Σε αυτή την εργασία παρουσιάζουμε μεθόδους για την κατασκευή συναρτήσεων Lyapunov για δυναμικά συστήματα αλλά και για τον καθορισμό του ελκτικού συνόλου ενός σημείου ισορροπίας. Η μελέτη των διαφορικών εξισώσεων έχει ως κίνητρο τις πολλαπλές εφαρμογές τους στη Φυσική, τη Χημεία, τα Οικονομικά, τη Βιολογία, κ.λ.π.. Εστιάζουμε στις αυτόνομες διαφορικές εξισώσεις της μορφής οι οποίες ορίζουν ένα δυναμικό σύστημα. Οι πιο απλές λύσεις μίας τέτοιας εξίσωσης καλούνται σημεία ισορροπίας. Πολύ σημαντικός είναι επίσης και ο καθορισμός του ελκτικού συνόλου. Ο καθορισμός του ελκτικού συνόλου επιτυγχάνεται μέσω υποεπίπεδων συνόλων μίας συνάρτησης Lyapunov, δηλαδή μίας συνάρτησης με αρνητική παράγωγο κατά μήκος των τροχιών στη περιοχή ισορροπίας. Σε αυτή την εργασία παρουσιάζουμε μεθόδους κατασκευής συναρτήσεων Lyapunov για ένα σημείο ισορροπίας. Υπάρχει πλούσια βιβλιογραφία πάνω στις συναρτήσεις Lyapunov. Το 1893, ο Lyapunov εισήγαγε την άμεση ή δεύτερη μέθοδό του, όπου κατάφερε να εξασφαλίσει αποτελέσματα για την ευστάθεια ενός σημείου ισορροπίας χωρίς να γνωρίζει τη λύση της διαφορικής εξίσωσης, αλλά χρησιμοποιώντας μόνο την ίδια τη διαφορική εξίσωση. Από τότε έχει δοθεί πλήθος αντίστροφων θεωρημάτων, που εξασφαλίζουν την ύπαρξη μίας συνάρτησης Lyapunov, από διάφορους συγγραφείς. Το πρώτο κύριο θεώρημα για ασυμπτωτική ευστάθεια δόθηκε από τον Massera το 1949 και από τότε έχει βελτιωθεί από πολλούς συγγραφείς προς διάφορες κατευθύνσεις. Ωστόσο, κανένα από τα θεωρήματα ύπαρξης δεν παρέχει μία μέθοδο σαφούς κατασκευής μίας συνάρτησης Lyapunov. Για γραμμικά συστήματα μπορεί κάποιος να κατασκευάσει μία τετραγωνικής μορφής συνάρτηση Lyapunov της μορφής με ένα συμμετρικό, θετικά ορισμένο πίνακα , όπου συμβολίζει το σημείο ισορροπίας. Ο Hahn περιγράφει πως μπορεί κάποιος, ξεκινώντας από ένα μη-γραμμικό σύστημα, να χρησιμοποιήσει την τετραγωνικής μορφής συνάρτηση Lyapunov του γραμμικοποιημένου συστήματος σα μία συνάρτηση Lyapunov για το μη-γραμμικό σύστημα. Πολλές προσεγγίσεις θεωρούν ειδικές συναρτήσεις Lyapunov, όπως τετραγωνικής μορφής, πολυωνυμικές, κατά τμήματα γραμμικές, ή κατά τμήματα τετραγωνικής μορφής. Οι μέθοδοι όμως αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο σε συγκεκριμμένες διαφορικές εξισώσεις. Σε αυτή την εργασία θα ασχοληθούμε με δύο μεθόδους κατασκευής συναρτήσεων Lyapunov. Για τη πρώτη μέθοδο κατασκευής συναρτήσεων Lyapunov για ένα σημείο ισορροπίας, ξεκινούμε με ένα θεώρημα που εξασφαλίζει την ύπαρξη μίας συνάρτησης Lyapunov η οποία ικανοποιεί την ισότητα , όπου είναι μία γνωστή σταθερά. Βασικός στόχος της μεθόδου είναι να προσεγγίσει τη λύση αυτής της μερικής διαφορικής εξίσωσης με τη χρήση συναρτήσεων ακτινωτής βάσης. Τότε και η προσέγγιση είναι μία συνάρτηση Lyapunov και έτσι, μπορούμε να τη χρησιμοποιήσουμε για να καθορίσουμε το ελκτικό σύνολο. Επειδή η συνάρτηση δεν ορίζεται στο , μελετούμε και μία δεύτερη κλάση συναρτήσεων Lyapunov , οι οποίες ορίζονται και είναι ομαλές στο . Αυτές ικανοποιούν την ισότητα , όπου είναι μία δοθείσα συνάρτηση με συγεκριμμένες ιδιότητες, μία εκ των οποίων είναι ότι . Για την προσέγγιση χρησιμοποιούμε συναρτήσεις ακτινωτής βάσης. Στη δεύτερη μέθοδο κατασκευάζουμε μια κατά τμήματα γραμμική συνάρτηση Lyapunov για το αρχικό μη-γραμμικό σύστημα χρησιμοποιώντας γραμμικό προγραμματισμό. / In this diploma work we present methods for the construction of Lyapunov functions for dynamical systems but also we determine the basin of attraction of an equilibrium. The study of differential equations is motivated from numerous applications in physics, chemistry, economics, biology, etc. We focus on autonomous differential equations x’ = f(x), x ∈ Rn which define a dynamical system. The simplest solutions x(t) of such an equation are equilibria, i.e. solutions x(t) = x0 which remain constant. An important and non-trivial task is thedetermination of their basin of attraction. The determination of the basin of attraction is achieved through sublevel sets of a Lyapunov function, i.e. a function with negative orbital derivative. The orbital derivative V ‘(x) of a function V (x) is the derivative along solutions of the differential equation. In this book we present a method to construct Lyapunov functions for an equilibrium. There is a rich literature on the functions of Lyapunov. In 1893, Lyapunov introduced the direct method, where he managed to secure results for the stability of an equilibrium point without knowing the solution of the differential equation, but using only the same differential equation. Since then many inverse theorems have been given that ensure the existence of a function Lyapunov, by various authors. The first main theorem on asymptotic stability given by Massera in 1949 and since then has been improved by many authors in different directions. However, none of the theorem of existence does not provide a clear method of manufacturing a Lyapunov function. For linear systems, one can construct a quadratic form of a Lyapunov function with a symmetric positive definite table. The Hahn describes how people, starting from a non-linear system, use the like it were a Lyapunov function for the nonlinear system. Many approaches consider special functions Lyapunov, such as quadratic form, polynomial. These methods can be used only in specific differential equations. In this book we present a method to construct Lyapunov functions for an equilibrium. We start from a theorem which ensures the existence of a Lyapunov function T which satisfies the equation T’(x) = −c, where -c > 0 is a given constant. This equation is a linear first-order partial differential equation. The main goal of this method is to approximate the solution T of this partial differential equation using radial basis functions. Then the approximation itself is a Lyapunov function, and thus can be used to determine the basin of attraction. Since the function T is not defined at x0, we also study a second class of Lyapunov functions V which are defined and smooth at x0. They satisfy the equation V ‘(x) = −p(x), where p(x) is a given function with certain properties, in particular p(x0) = 0. For the approximation we use radial basis functions, a powerful meshless approximation method. In the second method we construct a linear Lyapunov function for the original non-linear system using linear programming.

- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη μίας διάταξης φωτοβολταϊκών πλαισίων εναλλασσόμενου ρεύματος (AC-PV module) και τη σύνδεση αυτής στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Επιπρόσθετα πραγματεύεται την κατασκευή του μονοφασικού αντιστροφέα που ενσωματώνεται στην εν λόγω τοπολογία. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Απώτερος σκοπός της εργασίας είναι η συνολική κατασκευή μίας διάταξης δύο βαθμίδων για τη διασύνδεση ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου (Φ/Β) με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Οι διατάξεις αυτές περιλαμβάνουν μια πρώτη βαθμίδα ανύψωσης της τάσης του Φ/Β πλαισίου και μια δεύτερη βαθμίδα που μετατρέπει τη συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη (αντίστροφέας) και παράγει ρεύμα συμφασικό με την τάση του δικτύου (μοναδιαίος συντελεστής ισχύος). Αρχικά παραθέτουμε συγκρίνουμε τις τεχνολογίες διασύνδεσης Φ/Β στο δίκτυο χαμηλής τάσης στοχεύοντας στο να εντάξουμε ομαλά τον αναγνώστη στην υπό μελέτη τοπολογία. Στη συνέχεια παραθέτουμε μια βήμα προς βήμα θεωρητική ανάλυση όλων των εμπλεκομένων μονάδων της τοπολογίας. Πιο συγκεκριμένα πέραν της ανάλυσης των φωτοβολταικών χαρακτηριστικών, συγκρίνουμε και προσομοιώνουμε δύο τοπολογίες μετατροπέων συνεχούς τάσης σε συνεχή (boost και flyback). Επιπρόσθετα μελετούμε και προσομοιώνουμε τη μέθοδο παλμοδότησης του μονοφασικού αντιστροφέα, που είναι γνωστή υπό τον όρο "Ημιτονοειδής Διαμόρφωση του Εύρους Παλμών" (sPWM). Επόμενο βήμα αποτέλεσε η λεπτομερής διαστασιολόγηση ολόκληρου τού υπό μελέτη συστήματος και η μετέπειτα προσομοίωση της κάθε μονάδας του ξεχωριστά. Αφού διασφαλίσουμε ότι οι αυτοτελείς μοντελοποιημένες μονάδες λειτουργούν με επιτυχία προχωρούμε στην προσομοίωση της πλήρους διάταξης τόσο απουσία κλειστού βρόχου ελέγχου όσο και παρουσία αυτού. Τέλος αναλύουμε τα τεχνικά χαρακτηριστικά του αντιστροφέα που κατασκευάστηκε, καθώς και των κυκλωμάτων από τα οποία αποτελείται. και περιγράφουμε τη διαδικασία παραγωγής του κώδικα προγραμματισμού του μικροελεγκτή. Παράλληλα παραθέτουμε παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα που διενεργήσαμε μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής σε εργαστηριακό περιβάλλον. / Analysis and practical implementation of a two stage topology for connection between PV modules and the common grid.

Τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρησιμοποίηση πολλαπλών κεραιών εκπομπής και πολλαπλών κεραιών λήψης (Multiple Input Multiple Output, MIMO) στις τηλεπικοινωνίες προκάλεσαν εκτεταμένο ενδιαφέρον μελέτης από την επιστημονική κοινότητα και υιοθετήθηκαν σε πολλές εφαρμογές της καθημερινής μας ζωής. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφονται με συντομία τα πλεονεκτήματα της τεχνολογία MIMO και πώς μπορεί να βελτιώσει τη ποιότητα επικοινωνίας. Όπως σε κάθε τεχνολογία υπάρχουν και οι αντίστοιχοι περιορισμοί που δημιουργούνται λόγω διαφόρων φαινομένων μετάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όπως διαλείψεις (fading), σκίαση (shadowing) και απώλειες διαδρομής (path loss). Τα φαινόμενα αυτά είναι απαραίτητο να μελετηθούν προκειμένου να αναπτυχθούν καλύτεροι αλγόριθμοι επικοινωνίας πομπού και δέκτη βελτιώνοντας τη ποιότητα επικοινωνίας. Για τη μελέτη αυτών των φαινομένων είναι απαραίτητη η ανάπτυξη διάταξης πομπού - δέκτη (test-bed) που υιοθετεί τη τεχνολογία MIMO και επιτρέπει τη περεταίρω μελέτη του συστήματος. Στο Κεφάλαιο 3 αναφέρονται τα βασικά χαρακτηριστικά της σχεδίασης ενός ασύρματου συστήματος. Αναλύεται η δημιουργία των προδιαγραφών βάσει των απαιτήσεων της εφαρμογής και η επιλογή των χαρακτηριστικών στο πομπό και στο δέκτη. Επιπλέον γίνεται εκτεταμένη αναφορά στους περιορισμούς και στα προβλήματα που δημιουργούνται σε αναλογικά συστήματα πομπών – δεκτών και τρόποι αύξησης της απόδοσής τους. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφεται το υλοποιημένο ενσύρματο σύστημα τεχνολογίας ΜΙΜΟ και οι τροποποιήσεις που έγιναν για την ενσωμάτωση του ασύρματου RF υποσυστήματος. Στη συνέχεια αναλύεται η αρχική μελέτη του RF υποσυστήματος και τα αναμενόμενα χαρακτηριστικά του με τη βοήθεια προσομοιώσεων (simulations). Τέλος παρατίθεται η τελική συσκευή που αναπτύχθηκε, τα θέματα που παρουσιάστηκαν κατά τη διάρκεια κατασκευής τους αλλά και τρόποι αντιμετώπισής τους και παραδοχές που έγιναν. Το Κεφάλαιο 5 αναφέρεται στις μετρήσεις που έγιναν σε πραγματικές συνθήκες. Οι μετρήσεις αφορούν αξιολόγηση των αναλογικών συσκευών πομπού – δέκτη ξεχωριστά αλλά και όλο το σύστημα μαζί. Το Κεφάλαιο 6 κάνει αναφορά στο τελικό χαμηλοπερατό ενεργό φίλτρο που αναπτύχτηκε για τη συγκεκριμένη εφαρμογή ενώ το Κεφάλαιο 7 περιγράφει το σχεδιασμό ενός αποκλειστικού, ειδικά σχεδιασμένου, τροφοδοτικού για τις ανάγκες τροφοδοσίας των συσκευών. / The benefits arising from the use of multiple transmitter antennas and multiple receiver antennas (Multiple Input Multiple Output, MIMO) in the field of telecommunications caused extensive interest and became subject of study by the scientific community and adopted in many applications in our daily life. Chapter 2 describes briefly the advantages of MIMO technology and how it can improve the quality of communication. As with any technology there are restrictions caused by various transmission phenomena of electromagnetic waves such as fading, shadowing and path loss. These phenomena need to be studied in order better algorithms can be developped and improve communication quality. A transmitter – receiver set up which adopts MIMO technology (test-bed) is necessary in order to study these phenomena and enable further research in the system. In chapter 3 the basic design concepts of a wireless system are presented. Thorough analysis has been made in many issues such as the creation of specifications based on application requirements, the selection of features in the transmitter and receiver, the limitations and problems arising in analog systems and ways to increase their performance. Chapter 4 describes the implemented wired MIMO system, the changes made to integrate the wireless RF subsystem, the initial study of the RF subsystem and the expected characteristics according the simulations. Finally the device developped is presented along with the issues encountered during construction and the solutions found to resolve them. Chapter 5 refers to measurements made in the field (indoor conditions). The evaluation of the analog devices transmitter and receiver has been done both separately and the whole system. Chapter 6 refers to the final low pass active filter that was developed for the specific application while Chapter 7 describes the design of a unique, specially designed, power supply for the power needs of the devices.

Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκε η δυνατότητα του GPS-RTS στη μελέτη ταλαντώσεων ως προς την ακρίβεια προσδιορισμού του εύρους και της συχνότητας ταλάντωσης και το διάστημα των συχνοτήτων που μπορούν να καταγραφούν, με βάση συσκευή παραγωγής ελεγχόμενων εξαναγκασμένων ταλαντώσεων και ακολουθήθηκε στατιστική ανάλυση δεδομένων. Τα πειράματα βασίστηκαν στην σύγκριση των καταγραφών ταλαντώσεων γνωστών χαρακτηριστικών που δημιούργησε η συσκευή και την σύγχρονη καταγραφή τους με τα όργανα GPS και RTS και εν μέρη άμεση οπτική παρατήρηση. Κατά την φάση των πειραμάτων αντιμετωπίστηκαν προβλήματα απώλειας των μετρήσεων τα οποία εκτιμάται ότι μπορούν να αντιμετωπιστούν με κατάλληλη συνδεσμολογία για το GPS και κατάλληλο λογισμικό για το RTS Οι χρονοσειρές που προέκυψαν από περισσότερα από 100 πειράματα αναλύθηκαν με συμβατικές στατιστικές μεθόδους (π.χ. έλεγχο χονδροειδών σφαλμάτων) και φασματική ανάλυση με βάση τις μεθόδους: FFT, το περιοδόγραμμα Lomb και την Φασματική Ανάλυση Ελαχίστων Τετραγώνων (LSSA). Με βάση τις προτεινόμενες μεθόδους αναλύσεων προέκυψαν τα παρακάτω: • το GPS μπορεί να καταγράψει με ακρίβεια ταλαντώσεις με συνολικό εύρος ≥4cm για συχνότητες διέγερσης ≤4 Hz ενώ μπορεί να προσδιορίσει την συχνότητα ταλάντωσης ακόμα για διέγερση των 4 Hz και • το RTS μπορεί να καταγράψει με ακρίβεια ταλάντωσης με συνολικό εύρος ταλάντωσης της τάξης του 1 cm και μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια την συχνότητα διέγερσης για χαμηλόσυχνές ταλαντώσεις (μέχρι και 1 Hz). Συμπερασματικά, οι μέθοδοι επίγειων αλλά και δορυφορικών μεθόδων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση των ταλαντώσεων/μετακινήσεων των εύκαμπτων κατασκευών, ενώ με βελτίωση των διατάξεών τους και των λογισμικών τους με στόχο να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα που παρουσιάστηκαν, αναμένεται ακόμα καλύτερη ακρίβεια. / At the present study, the ability of GPS-RTS was examined for the oscillation monitoring.At the present thesis, the performance of the modern geodetic methods, GPS and RTS, for the oscillation monitoring was examined. In order to assess the performance of the two methods the study was based on known oscillations which were produced by a special oscillation device and the records of GPS and RTS which were monitoring the oscillations. The estimate of the performance was based on the comparison of the known oscillation characteristics (displacement and frequency) and those which were arose by the analysis of the GPS-RTS records. During the oscillation experiments many problems were faced and especially with interruptions at the GPS and RTS records, which can be solved by a more appropriate connection between the antenna and the receiver of the GPS system and the use of a more advanced software for the RTS. Time series, based on the GPS-RTS records of more than 100 oscillations experiments, were analysed with compatible statistical and frequency domain analysis methods: FFT, LSSA (Least Square Spectrum Analysis) and Lomb. According to the analysis: • GPS can define accurately the total oscillation displacement when it is ≥4cm and the frequency when it is ≤4 Hz and • RTS can define accurately the total oscillation displacement when it is ≥1cm and the frequency when it is ≤1 Hz. According to the analysis, the two geodetic methods proved to be very accurate for the oscillation monitoring of flexible structures and their performance can be improved with the use of more sophisticated software for the RTS and connections for the GPS.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάλυση, το σχεδιασμό και την κατασκευή διάταξης τροφοδοσίας του τυλίγματος διέγερσης της μηχανής συνεχούς ρεύματος με τη χρήση ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος. Ο μετατροπέας αυτός είναι ισχύος 250Watt και πρέπει να μεταβάλλεται η έξοδος του από 20 σε 250Volt και το ρεύμα να κυμαίνεται από 0.02 Α έως 1.1 Α. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η πραγματοποίηση των σωστών βημάτων για την εκπόνηση ενός σωστού σχεδιασμού, την καλή εκτίμηση των παραμέτρων και των απαιτήσεων της εφαρμογής τόσο σε μόνιμη όσο και σε μεταβατική κατάσταση λειτουργίας του συστήματος και τέλος την ορθή υλοποίηση της διάταξης. Επίσης η επιλογή των σωστών στοιχείων που βελτιστοποιούν κόστος και αποδοτικότερη λειτουργία είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό που προσδιορίζει ένα σωστό σχεδιασμό. Αρχικά μελετήθηκαν διαφορετικές ηλεκτρονικές αλλά είδη υπάρχουσες διατάξεις μετατροπέων που εξυπηρετούν τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης εφαρμογής. Από αυτές επιλέχτηκε εκείνη που είναι η πιο κατάλληλη και προσφέρει τα περισσότερα πλεονεκτήματα σε σχέση με τις άλλες. Τέτοια στοιχεία σύγκρισης για παράδειγμα είναι ο βαθμός απόδοσης, η πολυπλοκότητα του σχεδιασμού, το κόστος, η απλότητα και ευελιξία του ελέγχου καθώς επίσης και η πρακτικότητα υλοποίησης της κατασκευής στο εργαστήριο. Η τελική επιλογή αφορούσε την κατασκευή ενός μετατροπέα τύπου forward με δυο ελεγχόμενα ημιαγωγικά στοιχεία. Στη συνέχεια αναλύθηκε και προσομοιώθηκε η συγκεκριμένη διάταξη, σχεδιάστηκε με λεπτομέρεια και επιλέχτηκαν τα στοιχεία ένα προς ένα που θα εξασφάλιζαν την αποδοτικότερη και ασφαλέστερη λειτουργία. Σχεδιάστηκε η βέλτιστη αρχιτεκτονική πλακέτας και κατασκευάστηκε στο εργαστήριο . Το επόμενο βήμα αφορά τον έλεγχο της διάταξης. Μελετήθηκαν και αναλύθηκαν διάφορες στρατηγικές ελέγχου και επιλέχτηκε η πιο κατάλληλη για τις απαιτήσεις της εφαρμογής. Επιλέχτηκε ο πιο κατάλληλος μικροεπεξεργαστής και σχεδιάστηκε ο πιο βέλτιστος κώδικας για τον έλεγχο του. Στη συνέχεια κατασκευάστηκε η πλακέτα ελέγχου στο εργαστήριο. Η στρατηγική ελέγχου που επιλέχτηκε αφορούσε τον έλεγχο μέσης τιμής ρεύματος και χρησιμοποιήθηκε ο βιομηχανικός επεξεργαστής dspic30f4011 Τέλος ολόκληρη η κατασκευή (πλακέτα ισχύος και πλακέτα ελέγχου) λειτούργησαν ενιαία, λήφθηκαν μετρήσεις και σχεδιάστηκαν τα πειραματικά διαγράμματα λειτουργίας τα οποία συγκρίθηκαν με τα θεωρητικά. Μετρήθηκε ο βαθμός απόδοσης και αξιολογήθηκε ο μετατροπέας στο σύνολο του. / --

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη, προσομοίωση και κατασκευή διάταξης διασύνδεσης φωτοβολταϊκών συστημάτων δύο βαθμίδων με το δίκτυο της χαμηλής τάσης. Αντικείμενο της εργασίας ήταν η πρώτη βαθμίδα που αναλαμβάνει την ανύψωσης της τάσης, που δίνει στην έξοδο ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο, με σκοπό να συνδεθεί στην επόμενη βαθμίδα, όπου γίνεται η αντιστροφή της τάσης. Το κύκλωμα που μελετήθηκε είναι ένας μετατροπέας ανύψωσης και σταθεροποίησης της τάσης εξόδου και επιλέχθηκε από τη σειρά των μετατροπέων Luo. Συγκεκριμένα έπειτα από μελέτη των τοπολογιών και με βάση τις προδιαγραφές που είχαμε στη παρούσα εργασία έγινε η επιλογή δύο διατάξεων ως οι πιο κατάλληλες για την εφαρμογή. Η διάταξη Re-lift ανύψωσης τάσης και το στοιχειώδες κύκλωμα Υπέρ-Ανύψωσης Τάσης μελετήθηκαν θεωρητικά και έγινε προσομοίωση της λειτουργίας τους με πραγματικά στοιχεία. Με βάση τα αποτελέσματα που λήφθηκαν έγινε σύγκριση των δύο μετατροπέων και επιλέχθηκε η μία εκ των δύο για κατασκευή. Τελικά στο εργαστήριο κατασκευάστηκε το στοιχειώδες κύκλωμα Υπέρ-Ανύψωσης Τάσης και ο έλεγχος της διάταξης έγινε με τη χρήση μικροελεγκτή (dsPIC30F4011). Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την θεωρητική ανάλυση που έγινε και την ορθή λειτουργία του κυκλώματος. Ο βαθμός απόδοσης που προέκυψε στις πειραματικές μετρήσεις θεωρείται μάλλον χαμηλός της τάξης του 80% για την εφαρμογή αυτή, καθώς αποτελεί την πρώτη βαθμίδα σε σύστημα δύο βαθμίδων. Η συμπεριφορά όμως και το κέρδος τάσης είναι ικανοποιητικά για εφαρμογές χαμηλής ισχύος. / The present diplomatic work deals with the study, simulation and manufacture of a device for the connection of photovoltaic systems of two stages with the network of low voltage. Object of the work was the first stage that undertakes the elevation of voltage; we receive at the output of a photovoltaic panel, so as to connect it with the next stage, where the voltage is inverted. The circuit that was studied is a converter of elevation and stabilisation of the output voltage was selected from the Luo converters. In particular, after studying the topologies and taking into account the specifications that we had in the present work, two topologies were chosen as the most suitable for the application. The Re-lift converter and the elementary circuit of the superlift converters were studied theoretically and their operation was simulated with real elements. Based on the results that were taken, the two converters were compared and was selected which one of the two to manufacture. Finally the superlift elementary circuit was manufactured in the laboratory and the control of the circuit was done with the use of a microcontroller (dsPIC30F4011). The experimental results confirmed the theoretical analysis and the correct operation of the circuit. The degree of efficiency that resulted in the experimental measurements is considered rather low in the order of 80% for this application, while it constitutes the first stage in a system of two stages. The behaviour however and the voltage transfer gain are satisfactorily for applications of low power

Στη Διδακτορική Διατριβή μελετώνται 3 κατηγορίες επιθέσεων άρνησης εξυπηρέτησης (Denial-of-Service). Η πρώτη κατηγορία αφορά επιθέσεις τύπου SYN Flood, μια επίθεση που πραγματοποιείται σε χαμηλό επίπεδο και αποτελεί την πιο διαδεδομένη ίσως κατηγορία. Για την αναγνώριση των επιθέσεων αυτών εξήχθησαν 9 στατιστικές παράμετροι οι οποίες τροφοδότησαν τους εξής ταξινομητές: ένα νευρωνικό δίκτυο ακτινικών συναρτήσεων, ένα ταξινομητή κ-κοντινότερων γειτόνων και ένα εξελικτικό νευρωνικό δίκτυο. Ιδιαίτερη σημασία στο σύστημα αναγνώρισης έχουν οι παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν. Για την κατασκευή και επιλογή των παραμέτρων αυτών, προτάθηκε μια νέα τεχνική η οποία χρησιμοποιεί ένα γενετικό αλγόριθμο και μια γραμματική ελεύθερης σύνταξης για να κατασκευάζει νέα σύνολα παραμέτρων από υπάρχοντα σύνολα πρωτογενών χαρακτηριστικών. Στη δεύτερη κατηγορία επιθέσεων, μελετήθηκαν επιθέσεις άρνησης εξυπηρέτησης στην υπηρεσία του παγκόσμιου ιστού (www). Για την αντιμετώπιση των επιθέσεων αυτών προτάθηκε η χρήση υπερσυνδέσμων-παγίδων οι οποίοι τοποθετούνται στον ιστοχώρο και λειτουργούν σαν νάρκες σε ναρκοπέδιο. Οι υπερσύνδεσμοι-παγίδες δεν περιέχουν καμία σημασιολογική πληροφορία και άρα είναι αόρατοι στους πραγματικούς χρήστες ενώ είναι ορατοί στις μηχανές που πραγματοποιούν τις επιθέσεις. Στην τελευταία κατηγορία επιθέσεων, τα μηνύματα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου spam, προτάθηκε μια μέθοδος κατασκευής ενός πολύ μικρού αριθμού παραμέτρων και χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά νευρωνικά δίκτυα για την αναγνώριση τους. / The dissertation analyzes 3 categories of denial-of-service attacks. The first category concerns SYN Flood attacks, a low level attack which is the most common. For the detection of this type of attacks 9 features were proposed which acted as inputs for the following classifiers: a radial basis function neural network, a k-nearest neighbor classifier and an evolutionary neural network. A crucial part of the proposed system is the parameters that act as inputs for the classifiers. For the selection and construction of those features a new method was proposed that automatically selects constructs new feature sets from a predefined set of primitive characteristics. This new method uses a genetic algorithm and a context-free grammar in order to find the optimal feature set. In the second category, denial-of-service attacks on the World Wide Web service were studied. For the detection of those attacks, the use of decoy-hyperlinks was proposed. Decoy hyperlinks, are hyperlinks that contain no semantic information and thus are invisible to normal users but are transparent to the programs that perform the attacks. The decoys act like mines on a minefield and are placed optimally on the web site so that the detection probability is maximized. In the last type of attack, the email spam problem, a new method was proposed for the construction of a very small number of features which are used to feed a neural network that for the first time is used to detect such attacks.

O σχεδιασμός και η ανάπτυξη οικονομικών προϊόντων, με ταυτόχρονη ικανοποίηση των αναγκών για υψηλές επιδόσεις και ασφάλεια αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για τους ερευνητές μηχανικούς και τη βιομηχανία. Ειδικότερα στους τομείς της κατασκευαστικής βιομηχανίας (αεροναυπηγική, ναυπηγική, αυτοκινητοβιομηχανία, διαστημική) των οποίων τα προϊόντα παράγονται σύμφωνα με τις τεχνολογίες αιχμής, επιζητείται από το μηχανικό να σχεδιάζει νέα προϊόντα με υψηλότερες επιδόσεις, χωρίς να αγνοεί την απαίτηση για μείωση του κόστους και του χρόνου ανάπτυξης αυτών. Η τάση αυτή βρίσκει εφαρμογή κατά κύριο λόγο στην αεροναυπηγική, όπου η μείωση του αξιοσημείωτου κόστους ανάπτυξης νέων αεροσκαφών, χωρίς υποβάθμιση της ασφαλούς και υψηλής ποιότητας τους, αποτελεί βασικό και μόνιμο στόχο. Ο κυριότερος παράγοντας που επιβαρύνει σημαντικά την ανάπτυξη νέων αεροσκαφών, τόσο από πλευράς κόστους, όσο και χρονικά, είναι οι πειραματικές δοκιμές πλήρους κλίμακας η μεγάλης κλίμακας σε συνθήκες λειτουργίας, οι οποίες επηρεάζουν σημαντικά το κόστος και το χρόνο ανάπτυξης. Οι συγκεκριμένες δοκιμές συμπεριλαμβάνονται στη διαδικασία του σχεδιασμού, με σκοπό να επαληθεύσουν τα αποτελέσματα των αντίστοιχων δομικών αναλύσεων. Η σημασία των πειραματικών δοκιμών και συγκεκριμένα εκείνων της πλήρους κλίμακας ενισχύεται από το γεγονός ότι επιβάλλονται κατά την πιστοποίηση από τις αρχές Αδειοδότησης, με δεδομένο ότι οι δομικές αναλύσεις της αντίστοιχης κλίμακας (πολύ μεγάλης η πλήρους) δεν παρέχουν ικανοποιητική αξιοπιστία. Η παραπάνω αδυναμία να εξαχθούν ικανοποιητικά αποτελέσματα από τις δομικές αναλύσεις οφείλεται σε δύο βασικά χαρακτηριστικά της ανάλυσης των κατασκευών μεγάλης κλίμακας. Η πρόβλεψη της αστοχίας στις αεροναυπηγικές και άλλες κατασκευές απαιτεί μη-γραμμική ανάλυση, λόγω αιτιών που σχετίζονται με τη συμπεριφορά υλικού (μη-γραμμική συμπεριφορά λόγω ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς μεταλλικών υλικών η λόγω αστοχίας συνθέτων υλικών) ή με τη συμπεριφορά της δομής (γεωμετρική μη-γραμμικότητα, προβλήματα επαφής, κλπ/). Επιπρόσθετα, στις κατασκευές αυτές υπάρχει μεγάλη διαφορά κλίμακας μεταξύ των διαστάσεων της περιοχής έναρξης και αρχικής διάδοσης της τοπικής βλάβης με τις συνολικές διαστάσεις της δομής, οι οποίες σχετίζονται με την τελική αστοχία της κατασκευής. Η προσομοίωση με αριθμητικές μεθόδους, με έμφαση στη μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων, της δομικής συμπεριφοράς μεγάλης κλίμακας κατασκευών με τα παραπάνω χαρακτηριστικά, οδηγεί σε αριθμητικά πρότυπα εκατομμυρίων βαθμών ελευθερίας, τα οποία απαιτείται να επιλυθούν με μη-γραμμικές μεθόδους. Ο συνδυασμός του μεγέθους των προτύπων αυτών με το μη-γραμμικό χαρακτήρα τους, καθιστά το πρόβλημα δυσεπίλυτο έως σήμερα με χρήση συμβατικών μεθόδων και ουσιαστικά αποτελεί την αιτία μη-αξιοποίησης των εικονικών δοκιμών (αριθμητικών αναλύσεων), στην ελαχιστοποίηση ή και την ολοκληρωτική αποφυγή των εκτενών και δαπανηρών πειραματικών δοκιμών. Βάσει των ανωτέρω, σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη νέων, αξιόπιστων και ολοκληρωμένων μεθοδολογιών για τη μη-γραμμική ανάλυση κατασκευών μεγάλης κλίμακας, με κύριο στόχο την ικανοποιητική πρόβλεψη τοπικών φαινομένων που συνδέονται με την έναρξη της βλάβης, αλλά και την ικανότητα να εκτείνονται έως την κατάλληλη κλίμακα (ίσως και την πλήρη), ώστε να καθίσταται δυνατός ο υπολογισμός της δομικής συμπεριφοράς της κατασκευής μέχρι την τελική αστοχία. Στη βάση αυτή, γίνεται ανάπτυξη νέων μεθοδολογιών δομικής μη-γραμμικής ανάλυσης και προτείνονται κατάλληλες τροποποιήσεις σε ήδη καθιερωμένες μεθόδους, με σκοπό την εφαρμογή τους σε κατασκευές μεγάλης κλίμακας. Λόγω των πλεονεκτημάτων που παρέχονται από την ταχεία και συνεχόμενη εξέλιξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών (ταχύτητα, μνήμη, λογισμικό) και την ευρεία χρήση εμπορικών πακέτων που βασίζονται στη θεωρία των πινάκων (Πεπερασμένα Στοιχεία, Συνοριακά Στοιχεία, κλπ.), οι παραπάνω μεθοδολογίες χρησιμοποιούνται ευρέως στην πρόβλεψη της δομικής συμπεριφοράς των κατασκευών στη βάση της φιλοσοφίας της ‘εικονικής δοκιμής’. Με δεδομένο ότι οι αριθμητικές μέθοδοι επίλυσης μη-γραμμικών προβλημάτων σε κατασκευές μεγάλης κλίμακας δεν παρέχουν ικανοποιητικά αποτελέσματα, όπως προαναφέρθηκε, στην παρούσα εργασία αναζητήθηκαν εναλλακτικές μεθοδολογίες και τεχνικές, για την προσέγγιση του τεχνολογικού προβλήματος από τη σκοπιά του μηχανικού και προτάθηκαν αξιόπιστες λύσεις με δυνατότητα εφαρμογής σε βιομηχανικό περιβάλλον. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε αποτελείται από τέσσερις βασικούς άξονες, την γραμμική αριθμητική ανάλυση των τάσεων ολόκληρης της δομής μεγάλης κλίμακας, τον έλεγχο για πιθανή εμφάνιση τοπικής μη-γραμμικής συμπεριφοράς, την τοπική ανάλυση αστοχίας (μη-γραμμική ανάλυση) και μια σειρά κατάλληλων τεχνικών για τον προσδιορισμό της συνεισφοράς των περιοχών με τοπική μη-γραμμικότητα στη δομική συμπεριφορά ολόκληρης της δομής. Όλα τα βήματα της διαδικασίας πραγματοποιήθηκαν στη βάση της μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων. Η γραμμική αριθμητική ανάλυση τάσεων της κατασκευής έγινε με χρήση αριθμητικών προτύπων που προσομοιώνουν ολόκληρη την κατασκευή, χωρισμένων σε τμήματα, ανάλογα με την γεωμετρική επαναληψιμότητα που πιθανώς εμφανίζει η γεωμετρία. Οι τάσεις που υπολογίστηκαν χρησιμοποιήθηκαν στην πρόβλεψη τα εμφάνισης τοπικής μη-γραμμικότητας με τη βοήθεια κατάλληλα ανεπτυγμένων κριτηρίων, ανάλογα με το είδος της μη-γραμμικότητας που μπορεί να εμφανιστεί. Οι περιοχές μη-γραμμικότητας που ανιχνεύονται, ταξινομούνται σε σειρά κρισιμότητας και ανάλογα με το κρίσιμο επίπεδο φορτίου καθεμιάς από αυτές, επεξεργάζονται τοπικά με μη-γραμμικές αναλύσεις για την προσομοίωση της έναρξης και εξέλιξης της τοπικής μη-γραμμικότητας. Για τον υπολογισμό της συνεισφοράς των μη-γραμμικών υποπεριοχών στη δομική συμπεριφορά ολόκληρης της κατασκευής, αναπτύχθηκαν κατάλληλες τεχνικές περιγραφής της τοπικής μη-γραμμικότητας και εισαγωγής τους στα δομικά χαρακτηριστικά του αριθμητικού προτύπου της ολικής κατασκευής. Για την προσομοίωση της εξέλιξης της τοπικής μη-γραμμικότητας, από την πρώτη ανίχνευση μέχρι την τελική εξέλιξη, η διαδικασία εκτελείται βηματικά και επαναληπτικά. Αποδεικνύεται ότι κάτω από συγκεκριμένες παραδοχές, οι μεθοδολογίες για τη δομική μη-γραμμική ανάλυση κατασκευών μεγάλης κλίμακας είναι εφικτό να παρέχουν αξιόπιστα αποτελέσματα αντίστοιχα με εκείνα των πειραματικών δοκιμών πλήρους κλίμακας. Ταυτόχρονα είναι και αποτελεσματικές, δεδομένου ότι έχουν αναπτυχθεί κατάλληλα, ώστε να εστιάζουν τους διαθέσιμους υπολογιστικούς πόρους μόνο στις κρίσιμες περιοχές, μέσω της κατά απαίτησης εφαρμογής τοπικών μη-γραμμικών αναλύσεων. / The design and development of low-cost products, with simultaneous fulfilment of the requirements for higher performance and safety, is one of the biggest challenges for the research engineers and the industry. Especially in the sectors of the structural industry (aeronautics, shipbuilding, automotive, space industry) where the products are being produced according to the latest achievements of the technology, the engineer is obliged to design new products with higher proficiency, without neglecting the need for lower cost and development time. This trend has great application mainly in the aeronautical industry, where the reduction of the remarkable cost for the development of a new aircraft, without downgrading the level of safety and the quality of service comprises the main target of the current research effort. The main factor that weighs down the development of new aircrafts, as far as the cost and the time is concerned, is the required experimental tests of the full / large scale under service loads, which affect significantly the development cost and the time to market. These tests are included in the design process, in order to verify the results of the corresponding structural analyses. The importance of the experimental tests and specifically these of the full scale level is amplified by the fact that they are being imposed during the certification process by the Airworthiness Authorities, since the structural analyses of the corresponding scale (full scale) do not provide adequate results. The above mentioned inability of the structural analyses of providing adequate results is based on two main characteristics of the large scale structures. Firstly, the failure prediction in aeronautical (among others) structures requires non-linear analysis, for reasons related to the material behaviour (non-linear behaviour due to composite material damage, elastoplastic behaviour of metallic materials) and the structural behaviour (geometrical non-linearity, contact problems). Secondly, in these structures there is great difference between the dimensions of the local damage initiation region and the dimensions of the whole structure, with the latter being related with the total collapse. The simulation with numerical methods, especially with the use of Finite Elements, of the structural behaviour of large scale structures with the above characteristics, leads to million DOFs (Degrees Of Freedom), whose solution requires non-linear numerical methods. The combination of the size of these models with their non-linear nature renders the problem non-solvable using conventional methodologies and is in fact the reason for the, up to now, not thoroughly utilization of virtual testing (numerical simulations), that would lead to the minimization of the number or even to the complete avoidance of the extensive and costly experimental tests. Based on the above, main objective of this Thesis is the development of new, reliable and integrated methodologies for the non-linear analysis of large scale structures, targeting mainly in the satisfactory prediction of phenomena related to the initiation of local damage, but also being able to evolute up to the appropriate scale (maybe full scale), in order to account the structural behaviour of the whole structure up to the total collapse. On this basis, innovative methodologies are being developed for the structural non-linear analysis and appropriate modifications are proposed for already well-established techniques, in order to be applied on large scale structures. Due to the advantages offered from the rapid and constant progress of computers (speed, memory, software) and the wide usage of commercial tools that are based on the matrix theory (Finite Elements, Boundary Elements), the above mentioned methodologies were developed based on the philosophy of ‘virtual testing’. Due to the fact that the numerical solution methods for non-linear problems in large scale structures are not able to provide adequate results, as mentioned previously, in the present work alternative methodologies and techniques were investigated, approaching the technological problem from the engineer’s view and reliable solutions applicable to an industrial environment were proposed. The procedure that was followed consists of four basic keystones: the linear numerical stress analysis of the whole structure, the check for possible local non-linear behaviour, the local damage analysis (non-linear analysis) and a series of appropriately configured sub-routines, able to redefine the contribution of the regions exhibiting local damage in the structural behaviour of the whole structure. All the routines of the proposed methodologies were accomplished using the commercial Finite Element code ANSYS. The linear numerical stress analysis of the structure was carried out with the use of numerical models simulating the whole structure, divided into suitable parts, based on the geometrical repeatability. The calculated stresses were utilized for the prediction of the local damage, using properly developed damage criteria, depending on the type of non-linearity. The corresponding regions detected, were classified according to the criticality level (critical load) and were elaborated with local analyses of non-linear nature for the simulation of local damage initiation. For the accumulation of the contribution of the local damage in the structural behaviour of the whole structure, appropriate techniques were developed for the description of the local damage and its incorporation in the structural features of the numerical model of the structure. For the determination of the damage evolution, from the first detection up to the final failure, the procedure was performed in an incremental and iterative way. It was proved, that under specific assumptions, the proposed methodologies simulating the non-linear phenomena of large scale structures are capable of providing accurate results, in accordance with those of the experimental tests of full scale level. Simultaneously, the proposed methodologies become also efficient, providing that they have been developed appropriately, in order to focus the available computer resources on the non-linearly behaving regions by the ‘on demand’ application of the non-linear analyses.

Μια από τις σημαντικότερες τεχνικές εγχάραξης σε μίκρο και νάνο-κλίμακα είναι αυτή της ξηρής εγχάραξης με πλάσμα. Η παρούσα εργασία είχε σαν σκοπό την κατασκευή διάταξης επεξεργασίας ψυχρού πλάσματος χαμηλής πίεσης που να λειτουργεί στο πεδίο των ραδιοσυχνοτήτων, με την προοπτική να χρησιμοποιηθεί για την επεξεργασία πολυμερών και άλλων υλικών που χρησιμοποιούνται στις μονώσεις υψηλών τάσεων ώστε να βελτιωθούν διάφορες ιδιότητές τους όπως η επιφανειακή υδροφοβία και η αντοχή στη ρύπανση. Ειδικότερα: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή του αναγνώστη στην επεξεργασία πλάσματος και συγκεκριμένα στην εγχάραξη και τους φυσικούς και χημικούς μηχανισμούς της. Αναλύεται η διάταξη RIE, η οποία εφαρμόζεται κατά την κατασκευή του συστήματος. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή της διάταξης επεξεργασίας, η οποία αποτελείτε από διακριτά μέρη όπως οι θάλαμοι, το πνευματικό σύστημα, το αντλητικό σύστημα και το σύστημα τροφοδοσίας της ισχύος. Δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στη λεπτομερή περιγραφή του κάθε εξαρτήματος που ενσωματώθηκε και ο εξειδικευμένος ρόλος του, ενώ τα αναλυτικά κατασκευαστικά σχέδια παρατίθενται στο παράρτημα. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται βασικός χαρακτηρισμός του αντιδραστήρα. Δηλαδή, παρουσιάζονται οι ηλεκτρικές μετρήσεις οι οποίες ταυτίζονται με τη βιβλιογραφία, παρουσιάζονται οπτικές μετρήσεις από τις οποίες γίνεται ταυτοποίηση ενεργών σωματίων, τα οποία επίσης είναι σύμφωνα με τη βιβλιογραφία παρόμοιων συστημάτων και τέλος, γίνεται ενδεικτική επεξεργασία πολυμερούς και έλεγχος του αποτελέσματος, το οποίο είναι η πιστή απόδοση μοτίβου και ρυθμός εγχάραξης 30nm/min. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο προτείνονται μελλοντικές εργασίες και βελτιώσεις. / One of the most prominent etching techniques at micro and nano-scale is dry plasma etching. This work’s purpose was the fabrication of a cold plasma low pressure radio-frequency processing rig, with the prospect of being used for polymer and other materials processing, that are used in high voltage insulators, in order to improve their surface properties such as hydrophobicity and pollution resistance. In particular; In the first chapter the reader is being introduced in plasma processing and in particular in etching and physical and chemical mechanisms. RIE set-up, which is to be applied in our rig, is being analyzed. In the second chapter the design and fabrication of the processing rig are being described, which includes parts like the chambers, the pneumatic system, the pumping system and the power delivery system. Special care has been given for a detailed description of every added component and its specialized role, while their analytical mechanical designs are collocated in the appendix. In the third chapter a basic characterization of the reactor is being delivered. Namely, we present electrical measurements which correspond precisely to bibliography and we also present optical measurements from which identification of reactive species is derived, also in accordance to bibliography. Finally, a polymeric substrate is indicatively processed and the result is the faithful pattern transfer by an etching rate of 30nm/min. In the fourth and last chapter, suggestions for future work and improvements are made.