Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη ανεμογεννήτριας με επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας η οποία συνδέεται στο στάτη απευθείας με το δίκτυο και στο δρομέα μέσω ενός back to back μετατροπέα και η συνεχής λειτουργίας της μηχανής σε περιπτώσεις σφαλμάτων στο δίκτυο. Σκοπός της εργασίας είναι αρχικά να μελετηθεί το συνολικό σύστημα της ανεμογεννήτριας θεωρητικά χρησιμοποιώντας το μετασχηματισμό Park για τη μοντελοποίηση του συστήματος στο σύγχρονα στρεφόμενο d-q πλαίσιο αναφοράς. Στη συνέχεια παρατέθηκαν οι εξισώσεις στο χώρο κατάστασης που περιγράφουν το μαθηματικό μοντέλο του συστήματος, το επόμενο βήμα ήταν να περιγραφεί ένα σύστημα ελέγχου το οποίο βασίζεται στους PI ελεγκτές επιλέγοντας τα κατάλληλα κέρδη. Τέλος, προσομοιώνουμε το παραπάνω σύστημα με τη βοήθεια της εφαρμογής Simulink του λογισμικού MATLAB και μελετώντας τα αποτελέσματα, εξάγουμε τα ανάλογα συμπεράσματα. / The present thesis deals with the study of the wind turbine doubly-fed induction generator (DFIG), in which the stator is connected immediately to the grid and the rotor is connected to the grid with a back-to-back converter and the continuous operation of the machine in case of network errors. This thesis will initially consider the overall system of wind turbine theoretically using the Park transformation to model the system in the d-q synchronous rotating reference frame. The following goal was to quote in the state space equations that describe the mathematical model of the system, the next step was to describe a control system based on PI controllers selecting the appropriate profits. Finally, the above system was simulated by using the Simulink of MATLAB and studying the results were exported the appropriate conclusions.

Οι ηλεκτροµηχανικές συσκευές αποθήκευσης δεδοµένων πολύ µικρής κλίµακας που βασίζονται στη χρήση ανιχνευτών (probes) αποτελούν ανερχόµενες εναλλακτικές επιλογές για τη βελτίωση της πυκνότητας αποθήκευσης, του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων και της απαιτούµενης ισχύος σε σχέση µε τις συµβατικές αποθηκευτικές συσκευές. Μία υλοποίηση µιας τέτοιας συσκευής χρησιµοποιεί θερµοµηχανικές µεθόδους για την αποθήκευση πληροφορίας σε λεπτές µεµβράνες πολυµερών υλικών. Σε αυτή την περίπτωση, η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται µε τη µορφή κοιλωµάτων πάνω στο πολυµερές υλικό, οι οποίες δηµιουργούνται από τις άκρες των ανιχνευτών διαµέτρου µερικών nm. Με στόχο την αύξηση του ρυθµού εγγραφής και ανάγνωσης χρησιµοποιούνται διατάξεις από ανιχνευτές που λειτουργούν παράλληλα, µε κάθε ανιχνευτή να εκτελεί λειτουργίες εγγραφής/ανάγνωσης/διαγραφής σε ξεχωριστό αποθηκευτικό πεδίο. Βασικές απαιτήσεις κατά τη λειτουργία τέτοιων συσκευών αποτελούν η εξαιρετικά µεγάλη ακρίβεια και η µικρή καθυστέρηση κατά τη µετακίνηση των ανιχνευτών πάνω από το πολυµερές υλικό. Η παρούσα διατριβή έχει ως αντικείµενο τη µελέτη των διατάξεων κίνησης και τη σχεδίαση πρωτότυπων αρχιτεκτονικών ελέγχου, που οδηγούν στη βελτίωση της απόδοσης των απαιτούµενων, σε συσκευές τέτοιου τύπου, λειτουργιών ελέγχου. Η µετατόπιση του αποθηκευτικού µέσου σε σχέση µε τη διάταξη των ανιχνευτών επιτυγχάνεται µε τη χρησιµοποίηση µικρής κλίµακας scanners, που έχουν δυνατότητες κίνησης σε δύο κατευθύνσεις (x/y). Πληροφορία για τη θέση του microscanner στις δύο κατευθύνσεις παρέχεται από θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης θέσης που κατασκευάζονται µαζί µε τη διάταξη µε τους ανιχνευτές και τοποθετούνται πάνω από το κινητό πλαίσιο. Η πλήρης κατανόηση της συµπεριφοράς των διατάξεων αυτών αποτελεί απαραίτητο στοιχείο για τον αποτελεσµατικό σχεδιασµό και την ανάλυση των συστηµάτων ελέγχου. Στα πλαίσια της διατριβής δηµιουργήθηκε ένα πλήρες µοντέλο της διάταξης του microscanner και των θερµικών αισθητήρων ανίχνευσης θέσης. Σύγκριση της απόκρισης του µοντέλου µε τις πειραµατικές µετρήσεις καταδεικνύει ότι το µοντέλο προσεγγίζει µε εξαιρετική ακρίβεια την απόκριση του συστήµατος. Το σύστηµα ελέγχου περιλαµβάνει, στην αρχή, τη λειτουργία αναζήτησης/ αποκατάστασης, κατά την οποία το σύστηµα εντοπίζει τη θέση όπου απαιτείται να πραγµατοποιηθεί εγγραφή ή ανάγνωση πληροφορίας µε εκκίνηση µία αυθαίρετη θέση του κινητού πλαισίου. Απαίτηση του συστήµατος κατά τη λειτουργία αυτή είναι η ελαχιστοποίηση του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων. Η γρήγορη πρόσβαση στα δεδοµένα αποτελεί µια σηµαντική πρόκληση στις συµβατικές αποθηκευτικές συσκευές. Με το πλεονέκτηµα των ελαφρύτερων µηχανικών µερών, οι υπό µελέτη συσκευές αποθήκευσης βασισµένες στην τεχνολογία MEMS θεωρούνται βασικές υποψήφιες για τη βελτίωση του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων. Οι σχετικές προοπτικές των συσκευών αυτών διερευνώνται αναλυτικά στα πλαίσια της διατριβής. Συγκεκριµένα, αρχικά µελετάται η απόδοση διαφόρων συστηµάτων µε βάση τη θεωρία ελέγχου βέλτιστου χρόνου. Τα αποτελέσµατα της µελέτης δίνουν το θεωρητικά βέλτιστο χρόνο πρόσβασης και την εξάρτησή του από τις παραµέτρους του κάθε συστήµατος. Στη συνέχεια, περιγράφεται η αρχιτεκτονική ελέγχου για τη λειτουργία αναζήτησης και παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που αντλήθηκαν από το περιβάλλον προσοµοίωσης και από την πειραµατική διάταξη. Τα αποτελέσµατα καταδεικνύουν ότι οι χρόνοι πρόσβασης των δεδοµένων που είναι δυνατό να επιτευχθούν µε τις συσκευές αυτές, είναι σηµαντικά µικρότεροι σε σχέση µε τις συµβατικές. Στη συνέχεια, ακολουθεί η λειτουργία παρακολούθησης, όπου η θέση των ανιχνευτών πρέπει να παραµένει στο κέντρο του επιθυµητού καναλιού, κατά τη διάρκεια εγγραφής/ανάγνωσης των δεδοµένων. Η απαίτηση για µεγάλη ακρίβεια στη µετακίνηση πάνω από τη νοητή γραµµή του κέντρου του καναλιού, της µίας ή περισσότερων κεφαλών που χρησιµοποιούνται κατά την εγγραφή/ανάγνωση, είναι σηµαντική για όλους τους τύπους αποθηκευτικών συσκευών. Οι απαιτήσεις για ακρίβεια γίνονται ακόµα πιο µεγάλες και κρίσιµες, στην περίπτωση των υπό µελέτη αποθηκευτικών συσκευών, όπου η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται σε µία περιοχή µε µέγεθος µερικών nm. Το σύστηµα ελέγχου, κατά τη λειτουργία αυτή, οφείλει να παρακολουθεί το επιθυµητό σήµα αναφοράς, και ταυτόχρονα να έχει ικανοποιητική απόρριψη των διαταραχών και να επιτυγχάνει την απαιτούµενη ακρίβεια ως προς τον προσδιορισµό της θέσης. Παράλληλα, σηµαντικό παράγοντα βελτιστοποίησης αυτής της λειτουργίας, αποτελεί ο ρυθµός εγγραφής/ανάγνωσης των δεδοµένων. Η πρώτη προσέγγιση για την αρχιτεκτονική ελέγχου, κατά τη λειτουργία αυτή, βασίζεται στην παρεχόµενη από τους θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης, πληροφορία της θέσης του microscanner. Η αρχιτεκτονική βασίζεται στον αλγόριθµο του γραµµικού τετραγωνικού ρυθµιστή (LQG) και η αξιολόγησή της γίνεται µε κριτήρια την ικανότητα παρακολούθησης της εισόδου, την απόρριψη των διαταραχών και την ακρίβεια ως προς τον προσδιορισµό της θέσης. Τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν, κατά την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ελέγχου στην πειραµατική διάταξη, αναδεικνύουν ότι η αρχιτεκτονική πληρεί τις απαιτήσεις και η ακρίβεια µερικών nm που επιτυγχάνεται στον προσδιορισµό της θέσης επιτρέπει την αξιόπιστη εγγραφή και κατόπιν ανάγνωση δεδοµένων από την αποθηκευτική συσκευή. Μειονέκτηµα της παραπάνω προσέγγισης αποτελεί ο χαµηλής συχνότητας θόρυβος των θερµικών αισθητήρων, που επηρεάζει τη σωστή λειτουργία του κλειστού συστήµατος σε µεγάλες περιόδους λειτουργίας της συσκευής. Το πρόβληµα αυτό επιλύεται µε µία πρωτότυπη προσέγγιση που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής και βασίζεται στην πληροφορία, την προερχόµενη από τους θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης θέσης, σε συνδυασµό µε το προερχόµενο από το αποθηκευτικό µέσο σήµα σφάλµατος θέσης. Ο σχεδιασµός του συστήµατος ελέγχου, στην περίπτωση αυτή, εκµεταλλεύεται την εκ των προτέρων γνώση των χαρακτηριστικών θορύβου ως προς τη συχνότητα των δύο αισθητήρων ανίχνευσης θέσης, έτσι ώστε το σύστηµα ελέγχου που προκύπτει να χρησιµοποιεί την πιο αξιόπιστη µέτρηση σε κάθε περιοχή συχνοτήτων. Το πλαίσιο του σθεναρού ελέγχου, H∞, χρησιµοποιείται κατά το σχεδιασµό αυτής της αρχιτεκτονικής ελέγχου, µε διαχωρισµό ως προς τη συχνότητα. Με χρήση αυτής της µεθόδου, το σύστηµα ελέγχου δεν επηρεάζεται από τον χαµηλής συχνότητας θόρυβο των θερµικών αισθητήρων. Τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν κατά την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ελέγχου στην πειραµατική διάταξη επιβεβαιώνουν τα παραπάνω. Η µέθοδος αυτή είναι πιο γενική και µπορεί να εφαρµοστεί σε κάθε πρόβληµα ελέγχου, που έχει δύο ή και περισσότερους αισθητήρες µε διαφορετικά χαρακτηριστικά απόδοσης σε διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων. / Micro-electro-mechanical-system (MEMS)-based scanning-probe storage devices are emerging as potential ultra-high-density, low-access-time, and low-power alternatives to conventional data storage. One implementation of probe-based storage uses thermomechanical means to store and retrieve information in thin polymer films. Digital information is stored by making indentations on the thin polymer film with the tips of atomic force microscope (AFM) cantilevers, which are a few nanometers in diameter. To increase the data rate, an array of probes is used, in which each probe performs read/write/erase operations over an individual storage field. One of the primary challenges in building such devices is the extreme accuracy and the short latency required in the navigation of the probes over the polymer medium. This dissertation describes the design of novel control architectures and the characterization of their performance. The associated modelling effort, theoretical analysis, simulation work and experimental results are presented. Displacement of the storage medium relative to the array of cantilevers is achieved by using silicon-based micro-scanners with x/y-displacement capabilities. The x/y positional information can be provided by thermal position sensors that are fabricated on the cantilever-array chip and positioned directly above the scan table. A thorough understanding of the dynamics of these parts of the device is essential for effective design and analysis of the control architectures. In this dissertation a complete model of the micro-scanner and the thermal position sensors was developed. Comparison of the model response with the experimental data have shown that the model approximates the system response with an excellent accuracy. In general, the servo system in such a storage device has two functions. First, it locates the target track to which information is to be written or read back from, starting from an arbitrary initial position of the scan table carrying the storage medium. This is achieved by the so-called seek-and-settle procedure. The data access time depends on the duration of this operation, and therefore the minimization of its duration constitutes an important optimization factor. The speed of data access is a significant bottleneck in today’s computing systems. With the advantage of the lighter moving stage MEMS-based storage devices are widely touted to improve access times. In this dissertation these perspectives are examined in detail. Initially the time-optimal control theory has been studied for different system models and their performance has been examined regarding the optimal access time. The results of this study have provided the theoretically optimal access time for each model and its dependence on the system parameters. The control architecture for the seek operation has been designed. The simulation and experimental results show that the possible access times that can be achieved are significantly smaller than the conventional storage devices. The second function of the control system is to maintain the position of the read/write probes on the centre of the target track as they are being scanned along the length of this track during the normal read/write operation. This is achieved by the so-called track-follow procedure. Precise positioning and navigation of the read/write head(s) on the track centerlines is of paramount importance in all types of storage devices. The requirements become more crucial in the devices under study, where in order to achieve reliable storage and retrieval of data, accuracy in the order of a few nanometers in the scanner motion is needed. Therefore, the tracking of the reference signal, the disturbance rejection capabilities and the positioning resolution are considered as performance measures for the control system in this operation. Similarly, the read/write data rate constitutes an important optimization factor for this operation. The first approach of the control architecture for the track-follow procedure uses the position information from the thermal sensors. The control of the position in the x/y directions is realized using two independent feedback loops and each controller is based on the linear quadratic Gaussian regulator (LQG). For the evaluation of the proposed control architecture a detailed analysis has been performed in terms of the tracking performance, the disturbance rejection and the positioning resolution. The proposed architecture has been implemented in the experimental set-up and the analytical results are in agreement with those obtained experimentally. The experimental results show that the accuracy in the motion of the micro-scanner obtained with the proposed control architecture allows reliable storage and retrieval of data in the storage device. The disadvantage of the above control scheme originates from the low frequency noise of the thermal sensors that affects the closed loop performance for long term operation of the device. A novel control architecture was developed that addresses this problem by using medium-derived position information along with the thermal positioning sensor. The objective of this method is, using the a priori knowledge of the noise characteristics of the two sensors, to create a control structure that utilizes the best measurement in different frequency regions. The framework of the H∞ robust control was used for the design of this new frequency separated control architecture. Using this method the control system is not affected from the low frequency noise of the thermal sensors. The experimental results validate the performance of the proposed method. The developed methodology is more general and can be applied to any control problem that has two or more sensors with different performance characteristics in different frequency regions.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και τη μοντελοποίηση ενός αιολικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας βασισμένο σε σύγχρονη γεννήτρια μόνιμου μαγνήτη (PMSG). Ειδικότερα, παρουσιάζονται και αναλύονται όλα τα τμήματα που αποτελούν το αιολικό σύστημα καθώς και οι λογικές ελέγχου που ακολουθήθηκαν για την αποτελεσματική λειτουργία του. Επιπλέον, μελετάται και μοντελοποιείται μια διάταξη αποθήκευσης ενέργειας από την οποία πλαισιώνεται το αιολικό σύστημα κατά την αυτόνομη λειτουργία του. Τέλος, παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης της λειτουργίας του συστήματος, σε σύνδεση με το δίκτυο και κατά την αυτόνομη λειτουργία του. Για την ανάπτυξη του μοντέλου και την προσομοίωση χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Simulink/Matlab. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στο ενεργειακό πρόβλημα και μια γενική εισαγωγή στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Επιπλέον, δίνονται διάφορες πληροφορίες γύρω από την αιολική ενέργεια και αναλύονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της χρήσης ανεμογεννητριών. Επίσης, παρουσιάζεται η δομή μιας ανεμογεννήτριας και παραθέτονται διάφοροι τύποι ανεμογεννητριών, ενώ δίνονται και οι βασικές σχέσεις μετατροπής της αιολικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται ανάλυση κάθε τμήματος της ανεμογεννήτριας (πτερωτή, σύστημα μετάδοσης κίνησης, γεννήτρια) και παρατίθενται οι εξισώσεις που περιγράφουν τη λειτουργία τους. Επιπρόσθετα, παρουσιάζεται ο τρόπος μοντελοποίησης του κάθε τμήματος στο περιβάλλον του Simulink. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη μελέτη της σύγχρονης γεννήτριας μόνιμου μαγνήτη καθώς παρουσιάζεται με λεπτομέρεια η δομή της καθώς και οι αρχές που διέπουν τη λειτουργία της. Τέλος, δίνονται όλα τα χαρακτηριστικά μεγέθη της ανεμογεννήτρια που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία. Στο Κεφάλαιο 3 αρχικά, γίνεται μια γενική παρουσίαση των στοιχείων που αποτελούν τους μετατροπείς, ενώ στη συνέχεια παρουσιάζονται οι βασικές κατηγορίες μετατροπέων που υπάρχουν και αναφέρονται μερικοί βασικοί τύποι μετατροπέων που βρίσκουν εφαρμογή σε αιολικά συστήματα γενικότερα. Έπειτα, το κεφάλαιο επικεντρώνεται στους μετατροπείς που χρησιμοποιήθηκαν στο αιολικό σύστημα της παρούσας εργασίας καθώς εξηγείται ο τρόπος λειτουργίας τους και παρουσιάζεται ο τρόπος μοντελοποίησης τους στο Simulink. Έμφαση δόθηκε στον dc/dc μετατροπέα ανύψωσης τάσης που χρησιμοποιήθηκε, όπου γίνεται διαστασιολόγηση και παρουσιάζεται μια μικρή προσομοίωση της λειτουργίας του. Τέλος, παρουσιάζεται, επίσης, το φίλτρο που τοποθετείται στην έξοδο του αντιστροφέα. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφονται αναλυτικά η τεχνική διαμόρφωσης εύρους παλμών (PWM) και η τεχνική της ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών (SPWM), οι οποίες και εφαρμόστηκαν για την παλμοδότηση των μετατροπέων. Στη συνέχεια, περιγράφονται αναλυτικά οι μηχανισμοί ελέγχου που εφαρμόστηκαν με τη βοήθεια PI ελεγκτών, τόσο στην πλευρά της μηχανής (dc/dc μετατροπέας ανύψωσης τάσης) όσο και στον αντιστροφέα του αιολικού συστήματος. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του αιολικού συστήματος σε σύνδεση με το δίκτυο. Το σύστημα προσομοιώνεται για δύο περιπτώσεις, σε πρώτη φάση γίνεται προσομοίωση του συστήματος υπό σταθερή ταχύτητα ανέμου ίση με 12 m/s και σε δεύτερη φάση προσομοιώνεται η λειτουργία του συστήματος για βηματικές μεταβολές της ταχύτητας του ανέμου. Στο Κεφάλαιο 6 μελετάται η αυτόνομη λειτουργία του αιολικού συστήματος το οποίο, πλέον, πλαισιώνεται με μια διάταξη αποθήκευσης ενέργειας. Αρχικά, παρουσιάζεται το σύστημα αποθήκευσης ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε. Συγκεκριμένα η συστοιχία μπαταριών της οποίας δίνονται τα χαρακτηριστικά μεγέθη, καθώς και το μοντέλο της στο Simulink. Επίσης, παρουσιάζεται και μοντελοποιείται ο dc/dc μετατροπέας δύο κατευθύνσεων ο οποίος συνδέει τη συστοιχία με το υπόλοιπο σύστημα. Στη συνέχεια, περιγράφεται αναλυτικά ο μηχανισμός ελέγχου που εφαρμόζεται στη διάταξη αποθήκευσης ενέργειας για τον έλεγχο της φόρτισης/εκφόρτισης. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης του αυτόνομου αιολικού συστήματος για σταθερή ταχύτητα ανέμου-μεταβαλλόμενο φορτίο και για μεταβαλλόμενο άνεμο-σταθερό φορτίο. / In this thesis, a wind energy conversion system (WECS) based on a permanent magnet synchronous generator (PMSG) was studied and simulated. All parts of the WECS are presented and discussed in detail. Furthermore, control strategies for the generator-side converter and the voltage source inverter are developed. The WECS is simulated both in grid connected and stand-alone mode. In the stand-alone mode, the WECS is supplied with an energy storage system for which a bi-directional buck/boost converter and control strategy was designed. Finally, simulation results are presented and performance of the system in various modes of operation is evaluated. Simulink/Matlab is used for modeling and simulating the WECS. At the beginning of Chapter 1, a discussion of energy crisis and renewable energy sources is held. Furthermore, information about wind energy has been reviewed and its benefits and drawbacks are examined. In addition, the structure of a wind turbine and the principles of converting wind energy into electricity are presented. In Chapter 2 all parts of the wind turbine are studied and its characteristics are specified. Even more, the model of every part in Simulink is presented. Theoretical background, structure and operation principles of PMSG are presented in detail. In Chapter 3, firstly a general presentation of converters components takes place. Then the major existing categories of converter are presented and some basic types of converters, which are generally used in WECS, are mentioned. Moreover, the chapter focuses on the converters that are used in this thesis, explaining the way they operate. After all, their models in Simulink are shown. Emphasis was given to the dc/dc boost converter whose parameters are calculated and its operation is simulated. Finally, there is a presentation of the filter which was placed at the output of the inverter. In Chapter 4, Pulse-width Modulation (PWM) and Sinusoidal Pulse-width Modulation (SPWM) techniques that are used in this thesis are described. Moreover, the control strategy for the generator-side converter with maximum power extraction is presented. The control strategy of the voltage sourced inverter is shown as well. In Chapter 5 simulation results of the grid connected WECS are presented and evaluated. On the first part of the presentation, the WECS is simulated for constant wind speed (12m/s), and in the second part for step-changed wind speed. In Chapter 6 the stand-alone operation of the WECS is studied and supplied with an energy storage system. Initially, there is an analysis of the energy storage system, which was used, and in particular the battery bank, whose characteristics are given. Moreover, a Bi-directional dc/dc Buck-Boost converter which is used to interconnect the battery bank to the dc-link is presented and modeled. Afterwards, there is a detailed description of the control strategy used in order to control charging / discharging of the battery bank. At the end of this chapter, simulation results of two different stand-alone operation modes are presented, one with constant wind speed and variable load and the other one with step-changing wind speed and constant load.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής είναι η ανάλυση και ο έλεγχος ενός φ/β συστήματος διασυνδεδεμένου στο δίκτυο, με στόχο να παρέχει μονίμως την μέγιστη ισχύ του και η άεργος ισχύς που εγχέεται στο δίκτυο να μηδενίζεται. Το φ/β σύστημα αποτελείται από μια φ/β συστοιχία, έναν πυκνωτή και έναν DC/AC αντιστροφέα (με το κύκλωμα ελέγχου του) με τον οποίο συνδέεται στο δίκτυο μέσω ενός RL φίλτρου. Στο κύκλωμα ελέγχου περιλαμβάνεται ο έλεγχος για την ανίχνευση του σημείου μέγιστης ισχύος (MPPT ελεγκτής) καθώς και όλοι οι PI ελεγκτές που είναι απαραίτητοι τόσο για τον έλεγχο της dc τάσης όσο και για τον έλεγχο της αέργου ισχύος. Το σύστημα προσομοιώνεται στο περιβάλλον Simulink του Matlab υπό μεταβαλλόμενη ηλιακή ακτινοβολία. Αρχικά, για τον MPPT έλεγχο εφαρμόζεται η κλασική Perturb & Observe τεχνική και στη συνέχεια προτείνεται και εφαρμόζεται μια βελτιωμένη εκδοχή της, η οποία αποδεικνύεται ότι έχει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. / The main subject of this diploma thesis is the analysis and the control of a grid connected Photovoltaic system, in order that it can permanently provide the maximum power and the reactive power injected to the grid could be reduced to zero as well. The P/V system consists of a P/v array, a capacitor and a DC/AC inverter (and the whole control circuit) which is connected to the grid through an RL filter. The control circuit includes the control for the detection (tracking) of the maximum power point (MPPT controller) and all the PI controllers that are necessary in order to control both the dc voltage and the reactive power. The system is simulated by the Simulink in Matlab under changing solar irradiation. Initially, for the MPPT control the classical Perturb & Observe technique is implemented and then an improved version of this technique is proposed and implemented, since it is proved to be much more efficient.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, το σχεδιασμό και την εξομοίωση ενός σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη οδηγούμενο από ελεγχόμενο τριφασικό αντιστροφέα. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός λοιπόν της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη και προσομοίωση ενός σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη μέσω της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων, με τη βοήθεια του λογισμικού Opera σε δύο διαστάσεις (2d). Στο περιβάλλον σχεδίασης κυκλωμάτων του ίδιου προγράμματος, μοντελοποιήθηκε και ο τριφασικός αντιστροφέας ισχύος για την οδήγηση του κινητήρα. Στην συνέχεια, έγινε διασύνδεση του λογισμικού Opera με το πρόγραμμα Simulink του λογισμικού Matlab, με απώτερο σκοπό να επιτευχθεί έλεγχος κλειστού βρόχου της ταχύτητας περιστροφής του κινητήρα Συγκεκριμένα, έγινε μελέτη και προσομοίωση ενός συγκεκριμένου 8πολικού κινητήρα τύπου Brushless DC, ονομαστικής ισχύος 660 W, ονομαστικής τάσης 48 V, και ονομαστικής ταχύτητας 3000 rpm ο οποίος τροφοδοτήθηκε στην είσοδό του με τριφασικό αντιστροφέα. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε, στην εξομοίωση του τρόπου λειτουργίας των αισθητήρων Hall, μέσω των ημιαγωγικών διακοπτικών στοιχείων του αντιστροφέα, τα οποία ρυθμίστηκαν για να λειτουργούν σε κατάλληλες, για την υπό μελέτη μηχανή, χρονικές περιόδους. Κρίσιμη ήταν επίσης, η διαδικασία εύρεσης των κατάλληλων κερδών των ελεγκτών PI, έτσι ώστε να βελτιωθεί η μεταβατική απόκριση του συστήματος κλειστού βρόχου και να μειωθεί το σφάλμα μόνιμης κατάστασης ταχύτητας. Αναλυτικά, στο κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στα θεμελιώδη μεγέθη του μαγνητικού πεδίου, καθώς και στις ιδιότητες των μαγνητικών υλικών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή σύγχρονων μηχανών μόνιμου μαγνήτη. Στο κεφάλαιο 2 αναλύονται οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και γίνεται εκτενής αναφορά στα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά, στη βασική αρχή λειτουργίας και στις μαθηματικές εξισώσεις που τους περιγράφουν. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται η διάταξη οδήγησης του κινητήρα και αναλύονται λεπτομερώς η λειτουργία και του αντιστροφέα και του κυκλώματος ελέγχου κλειστού βρόχου. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται η διαδικασία διεξαγωγής μετρήσεων και σχεδιασμού του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων της μηχανής στο περιβάλλον του υπολογιστικού προγράμματος Opera-2d. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφεται η διαδικασία σχεδιασμού του τριφασικού αντιστροφέα και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα εξομοίωσης για το σύστημα ανοικτού βρόχου. Στο κεφάλαιο 6 εξηγείται η διαδικασία διασύνδεσης των δύο προγραμμάτων (Matlab-Opera) και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εξομοίωσης για το σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου. / In this dissertation, the design and simulation of a permanent magnet synchronous motor driven by a three-phase inverter, is presented. The work was conducted at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras. The objective of this dissertation is the study and simulation of a permanent magnet synchronous motor employing the finite element method, with the help of Opera-2d simulation software. In the Circuit Editor environment of the same software, a three-phase inverter for driving the motor was designed, utilizing the PWM method and achieving open loop control of the motor rotation speed under constant loads. In addition, a closed loop control system was designed on Simulink user interface of Matlab software and making use of the interconnection capability of the two programs (Matlab-Opera) closed loop control of the motor rotation speed was achieved. Specifically, chapter 1 gives reference to fundamentals of the magnetic field and the magnetic properties of materials used in the construction of modern permanent magnet machines. Chapter 2 analyzes synchronous permanent magnet motors and makes an extensive reference to the constructional features, basic operation principle and the mathematical equations that describe them. Chapter 3 describes the motor driving converter and analyzes in detail the operation of the inverter and the closed loop control circuit. Chapter 4 describes the procedure for carrying out measurements and designing the finite element model of the machine in the environment of Opera-2d software. Chapter 5 describes the three-phase inverter design process and presents the simulation results for the open loop system. Chapter 6 explains the interconnection process of the two programs (Matlab-Opera) and presents the results of the simulation for the closed loop control system.

Η θρόμβωση αποτελεί το πιο συχνό αίτιο δυσλειτουργίας της αγγειακής προσπέλασης, στους ασθενείς, με νεφρική ανεπάρκεια τελικού σταδίου, που υποβάλλονται σε αιμοκάθαρση. Σκοπός: Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η εκτίμηση του ρόλου του προεγχειρητικού απεικονιστικού ελέγχου στη δημιουργία αγγειακής προσπέλασης και ο έλεγχος των παραγόντων που επηρεάζουν τη βιωσιμότητα της. Εκτιμήθηκε η επίδραση της διαμέτρου των αγγείων, που χρησιμοποιούνται στη δημιουργία αγγειακής προσπέλασης, στη βατότητα αυτής. Ελέγχθηκε ο ρόλος των γονιδιακών θρομβοφιλικών παραγόντων (FV Leiden, FII G20210A και MTHFR C677T→A) στην παρουσία θρόμβωσης και στην επιβίωση της ΑΦΕ. Τέλος ελέγχθηκε η δυνατότητα πρόβλεψης της θρόμβωσης με τη χρήση δημογραφικών, αιμοδυναμικών, αιματολογικών και βιοχημικών παραγόντων, αλλά και των θρομβοφιλικών γονιδιακών μεταλλάξεων. Μέθοδος- Υλικό: 137 συνεχόμενα περιστατικά, από Μάρτιο 2005 έως Δεκέμβριο 2006, προσήλθαν για δημιουργία αγγειακής προσπέλασης για αιμοκάθαρση και εντάχθηκαν στην παρούσα μελέτη. Μετά από φυσική εξέταση και λήψη ιστορικού, κατεγράφη το αιματολογικό- βιοχημικό τους προφίλ και η παρουσία θρομβοφιλικών μεταλλάξεων. Υπεβλήθηκαν σε χαρτογράφηση των αγγείων των άκρων με χρήση υπερήχων και φλεβογραφία και συνυπολογίζοντας όλα τα δεδομένα ακλούθησε η δημιουργία αγγειακής προσπέλασης. Δημιουργήθηκαν 26 περιφερικές ΑΦΑ, 74 κεντρικές ΑΦΑ, τοποθετήθηκαν 32 ΑΦΜ και σε 5 περιστατικά ετέθη μόνιμος καθετήρας. Εξαιρέθηκαν από τη μελέτη τα περιστατικά με πρώιμη θρόμβωση (9), τα περιστατικά που δεν χρησιμοποιήθηκε η αγγειακή προσπέλαση (11) και στα περιστατικά που χάθηκαν από την παρακολούθηση η απεβίωσαν πριν συμπληρωθούν τουλάχιστον 4 μήνες ελέγχου (14). Στα υπόλοιπα 102 περιστατικά έγινε υπερηχογραφικός έλεγχος της αγγειακής προσπέλασης στους 2, 6 και 12 μήνες και κλινική εκτίμηση έως το πέρας της μελέτης σε τακτά χρονικά διαστήματα. Αποτελέσματα: Η USVM άλλαξε το προεγχειρητικό σχεδιασμό σε 31 (22.6%) ασθενείς, χωρίς να αλλάξει η τελική αναλογία του τύπου σε σύγκριση με την αρχική εκτίμηση. 18 ασθενείς (36.7%) που τα υπερηχογραφικά ευρήματα άλλαξαν το σχεδιασμό ήταν διαβητικοί σε σύγκριση με το 14.8% (13) σε μη διαβητικούς (p<.001). Στα περιστατικά που άλλαξε το σχεδιασμό η USVM υπήρξαν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα σε πρόγραμμα αιμοκάθαρσης(2.7 vs. 0.9 έτη). Φλεβογραφικά αναγνωρίστηκαν 18 περιστατικά με κεντρική στένωση και σε 12 από αυτά άλλαξε ο σχεδιασμός. Σημαντική στένωση παρουσίασε το 93% των ασθενών που στο ιστορικό ανέφεραν πάνω από 2 τοποθετήσεις κεντρικών καθετήρων. Η διάμετρος της φλέβας στις αναστομώσεις που παρουσίασαν πρώιμη θρόμβωση υπήρξε μικρότερη από τις υπόλοιπες λιτουργικές ΑΦΑ (2.84 vs 3.94, p<.001). Οι ΑΦΕ που παρουσίασαν θρόμβωση παρουσίασαν αρχική παροχή (Qa) 558.13 ml/min σε σύγκριση με τα 821.26 ml/min των περιστατικών που δεν παρουσίασαν θρόμβωση. Τα περιστατικά που παρουσίασαν θρόμβωση είχαν υψηλότερη συγκέντρωση Lp(a), είχαν ενταχθεί για μεγαλύτερο χρόνο σε αιμοκάθαρση και παρουσίαζαν μετάλλαξη του MTHFR (R2=0.6, p<.001). Οι γυναίκες, τα μοσχεύματα, ο χαμηλότερος όγκος ροής και η παρουσία μετάλλαξης FV Leiden σχετίζονται με συχνότερη εμφάνιση θρόμβωσης (p<.05). Συμπεράσματα: Ο υπερηχογραφικός έλεγχος θα πρέπει να γίνεται συστηματικά στον προεγχειρητικό σχεδιασμό, με μεγαλύτερο όφελος στους διαβητικούς, σε άτομα με περισσότερο χρόνο σε αιμοκάθαρση, με ιστορικό άλλων επεμβάσεων αγγειακής προσπέλασης. Η φλεβογραφία θα πρέπει να γίνεται σε όλους τους ασθενείς με ιστορικό τοποθέτησης κεντρικής γραμμής στην πλευρά του χειρουργείου. Η πρώιμη θρόμβωση της ΑΦΕ συνδέεται με μικρότερη διάμετρο της φλέβας προς αναστόμωση. Ο Qa αποτελεί αξιόπιστο δείκτη καλής λειτουργίας της ΑΦΕ. Η θρόμβωση εμφανίζεται πιο συχνά στις γυναίκες, στους ασθενείς με αυξημένα επίπεδα Lp(a), σε ατόμα με περισσότερα χρόνια σε αιμοκάθαρση και στα ΑΦΜ. Τόσο ο FV Leiden όσο και το MTHFR φαίνεται να παίζουν ρόλο στην εμφάνιση θρόμβωσης στις ΑΦΑ. / Vascular access thrombosis (VAT) is one of the most common causes of morbidity in hemodialysis patients. Objective: In an effort to increase the prevalence of AV fistulae, ultrasound vessel mapping (USVM) and upper extremity venography (UEV) have been suggested; however the effectiveness of their combined use remains unknown. We studied the effect of such a combined protocol on AV access type change, compared to physical examination alone. The vascular access patency had been correlated to vessel diameter and to a number of thrombosis risk factors. Finally the role of genetic thrombophilic risk factors on vascular access thrombosis was studied. Methods: Consecutive cases with chronic kidney disease (n=137) after an initial estimation of the AV access type based on physical examination, had USVM and UEV, to detect vascular pathology that could potentially alter the original plan. 26 distal AVF, 74 central AVF, 32 AV grafts and 5 permanent catheters were placed. 9 cases presented early thrombosis, 11 cases had delayed first use or the access wasn’t used at all, 14 patients died or did not present at their follow up and were excluded from our study. On the remaining 102 cases an ultrasound control of the VA was performed on 2, 6 and 12 months and clinical evaluation of the VA was performed in a regular base. Results: USVM changed the preoperative plan in 22.6% (31) patients; this was 36.7% (n=18) in diabetics compared to 14.8% (n=13) in non-diabetics (p<.001). Patients that USVM changed the type of the planned AV access had been on hemodialysis significantly longer (2.7 years vs. 0.9 years, p<.001). Venography identified 18 patients with central vein stenosis that led to a site change in 12 of them. Significant venous stenosis in patients with history of two or more central catheters placed and without such was 93%.Original plan was revised in 31% and this rate was similar for distal AVFs, central AVFs and AV grafts (38%, 26% and 43%, respectively, all p>0.05). The internal vein diameter used in VA creation was significant smaller in cases of early thrombosis (2.84 vs 3.94, p<.001). Thrombosed VA presented with initial flow volume measurement (Qa) of 558.13 ml/min and was significantly lower than VA without thrombosis 821.26 ml/min. Thrombosis was more frequent in a) higher values of cholesterol and Lp(a), b) longer periods under hemodialysis, b) lower blood flow volume in initial testing and with existence of MTHFR mutations. VA was thrombosed sooner in women, when an AV graft was placed and in FV Leiden mutation (p<.05). Conclusions: A significant proportion of patients have vascular pathology severe enough to alter the access type as suggested by physical examination alone. USVM should be routinely performed, while UEV selectively in patients with history of surgery or instrumentation of their central veins. The early thrombosis of VA appears on a smaller vein diameter. The blood flow volume measurement is a reliable indicator in case of vascular access thrombosis. Thrombosis appears in greater proportion in women, in higher Lp(a) concentration, in AV grafts. Finally FV Leiden and MTHFR mutations seem to play a role in vascular access thrombosis.

Τα βασικά προβλήματα που εμφανίζονται κατά τον μη καταστροφικό έλεγχο με την μέθοδο της ακουστικής εκπομπής (ΑΕ) είναι η απομόνωση του θορύβου, η αξιόπιστη επεξεργασία και αναγνώριση των σημάτων από πραγματικές αστοχίες του υλικού, ο προσδιορισμός της θέσης της αστοχίας και ο χαρακτηρισμός του τύπου και της κρισιμότητας της βλάβης στο υλικό. Κατά την διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διδακτορικής διατριβής δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στην μεθοδολογία εύρεσης της θέσης της πηγής ΑΕ δεδομένου ότι είναι γνωστοί οι χρόνοι άφιξης κάποιων χαρακτηριστικών των σημάτων που έχουν καταγραφεί στους αισθητήρες. Αναπτύχθηκαν ολοκληρωμένες μέθοδοι στις οποίες επεξεργάζονται τα σήματα των αισθητήρων για να προσδιοριστούν τα χαρακτηριστικά που θα αποτελέσουν την βάση για τον υπολογισμό της θέσης της πηγής. Έχοντας εξασφαλίσει την αξιόπιστη μέθοδο προσδιορισμού των χρόνων άφιξης ορισμένων χαρακτηριστικών των σημάτων αναπτύχθηκαν μέθοδοι οι οποίοι χρησιμοποιούν όσο το δυνατό περισσότερη πληροφορία για βελτίωση της ακρίβειας εκτίμησης και μικρότερες απαιτήσεις σε επιπλέον γνώση δεδομένων. / In non-destructive control, acoustic emission signals are used for reliable construction monitoring and damage recognition. In this thesis several methods for the acoustic emission (AE) source location are developed and evaluated. Automatic estimation of minimum number and optimal placement of sensors are derived at the minimum sum of localization errors at randomly positioning AE sources. A new method was proposed and evaluated for the estimation of optimum sensors position in problems of AE localization in spherically and cylindrical structures. The particular methodology can be easily adjusted in different structures, and is of paramount important in case where the sensors must be permanently placed in a structure. Six source location methods were developed using a parametric model for the AE signal, genetic algorithm and simulated annealing. The magnitude of the Fast Fourier Transform or the position of the maximum peak of cross correlation function are extracted from the AE signals acquired by multiple sensors positioning at arbitrary locations in a plain or a cylindrical structure. The AE source is estimated at the minimum of the error function between the signal or the features derived from the acoustic signal, and the signal or features estimated from the AE signal model. Moreover, a novel source location method based on radial basis function network is presented and evaluated. The problem of AE localization in plane surfaces and cylindrical surfaces are solved in a close-form using the arrival-time differences using three or more sensors. A close-form solution for Acoustic-Emission source location (AESL) and material constant G is presented and evaluated in simulation experiments using the Time-of-Arrival (TOA) of several events detected in arbitrary positioning sensors in 3d-space in dispersive media. The normalized distances and the constant G are derived from the TOA at four arbitrary selected sensors using the events propagation velocities in a reference material. The actual AE position is derived using the multidimensional scaling method using the complete set of sensors. In simulation experiments, the advantages of the proposed method are demonstrated. Overcoming the most important weakness of the proposed method, the use of only four sensors for the estimation of the parameter G, an algorithm for successive estimation of the AESL is developed using the complete set of TOAs.An extension of the AESL method is developed using a successive approximation algorithm assuming a minimum of two known propagation velocities for the recorded events. It is proved that the proposed algorithm converges to the local minimum of the optimization function. Under few restrictions the proposed algorithm can be used to estimate the AESL even in case where the propagation velocities for all events are unknown.

Η αναβάθμιση της διαδικασίας ανάπτυξης εφαρμογών λογισμικού που αφορούν τον έλεγχο βιομηχανικών συστημάτων, είναι ένα θέμα που απασχολεί για δεκαετίες του μηχανικούς ελέγχου αλλά και τους μηχανικούς λογισμικού. Κατά την ανάπτυξη των βιομηχανικών εφαρμογών, οι μηχανικοί καλούνται να ικανοποιήσουν πληθώρα απαιτήσεων μεταξύ των οποίων: συμβατότητα με το υπάρχον εγκατεστημένο υλικό, συμβατότητα με τις ήδη εγκατεστημένες παλαιότερες εφαρμογές και επαναχρησιμοποίηση τμημάτων λογισμικού. Για τους παραπάνω λόγους, αναζητούνται συνεχώς λύσεις οι οποίες: θα προσφέρουν μια περισσότερο φιλική προς το μηχανικό ελέγχου διαδικασία ανάπτυξης η οποία θα υποστηρίζει επεκτασιμότητα των εφαρμογών, θα διευκολύνει την επαναχρησιμοποίηση τμημάτων του λογισμικού, θα ενισχύει την συντήρηση του λογισμικού και θα είναι ανεξάρτητη από το υλικό εκτέλεσης των βιομηχανικών συστημάτων. Η International Electrotechnical Commission (IEC) για να αντιμετωπίσει τις απαιτήσεις των σύγχρονων συστημάτων δημιούργησε το πρότυπο IEC61499 το οποίο έρχεται να επεκτείνει το Function Block του IEC61131. Το IEC61499, καθορίζει μια μεθοδολογία σχεδιασμού, όπου το Function Block είναι το βασικό δομικό συστατικό για την ανάπτυξη διαλειτουργικών κατανεμημένων εφαρμογών αυτοματισμού και ελέγχου. Οι εφαρμογές ελέγχου μπορούν να υλοποιηθούν από Function Block δίκτυα διασυνδέοντας τις εισόδους και εξόδους τους. Το IEC61499 προτείνει επίσης τον σχεδιασμό εργαλείων λογισμικού για την υποστήριξη (εν μέρει αυτοματοποίηση) της διαδικασίας ανάπτυξης. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται μια νέα προσέγγιση για τον σχεδιασμό κατανεμημένων βιομηχανικών εφαρμογών και πιο συγκεκριμένα Συστημάτων Μέτρησης και Ελέγχου Βιομηχανικών Διεργασιών1 (IPMCSs) όπως τα ορίζει το πρότυπο IEC. Η προσέγγιση εστιάζει στον ορισμό μιας μεθοδολογίας για την φάση της ανάλυσης και κύρια την τεκμηρίωση των απαιτήσεων και τον μετέπειτα μετασχηματισμό του μοντέλου ανάλυσης σε μοντέλο σχεδιασμού. Η προτεινόμενη προσέγγιση βασίζεται σε κατάλληλα οριζόμενες έννοιες και τεχνικές και αξιοποιεί τελευταίες τάσεις από το χώρο της Μηχανιστικής Λογισμικού (Software Engineering), όπως είναι η έννοια της μετα-μοντελοποίησης (Meta-modeling) όπως αυτή ορίζεται στα πλαίσια της βασισμένης σε μοντέλα ανάπτυξης (Model Driven Development) και της Unified Modeling Language (UML) και των επεκτάσεων της (UML Profiles) και εφαρμογή αυτών στο σχεδιασμό βιομηχανικών εφαρμογών. Για την ομαλή μετάβαση από τις καταγεγραμμένες απαιτήσεις σε μοντέλα σχεδιασμού τεκμηριώθηκε και παρουσιάζεται ένα σύνολο κανόνων μετασχηματισμού το οποίο περιγράφηκε αυστηρά με χρήση της Object Constraint Language. Για να αξιοποιηθεί η προτεινόμενη προσέγγιση από μηχανικούς ελέγχου, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα εργαλείο λογισμικού συμβατό με το πρότυπο IEC61499. Το εργαλείο που έχει το όνομα CORFU ESS έρχεται να υποστηρίξει: α) την φάση της ανάλυσης, β) τον μετασχηματισμό του μοντέλου ανάλυσης σε μοντέλο σχεδιασμού, γ) τον σχεδιασμό εφαρμογών με Function Blocks όπως ορίζει το IEC61499, δ) την κατανομή των Function Block στις συσκευές των βιομηχανικών δικτύων και ε) τον έλεγχο των τελικών Function Block δικτύων. Η προσέγγιση εφαρμόσθηκε σε μελέτες περίπτωσης για να επιδείξει την εφαρμοσιμότητα της προτεινόμενης διαδικασίας, την αποτελεσματικότητα του εργαλείου που αναπτύχθηκε και την δυνατότητα της διαδικασίας και του εργαλείου να καλύψουν απαιτήσεις μικρής ή μεγάλης κλίμακας εφαρμογών. / Following technology’s trends, engineers in the industrial and control sector continuously face problems on developing distributed industrial control applications that should meet various functional, interface, operational and performance requirements by conforming on engineering concerns such as maintainability and reliability. During the development of industrial applications, engineers deal with aspects on device compatibility, software compatibility and software reusability. To deal with these challenges, control engineers are underway in applying Software Engineering practices in the development process of distributed industrial control applications that will enhance reusability, maintainability and will be independent of the underlying platform. A proof of this motion is the standard 61499 of the International Electrotechnical Commission (IEC) which is affected from practices and current trends in Software Engineering. The IEC 61499 standard extends the FB concept of IEC1131 to share many of the well defined and already widely acknowledged benefits of concepts introduced by object technology. This standard describes also a methodology that defines the FB as the main building block and specifies the way that FBs can be used to define robust, re-usable software components that constitute complex IPMCSs. Complete control applications, can be built from networks of FBs that are formed by interconnecting their inputs and outputs. IEC 61499 proposes also that, Engineering Support Systems (ESSs) are highly required to support the whole development process. This dissertation presents a new approach for the design of distributed industrial control applications or Industrial Process Measurement and Control Systems (IPMCSs) as defined in the IEC 61499. The approach defines a methodology for the analysis phase, based on object-oriented concepts, and mainly focuses in the requirements specification and the transformation from the analysis model to the design model. The approach is based on properly defined concepts and adopts modern techniques and latest trends from Software Engineering such as the concept of metamodeling, Model Driven Development (MDL), the Unified Modeling language (UML), UML extensions as defined in UML profiles and applies them to the design of distributed industrial control applications. For the transition from requirements specification to design models a set of transformation rules is presented, formally specified by means of the Object Constraint Language, that are used to later to automate the transition process. Towards the automation and the exploitation from control engineers of the proposed approach, a prototype ESS that supports the development process and is compatible with IEC61499 was implemented. The ESS named CORFU ESS comes to support all the phases of the proposed process: the object-oriented analysis, the automated transformation process from the analysis to the design model, the design with Function Blocks as proposed from the IEC 61499 standard, the verification of Function Block diagrams and the distribution of Function Blocks to industrial field devices. In order to verify the development process, several case studies have been designed and are presented in the context of this dissertation in order to prove: the applicability of the proposed approach, the effectiveness of the implemented prototype ESS and the ability of the approach to cover small and large scale applications.

Στη συγκεκριμένη εργασία ασχολήθηκα με την εκτίμηση της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας παραμέτρων που προέρχονται από σήματα πηγών ακουστικής εκπομπής που επεξεργάστηκα. Στο θεωρητικό κομμάτι το μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσίασαν ο Μη Καταστροφικός Έλεγχος και η Ακουστική Εκπομπή, καθώς και οι εφαρμογές τους. Τα δεδομένα που επεξεργάστηκα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: σε εκείνα που μου δόθηκαν έτοιμα και σε εκείνα που λήφθηκαν μετά από μετρήσεις. Στην επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος πρόβλεψης-μεγιστοποίησης, τον οποίο μελέτησα θεωρητικά και με βάση τον οποίο εξάχθηκαν οι παράμετροι για κάθε σήμα. Έχοντας βρει τις παραμέτρους, προχώρησα στην ταξινόμηση των σημάτων σε κατηγορίες με βάση τη θεωρία της αναγνώρισης προτύπων. Στο τέλος της εργασίας παρατίθεται το παράρτημα με τα αναλυτικά αποτελέσματα, καθώς και η βιβλιογραφία που χρησιμοποίησα. / In this diploma paper the subject was the calculation of the probability density function of parameters which come from signals of sources of acoustic emission. In the theoritical part, the chapters with the greatest interest were Non Destructive Control and Acoustic Emission and their applications. The data which were processed are divided in two categories: those which were given without requiring any laboratory research and those which demanded laboratory research. The expectation-maximization algorithm, which was used in the process of the laboratory data, was the basis for the calculation of the parameters of each signal. Having calculated the parameters, the signals were classified in categories according to the theory of pattern recognition. In the end of the paper, the results and the bibliography which was used are presented.

Σε αυτήν την διπλωματική εργασία μελετήσαμε το σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας και στάθμης νερού σε δεξαμενή. Αρχικά αναφέρουμε γενικά στοιχεία θεωρίας σχετικά με τον σχεδιασμό συστημάτων ελέγχου στον χώρο κατάστασης και πιο συγκεκριμένα αναλύουμε την μέθοδο ελέγχου με βάση την αυθαίρετη τοποθέτηση πόλων. Στην συνέχεια ασχολούμαστε μεμονωμένα με τον έλεγχο στάθμης νερού σε δεξαμενή. Περιγράφουμε το φυσικό σύστημα και την μονάδα ελέγχου την οποί α χρησιμοποιήσαμε στον χώρο του εργαστηρίου. Έπειτα από μια σειρά πειραμάτων τα οποία εκτελέσαμε και με βάση τις μετρήσεις τις οποίες πήραμε ,μπορέσαμε να υπολογίσουμε τα χαρακτηριστικά των επιμέρους ηλεκτρομηχανολογικών στοιχείων της πειραματικής μας διάταξης, όπως για παράδειγμα της αντλίας νερού, της μονάδας μέτρησης της στάθμης ,καθώς και τα χαρακτηριστικά της στατικής διεργασίας. Ομοίως πράξαμε και για τον έλεγχο θερμοκρασίας νερού σε δεξαμενή και έτσι μπορέσαμε να υπολογίσουμε τα χαρακτηριστικά του στοιχείου θέρμανσης. Στην συνέχεια, δίνουμε την περιγραφή του ολικού συστήματος ελέγχου στάθμης και θερμοκρασίας νερού σε δεξαμενή. Αφού εξάγουμε τις μαθηματικές εξισώσεις οι οποίες περιγράφουν το σύστημα στην μόνιμη κατάσταση, συμπεραίνουμε πως το σύστημα είναι μη γραμμικό. Σχεδιάζουμε το μη γραμμικό σύστημα στο Simulink και γράφοντας κατάλληλο κώδικα στο Matlab μπορέσαμε να γραμμικοποιήσουμε το σύστημά μας γύρω από ένα συγκεκριμένο σημείο λειτουργίας και το διακριτοποιήσαμε. Έπειτα, πάλι με την βοήθεια του λογισμικού προγράμματος Matlab σχεδιάσαμε έναν ελεγκτή με την μέθοδο τοποθέτησης πόλων και τον εφαρμόσαμε στο μη γραμμικό σύστημα για διάφορες τιμές πόλων και εξάγαμε τα συμπεράσματά μας από τα αντίστοιχα διαγράμματα όσων φορά την καλύτερη απόκριση του συστήματος. Την ίδια διαδικασία με παραπάνω εφαρμόσαμε και για ένα διαφορετικό σημείο λειτουργίας του συστήματος. / -