Curriculum Vitae di Elio USAI

Posizione Attualmente Ricoperta

Professore ordinario, SSD ING-INF / 04 Automatica, presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica dell'Università degli Studi di Cagliari da Ottobre 2015.

Posizioni Precedentemente Ricoperte

• Professore Associato, del settore scientifico-disciplinare Automatica presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica, Università degli Studi di Cagliari dal 10/2000 al 9/2015.

• Ricercatore, prima libero e poi confermato, del settore scientifico-disciplinare Automatica presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica, Università degli Studi di Cagliari dal 9/1994 al 9/2000.

• Responsabile della produzione dei servizi ausiliari dello stabilimento EniChem di Porto Torres dal 1990 al 9/1994.

• Tecnologo dei Servizi Ausiliari presso lo stabilimento EniChem di Porto Torres dal 10/1988 al 1990.

• Tecnologo per lo sviluppo dei cavi per telecomunicazioni presso la Direzione Ricerca e Sviluppo, Laboratori di Milano, della Pirelli Cavi S.p.A. dal 6/1987 al 9/1988.

Incarichi istituzionali attuali

Delegato del Rettore per la qualità dei processi e dei servizi

Incarichi istituzionali precedenti

• Coordinatore del Presidio della Qualità di Ateneo da Ottobre 2015 a Novembre 2021

• Consigliere del Centro per la Qualità/Presidio per la Qualità di Ateneo dal Febbraio 2014 al Settembre 2015 (Vice-Direttore dal Luglio al Settembre 2015).

• Referente per la Qualità della Facoltà di Ingegneria ed Architettura dal Novembre 2012 al Novembre 2014.

• Referente per la Qualità del Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica ed Elettronica, dal Luglio 2012 al Novembre 2015.

• Presidente del Comitato Ordinatore e poi Coordinatore del Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica ed Elettronica, dal Luglio 2011 al Maggio 2015.

• Referente del Laboratorio Interdisciplinare per la Didattica e l’alta formazione in Ingegneria ed Architettura (LIDIA) dal Maggio 2010 fino a tutto il 2015.

• Presidente del Consiglio di Corso di Studio in Ingegneria Elettronica, dall’Ottobre 2006 al Maggio 2012.

• Coordinatore dell’Indirizzo Tecnologico della S.S.I.S.S. Sardegna, sezione di Cagliari, dal Dicembre 2003 a fine attività (2008)

• Segretario del Consiglio di Corso di Studio in Ingegneria Elettronica, dall’Ottobre 2000 al Settembre 2006.

• Responsabile del laboratorio didattico di Automatica del DIEE; dal 28/3/2000 al 2012.

Altri incarichi

Presidente dello Spin-off accademico SitAut s.r.l dalla fondazione in data 16/01/2015.

Titolo di studio

Laurea con lode in Ingegneria Elettrotecnica, conseguita il 12/4/1985 presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di Cagliari, con discussione della tesi “Controllo ottimo in tempo minimo di sistemi forestali”.

Formazione continua

• 2009-2024 – Corsi vari sui sistemi per l' Assicurazione della Qualità nell'Università

• 2009-2011 – Corsi vari sulla didattica universitaria

• 1987-1994 – Corsi vari di formazione per la gestione ed organizzazione di sistemi aziendali complessi

• 1989-1994 – Corsi vari di formazione sulla normativa tecnica negli impianti elettrici

Attività scientifica

L’attività scientifica interessa/ha interessato gli aspetti generali della teoria dei sistemi e del controllo, stima e diagnosi dei processi, ed attualmente con particolare attenzione rispetto alle seguenti tematiche:

Sistemi a struttura variabile

Sono state individuate tecniche efficienti di adattamento dell’ampiezza del controllo discontinuo e si è sviluppato un algoritmo di controllo originale per sistemi a grado relativo due, realizzante uno sliding mode del secondo ordine. Di tale algoritmo sono state analizzate le caratteristiche di robustezza rispetto all’implementazione digitale. Sono state sviluppate delle metodologie per l’analisi dell’influenza di dinamiche non modellate degli attuatori sull’ampiezza e frequenza del chattering, individuandone nella costante di tempo dominante e non nell’ordine della dinamica la causa principale. Qualora un modello lineare del sistema sia sufficientemente accurato, sono state individuate delle procedure di progettazione e taratura di controllori a struttura variabile nel dominio della frequenza, quali la Funzione Descrittiva e il Luogo per sistemi a relè perturbati (LPRS) al fine di attenuare gli effetti di una valutazione non corretta del grado relativo.

Osservatori per sistemi non lineari incerti e diagnosi di guasto model based

Lo studio di osservatori dello stato in presenza di incertezze mediante sliding modes di ordine superiore è stato inizialmente condotto con riferimento ad osservatori algebrici. Successivamente sono stati sviluppati osservatori robusti per sistemi SISO non lineari, per sistemi lineari MIMO con ingressi non noti e per sistemi a commutazione; alcuni degli schemi proposti non richiedono alcuna trasformazione di stato per la loro implementazione. Utilizzando il concetto di controllo equivalente l’output injection di un osservatore è stata utilizzata come residuo per la diagnosi di guasto sotto la condizione di strong observability. La combinazione con tecniche di analisi in frequenza o di data-mining permette anche una efficace diagnosi dei guasti. Sono state effettuati test sperimentali su un sistema three-tank non lineare e su motori asincroni per l’individuazione di guasti asimmetrizzanti la macchina. Utilizzando dati rilevati sul campo, l’approccio è stato verificato anche con riferimento a processi industriali con modelli di riferimento anche di ordine non intero.

Controllo e stima in sistemi multi-agente

Il problema del controllo e stima per sistemi multi-agente in presenza di incertezza è stato studiato e sono state proposte alcune soluzioni basate su tecniche di controllo discontinuo. Sono state individuate varie tecniche per il consenso e il leader following in presenza di incertezze e disturbi. Applicazioni per il controllo di frequenza e tensione in microgrid e gestione delle batterie in rete.

Sistemi infinito dimensionali incerti

Con riferimento a sistemi dinamici rappresentati mediante sistemi di equazioni differenziali alle derivate parziali o di ordine frazionario, sono state estese a tali classi di sistemi alcune proprietà di robustezza dei sistemi a struttura variabile con sliding modes del secondo ordine.

Output-feedback robusto di sistemi non lineari

L’utilizzo di osservatori dello stato in tempo finito includenti derivatori real-time è stato utilizzato per realizzare strutture di controllo robusto output-feedback per sistemi non lineari. Un problema essenziale è l’influenza del rumore di misura sulle prestazioni del sistema di controllo nel suo complesso. L’utilizzo di sliding mode di ordine superiore consente di limitare al limite teorico inferiore la propagazione dell’errore di misura dovuto al rumore ed alla implementazione digitale e di realizzare quindi sistemi di controllo con retroazione dell’uscita. L’approccio è stato validato mediante test in simulazione e in laboratorio su sistemi elettromeccanici quali: gru a portale, ROV con propulsione a getto, pantografi ferroviari.

Nel passato l’attività di ricerca ha interessato anche i seguenti ambiti:

• Controllo e sincronizzazione di circuiti caotici

• Modellazione di sistemi ibridi

• Identificazione parametrica in sistemi non lineari

Attività didattica istituzionale – incarichi ufficiali

• Docente di vari insegnamenti del Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/04 Automatica presso la Facoltà di Ingegneria e Architettura dell’Università di Cagliari

• Relatore di varie tesi di laurea di studenti dei corsi di studi in ingegneria elettrica, elettronica e meccanica su argomenti relative alla teoria e le applicazioni dei controlli automatici, anche in collaborazione con l’industria.

• Tutor di studenti di dottorato in Ingegneria Elettronica ed Informatica, in Ingegneria Industriale presso l'Università di Cagliari e del dottorato nazionale in Autonomous Sysyems.

• Docente tutor per gli assegni/contratti di ricerca su metodologie di stima e controllo robusto e distribuito.

Altre attività didattiche

• Docente di vari corsi di formazione per tecnici dell’industria riguardanti il controllo di processo.

• Membro del Collegio del corso di Dottorato in Ingegneria Industriale dal 2010 a tutt’oggi.

• Membreo del Collegio del Dottorato nazionale in Autonompous Systems dal 2023 a tutt'oggi.

• Membro del Collegio del corso di Dottorato in Ingegneria Elettrica ed Elettronica dalla attivazione al 2009.

• Lezione “Zeno phenomena in hybrid systems and sliding mode behaviours”, PhD School on Electronic and Information Engineering, University of Cagliari, 5 Giugno 2007.

• Lezioni “Describing Function analysis of nonlinear systems” presso il Department of Engineering, University of Leicester, nell’ambito degli accordi ERASMUS, Marzo 2008.

• Docente nella Summer School on ODEs with Discontinuous Right-Hand Side: Theory and Applications, Dobbiaco, Italy, June 22-26, 2009.

• Lezione “Sliding mode approach to some control problems: Theory and application” presso Departamento de Ingeniería de Control y Robótica, División de Ingeniería Eléctrica, Facultad de Ingeniería UNAM, 28 agosto 2009.

• Docente tutor ospitante per studenti di dottorato di Università estere: Seyed Mehdi Rakhtala (Faculty of Electrical Engineering, Golestan University, Gorgan, Iran; 26/9/2011 ÷ 15/3/2012); Julio Luna (Institut de Robotica i Informatica Industrial, Universitat Politècnica de Catalunya – Barcelona, Spagna; 25/8/2014 ÷ 23/12/2014)

• Revisore/Commissario esterno per tesi di Dottorato presso Università estere: Faculty of Engineering, Mohammad Ali Jinnah University, Islamabad (Pakistan); ITT Mumbay (India); University of Hull (UK), Ecole Centrale de Nantes (F).

• Visiting Professor presso la Technical University di Graz (Austria), 13/6-13/7/2016.

• Docente di Fondamenti di automatica, laurea in Ingegneria informatica, Università degli Studi di Sassari, a.a. 2019/20.

Valutazione scientifica

• Valutatore di progetti di progetti di ricerca per conto di Enti italiani e francesi.

Attività in gruppi di ricerca in qualità di responsabile/coordinatore scientifico

• 2003: Regione Autonoma della Sardegna attraverso Università degli Studi di Cagliari, progetti di cooperazione internazionale con UNAM (Mexico), “Perturbazioni singolari in sistemi di controllo a struttura variabile in presenza di dinamiche non modellate di sensori ed attuatori”.

• 2003: Università degli Studi di Cagliari – Progetti di ricerca locale (2002-03), “Metodologie di Controllo Avanzato per Sistemi Incerti ed Ibridi”.

• 2004: MIUR, “Regolazione robusta di pantografi attivi mediante controllori a struttura variabile” inserito nel PRIN biennale “Miglioramento della captazione nei treni ad alta velocità mediante sviluppo di pantografi attivi e di tecniche di diagnostica non invasiva”, resp. Naz. Prof. A. Landi

• 2007: MAE – II Programma esecutivo di collaborazione scientifica e tecnologica tra Italia e Messico, “Utilizzo di osservatori sliding mode per la stima di variabili esogene, e dello stato in condizioni di incertezza”.

• 2008: EC-FP7, “Robust model-based FDI for power plants” nell’ambito del progetto “Complex Power plants RObustification by fault Diagnosis, Isolation and Advanced Control Techniques (PRODI)”, Coord. Prof. Zeljko Djurovic.

• 2009: FONCICYT, Control y monitoreo por modos deslizantes para automatizacion de procesos en la producción de energía, Coord. Prof. Leonid Fridman.

• 2014: MAECI – Programma esecutivo di collaborazione scientifica e tecnologica tra Italia e Serbia, Progetti di grande rilevanza, “Stima decentralizzata e robusta per sistemi di grandi dimensioni”.

• 2017: RAS -POR FESR Sardegna 2014 - 2017 "competitività delle imprese", "SAR-BIM_IA - SistemA di modellazione degli asset infRastrutturali TLC BIM-based per la gestIone delle infrAstrutture e della loro manutenzione, progetto presentato da LaSia s.r.l.

• 2023: PNRR – NEST WP 8.6 - “Digitalisation in final uses of energy”

Attività in gruppi di ricerca in qualità di partecipante

Partecipazione a gruppi di ricerca dell’Università di Cagliari inseriti in progetti di ricerca locali, nazionali ed internazionali, tra cui: MIUR (2005) “Cybersar-Cyberinfrastructure per la ricerca scientifica e tecnologica in Sardegna”, OR13 “Realizzazione di un simulatore per gru portainer”, resp. P.Fadda; MIUR (2005) “Modelli e metodologie innovative per il controllo, la diagnostica e la gestione di impianti termoelettrici combinati gas-vapore in condizioni operative variabili e perturbate”, resp. G.Bartolini; MIUR (2007) “ESTATE project: Laboratorio per lo sviluppo di tecnologie solari termiche a concentrazione”, resp. G.Cau; EC-FP7 (2010) “HYCON2 – Highly-complex and networked control systems, resp. A.Giua; PHC Galileé (2011, 2012) “Techniques d’estimation puor les systèmes à commutations et applications à la sécurité des systeèmes embarqués”, resp. A.Pisano; PRIN (2011) Sistemi di ordine non intero per il controllo e la modellistica, resp. Locale A.Pisano, RAS (2012) Sviluppo ed implementazione si sistemi avanzati per il controllo attivo delle oscillazioni in gru portainer, resp. Prof. P.Fadda, RAS (2013) Modellazione, controllo e sperimentazione di sistemi innovativi per l’accumulo di energia termica, resp. Prof. G.Cau, RAS (2015), Sviluppo, progettazione e realizzazione prototipale di sistemi di gestione e controllo ottimali per una Micro Smart Grid, resp. Prof. A.Damiano, RAS (2017) VIRTUALENERGY - Sviluppo di sistemi per l’aggregazione, il coordinamento e l’ottimizzazione di un Virtual Power Plant, resp.Prof. M.Murroni; RAS (2019) MOSIMA - Metodi formali per il Monitoraggio di Sistemi dinamici Multi-Agente, resp.Prof.ssa C.Seatzu; Fondazione Sardegna (2019) ARGOSAT - Microsatellite cluster for the observation of optical transients in Astronomy, resp. Dr. G.Mura.

Collaborazioni con enti ed industrie

• Progetto SECrET (Sistema Efficiente di Crittografia mediante Evoluzioni Temporali caotiche), resp. S. Cincotti (DIBE, Università di Genova), commissionato dalla società F.S.T. del Gruppo Atlantis (Cagliari) – 2000.

• Responsabile del progetto “Metodologie per la determinazione dei punti di installazione di organi di controllo e misura in reti idriche in pressione”, commissionato dalla società Hydrocontrol (Capoterra-CA) – 2004.

• Progetto “Studio e sviluppo di sistemi di controllo innovativo per sistemi robotici per la manipolazione destra basati sull’utilizzo di soffietti guidati”, resp. G. Bartolini (DIEE, Università di Cagliari), commissionato dalla società Microsystems S.r.l. (Milano) – 2004.

• Progetto “Sviluppo di un dispositivo di controllo posizione per attuatori di valvole regolanti per turbine a gas e vapore”, resp. G. Bartolini (DIEE, Università di Cagliari), commissionato dalla società Ansaldo Energia del Gruppo Finmeccanica (Genova) – 2005.

• Responsabile del progetto “Consulenza tecnica, progettazione di massima e supporto tecnico-scientifico alla prototipazione dei sistemi di attuazione, misura, supervisione e controllo per prototipo di impianto solare termodinamico”, commissionato da Elianto S.r.l. (Cagliari) – 2007.

• Redazione del capitolato tecnico “Realizzazione del sistema di telecontrollo e telelettura del Gestore del Servizio Idrico Integrato nella Regione Sardegna e installazione dei relativi impianti e strumenti di misura” per conto di Abbanoa S.p.A – 2010.

Attività -Tecnico scientifica

• Membro del IEEE Technical Committee on Variable Structure and Sliding Mode Control dal 2016.

• Organizzatore/Co-organizzatore di varie sessioni in conferenze internazionali.

• Membro del Local Comittee del 4th Int. Workshop on Discrete Event Systems (WODES’98), Cagliari, Italy, August 1998.

• Membro del International Program Committee della 2nd IFAC conference on the Analysis and Design of Hybrid Systems (ADHS’06), Alghero, Italia,giugno 2006.

• General Chairperson del 9th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS’06), Alghero, Italia,giugno 2006.

• Plenary speaker al 5th Workshop on Structural Dynamical Systems: Computational aspects (SDS 2008), Capitolo, Monopoli, Italy, June 17-20, 2008.

• Plenary speaker al 6th Workshop on Structural Dynamical Systems: Computational aspects (SDS 2010), Capitolo, Monopoli, Italy, June 8-11, 2010.

• Membro del International Program Committee del 11th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS’10), Mexico City, Mexico,giugno 2010.

• Membro del International Program Committee della International conference on Pantograph Catenary Interaction Framework for Intelligent Control (PACIFIC 2011), Amiens, France, dicembre 2011.

• Membro del International Program Committee del 12th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS’12), Mumbay, India, Gennaio 2012.

• Plenary speaker al 7th Workshop on Structural Dynamical Systems: Computational aspects (SDS 2012), Capitolo, Monopoli, Italy, June 12-15, 2012.

• Membro del International Program Committee della International conference on Pantograph Catenary Interaction Framework for Intelligent Control (PACIFIC 2013), Pisa, Italia, settembre 2013.

• Membro del International Program Committee of the IET Control and Automation Conference, Birmingham, UK, June 2013.

• Membro del Advisory Committee del 13th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS’14), Nantes, France,luglio 2014.

• Membro del International Program Committee del 14th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS’16),Nanjing, Cina, Giugno2016.

• Membro del Advisory Committee del 15th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS’18), Graz, Austria, luglio 2018.

• Membro del Advisory Committee del 16th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS 2022), Rio de Janeiro, Brazil, settembre 2022.

• Plenary speaker al 16th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS 2022), Rio de Janeiro, Brazil, settembre 2022.

• Membro del Organizing Committee del 17th Int. Workshop on Variable Structure Systems (VSS 2024), Abu Dhabi, UAE, ottobre 2024.

Attività editoriale

• Associate Editor del IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems dal marzo 2019

• Associate Editor del Journal of the Franklin Institute dal gennaio 2016

• Associate Editor di Franklin Open dalla istituzione

• Associate Editor dell’Asian Journal of Control dal novembre 2008

• Associate Editor dell’IEEE Transaction on Control System Techbnology dal gennaio 2014 a dicembre 2019

• Associate Editor dell’International Journal of Engineering Mathematics dal gennaio 2013 al 2017

• Revisore per diverse riviste e congressi internazionali del settore.

• Co-editor del libro: Bartolini G., Fridman L., Pisano A., Usai E., editors, Modern Sliding Mode Control Theory – New Perspectives and Applications, Lecture Notes in Control and Information Sciences, LNCIS 375, ISBN 978-3-540-79015-0, Springer-Verlag, Berlin, 2008

Premi e riconoscimenti

• “Best paper award”, nell’ambito del simposium Chaos, Anticipation and Mathematical Systems al CASYS 2000, per l’articolo “Chaos synchronisation via Sliding Modes”, autori Barbara CANNAS, Silvano CINCOTTI ed Elio USAI.
• 2021 Outstanding Associate Editor, Asian Journal of Control.

Brevetti

Brevetto italiano, "Metodo e apparato per il posizionamento dinamico di un oggetto che si muove in un fluido", novembre 2005. Inventori A. Pisano. G. Bartolini, E.Usai (Univ. Di Cagliari) T. Zolezzi (Univ, di Genova), E. Punta (CNR), V. Arrichiello.

Informazioni sulle pubblicazioni

Co-autore di: 78 articoli su riviste internazionali con revisori anonimi; 1 book review su una rivista internazionale;17 capitoli su libri e collezioni a diffusione internazionale; oltre 140 articoli/presentazioni in congressi internazionali;1 articolo su rivista nazionale, 1 capitolo su collezione nazionale.

ID ORCID: orcid.org/0000-0001-6338-2593

Aggiornamento: 14 maggio 2024