Nonlinear Model-based Predictive Control for anti-wheelie in high performance motorcycles

The goal of the thesis is the design of a Nonlinear Model Predictive Controller (NMPC) to avoid wheelie phenomena and maximize performance in high-performance motorcycles. In order to find the optimal pitch angle to track, a preliminary analysis of maximum performance is carried out. A NMPC controller has been designed based on a simplified motorcycle model, which takes into account the human rider action. In particular, the control reduces the rider demand to avoid wheelies. The control is studied for limiting the pitch angle via soft constraints and tracking the pitch angle of maximum acceleration determined in the preliminary analysis. Moreover, in order to favour a more realistic implementation, an actuation delay compensation is performed. The control law is tested at first in a simulative scenario with a multibody vehicle model, and then in an experimental context, on a real racing motorcycle.

L'obiettivo di questa tesi è lo sviluppo di un controllore predittivo non lineare (NMPC), implementato per evitare fenomeni di impennata e massimizzare le performance di una moto in un contesto racing. Inizialmente, con lo scopo di trovare l'angolo ottimo per il tracking, è stata svolta un'analisi preliminare sulle massime performance. Il controllore NMPC è stato realizzato basandosi su un modello semplificato di moto e prendendo in considerazione la richiesta pilota. In particolare, lo schema di controllo agisce riducendo la domanda del rider per evitare impennate. La legge di controllo è stata studiata per limitare l’angolo di impennata tramite vincoli di tipo soft e facendo il tracking dell’angolo di massima accelerazione ricavato nell'analisi preliminare. Inoltre, per un’implementazione più realistica del problema in analisi, è stata studiata una compensazione sul delay di attuazione. Infine, il controllore è stato testato inizialmente in un contesto simulativo, su un modello di veicolo multibody, e poi in un contesto sperimentale, su una vera moto da corsa.