Στην παρούσα διπλωματική εργασία εκπονείται μελέτη που αφορά την παθητικότητα και τον έλεγχο ηλεκτρομηχανικών συστημάτων. Δίνεται μεγαλύτερη βαρύτητα στον επαγωγικό κινητήρα και τους ελέγχους που μπορεί να εφαρμοστούν σε αυτόν. Η επαγωγική μηχανή χρησιμοποιείται σε μεγάλο εύρος εφαρμογών στο πεδίο μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανικό έργο. Οι αιτίες για αυτήν την προτίμηση είναι πολλές. Μεταξύ αυτών συγκαταλέγονται το φτηνό κόστος και η εύκολη συντήρηση. Για πιο απαιτητικές εφαρμογές όμως η επαγωγική μηχανή απαιτεί πολύπλοκα συστήματα τροφοδοσίας και ελέγχου. Χρησιμοποιούνται πηγές τάσης (ή ρεύματος) βασισμένες σε τοπολογίες που περιλαμβάνουν διατάξεις με ηλεκτρονικά ισχύος όπως μετατροπείς ac/dc με IGBT διακοπτικά στοιχεία ισχύος. Ο έλεγχος επίσης μπορεί να βασίζεται είτε σε απλές βαθμωτές λογικές ή σε πιο προχωρημένα συστήματα σε λογικές διανυσματικού ελέγχου. Στις περιπτώσεις αυτές μπορούμε να επιτύχουμε εξαιρετικά λειτουργικά χαρακτηριστικά όπως ρύθμιση στροφών ή θέσης με υψηλή ακρίβεια αλλά με κόστος την πολυπλοκότητα στην δομή του συστήματος ισχύος και αυτομάτου ελέγχου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αρχικά μελετάμε τη δυναμική συμπεριφορά τριφασικής ασύγχρονης μηχανής με χρήση του αναλυτικού μη γραμμικού μοντέλου της. Συγκεκριμένα, για την μελέτη της μεταβατικής συμπεριφοράς χρησιμοποιούμε το μετασχηματισμένο μοντέλο της μηχανής στο σύστημα κάθετων αξόνων d-q. Αυτό επιτυγχάνεται με την χρήση του μετασχηματισμού Park, στο τριφασικό αρχικό μοντέλο της μηχανής. Η επιλογή του συστήματος κάθετων αξόνων γίνεται στο στρεφόμενο με σύγχρονη ταχύτητα σύστημα αναφοράς. Στο σύστημα αυτό οι ημιτονοειδείς ποσότητες των μεταβλητών στην μόνιμη κατάσταση λειτουργίας μετατρέπονται σε συνεχείς (dc) μεταβλητές, πράγμα που διευκολύνει την ανάλυση και σχεδίαση του ελέγχου. Με στόχο την εφαρμογή απλών σχημάτων ελέγχου στην επαγωγική μηχανή που να μπορούν να οδηγούν σε λειτουργία υπό επιθυμητό αριθμό στροφών ανεξάρτητα προς το εμφανιζόμενο στην έξοδο μηχανικό φορτίο, χρησιμοποιούμε το μοντέλο αυτό στην ανάλυσή μας και αποδεικνύουμε ότι η επαγωγική μηχανή έχει την σημαντική ιδιότητα των Euler-Lagrange ηλεκτρομηχανικών συστημάτων, την παθητικότητα. Αυτό σημαίνει ότι μετά από κάποια διαταραχή, το σύστημά μας έχει απόσβεση τόσο στο ηλεκτρικό όσο και στο μηχανικό του μέρος. Επιπλέον, αποδεικνύεται ότι η ιδιότητα αυτή παραμένει ισχύουσα ανεξάρτητα με το όποιο σχήμα μη δυναμικού ελέγχου μπορούμε να εφαρμόσουμε. Έτσι, στην παρούσα διπλωματική εργασία εφαρμόζουμε απλούς PI ελεγκτές με σταθερά χρόνου πολύ μεγαλύτερη από αυτήν που εμφανίζει το αρχικό σύστημα, ούτως ώστε η δυναμική των PI ελεγκτών πρακτικά να μην εμπλέκεται με την δυναμική του συστήματος. Έτσι, το σύστημα παραμένει ουσιαστικά στην αρχική δυναμική του κατάσταση με την ιδιότητα της παθητικότητας ισχύουσα για τον προτεινόμενο έλεγχο που από την πλευρά της μηχανής φαίνεται πρακτικά στατικός. Εν συνεχεία, προσομοιώνουμε το σύστημα και επιβεβαιώνουμε ότι οι προτεινόμενοι απλοί PI ελεγκτές μπορούν να οδηγήσουν το σύστημα στην επιθυμητή κατάσταση λειτουργίας με επιθυμητό αριθμό στροφών. / This diploma thesis forms a study on passivity and control of electromechanical systems. We focus on induction machine and the methods we use to control it. Induction machine is used in a large range of applications especially in the field of energy conversion to mechanical work. There are many causes for this preference such as low cost and easy to preserve. For more demanding applications induction machine needs complicated supply sources and control systems. Voltage (or current) sources are used based on power electronics such as ac/dc converters with IGBT switching elements. The control used can be scalar in simple applications or vector control in advanced applications. By using vector control, we can achieve exceptional operational characteristics on velocity or position regulation with high precision but with huge complexity in the structure of the power system and the automatic control scheme. In this thesis, at first we study the dynamic performance of the 3-phase induction machine by using the precise non-linear model. Specifically. we use the transformed model of the induction machine on the dq axes system to study its dynamical performance. This can be achieved by using Park transformation on the initial 3-phase model of the machine. The choice we make on the dq axis is based on the synchronously rotating reference frame. In this system the sinusoidal quantities of the variables in steady state are converted to dc, helping us on the analysis and the design of the control. Our goal is the application of simple control shapes on the induction machine that can drive our system to the desirable velocity regardless the output of the mechanical load. To this end, in our analysis we first prove that the induction machine has the significant property of passivity, a fundamental property of Euler-Lagrange systems. This means that after a disturbance, our system has damping in both the mechanical and the electrical part. Moreover, it is proved that passivity is maintained regardless from the form of any non dynamic control scheme we may apply. So, in this thesis we use simple PI controllers with large time constant in order to avoid any influence between the dynamics of the PI controllers and the dynamic of our system. So the system maintains its initial dynamic property of passivity under the control we use. Afterwards, we simulate the system and we confirm that the PI controllers we use can drive the system to the desirable operational mode.

Στόχος της εργασίας είναι η μοντελοποίηση και ο έλεγχος με τη χρήση υπολογιστή του συστήματος της πέδησης του αυτοκινήτου καθώς και της επιτάχυνσης (γκάζι - throttle) του κινητήρα. Για την πέδηση μελετήθηκε και υλοποιήθηκε στο Simulink το μοντέλο που περιγράφεται στην εργασία των Humair Raza, Zhigang Xu, Bingen Yang και Petros A. Ioannou με τον τίτλο “Modeling and Control Design for a Computer-Controlled Brake System”. Για την πέδηση και την επιτάχυνση, ενοποιημένα σε ένα ενιαίο μοντέλο που περιγράφει το όχημα, μελετήθηκε η εργασία των P. Ioannou και Z. Xu με τίτλο “Throttle and Brake Control Systems for Automatic Vehicle Following”, και στη συνέχεια υλοποιήθηκαν στο Simulink τα μοντέλα για την πέδηση και το throttle. Στην συνέχεια δοκιμάσαμε τους ελεγκτές εφαρμόζοντας διάφορες εισόδους (σενάρια φρεναρίσματος) και λάβαμε τις αναμενόμενες από τη θεωρία εξόδους, επαληθεύοντας έτσι την ορθότητά τους. / The aim of this study is to model and control with the computer the car brake system and the engine throttle. For the brake system we studied and implemented in the Simulink the model described in the work of Humair Raza, Zhigang Xu, Bingen Yang and Petros A. Ioannou titled "Modeling and Control Design for a Computer-Controlled Brake System ". For the braking and the acceleration, consolidated into a single model describing the vehicle, we studied the work of P. Ioannou, Z. Xu entitled "Throttle and Brake Control Systems for Automatic Vehicle Following ", and then we implemented the models in Simulink. Then we tried applying different controllers inputs (braking and acceleration scenarios) and we verified the models' correctness.

Η παρούσα διπλωματική μελέτη έχει ως αντικείμενο την αναβάθμιση της εργαστηριακής άσκησης "Έμπειρος και ασαφής έλεγχος βιολογικού αντιδραστήρα" του εργαστηρίου Γενικής Ηλεκτροτεχνίας και Τομέα Συστημάτων Αυτόματου Ελέγχου. Η αναβάθμιση του εξοπλισμού περιλαμβάνει την αντικατάσταση του παλιού προσωπικού υπολογιστή (PC) και του παλιού προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC) με νέας γενιάς αντίστοιχα. Η αναβάθμιση του λογισμικού αφορά την ανάπτυξη της παραπάνω εργαστηριακής εφαρμογής με το λογισμικό Fuzzy Control V6++. Το παρόν έγγραφο είναι χωρισμένο σε έξι κεφάλαια στα οποία παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες και δομές των συστημάτων βιολογικού καθαρισμού καθώς και οι βασικές έννοιες της ασαφούς λογικής, των ασαφών ελεγκτών και των νευρωνικών δικτύων χωρίς όμως να στέκεται τόσο στα στοιχεία της θεωρίας. Προσπαθήσαμε δηλαδή να δώσουμε στην εργασία αυτή τη μορφή ενός εγχειριδίου με την εκτενή παρουσίαση όλων των βημάτων και των προβλημάτων που ακολουθήσαμε και αντιμετωπίσαμε στο εργαστηριακό περιβάλλον για την ανάπτυξη του ασαφούς ελεγκτή με το νέο υλικό (λογισμικό και εξοπλισμό). / --

- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει τα Ευφυή Συστήματα ελέγχου και τις εφαρμογές τους στον έλεγχο συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Τα διάφορα είδη Σταθεροποιητών Συστημάτων Ισχύος (ΣΣΙ) παρουσιάζονται επίσης. Τα ηλεκτρικά συστήματα είναι δυναμικά συστήματα και υποβάλλονται συνεχώς σε διαταραχές. Είναι σημαντικό οι διαταραχές αυτές να μην οδηγούν το σύστημα σε αστάθεια. Για αυτόν το λόγο, πρόσθετα σήματα που προέρχονται από την απόκλιση ταχύτητας, την απόκλιση διέγερσης και την ροπή επιτάχυνσης εισάγονται στους ρυθμιστές τάσης. Η συσκευή που παρέχει αυτά τα σήματα αναφέρεται ως Σταθεροποιητής Συστημάτων Ισχύος. Η χρήση των Σταθεροποιητών Συστημάτων Ισχύος είναι πολύ συχνή στη λειτουργία των μεγάλων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Οι συμβατικοί Σταθεροποιητές Συστημάτων Ισχύος που χρησιμοποιούν την αντιστάθμιση προήγησης-καθυστέρησης φάσης, όπου οι ρυθμίσεις κέρδους σχεδιάζονται για τις συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας, δίνουν φτωχές επίδοσεις υπό τις διαφορετικές συνθήκες φόρτισης. Επομένως, είναι πολύ δύσκολο να σχεδιαστεί ένας σταθεροποιητής που θα μπορούσε να επιτύχει καλές επιδόσεις σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Σε μία προσπάθεια να καλυφθεί ένα ευρύ φάσμα των συνθηκών λειτουργίας,τα Ευφυή Συστήματα ελέγχου έχουν προταθεί ως πιθανή λύση για να υπερνικηθεί αυτό το πρόβλημα. Σε αυτήν την εργασία, μια συστηματική προσέγγιση στο σχέδιο ελέγχου Ασαφούς λογικής προτείνεται. Παρουσιάζεται η μελέτη του Σταθεροποιητή Συστημάτων Ισχύος Ασαφούς λογικής για την αύξηση της ευστάθειας ενός συστήματος μιας μηχανής συνδεδεμένης σε άπειρο ζυγό. Προκειμένου να ολοκληρωθεί η αύξηση της ευστάθειας, η απόκλιση ταχύτητας και η επιτάχυνση του ρότορα της σύγχρονης γεννήτριας λαμβάνονται ως είσοδοι στον ελεγκτή ασαφούς λογικής. Αυτές οι μεταβλητές έχουν σημαντική επίδραση στην απόσβεση των μηχανικών ταλαντώσεων των αξόνων των γεννητριών. Τα σήματα ευστάθειας υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας την ασαφή συνάρτηση συμμετοχής ανάλογα με αυτές τις μεταβλητές. Το Simulink/Μatlab χρησιμοποιήθηκε στην εφαρμογή της μελέτης. Η απόδοση του συστήματος με το Σταθεροποιητή Συστημάτων Ισχύος Ασαφούς λογικής συγκρίνεται με το σύστημα με το συμβατικό Σταθεροποιητή Συστημάτων Ισχύος καθώς και με το σύστημα χωρίς Σταθεροποιητή Συστημάτων Ισχύος. / In this thesis the different types of intelligent control systems and the various techniques used in power system stabilizers are considered. The power system is a dynamic system and it is constantly being subjected to disturbances. It is important that these disturbances do not drive the system to unstable conditions. For this purpose, additional signals derived from speed deviation, excitation deviation and accelerating power are injected into voltage regulators. The device to provide these signals is referred as power system stabilizer. The use of power system stabilizers has become very common in operation of large electric power systems. The conventional PSS which uses lead-lag compensation, where gain settings designed for specific operating conditions, is giving poor performance under different loading conditions. Therefore, it is very difficult to design a stabilizer that could present good performance in all operating points of electric power systems. In an attempt to cover a wide range of operating conditions, intelligent control systems have been suggested as a possible solution to overcome this problem. Inittialy in this thesis, an introduction of power system control and the different types of stabilizers is briefly described. Afterwards, the system modeling and power system stabilizer model is presented. Finally, a systematic approach to fuzzy logic control design is proposed. The study of fuzzy logic power system stabilizer for stability enhancement of a single machine infinite bus system is presented. In order to accomplish the stability enhancement, speed deviation and acceleration of the rotor synchronous generator are taken as the inputs to the fuzzy logic controller. These variables take significant effects on damping the generator shaft mechanical oscillations. The stabilizing signals were computed using the fuzzy membership function depending on these variables. Simulink Block Design and Matlab is utilized in implementing the study. The performance of the system with fuzzy logic based power system stabilizer is compared with the system having conventional power system stabilizer and system without power system stabilizer.

Σήμερα στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας μεγάλο ποσοστό της ισχύος παράγεται από αιολικά πάρκα αλλά και από θερμικούς σταθμούς. Η διείσδυση κατανεμημένης παραγωγής στα συστήματα χρειάζεται ιδιαίτερη μελέτη. Σε αυτή την εργασία ερευνήθηκε η λειτουργία ολόκληρων συστημάτων διανομής που περιείχαν διάφορα αιολικά πάρκα και θερμικούς σταθμούς. Αρχικά εξετάστηκε το θέμα του εντοπισμού των απωλειών ισχύος σε συστήματα διανομής με κατανεμημένη παραγωγή. Παρουσιάστηκαν μια νέα σχετικά προσέγγιση στον εντοπισμό των απωλειών με βάση τις τροφοδοσίες ρευμάτων καθώς και μία μήτρα εμπεδήσεων. Τα παραπάνω μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη στατιστική ανάλυση των απωλειών βάσει της γραμμικής παλινδρόμησης ή την εκτίμηση της συνδιακύμανσης μεταξύ φορτίου και παραγωγής. Στη συνέχεια περιγράφεται το πρόβλημα της βραχυπρόθεσμης ευστάθειας τάσης σε δίκτυα με υψηλή διείσδυση κατανεμημένης παραγωγής. Εστιάζουμε στην αναπαράσταση του δικτύου κατά τη διάρκεια και μετά από την εμφάνιση σφάλματος ως ισοδύναμο κύκλωμα Thevenin τάσης και εμπέδησης. Επίσης διερευνάται η επίδραση γειτονικών σύγχρονων γεννητριών, ανεμογεννητριών τύπου Δανίας, SVC, και STATCOM στις παραμέτρους Thevenin. Τελικά εξετάζεται το πρόβλημα του ελέγχου τάσης και άεργου ισχύος. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στους περιορισμούς τροφοδοσίας πραγματικής και άεργου ισχύος οι οποίες επιβάλλονται από τα όρια του πλάτους της τάσης. / Nowadays in power systems a large amount of power produced from wind farms and Heat Power Plants (HPP). High penetration of distributed generation in power systems is a subject to study. Τhe focus of this project is on the operation of an entire distribution system with several wind farms and HPP. Firstly, the subject of allocation of power system losses in a distribution system with distributed generation is treated. A new approach to loss allocation based on current injections and an impedance matrix is presented. The formulation can be used for statistical analysis of the losses based on linear regression or estimates of covariances between production and load. Secondly, the problem of short term voltage stability in networks with high penetration of DG is assessed. The focus is on the representation of the network during and after a fault as a Thevenin equivalent voltage and impedance. The influence of adjacent synchronous generators, Danish concept wind turbines, SVCs and STATCOMs on the Thevenin parameters have been investigated. Finally, the problem of voltage and reactive power control is investigated. Special focus is on the constraints for active and reactive power injection which are imposed by the voltage magnitude limits.

Στη παρούσα εργασία καταβάλλεται μια προσπάθεια ελέγχου των μονάδων παστερίωσης που αποκτώνται κατά τη διάρκεια της παστερίωσης, ακόμα και σε περιπτώσεις διακοπής της ομαλής της λειτουργίας. / In the present study,an attempt was made to control the pasteurization units acquired during the procedure of pasteurization,even in cases of disruption of normal operation.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται οι έλεγχοι για διαρθρωτικές μεταβολές στις αποδόσεις χρηματοοικονομικών χρονοσειρών που διερευνώνται στην διεθνή βιβλιογραφία. Έλεγχοι τύπου σωρευτικών αθροισμάτων (CUSUM) όπως των Kokoszka και Leipus, ο LM και ο LR έλεγχος του Andrews και των Bai και Perron αντίστοιχα και ο έλεγχος τύπου ελαχίστων τετραγώνων των Lavielle και Moullines. Τέλος εφαρμόζουμε τον έλεγχο των Kokoszka και Leipus για την εύρεση διαρθρωτικών μεταβολών στους δείκτες NASDAQ και S&P500. / --

Η μελέτη αυτή αποσκοπεί να εμβαθύνει εμπεριστατωμένα στο ζήτημα του ελέγχου βλαβών αυτοκινήτου με την χρήση πιεζοκρυστάλλων. Οι κρύσταλλοι αυτοί είναι τοποθετημένοι στο σώμα της μηχανής και λαμβάνουν δονήσεις από το περιβάλλον τους τις οποίες μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα. Τα σήματα αυτά επεξεργάζονται κατόπιν από ένα μικροελεγκτή και συγκεκριμένα το AduC 7026 της Analog Devices. Η διάταξη μας δηλαδή είναι ικανή να ανιχνεύσει οποιαδήποτε βλάβη υπάρχει στο αυτοκίνητο η οποία επηρεάζει συστήματα εντός της εμβέλειας των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων οι οποίοι βρίσκονται πάνω στο σώμα της μηχανής. Η μελέτη χωρίζεται σε έξι μέρη. Στο πρώτο αναλύεται εξαρχής η κατασκευή , η λέιτουργία και τα μέρη της μηχανής του αυτοκινήτου. Στο δεύτερο αναλύεται η φύση , η λειτουργία των πιεζοκρυστάλλων και οι σχέσεις που διέπουν τη λειτουργία τους. Στο τρίτο μέρος ακολουθεί η μέθοδος με την οποία αναλύονται οι δονήσεις και εκμαιεύεται συμπέρασμα για την ορθή ή εσφαλμένη λειτουργία της μηχανής. Στο τέταρτο εξετάζεται η δομή και η λειτουργία του μικροελεγκτή, καθώς και παρουσιάζεται το λογισμικό Keil-Uvision. Στο πέμπτο παρατίθενται τμήματα του κώδικα που αναπτύχθηκε και εξηγείται η λειτουργία τους. Στο έκτο γίνεται η προσομοίωση του κώδικα. Ο κώδικας γράφτηκε σε γλώσσα προγραμματισμού C. / This thesis aims to investigate the subject of fault detection of automobile vehicles by the use of piezoelectric transducers that are placed upon the engine of the vehicle. The transducers receive the vibrations and turn them into electric signals. These signals are being processed by a microcontroller and specifically the Aduc7026 built by Analog Devices. The ordinance is capable of detecting faults in the vehicle affecting systems within the range of vibration receiving capability of piezoelectric transducers The thesis is devided into 6 parts. The 1st section deals with the construction and the operation of the internal combustion engine. In the 2nd section the nature, the operation and the mathematical formulations that define the operation of piezoelectric transducers are being analyzed. The 3rd part deals with the method by which the vibrations are analyzed so as to decide whether the engine operates normally. The 4th section deals with the structure and operation of the microcontroller and with the Keil-Uvision software. In the 5th part sections of the code are referenced and their operation is being explained. In the 6th and final part the code is being simulated. The code is written in C programming language.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως θέμα τον ευφυή έλεγχο μιας μηχανής Stirling χαμηλής θερμοκρασιακής διαφοράς, με στόχο την πρακτική εφαρμογή σε οικιακούς καταναλωτές για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Έγινε διασύνδεση μιας σειρά αισθητήρων (μέτρηση θερμοκρασίας) και επενεργητών (αντλίες) σε ένα πρωτότυπο σύστημα, έτσι ώστε να προσομοιωθεί κατά το καλύτερο δυνατό τρόπο η λειτουργία της αύξησης της θερμοκρασίας του υγρού σε ένα ηλιακό θερμοσίφωνα και της τυπικής οικιακής ημερήσιας κατανάλωσης. Με βάση αυτό το πρότυπο παραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας διαμορφώθηκε ένας ευριστικός έλεγχος έτσι ώστε να παραχθεί η περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια χωρίς να παραβιασθούν μία σειρά από περιορισμούς που αφορούν στην χρήση του ηλιακού θερμοσίφωνα. Πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα της μηχανής Stirling και την ανάγκη προσαρμοστικοτητας της λειτουργίας της έτσι ώστε να ανταποκρίνεται στις ιδιάζουσες ανάγκες της κάθε οικογένειας. / This thesis is on the intelligent control of a Stirling engine with a low temperature difference in order to practice residential consumers for electricity production. An interface of a series of sensors (temperature measurement) and actuators (pumps) became in a prototype system in order to simulate as best as possible the function of warming the liquid in a solar water heater and the standard daily household consumption. Under this model of production and consumption was a Heuristic control order to generate more electricity without having violated a number of restrictions on the use of solar water heater. Experimental results confirm the effectiveness of the Stirling engine and the need for adaptability of its operation to meet the specific needs of each family.