Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη στρατηγικών ελέγχου του ρομπότ για το χειρισμό υφασμάτων κατά τη διαδικασία της ραφής. Ένα βασικό πρόβλημα που παρουσιάζουν τα υφάσματα σε σχέση με τα στερεά αντικείμενα είναι η δυσκολία χειρισμού τους εξαιτίας της πολύ δύσκολα προβλέψιμης συμπεριφοράς τους. Πιο συγκεκριμένα, τα υφάσματα έχουν χαμηλή αντίσταση σε κάμψη που συνεπάγεται την εμφάνιση παραμορφώσεων που μεταβάλλουν το σχήμα τους και επιπλέον, παρουσιάζουν έντονη μη-γραμμικότητα και ανισοτροπία με αποτέλεσμα τη μεγάλη δυσκολία μοντελοποίησής τους κυρίως για εφαρμογές πραγματικού χρόνου. Η έρευνα για την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη στρατηγικών ελέγχου που βασίζονται σε μεθόδους Υπολογιστικής Νοημοσύνης (Ασαφή Λογική, Γενετικούς Αλγόριθμους και Νευρωνικά Δίκτυα) και Ανάδραση Όρασης. Τα ευφυή συστήματα ελέγχου με χρήση τεχνητής όρασης παρέχουν τη δυνατότητα στο ρομπότ να διεκπεραιώσει με επιδεξιότητα εργασίες σχετικές με τη ραφή υφασμάτων σε πραγματικό περιβάλλον με σκοπό την υψηλότερη ευελιξία και αυτοματισμό. Οι ειδικότεροι στόχοι της διατριβής είναι η ελαχιστοποίηση του συνολικού χρόνου εργασίας του ρομπότ για την ολοκλήρωση της ραφής και ο περιορισμός των σφαλμάτων στη ραφή μέσα στα αποδεκτά όρια. Στο πλαίσιο της διατριβής αυτής, αναπτύχθηκε ένα ευφυές σύστημα για τη ραφή υφασμάτων που υλοποιήθηκε σε μια εργαστηριακή διάταξη που περιλαμβάνει ρομπότ, κάμερες και ραπτομηχανή, καθώς και μια ποικιλία υφασμάτων που χρησιμοποιήθηκαν ως δοκίμια. Το ρομποτικό σύστημα ραφής υφασμάτων περιλαμβάνει διαδικασίες που προηγούνται της ραφής, καθώς και τη διαδικασία της ραφής πάνω στο τραπέζι εργασίας μέχρι να ολοκληρωθούν όλες οι ραφές στο ύφασμα. Για τη ραφή των υφασμάτων πάνω στο τραπέζι εργασίας, αναπτύχθηκε ένα Ασαφές Σύστημα ελέγχου χρησιμοποιώντας μια ποικιλία διαφορετικών υφασμάτων. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην ανάπτυξη του συστήματος ικανού να ανταπεξέρχεται στις πτυχώσεις που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια του χειρισμού του υφάσματος από το ρομπότ, χωρίς να οδηγείται σε αστοχία. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν μέθοδοι βελτιστοποίησης της διαδικασίας της ραφής με κριτήριο την ελαχιστοποίηση του συνολικού χρόνου εργασίας της ραφής θέτοντας εκ των προτέρων τα μέγιστα αποδεκτά σφάλματα για τη ραφή. Η ρύθμιση των παραμέτρων του Ασαφούς Συστήματος πραγματοποιήθηκε με Γενετικούς Αλγόριθμους εκτός της παραγωγικής διαδικασίας (off-line) και με ένα εποπτεύον Ασαφές Σύστημα εντός της παραγωγικής διαδικασίας (on-line). Για την πειραματική επαλήθευση του συστήματος, χρησιμοποιήθηκαν υφάσματα που αποτελούνται από ευθύγραμμα τμήματα. Σε επόμενο στάδιο, αναπτύχθηκε μια στρατηγική ελέγχου για τη ραφή υφασμάτων που αποτελούνται από καμπύλα τμήματα με αυθαίρετη καμπυλότητα. Η προτεινόμενη μέθοδος συνδυάζει τη μέθοδο εντοπισμού των κυρίαρχων σημείων με ένα μικρο-Γενετικό Αλγόριθμο με σκοπό την πολυγωνική προσέγγιση των καμπύλων τμημάτων. Το πρόβλημα που διαμορφώθηκε είχε στόχο την ελαχιστοποίηση των πολυγωνικών τμημάτων που προσεγγίζουν τα καμπύλα τμήματα με δεδομένα τα μέγιστα ανεκτά όρια για το σφάλματα στη ραφή. Επιπλέον, αναπτύχθηκε ένα προσαρμοστικό νευρο-ασαφές σύστημα για τη ραφή υφασμάτων με καμπύλα τμήματα που έχει την ικανότητα να μαθαίνει από πρωθύστερη γνώση. Το σύστημα εκπαιδεύτηκε διεξάγοντας πειράματα ραφής με ένα αριθμό υφασμάτων διαφορετικών καμπυλοτήτων, οπότε καθίσταται ικανό να ανταποκριθεί με αξιοπιστία στη ραφή άλλων υφασμάτων, δηλ. υφασμάτων που δε χρησιμοποιήθηκαν στη διαδικασία εκπαίδευσης. Η δημιουργία του νευρο-ασαφούς αυτού συστήματος βασίστηκε στη χρήση μιας πρωτότυπης μεθόδου ομαδοποίησης δεδομένων. Η προτεινόμενη αυτή μέθοδος ομαδοποίησης βασίστηκε στην ανάπτυξη ενός Γενετικού Αλγόριθμου με χρωμοσώματα μεταβλητού μήκους, ο οποίος έχει το πλεονέκτημα ότι εξασφαλίζει ευελιξία όσον αφορά στον αριθμό των ομάδων που προκύπτουν. Η συμβολή της μεθόδου είναι διττή: αφενός, παράγει αυτόματα τον αριθμό των κέντρων των ομάδων και αφετέρου, αναζητά τα κέντρα σε όλο το πεδίο ορισμού, χωρίς να περιορίζεται στα δεδομένα. Η προτεινόμενη μέθοδος έχει γενικότερη αξία και δεν περιορίζεται μόνο στη χρήση της από το νευρο-ασαφές σύστημα. Αξίζει να σημειωθεί ότι όλες οι στρατηγικές ελέγχου του ρομπότ που αναπτύχθηκαν για το χειρισμό των υφασμάτων, εφαρμόστηκαν σε υφάσματα διαφορετικά ως προς το σχήμα (με ευθύγραμμα και καμπύλα τμήματα), το χρώμα και τις ιδιότητες / The objective of this thesis is the development of control strategies for robot handling of flexible sheets towards the sewing. Besides the difficulties that emerge when handling rigid materials using robots, flexible materials pose additional problems due to due to their unpredictable behavior. In particular, fabrics present low resistance in bending that leads to the appearance of deformations that change their shape and present non-linearity and anisotropy, which poses difficulty in modeling them for real-time applications. The research for this thesis has been focused on the development of control strategies based on Artificial Intelligence techniques (Fuzzy Logic, Genetic algorithms and Neural Networks) and Visual Servoing. The intelligent control systems with artificial vision enable robot to perform skilful tasks related to sewing fabrics in realistic environments towards higher flexibility and automation. The control strategies that have been developed are based on Artificial Intelligence techniques (Fuzzy Logic, Genetic algorithms and Neural Networks) and Visual Servoing. The basic goals of this thesis are the minimization of the total time for robot sewing fabrics and the constraint for the stitching errors inside the acceptable limits. In the context of this thesis, a complete intelligent system has been developed for the handling of fabrics towards sewing. This system is comprised of a robot, two cameras and a sewing machine and a wide range of fabric pieces that was used for experimental purposes. The sewing process is decomposed into preprocess planning and on-line handling subtasks (transferring towards the needle, stitching process and the rotation around the needle). A fuzzy control system was developed for robot handling fabrics on a worktable using a wide range of fabrics. Special emphasis was also given on the development of a system capable of tolerating deformations that may appear on the fabric towards robot handling. Next, optimization methods concerning the handling subtasks were developed in the direction of minimizing the total time for robot sewing fabrics considering the maximum allowable error limits. The parameters were tuned using Genetic Algorithms as an off-line process and a Supervisory fuzzy system in an on-line process. Fabrics comprised of straight edges were used for the experimental verification of the system. The next step concerns the development of a control strategy for robot sewing fabric comprised of curved edges with arbitrary curvatures. The proposed method combines the dominant point detection approach with a micro-Genetic Algorithm for the polygonal approximation of the curved edges. The optimization problem aims at the minimization of the polygonal edges that approximate the curved edges without exceeding the maximum acceptable error limits. In addition, an adaptive neuro-fuzzy system for robot sewing fabrics of curved edges is developed, which has learning capabilities. The system was trained through experiments with various fabrics of different curvatures and is capable to respond to new fabrics, which had not been included in the training process. The construction of the proposed neuro-fuzzy system is based on the use of a novel clustering method. The proposed clustering method is based on the development of a Genetic Algorithm with variable-length chromosomes that has the advantage of flexibility as far as the number of the resulting clusters is concerned. The contribution of the proposed method is twofold. On the one hand, the method evolves automatically the appropriate number of cluster centers, as well as the partitioning of the data, without a priori assumption on the cluster centers. On the other hand, it searches for candidate cluster centers in the universe of discourse and not only among data. The proposed approach is general and it is not limited to the construction of the neuro-fuzzy system. It is also worth noting that all developed control strategies have been applied to fabrics of different shape (with or without curvatures), color and properties.

Πολλά συστήματα πολλαπλών διαμεσολαβητών είναι εμπνευσμένα από διάφορες κοινωνίες εντόμων, τα οποία συλλογικά πετυχαίνουν διάφορους στόχους οι οποίοι είναι αδύνατο να επιτευχθούν σε ατομικό επίπεδο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, κινητήρια δύναμη στην «συνεργασία» και τη συλλογικότητα των εντόμων είναι η στιγματική συμπεριφορά (stigmergy). Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται στη βιολογία για να περιγράψει τον τρόπο επίδρασης αλλαγών στο περιβάλλον που προέκυψαν από μια παρελθοντική συμπεριφορά κάποιων κοινωνικών εντόμων στην συμπεριφορά ατόμων της ίδιας ομάδας. Χαρακτηριστικά παραδείγματα από τη φύση βρίσκουμε σε κάποια είδη μυρμηγκιών με τον τρόπο αναζήτησης τροφής και τη δημιουργία διαδρομών μεταξύ φωλιάς και πηγών τροφής ή την κατασκευαστική διαδικασία των τερμιτών. Αν και η έννοια αυτή είναι άρρητα συνδεδεμένη με την έκκριση μιας η περισσοτέρων χημικών ουσιών (στίγματα) για την έμμεση επικοινωνία μεταξύ ατόμων μιας κοινωνίας εντόμων, έχει εφαρμοστεί σε διαφορετικούς τομείς της επιστήμης των υπολογιστών. Αν και ένα μέρος του κλάδου της τεχνητής ζωής ασχολείται με μια ένα- προς -ένα αντιστοίχηση του έμμεσου αυτού τρόπου επικοινωνίας σε ομάδες ρομπότ που λειτουργούν στον πραγματικό κόσμο με την έκκριση κάποιας αντίστοιχης ουσίας, μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον υπάρχει για την αναγωγή της έννοιας και της λειτουργίας της στιγματικής συμπεριφοράς στον ψηφιακό κόσμο: Η έννοια των ψηφιακών φερορμονών ή των στιγματικών πακέτων συναντάται, κυρίως σε αντίστοιχους αλγορίθμους δρομολόγησης πακέτων σε ένα δίκτυο κόμβων. Όσο αφορά στην ένα -προς- ένα αντιστοίχηση μηχανισμών σε συστήματα διαμεσολαβητών που λειτουργούν αναλογικά (αισθητήρες) στον πραγματικό κόσμο υπάρχουν περιπτώσεις όπου ενώ ένας στιγματικός μηχανισμός που εμφανίζεται στη φύση φαινομενικά βοηθά στην αντιμετώπιση του προβλήματος που το σύστημα καλείται να αντιμετωπίσει. Η υλοποίηση όμως ενός τέτοιου μηχανισμού μπορεί να είναι ανέφικτη λόγω τεχνικών ή / και οικονομικών λόγων. Ένας προτεινόμενος τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος αυτού είναι η αντιστοίχηση (προσέγγιση) ενός τέτοιου μηχανισμού με ένα μηχανισμό επικοινωνίας ο οποίος θα προσφέρει αντίστοιχα αποτελέσματα χωρίς επιπλέον ή με το μικρότερο κόστος. Για το σκοπό αυτό μπορεί να γίνει χρήση της τεχνολογίας μεταφοράς αναλογικών (π.χ ήχος, φως) ή ψηφιακών σημάτων (π.χ πακέτα δεδομένων). Πόσο στιγματικός όμως είναι μια ένας τρόπος επικοινωνίας μέσω μηνυμάτων, και ποιες είναι οι παραδοχές για κάτι τέτοιο; Μπορεί να υπάρξει αντιστοίχηση της επικοινωνίας (μέσω φερορμονών) που εμφανίζεται στη φύση με κάποιο τρόπο (ασύρματης) επικοινωνίας ο οποίος να μπορεί να εφαρμοστεί σε διαμεσολαβητές περιορισμένων δυνατοτήτων? Η αντιστοίχηση μπορεί να αξιολογηθεί με ποιοτικά κριτήρια όπως η εμφάνιση ή όχι μιας επιθυμητής συμπεριφοράς του συστήματος. Στη διπλωματική αυτή διατριβή παρουσιάζεται ένα μοντέλο ψηφιακής επικοινωνίας το οποίο θεωρητικά αντιστοιχεί στην ποιοτική στιγματική συμπεριφορά ενός συστήματος διαμεσολαβητών. Επιπλέον, εισάγονται δυο μετρήσιμα κριτήρια αξιολόγησης βάση των οποίων μπορεί να γίνει σύγκριση διαφορετικών τρόπων επικοινωνίας. Τα κριτήρια αυτά προκύπτουν από τη μοντελοποίηση μιας κοινής πλατφόρμας – συστήματος διαμεσολαβητών για ένα συγκεκριμένο σενάριο λειτουργίας. Αφού πραγματοποιήθηκαν τρεις σειρές εξομοιώσεων, προέκυψε ότι το σύστημα με χρήση ψηφιακής επικοινωνίας μπορεί να επιτύχει αυτοοργανωτική συμπεριφορά αντίστοιχη με τη συμπεριφορά όταν χρησιμοποιείται στιγματική επικοινωνία ή καμία επικοινωνία. Παρόλα αυτά, η απόδοση του συστήματος βάση των κριτηρίων αξιολόγησης δεν ήταν καλύτερη για τις περισσότερες εξομοιώσεις, κάτι που δεν ήταν θεωρητικά αναμενόμενο. Τέλος, τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων οδηγούν σε διάφορα συμπεράσματα τα οποία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στη μελέτη τέτοιων συστημάτων. / Multiagent systems are inspired from insect societies, which collectively achieve different targets, each of is impossible to complete by an individual. In most cases, the driving force to insect “cooperation” and collectiveness is stigmergic behavior. This concept is used in biology to describe the way that environmental changes that occur as a result of a behavior of some social insects, affects the behavior of individuals of the same species. A prominent nature –based example is found in some ant species, where individuals use pheromones during food acquisition, creating different routes between the nest and several food sources. Another example is the termite nest building process. Stigmergy is associated to the emission of one or several chemical substances (stigmata), so as to achieve forms of indirect communication between individuals of a society, although, this concept has been used in different sections of the Computer Science. While much effort is done from the Artificial Life discipline to achieve a one-to-one equivalence of this indirect form of communication into groups of robots that operate in the real world by emitting a pheromone-alike substance, there is much interest in converting this stigmergic behavior to the digital world. The concept of digital pheromones (or stigmergic packets) is met in relative network routing algorithms. Staying on the one-to-one equivalence, there are cases and situations where a proposed stigmergic mechanism can be applied in a multiagent system, where each individual is operating using sensors and actuators inside the real world. However, the implementation of such a mechanism may be unfeasible because of technical, technological or economic reasons. A suggestion to counterattack this limitation is to approximate the stigmergic solution using a different communication mechanism, which may combine feasible, low cost implementation with corresponding to the stigmergic mechanism results. To achieve that, analog (eg light, sound) or digital (data packets) signals may be used. The question is, by using these new concepts, the mechanism of communication is classified as stigmergic and, if yes, are there any admissions? Is there any digital communication analog to the stigmergic communication which may be used to robotic and limited agents? This hypothetical equivalent can be evaluated using qualitative measures like the relevance (or absence) of a desired system behavior In this master thesis, I use a digital communication model which is theoretically assumed to be relative to the quantitative stigmergic behavior of a multiagent system. Additionally, two measurable evaluation criteria are introduced. By using these criteria, different mechanisms of communication may be compared to each other. These criteria result from the modeling of the common platform-multiagent system for a particular scenario of operation. By performing three different series of simulation, there was demonstrated that by using digital communication, the system achieves self organizing behavior relative to the behavior of the same system, using stigmergic or no form of communication. Still, the system performance (according to the introduced evaluation criteria) was not better for most cases of simulations, as it may be expected. Finally, the results lead to several conclusions that must be taken under consideration and further attention for the study of swarm intelligence based systems.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η διασύνδεση ενός υπεράκτιου Αιολικού Πάρκου (ΑΠ) επαγωγικών μηχανών ονομαστικής ισχύος 90MW με ένα απομακρυσμένο ασθενές δίκτυο ΕΡ. Η περίπτωση αυτή παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες λόγω του χαμηλού λόγου ισχύων βραχυκύκλωσης ανάμεσα στις δύο πλευρές και των έντονων διακυμάνσεων της ισχύος που απομαστεύεται από τον άνεμο. Με σκοπό να περιορισθούν οι δυσκολίες αυτές και δεδομένου ότι τα διασυνδεδεμένα άκρα είναι απομακρυσμένα (άρα επιβάλλεται η μεταφορά με καλώδιο ΣΡ), επιλέχθηκε η εφαρμογή της διασύνδεσης του ΑΠ στο δίκτυο ΕΡ μέσω της τεχνολογίας Εναλλασσομένου Ρεύματος/ Συνεχούς Ρεύματος/ Εναλλασσομένου Ρεύματος (ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ) με Μετατροπείς Πηγής Τάσης (ΜΠΤ). Η τεχνολογία αυτή επιτρέπει τον ανεξάρτητο έλεγχο της πραγματικής από την άεργο ισχύ και έτσι καθιστά δυνατή τη διασύνδεση δικτύων με χαμηλό λόγο ισχύων βραχυκύκλωσης. Ένα επιπλέον πρόβλημα το οποίο επιλύεται μέσω της χρήσης της τεχνολογίας ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ με ΜΠΤ είναι αυτό της δυναμικής αντιστάθμισης αέργου ισχύος των επαγωγικών γεννητριών. Ωστόσο, παρόλα τα οφέλη που αποκομίζονται εφαρμόζοντας την τεχνολογία ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ με ΜΠΤ, ο έλεγχος της διασύνδεσης παραμένει μια απαιτητική διαδικασία. Ο σχεδιασμός του συστήματος ελέγχου απαιτεί λεπτομερή γνώση της συμπεριφοράς του συστήματος και ακριβή ρύθμιση ώστε να αποκτηθεί η επιθυμητή έξοδος. Η παρουσία έντονα μεταβαλλόμενων και με θόρυβο εισόδων μπορούν να καταστήσουν πολύ δύσκολη την επιλογή των παραμέτρων ελέγχου οι οποίες παρέχουν σωστή συμπεριφορά σε οποιεσδήποτε συνθήκες λειτουργίας. Σύμφωνα με τα παραπάνω κριτήρια ελέγχου, το σύστημα ελέγχου που επιλέχθηκε για την παραπάνω διασύνδεση σχεδιάστηκε σύμφωνα με την υπολογιστική νοημοσύνη, η οποία βασίζεται στην ποιοτική περιγραφή των ελεγχόμενων διαδικασιών και στη μίμηση του συλλογισμού ενός έμπειρου ανθρώπου-χειριστή της διαδικασίας. Οι κλάδοι της υπολογιστικής νοημοσύνης που εφαρμόσθηκαν είναι τα ασαφή συστήματα και τα υβριδικά νευρο-ασαφή συστήματα. Πιο συγκεκριμένα, για τον έλεγχο της διασύνδεσης του ΑΠ με το ασθενές δίκτυο ΕΡ, σχεδιάστηκαν και μελετήθηκαν τρεις διαφορετικές εκδοχές, οι οποίες περιελάμβαναν: 1. ένα ασαφές σύστημα ελέγχου, 2. ένα νευρο-ασαφές σύστημα ελέγχου, 3. ένα προσαρμοζόμενο ασαφές σύστημα ελέγχου, το οποίο ρυθμίζεται σε πραγματικό χρόνο. Προκειμένου να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητα του συστήματος ελέγχου, αλλά και να συγκριθούν οι τρεις εκδοχές του ως προς την αποτελεσματικότητά τους σε διαφορετικές διαταραχές, η αξιολόγηση του συστήματος περιέλαβε τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος παρουσιάσθηκε η απόκριση του συστήματος σε μια βηματική αύξηση της μέσης τιμής της ταχύτητας του ανέμου. Η μεταβολή που επιλέχθηκε είναι ιδιαίτερα απότομη με σκοπό να ελεγχθεί η απόκριση του συστήματος υπό ακραίες συνθήκες. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάσθηκε η απόκριση του συστήματος σε μια βηματική μείωση της μέσης τιμής της ταχύτητας του ανέμου, εξίσου απότομη με την προηγούμενη, ώστε να σχηματισθεί μια ολοκληρωμένη εικόνα για τη δυναμική συμπεριφορά του συστήματος κατά τη μετάβασή του στις διάφορες περιοχές λειτουργίας. Στο τρίτο μέρος έγινε μια αξιολόγηση της αρμονικής παραμόρφωσης, η οποία προκαλείται από τη διακοπτική λειτουργία του αντιστροφέα, στις κυματομορφές του ρεύματος και της τάσης στο ΣΚΣΔ, σύμφωνα με τα προτεινόμενα όρια του κανονισμού ΙΕΕΕ 519. Μέσω εκτενών αποτελεσμάτων εξομοίωσης αποδείχθηκε ότι το προτεινόμενο σύστημα ελέγχου και στις τρεις περιπτώσεις αντιδρά γρήγορα στις μεταβολές ισχύος του ανέμου και η διασύνδεση ΕΡ/ΣΡ/ΕΡ με ΜΠΤ τροφοδοτεί ομαλά το σύστημα ΕΡ με πραγματική ισχύ υπό σχεδόν σταθερή εναλλασσόμενη τάση. Επιπρόσθετα, λόγω του ελέγχου μεταβλητών στροφών, το ΑΠ οδηγείται σε μέγιστη αεροδυναμική απόδοση, χωρίς να απαιτείται μέτρηση της ταχύτητας του ανέμου ή του ρότορα των μηχανών. / In this thesis is studied the connection of an offshore Wind Farm (WF) with induction generators to a weak ac grid. This case presents several difficulties, as a result of the low short circuit ratio between the two interconnected ends and the fluctuating and unstable nature of the wind power. In order to constrain these difficulties and taking into account the long distance between the two interconnected ends (which necessitates the use of a dc cable), it was chosen to use the technology of the High Voltage Direct Current (HVDC) link based on Voltage Sourced Converters(VSCs) for the connection of the WF to the weak ac grid. This technology presents the advantages of dc transmission and due to the high switching capability of the VSCs’ valves, it can instantly regulate the reactive power and consequently the ac voltage, independently of the real power flow. So, the short circuit ratio between the two ends of the link does not have to be high. Furthermore, through this link, the dynamic reactive power compensation of the induction generations can be achieved. However, despite the benefits which are obtained through the technology of the HVDC link based on VSCs, the control of the link is still a demanding procedure. The design of the control system demands a comprehensive knowledge of the system behavior and accurate tuning in order to achieve the desirable output. The presence of highly fluctuating and noisy input signals can make the selection of the control parameters which ensure proper behavior in any operating conditions very difficult. Taking into account the above requirements, the control theory that was implemented to the control system of the above mentioned link is that of computational intelligence. Computational intelligence-based controllers do not require precise mathematical modeling of the system nor complex computations. They rely on the human ability to understand the system behavior and are based on qualitative control rules. In addition, they have inherent abilities to deal with imprecise or noisy data. The categories of computational intelligence that were used in the control system design are fuzzy systems and hybrid neuro-fuzzy systems. More precisely, three alternative versions of the control system of the link between the WF and the weak ac grid were designed: 1. a simple, manually tuned fuzzy control system , 2. a hybrid neuro-fuzzy control System 3. an adaptive, on-line tuned fuzzy control system. In order to test the performance of the control system and compare its three versions, the test of the system includes three parts. In the fist part was studied the performance of the system under a step increase of the wind speed. The step increase was chosen to be very steep, in order to test the system under extreme conditions. In the second part was studied the response of the system under a respective step decrease of the wind speed, in order to test the system performance under any operating condition. In the third part was examined the harmonic content of waveforms of the current and voltage at the point of common coupling, according to the limits of the international standard IEEE 519. Through extended simulation results it was shown that the proposed control system quickly reacts to the step changes of the wind power and the HVDC link based on VSCs manages to feed the weak ac grid with the power from the wind under almost stable ac voltage. In addition, due to the ability of the control system to adjust the stator frequency of the induction generators in relation to the wind velocity, maximum power absorption of the WF is achieved, without monitoring the wind speed or the rotor speed.

Η Τεχνολογία της Γνώσης, και πιο συγκεκριμένα τα Έμπειρα Συστήματα (expert systems) ή αλλιώς Συστήματα Γνώσης (knowledge based systems) αποτελούν τους κλάδους της Τεχνητής Νοημοσύνης που αποδεδειγμένα έχουν προσφέρει τα πιο αξιοσημείωτα αποτελέσματα στην πρακτική τους εφαρμογή. Ως έμπειρα συστήματα θεωρούνται προγράμματα τα οποία επιδεικνύουν νοήµονα συµπεριφορά σε συγκεκριµένους τοµείς και διαδικασίες, ανάλογη με εκείνη ενός ανθρώπου εµπειρογνώµονα µε ειδικότητα στον ίδιο τοµέα. Η λειτουργία των έμπειρων συστημάτων βασίζεται τόσο στην κωδικοποίηση της γνώσης και της συλλογιστικής του ανθρώπου-ειδικού σε έναν εξειδικευμένο τομέα όσο και στο χειρισμό αυτής της γνώσης, με κυριότερους στόχους τη διόρθωση βλαβών, την πρόβλεψη, παρακολούθηση και ερμηνεία καταστάσεων, τη διαμόρφωση και τον έλεγχο συστημάτων. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, η σημαντική πρακτική επιτυχία της εφαρμογής έμπειρων συστημάτων σε εξειδικευμένους τομείς όπως η φαρμακευτική διάγνωση (MYCIN), η ανάλυση γεωλογικών δεδομένων για εντοπισμό πετρελαίου (DIPMETER) και μετάλλων (PROSPECTOR), και η διαμόρφωση υπολογιστικών συστημάτων (XCON), έχουν οδηγήσει σε μία έκρηξη ενδιαφέροντος ως προς τη χρήση έμπειρων συστημάτων σε πολύ ευρύτερο φάσμα εφαρμογών. Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός έμπειρου συστήματος που θα συνάγει στον έλεγχο της κατάστασης λειτουργίας της κύριας μηχανής φορτηγών πλοίων τύπου container, με στόχο την πρόληψη ή έγκαιρη διόρθωση βλαβών και εν τέλει την επίτευξη αποδοτικότερης και ασφαλέστερης λειτουργίας της μηχανής, λιγότερων φθορών και μεγαλύτερου χρόνου ζωής. Η ανάγκη εφαρμογής ενός τέτοιου συστήματος, που θα παρέχει αντικειμενικά και συνεπή συμπεράσματα, από τις εταιρείες διαχείρισης των πλοίων γίνεται όλο και μεγαλύτερη. Όχι μόνο γιατί αποτελεί βασικό μέρος του συστήματος διαχείρισης της ποιότητας (quality management system) των παρεχόμενων υπηρεσιών της εταιρείας προς τους πελάτες – ναυλωτές των πλοίων τύπου container, αλλά κυρίως γιατί μπορεί να αποτελέσει βασικό αρωγό στην προσπάθεια της εταιρείας για συμμόρφωση με διεθνή πρότυπα και κανονισμούς περιβαλλοντικής διαχείρισης (environmental management) για την προστασία εκείνων του στοιχείων του περιβάλλοντος στα οποία έχει επιπτώσεις η δραστηριότητα της εταιρείας. Για τη διαδικασία απόκτησης της γνώσης που θα αποτελέσει την εμπειρογνωμοσύνη του συστήματος ή αλλιώς τη βάση γνώσης του συστήματος (knowledge base) θα χρησιμοποιηθεί η μέθοδος των μη-δομημένων και ημιδομημένων συνεντεύξεων με μηχανολόγους μηχανικούς, εξειδικευμένους σε θέματα μηχανών του συγκεκριμένου τύπου. Τα δεδομένα πάνω στα οποία θα εφαρμοστεί η βάση γνώσης του συστήματος (working memory), ώστε να εξαχθούν τα συμπεράσματα για τη λειτουργία της μηχανής προέρχονται από μετρήσεις πάνω στα όργανα της μηχανής ανά τακτά χρονικά διαστήματα καθώς και δεδομένα-αναφοράς που αντιπροσωπεύουν την ιδανική κατάσταση λειτουργίας της μηχανής. Το κέλυφος του συστήματος (expert system shell) θα αποτελέσει η μηχανή JBoss Rules, η οποία στο επίπεδο του μηχανισμού εξαγωγής συμπερασμάτων (inference engine) υλοποιεί μία αντικειμενοστραφή παραλλαγή του αλγορίθμου Rete, ενώ επιπλέον παρέχει σύστημα διαχείρισης της βάσης γνώσης που καθιστά την ανάπτυξη, τροποποίηση και τον έλεγχό της δυνατό ακόμα και από τους ίδιους τους εμπειρογνώμονες. / Knowledge Technology, and more concretely Expert Systems or Knowledge Based Systems, constitute the sectors of Artificial Intelligence that are proved to have succeeded the most remarkable results in their practical application. Expert Systems are considered to be the programs that demonstrate intelligent behaviour in specific areas and processes, proportional to that of a human expert with speciality in same area. The operation of Expert Systems is based so much on the coding of knowledge and reasoning of a human expert specialized in the specific area, as in the handling of this knowledge, with main objectives the correction of damage, the provision, monitor and interpretation of conditions, the configuration and the inspection of systems. At the last decades, the important practical success of application of Expert Systems in specialised areas such as pharmaceutical diagnosis (MYCIN), the analysis of geological data on location of oil (DIPMETER) and metals (PROSPECTOR), and the configuration of computer systems (XCON), have led to an explosion of interest as for the use of Expert Systems to much wider spectrum of applications. The object of the present thesis is the implementation of an Expert System that will assist in the inspection of the condition of operation of Container Ships Main Engines, aiming at the prevention or on time correction of damage, and finally at achieving more efficient and secure operation of the main engine, less deteriorations and effectively greater life span. The need of such a system, which will provide objective and reliable conclusions, being applied by the shipping management companies becomes even greater. Not only because it constitutes basic part of the quality management system of the provided by the company services to the customers - freighters of the container ships, but mainly because it can constitute basic helper in the company effort to conform with international models and regulations of environmental management on the protection of those aspects of the environment that are affected by the company’s activity. For the process of acquiring the knowledge that will constitute the expertise of the system or differently the knowledge base of the system we will use the method of non-structured and semi-structured interviews with mechanical engineers, specialised on issues regarding the specific engines. The data, on which the working memory of the system will be applied, so that the conclusions on the function of the engine will be exported, emanate from measurements on the different parts of the engine per regular time intervals as well as benchmark data that represent the ideal condition of the engine. The expert system shell will be constituted by the JBoss Rules Engine, which in the level of the inference engine implements an object-oriented variant of the Rete algorithm, while moreover it provides an administration system for the knowledge base that makes its evolution, modification and inspection possible even for the experts themselves.

- / -

Τα τελευταία χρόνια, με την ανάπτυξη της Πληροφορικής Τεχνολογίας, οι Οντολογίες βρίσκονται στο επίκεντρο των ενδιαφερόντων επιστημόνων και ερευνητικών ομάδων σε όλο τον κόσμο. Η έρευνα κατευθύνεται σε μια σειρά από διαφορετικά επιστημονικά πεδία όπως της τεχνητής νοημοσύνης, της διαχείρισης γνώσης, καθώς και των τεχνολογιών του παγκόσμιου και ιδιαίτερα του σημασιολογικού ιστού. Το σύνολο των διεργασιών οι οποίες αφορούν στην διαδικασία ανάπτυξης οντολογιών, στον κύκλο ζωής τους, καθώς και στις μεθοδολογίες, στα εργαλεία και στις γλώσσες προγραμματισμού που απαιτούνται για την δημιουργία τους αναφέρεται ως Μηχανική των Οντολογιών. Η κατασκευή οντολογιών είναι μια διεργασία η οποία επηρεάζεται από αντικειμενικούς αλλά και υποκειμενικούς παράγοντες. Στους αντικειμενικούς παράγοντες περιλαμβάνονται τα εργαλεία με τα οποία θα κατασκευαστεί και θα επεξεργαστεί η οντολογία, η γλώσσα στην οποία θα αναπτυχθεί, η μεθοδολογία στην οποία θα βασιστεί, οι εφαρμογές στις οποίες θα χρησιμοποιηθεί, το είδος της οντολογίας και τις διαθέσιμες πηγές γνώσης (τυπικές ή μη), όπως λεξικά ή υπάρχουσες οντολογίες. Στους υποκειμενικούς παράγοντες περιλαμβάνονται οι ειδικές δεξιότητες ανάλυσης γνώσης και η εμπλοκή ατόμων που το καθένα έχει την δική του άποψη σχετικά με το πεδίο ενδιαφέροντος. Συνεπώς, η ανάπτυξη μιας οντολογίας είναι επιρρεπής στα λάθη, αφού μπορεί να υπάρξουν διάφορες ερμηνείες για το ίδιο πεδίο και τα αποτελέσματα είναι συχνά υποκειμενικά, διότι κάθε σχεδιαστής οντολογιών έχει διαφορετικούς στόχους, μπορεί να αναλύει το πεδίο ενδιαφέροντος σε διαφορετικό επίπεδο και αποσκοπεί σε διαφορετικό τρόπο χρήσης της οντολογίας. Για να ξεπεραστεί το πρόβλημα της δημιουργίας υποκειμενικών οντολογιών, οι ερευνητές ανέπτυξαν συνεργατικές μεθοδολογίες ανάπτυξης. Στις μεθοδολογίες αυτές πολλές υποκειμενικές και ίσως αντιφατικές έννοιες πρέπει να συνενωθούν έτσι ώστε να οδηγήσουν σε ένα διαμοιραζόμενο εννοιολογικό μοντέλο. Η μετάβαση όμως από την ατομική αντίληψη στο επίπεδο της κοινότητας, που θεωρείται δεδομένη σε μια συνεργατική προσέγγιση, απαιτεί ικανότητες και γνώσεις τις οποίες κάποιος αρχάριος δεν διαθέτει. Με βάση τον παραπάνω προβληματισμό, στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αξιοποίηση της μεθοδολογίας κατασκευής οντολογιών που προτείνεται στην εργασία [L. Seremeti and A. Kameas. “A task-based ontology engineering approach for novice ontology developers”. 4th Balkan Conference in Informatics, Thessaloniki, Greece, 2009]. Στο πλαίσιο αξιοποίησής της, κατασκευάζονται οντολογίες οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές περιρρέουσας νοημοσύνης. Ειδικότερα, παρατίθενται αναλυτικά οι μεθοδολογίες ανάπτυξης οντολογιών και κατηγοριοποιούνται. Αναλύονται στην συνέχεια, οι ιδιαιτερότητες των οντολογιών σε Περιβάλλοντα Περιρρέουσας νοημοσύνης και τελικά ακολουθώντας, τα στάδια ανάπτυξης οντολογιών της προαναφερθείσας μεθοδολογίας, κατασκευάζονται οντολογίες πεδίου ενδιαφέροντος οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές περιρρέουσας νοημοσύνης. / The last years, with the development of Computer scientist Technology, the Ontologies are found in the centre of interesting scientists and inquiring teams in all the world. The research is directed in a line by different scientific fields as the artificial intelligence, the management of knowledge, as well as technologies of the world wide web and particularly the semantic web. The total of activities what concern in the process of development of ontologies, in their circle of life, as well as in the methodologies, in the tools and in the computing languages that are required for the creation to them are reported as Mechanics of Ontologies. The manufacture of ontologies is an activity which is influenced by objective but also subjective factors. In the objective factors are included the tools with which will be manufactured and will process the ontology, the language in which will be developed, the methodology on which it will be based, the applications in which it will be used, the type of ontology and the available sources of knowledge (formal or not), as dictionaries or existing ontologies. In the subjective factors are included the special dexterities of analysis of knowledge and the entanglement of individuals that each one has his own opinion with regard to the field of interest. Consequently, the development of ontology is prone in the errors, after it can exist various interpretations for the same field and the results are frequent subjective, because each designer of ontologies aims at different, can analyze the field of interest in different level and aims in different way of use of ontology. In order to exceeded the problem of creation of subjective ontologies, the researchers developed cooperative methodologies of development. In these methodologies many subjective and perhaps contradictory significances should join themselves so as to lead to a distribute conceptual model. The passage however from the individual perception in the level of community, that is considered given in a cooperative approach, requires faculties and knowledge which someone novice does not have. Based in the last examination, objective of present diplomatic work is the exploitation of methodology of manufacture of ontologies that is proposed in the work [L. Seremeti and A. Kameas. “A task-based ontology engineering approach for novice ontology developers”. 4th Balkan Conference in Informatics, Thessaloniki, Greece, 2009]. In the frame of exploitation of the methontology , are manufactured ontologies that will be used in applications of ubiquitous intelligence. More specifically, are mentioned analytically the methodologies of development ontologies and are categorized. Are then analyzed, the particularities of ontologies in Ubiquitous Computing Environments and finally following, the stages of development ontologies of mentioned before methodology, are manufactured ontologies of field of interest what will be used in applications of Ubiquitous Computing intelligence.

- / -

Ζούμε μια μεταβατική εποχή, που καθορίζεται από τις τεράστιες τεχνολογικές εξελίξεις, τη διεθνοποίηση των αγορών και της γνώσης και την ευκολότερη επικοινωνία των κατοίκων ολόκληρου του πλανήτη σε όλους τους τομείς δραστηριοτήτων τους. Όροι, όπως παγκοσμιοποίηση, συγχωνεύσεις εταιριών, αυξομειώσεις στα μεγέθη των επιχειρήσεων, τεχνολογική πρόοδος, περιγράφουν ποικίλες δυνάμεις στην αγορά εργασίας, οι οποίες μεταβάλλουν τους παραδοσιακούς κανόνες που επί χρόνια έχουν ρυθμίσει την επαγγελματική μας ζωή. Τα νέα τεχνολογικά μέσα μεταβάλλουν ριζικά τον τρόπο διάδοσης των επιστημονικών γνώσεων και των πληροφοριών, επηρεάζοντας, έτσι, και την οργάνωση της εκπαίδευσης, της εργασίας, της παραγωγής. Η εργασία αυτή περιγράφει την παγκοσμιοποίηση στον επιχειρηματικό χώρο και την παρουσιάζει σαν την αιτία για τις αλλαγές στη δομή και τον τρόπο λειτουργίας επιχειρήσεων και οργανισμών, στην προσπάθειά τους να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις του ανταγωνισμού. Προκύπτει λοιπόν το θέμα της Διοίκησης Αλλαγής, ένας κλάδος σύγχρονος, που αποτελεί αντικείμενο μελέτης επιστημόνων και ειδικών σε ολόκληρο τον κόσμο. Η εργασία αυτή αποτελεί το πρώτο βήμα προσέγγισης του κλάδου της Διοίκησης Αλλαγής μέσα από τεχνικές Πολυκριτήριας Ανάλυσης και Υπολογιστικής Νοημοσύνης, έχοντας σαν στόχο να προτείνει μια μεθοδολογία έρευνας και μελέτης, η οποία θα οδηγήσει στη δημιουργία μοντέλων βελτιστοποίησης διαδικασίας αλλαγής στις επιχειρήσεις. / We are living a transitional period, determined by the enormous technological developments, the globalization of markets and knowledge, and facilitate communication among people throughout the world in all areas of activity. Terms such as globalization, corporate mergers, changes in the size of business,technological progress, describe various forces in the labor market, which change the traditional rules that for years have set up our professional lives. The new technology means fundamentally change the way the dissemination of scientific knowledge and information, impacting so, the organization of education, work and production. This paper describes globalization in business and present it as the reason for the changes in the structure and operation of enterprises and organizations in their efforts to meet the demands of competition. It followed the theme of Change Management, a modern industry, which is the subject of study and individual scientists around the world.This work is the first step approach to Change Management industry through technical Multicriteria Analysis and Computational Intelligence Aiming to propose a research methodology and design, which will create optimization models change process in companies.

Στην εργασία που ακολουθεί μελετήθηκε η χρήση μεθόδων της υπολογιστικής νοημοσύνης στην πρόβλεψη της κίνησης της ισοτιμίας νομισμάτων. Για να γίνει αυτό αναπτύχθηκε ένας υβριδικός αλγόριθμος που χρησιμοποιεί νευρωνικά δύκτια και γενετικούς αλγόριθμους. Στο Πρώτο Κεφάλαιο παρουσιάζεται η ϑεωρία των νευρωνικών δικτύων, οι αρχιτεκτονικές και οι μέθοδοι εκπαίδευσής τους. Επιπλέον παρουσιάζονται οι γενετικοί αλγόριθμοι και ο γενικός τρόπος λειτουργίας τους. Στο Δεύτερο Κεφάλαιο εξετάζεται το πρόβλημα της πρόγνωσης, από την σκοπιά των νευρωνικών δικτύων, καθώς και η προβλεψιμότητα των οικονομικών χρονοσειρών. Επιπλέον παρουσιάζονται υβριδικά συστήματα που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη χρονοσειρών και επεξηγείται ο τρόπος λειτουργίας του αλγορίθμου που αναπτύχθηκε εδώ. Επιπλέον παρατίθενται τα αποτελέσματα της χρήσης του λογισμικού που αναπτύχθηκε, στην πρόγνωση της μεταβολής της ισοτιμίας νομισμάτων. Στο Παράρτημα παρέχεται ο πλήρης κώδικας που αναπτύχθηκε σε MATLAB. / --

Η παρούσα διπλωµατική εργασία ασχολείται με το θέμα των Αλγορίθμων Επίλυσης Προβληµάτων SAT. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στα πλαίσια του Εργαστηρίου Ενσύρµατης Επικοινωνίας του Τµήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών. Σκοπός της είναι η δημιουργία ενός Προσομοιωτή των αλγορίθμων αυτών, ο οποίος να μπορεί να προσπελαστεί από οποιονδήποτε μέσω του διαδικτύου. Αρχικά έγινε µία εισαγωγή στο αντικείμενο της Τεχνητής Νοημοσύνης και πιο συγκεκριµένα στην Προτασιακή Λογική, ενώ δόθηκε και το απαραίτητο υπόβαθρο για να κατανοηθεί το πρόβληµμα και οι τεχνικές λύσης του. Τέλος, επιλέχθηκε να γίνει η υλοποίηση του Προσωμοιωτή σε Java. / This diploma dissertation deals with SAT solvers, algorithms for the Boolean satisfiability problem. It was produced in the Wire Communications Laboratory of the Electrical and Computer Engineering Department of the University of Patras. Its aim is to create a simulator for these algorithms, accessible to anyone via the Internet. An introduction to the field of Artificial Intelligence and more specifically to Propositional Calculus was given as well as the necessary groundwork to understand the problem and its solution approaches. The simulation implementation was developed in Java