Synchronization Patterns in Networks of Kuramoto Oscillators: A Geometric Approach for Analysis and Control

Synchronization is crucial for the correct functionality of many natural and man-made complex systems. In this work we characterize the formation of synchronization patterns in networks of Kuramoto oscillators. Specifically, we reveal conditions on the network weights and structure and on the oscillators' natural frequencies that allow the phases of a group of oscillators to evolve cohesively, yet independently from the phases of oscillators in different clusters. Our conditions are applicable to general directed and weighted networks of heterogeneous oscillators. Surprisingly, although the oscillators exhibit nonlinear dynamics, our approach relies entirely on tools from linear algebra and graph theory. Further, we develop a control mechanism to determine the smallest (as measured by the Frobenius norm) network perturbation to ensure the formation of a desired synchronization pattern. Our procedure allows us to constrain the set of edges that can be modified, thus enforcing the sparsity structure of the network perturbation. The results are validated through a set of numerical examples

Distributed Real-Time Hardware- and Man-in-the-loop Simulation for the ICARO II Unmanned Systems Autopilot

The autopilot market for small and research UAVs offers several products, but most of them, although widely configurable or even open-source, do not constitute a practical and safe development system for custom guidance, navigation and control systems. The ICARO project aims at providing the small UAV community with a valid autopilot alternative. The ICARO autopilot exploits rapid control system prototyping techniques and immersive manned simulation with the possibility of testing the autopilot using the Hardware- In-the-Loop (HIL) approach. This paper describes the hardware-in-the-loop and man-in-the-loop simulator for the ICARO II platform together with the synchronization protocol we developed to keep simulator and autopilot synchronized. Experimental evidence of the effectiveness of the synchronization protocol is given

Cooperative Control for Multiple Autonomous Vehicles Using Descriptor Functions

The paper presents a novel methodology for the control management of a swarm of autonomous vehicles. The vehicles, or agents, may have different skills, and be employed for different missions. The methodology is based on the definition of descriptor functions that model the capabilities of the single agent and each task or mission. The swarm motion is controlled by minimizing a suitable norm of the error between agents’ descriptor functions and other descriptor functions which models the entire mission. The validity of the proposed technique is tested via numerical simulation, using different task assignment scenarios

La ‘dimensione sociale’ nel processo europeo di integrazione economica. La Commissione Delors I (1985-1989)

È ormai cosa nota e ampiamente dibattuta che l’avvento di Jacques Delors alla guida della Commissione europea, nel gennaio 1985, costituì una tappa fondamentale all’interno del lungo processo dell’integrazione europea. Sotto la sua presidenza, l’istituto trov infatti nuova centralità politica, proprio nel momento in cui gli effetti più evidenti della globalizzazione dei mercati cominciavano a manifestarsi sul continente, conducendo la Comunità di fronte a un bivio: accettare le sfide poste dalla modernità o rassegnarsi a un ruolo secondario sul piano internazionale. Dei due mandati di Delors è più spesso ricordato il secondo, quello cioè attraverso cui la sua Commissione raggiunse il risultato epocale della firma del Trattato di Maastricht, nel 1992. Eppure, nel primo quinquennio di lavoro, vennero poste le basi per i successi futuri, in una fase storica fortemente problematica, i cui lineamenti non erano ancora così chiari come sarebbero apparsi circa un lustro più tardi, con la caduta del Muro di Berlino. Analizzando sia fonti primarie che secondarie, il presente scritto si propone di indagare un aspetto specifico dell’azione della Commissione Delors I, ossia l’esistenza di una forte “dimensione sociale” all’interno del suo disegno politico, economico e monetario; l’importanza, cioè, che per Delors assumevano concetti come solidarietà, benessere, qualità della vita, pur all’interno di un contesto sempre più volto alla competizione e alla liberalizzazione dei mercati. Più volte, nei suoi interventi, Delors parl di «difesa del modello europeo», un modello che, sì, tutelava l’iniziativa privata e la libera concorrenza, ma che trovava nell’estensione dei diritti dei lavoratori, nella cura delle fasce più fragili di popolazione e nella difesa del bene pubblico un carattere distintivo, importante al pari. La difficile coesistenza tra concetti apparentemente opposti come profitto e solidarietà risulta un aspetto centrale dell’esperienza del Jacques Delors presidente e della stessa storia dell’integrazione europea, dal 1985 sino ai giorni nostri

Swarm Obstacle and Collision Avoidance using Descriptor Functions

The descriptor function framework is used as tool for the control management of a swarm of dynamic agents. In this framework, a provision is made for obstacle and collision avoidance, thus improving the potential of the methodology from previous results. Obstacle and collision avoidance terms are added to the overall mission performance index, and the resulting control law moves the agents along obstacle and collision free trajectories. The analytical derivation is validated via numerical simulations