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Automotive Inverter Design Employing Parallel Discrete SiC MOSFETs
No full textThe electrification of the automotive sector demands efficient, compact, and reliable power electronics. Electric vehicles (EVs) impose strict requirements on traction inverters in terms of power density, efficiency, thermal management, robustness, and scalability. This thesis presents the design of a high-power automotive inverter, developed as a case study to consolidate competences in inverter hardware engineering. The methodology follows five phases. First, a feasibility analysis defines operating requirements such as voltage, current, switching frequency, and thermal limits. Then, simplified PLECS simulations compare topologies, estimate conduction and switching losses, and validate DC-link sizing. Based on these results and industrial constraints, suitable components are selected, with emphasis on wide-bandgap devices like SiC MOSFETs, which allow higher switching frequencies and reduced losses. The design includes datasheet analysis, schematic implementation in KiCad, and PCB layout optimization for reduced parasitics and balanced current sharing. Particular attention is given to DC-link capacitor choice, heatsink-based thermal management, and MOSFET parallelization to satisfy current demands. Industrial aspects such as manufacturability, modularity, and cost are integrated to ensure automotive applicability. The thesis highlights how modeling, simulation, and design converge to achieve a compact and efficient inverter. Beyond technical results, the project serves as a framework for developing multidisciplinary skills in power electronics, thermal engineering, and industrial design, key for next-generation EVs
Geodetiche in varietà sub-Riemanniane
No full textQuesta tesi affronta lo studio delle geodetiche in strutture sub-Riemanniane. Queste strutture sono una generalizzazinoe della geometria Riemanniana, in cui metrica è definita solo su un sottofibrato del fibrato tangente, detto distribuzione. Le curve ammissibili sono quelle orizzontali, i cui vettori tangenti giacciono nella distribuzione, e la loro lunghezza è definita in modo analogo al caso Riemanniano in termini della metrica. Le geodetiche sub-Riemanniane vengono quindi individuate come le curve orizzontali che minimizzano il funzionale lunghezza e realizzano la distanza tra due punti della varietà. Il teorema di Chow, garantisce una condizione sufficiente per la connessione per archi orizzontali, e quindi la buona posizione del problema di esistenza delle geodetiche. Tali curve vengono poi presentate come soluzioni di un sistema hamiltoniano, sfruttando principi di meccanica lagrangiana e calcolo variazionale. Nell’ultima parte viene analizzato un caso esplicito di particolare rilievo: il gruppo di Heisenberg con struttura sub-Riemanniana sullo spazio reale tridimensionale. In questo caso specifico le geodetiche, calcolate esplicitamente a partire dall'Hamiltoniana, assumono una chiara interpretazione geometrica come sollevamenti di archi di circonferenza nel piano
Sintesi e critica della filosofia della scienza di Steven Weinberg
No full textIl pensiero degli scienziati con una diretta esperienza nella ricerca scientifica può essere un utile campione di studio per il lavoro dei filosofi della scienza. In particolare, la prospettiva dei fisici teorici è interessante perché il loro lavoro solleva interrogativi fondamentali sulla realtà. Steven Weinberg è stato un fisico teorico molto autorevole che si è espresso negli ultimi decenni relativamente a diversi temi d’interesse per la filosofia della scienza, il cui studio può però risultare dispersivo. Per questa ragione, questa tesi provvede una sintesi del suo pensiero rilevante per la filosofia della scienza. In aggiunta, la sintesi è arricchita con una critica basata sulle mie osservazioni, che mira a evidenziare sia i punti di forza che le criticità del pensiero di Weinberg. Il fondamento della sintesi sono stati gli scritti di Weinberg in cui sono stati individuati contenuti rilevanti per la filosofia della scienza. Tali contenuti sono stati divisi per tema e poi rielaborati in discorsi coesi e integrati con la mia critica. I temi individuati in questo modo sono relativi al pensiero di Weinberg sulla filosofia della scienza, sulle spiegazioni scientifiche, sul riduzionismo, sulla teoria finale, sulla realtà, sui metodi della scienza, sulla bellezza nelle leggi della fisica, sulle interpretazioni della meccanica quantistica, su come decidere a cosa credere e sulla relazione della scienza con la religione e il pubblico generale. Ho individuato alcuni problemi nelle riflessioni di Weinberg ma anche argomenti piuttosto coerenti e convincenti
Federated Neural Radiance Fields on a Swarm of Miniaturized Robots
No full textWith a few tens of grams and 10 cm in diameter, autonomous nano-drones are gaining attention in civil and industrial applications, as they can easily navigate in cluttered environments and safely fly close to humans.
However, their size limits onboard sensors and computation to low-resolution cameras and sub-100 mW microcontroller units (MCUs), with a few 10s MB of onboard memory.
In a swarm configuration, nano-drones can collaborate to efficiently accomplish complex missions, such as 3D object reconstruction, addressed in this thesis.
State-of-the-art (SoA) approaches for this task leverage neural radiance fields (NeRF) to reconstruct a scene starting from sparse views and their camera poses.
However, training NeRF models requires several GB of memory and over 100k steps to converge, making their execution aboard nano-drones challenging.
In this thesis, we demonstrate how to reduce the memory requirements of SoA NeRF, i.e., Instant-NGP, to fit the strict memory budget of a nano-drone's MCU and how to distribute computation on a swarm of nano-drones.
First, we perform an in-depth analysis and profiling of memory and operations required by Instant-NGP.
Second, we optimize Instant-NGP's key parameters to make its memory requirements compatible with the nano-drone's constraints.
Last, we leverage a distributed learning approach, i.e., federated learning (FL), to split the computational workload across multiple nano-drones.
We reduce memory and operations by 90.8% and 87.9% respectively, reaching 46.02 MB and 3.5 GOPs/step while obtaining a peak signal to noise ratio (PSNR) of 26.4, only 4.1% lower than the memory-intensive Instant-NGP baseline.
Furthermore, we demonstrate that by combining FL with our optimized NeRF model, four drones, each equipped with a fraction of the training set, can achieve reconstruction quality on par with the single agent.
Results prove the effectiveness of the proposed strategy, opening the way for in-field deployment of our solution
Progettazione di un'applicazione all-in-one per la manutenzione e la manualistica nell'Industria 4.0
No full textLa presente tesi descrive lo sviluppo completo di un'applicazione innovativa all-in-one progettata per ottimizzare la gestione della manutenzione e della manualistica tecnica nell'ambito dell'Industria 4.0. Il lavoro è stato svolto presso Marposs S.p.A., azienda leader globale nel controllo qualità e nell'automazione industriale. L’obiettivo principale è stato quello di realizzare una soluzione integrata, sfruttando tecnologie digitali avanzate come la realtà aumentata, il Digital Thread, il Digital Twin, e piattaforme software specializzate quali Creo Illustrate, Vuforia Studio e ThingWorx, interconnesse attraverso il sistema di gestione dati Windchill.
L'applicazione sviluppata introduce un nuovo approccio alla manualistica aziendale, combinando strumenti visivi avanzati, come animazioni tridimensionali, video e interattività AR. Questo metodo consente agli operatori di eseguire attività complesse di montaggio, smontaggio e manutenzione con precisione e rapidità superiori rispetto ai metodi tradizionali, garantendo in questo modo una netta diminuzione degli errori e dei tempi di formazione.
I risultati dei test effettuati, evidenziano, quindi, una riduzione dei tempi operativi e un miglioramento della precisione e della comprensione da parte degli utenti. Questo dimostra come, l’integrazione di tecnologie emergenti non rappresenti soltanto un progresso tecnologico, ma un vero e proprio cambio di paradigma strategico per l'azienda. Infatti, migliora la competitività e la flessibilità nel mercato globale.
In conclusione, la tesi illustra dettagliatamente l'intero processo di progettazione e implementazione dell'applicazione, evidenziando i benefici concreti ottenuti e delineando possibili sviluppi futuri nella manualistica digitale e nella realtà aumentata per ulteriori innovazioni operative e formative
simulazione del variational quantum eigensolver applicato a problemi di ottimizzazione
Full text linkQuesta tesi esplora l'applicazione del Variational Quantum Eigensolver (VQE), un algoritmo euristico ibrido quantistico-classico, al traveling salesman problem (TSP) ed al knapsack problem (KP), con un'analisi comparativa delle prestazioni rispetto a metodi esatti ed euristici classici, discutendone l'utilità pratica odierna. L'algoritmo nella fase sperimentale è stato implementato e simulato utilizzando computer classici attraverso la SDK Qiskit. I risultati ottenuti mostrano che l'algoritmo VQE ha diversi aspetti che lo rendono problematico, sia legati ai tempi di convergenza ad una soluzione che legati alla qualità delle soluzioni che ottiene, ma rimane al contempo un algoritmo interessante da esplorare in maniera accademica. Questo lavoro fornisce quindi una panoramica delle potenzialità future e delle limitazioni attuali dell'uso del VQE per la soluzione dei problemi di ottimizzazione
Criteri di progettazione idraulica e rating di una colonna di distillazione sottovuoto
No full textIl presente lavoro di tesi ha avuto come oggetto il revamping di una colonna di distillazione in una raffineria non energetica. L’attuale processo di raffinazione presenta un collo di bottiglia nella colonna di distillazione sottovuoto a piatti, la quale verrà sostituita da una colonna che presenta dei riempimenti strutturati nella sezione di rettifica e dei piatti nella sezione di strippaggio.
L’oggetto di questa elaborato è di analizzare la capacità idraulica e la flessibilità dei riempimenti strutturati della colonna di distillazione sottovuoto nella futura configurazione impiantistica.
Le analisi sono state condotte attraverso tre metodologie chiave: a) Studio delle caratteristiche geometriche e di processo della colonna; b) L’implementazione del processo di raffinazione su un simulatore di processo, AVEVA PRO/II, che ha guidato l’analisi svolta; c) Il rating idraulico, con il metodo GPDC di Kister e Gill, per validare i calcoli idraulici effettuati dal simulatore di processo.
Nel dettaglio l’analisi sulla capacità idraulica è stata effettuata simulando diversi scenari di sovradimensionamento della quantità di calore richiesta al forno di processo, realizzando scenari operativi gravosi e scenari operativi in cui viene soddisfatta la qualità dei distillati. L’analisi sulla flessibilità operativa dei riempimenti strutturati è stata realizzata simulando la colonna con tre marce differenti in diversi scenari operativi, nei quali sono rispettate le specifiche tecniche, la qualità ed i limiti idraulici.
I risultati dei calcoli idraulici sono coerenti con quelli effettuati dai partner esterni per altre configurazioni operative e permettono di individuare la sezione critica della colonna. La futura configurazione impiantistica garantirà capacità idraulica e flessibilità rispettando i vincoli imposti, spostando il nuovo collo di bottiglia al forno di processo
Sviluppo di una metodologia CFD 3D per la valutazione dell'impatto dell'utilizzo dell'idrogeno sulle prestazioni di motori endotermici alternativi ad alta potenza specifica equipaggiati con sistemi PWI
No full textLo studio si propone di verificare l’impatto dell’utilizzo dell’idrogeno sulle prestazioni di motori equipaggiati con sistemi Port Water Injection. Il motore di riferimento è un motore turbo compresso dotato di un iniettore di idrogeno DI, al fine di limitare rischio di preaccensioni nel condotto di aspirazione. Il punto di funzionamento è il pieno carico a massima potenza, 7000rpm. L’attività si propone di ricostruire un motore virtuale CFD 3D in grado di valutare l’impatto del nuovo combustibile in termini di prestazioni e che tenga in considerazione le principali azioni per mitigare l’alta reattività dell’idrogeno, come l'impiego di miscele molto magre o l'iniezione di acqua. Le simulazioni numeriche sono state svolte utilizzando il software CFD AVL FIRE M, per il quale è stata testata ed ottimizzata una metodologia di calcolo non ancora sperimentata in tale ambiente. Dopo un'introduzione inerente all'idrogeno e alla CFD, sono illustrate le metodologie e il setup della simulazione. Per quanto riguarda l'analisi dei risultati, sono prima state messe in luce le criticità della combustione di idrogeno senza misure precauzionali, con un focus sul knock, attraverso il confronto con una combustione GDI sullo stesso motore; in seguito, sono stati valutati gli effetti sulla fluidodinamica della carica e sulla combustione introdotti dalla PWI, con varie combinazioni di quantità d'acqua per ciclo e SOI dell'idrogeno. Per concludere, è stato stimato l'effetto della PWI sulla riduzione del rischio di preaccensione attraverso la definizione di un opportuno indice zero-dimensionale
One Stop Shop per le Comunità Energetiche Rinnovabili: un modello ottimizzato per utenti e operatori
No full textLa transizione energetica impone nuove soluzioni per rendere il sistema energetico più sostenibile e accessibile. Le Comunità Energetiche Rinnovabili (CER) rappresentano un modello innovativo per la produzione e condivisione dell’energia, ma la loro diffusione è frenata da complessità burocratiche e gestionali.
Questa tesi esplora il ruolo del Service Design nello sviluppo di strumenti a supporto delle CER, con particolare attenzione a una piattaforma One-Stop-Shop Electra hub, progettata per semplificare il processo di costituzione e gestione delle comunità energetiche.
Il progetto, sviluppato all’interno di AESS e nel contesto del programma europeo ENCOM HUB, è stato guidato dal Double Diamond Process, che ha permesso di identificare le criticità del sistema attuale e proporre soluzioni mirate. Attraverso un sito vetrina informativo e una piattaforma gestionale strutturata in sette fasi operative, Electra Hub offre strumenti digitali per il monitoraggio dei processi, la gestione documentale e la comunicazione tra operatori e membri delle CER.
Un elemento distintivo del progetto è l’introduzione degli Electra Hub Workshop, incontri di networking e formazione per favorire la collaborazione tra diverse comunità energetiche.
Il lavoro di tesi dimostra come un approccio user-centered possa supportare la transizione energetica, fornendo strumenti digitali che semplificano e ottimizzano i processi. Gli sviluppi futuri prevedono una versione mobile della piattaforma, nuove funzionalità per la gestione delle CER attive e l’esplorazione della scalabilità del modello in altri ambiti della transizione energetica
Electroweak corrections to Bell inqualities and entanglement in H → ZZ processes at the LHC
No full textThis work explores the quantum properties of the system formed by heavy vector bosons originating from the Higgs boson decay. High-energy physics processes exhibit non-classical correlations, like any quantum system, but detecting such behavior remains a significant challenge. The Higgs boson is a natural candidate for these studies: as a scalar particle with spin 0, the state of its decay products is often close to maximal entanglement.
We focus on the process H → ZZ with a fully leptonic final state, analyzing it from a quantum information perspective. Our goal is to identify entanglement markers and observables that signal violations of Bell inequalities. We compute quantum observables within the Standard Model, incorporating Next-to-Leading Order (NLO) electroweak corrections. In specific cases, we find that NLO effects significantly impact the extraction of quantum correlation parameters. Several regions of phase space are investigated, in
order to interpret the results obtained. Our results suggest that the dominant source of large NLO corrections stems from modifications to the spin-analyzing power, affecting the tomographic reconstruction of the quantum state.
Finally, we conduct a study of potential new physics effects in the Higgs sector and examine their impact on quantum observables