Studio e realizzazione di uno strumento standard per la compilazione di documenti di validazione - Il caso Marchesini Group

La tesi descrive la mia esperienza di tirocinio presso l'azienda Marchesini Group, inserito all'interno dell'Ufficio Validazione Impianti. Dopo un'introduzione sul tema della qualità e dell'affidabilità, della loro evoluzione e della loro rilevanza nel mercato odierno, il cuore dell'elaborato descrive il progetto condotto all'interno dell'azienda. In particolare, la descrizione di uno strumento di standardizzazione per la compilazione di documenti di validazione. Infine è presente un modello di simulazione (realizzato con il software Arena Simulation) per l'analisi di congestioni e colli di bottiglia del macro processo di validazione. Lo stesso modello è stato poi utilizzato per lo studio del sistema dopo l'introduzione dello strumento standard.

Analisi e riprogettazione del meccanismo di apertura della porta di un forno domestico

Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato presso l’azienda “Nuova Star” SpA di Zola Predosa, leader mondiale nella produzione di meccanismi di apertura per porte di forni domestici. Gli scopi principali di questi meccanismi sono quelli di bilanciare il peso della porta durante l’apertura della stessa e di generare, a porta chiusa, una opportuna forza di ritenuta che la tenga pressata contro le guarnizioni del forno. L’azienda produce una notevole varietà di modelli, realizzati mediante componenti in lamiera stampata che si basano su varianti dei medesimi meccanismi di base, in particolare un manovellismo di spinta (per ottenere il bilanciamento) e un sistema camma-punteria (per garantire la chiusura). In un’ottica di sperimentazione e innovazione del prodotto, l’azienda ha quindi espresso il desiderio di realizzare un nuovo modello, concepito attraverso un sistema inedito e originale e che allo stesso tempo risultasse più economico rispetto ai vari modelli attualmente in produzione. In particolare questo nuovo meccanismo dovrà sfruttare un sistema a cavi. L’obiettivo di questa tesi è quindi quello di ripensare il meccanismo attualmente esistente, analizzando le proprietà offerte da un sistema a cavi per sfruttarne i possibili vantaggi, sia in termini di funzionamento che di economicità del prodotto finale. A tale scopo si partirà con l’analisi concettuale dell’architettura e del funzionamento dei meccanismi su cui si basano i modelli attualmente in produzione. Si passerà poi a una seconda fase di progettazione concettuale, nella quale verranno ideate e proposte varie soluzioni alternative. Seguirà quindi uno studio articolato nei seguenti punti: - Analisi cinematica e cinetostatica - Analisi e scelta dei parametri ottimali di funzionamento - Disegno costruttivo dei vari componenti - Simulazione multibody del nuovo meccanismo tramite il software MSC Adams;

Strumenti di guida ottica per un sistema di marcatura laser

Il percorso di tesi che ho intrapreso è stato svolto presso l'azienda Datalogic, con l'intento di integrare un sistema di visione ad un sistema di marcatura laser. L'utilizzo di questo potente strumento è però vincolato dalla particolare posizione fisica occupata, di volta in volta, dall'oggetto; per questo motivo viene fissato nella posizione desiderata, attraverso dime meccaniche. Fin ad ora si riteneva assolutamente necessaria la presenza di un operatore per il controllo del corretto posizionamento, tramite una simulazione della marcatura. Per ovviare a questo limite strutturale, Datalogic ha pensato di introdurre uno strumento di aiuto e di visione del processo: la camera. L'idea di base è stata quella di impiegare le moderne smart camera per individuare l'oggetto da marcare e rendere quindi il processo più automatico possibile. Per giungere a questo risultato è stato necessario effettuare una calibrazione del sistema totale: Camera più Laser. Il mio studio si è focalizzato quindi nel creare un eseguibile che aiutasse il cliente ad effettuare questa operazione nella maniera più semplice possibile. E' stato creato un eseguibile in C# che mettesse in comunicazione i due dispositivi ed eseguisse la calibrazione dei parametri intrinseci ed estrinseci. Il risultato finale ha permesso di avere il sistema di riferimento mondo della camera coincidente con quello del piano di marcatura del laser. Ne segue che al termine del processo di calibrazione se un oggetto verrà rilevato dalla camera, avente il baricentro nella posizione (10,10), il laser, utilizzando le medesime coordinate, marcherà proprio nel baricentro dell'oggetto desiderato. La maggiore difficoltà riscontrata è stata la differenza dei software che permettono la comunicazione con i due dispositivi e la creazione di una comunicazione con il laser, non esistente prima in C#.

Osservatore e controllore sensorless ad elevate prestazioni per propulsione elettrica di Unmanned Aerial Vehicles

Negli ultimi anni, tra le varie tecnologie che hanno acquisito una sempre maggiore popolarità e diffusione, una di particolare rilevanza è quella degli Unmanned Aerial Vehicles. Di questi velivoli, quelli che stanno riscuotendo maggiore successo sono i multirotori, alimentati esclusivamente da azionamenti elettrici disposti in opportune posizioni della struttura. Particolari sforzi sono stati recentemente dedicati al miglioramento di questa tecnologia in termini di efficienza e precisione, tuttavia quasi sempre si trascura la vitale importanza dello sfruttamento efficiente dei motori elettrici. La tecnica di pilotaggio adottata nella quasi totalità dei casi per questi componenti è il BLDC sensorless, anche se la struttura si dimostra spesso essere PMSM, dunque inadatta all’uso di questa strategia. Il controllo ideale per i PMSM risulterebbe essere FOC, tuttavia per l'implementazione sensorless molti aspetti scontati nel BLDC devono essere affrontati, in particolare bisogna risolvere problemi di osservazione e identificazione. Durante la procedura di avviamento, efficienti strategie di self-commissioning vengono adottate per l’identificazione dei parametri elettrici. Per la fase di funzionamento nominale viene proposto un osservatore composto da diversi componenti interfacciati tra loro tramite un filtro complementare, il tutto al fine di ottenere una stima di posizione e velocità depurata dai disturbi. In merito al funzionamento in catena chiusa, vengono esposte valutazioni preliminari sulla stabilità e sulla qualità del controllo. Infine, per provare la validità degli algoritmi proposti, vengono mostrati i risultati delle prove sperimentali condotte su un tipico azionamento per UAV, pilotato da una scheda elettronica progettata appositamente per l’applicazione in questione. Vengono fornite inoltre indicazioni sull’implementazione degli algoritmi studiati, in particolare considerazioni sull’uso delle operazioni a virgola fissa per velocizzare l'esecuzione.

The Herglotz variational problem on spheres and its optimal control approach

The main goal of this paper is to extend the generalized variational problem of Herglotz type to the more general context of the Euclidean sphere S^n. Motivated by classical results on Euclidean spaces, we derive the generalized Euler-Lagrange equation for the corresponding variational problem defined on the Riemannian manifold S^n. Moreover, the problem is formulated from an optimal control point of view and it is proved that the Euler-Lagrange equation can be obtained from the Hamiltonian equations. It is also highlighted the geodesic problem on spheres as a particular case of the generalized Herglotz problem.

Problems in Algebraic Vision

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Multiphase modeling of melting / solidification with high density variations using XFEM

La modélisation de la cryolite, utilisée dans la fabrication de l’aluminium, implique plusieurs défis, notament la présence de discontinuités dans la solution et l’inclusion de la difference de densité entre les phases solide et liquide. Pour surmonter ces défis, plusieurs éléments novateurs ont été développés dans cette thèse. En premier lieu, le problème du changement de phase, communément appelé problème de Stefan, a été résolu en deux dimensions en utilisant la méthode des éléments finis étendue. Une formulation utilisant un multiplicateur de Lagrange stable spécialement développée et une interpolation enrichie a été utilisée pour imposer la température de fusion à l’interface. La vitesse de l’interface est déterminée par le saut dans le flux de chaleur à travers l’interface et a été calculée en utilisant la solution du multiplicateur de Lagrange. En second lieu, les effets convectifs ont été inclus par la résolution des équations de Stokes dans la phase liquide en utilisant la méthode des éléments finis étendue aussi. Troisièmement, le changement de densité entre les phases solide et liquide, généralement négligé dans la littérature, a été pris en compte par l’ajout d’une condition aux limites de vitesse non nulle à l’interface solide-liquide pour respecter la conservation de la masse dans le système. Des problèmes analytiques et numériques ont été résolus pour valider les divers composants du modèle et le système d’équations couplés. Les solutions aux problèmes numériques ont été comparées aux solutions obtenues avec l’algorithme de déplacement de maillage de Comsol. Ces comparaisons démontrent que le modèle par éléments finis étendue reproduit correctement le problème de changement phase avec densités variables.

SPACE-DEPLOYED, THIN-WALLED ENCLOSURE FOR A CRYOGENICALLY-COOLED HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTING COIL

The interaction of magnetic fields generated by large superconducting coils has multiple applications in space, including actuation of spacecraft or spacecraft components, wireless power transfer, and shielding of spacecraft from radiation and high energy particles. These applications require coils with major diameters as large as 20 meters and a thermal management system to maintain the superconducting material of the coil below its critical temperature. Since a rigid thermal management system, such as a heat pipe, is unsuitable for compact stowage inside a 5 meter payload fairing, a thin-walled thermal enclosure is proposed. A 1.85 meter diameter test article consisting of a bladder layer for containing chilled nitrogen vapor, a restraint layer, and multilayer insulation was tested in a custom toroidal vacuum chamber. The material properties found during laboratory testing are used to predict the performance of the test article in low Earth orbit. Deployment motion of the same test article was measured using a motion capture system and the results are used to predict the deployment in space. A 20 meter major diameter and coil current of 6.7 MA is selected as a point design case. This design point represents a single coil in a high energy particle shielding system. Sizing of the thermal and structural components of the enclosure is completed. The thermal and deployment performance is predicted.

T-duality without isometry via extended gauge symmetries of 2D sigma models

Target space duality is one of the most profound properties of string theory. However it customarily requires that the background fields satisfy certain invariance conditions in order to perform it consistently; for instance the vector fields along the directions that T-duality is performed have to generate isometries. In the present paper we examine in detail the possibility to perform T-duality along non-isometric directions. In particular, based on a recent work of Kotov and Strobl, we study gauged 2D sigma models where gauge invariance for an extended set of gauge transformations imposes weaker constraints than in the standard case, notably the corresponding vector fields are not Killing. This formulation enables us to follow a procedure analogous to the derivation of the Buscher rules and obtain two dual models, by integrating out once the Lagrange multipliers and once the gauge fields. We show that this construction indeed works in non-trivial cases by examining an explicit class of examples based on step 2 nilmanifolds.

Privileged Words and Sturmian Words

This dissertation has two almost unrelated themes: privileged words and Sturmian words. Privileged words are a new class of words introduced recently. A word is privileged if it is a complete first return to a shorter privileged word, the shortest privileged words being letters and the empty word. Here we give and prove almost all results on privileged words known to date. On the other hand, the study of Sturmian words is a well-established topic in combinatorics on words. In this dissertation, we focus on questions concerning repetitions in Sturmian words, reproving old results and giving new ones, and on establishing completely new research directions. The study of privileged words presented in this dissertation aims to derive their basic properties and to answer basic questions regarding them. We explore a connection between privileged words and palindromes and seek out answers to questions on context-freeness, computability, and enumeration. It turns out that the language of privileged words is not context-free, but privileged words are recognizable by a linear-time algorithm. A lower bound on the number of binary privileged words of given length is proven. The main interest, however, lies in the privileged complexity functions of the Thue-Morse word and Sturmian words. We derive recurrences for computing the privileged complexity function of the Thue-Morse word, and we prove that Sturmian words are characterized by their privileged complexity function. As a slightly separate topic, we give an overview of a certain method of automated theorem-proving and show how it can be applied to study privileged factors of automatic words. The second part of this dissertation is devoted to Sturmian words. We extensively exploit the interpretation of Sturmian words as irrational rotation words. The essential tools are continued fractions and elementary, but powerful, results of Diophantine approximation theory. With these tools at our disposal, we reprove old results on powers occurring in Sturmian words with emphasis on the fractional index of a Sturmian word. Further, we consider abelian powers and abelian repetitions and characterize the maximum exponents of abelian powers with given period occurring in a Sturmian word in terms of the continued fraction expansion of its slope. We define the notion of abelian critical exponent for Sturmian words and explore its connection to the Lagrange spectrum of irrational numbers. The results obtained are often specialized for the Fibonacci word; for instance, we show that the minimum abelian period of a factor of the Fibonacci word is a Fibonacci number. In addition, we propose a completely new research topic: the square root map. We prove that the square root map preserves the language of any Sturmian word. Moreover, we construct a family of non-Sturmian optimal squareful words whose language the square root map also preserves.This construction yields examples of aperiodic infinite words whose square roots are periodic.

All-regime Lagrangian-Remap numerical schemes for the gas dynamics equations. Applications to the large friction and low Mach coefficients

In this talk, we propose an all regime Lagrange-Projection like numerical scheme for the gas dynamics equations. By all regime, we mean that the numerical scheme is able to compute accurate approximate solutions with an under-resolved discretization with respect to the Mach number M, i.e. such that the ratio between the Mach number M and the mesh size or the time step is small with respect to 1. The key idea is to decouple acoustic and transport phenomenon and then alter the numerical flux in the acoustic approximation to obtain a uniform truncation error in term of M. This modified scheme is conservative and endowed with good stability properties with respect to the positivity of the density and the internal energy. A discrete entropy inequality under a condition on the modification is obtained thanks to a reinterpretation of the modified scheme in the Harten Lax and van Leer formalism. A natural extension to multi-dimensional problems discretized over unstructured mesh is proposed. Then a simple and efficient semi implicit scheme is also proposed. The resulting scheme is stable under a CFL condition driven by the (slow) material waves and not by the (fast) acoustic waves and so verifies the all regime property. Numerical evidences are proposed and show the ability of the scheme to deal with tests where the flow regime may vary from low to high Mach values.

The SOPHIE search for northern extrasolar planets: X. Detection and characterization of giant planets by the dozen

We present new radial velocity measurements of eight stars that were secured with the spectrograph SOPHIE at the 193 cm telescope of the Haute-Provence Observatory. The measurements allow detecting and characterizing new giant extrasolar planets. The host stars are dwarfs of spectral types between F5 and K0 and magnitudes of between 6.7 and 9.6; the planets have minimum masses Mp sin i of between 0.4 to 3.8 MJup and orbitalperiods of several days to several months. The data allow only single planets to be discovered around the first six stars (HD 143105, HIP 109600, HD 35759, HIP 109384, HD 220842, and HD 12484), but one of them shows the signature of an additional substellar companion in the system. The seventh star, HIP 65407, allows the discovery of two giant planets that orbit just outside the 12:5 resonance in weak mutual interaction. The last star, HD 141399, was already known to host a four-planet system; our additional data and analyses allow new constraints to be set on it. We present Keplerian orbits of all systems, together with dynamical analyses of the two multi-planet systems. HD 143105 is one of the brightest stars known to host a hot Jupiter, which could allow numerous follow-up studies to be conducted even though this is not a transiting system. The giant planets HIP 109600b, HIP 109384b, and HD 141399c are located in the habitable zone of their host star.

On the rotation of co-orbital bodies in eccentric orbits

We investigate the resonant rotation of co-orbital bodies in eccentric and planar orbits. We develop a simple analytical model to study the impact of the eccentricity and orbital perturbations on the spin dynamics. This model is relevant in the entire domain of horseshoe and tadpole orbit, for moderate eccentricities. We show that there are three different families of spin-orbit resonances, one depending on the eccentricity, one depending on the orbital libration frequency, and another depending on the pericenter's dynamics. We can estimate the width and the location of the different resonant islands in the phase space, predicting which are the more likely to capture the spin of the rotating body. In some regions of the phase space the resonant islands may overlap, giving rise to chaotic rotation.

Formulação lagrangiana para sistemas dissipativos através do cálculo fracionário

Neste trabalho, generalizamos o Princípio da Mínima Ação proposto por Riewe para sistemas não conservativos, contendo forças dissipativas lineares dependentes de derivadas temporais de qualquer ordem. A Ação generalizada é construída a partir de funções Lagrangianas dependentes de derivadas de ordem inteira e fracionária. Diferente de outras formulações, o uso de derivadas fracionárias permite a construção de Lagrangianas físicas para sistemas não conservativos. Uma Lagrangiana é dita física se fornece relações fisicamente consistentes para o momentum e o Hamiltoniano do sistema. Neste Princípio da Mínima Ação generalizado, as equações de movimento são obtidas a partir da equação de Euler-Lagrange e, tomando-se o limite indo à zero para o intervalo de tempo definindo a Ação. Finalmente, como exemplo de aplicação, formulamos pela primeira vez uma Lagrangiana física para o problema da carga pontual acelerada.

Integrales elípticas. Con notas históricas

Integrales elípticas con notas históricas, presenta los resultados matemáticos más importantes de este tipo de integrales. Primero se enuncian ciertos problemas históricos referentes al tema y que ejemplifican las especies de Legendre. El punto central de la discusión es la ecuación diferencial fundamental de Euler, cuya solución se da en la identidad de Lagrange. En la parte final del texto se muestran aplicaciones e interpretaciones geométricas de dicha ecuación. La colección lecciones de matemáticas, iniciativa del departamento de ciencias básicas de la universidad de Medellín, a través de su grupo de investigación SUMMA, incluye en cada número la exposición detallada de un tema matemático, tratado con mayor profundidad que en un curso regular. Las temáticas incluyen: álgebra, trigonometría, cálculo, estadística y probabilidades, álgebra lineal, métodos lineales y numéricos, historia de las matemáticas, geometría, matemáticas puras y aplicadas, ecuaciones diferenciales y empleo de distintos softwares para la enseñanza de las matemáticas.