Giuseppe NOTARSTEFANO

Giuseppe NOTARSTEFANO

Professore II Fascia (Associato)

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04: AUTOMATICA.

giuseppe.notarstefano@unisalento.it

Dipartimento di Ingegneria dell'Innovazione

Centro Ecotekne Pal. O - S.P. 6, Lecce - Monteroni - LECCE (LE)

Ufficio, Piano terra

Curriculum Vitae

 

Giuseppe Notarstefano is Associate Professor at the Università del Salento (Lecce, Italy), where he was Assistant Professor (Ricercatore) from February 2007 to May 2016. He received the Laurea degree “summa cum laude” in Electronics Engineering from the Università di Pisa in 2003 and the Ph.D. degree in Automation and Operation Research from the Università di Padova in 2007. He has been visiting scholar at the University of Stuttgart, University of California Santa Barbara and University of Colorado Boulder. His research interests include distributed optimization, cooperative control in complex networks, applied nonlinear optimal control, and trajectory optimization and maneuvering of aerial and car vehicles.

He serves as an Associate Editor for IEEE Transactions on Control Systems Technology, for IEEE Control Systems Letters, for the Conference Editorial Board of the IEEE Control Systems Society and for other IEEE and IFAC conferences.

He coordinated the VI-RTUS team winning the International Student Competition Virtual Formula 2012. He is recipient of an ERC Starting Grant 2014.

 

Advanced Control Techniques (12 CFU)

 

Corso di laurea Magistrale in Computer Engineering

I year II Period

 

Corso di laurea Magistrale in Matematica (corso mutuato)

II period
 

Academic: Prof. Ing. Giuseppe Notarstefano

 

Overview

In this course we will provide advanced control methodologies, beyond the basic tools for linear systems provided in the undergraduate courses, to analyze structural properties and design control strategies for nonlinear dynamical systems and multi-agent network systems.  In the first part of the course, we will focus on selected design tools, based on optimization methods, to control nonlinear systems. After setting up the bases of nonlinear optimization, optimal control methods for dynamical systems will be introduced. Then, nonlinear control techniques, based on these tools, will be presented. The second part of the course will focus on a novel class of dynamical systems, namely cyber-physical network systems. They are multi-agent systems consisting of many control subsystems that aim at performing global tasks via local communication in a cooperative way. Selected distributed control and optimization techniques will be provided to solve complex tasks in a cooperative way. The proposed techniques will be applied to a number of example domains, including mobile robotics, to bridge the gap between theory and application.

 

Learning Outcomes; after the course the student should be able to

* Analyze optimality conditions and design algorithms for constrained optimization problems.

* Solve optimal control problems for dynamical systems.

* Design selected feedback control laws for nonlinear dynamical systems.

* Design basic distributed control and optimization algorithms for multi-agent network systems.

 

Course Content

Course introduction and modeling of dynamical systems: examples of dynamical systems in different areas; models from autonomous (aerial) robotics. (6 hours).

Nonlinear optimization: necessary and sufficient conditions for constrained optimization; duality theory; primal and dual optimization algorithms. (30 hours)

Optimal control: optimality conditions for discrete-time and continuous-time optimal control; solution of linear quadratic optimal control problems; algorithms for nonlinear optimal control problems. (24 hours)

Selected topics on nonlinear control strategies for stabilization, trajectory tracking and maneuver regulation; application to the control of autonomous aerial robots. (18 hours)

Distributed control and optimization: modeling of a multi-agent control system and distributed algorithms; linear consensus algorithms in multi-agent control systems; distributed control laws for rendezvous, containment and formation control; selected distributed optimization algorithms. (30 hours)

 

Prerequisite: Foundations of analysis, linear algebra and linear systems theory.

IMPORTANT: Students are invited to contact the instructor if they do not have some of the prerequisites, but still are interested in the course.

 

Examination:

The final exam consists of two parts: written and oral.

The written part consists of the application of the methodologies proposed in the course to exercises or to simulated/experimental case studies. This part is aimed at verifying to what extent the student is able to solve, implement and code techniques theoretically analyzed in the course.

The second part consists of theoretical questions and the discussion of the written part. This part aims at verifying the students’ understanding of the topics presented in the course and their ability to rigorously present them.

 

Office Hours: To be determined depending on the course schedule.

 

References

The course is based on the following recommended books and a set of articles which will be made available throughout the term.

 

Recommended books

D. Bertsekas. Nonlinear Programming.

F. Bullo. Lectures on Network Systems.

D. Liberzon. Calculus of Variations and Optimal Control Theory.

H. K. Khalil. Nonlinear Systems.

 

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Teoria dei Sistemi  (6 CFU)

 

Corso di laurea in Ingegneria dell’Informazione

III anno. II periodo

 

Docente: Prof. Ing. Giuseppe Notarstefano.

 

Obiettivi del corso

Il corso fornisce gli strumenti fondamentali per l’analisi di proprietà strutturali e la sintesi di un controllore per sistemi dinamici lineari tempo invarianti in forma di stato. Il corso fornisce, inoltre, strumenti preliminari per l’analisi della stabilità di sistemi non lineari tempo invarianti. In particolare, si forniscono allo studente le metodologie per analizzare la stabilità, la raggiungibilità e l’osservabilità di sistemi lineari tempo invarianti. Sulla base degli strumenti di analisi forniti allo studente, si propongono tecniche di sintesi per il controllo in retroazione e la stima dello stato di sistemi dinamici lineari tempo invarianti. I due strumenti vengono quindi combinati per la progettazione di un regolatore che permette simultaneamente di stimare lo stato e controllarlo. Vengono forniti, infine, strumenti di analisi preliminari per lo studio della stabilità di sistemi non lineari tempo invarianti. 

 

Risultati di apprendimento; dopo il corso lo studente dovrebbe essere in grado di

* Studiare la stabilità, la raggiungibilità e l’osservabilità di sistemi lineari tempo invarianti

* Progettare una legge di controllo in retroazione, uno stimatore e un regolatore per sistemi lineari tempo invarianti

* Analizzare la stabilità di sistemi non lineari tempo invarianti

 

Programma del corso

Introduzione al corso e rappresentazione dei sistemi dinamici in forma di stato (6 ore). Analisi modale e analisi della stabilità per sistemi lineari tempo invarianti (18 ore). Raggiungibilità e controllabilità e controllo in retroazione dallo stato (12 ore). Osservabilità, ricostruibilità e stima dello stato; progettazione del regolatore (9 ore). Matrice di trasferimento e realizzazione di mappe ingresso uscita (3 ore). Stabilità dell’equilibrio di sistemi non lineari tempo invarianti (6 ore).

 

Conoscenze preliminari: Sono utili conoscenze di analisi, algebra lineare e segnali e sistemi.

 

Modalità di verifica delle conoscenze acquisite: scritto, orale, scritto e/o orale.

L’esame consiste di una prova scritta e una prova orale. La prova scritta consiste di esercizi che mirano a valutare l’abilità dello studente nell’analizzare le principali proprietà dei sistemi dinamici studiate nel corso (quali modi del sistema, stabilità, controllabilità e osservabilità). La prova orale consiste di domande che mirano a verificare la capacità dello studente di comprendere gli aspetti formali degli argomenti proposti nel corso e di presentarli in modo rigoroso.

 

Orario di ricevimento: Da stabilire sulla base dell’orario delle lezioni.

 

Testi di riferimento

[1] E. Fornasini, G. Marchesini. Appunti di Teoria dei Sistemi.

 

Didattica

A.A. 2018/2019

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea MATEMATICA

Lingua INGLESE

Crediti 12.0

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Per immatricolati nel 2018/2019

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso APPLICATIVO

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Lingua INGLESE

Crediti 12.0

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Per immatricolati nel 2018/2019

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Lingua ITALIANO

Crediti 6.0

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Per immatricolati nel 2016/2017

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2017/2018

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea MATEMATICA

Lingua INGLESE

Crediti 12.0

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Per immatricolati nel 2017/2018

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso APPLICATIVO

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Lingua INGLESE

Crediti 12.0

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Per immatricolati nel 2017/2018

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Lingua ITALIANO

Crediti 6.0

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Per immatricolati nel 2015/2016

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2016/2017

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Crediti 12.0

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Per immatricolati nel 2016/2017

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Crediti 6.0

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Per immatricolati nel 2014/2015

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Crediti 12.0

Anno accademico di erogazione 2015/2016

Per immatricolati nel 2015/2016

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2014/2015

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Crediti 12.0

Anno accademico di erogazione 2014/2015

Per immatricolati nel 2014/2015

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

A.A. 2013/2014

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Crediti 12.0

Anno accademico di erogazione 2013/2014

Per immatricolati nel 2013/2014

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

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ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea MATEMATICA

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2018/2019

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Anno 1

Semestre Secondo Semestre (dal 25/02/2019 al 31/05/2019)

Lingua ITALIANO

Percorso APPLICATIVO (022)

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)
ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2018/2019

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Anno 1

Semestre Secondo Semestre (dal 04/03/2019 al 04/06/2019)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)
TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2016/2017

Anno accademico di erogazione 2018/2019

Anno 3

Semestre Secondo Semestre (dal 04/03/2019 al 04/06/2019)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)
ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea MATEMATICA

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2017/2018

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Anno 1

Semestre Secondo Semestre (dal 26/02/2018 al 25/05/2018)

Lingua ITALIANO

Percorso APPLICATIVO (022)

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)
ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2017/2018

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Anno 1

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2018 al 01/06/2018)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)
TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2015/2016

Anno accademico di erogazione 2017/2018

Anno 3

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2018 al 01/06/2018)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)
ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2016/2017

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Anno 1

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2017 al 02/06/2017)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)
TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2014/2015

Anno accademico di erogazione 2016/2017

Anno 3

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2017 al 02/06/2017)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

TEORIA DEI SISTEMI (ING-INF/04)
ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2015/2016

Anno accademico di erogazione 2015/2016

Anno 1

Semestre Secondo Semestre (dal 29/02/2016 al 03/06/2016)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)
ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2014/2015

Anno accademico di erogazione 2014/2015

Anno 1

Semestre Secondo Semestre (dal 02/03/2015 al 06/06/2015)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)
ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)

Corso di laurea COMPUTER ENGINEERING

Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04

Anno accademico 2013/2014

Anno accademico di erogazione 2013/2014

Anno 1

Semestre Secondo Semestre (dal 03/03/2014 al 31/05/2014)

Lingua INGLESE

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

ADVANCED CONTROL TECHNIQUES (ING-INF/04)