Ένα εκπαιδευτικό λογισμικό κατασκευάζεται, προκειμένου με τη χρήση του να εκπληρωθούν συγκεκριμένοι μαθησιακοί στόχοι. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συμπληρωματικό μέσο διδασκαλίας από τον εκπαιδευτή ή ως υποστηρικτικό μέσο αυτοδιδασκαλίας από τον εκπαιδευόμενο. Αποτελεί μέσο αξιολόγησης ή αυτοαξιολόγησης του εκπαιδευόμενου, χωρίς βέβαια αυτό να αποτελεί κύριο σκοπό για την κατασκευή του. Οι σύγχρονες τεχνολογίες εκπαιδευτικού λογισμικού, που βασίζονται στις τεχνολογίες δικτύων υπολογιστών και των συστημάτων υπερμέσων, προσφέρουν την δυνατότητα να εξηγούνται, με παραστατικό τρόπο και πολλαπλά μέσα παρουσίασης, τα γνωστικά αντικείμενα, να διευκολύνεται η επικοινωνία και η συνεργασία μεταξύ εκπαιδευόμενων και εκπαιδευτών, να καταργείται η αποκλειστική χρήση μιας πηγής μαθησιακού υλικού, η οποία πολλές φορές περιέχει ξεπερασμένες πληροφορίες και, ως συνεπακόλουθο όλων αυτών, να μπορεί να αναπτύσσεται η κριτική σκέψη του υποκειμένου στην εκπαίδευση. Στην εργασία αυτή παρουσιάζουμε την συμβολή ενός τέτοιου προηγμένου συστήματος στην δημιουργία ενός μαθήματος για την Ακτινοπροστασία στους χώρους Υγείας. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήσαμε μια εκπαιδευτική πλατφόρμα ικανή να παρουσιάζει προσαρμοστικά το περιεχόμενο, να προτείνει μαθησιακές δραστηριότητες ανάλογα με τον εκπαιδευόμενο, να προσφέρει διαφορετικούς τρόπους επικοινωνίας και συνεργασίας ανάλογα με το επίπεδο και τη διάθεση του μαθητή. Περιγράφουμε τους λόγους για τους οποίους τέτοια συστήματα μπορούν να προσφέρουν στην Ιατρική εκπαίδευση, καθώς και το πόσο απαραίτητο είναι το μάθημα της ακτινοπροστασίας για τα επαγγέλματα Υγείας. Παραθέτουμε την λειτουργικότητα των εργαλείων, τα οποία έχουν στη διάθεση εκπαιδευτές και εκπαιδευόμενοι, και τέλος αναφέρουμε τις τροποποιήσεις που κάναμε προκειμένου το σύστημα να διαθέτει ένα προσαρμοστικό τρόπο αξιολόγησης. Δίνουμε τα αποτελέσματα μιας πρώιμης αξιολόγησης του συστήματος-μαθήματος, από φοιτητές της Νοσηλευτικής του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Πάτρας. Τέλος αναφέρουμε μια συνοπτική περιγραφή της αρχιτεκτονικής και του τρόπου υλοποίησης του συστήματος. Η παρούσα εργασία αποτελεί ένα πρότυπο τόσο του πώς μια εκπαιδευτική πλατφόρμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εκπαίδευση στους χώρους Υγείας, όσο και του πώς μια προϋπάρχουσα τέτοια εκπαιδευτική πλατφόρμα μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης. / -

Η διπλωματική αυτή εργασία έχει ως στόχο να δώσει στον αναγνώστη της μια σαφή εικόνα των μεθόδων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας που υπάρχουν σήμερα, αναφέροντας εφαρμογές αυτών σε διάφορα Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας ανά τον κόσμο. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά στους λόγους που επιβάλουν την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας, παρουσιάζοντας εν συντομία όλες τις μεθόδους αποθήκευσης που θα αναλυθούν στα επόμενα κεφάλαια. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται αρχικά η μέθοδος αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας με υπεραγώγημα πηνία και στη συνέχεια βλέπουμε τα αποτελέσματα εφαρμογής των συστημάτων αυτών τόσο σε επίπεδο εξομοίωσης όσο και σε πραγματικές περιπτώσεις. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας με μπαταρίες. Αφού αναφερθούν οι κατηγορίες τους και τα χαρακτηριστικά μεγέθη τους, γίνεται μοντελοποίηση των μπαταριών και στη συνέχεια περιγράφονται δυο πραγματικές περιπτώσεις εφαρμογής των συστημάτων αυτών αποθήκευσης στο δίκτυο της Αμερικής. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται τα συστήματα αποθήκευσης με στρεφόμενες μάζες. Αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους, καθώς και τα χαρακτηριστικά των συστημάτων αυτών. Τέλος περιγράφεται η εφαρμογή των συστημάτων αυτών στην ρύθμιση της συχνότητας του δικτύου. Το πέμπτο κεφάλαιο μελετάει τα συστήματα αντλησιοταμίευσης στην αποθήκευσης ενέργειας. Αφού γίνει μια αναφορά στην υδροδυναμική ενέργεια, τα φράγματα και τους υδροστρόβιλους, εξετάζεται η περίπτωση εφαρμογής ενός τέτοιου συστήματος στο αυτόνομο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας της Κρήτης. Στο έκτο κεφάλαιο μελετάται η χρήση των υπέρ-πυκνωτών στην αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Υπολογίζεται η ισοδύναμη χωρητικότητα συστήματος υπέρ-πυκνωτών καθώς και η απόδοση φόρτισης και εκφόρτισής του. Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή των συστημάτων αποθήκευσης με συμπιεσμένο αέρα και αναφέρονται δυο πραγματικές εφαρμογές των μονάδων αυτών καθώς και εκτιμώμενα μελλοντικά σχέδια ανάπτυξης νέων τέτοιων μονάδων. Στο όγδοο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη αναφορά στην πιθανή μελλοντική χρήση των κυψέλων υδρογόνου για αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας ενώ στο ένατο κεφαλαίο γίνεται μια σύντομη σύγκριση όλων των προαναφερόμενων διατάξεων αποθήκευσης βάση την ταχύτητα εκφόρτισής τους και βάση του κόστους εγκατάστασης ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας. Η διπλωματική εργασία κλείνει με ένα κεφάλαιο στο οποίο μελετάται η ενσωμάτωση των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας στους ελεγκτές FACTS στο επίπεδο μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και στις συσκευές CUSTOM POWER στο επίπεδο της διανομής. / -

Η παρούσα εργασία πραγματεύεται ζητήματα που αφορούν σε συστήματα αυτομάτου ελέγχου με ιδιαίτερη έμφαση στα συστήματα κατανεμημένου ελέγχου. Σε αυτό το πλαίσιο, πραγματοποιείται στην εργασία καταρχάς μια σύντομη ανασκόπηση σε σχέση με τα συστήματα ελέγχου και με το πώς αυτά τα συστήματα εισήχθησαν για χρήση στη βιομηχανία. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα κατανεμημένα συστήματα ελέγχου, τα βασικά χαρακτηριστικά τους αλλά και οι βασικές μεθοδολογίες σχεδίασης ενός τέτοιου συστήματος. Γίνεται επίσης σημαντική αναφορά στα πολυπρακτορικά συστήματα (Multi Agent Systems – MAS) τα οποία αποτελούν το μέλλον της ανάπτυξης των κατανεμημένων συστημάτων. Τέλος, συνοψίζονται τα βασικά προβλήματα, οι τάσεις αλλά και η κατάσταση στην αγορά αναφορικά με αυτά τα συστήματα. / -

- / -

- / -

Ο έλεγχος μη γραμμικών δειγματοληπτικών συστημάτων αποτελεί μια σημαντική πρόκληση, στην ανάλυση και σχεδιασμό ελεγκτών συστημάτων, με μεγάλη πρακτική εφαρμογή. Σε αυτή την μελέτη παρουσιάζουμε ένα από τα πιο σημαντικά εργαλεία ανάλυσης και σχεδιασμού, για μια γενική κατηγορία μη γραμικών δειγματοληπτικών συστημάτων (nonlinear sampled-data control). Παρουσιάζεται μια γενίκευση και ενοποίηση των γνωστών αποτελεσμάτων σχεδίασης εξομοίωσης (Emulation Design), διαθέσιμων στην βιβλιογραφία, θεωρώντας την διατήρηση των γενικευμένων ανισώσεων διάχυσης (Dissipation inequalities) υπό δειγματοληψίας, στο πλαίσιο του σχεδιασμού εξομοιωτών ελεγκτών δυναμικής κατάστασης ανάδρασης (dynamic state feedback controllers). Στην συνέχεια παρουσιάζονται δύο παραδείγματα μελέτης εφαρμογής των αποτελεσμάτων της γενικής μελέτης σχετικά με την διατήρηση των ιδιοτήτων διαχυτικότητας (dissipativity properties), ευστάθειας (stability), εισόδου-σε-κατάσταση σταθερότητας (input-to-state stability) και παθητικότητας (passivity), όταν ο ελεγκτής διακριτού χρόνου ενός συστήματος σχεδιάζεται με εξομοίωση. / The current diploma thesis is about a general and unified framework of a sampled-data nonlinear system using the emulation design.

Το ενεργειακό πρόβλημα, καθώς και οι συνέπειες του φαινομένου του θερμοκηπίου που βρίσκεται σε έξαρση στις μέρες μας είναι από τα σπουδαιότερα προβλήματα του πλανήτη και κάνουν αναγκαία και επιβεβλημένη τη μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων και την προσπάθεια για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με όσο το δυνατόν πιο οικονομικό, αλλά και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο. Συνεπώς, οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και κυρίως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια αποκτούν σπουδαίο ρόλο στο στόχο αυτό. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάμε το μετατροπέα που συνδέεται στην πλευρά του δικτύου και παρουσιάζουμε αναλυτικά τις βασικές τοπολογίες που εφαρμόζονται σε αιολικά και σε φωτοβολταϊκά συστήματα. Η διάταξη που εξετάζουμε αποτελείται από έναν μετατροπέα ac/dc, ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μέσω πυκνωτή (dc-link) και ένα R-L φίλτρο στην πλευρά του δικτύου. Σκοπός, λοιπόν, αυτής της εργασίας είναι να μελετήσουμε τη διάταξη αυτή στο d-q στρεφόμενο σύστημα κάθετων αξόνων μέσω του μετασχηματισμού Park και να εφαρμόσουμε την κατάλληλη μεθοδολογία ελέγχου, εξετάζοντας δυο διαφορετικές περιπτώσεις: στην πρώτη περίπτωση διατηρούμε σταθερή σε μηδενική τιμή την αναφορά αέργου ισχύος ενώ στη δεύτερη διατηρούμε σταθερή την ενεργό ισχύ. Τέλος, προσομοιώνουμε το σύστημα αυτό στο περιβάλλον Simulink του Matlab και για τις δύο παραπάνω περιπτώσεις και στη συνέχεια παρουσιάζουμε τις αποκρίσεις των προσομοιώσεων και εξάγουμε συμπεράσματα, προκειμένου να αναδειχθεί η σωστή λειτουργία της διάταξης αυτής. / The energy problem and the consequences of the greenhouse effect that is on the rise nowadays are two of the most important global problems and make necessary and imperative the reduce of the use of fossil fuels and the effort to produce electricity in a more economical and environmentally friendly way. Therefore, the Renewable Energy Sources and especially wind and solar power have a great role in this objective. In this thesis we consider the converter connected to the grid side and present in detail the basic topologies applied in wind and photovoltaic systems. The system under consideration consists of an ac/dc converter, an energy storage system via capacitor (dc-link) and an R-L filter on the grid side. Aim of this thesis is to study this system in the d-q rotating vertical axes system through the Park transformation and apply the appropriate control methodology, considering two different cases: in the first case we keep the reactive power reference steady and equal to zero while in the second case we keep the active power steady. Finally, we simulate this system with the Matlab Simulink for both cases and then we present simulations of the responses and draw conclusions in order to demonstrate the correct operation of this system.

Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια πρακτικής εργασίας σε εταιρία εγκατάστασης αυτόνομων και διασυνδεμένων φωτοβολταϊκών και αιολικών συστημάτων παραγωγής ισχύος την περίοδο 1 Απριλιου-31 Ιουλιου 2012. Αποτελεί μία πραγματική τεχνική μελέτη ενός οικιακου φωτοβολταϊκού συστηματος ηλεκτρικής ενέργειας διασυνδεμένου στο δίκτυο, ισχύος 10 kWp,αφού πρώτα παρουσιάζεται το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο για την διεξαγωγή της μελέτης της εγκαταστάσεως. / This research is part of practical work in an installer autonomous and interconnected photovoltaic and wind power systems for the period 1 April-31 July 2012. It is a real technical study of a residential solar power system interconnected to the grid, power 10 kWp, after first presents the theoretical background necessary for the conduct of the study of plant.

Το ερευνητικό αντικείμενο της Διατριβής είναι τα θέματα σθεναρότητας του προκύπτουν στα Δικτυωμένα Συστήματα Ελέγχου (Νetworked Cοntrοlled Systems - εφεξής "ΝCS"), όπου η βασική πηγή αβεβαιότητας είναι οι καθυστερήσεις λόγω δικτύου. Στο πλαίσιο αυτό παρουσιάζονται απότελέσματα του αφορούν στην ανάλυση σθεναρής ευστάθειας και στην σύνθεση σθεναρών ελεγκτών. Να επισημανθεί ότι στην Διατριβή, ο προσδιορισμός "σθεναρός" αφορά απόκλειστικά σθεναρότητα (ευστάθειας και επιδόσεων) ως προς τις αβέβαιες, χρονικά μεταβαλλόμενες, φραγμένες καθυστερήσεις. Τα μελετώμενα ΝCS απαρτίζονται από την διασύνδεση γραμμικών χρονικά αμετάβλητων συστημάτων συνεχούς χρόνου με ελεγκτές διακριτού χρόνου. Η βασική διάρθρωση των συστημάτων αυτών απαρτίζεται από έναν "οδηγούμενο από χρόνο" (time driven) αισθητήρα / δειγματολήπτη (με σταθερή περίοδο δειγματοληψίας h) που μεταδίδει μέσω του δικτύου τα δείγματα που λαμβάνει από το σύστημα στον "οδηγούμενο από γεγονότα" (event–driven) ελεγκτή. Ακολούθως ο ελεγκτής υπολογίζει την δράση ελέγχου και την μεταδίδει μέσω του δικτύου στον "οδηγούμενο από γεγονότα" (eveτιt–driven) ενεργοποιητή. Οι διαδικασίες της μοντελοποίησης, της ανάλυσης ευστάθειας και της σύνθεσης σθεναρών ελεγκτών (στατικών αλλά και κατά τμήματα γραμμικών) στην εργασία αυτή λαμβάνουν χώρα στο πεδίο του διακριτού χρόνου μετά από διακριτοποίηση του συνολικού συστήματος. Όσον αφορά στην ανάλυση σθεναρής ευστάθειας προτείνονται δύο προσεγγίσεις: • η πρώτη, βασιζόμενη σε ανάλυση ιδιαζουσών τιμών, είναι υπολογιστικά ελκυστική αλλά συνήθως δίδει συντηρητικά αποτελέσματα, • ενώ η δεύτερη, διατυπωμένη σαν ανισότητα πινάκων (LMI), είναι απαιτητική ως προς τον χρόνο υπολογισμού αλλά δίδει αποτελέσματα με μειωμένο συντηρητισμό. Όσον αφορά στην σύνθεση σθεναρών ελεγκτών ανατροφοδότησης κατάστασης μελετώνται οι εξής προσεγγίσεις: • Σύνθεση σθεναρής ευσταθειοποιούσας ανατροφοδότησης κατάστασης • Σύνθεση σθεναρής ευσταθειοποιούσας ανατροφοδότησης κατάστασης "εγγυημένου κόστους" που απαντάει στην συνδυασμένη απαίτηση ευστάθειας και επίδοσης • Σύνθεση σθεναρής ευσταθειοποιούσας ανατροφοδότησης κατάστασης με περιορισμό (Cοnstrained Controller) για ΝCS με "μικρή καθυστέρηση". Επέκταση των αποτελεσμάτων για ΝCS με "μεγάλη καθυστέρηση". Εφαρμογή των παραπάνω αποτελεσμάτων σε προβλήματα παρακολούθησης σταθερής εντολής (set point tracking). • Σύνθεση σθεναρής ευσταθειοποιούσας ανατροφοδότησης κατάστασης με περιορισμό (Constrained Controller), για ΝCS με μικρή και διακοπτική καθυστέρηση. / This research work is concerned with robustness issues arising in Νetworked Cοntrοlled Systems - ("ΝCS"), where the main sources of uncertainty are the time-varying network-induced delays. In this framework the presented results concern robust stability analysis and synthesis of robust controllers. The NCS studied consist of a Linear Time Invariant continuous time plant and a discrete time controller. This configuration includes a time driven (periodic) sampler (taking samples from the sensors with constant sampling period h) and an event–driven controller which transmits the control command via the network to the event–driven actuator. Two modeling approaches for Networked Controlled Systems (NCS) with uncertainly varying bounded transmission delays and static discrete--time control laws are presented. Different models are offered for each case, all linked to the objective of designing robust discrete-time controllers. It is analytically shown how the careful mixing of asynchronous (event--driven) and synchronized (clocked) signals can lead to discrete time uncertain (possibly switched) systems, where results form robust control analysis and synthesis can be applied. After showing the implications of these modelling results for control synthesis purposes, sufficient conditions for the robust stability are given for each approach and a comparison of the conservatism of results is discussed The first group of robust stability results (one for each of the two discrete-time NCS models) is based on a singular value formulation, which although conservative, is extremely simple and has low computational cost The second one is derived and expressed via Linear Matrix Inequalities (LMI) and yields less conservative results at the expense of higher computational cost. Regarding the synthesis of Robust controllers, the following four methodologies were developed: 1. Synthesis of Robust Static State feedback 2. Synthesis of Robust Static State feedback via the “Guaranteed Cost Formulation” which combines stability and performance design objectives 3. Synthesis of Constrained Robust feedback controller (with a Piecewise Affine Structure) which respects the constraints on the control effort and the state (or output). 4. The previous result (Constrained Robust feedback controller) is then generalized for set-point tracking and for various types of network-induced delays (small, large and switching delays)

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, σχεδιάζονται και υλοποιούνται συστήματα με βάση τη πλατφόρμα του Arduino. Το πρώτο σύστημα αφορά ένα Wireless Persistence of Vision Display, ουσιαστικά μία οθόνη, σχήματος δίσκου, που αποτελείται από μία περιστρεφόμενη στήλη LEDs. Συνεχίζουμε με το σχεδιασμό ενός συστήματος ικανού για γρήγορη πρόβλεψη και ανακατασκευή σημάτων, με σκοπό τη μελλοντική χρήση του στο συγχρονισμό ενεργειακών δικτύων. Ύστερα προχωράμε στην υλοποίηση ενός συστήματος εντοπισμού διεύθυνσης πηγής ήχου, μέσα από την ψηφιακή επεξεργασία ηχητικών σημάτων. Τέλος, η εμπειρία που αποκομίσθηκε με βάση το Arduino μας οδήγησε στη μελέτη μιας εκπαιδευτικής πλατφόρμας βασισμένη σε FPGA, το «F-Penguino», που ως στόχο έχει να αναδείξει την ευελιξία και ταχύτητα συστημάτων βασισμένα σε υλοποίηση με περιγραφή υλικού / In this thesis, we design and implement various systems based on the Arduino platform. The first system is a Wireless Persistence of Vision Display, which is actually a round screen, made of a rotating column of LEDs. We also design a system capable of fast prediction and reconstruction of signals, with an utter goal, its future use in effectively connecting different power networks. Furthermore, we implement a sound source localization system, using DSP techniques and fundamental robotics. Finally, the experience obtained using the Arduino, led us to involve with an FPGA based platform, the “F-Penguino”, the goal of which is to indicate the versatility and speed of systems based on hardware-description implementations.