Ricerca

Modellistica, predizione e controllo di instabilità disruptive di plasmi da fusione

Nell'ambito della fusione termonucleare, la comprensione e la predizione degli eventi disruptivi rimangono perciò tra i principali argomenti di ricerca. Nell'ambito della ricerca sulla predizione delle disruzioni, sono stati sviluppati diversi tipi di predittori neurali utilizzando dati provenienti da ASDEXUpgrade (AUG) e dal JET. Al fine di migliorare le capacità di estrapolazione del predittore neurale nelle regioni dello spazio operativo non coperte dal training set è stata studiata una procedura di retraining on-line. Questa procedura permette al predittore di incrementare la sua conoscenza aggiungendo nuove regioni allo spazio operativo mappato precedentemente. Nell'ambito della ricerca sulla comprensione degli eventi disruttivi uno degli obbiettivi cruciali è l'identificazione delle regioni caratteristiche dello spazio operativo nel quale il tokamak opera. A tale proposito, sui dati sperimentali di AUG, è stato effettuato uno studio per identificare le regioni caratteristiche dello spazio operativo delimitato dal database di addestramento del predittore neurale. Per mezzo della Self Organizing Map (SOM) si è riusciti ad ottenere la separazione della regione rappresentativa degli stati di plasma non disrotti (regione buona) da quella degli stati disrotti (regione disrotta). A partire da questo risultato è stato condotto uno studio preliminare sulla possibilità di effettuare la predizione delle distruzioni usando le SOM. Nell'ambito del progetto PRIN "Modellistica e controllo di instabilità disruptive di plasmi da fusione e valutazione delle conseguenti sollecitazioni elettromagnetiche" è stato realizzato il mappaggio dello spazio operativo di JET. La mappa SOM è alla base di un sistema di controllo di disruzioni. La traiettoria di un impulso sulla mappa può essere controllata attraverso una serie di parametri allo scopo di mantenerla in regioni della mappa, e quindi dello spazio operativo del tokamak, a basso rischio di disruzione. Sempre con riferimento al JET, è stato sviluppato un algoritmo per l'identificazione dei MARFE da video registrati al JET durante gli esperimenti. La procedura, basata sul calcolo dei momenti di HU e sull'utilizzo di operatori morfologici ha un tasso di successo che supera l'80%.

Progettazione ottima per dispositivi elettromagnetici

Negli anni recenti sono stati proposti differenti algoritmi stocastici per il progetto ottimo di dispositivi elettromagnetici. In questi problemi la funzione obiettivo è spesso multimodale, non lineare e non derivabile. Per questa ragione risulta indispensabile ricorrere a modelli numerici approssimanti, quali i modelli agli elementi finiti. Il ricorso a solutori numerici rende spesso proibitivi i tempi della ricerca della soluzione. Per contenere questi tempi computazionali, è stato implementato un algoritmo di Tabu Search il cui codice è stato reso "parallelo" utilizzando la nuova tecnologia Grid Computing. Per gli stessi problemi, sono stati proposti alcuni algoritmi per la soluzione del problema di progettazione formalizzato come un problema inverso. Gli algoritmi proposti fanno ricorso ad una procedura che consente di invertire una rete neurale, che costituisce il modello approssimante della relazione funzionale fra parametri di progetto e prestazione del dispositivo (funzione obiettivo). Nel caso di ottimizzazione multi obiettivo, l'approccio proposto consente di ricavare un campionamento del Fronte di Pareto, esplorando direttamente lo spazio di ricerca delle funzioni obiettivo, piuttosto che lo spazio dei parametri progettuali, come è consueto fare.

Algoritmi di Bit Loading per le Power Line Communications

E' stato approfondito il problema dell'ottimizzazione della codifica nella trasmissione (Bit Loading) su linee di potenza (Power Line Communications - PLC). Ricorrere a linee preesistenti al fine di trasmettere segnali, se per un verso rappresenta un vantaggio in termini di costi e di cablaggio, per il fatto che le linee utilizzate non sono predisposte allo scopo comporta alcuni problemi, per lo più legati all'interferenza che i segnali trasmessi possono sia produrre, sia subire. L'obiettivo dell'ottimizzazione in questo caso mira a trovare il miglior compromesso tra la minimizzazione della potenza e del tasso di errore e la massimizzazione della velocità di trasmissione. In quest'ottica il problema è stato suddiviso in un problema di progetto, nel quale i tre obiettivi anzidetti sono trattati con una tecnica di ottimizzazione multi-obiettivo basata sul Tabu-Search, e in un problema di ottimizzazione in tempo reale della codifica, nel quale si ricerca un compromesso tra la velocità di trasmissione e i valori istantanei di potenza (Peak-to-Average Power Ratio - PAPR). Questi infatti rappresentano uno dei maggiori ostacoli all'uso di questa tecnica, soprattutto nel caso di implementazioni on board, dove possono avere luogo pericolose interferenze con la strumentazione di bordo.

Traffic engineering in reti di telecomunicazioni affidabili

Il gruppo Elettrotecnica ha portato avanti un'intensa attività di ricerca nell'ambito dell'ottimizzazione delle reti di telecomunicazioni. Particolare attenzione è stata rivolta ai problemi di traffic engineering in reti IP e alle problematiche di reliability e survivability in tali reti. Sono state proposte tecniche di ottimizzazione dell'utilizzo della rete internet che presuppongono l'utilizzo dei protocolli IGP (Interior Gateway Protocol) e MPLS (Multi- Protocol Label Switching). Nell'ambito del protocollo IGP è stato sviluppato un algoritmo di ottimizzazione che mira a diminuire il livello di congestione della rete. Per ridurne il carico computazionale, esso è stato implementato nella Griglia Computazionale presente in Sardegna. Sono stati inoltre implementati dei modelli LP (Linear Programming) che mirano a diminuire il livello di occupazione della rete e quindi ad aumentare la survivability nell'ambito dell'utilizzo congiunto del protocollo IGP e della tecnologia MPLS.

Analisi di testabilita' e diagnostica non distruttiva

Per eseguire la diagnosi di circuiti analogici è fondamentale avere una misura della testabilità del circuito, che fornisce una misura della risolubilità delle equazioni di guasto non lineari. E' stato proposto un nuovo approccio all'analisi di testabilità di circuiti analogici non lineari, per la determinazione dei gruppi di ambiguità canonici. Poiché l'approccio proposto è completamente simbolico, esso non presenta il problema degli errori di arrotondamento. Il metodo proposto supera i limiti di validità delle procedure presentate in letteratura, applicabili solo ai circuiti lineari in quanto basate sulla conoscenza della funzione di trasferimento del circuito. La procedura è valida infatti anche per la diagnosi di circuiti analogici non lineari. La diagnosi viene eseguita risolvendo le equazioni di guasto ottenute imponendo che i coefficienti della relazione input-output si accordino con le misure effettuate sul circuito di prova. In questo modo, è possibile stimare i valori dei parametri del circuito compatibili con le misure. L'informazione fondamentale riguardante la testabilità del circuito è incorporata nelle equazioni di guasto.

Generatori MagnetoIdroDinamici (MHD) ad induzione

Sono stati condotti approfonditi studi volti allo sviluppo di una nuova concezione di generatore MHD che permette di superare i limiti caratteristici di questa classe di generatori e che ne hanno limitato l'impiego a favore di altre tecnologie alternative, principalmente le turbine a gas. Per questi nuovi generatori il livello di temperatura non costituisce un ostacolo alla conversione, come avviene invece nei generatori MHD convenzionali. Questo fatto apre la prospettiva di realizzare un generatore a induzione multi stadio, che teoricamente potrebbe elaborare l'intero salto entalpico disponibile in un fluido operativo, in questo modo riducendo la complessità dell'impianto rispetto ai cicli combinati nei quali necessariamente vengono utilizzati i generatori MHD convenzionali. Grazie alla possibilità di operare con temperature molto elevate, il fluido operativo può entrare nel generatore senza bisogno di moderarne la temperatura mediante la diluizione con gas freddo, con il doppio vantaggio di lavorare con portate più basse, quindi con costi di impianto inferiori, e con salti termici più alti, quindi con rendimenti di riferimento più elevati.

Sistema per lo sfruttamento dell'energia eolica nelle aree urbane

E' allo studio una struttura denominata "Tetto Eolico", che permetterebbe di estendere lo sfruttamento dell'energia eolica anche alle zone urbane. Il sistema eolico è costituito di un complesso formato da una parte fissa detto distributore e una parte mobile detta girante o rotore. Il flusso del vento entrante nella turbina, è regolato mediante il distributore e agisce sulle pale del rotore mettendolo in movimento. Nel caso della produzione elettrica il movimento rotatorio del rotore viene trasferito mediante un albero a un alternatore che produce quindi energia elettrica. Sono stati analizzati dei modelli fluidodinamici 2D e 3D del sistema allo scopo di valutare l'efficacia del nuovo sistema proposto considerando sia l'influenza del profilo dell'edificio sia l'effetto dell'impedenza del condotto sulla potenza disponibile alla girante. Sono stati eseguiti due studi parametrici per determinare il numero ottimo di condotti dello statore e il miglior rapporto tra sezione d'ingresso e sezione d'uscita dello statore valutando i valori di potenza generata e di coppia agente sulla turbina. I risultati sono stati ottenuti considerando diversi scenari e le condizioni meteorologiche rilevate nell'ultimo anno nel sito in cui verrà posizionato un prototipo, attualmente in fase di costruzione, del sistema finora modellato.

Un algoritmo per il calcolo veloce degli esponenti di Lyapunov

Gli esponenti di Lyapunov giocano un ruolo cruciale nella descrizione dei sistemi dinamici, a causa della loro connessione con la presenza di dinamiche di tipo caotico. Essi sono dei parametri numerici che quantificano la sensibilità dei sistemi dinamici non lineari alle condizioni iniziali. In particolare, gli esponenti di Lyapunov sono in grado di stimare il grado di divergenza a lungo raggio di traiettorie che partono da condizioni iniziali vicine. Un esponente positivo può è una condizione per la presenza di caos. Generalmente, non è possibile calcolare analiticamente gli esponenti di Lyapunov, perciò in letteratura son state sviluppate delle tecniche numeriche basate sull'integrazione dell'equazione variazionale. In questi metodi, ogni passo richiede l'integrazione del sistema di equazioni differenziali originario ma, in presenza di caos, la stima degli esponenti comporta tante difficoltà di tipo numerico correlate con la divergenza delle traiettorie. E' stato sviluppato un algoritmo che ottimizza la stima degli esponenti nel caso di sistemi affini a tratti. Esso sfrutta la linearità dell'equazione di stato e dell'equazione variazionale nelle diverse regioni dello spazio di stato per integrarle in forma chiusa riducendo considerevolmente il tempo di calcolo senza comprometterne la precisione. L'algoritmo è stato testato su sistemi caotici ben noti in letteratura con non linearità di tipo affine a tratti.

LandCare MED

Ideato da ricercatori del gruppo di Elettrotecnica dell'università di Cagliari e finanziato per il 90% dall'Unione Europea tramite il programma EnpiCbc Bacino del Mediterraneo, il progetto LANDCARE MED unisce Sardegna, Tunisia e Libano con il principio che i rifiuti rurali e urbani non sono un peso bensì un'opportunità di crescita per le comunità e un guadagno per la collettività. Grazie al progetto LANDCARE MED gli enti locali coinvolti avranno modo di promuovere lo sviluppo di politiche e di strategie integrate in materia di gestione dei rifiuti rurali e domestici. In particolare il progetto mira al rafforzamento delle competenze delle istituzioni e delle organizzazioni territoriali. Saranno definiti gli strumenti e le metodologie necessarie per il corretto riciclo dei “materiali nobili” contenuti nei rifiuti e per il trattamento innovativo ed eco-sostenibile del rifiuti organici di origine rurale e domestica. La politica progettuale, coordinata dal comune di Decimoputzu, propone un approccio di piccola scala orientato verso comunità la cui economia si basa principalmente su attività agricole e di allevamento. Le tre aree geografiche in cui si svilupperà il progetto (Italia, Libano e Tunisia), presentano le stesse esigenze e vincoli in materia di gestione dei rifiuti. Attualmente infatti, nelle nazioni coinvolte dal progetto, non sono particolarmente sviluppate, né le politiche di prevenzione della produzione di rifiuti rurali, né il riciclo di materiali derivanti dalle attività rurali e umane. Inoltre, in nessuno di questi paesi, si applica una politica che permetta una corretta gestione dei rifiuti rurali. In accordo con le informazioni raccolte durante la scrittura del progetto, i soggetti coinvolti condividono l'esigenza di ridurre la quantità di rifiuti prodotti e non riciclati, riuscendo al tempo stesso a non compromettere le loro attività economiche e a rispettare l'ambiente. I gruppi target sono rappresentati dai 4 comuni rurali coinvolti nel progetto, dal loro staff tecnico, dagli agricoltori e dai cittadini che possono contribuire direttamente e positivamente alla eliminazione dell'idea stessa di rifiuto. Nell’ambito del progetto gli agricoltori e i cittadini dei 4 comuni selezionati, vale a dire il Comune di Decimoputzu, i Comuni di Haret Saida e Zebdin (Libano) e il Comune di Medjez El Bab (Beja-Tunisia, partner associato), saranno gli attori principali della nuova metodologia di gestione dei rifiuti sviluppata attraverso la realizzazione delle attività progettuali. Il sistema sarà realizzato in piccole comunità dove gran parte della popolazione è impiegata in aziende agricole situate nelle campagne. Gli attori (Comuni, agricoltori e cittadini) coinvolti in LANDCARE potranno sviluppare e attuare autonomamente il proprio sistema di gestione dei rifiuti. Il modus operandi è quello di dare a qualsiasi tipo di residuo legato ad attività umane, all'allevamento e all'agricoltura un proprio ragionevole ed efficace riutilizzo. L'intento è quello di cambiare il ruolo degli agricoltori e dei cittadini da essere fonte del problema ad avere un ruolo chiave nella sua soluzione, spostando il loro ruolo da attori passivi a soggetti attivi attraverso una corretta raccolta dei rifiuti. In questo quadro, i Comuni coinvolti nel progetto avranno un ruolo fondamentale nel coordinamento e nella realizzazione delle nuove politiche di gestione dei rifiuti grazie al rafforzamento delle loro capacità e competenze in termini di pianificazione politica ambientale sostenibile.


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