solution of non-singular optimal control problems", Proceedings of 4 th IFIP WG-7.6 Working Conference on Optimization-Based computer-aided Modelling and Design, pp , Noisy-le-Grand, France, May [IC6] Bartolini G., Ferrara A., Punta E., Usai E., "Chattering-free sliding mode control of constrained manipulator", presented at the Congress on Mathematical Theory of Networks and Systems (MTNS 1996), St. Luis, Missouri (U.S.A.), June [IC7] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Sub-optimal sliding mode control of uncertain second order dynamical systems", Proceedings of 13 th IFAC World Congress, San Francisco, California (U.S.A.), June 30 July , vol. E - Nonlinear Systems I, R.Bitmead & A. Isidori eds., pp , Pergamon, 1996 [IC8] Sanna S., Usai E., "A general algorithm for the formulation and solution of non singular optimal control problems", Proceedings of the IMACS Multiconference (CESA 96), Symposium on Control, Optimization and Supervision, vol. 2, ISBN , pp , Lille, France, July [IC9] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Stabilization of Uncertain Second Order Systems with Incomplete State Measure via Second Order Sliding Modes", Proceedings of the IMACS Multiconference (CESA 96), Symposium on Modelling, Analysis and Simulation, vol. 2, ISBN , pp , Lille, France, July , (invited) [IC10] Bartolini G., Ferrara A., Giacomini L., Usai E., "A Combined Backstepping/Second Order Sliding Mode Approach to Control a Class of Nonlinear Systems", Proceedings of 1996 IEEE Int. Workshop on Variable Structure Systems - VSS'96, Seiken Symposium n 19, Tokyo, Japan, December , ISBN , pp , IEEE Inc., Piscataway, 1996 [IC11] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Second order VSC for non linear systems subjected to a wide class of uncertainty conditions", Proceedings of 1996 IEEE Int. Workshop on Variable Structure Systems - VSS'96, Seiken Symposium n 19, Tokyo, Japan, December , ISBN , pp , IEEE Inc., Piscataway, 1996 Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 9 di 16

10 [IC12] Giua A., Usai E. "High-Level Hybrid Petri Nets: a Definition", Proceedings of 35th IEEE Conference on Decision and Control (CDC 96), Kobe, Japan, December , ISBN , vol. 1, pp , IEEE Inc., Piscataway, 1996 [IC13] Corriga G., Salimbeni D., Sanna S., Usai E., Usai G., "Water saving in canal distribution systems by means of centralized control", presented at Int. Conference on "The role of infrastructures for the development of the Mediterranean Islands", Iraklion, Crete, Greece, February, [IC14] Bartolini G., Ferrara A., Punta E., Usai E., "Application of a second order sliding mode control to constrained manipulators", Proceedings of the 1997 European Control Conference (ECC'97), vol.3, track WE-E K2, Brussels, Belgium, July [IC15] Bartolini G., Sanna S., Usai E., "Robust near optimal control via unchattering sliding mode control", 1 st Int. Conference on Computing Anticipatory Systems (CASYS'97) - Abstract Book, Simposium II, pp , Liege, Belgium, August , (invited) [IC16] Bartolini G., Ferrara A., Punta E., Usai E., "A combined first and second order sliding mode approach for hybrid control of constrained manipulators", Proceedings of the 36 th IEEE Conference on Decision and Control (CDC'97), San Diego, California (U.S.A.), December , vol. 2, ISBN , pp , IEEE Inc., Piscataway, 1997 [IC17] Giua A., Usai E., "Modelling Hybrid Systems by High-Level Petri Nets", Hybrid Dynamical Systems, Proceedings of the 3 rd Int. Conference on Automation of Mixed Processes (ADPM'98), Reims, France, March , ISBN , pp , Presses Universitaires de Reims, 1998 [IC18] Sanna S., Seatzu C., Usai E., "An effective procedure for growth models parameter estimation", Proceedings of the IMACS Multiconference (CESA'98) Symposium on Modeling, Analysis and Control, ISBN , vol. 1, pp , Nebeul-Hammamet, Tunisia, April [IC19] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Real-Time Output Derivatives Estimation by Means of Higher Order Sliding Modes", Proceedings of the IMACS Multiconference (CESA'98) Symposium on Modeling, Analysis and Control, ISBN , vol.1, pp , Nebeul-Hammamet, Tunisia, April , (invited) [IC20] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., Utkin V.I., "Second Order Chattering-Free Sliding Mode Control for some Classes of Multi-Input Uncertain Nonlinear Systems", in Theory and practice of control and systems - Proceedings of the 6th IEEE Mediterranean Conference on Control and Systems, Alghero, Italy, June 1998, A. Tornambè, G. Conte, A.M. Perdon eds., ISBN , pp , World Scientific, Singapore, 1998 [IC21] Bartolini G., Pisano A., Usai E., "Digital Second Order Sliding Mode Control with Uncertainties Estimation for a Class of SISO Nonlinear Systems", in Theory and practice of control and systems - Proceedings of the 6th IEEE Mediterranean Conference on Control and Systems, Alghero, Italy, June 1998, A. Tornambè, G. Conte, A.M. Perdon eds., ISBN , pp , World Scientific, Singapore, 1998 [IC22] Bartolini G., Pisano A., Usai E., "Digital Second Order Sliding Mode Control of SISO Uncertain Nonlinear Systems", Proceedings of the 1998 American Control Conference (ACC'98), Philadelphia, (U.S.A.), June , ISBN , vol. 1, pp , IEEE Inc., Piscataway, 1998 [IC23] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "On Boundary Layer Reduction in Sliding Mode Control of SISO Uncertain Nonlinear Systems", Proceedings of the 1998 IEEE International Conference on Control Applications (CCA 98), Trieste, Italy, 1 4 September 1998, ISBN , pp , IEEE Inc., Piscataway, 1998 [IC24] Bartolini G., Punta E., Usai E., "Tracking control of underwater vehicles including thruster dynamics by second order sliding modes", Proceedings of the 1998 IEEE Conference & Exibition Oceans'98, Nice, France, 28 September-1 October 1998, ISBN , vol. 3, pp , IEEE Inc., Piscataway, 1998 [IC25] Bartolini G., Ferrara A., Levant A., Usai E., "On second order sliding mode controllers", Proceedings of the 5 th International Workshop on Variable Structure Systems (VSS'98), pp , Longboat Key, Florida (U.S.A.), December 1998 [IC26] Bartolini G., Pisano A., Usai E., "Variable structure control of nonlinear sampled data systems by second order sliding modes", Proceedings of the 5th International Workshop on Variable Structure Systems (VSS'98), pp.18-25, Longboat Key, Florida (U.S.A.), December 1998 Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 10 di 16

11 [IC27] Bartolini G., Pisano A., Usai E., "Direct Discretization of Second Order Sliding Mode Control for Uncertain Nonlinear Systems", Proceedings of the37th IEEE Conference on Decision and Control (CDC'98), Tampa, Florida (U.S.A.), December 1998, ISBN, pp , IEEE Inc., Piscataway, 1998 [IC28] Bartolini G., Levant A., Usai E., Pisano A., "2-Sliding Mode with Adaptation", Proceedings of the 7 th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED 99), pp , Haifa, Israel, June 1999 [IC29] Damiano A., Gatto G., Pisano A., Usai E., "Digital Second Order Sliding Mode Control of PM DC Motor", Proceedings of the IEEE Int. Symposium on Industrial Electronics (ISIE 99), Bled, Slovenia, July 1999, ISBN , pp , IEEE Inc., Piscataway, 1999 [IC30] Damiano A., Gatto G., Marongiu I., Pisano A., Usai E., "Rotor speed estimation in electric drives via digital second order sliding differentiator", Proceedings of the 1999 European Control Conference (ECC'99), paper , 31 august - 3 september, Karlsruhe, Germany, 1999, (invited) [IC31] Bartolini G., Pisano A., Usai E., "A digital 2-sliding control algorithm for a class of uncertain nonlinear plants", Proceedings of the 1999 European Control Conference (ECC'99), paper , 31 august - 3 september, Karlsruhe, Germany, 1999, (invited) [IC32] Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "On multi-input second order sliding mode control of nonlinear systems with uncertainty", Proceedings of the38 th IEEE Conference on Decision and Control (CDC'99), Phoenix, Arizona (U.S.A.), 7-10 December 1999, ISBN X, pp , (invited), IEEE Inc., Piscataway, 1999 [IC33] Bartolini G., Levant A., Pisano A., Usai E., "A 2-sliding mode observer-controller scheme for nonlinear uncertain systems", Proceedings of the38 th IEEE Conference on Decision and Control (CDC'99), Phoenix, Arizona (U.S.A.), 7-10 December 1999, ISBN X, pp , IEEE Inc., Piscataway, 1999 [IC34] Cannas B., Cincotti S., Usai E., Chaos synchronisation via sliding modes, 4 th Int. Conference on Computing Anticipatory Systems (CASYS 2000)-Abstract Book, Simposium 2, pp , Liege, Belgium, August , (invited), (Best Paper Award for the Symposium Chaos, Anticipation and Mathematical Systems) [IC35] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Digital sliding mode control with O(T 3 ) accuracy, in Advances in Variable Structure Systems Analysis, Integration and Application. Proceedings of the 6 th IEEE Int. Workshop on Variable Structure Sysstems (VSS 2000), Gold Coast, Australia, December 2000, X.Yu and J.-X.Xu eds., ISBN , pp , World Scientific Publishing, Singapore, [IC36] Bartolini G., Murineddu A., Pisano A., Usai E., A combined first-order second-order sliding mode control scheme for IM drives, in Advances in Variable Structure Systems Analysis, Integration and Application. Proceedings of the 6 th IEEE Int. Workshop on Variable Structure Sysstems (VSS 2000), Gold Coast, Australia, December 2000, X.Yu and J.-X.Xu eds., ISBN , pp , World Scientific Publishing, Singapore, [IC37] Bartolini G., Orani N., Pisano A., Usai E., Load swing damping in overhead cranes by sliding mode technique, Proceedings of the 39th IEEE Conference on Decision and Control (CDC 2000), Sydney, Australia, December 2000, ISBN , #1697, IEEE Inc., Piscataway, 2000, (invited) [IC38] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Global stabilization and peaking reduction for nonlinear uncertain systems with unmodelled actuator dynamics, Proceedings of the 39th IEEE Conference on Decision and Control (CDC 2000), Sydney, Australia, December 2000, ISBN , #257, IEEE Inc., Piscataway, 2000 [IC39] Bartolini G., Cisci L., Pisano A., Usai E., "Navigation and Control of AUVs via Second Order Sliding-Modes and Extended Kalman Filtering", Proc. of the 9th IEEE Mediterranean Conference on Control and Automation (MED 2001), ISBN , #157, Dubrovnik,Croatia, june [IC40] Bartolini G., Pisano A., Usai E., "Chattering Reduction in the Variable Structure Control of Nonlinear Systems with Incomplete State Availability", Proc. of the IEEE European Control Conference 2001 (ECC2001), pp , Porto, Portugal, 4-7 September 2001 [IC41] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Global tracking control for a class of uncertain nonlinear systems, Proc. 40 th Conf. on Decision and Control (CDC01), ISBN , Orlando, FL, december 2001, pp , IEEE Inc., Piscataway, 2001 Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 11 di 16

12 [IC42] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Robust control of container cranes: theory and experimental validation, Proc. 40 th Conf. on Decision and Control (CDC01), ISBN , Orlando, FL, december 2001, pp , IEEE Inc., Piscataway, 2001, (invited) [IC43] Levant A., Pisano A., Usai E., Output-Feedback control of the contact-force in high-speed-train pantographs, Proc. 40 th Conf. on Decision and Control (CDC01), ISBN , Orlando, FL, december 2001, pp , IEEE Inc., Piscataway, 2001, (invited) [IC44] Piga-Carboni A., Pisano A., Usai E., Robust control of the contact force of an asymmetric pantograph, in Computer in Railways VIII - Proc. COMPRAIL VIII, J.Allan, R.J. Hill, C.A. Brebbia, G. Sciutto and S. Sone eds., ISBN , pp , Lemnos, Greece, june 2002, (invited) [IC45] Levant A., Bartolini G., Pisano A., Usai E., "A Real-Sliding Criterion for Control Adaptation", Advances in Variable Structure Systems Theory and Applications. Proceedings of the 7 th IEEE Int. Workshop on Variable Structure Sysstems (VSS 2002), Sarajevo, YUG, July 2002, A. Sabanovic ed., ISBN , pp , ETF Sarajevo, 2002 [IC46] Cannas B., Pisano A., Usai E., Cincotti S., "Robust chaos synchronisation: a comparative analysis", Advances in Variable Structure Systems Theory and Applications. Proceedings of the 7 th IEEE Int. Workshop on Variable Structure Sysstems (VSS 2002), Sarajevo, YUG, July 2002, A. Sabanovic ed., ISBN , pp , ETF Sarajevo, 2002 [IC47] Piga-Carboni A., Pisano A., Usai E., "VSC Applied to a Brecknell-Willis High-Speed Pantograph, Advances in Variable Structure Systems Theory and Applications. Proceedings of the 7 th IEEE Int. Workshop on Variable Structure Sysstems (VSS 2002), Sarajevo, YUG, July 2002, A. Sabanovic ed., ISBN , pp , ETF Sarajevo, 2002 [IC48] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Output-feedback control of container cranes: a comparative analysis, Proc. 41 st Conf. on Decision and Control (CDC02), ISBN , Las Vegas, USA, December 2002, pp , IEEE Inc., Piscataway, 2002, (invited) [IC49] Cannas B., Cincotti S., Pisano A., Usai E., Controlling Chaos Via Second-Order Sliding Modes, Proc. of the 2003 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2003), ISBN , paper # 2220, Bankok, Thailand, May 2003 [IC50] Pisano A., Usai E., Output-Feedback Control of an Undewater Vehicle Prototype: Theory and Experiments, Proc. of the 4th IFAC Symposium on Robust Control Design (ROCOND 2003), paper # 70, Milano, June 2003 [IC51] Pisano A., Usai E., An improved second-order sliding mode control scheme robust against the measurement noise, Proc. 42 nd Conf. on Decision and Control (CDC03), ISBN X, pp , Maui (HI), USA, December 2003 [IC52] Bartolini G., Pisano A., Usai E., Sliding-mode control with a mild information demand for relative degree 3 systems, Proc. 42 nd Conf. on Decision and Control (CDC03), ISBN X, pp , Maui (HI), USA, December 2003 [IC53] Bartolini G, Pisano A., Usai E., On a third-order sliding-mode control algorithm, Proc. of the 8 th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS 04), Vilanova i la Geltru, Spain, september 2004 [IC54] Boiko I. Fridman L., Pisano A., Usai E., Performance analisys of second-order sliding mode systems with fast actuators, Proc. of the 8 th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS 04), Vilanova i la Geltru, Spain, september 2004 [IC55] Boiko I, Fridman L, Pisano A, Usai E., Fast oscillations in feedback control systems with fast actuators driven by the second-order sliding mode 'suboptimal' algorithm,. Proc. 43 rd IEEE Conference on Decision and Control (CDC 04), ISBN , pp , The Bahamas, December 2004 [IC56] Boiko I, Fridman L, Iriarte R, Pisano A, Usai E., Analysis of the sub-optimal second-order sliding-mode control algorithm in the frequency domain, Proc. 43 rd IEEE Conference on Decision and Control (CDC 04), ISBN , pp , The Bahamas, December 2004 [IC57] Boiko I, Fridman L., Orani, N., Pisano A., Usai E., Analysis of nonlinear variable-structure systems with second-order sliding-modes and dynamic actuators, 16 th IFAC World Congress (IFAC 05), Prague, july 2005 Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 12 di 16

13 Comunicazioni a congressi, simposi, workshop nazionali [CN1] Cannas B., Cincotti S., Usai E., Sincronizzazione di sistemi caotici mediante differenziatori sliding modes", Atti di XVI Riunione Annuale dei Ricercatori del Gruppo di Elettrotecnica, Udine,15-17 Giugno 2000 [CN2] Cannas B., Cincotti S., Usai E., Demodulazione caotica basata su osservatori algebrici sliding, Atti di XVII Riunione Annuale dei Ricercatori del Gruppo di Elettrotecnica, Catania, Settembre 2001 [CN3] Corriga G., Pisano A., Usai E., Controllo robusto della forza di contatto in pantografi ferroviari, 45 Convegno Nazionale ANIPLA 2001"-Volume delle Memorie, Ancona, Italia, Novembre 2001, pp , MP Comunicazione Ed., Falconara M.ma (AN), 2001 [CN4] Cincotti S., Di Stefano S., Teglio A., Cannas B., Usai E., Hyperchaos, sincronizzazione identica e generalizzata in sistemi caotici accoppiati, Atti di XVIII Riunione Annuale dei Ricercatori del Gruppo di Elettrotecnica, Messina, Giugno 2002 [CN5] Cincotti S., Teglio A., Cannas B., Usai E., Pisano A., Sincronizzazione e controllo di circuiti e sistemi caotici, Atti di XIX Riunione Annuale dei Ricercatori del Gruppo di Elettrotecnica, Perugia, Giugno 2003 Rapporti tecnici [R1] Salimbeni D., Sanna S., Usai E., "Realizzazione su personal computer HP-9836 di un algoritmo per la soluzione di problemi normali di controllo ottimo in tempo minimo", Rapporti dell'istituto di Elettrotecnica dell'universita' di Cagliari, n 19, Dicembre [R2] Salimbeni D., Sanna S., Usai E., "Implementazione su personal computer HP-9836 di un algoritmo per la soluzione di problemi non singolari di controllo ottimo di tipo bang-bang", Rapporti dell'istituto di Elettrotecnica dell'universita' di Cagliari, n 33, Ottobre 1989 [R3] Giua A., Usai E., "Modelling Hybrid Systems by High-Level Nets", Rapporti del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica - Università di Cagliari, n 96-32, Marzo 1996 [R4] Cannas B., Cincotti S., Usai E., An algebraic observability approach to chaos synchronisation by sliding differentiators, Rapporti del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica - Università di Cagliari, n 99, Maggio 2000 [R5] Cannas B., Cincotti S., Usai E., Analitical evidence of hyperchaotic behaviuous in two coupled Chua s circuits, Rapporti del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica - Università di Cagliari, n 100, Maggio 2000 [R6] Cannas B., Cincotti S., Usai E., Neural reconstruction of Lorentz attractor by observables, Rapporti del Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica - Università di Cagliari, n 101, Maggio 2000 Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 13 di 16

14 ELENCO E PRESENTAZIONE DEI 15 ARTICOLI PIÙ SIGNIFICATIVI Articoli su riviste internazionali 1. Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Output tracking control of uncertain nonlinear second-order systems", Automatica, vol. 33, no. 12, ISSN , pp , December 1997, Pergamon, (B) - [J3] 2. Bartolini G., Ferrara A., Usai E., "Chattering avoidance by second-order sliding mode control", IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 43, no.2, pp , February 1998, IEEE Inc., Piscataway, 1998 (B) - [J6] 3. Giua A., Usai E., "Modelling hybrid systems by high-level Petri nets", Journal Européen des Systémes Automatisés-European Journal of Automation, special issue Automation of mixed processes hybrid dynamical systems - ADPM'98, J.Zaytoon ed., vol. 32, no. 9-10, ISSN , ISBN X, pp , december 1998, Hermes Science Publications, 1999 (A) - [J7] 4. Bartolini G., Ferrara A., Giacomini L., Usai E., "Properties of a combined adaptive/second-order sliding mode control algorithm for some classes of uncertain nonlinear systems", IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 45, no.7, pp , July 2000, IEEE Inc., Piscataway, 2000 (B) - [J10] 5. Bartolini G., Ferrara A., Usai E., Utkin V.I., "On multi-input chattering-free second order sliding mode control, IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 45, no.9, pp , September 2000, IEEE Inc., Piscataway, 2000 (B) - [J11] 6. Bartolini G., Pisano A., Usai E., Levant A., On the robust stabilization of nonlinear uncertain systems with incomplete state availability, J. of Dynamic Systems, Measurement and Control - Trans. ASME, Special Issue on Variable Structure Systems, E.A. Misawa and V.I. Utkin eds., vol. 122, ISSN , pp , december 2000 (A) - [J12] 7. Bartolini G., Pisano A., Usai E., Digital second-order sliding mode control for uncertain nonlinear systems, Automatica, ISSN , vol. 37, pp , 2001, Pergamon, 2001 (B) - [J13] 8. Bartolini G., Pisano A., Usai E., Global stabilization for nonlinear uncertain systems with unmodeled actuator dynamics, IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 46, no. 11, pp , november 2001, IEEE Inc., Piscataway, 2001 (B) - [J15] 9. Cannas B., Cincotti S., Usai E., An algebraic observability approach to chaos synchronisation by sliding differentiators, IEEE Trans. Circuit & Systems-I: Fundamental Theory and Applications, ISSN , vol. 49, no. 7, pp , july 2002, IEEE Inc., Piscataway, 2002 (B) - [J16] 10. Bartolini G., Pisano A., Usai E., Second-order sliding mode control of container cranes, Automatica, ISSN , vol. 38, no. 10, pp , 2002, Pergamon, 2002 (B) - [J17] 11. Bartolini G., Damiano A., Gatto G., Marongiu I., Pisano A., Usai E., "Robust Speed and Torque Estimation in Electrical Drives by Second Order Sliding Modes", IEEE Trans. Control Systems Technology, ISSN , vol. 11, no. 1, pp 84-90, January 2003, IEEE Inc., Piscataway, 2003 (B) - [J18] 12. Bartolini G., Pisano A., Punta E., Usai E., A survey of applications of second-order sliding mode control to mechanical systems, International Journal of Control, ISSN , Special issue dedicated to Vadim Utkin on the occasion of his 65 th Birthday, L.M. Fridman ed., vol. 76, no. 9/10, pp , Taylor & Francis, 2003 (A) - [J19] 13. Pisano A., Usai E., Output-feedback control of an underwater vehicle prototype by higher-order sliding modes, Automatica, ISSN , vol. 40, no. 9, pp , september 2004 (B) - [J23] 14. Bartolini G., A. Pisano, E. Usai, An improved Second-Order Sliding Mode Control Scheme Robust Against the Measurement Noise, IEEE Trans. Automatic Control, ISSN , vol. 49, no. 10, pp , october 2004, IEEE Inc., Piscataway, 2004 (B) - [J24] Capitoli di libri internazionali 15. Cannas B., Cincotti S., Usai E., Chaos Synchronisation via Sliding Modes, in Computing Anticipatory System: CASYS 2000-Fourth Int. Conf., D.M. Dubois ed., AIP Conference Proceedings, vol. 573, ISSN X, ISBN , pp , Melville, New York, 2001 [BC4] Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 14 di 16

15 L attività di ricerca relativa allo sviluppo di metodologie di controllo innovative per il controllo a struttura variabile con sliding modes di ordine superiore ha portato alla definizione di un algoritmo di controllo originale che ha le sue radici nella teoria del controllo ottimo in tempo minimo applicata al semplice caso di un doppio integratore. Infatti, funzione di commutazione è definita sulla base del più recente valore estremale (massimo, minimo o flesso orizzontale locale) della variabile di sliding, e nel caso ideale del doppio integratore riproduce la traiettoria del controllo ottimo in tempo minimo. Tale algoritmo, sotto opportune condizioni, genera sliding modes del secondo ordine ed è individuato nella letteratura come suboptimal 2-SMC. L applicabilità dell algoritmo, inizialmente limitata al caso di sistemi riconducibili ad una dinamica non lineare con grado relativo due, affini nel controllo, con incertezze matching globalmente limitate da funzioni lineari nello stato e con guadagno noto [J3], è stata via via estesa a classi di sistemi più ampie con l introduzione di due ulteriori parametri: il fattore di modulazione dell ampiezza del controllo, ed il fattore di anticipazione. In particolare, quest ultimo parametro permette di anticipare la commutazione rispetto a quella prevista nel caso di controllo ottimo in tempo minimo sulla base di misure dei punti estremali. La taratura opportuna del fattore di anticipazione, ed in casi specifici il suo adattamento on-line, estende l applicazione dell algoritmo di controllo a commutazione alla classe di sistemi costituita da: sistemi con dinamica incerta avente grado relativo due, in forma normale ed affini nel controllo, con guadagno limitato e segno noto, e con termine di drift limitato da funzioni non lineari note qualunque [J15]. Per ridurre la sensibilità dell algoritmo rispetto al rumore di misura, che potrebbe dar luogo ad errate valutazione del più recente valore stremale, è stato proposto un controllore ibrido a stati discreti, ciascuno dei quali rende attiva una particolare formulazione del sub-optimal 2-SMC [J24] Le implicazioni connesse alla implementazione digitale dell algoritmo di controllo sviluppato sono state analizzate in [J13], ove si è mostrato come la digitalizzazione diretta dell algorimo mantiene le proprietà di convergenza ad un Boundary-layer di dimensione O(T 2 )xo(t) dell integral manifold definente lo sliding mode del secondo ordine, dove T rappresenta il periodo di campionamento. In tale articolo sono stati indicati anche i criteri con cui scegliere i parametri dell algoritmo al fine di ridurre la dimensione reale del boundary-layer. Le problematiche connesse all utilizzo del sub-optimal 2-SMC in sistemi Multi-Input è stato affrontato in [J11] dove è stato mostrato che se la matrice del controllo ha una struttura sufficientemente dominante diagonale è sufficiente utilizzare una batteria di controllori di tale tipo. Nel caso di matrici del controllo con altre proprietà, ad esempio solo definite positive, le proprietà di convergenza dell algoritmo sono garantite mediante l implementazione di controllori più complessi che prevedono la presenza di un osservatore. L utilizzo del sub-optimal 2-SMC, come di gran parte degli algoritmi 2-SMC, consente la limitazione del fenomeno del chattering, ovvero di oscillazioni di ampiezza e frequenza non sempre predicibili delle variabili di stato e dell uscita del sistema, dovuto all impossibilità di realizzare dispositivi di controllo in grado di commutare a frequenza infinita, come teoricamente richiesto dall approccio del controllo a struttura variabile mediante sliding modes [J6]. In tale articolo è stato mostrato come l algoritmo permetta di confinare la discontinuità sulla derivata prima della funzione di controllo, che essendo continua limita l instaurarsi del chattering. Esistono, inoltre, altre interessanti applicazioni metodologiche di tale controllore quali la semplificazione degli algoritmi di controllo adattativi mediante backstepping eliminando un passaggio [J10], e l implementazione di differenziatori real-time [J18]. In quest ultimo articolo la utilizzabilità effettiva dell algoritmo sub-optimal come derivatore è stata verifica con una serie di test sperimentali su un azionamento asincrono di cui si sono stimate la velocità di rotazione e la coppia all asse sulla base delle sole misure di un encoder. I risultati ottenuti col derivatore sliding sono stati confrontati con quelli ottenuti con una stima mediante rapporto incrementale, evidenziando i vantaggi del primo. L utilizzo combinato di differenziatori e controllori basati su sliding mode del secondo ordine per affrontare il problema del controllo output-feedback di sistemi non lineari incerti è stato proposto in [J12]. In tale lavoro si è dimostrato come tale approccio permetta di semplificare la struttura del controllore outputfeedback per sistemi con grado relativo due, assicurando nel contempo una legge di controllo continua con derivata discontinua e le proprietà di reiezione dei disturbi matching tipiche del controllo a struttura variabile con sliding modes. Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 15 di 16

16 Tale schema di controllo è stato verificato sperimentalmente su un modello di gru a portale. In particolare in [J17] si è mostrato come per riuscire a far seguire una traiettoria prefissata al carico limitando le oscillazioni durante lo spostamento è necessario definire opportunamente le variabili di sliding (ovvero le superfici di commutazione) nella definizione delle quali è necessario utilizzare la posizione dell asse dei due motori, l angolo di oscillazione e le velocità di rotazione degli assi (stimate mediante differenziazione delle misure da encoder). Il sistema sottoattuato è stato controllato agendo sulle tensioni di comando dei due motori generate mediante una coppia di sub-optimal 2-SMC. La possibilità di utilizzare derivatori basati su sliding modes di ordine superiore per la implementazione di osservatori algebrici è stata analizzata in [J16] dove tale tecnica è stata utilizzata per la ricostruzione dello stato di un sistema caotico. I risultati teorici di ricostruibilità dello stato in tempo finito sono stati verificati con simulazioni su sistemi caotici ed iper-caotici. Poichè la presenza di un rumore sulla stima delle derivate legato al tempo di campionamento finito limità la possibilità di incrementare significativamente l ordine di differenziazione, si è sviluppato un osservatore asintotico basato su uno schema output-feedback, con differenziatore sliding di ordine superiore e controllore sliding del secondo ordine, in cui l operazione di differenziazione viene eseguita sull errore tra le uscite osservabili del sistema e dell osservatore [BC4]. Il vantaggio principale di tale osservatore è che, a regime, il differenziatore ha come ingresso un segnale nullo. Dal punto di vista applicativo sono numerosi i problemi in cui l utilizzo di 2-SMC, ed in particolare del sub-optimal, semplificano notevolmente la struttura del controllore. Oltre che nel caso della gru a portale, si sono mostrati i vantaggi e le potenzialità di tali controllori nel controllo di sistemi meccanici quali pantografi ferroviari per treni ad alta velocità e nel contrastare i fenomeni di attrito coulombiano [J19]. In tale articolo si è inoltre mostrato come la formulazione dell algoritmo sub-optimal generalizzato con l introduzione del fattore di anticipazione descriva tutta una classe di controllori sliding modes del secondo ordine. Nell articolo [J23] sono presentati i risultati dell attività sperimentale svolta nell ambito del controllo di sistemi mobili mediante attuatori monodirezionali. In particolare si sono verificate le prestazioni del sistema di propulsione a jet applicato ad un carrello immerso in acqua. L applicazione di tecniche di controllo a struttura variabile ha permesso il controllo di posizione del carrello senza che il controllore contenga informazioni sul modello, e quindi la regolazione precisa della forza di spinta. Nell articolo [J7] è stato proposto un modello formale per la rappresentazione di sistemi ibridi che è basato su una estensione dei concetti presenti nelle reti di Petri colorate e di alto livello. Si è mostrato come tale modello sia in grado di rappresentare i fenomeni tipici dei sistemi ibridi (salti di stato e commutazioni di dinamica sia autonomi che forzati) mediante una matrice di funzioni. Tale rappresentazione risulta però di difficile utilizzo per le applicazioni del controllo, mentre può essere ritenuta interessante per la simulazione, essendo estremamente generale. Resumé del Curriculum Vitae di Elio USAI - Pagina 16 di 16

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