L’obiettivo di questa tesi è il monitoraggio di sistemi complessi a larga-scala. L’importanza di questo argomento è dovuto alla rinnovata enfasi data alle problematiche riguardanti la sicurezza e l’affidabilità dei sistemi, diventate requisiti fondamentali nella progettazione. Infatti, la crescente complessità dei moderni sistemi, dove le relazioni fra i diversi componenti, con il mondo esterno e con il fattore umano sono sempre più importanti, implica una crescente attenzione ai rischi e ai costi dovuti ai guasti e lo sviluppo di approcci nuovi per il controllo e il monitoraggio. Mentre nel contesto centralizzato i problemi di stima e di diagnostica di guasto sono stati ampiamente studiati, lo sviluppo di metodologie specifiche per sistemi distribuiti, larga scala o “networked”, come i Cyber-Physical Systems e i Systems-of-Systems, è cominciato negli ultimi anni.
Il sistema fisico è rappresentato come l’interconnessione di sottosistemi ottenuti attraverso una decomposizione del sistema complesso dove le sovrapposizioni sono consentite. L’approccio si basa sul modello dinamico non-lineare dei sottosistemi e sull’approssimazione adattativa delle non note interconnessioni fra i sottosistemi.
La novità è la proposta di un’architettura unica che tenga conto dei molteplici aspetti che costituiscono i sistemi moderni, integrando il sistema fisico, il livello sensoriale e il sistema di diagnostica e considerando le relazioni fra questi ambienti e le reti di comunicazione. In particolare, vengono proposte delle soluzioni ai problemi che emergono dall’utilizzo di reti di comunicazione e dal considerare sistemi distribuiti e networked.
Il processo di misura è effettuato da un insieme di reti di sensori, disaccoppiando il livello fisico da quello diagnostico e aumentando in questo modo la scalabilità e l’affidabilità del sistema diagnostico complessivo. Un nuovo metodo di stima distribuita per reti di sensori è utilizzato per filtrare le misure minimizzando sia la media sia la varianza dell’errore di stima attraverso la soluzione di un problema di ottimizzazione di Pareto. Un metodo per la re-sincronizzazione delle misure è proposto per gestire sistemi multi-rate e misure asincrone e per compensare l’effetto dei ritardi nella rete di comunicazione fra sensori e diagnostici.
Poiché uno dei problemi più importanti quando si considerano sistemi distribuiti e reti di comunicazione è per l’appunto il verificarsi di ritardi di trasmissione e perdite di pacchetti, si propone una strategia di compensazione dei ritardi , basata sull’uso di Time Stamps e buffer e sull’introduzione di una matrice di consenso tempo-variante, che permette di gestire il problema dei ritardi nella rete di comunicazione fra diagnostici.
Gli schemi distribuiti per la detection e l’isolation dei guasti sono sviluppati, garantendo la convergenza degli stimatori e derivando le condizioni sufficienti per la detectability e l’isolability. La matrice tempo-variante proposta permette di migliorare queste proprietà definendo delle soglie meno conservative. Alcuni risultati sperimentali provano l’efficacia del metodo proposto.
Infine, le architetture distribuite per la detection e l’isolation, sviluppate nel caso tempo-discreto, sono estese al caso tempo continuo e nello scenario in cui lo stato non è completamente misurabile, sia a tempo continuo che a tempo discreto.
