Fault detection, diagnosis and active fault tolerant control for a satellite attitude control system

Modern control systems are becoming more and more complex and control algorithms more and more sophisticated. Consequently, Fault Detection and Diagnosis (FDD) and Fault Tolerant Control (FTC) have gained central importance over the past decades, due to the increasing requirements of availability, cost efficiency, reliability and operating safety. This thesis deals with the FDD and FTC problems in a spacecraft Attitude Determination and Control System (ADCS). Firstly, the detailed nonlinear models of the spacecraft attitude dynamics and kinematics are described, along with the dynamic models of the actuators and main external disturbance sources. The considered ADCS is composed of an array of four redundant reaction wheels. A set of sensors provides satellite angular velocity, attitude and flywheel spin rate information. Then, general overviews of the Fault Detection and Isolation (FDI), Fault Estimation (FE) and Fault Tolerant Control (FTC) problems are presented, and the design and implementation of a novel diagnosis system is described. The system consists of a FDI module composed of properly organized model-based residual filters, exploiting the available input and output information for the detection and localization of an occurred fault. A proper fault mapping procedure and the nonlinear geometric approach are exploited to design residual filters explicitly decoupled from the external aerodynamic disturbance and sensitive to specific sets of faults. The subsequent use of suitable adaptive FE algorithms, based on the exploitation of radial basis function neural networks, allows to obtain accurate fault estimations. Finally, this estimation is actively exploited in a FTC scheme to achieve a suitable fault accommodation and guarantee the desired control performances. A standard sliding mode controller is implemented for attitude stabilization and control. Several simulation results are given to highlight the performances of the overall designed system in case of different types of faults affecting the ADCS actuators and sensors.

La diagnostica molecolare nel laboratorio di patologia clinica veterinaria

La prima parte del nostro studio riguarda la tecnica LAMP (Loop-mediated isothermal amplification), una tecnica di amplificazione isotermica recentemente inventata (Notomi et al., 2000). Essa presenta notevoli vantaggi rispetto alle tradizionali PCR: non necessita di strumentazioni sofisticate come i termociclatori, può essere eseguita da personale non specializzato, è una tecnica altamente sensibile e specifica ed è molto tollerante agli inibitori. Tutte queste caratteristiche fanno sì che essa possa essere utilizzata al di fuori dei laboratori diagnostici, come POCT (Point of care testing), con il vantaggio di non dover gestire la spedizione del campione e di avere in tempi molto brevi risultati paragonabili a quelli ottenuti con la tradizionale PCR. Sono state prese in considerazione malattie infettive sostenute da batteri che richiedono tempi molto lunghi per la coltivazione o che non sono addirittura coltivabili. Sono stati disegnati dei saggi per la diagnosi di patologie virali che necessitano di diagnosi tempestiva. Altri test messi a punto riguardano malattie genetiche del cane e due batteri d’interesse agro-alimentare. Tutte le prove sono state condotte con tecnica real-time per diminuire il rischio di cross-contaminazione pur riuscendo a comprendere in maniera approfondita l’andamento delle reazioni. Infine è stato messo a punto un metodo di visualizzazione colorimetrico utilizzabile con tutti i saggi messi a punto, che svincola completamente la reazione LAMP dall’esecuzione in un laboratorio specializzato. Il secondo capitolo riguarda lo studio dal punto di vista molecolare di un soggetto che presenza totale assenza di attività mieloperossidasica all’analisi di citochimica automatica (ADVIA® 2120 Hematology System). Lo studio è stato condotto attraverso amplificazione e confronto dei prodotti di PCR ottenuti sul soggetto patologico e su due soggetti con fenotipo wild-type. Si è poi provveduto al sequenziamento dei prodotti di PCR su sequenziatore automatico al fine di ricercare la mutazione responsabile della carenza di MPO nel soggetto indicato.

Oswald Mathias Ungers: Belvederestraße 60. Zu einer neuen Archtektur.

La presente Tesi di Dottorato intende affrontare una lettura critica della Casa in Belvederestraße 60, realizzata dall’architetto Oswald Mathias Ungers (Kaisersesch, 12 luglio 1926 – Köln, 30 settembre 2007), nel 1958-’59 a Köln-Müngersdorf, come studio per sé ed abitazione per la propria famiglia. Questo primo oggetto della ricerca viene considerato evidente espressione delle convinzioni formali e compositive dell’architetto, negli anni Cinquanta e Sessanta. A differenza di altri progetti residenziali coevi ed antecedenti, frutto di un’elaborazione autonoma, la prima casa che costruisce per sé riflette una maggiore libertà di pensiero, dettata dalla coincidenza delle figure di progettista e committente; a ciò si aggiunge anche una precisa volontà dichiarativa ed ideologica. Proprio quest’ultimo aspetto permette di introdurre il secondo oggetto della Tesi: il manifesto “ideologico”, Zu einer neuen Architektur, scritto dallo stesso Oswald Mathias Ungers e da Reinhard Gieselmann, alla fine del 1960; un breve testo che espone, con toni perentori ed inappellabili, il punto di vista dei due architetti nei confronti di un panorama architettonico e critico, caratterizzato da una sterilità di pensiero dilagante, a causa dell’egemonia costruttiva funzionalista. La ricerca indaga quindi le forti reciprocità delle due opere: casa e testo, viste in chiave di “manifesto scritto e manifesto costruito”. Il primo legame tra i due soggetti è senza dubbio la concomitanza temporale, (tra il 1958 ed il 1960) associata ad un rapporto causa-effetto, tale per cui il manifesto viene redatto a difesa delle aspre critiche scaturite dalla pubblicazione della casa sulla rivista Bauwelt. Il secondo nesso è la possibilità di comprendere le accezioni effettive dei termini impiegati nella redazione del testo, attraverso le forme di una delle opere maggiormente personali dell’architetto, estraendone il senso e conferendogli un’immagine architettonica. Si vuole creare così un rapporto biunivoco di traducibilità, dell’architettura nello scritto e della semantica ungersiana in azioni compositive.

Protocolli di bioprinting in ingegneria dei tessuti

L’argomento trattato in questo elaborato riguarda una nuova tecnologia che si sta sviluppando nell’ambito dell’ingegneria dei tessuti: il Bioprinting. Tale rivoluzionario approccio completamente automatizzato, grazie all’utilizzo dell’elaborazione automatica delle immagini CAD (Computer Aided Design) e la fabbricazione assistita al calcolatore CAM (Computer Aided Manufacturing), si propone di ricreare tessuti e/o organi. In particolare nel seguito ne verrà data una definizione e ne verranno definiti i campi di applicazione, per poi proseguire con un’analisi del processo dal punto di vista delle fasi che lo compongono e la speciale tecnologia utilizzata. Infine verrà proposto qualche studio fatto in merito ai tessuti vascolari e alla cartilagine per poi concludere con i pionieri che tuttora contribuiscono al suo sviluppo e con Organovo, una delle aziende leader del settore.

Design and Control of Robotic Hands

The application of dexterous robotic hands out of research laboratories has been limited by the intrinsic complexity that these devices present. This is directly reflected as an economically unreasonable cost and a low overall reliability. Within the research reported in this thesis it is shown how the problem of complexity in the design of robotic hands can be tackled, taking advantage of modern technologies (i.e. rapid prototyping), leading to innovative concepts for the design of the mechanical structure, the actuation and sensory systems. The solutions adopted drastically reduce the prototyping and production costs and increase the reliability, reducing the number of parts required and averaging their single reliability factors. In order to get guidelines for the design process, the problem of robotic grasp and manipulation by a dual arm/hand system has been reviewed. In this way, the requirements that should be fulfilled at hardware level to guarantee successful execution of the task has been highlighted. The contribution of this research from the manipulation planning side focuses on the redundancy resolution that arise in the execution of the task in a dexterous arm/hand system. In literature the problem of coordination of arm and hand during manipulation of an object has been widely analyzed in theory but often experimentally demonstrated in simplified robotic setup. Our aim is to cover the lack in the study of this topic and experimentally evaluate it in a complex system as a anthropomorphic arm hand system.

"al pan, pan y al vino, vino"... La gastronomia nella paremiologia italiana e spagnola

Il presente elaborato propone un’analisi contrastiva tra proverbi italiani e spagnoli appartenenti alla sfera gastronomica. Il lavoro è stato organizzato in tre capitoli e ognuno di questi si focalizza su diversi aspetti. Nel primo capitolo sono stati riportati cenni storici e teorici riguardanti la paremiologia, ovvero lo studio dei proverbi. Nel secondo capitolo, dopo una lunga fase di ricerca e documentazione, mi sono soffermato sull’analisi di una serie di locuzioni proverbiali in spagnolo, con opportuni parallelismi e confronti con quelli in lingua italiana. Infine, ho affrontato la questione dal punto di vista della traduzione, mettendo in luce i possibili limiti e difficoltà in campo traduttivo.

The Presence of Words in Visual Art from Surrealism to Conceptualism

Without a doubt, one of the biggest changes that affected XXth century art is the introduction of words into paintings and, in more recent years, in installations. For centuries, if words were part of a visual composition, they functioned as reference; strictly speaking, they were used as a guideline for a better perception of the subject represented. With the developments of the XXth century, words became a very important part of the visual composition, and sometimes embodied the composition itself. About this topic, American art critic and collector Russell Bowman wrote an interesting article called Words and images: A persistent paradox, in which he examines the American and the European art of the XXth century in almost its entirety, dividing it up in six “categories of intention”. The aforementioned categories are not based on the art history timeline, but on the role that language played for specific artists or movements. Taking inspiration from Bowman's article, this paper is structured in three chapters, respectively: words in juxtaposition and free association, words as means of exploration of language structures, and words as means for political and personal messages. The purpose of this paper is therefore to reflect on the role of language in contemporary art and on the way it has changed from artist to artist.

La mediazione linguistico-culturale presso l'Arcispedale Santa Maria Nuova di Reggio Emilia. Analisi di un incontro medico italiano-paziente francofono.

Il presente elaborato si propone di offrire un’analisi dell’importanza della mediazione linguistico-culturale in ambito sanitario sia per i pazienti stranieri che per la società. In un contesto sociale sempre più multietnico l’impatto della popolazione straniera sul Servizio Sanitario Nazionale è aumentato in modo esponenziale e le occasioni in cui le barriere linguistico-culturali possono rendere difficoltosa (se non impossibile) la comunicazione clinica si sono moltiplicate. La MLC diviene allora lo strumento che permette agli utenti stranieri di usufruire effettivamente del diritto alla salute e, infatti, questo servizio è legittimato dalle fonti normative sia a livello nazionale che internazionale. Viene quindi presentato dettagliatamente il funzionamento del servizio di MLC negli ospedali e nei servizi sanitari di Reggio Emilia e Provincia e in particolare presso l'Arcispedale Santa Maria Nuova. Viene inoltre analizzato il colloquio tra un medico italiano e una paziente francofona, con attenzione agli aspetti verbali e non verbali della comunicazione. Vengono infine elencate le difficoltà che rendono l’impiego della MLC ancora poco efficace e le soluzioni auspicate.

L'ethos del marchio "Barilla" nella comunicazione pubblicitaria francese: Un modello di valorizzazione del made in Italy.

L’elaborato propone un’analisi dettagliata della configurazione del discorso pubblicitario, inteso come il risultato di una duplice operazione: quella di produzione del messaggio, a opera del pubblicitario, utente di precise strategie discorsive, e quella di interpretazione, da parte del destinatario che completa il significato dell’enunciato attribuendogli le proprie peculiari connotazioni. Il corpus utilizzato consiste in una raccolta di spot pubblicitari prodotti dall’azienda Barilla per i telespettatori francofoni, ed è stato reperito presso l’Archivio Storico di Barilla nella sede di Parma. L’illustrazione e la descrizione di alcune pubblicità scelte come modelli forniscono la base per l’approfondimento di alcune problematiche linguistiche e traduttologiche; in particolare, viene posto l’accento sulla nozione di ethos discorsivo, collocabile nell'ambito dell’analisi del discorso, e su quella di stereotipo linguistico, considerato come veicolo culturale e strumento dotato di straordinaria forza assertiva e pertanto prediletto dalla comunicazione pubblicitaria. Tale forma di linguaggio merita di essere analizzata e studiata nella sua ricca complessità, dal momento che è da considerarsi come il più efficace e moderno mezzo di diffusione, incorporazione e assimilazione di valori e comportamenti culturalmente orientati.

Tradurre la letteratura per l'infanzia: El árbol de los sueños di Fernando Alonso.

Quest'elaborato si concentra nella traduzione dallo spagnolo all'italiano di due capitoli di un libro per bambini: El árbol de los sueños di Fernando Alonso. L'elaborato è preceduto da un'introduzione nella quale spiego la struttura generale dello stesso e le ragioni per cui ho deciso di dedicarmi a questo libro ed è seguito da una conclusione che ne ricapitola il contenuto. Poi, si compone di quattro capitoli: nel primo presento l'autore, importante scrittore di letteratura per bambini in Spagna, e le sue opere in generale. Nel secondo propongo un'analisi generale del testo di partenza, la trama e i personaggi. Il terzo capitolo presenta la mia proposta di traduzione del terzo e del sesto capitolo del libro, con alcune illustrazioni incluse. L'ultimo è un commento alla traduzione, nel quale spiego le difficoltà incontrate, le soluzioni e le strategie adottate.

Le parole dell'Ostalgia

Questa tesi si concentra su di un attuale fenomeno culturale tedesco denominato Ostalgie,termine che designa la Nostalgia degli abitanti dell'Ex DDR (Germania dell'Est) nei confronti di vari aspetti della loro quotidianità durante la dittatura. Tra questi figurano elementi riconducibili ad ambiti quali quello politico, commerciale e culturale, che successivamente alla riunificazione tedesca furono smantellati senza ritegno dal nuovo sistema capitalista e soggetti a un processo di "Occidentalizzazione". Per dare conto di ciò è stato presentato un elenco di parole relative ai suddetti ambiti, atte a descrivere ciò che caratterizzava la realtà dell' Est della Germania e a delineare il sentimento di Nostalgia dei suoi abitanti successivamente alla loro scomparsa.

Nihon no mukashi banashi: Storia, analisi e motivi ricorrenti della fiaba tradizionale giapponese

Le fiabe giapponesi sono un’importante finestra sulla psiche e sulla storia di questo paese. Questo lavoro si occuperà di analizzare la fiaba tradizionale giapponese, la sua struttura e i suoi contenuti. Nel primo capitolo saranno introdotti concetti di base (come quello di fiaba e racconto popolare) e si traccerà in breve la genealogia di questo genere narrativo; il secondo capitolo sarà interamente dedicato a una selezione delle dieci fiabe nipponiche più conosciute. Nel terzo, invece, ci si occuperà degli aspetti tecnici e contenutistici delle storie giapponesi, fornendo in alcuni casi delle comparazioni con il mondo occidentale. Infine, nell'ultima parte di questo elaborato, si ricapitoleranno i concetti che sono venuti fuori nei capitoli precedenti, ribadendo quanto la fiaba occidentale e quella giapponese siano diverse sia nella forma sia nei contenuti.

Classification algorithms for Intelligent Transport Systems

Intelligent Transport Systems (ITS) consists in the application of ICT to transport to offer new and improved services to the mobility of people and freights. While using ITS, travellers produce large quantities of data that can be collected and analysed to study their behaviour and to provide information to decision makers and planners. The thesis proposes innovative deployments of classification algorithms for Intelligent Transport System with the aim to support the decisions on traffic rerouting, bus transport demand and behaviour of two wheelers vehicles. The first part of this work provides an overview and a classification of a selection of clustering algorithms that can be implemented for the analysis of ITS data. The first contribution of this thesis is an innovative use of the agglomerative hierarchical clustering algorithm to classify similar travels in terms of their origin and destination, together with the proposal for a methodology to analyse drivers’ route choice behaviour using GPS coordinates and optimal alternatives. The clusters of repetitive travels made by a sample of drivers are then analysed to compare observed route choices to the modelled alternatives. The results of the analysis show that drivers select routes that are more reliable but that are more expensive in terms of travel time. Successively, different types of users of a service that provides information on the real time arrivals of bus at stop are classified using Support Vector Machines. The results shows that the results of the classification of different types of bus transport users can be used to update or complement the census on bus transport flows. Finally, the problem of the classification of accidents made by two wheelers vehicles is presented together with possible future application of clustering methodologies aimed at identifying and classifying the different types of accidents.

Models and Algorihtm for the Optimization of Real-World Routing and Logistics Problems

Logistics involves planning, managing, and organizing the flows of goods from the point of origin to the point of destination in order to meet some requirements. Logistics and transportation aspects are very important and represent a relevant costs for producing and shipping companies, but also for public administration and private citizens. The optimization of resources and the improvement in the organization of operations is crucial for all branches of logistics, from the operation management to the transportation. As we will have the chance to see in this work, optimization techniques, models, and algorithms represent important methods to solve the always new and more complex problems arising in different segments of logistics. Many operation management and transportation problems are related to the optimization class of problems called Vehicle Routing Problems (VRPs). In this work, we consider several real-world deterministic and stochastic problems that are included in the wide class of the VRPs, and we solve them by means of exact and heuristic methods. We treat three classes of real-world routing and logistics problems. We deal with one of the most important tactical problems that arises in the managing of the bike sharing systems, that is the Bike sharing Rebalancing Problem (BRP). We propose models and algorithms for real-world earthwork optimization problems. We describe the 3DP process and we highlight several optimization issues in 3DP. Among those, we define the problem related to the tool path definition in the 3DP process, the 3D Routing Problem (3DRP), which is a generalization of the arc routing problem. We present an ILP model and several heuristic algorithms to solve the 3DRP.

NLGA based Active Control in Aerospace: fault tolerability, disturbance rejection, and parameter estimation

A new control scheme has been presented in this thesis. Based on the NonLinear Geometric Approach, the proposed Active Control System represents a new way to see the reconfigurable controllers for aerospace applications. The presence of the Diagnosis module (providing the estimation of generic signals which, based on the case, can be faults, disturbances or system parameters), mean feature of the depicted Active Control System, is a characteristic shared by three well known control systems: the Active Fault Tolerant Controls, the Indirect Adaptive Controls and the Active Disturbance Rejection Controls. The standard NonLinear Geometric Approach (NLGA) has been accurately investigated and than improved to extend its applicability to more complex models. The standard NLGA procedure has been modified to take account of feasible and estimable sets of unknown signals. Furthermore the application of the Singular Perturbations approximation has led to the solution of Detection and Isolation problems in scenarios too complex to be solved by the standard NLGA. Also the estimation process has been improved, where multiple redundant measuremtent are available, by the introduction of a new algorithm, here called "Least Squares - Sliding Mode". It guarantees optimality, in the sense of the least squares, and finite estimation time, in the sense of the sliding mode. The Active Control System concept has been formalized in two controller: a nonlinear backstepping controller and a nonlinear composite controller. Particularly interesting is the integration, in the controller design, of the estimations coming from the Diagnosis module. Stability proofs are provided for both the control schemes. Finally, different applications in aerospace have been provided to show the applicability and the effectiveness of the proposed NLGA-based Active Control System.