Diagnosi misfire: analisi delle strategie e automatizzazione di un processo di calibrazione di un motore V6 twin spark con sistema a precamera

L’obiettivo del seguente elaborato è quello di spiegare le modalità con cui viene monitorato il misfire, le varie strategie a supporto e la calibrazione che ne consegue in un motore V6 Twin Spark con sistema a precamera. Le varie attività sono state svolte nel gruppo OBD presso il dipartimento Powertrain dell’azienda Maserati S.p.A. nell’ambito della diagnosi misfire. Nella prima parte dell’elaborato verrà introdotto un quadro illustrativo delle normative vigenti in tema di emissioni per un motore a combustione interna che delineerà l’esigenza di avere un sistema di monitoraggio On-Board Diagnostic, e verranno descritte le principali diagnosi per i componenti meccanici ed elettronici. Nel secondo capitolo verrà introdotto il concetto di misfire, la sua classificazione e i requisiti che devono essere rispettati per il suo monitoraggio; nell’ultima parte, verrà descritto il motore oggetto di studi e le strumentazioni utilizzate per lo sviluppo dell’attività. Nel terzo capitolo verranno introdotte le varie strategie utilizzate per il rilevamento della mancata accensione della miscela e verrà illustrato come il sistema a precamera ha richiesto la loro revisione. In particolare, per quanto riguarda l’utilizzo della corrente di ionizzazione saranno analizzate le criticità dovute a questo nuovo sviluppo e per l’analisi della variazione di velocità angolare della ruota fonica verrà analizzato come tale sviluppo ha impattato nelle temperature del catalizzatore e nella robustezza della diagnosi effettuata. Infine, nell’ultimo capitolo verrà illustrato come ci si è approcciati alla calibrazione della finestra di osservazione, partendo dalle prove effettuate al banco, proseguendo con l’analisi di tali prove nelle varie condizioni di funzionamento del motore e concludendo con l’implementazione del processo di calcolo automatizzato per la calibrazione. In merito a quest'ultimo punto è stato sviluppato un Tool finalizzato a calcolare la finestra ottimale per ogni punto motore.

Produzione di poliidrossialcanoati mediante la tecnologia B-PLAS

L’impianto B-PLAS si prepone l’obiettivo di convertire fanghi di depurazione di origine agroalimentare in una bioplastica completamente bio-based e biodegradabile: i poliidrossialcanoati (PHA). La produzione di PHA in questo contesto, si basa sull’integrazione di tecnologie dal diverso grado di maturità industriale: carbonizzazione idrotermale (HTC), digestione anerobica, produzione di PHA tramite colture microbiche miste (MMC) e sua estrazione. Lo scopo del presente lavoro è consistito nel monitoraggio di tale impianto in tutte le sue unità di processo ed in tutte le sue fasi di produzione, valutandone l’efficienza attraverso lo studio di parametri indicativi, con particolare attenzione al COD: parametro che indica la frazione di carbonio organico disponibile per i microorganismi sia anaerobici che aerobici, ed è quindi strettamente correlato alle rese globali di processo. Il PHA ottenuto da tale impianto è stato estratto e sottoposto a caratterizzazione mediante determinazione del peso molecolare e delle proprietà termiche, caratteristiche di particolare interesse per la definizione dell’applicabilità commerciale dello stesso. Infine, è stato realizzato uno studio comparativo per la valutazione della biodegradabilità aerobica ed anaerobica del polimero ottenuto dall’impianto B-PLAS, il poliidrossibutirrato (PHB), posta a confronto con la biodegradabilità di altri biopoliesteri quali: polibutileneadipato-co-tereftalato (PBAT), policaprolattone (PCL) e acido polilattico (PLA).

Stratificazione di metalli ed ormoni in blubber e melone di Stenella coeruleoalba e correlazione con lo stato di salute degli animali

L’immissione di sostanze chimiche nell'ambiente marino è fonte di grandi preoccupazioni in tutto il mondo e in particolare nel Mar Mediterraneo, un bacino semichiuso in cui si concentrano forti pressioni demografiche, urbane e industriali. I cetacei sono suscettibili allo stress chimico e tendono ad accumulare nei propri tessuti corporei grandi quantità di contaminanti tossici come i metalli pesanti. Il presente lavoro si è concentrato sulla possibile relazione tra gli elementi traccia (Hg, As, Cu, Cd, Se, Pb) e gli ormoni (T3, T4, cortisolo) individuati nel blubber e nel melone di Stenella coeruleoalba. I 34 individui analizzati sono stati trovati spiaggiati lungo le coste di Liguria, Campania e Calabria tra il 2014 e il 2019. Per i metalli pesanti si è fatta una digestione acida a microonde dei tessuti e infine una spettroscopia di emissione al plasma (ICP-OES). Per l’analisi degli ormoni è stato eseguito il test ELISA. Lo studio ha rivelato la validità delle matrici impiegate, blubber e melone, nella ricerca degli elementi prestabiliti. Non si evidenziano tuttavia significative differenze nei livelli di metalli e di ormoni in funzione della profondità di campionamento nel blubber. Sono però stati osservati delle interessanti relazioni tra i contaminanti e lo stato di salute degli animali che hanno confermato il potenziale immunotossico dei metalli pesanti. Quindi, si può ritenere che la presente ricerca abbia dimostrato come il monitoraggio non invasivo di blubber da specie altamente protette può fornire valide informazioni relativamente al loro stato di salute e di esposizione a contaminanti. Una conoscenza più approfondita degli effetti dei metalli pesanti sull’omeostasi ormonale per riuscire a stabilire una relazione dose – effetto, e di come questa relazione poi si rifletta sullo stato di salute dell’animale, risulta di fondamentale importanza nell’ottica di attuazione di piani di conservazione della specie minacciata.

La movimentazione dei sedimenti di spiaggia nell'ambito della gestione del litorale: il caso di Cesenatico.

Il litorale emiliano romagnolo nell’ultimo secolo risulta sempre più soggetto al fenomeno dell’erosione (Arpae, 2020), incrementata dall’urbanizzazione della costa, dalla riduzione del trasporto solido fluviale e dal fenomeno della subsidenza. Il tratto di costa preso in considerazione nella tesi riguarda l’area di Cesenatico sud: esso non è tra i più critici del litorale regionale, ed è considerato come un settore relativamente stabile dal punto di vita dell’erosione costiera (Arpae, 2020). Ciò è attribuibile in parte alla presenza di barriere frangiflutti lungo tutta l’estensione del paraggio, ma soprattutto a quella del molo sud del Portocanale che intercetta il trasporto solido lungo costa avente verso sud-nord. Per contrastare l’erosione costiera vengono comunque messe in atto a scala locale una serie di “buone pratiche” di gestione del sedimento (linee guida MATTM-Regioni, 2018) come la creazione di un “argine invernale” nel retrospiaggia e lo scraping: una tecnica con la quale, tramite mezzi meccanici, viene rimosso sedimento da accumuli nella spiaggia sommersa ridepositato sulla spiaggia emersa, per aumentarne la superficie in vista dell’avvio della stagione balneare. Il monitoraggio della spiaggia emersa e sommersa è un’attività fondamentale per comprendere gli effetti associati a questi interventi, anche nell’ottica di una gestione sostenibile della costa. Nel 2020 e 2021 sono stati eseguiti a Cesenatico sud una serie di rilievi topografici e batimetrici, all’ultimo dei quali ho personalmente preso parte. I dati sono stati acquisiti con GNSS ed ecoscandaglio single-beam e poi elaborati con software GIS per ottenere mappe di quota/profondità, DTM delle differenze tra rilievi e per ricostruire i profili di spiaggia. Dalle analisi svolte è possibile cogliere i cambiamenti morfologici della spiaggia in seguito alla movimentazione del sedimento in risposta ad attività antropiche e a processi naturali (come significativi eventi di mareggiata).

Dinamica di deformazione e geometria di colate di terra in Argille a Palombini e Argille Varicolori, Appennino Bolognese

Le colate di terra sono dissesti diffusi nelle formazioni argillose presenti nell’Appennino Bolognese e il loro studio è utile per fini di pianificazione territoriale, potendo valutare i fattori di rischio sito-specifici. In questo lavoro si studiano 15 corpi di frana su diverse scale spaziali e temporali tramite l’osservazione di foto aeree, l’analisi di serie temporali inclinometriche e le descrizioni stratigrafiche dei rispettivi log, corredati da valori di penetrometro tascabile. Grazie a tali strumenti si sono perseguiti diversi obiettivi, valutando analogie e differenze tra le Argille a Palombini e le Argille Varicolori: (i) osservare le modifiche morfologiche dei versanti, integrando l’Archivio storico regionale con nuovi eventi; (ii) comprendere il tipo di deformazione e i relativi tassi, guardando anche alla loro distribuzione spaziale nei corpi di frana; (iii) calcolare le velocità di deformazione nel periodo post parossistico; (iv) indagare diverse relazioni geometriche (area-lunghezza, area-larghezza locale e area-profondità di rottura), notando che sono legate da relazioni di potenza diretta. I risultati raggiunti mostrano la presenza della superficie di rottura nella zona assiale dei corpi di frana, con velocità maggiori rispetto a quelle nelle zone laterali o di deposito, caratterizzate invece da profili con deformazione continua sulla verticale. L’andamento post parossistico delle velocità è decrescente, con qualche eccezione nelle zone di distacco e, in generale, con valori a testa tubo maggiori nelle Argille a Palombini. Si nota, infine, come la rottura avvenga al passaggio tra materiale inalterato e alterato nelle Argille a Palombini, mentre nelle Argille Varicolori si ha scorrimento anche all’interno di materiale inalterato. In entrambe le formazioni si osserva un netto aumento dei valori di penetrometro tascabile in prossimità della rottura, facendo della variazione di resistenza del materiale una possibile via preferenziale per lo scorrimento.

Indagine sull'effetto flangia in strutture esistenti in muratura tramite modellazione al continuo

Nell’ambito dello studio della vulnerabilità delle strutture in muratura la modellazione dei maschi murari e la conseguente verifica avviene convenzionalmente considerando tali partizioni come indipendenti, ovvero suddividendo, dapprima,i maschi murari a seconda della loro disposizione spaziale nei confronti della direzione della azione sismica e, successivamente, considerando il contributo dei maschi murari come agenti “in parallelo”.In tale scenario, la modellazione al continuo rende la definizione del singolo maschio murario non banale, in quanto tale tipologia di modellazione vede la geometria dell’edificio come un “unicum” strutturale.Questa dissertazione si prefigge di qualificare e quantificare le differenze scaturite dalla diversa suddivisione dei maschi e delle zone di interfaccia tra diverse pareti murarie, valutando il comportamento del maschio stesso in termini di taglio e sforzo normale ottenuti mediante un’analisi statica non lineare (Pushover). Due modelli ispirati a strutture reali sono analizzati a tal proposito: - Il prototipo testato nel 1994 nel Laboratorio dell’Università di Pavia (modello benchmark n°4). - La scuola “P.Capuzi” di Visso (MC), edificio monitorato permanentemente dall’Osservatorio Sismico delle Strutture del Dipartimento di Protezione Civile [3] e ad oggi demolito (modello benchmark n°5). Il lavoro qui presentato si inserisce in un più ampio programma di ricerca svolto in sinergia da varie unità coinvolte nel progetto ReLUIS 2017/2108 – Linea Strutture in Muratura [1][2] e avente come oggetto l’analisi di strutture benchmark per la valutazione dell’affidabilità di codici di calcolo. I modelli sono stati studiati eseguendo analisi di tipo statico non lineare (Pushover) con distribuzione di forze proporzionale alle masse.

Protezione cerebrale nella chirurgia dell'arco aortico

Negli ultimi decenni, l’outcome dei pazienti sottoposti a chirurgia dell’aorta toracica è migliorato grazie ai progressi ottenuti nella gestione della circolazione extracorporea, della protezione miocardica e cerebrale e del monitoraggio intra- e postoperatorio dei pazienti. Malgrado questo però, la chirurgia dell’arco aortico è ancora gravata da una significativa mortalità e morbilità dovute principalmente alle complicanze neurologiche conseguenti all’interruzione temporanea della circolazione cerebrale. Nel presente studio sono stati analizzati 364 pazienti trattati per sostituzione dell’arco aortico con l’ausilio della perfusione cerebrale selettiva anterograda, presso l’Unità Operativa di Cardiochirurgia dell’Ospedale di Sant’Orsola di Bologna dal 1° gennaio 2015 al 31 maggio 2020.Le disfunzioni neurologiche permanenti sono state diagnosticate in 33 dei 364 pazienti (9.1%) operati, utilizzando la perfusione cerebrale selettiva anterograda come tecnica di perfusione cerebrale. Pertanto abbiamo confrontato due gruppi di pazienti: un gruppo di 33 pazienti con deficit permanenti con il resto dei pazienti (331) che non aveva alcun deficit. Tra le variabili intraoperatorie, i tipi di cannulazione arteriosa, in particolare la cannulazione dell’arteria femorale (109 [32.9%] vs 17 [51.5%], p-value=0.032) e dell’aorta ascendente (56 [16.9%] vs 0, p-value=0.010), presentano delle differenze statisticamente significative tra i due gruppi. Per quanto riguarda la perfusione cerebrale selettiva anterograda, i valori del flusso medio (899.63 ± 214.12 vs 952.52 ± 160.72, p-value=0.051) presentano una differenza statisticamente significativa tra i due campioni. All’analisi multivariata, la dissezione aortica di tipo A (p = 0.010), la cannulazione femorale (p = 0.033) e l’arresto di circolo totale (p = 0.046) si confermano dei fattori di rischio statisticamente significativi per l’insorgenza di disfunzioni neurologiche permanenti

Anthropogenic and climatic controls on surface water across the contiguous United States

Anthropogenic activities and climatic processes heavily influence surface water resources by causing their progressive depletion, which in turn affects both societies and the environment. Therefore, there is an urgent need to understand the contribution of human and climatic dynamics on the variation of surface water availability. Here, this investigation is performed on the contiguous United States (CONUS) using remotely-sensed data. Three anthropogenic (i.e., urban area, population, and irrigation) and two climatic factors (i.e., precipitation and temperature) were selected as potential drivers of changes in surface water extent and the overlap between the increase or decrease in these drivers and the variation of surface water was examined. Most of the river basins experienced a surface water gain due to precipitation increase (eastern CONUS), and a reduction of irrigated land (western CONUS). River basins of the arid southwestern region and some river basins of the northeastern area encountered a surface water loss, essentially induced by population growth, along with a precipitation deficit and a general expansion of irrigated land. To further inspect the role of population growth and urbanization on surface water loss, the spatial interaction between human settlements and surface water depletion was examined by evaluating the frequency of surface water loss as a function of distance from urban areas. The decline of the observed frequency was successfully reproduced with an exponential distance-decay model, proving that surface water losses are more concentrated in the proximity of cities. Climatic conditions influenced this pattern, with more widely distributed losses in arid regions compared to temperate and continental areas. The results presented in this Thesis provide an improved understanding of the effects of anthropogenic and climatic dynamics on surface water availability, which could be integrated in the definition of sustainable strategies for urbanization, water management, and surface water restoration.

Structural health monitoring of storage tanks

In this thesis, Ph.D candidate presents a compact sensor node (SN) designed for long-term and real-time acoustic emission (AE) monitoring of above ground storage tanks (ASTs). Each SN exploits up to three inexpensive low-frequency sensors based on piezoelectric diaphragms for effective leakage detection, and it is capable by means of built-in Digital Signal Processing functionalities to process the acquired time waveforms extracting the AE features usually required by testing protocols. Alternatively, capability to plug three high frequency AE sensors to a SN for corrosion simulated phenomena detection is envisaged and demonstrated. Another innovative aspect that the Ph.D candidate presents in this work is an alternative mathematical model of corrosion location on the bottom of the AST. This approach implies considering the three-dimensional localization model versus the two-dimensional commonly used according to the literature. This approach is aimed at significant optimization in the number of sensors in relation to the standard approach for solving localization problems as well as to allow filtering the false AE events related to the condensate droplets from AST ceiling. The technological implementation of this concept required the solution of a number of technical problems, such as the precise time of arrival (ToA) signal estimation, vertical localization of the AE source and multilaration solution that were discussed in detail in this work. To validate the developed prototype, several experimental campaigns were organized that included the simulation of target phenomena both in laboratory conditions and on a real water storage tank. The presented test results demonstrate the successful application of the developed AE system both for simulated leaks and for corrosion processes on the tank bottom. Mathematical and technological algorithms for localization and characterization of AE signals implemented during the development of the prototype are also confirmed by the test results.

Perceiving the 3d world from single images

Depth represents a crucial piece of information in many practical applications, such as obstacle avoidance and environment mapping. This information can be provided either by active sensors, such as LiDARs, or by passive devices like cameras. A popular passive device is the binocular rig, which allows triangulating the depth of the scene through two synchronized and aligned cameras. However, many devices that are already available in several infrastructures are monocular passive sensors, such as most of the surveillance cameras. The intrinsic ambiguity of the problem makes monocular depth estimation a challenging task. Nevertheless, the recent progress of deep learning strategies is paving the way towards a new class of algorithms able to handle this complexity. This work addresses many relevant topics related to the monocular depth estimation problem. It presents networks capable of predicting accurate depth values even on embedded devices and without the need of expensive ground-truth labels at training time. Moreover, it introduces strategies to estimate the uncertainty of these models, and it shows that monocular networks can easily generate training labels for different tasks at scale. Finally, it evaluates off-the-shelf monocular depth predictors for the relevant use case of social distance monitoring, and shows how this technology allows to overcome already existing strategies limitations.

Damage Identification of Structures through Vibration-Based Structural Monitoring Systems

The thesis has been carried out within the “SHAPE Project - Predicting Strength Changes in Bridges from Frequency Data Safety, Hazard, and Poly-harmonic Evaluation” (ERA-NET Plus Infravation Call 2014) which dealt with the structural assessment of existing bridges and laboratory structural reproductions through the use of vibration-based monitoring systems, for detecting changes in their natural frequencies and correlating them with the occurrence of damage. The main purpose of this PhD dissertation has been the detection of the variation of the main natural frequencies as a consequence of a previous-established damage configuration provided on a structure. Firstly, the effect of local damage on the modal feature has been discussed mainly concerning a steel frame and a composite steel-concrete bridge. Concerning the variation of the fundamental frequency of the small bridge, the increasing severity of two local damages has been investigated. Moreover, the comparison with a 3D FE model is even presented establishing a link between the dynamic properties and the damage features. Then, moving towards a diffused damage pattern, four concrete beams and a small concrete deck were loaded achieving the yielding of the steel reinforcement. The stiffness deterioration in terms of frequency shifts has been reconsidered by collecting a large set of dynamic experiments on simply supported R.C. beams discussed in the literature. The comparison of the load-frequency curves suggested a significant agreement among all the experiments. Thus, in the framework of damage mechanics, the “breathing cracks” phenomenon has been discussed leading to an analytical formula able to explain the frequency decay observed experimentally. Lastly, some dynamic investigations of two existing bridges and the corresponding FE Models are presented in Chapter 4. Moreover, concerning the bridge in Bologna, two prototypes of a network of accelerometers were installed and the data of a few months of monitoring have been discussed.

Applicazioni tecnologiche e nuovi metodi di valutazione della performance negli sport acquatici

Nello sport di alto livello l’uso della tecnologia ha raggiunto un ruolo di notevole importanza per l’analisi e la valutazione della prestazione. Negli ultimi anni sono emerse nuove tecnologie e sono migliorate quelle pre-esistenti (i.e. accelerometri, giroscopi e software per l’analisi video) in termini di campionamento, acquisizione dati, dimensione dei sensori che ha permesso la loro “indossabilità” e l’inserimento degli stessi all’interno degli attrezzi sportivi. La tecnologia è sempre stata al servizio degli atleti come strumento di supporto per raggiungere l’apice dei risultati sportivi. Per questo motivo la valutazione funzionale dell’atleta associata all’uso di tecnologie si pone lo scopo di valutare i miglioramenti degli atleti misurando la condizione fisica e/o la competenza tecnica di una determinata disciplina sportiva. L’obiettivo di questa tesi è studiare l’utilizzo delle applicazioni tecnologiche e individuare nuovi metodi di valutazione della performance in alcuni sport acquatici. La prima parte (capitoli 1-5), si concentra sulla tecnologia prototipale chiamata E-kayak e le varie applicazioni nel kayak di velocità. In questi lavori è stata verificata l’attendibilità dei dati forniti dal sistema E-kayak con i sistemi presenti in letteratura. Inoltre, sono stati indagati nuovi parametri utili a comprendere il modello di prestazione del paddler. La seconda parte (capitolo 6), si riferisce all’analisi cinematica della spinta verticale del pallanuotista, attraverso l’utilizzo della video analisi 2D, per l’individuazione delle relazioni Forza-velocità e Potenza-velocità direttamente in acqua. Questo studio pilota, potrà fornire indicazioni utili al monitoraggio e condizionamento di forza e potenza da svolgere direttamente in acqua. Infine la terza parte (capitoli 7-8), si focalizza sull’individuazione della sequenza di Fibonacci (sequenza divina) nel nuoto a stile libero e a farfalla. I risultati di questi studi suggeriscono che il ritmo di nuotata tenuto durante le medie/lunghe distanze gioca un ruolo chiave. Inoltre, il livello di autosomiglianza (self-similarity) aumenta con la tecnica del nuoto.

Embedded systems and advanced signal processing for Acousto- Ultrasonic Inspections

Non Destructive Testing (NDT) and Structural Health Monitoring (SHM) are becoming essential in many application contexts, e.g. civil, industrial, aerospace etc., to reduce structures maintenance costs and improve safety. Conventional inspection methods typically exploit bulky and expensive instruments and rely on highly demanding signal processing techniques. The pressing need to overcome these limitations is the common thread that guided the work presented in this Thesis. In the first part, a scalable, low-cost and multi-sensors smart sensor network is introduced. The capability of this technology to carry out accurate modal analysis on structures undergoing flexural vibrations has been validated by means of two experimental campaigns. Then, the suitability of low-cost piezoelectric disks in modal analysis has been demonstrated. To enable the use of this kind of sensing technology in such non conventional applications, ad hoc data merging algorithms have been developed. In the second part, instead, imaging algorithms for Lamb waves inspection (namely DMAS and DS-DMAS) have been implemented and validated. Results show that DMAS outperforms the canonical Delay and Sum (DAS) approach in terms of image resolution and contrast. Similarly, DS-DMAS can achieve better results than both DMAS and DAS by suppressing artefacts and noise. To exploit the full potential of these procedures, accurate group velocity estimations are required. Thus, novel wavefield analysis tools that can address the estimation of the dispersion curves from SLDV acquisitions have been investigated. An image segmentation technique (called DRLSE) was exploited in the k-space to draw out the wavenumber profile. The DRLSE method was compared with compressive sensing methods to extract the group and phase velocity information. The validation, performed on three different carbon fibre plates, showed that the proposed solutions can accurately determine the wavenumber and velocities in polar coordinates at multiple excitation frequencies.

High friction and acoustic surface for pavements: development of artificial engineered aggregates from recycled powders

There is a constant need to improve the infrastructure's quality and build new infrastructure with better designs. The risk of accidents and noise can be reduced by improving the surface properties of the pavement. The amount of raw material used in road construction is worrisome, as it is finite and due the waste produced. Environmentally-friendly roads construction, recycling might be the main way. Projects must be more environmentally-friendly, safer, and quieter. Is it possible to develop a safer, quieter and environmentally-friendly pavement surfaces? The hypothesis is: is it possible to create an Artificial Engineered Aggregate (AEA) using waste materials and providing it with a specific shape that can help to reduce the noise and increase the friction? The thesis presents the development of an AEA and its application as a partial replacement in microsurfacing samples. The 1st introduces the topic and provides the aim and objectives of the thesis. The 2nd chapter – presents a pavement solution to noise and friction review. The 3rd chapter - developing a mix design for a geopolymer mortar that used basalt powder. The 4th chapter is presented the physical-mechanical evaluation of the AEA. The 5th chapter evaluates the use of this aggregate in microsurfacing regarding the texture parameters. The 6th chapter, those parameter are used as an input to SPERoN® model, simulating their noise behavior of these solutions. The findings from this thesis are presented as partial conclusions in each chapter, to be closed in a final chapter. The main findings are: the DoE provided the tool to select the appropriate geopolymer mortar mix design; AEA had interesting results regarding the physical-mechanical tests; AEA in partial replacement of the natural aggregates in microsurfacing mixture proved feasible. The texture parameters and noise levels obtained in AEA samples demonstrate that it can serve as a HIFASP

Modelling, simulation and control of rotary-wing aircraft in multi-agent scenario

The topic of this thesis is the design and the implementation of mathematical models and control system algorithms for rotary-wing unmanned aerial vehicles to be used in cooperative scenarios. The use of rotorcrafts has many attractive advantages, since these vehicles have the capability to take-off and land vertically, to hover and to move backward and laterally. Rotary-wing aircraft missions require precise control characteristics due to their unstable and heavy coupling aspects. As a matter of fact, flight test is the most accurate way to evaluate flying qualities and to test control systems. However, it may be very expensive and/or not feasible in case of early stage design and prototyping. A good compromise is made by a preliminary assessment performed by means of simulations and a reduced flight testing campaign. Consequently, having an analytical framework represents an important stage for simulations and control algorithm design. In this work mathematical models for various helicopter configurations are implemented. Different flight control techniques for helicopters are presented with theoretical background and tested via simulations and experimental flight tests on a small-scale unmanned helicopter. The same platform is used also in a cooperative scenario with a rover. Control strategies, algorithms and their implementation to perform missions are presented for two main scenarios. One of the main contributions of this thesis is to propose a suitable control system made by a classical PID baseline controller augmented with L1 adaptive contribution. In addition a complete analytical framework and the study of the dynamics and the stability of a synch-rotor are provided. At last, the implementation of cooperative control strategies for two main scenarios that include a small-scale unmanned helicopter and a rover.