Il gruppo collabora con varie università e centri di ricerca internazionali, quali il Massachusetts Institute of Technology (U.S.), University of Darmstadt (Germania), University College Cork (Irlanda), Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (Francia), Upsala University (Svezia). La ricerca è stata supportata in parte da progetti nazionali (PRIN, FIRB, Progetti Regionali lombardia) e internazionali (FP7, Progetto Europeo DOTSEVEN, National Science Foundation U.S. and Ireland, Progetto Roberto Rocca).
Risultati principali della ricerca
Metodi avanzati per l'analisi dei circuiti
- Sono stati sviluppati metodi innovativi per l’analisi nel dominio del tempo di circuiti dinamici non lineari per applicazioni nel campo dell’elettronica RF. Questi metodi includono il metodo denominato “Envelope Following” e “Probe Insertion”, nonché tecniche di integrazione numerica tipo Runge-Kutta per circuiti oscillanti.
- Sono stati realizzati algoritmi numerici altamente efficienti in quanto implementabili su computers multi-core e GPU per la simulazione nel dominio del tempo di circuiti non lineari. Questi algoritmi sono stati utilizzati per determinare il comportamento allo stato stazionario di sistemi ibridi, cioè di circuiti che sono modellati da DAE con un campo vettoriale discontinuo e variabili che subiscono un'azione di "reset".
- E’ stata messa a punto una metodologia di simulazione gerarchica, ovvero basata su modelli a diversi livelli di astrazione, per la verifica di sistemi complessi quali i circuiti misti analogici-digitali in presenza di rumore e variabilità.
“Macromodeling” di circuiti e sistemi per l’elettronica RF
- E’ stata sviluppata una metodologia generale per la modellizzazione compatta di blocchi funzionali di circuiti RF con particolare enfasi al caso di oscillatori. Il modello nel dominio delle fasi è stato utilizzato per studiare i fenomeni di sincronizzazione in oscillatori e sistemi di oscillatori accoppiati e nel progetto di divisori di frequenza basati sul fenomeno dell’”Injection Locking”.
- La simulazione stocastica di circuiti non lineari in presenza di rumore ha permesso di sperimentare tecniche innovative, basate su sincronizzazione o accoppiamento di oscillatori, per ridurre l’effetto del rumore. In altri casi, si è mostrato come il rumore può migliorare la prestazione di circuiti misti grazie al fenomeno della “Stochastic Resonance”.
Simulazione avanzata del campo elettromagnetico e modellazione di dispositivi elettrici
- Sono state affrontate e superate le principali limitazioni del Cell Method e della Finite Integration Technique (FIT), per la simulazione elettromagnetica, estendendone l’impianto teorico in modo da: poter introdurre le grandezze energetiche e di bordo; consentire la discretizzazione delle relazioni costitutive, su generiche griglie poliedriche, preservare le proprietà termodinamiche. Tra i risultati si segnala: l’estensione della tecnica FDTD (collaborazione con Prof. T. Weiland, University of Darmstadt e con CST) da griglie cartesiane a griglie tetraedrice; la costruzione di un metodo ibrido FIT-BEM per la modellistica di problemi eddy currents. Alcuni temi sono stati studiati in collaborazione con le università di Udine e di Padova (Progetto PRIN).
- Altre attività di ricerca sono state dedicate alla modellazione di dispositivi elettrici. Lo studio è stato indirizzato alla estrazione dei parametri al fine di ottenere modelli di circuito e al tempo stesso di studiare i fenomeni fisici di seconda approssimazione come correnti parassite, la struttura dei materiali e dei fenomeni termici, o dispersive.
Analisi elettro-termica di componenti elettronici
- Si sono sviluppate tecniche estremamente efficienti ed accurate di Model Order Reduction (MOR) per l’estrazione di modelli termici compatti per l’analisi elettrotermica. In particolari tecniche Boundary Condition Independent (BCI) e per reti termiche non lineari (collaborazione con l’Università Federico II di Napoli). Alcuni metodi sono stati implementati nel codice FAst Novel Thermal Analysis Simulation Tool for Integrated Circuits (FANTASTIC). Questa attività ha ricevuto vari riconoscimenti e premi, quali il THERMINIC 2014 Best Paper Award ed il Rosten Award 2015.
Modellazione multi-fisica e simulazione di sistemi per la produzione di energia rinnovabile
- E’ stata studiata una nuova modellazione multi-physics per il progetto e ottimizzazione di un pannello fotovoltaico ibrido con concentratore solare e sistema di raffreddamento per la produzione di energia elettrica e termica. Nell’ambito dell’attività sono stati realizzati modelli di simulazione per microinverter per rimediare ai fenomeni di ombreggiamento dei pannelli fotovoltaici, oggetto di un progetto di ricerca regionale Lombardia (SSR).
- Inoltre si è provveduto alla modellizzazione ed alla caratterizzazione di sistemi fotovoltaici, al fine di sviluppare modelli di previsione della produzione, che tengano conto delle caratteristiche dell’impianto e dell’invecchiamento.
- Sono stati sviluppati modelli ed un framework per la simulazione di sistemi di produzione ad onda marina, basati su generatori elettrici di tipo Lineare.
Modellizzazione e analisi di sistemi elettrici per Veicoli e Velivoli
- Sono stati sviluppati modelli del power management dell’energia a bordo di Satelliti (Progetto Fp7-Hyper) e di veicoli finalizzati all’ottimizzazione dell’uso delle sorgenti di energia in condizioni particolari. - Nello stesso tempo sono stati sviluppati dei modelli di previsione dei consumi dei veicoli elettrici per la simulazione integrata con le reti elettriche di distribuzione, al fine di valutarne l’impatto sulla stabilità della rete.
- Sono stati sviluppati sistemi Hardware in The Loop per la simulazione integrata modello/dispositivo.