Βασικό αντικείμενο της εργασίας είναι ο έλεγχος και η ευστάθεια ομάδων αποτελούμενων από κινούμενα ρομπότ. Για το σκοπό αυτό καταγράφονται και παρουσιάζονται, αναλυτικά, μέθοδοι και τρόποι που εξυπηρετούν προς την κατεύθυνση αυτή. Η εργασία χωρίζεται σε τέσσερα κεφάλαια, από τα οποία, τα τρία πρώτα έχουν θεωρητικό χαρακτήρα, σε αντίθεση με το τέταρτο κεφάλαιο που είναι πρακτικού περιεχομένου. Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί, κατά μία έννοια, εισαγωγή στο θέμα του ελέγχου ρομπότ, καθώς παρουσίαζεται σε αυτό μία μέθοδος με την οποία επιτυγχάνεται ο έλεγχος και ο σχεδιασμός κίνησης για ένα και μόνο ρομπότ, σε περιβάλλον εμποδίων. Με τον τρόπο αυτό δίνεται μία βάση και ένα θεωρητικό πλαίσιο, για την περαιτέρω μελέτη, που παρουσιάζεται στα επόμενα κεφάλαια και αφορά ομάδες από κινούμενα ρομπότ. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση μίας μεθόδου με την οποία μπορεί να καθοριστεί ένας σχηματισμός αποτελούμενος από ρομπότ, ικανός να εκτελέσει διάφορες επιθυμητές κινήσεις και κατόπιν, αφού εξασφαλιστεί αυτή η ικανότητα, να κατασκευάστεί ένα κατάλληλο σύστημα ελέγχου για την πραγματοποιήση των κινήσεων αυτών. Στο τρίτο κεφάλαιο, που ολοκληρώνει και το θεωρητικό μέρος της εργασίας αυτής, γίνεται η καταγραφή μιας μεθόδου για την εξέταση της ευστάθειας σχηματισμών ρομπότ κατά την εκτέλεση κινήσεων στο χώρο, σε περιβάλλον εμποδιών. Η μέθοδος αυτή συναντάται με τον αγγλικό όρο, Leader-to-Formation Stability (LFS) και σχετίζεται με τον βαθμό διατήρησης της μορφής του σχηματισμού και των σφαλμάτων σχηματισμού εντός επιτρεπτών ορίων. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται η παρουσίαση ενός προγράμματος σε γλώσσα Matlab, με το οποίο επιτυγχάνεται η προσομοίωση κινήσεων ενός ή πολλών ρομπότ στο επίπεδο, σε περιβάλλον εμποδίων. Το πρόγραμμα συναντάται εξ ολοκλήρου και στο συνοδευτικό CD της εργασίας. / Basic object of this work is the control and the stability of teams constituted of moving robots. For this aim they are recorded and are presented, analytically, methods and ways that they serve to this direction. The work is separated in four chapters, from which, the three first have theoretical character, contrary to the fourth chapter that is of practical content. The first chapter constitutes, at a significance, import in the subject of robot control , as is presented in this, a method with which are achieved the control and the planning of movement for one and alone robot, in environment of obstacles. With this way is given a base and a theoretical frame, for the further study, that is presented in the next capitals and concerns teams of moving robots. In the second chapter comes the presentation of a method with which it can be determined a formation of robots, that is capable to execute various, desirable movements and then, after is ensured this faculty, is been constructed a suitable system of control for the realisation of this movements. In the third chapter, that it completes also the theoretical part of this work, comes the recording of a method for the examination of stability of formations of robots, at the implementation of movements in the space, in environment of obstacles. This method is met with the English term, Leader-to-Formation Stability (LFS) and is related with the degree of maintenance of form of the formation and faults of formation inside permissible limits. In the fourth chapter, comes the presentation of a program in Matlab language , with which is achieved the simulation of movements of one or many robots on the surface, in environment of obstacles. The program is met entirely also in the accompanying CD of this work.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εντάσσεται στο πλαίσιο που αφορά στο πεδίο ελέγχου συστημάτων ισχύος και ειδικότερα στην εφαρμογή προηγμένων μεθόδων στην ανάλυση και τον έλεγχο στρεφόμενων ηλεκτρικών μηχανών οδηγούμενων από ηλεκτρονικές διατάξεις ισχύος. Ειδικότερα, λαμβάνοντας υπόψη τα ακριβή μη γραμμικά μοντέλα των μετατροπέων ισχύος και των ηλεκτρικών μηχανών, αναλύεται η μορφή και η συμπεριφορά των ολοκληρωμένων συστημάτων που χρησιμοποιούνται για την οδήγηση των μηχανών και αποδεικνύεται ότι τα μοντέλα αυτά μπορούν να περιγραφούν με τη γενική παθητική Hamiltonian μορφή. Οι ηλεκτρονικές διατάξεις ισχύος που μελετώνται είναι ο μετατροπέας ΣΡ/ΣΡ ανύψωσης τάσης και ο τριφασικός μετατροπέας σε λειτουργία ανορθωτή και μετατροπέα, ενώ επίσης μελετώνται οι μηχανές ΣΡ ξένης διέγερσης και με διέγερση σε σειρά καθώς επίσης και η τριφασική επαγωγική μηχανή. Έχοντας αναπτύξει τα πλήρη μοντέλα, προτείνεται ένας νέος μη γραμμικός νόμος ελέγχου κατάλληλος για τη γενική παθητική Hamiltonian μορφή των συστημάτων τα οποία περιλαμβάνουν διακοπτικούς μετατροπείς ισχύος. Μια εκτενής μη γραμμική μαθηματική ανάλυση αποδεικνύει ότι ο προτεινόμενος νόμος ελέγχου εγγυάται ευστάθεια και σύγκλιση στο επιθυμητό σημείο ισορροπίας για το σύστημα κλειστού βρόχου. Ο έλεγχος αυτός εφαρμόζεται για τον έλεγχο κινητήρων ΣΡ οδηγούμενων από μετατροπέα ΣΡ/ΣΡ ανύψωσης τάσης καθώς και στην τριφασική επαγωγική μηχανή. Η ανάλυση και η εφαρμογή του ελέγχου οδηγεί στην ανάγκη για επεκτάσεις στη μορφή του ώστε να αυξηθεί η σθεναρότητά του ως προς τις αρχικές συνθήκες, να βελτιωθεί η μεταβατική του συμπεριφορά και να εφαρμοστεί κατάλληλα σε τριφασικούς μετατροπείς ισχύος ώστε να εγγυάται συγκεκριμένες λειτουργίες όπως γραμμική διαμόρφωση. Με την εφαρμογή του ελέγχου στην επαγωγική μηχανή, προτείνεται μια πλήρης σχεδίαση που λειτουργεί είτε βασιζόμενη στη λογική του προσανατολισμένου πεδίου, είτε πλήρως ανεξάρτητα από αυτή, ενώ μελετάται και η συμπεριφορά του σε καταστάσεις εξασθένησης πεδίου. Τέλος, η λογική του ελέγχου επιβεβαιώνεται σε ένα σύστημα ανεμογεννήτριας συνδεδεμένης στο δίκτυο μέσω πλήρους συστήματος μετατροπέων ισχύος με διασύνδεση συνεχούς ρεύματος. Σε όλες τις περιπτώσεις παρουσιάζονται προσομοιώσεις και κατά το δυνατό πειραματικά αποτελέσματα μέσω κατάλληλων εργαστηριακών διατάξεων. / The present PhD dissertation is addressed in the research field of control of power systems and more precisely in providing advanced methods for the analysis and control of electrical machines driven by power devices. Particularly, taking into account the accurate nonlinear models of the power converters and the electrical machines, the structure and the behavior of the complete models used for machine driving are analyzed based on the generalized Hamiltonian-passive form. The power converters discussed are the DC/DC boost converter and the three-phase power converter used as a rectifier or an inverter, while the separately-excited and the series-connected DC motors along with the three-phase induction machine are studied as well. After providing the complete dynamic models, a new nonlinear control scheme suitable for the generalized Hamiltonian-passive systems with switching devices is proposed. Using an extended mathematical analysis, it is proven that the proposed controller guarantees stability and convergence to the desired equilibrium for the closed-loop system. The proposed control application is tested for DC drive systems fed by DC/DC boost converters as well as for induction motor systems fed by AC/DC/AC converters. The control analysis and application leads to the extension of the control structure in order to increase the robustness with respect to the initial conditions, to improve the transient performance and to be suitably applied in three-phase power converter systems, guaranteeing simultaneously certain operating constraints such as linear modulation. For the case of the induction motor control, a complete form of the controller is proposed that acts either in the frame of field-orientation or independently from it, while the controller is also studied in field-weakening conditions. Finally, the controller performance is studied in a wind generating system connected to the grid through a full-scale power converter. In all cases, simulation results are presented while experimental results are provided where possible by using suitable laboratory testbeds.

Στην παρούσα διατριβή ασχολούμαστε με την μελέτη περιοδικών και ασυμπτωτικών λύσεων στο περιορισμένο πρόβλημα των τεσσάρων σωμάτων. Πιο συγκεκριμένα: Στο κεφάλαιο 1 περιγράφουμε το πρόβλημα των τριών και των τεσσάρων σωμάτων, κάνοντας μια ιστορική αναδρομή και παραθέτουμε τις αρχικές εξισώσεις της κίνησης. Στο κεφάλαιο 2 μελετάμε αριθμητικά το περιορισμένο πρόβλημα των τεσσάρων σωμάτων, στην Lagrangian διαμόρφωση. Υπολογίζουμε τα σημεία ισορροπίας, καθώς και τις επιτρεπτές περιοχές κίνησης του τέταρτου σώματος. Στο κεφάλαιο 3 μελετάμε την ευστάθεια των σημείων ισορροπίας. Επίσης υπολογίζουμε και παρουσιάζουμε τις περιοχές έλξης, για το δυναμικό σύστημα των τεσσάρων σωμάτων. Στο κεφάλαιο 4 μελετάμε οικογένειες απλών συμμετρικών και μη συμμετρικών περιοδικών τροχιών του περιορισμένου προβλήματος των τεσσάρων σωμάτων. Υπολογίζουμε για κάθε περίπτωση τιμών των μαζών, σειρές κρίσιμων περιοδικών τροχιών κάθε οικογένειας ξεχωριστά. Τέλος στο κεφάλαιο 5 μελετάμε αριθμητικά οικογένειες απλών ασύμμετρων περιοδικών τροχιών στο περιορισμένο πρόβλημα των τεσσάρων σωμάτων, έχοντας θέσει ως πρωτεύοντα σώματα τους ΄Ηλιο - Δία και έναν Τρωικό Αστεροειδή και θεωρώντας ως τέταρτο αμελητέας μάζας σώμα ένα διαστημόπλοιο. Τα πρωτεύοντα σώματα υπακούουν στην ευσταθή Lagrangian τριγωνική διαμόρφωση. Μελετήσαμε επίσης αναλυτικά και αριθμητικά τις λύσεις στην περιοχή των ευσταθών σημείων ισορροπίας του συστήματος, βρήκαmε οικογένειες περιοδικών λύσεων και μελετήσαμε την γραμμική ευστάθεια τους. Τα αποτελέσματα των κεφαλαίων 2,3,4 και 5 έχουν δημοσιευτεί σε τρία διεθνή περιοδικά και ένα κομμάτι του κεφαλαίου 5 παρουσιάστηκε σε διεθνές συνέδριο (με συγγραφείς τους Μπαλταγιάννη Α. και Παπαδάκη Κ.). Πιο συγκεκριμένα η μελέτη των κεφαλαίων 2 και 3 έχει δημοσιευτεί στο περιοδικό “International Journal of Bifurcation and Chaos, 21, 2011, pp. 2179-2193” με τον τίτλο: “Equilibrium Points and their stability in the restricted four-body problem”. Τα αποτελέσματα του κεφαλαίου 4 δημοσιεύτηκαν mε τον τίτλο: “Families of periodic orbits in the restricted four-body problem” στο περιοδικό “Astrophysics and Space Science, 336, 2011, pp. 357-367”. Επίσης το κεφάλαιο 5 υπό τον τίτλο “Periodic solutions in the Sun - Jupiter - Trojan Asteroid - Spacecraft system”, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ”Planetary and Space Science, 75, 2013, pp. 148-157”. Το διεθνές συνέδριο στο οποίο παρουσιάστηκε τμήμα του κεφαλαίου 5 ήταν το : “10th Hellenic Astronomical Conference, Proceedings of the conference held at Ioannina, Greece, 5-8 September 2011, pp. 23-24” και η εργασία είχε τίτλο: “Families of periodic orbits in the Sun - Jupiter - Trojan Asteroid system”. Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε με την οικονομική υποστήριξη του ερευνητικού προγράμματος του Πανεπιστημίου Πατρών: Κ. Καραθεοδωρή. / In this thesis we are concerned with the periodic and asymptotic solutions of the restricted four - body problem. In chapter 1 we describe the three - body and four - body problem, starting with historical information. We also present the needed equations of motion and integrals of the problem. In chapter 2 we study numerically the problem of four - bodies, according to the Lagrangian equilateral triangle configuration. We find the equilibrium points and the allowed regions of motion. In chapter 3 we study the stability of the relative equibrium solutions. We also illustrate the regions of the basins of attraction for the equilibrium points of the present dynamical model. In chapter 4 we present families of simple symmetric and non-symmetric periodic orbits in the restricted four-body problem. Series of critical periodic orbits of each family and in any case of the mass parameters are also calculated. In chapter 5 we study, numerically, families of simple non-symmetric periodic orbits of the restricted four-body problem, where we consider the three primary bodies as Sun, Jupiter and a Trojan Asteroid and as a massless fourth body, a spacecraft. The primary bodies are set in the stable Lagrangian equilateral triangle configuration. We also study analytically the solutions in the neighborhood of the stable equilibrium points and the linear stability of each periodic solution. The results of the chapters 2,3,4 and 5 have been published in three journals and a part of chapter 5 has been presented in an international conference. Chapters 2 and 3 have been published in “International Journal of Bifurcation and Chaos, 21, 2011, pp. 2179-2193” under the title of “Equilibrium Points and their stability in the restricted four-body problem”. Chapter 4 has been titled “Families of periodic orbits in the restricted four- body problem” and published in “Astrophysics and Space Science, 336, 2011, pp. 357-367”. Chapter 5 has been titled “Periodic solutions in the Sun - Jupiter - Trojan Asteroid - Spacecraft system,” and published in “Planetary and Space Science, 75, 2013, pp. 148-157”. The conference was the “10th Hellenic Astronomical Conference, Proceedings of the conference held at Ioannina, Greece, 5-8 September 2011, pp. 23-24” and part of the chapter 5 was presented under the title of “Families of periodic orbits in the Sun - Jupiter - Trojan Asteroid system”. This thesis was compiled while the author was in receipt of “K.Karatheodory” research grant.

Το θέμα της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι η εφαρμογή της θεωρίας των Σχεδόν Πλήρως Αναλυόμενων Στοχαστικών Συστημάτων (Nearly Completely Decomposable) σε μία σειρά προβλημάτων στα οποία παραδοσιακές προσεγγίσεις αποδεικνύονται ερμηνευτικά στείρες και υπολογιστικά κοστοβόρες. Στο πρώτο μέρος της διπλωματικής αφού κάνουμε μία διαισθητικού τύπου παρουσίαση της ιδέας της decomposability και συνοψίσουμε τα απαραίτητα στοιχεία του θεωρητικού υποβάθρου που χρησιμοποιούμε στα πλαίσια της εργασίας, παραθέτουμε τονπυρήνα της θεωρίας της decomposability, όπως αυτή θεμελιώνεται μαθηματικά από τον Courtois στην κλασική του μονογραφία. Τέλος, παραθέτουμε και μία υλοποίηση του KMS αλγορίθμου Συσσωμάτωσης/Αποσυσσωμάτωσης, για τη λύση NCD συστημάτων. Το δεύτερο μέρος του συγγράμματος, είναι αφιερωμένο στην εφαρμογή της NCD σε δύο ενδιαφέροντα προβλήματα εκτίμησης απόδοσης υπολογιστικών συστημάτων. Συγκεκριμένα, μελετούμε μία ιδιότυπη ουρά που εξυπηρετεί πελάτες διαφορετικών κλάσεων, με τις ανά κλάση αφίξεις να χαρακτηρίζονται από εναλλαγές μεταξύ περιόδων ηρεμίας και κινητικότητας και την εξυπηρέτηση να γίνεται σε δέσμες πελατών της ίδιας κλάσης. Το κίνητρο για τη μελέτη αυτής της ουράς εντοπίζεται στη bursty φύση της μεταγωγής πακέτων στα σύγχρονα δίκτυα αλλά και στους reassembly buffers των multicluster πολυεπεξεργαστικών συστημάτων. Η ανάλυση της ουράς με παραδοσιακές τεχνικές οδηγεί αναπόφευκτα σε μαρκοβιανή αλυσίδα πολύ μεγάλου χώρου κατάστασης. Εμείς, ξεκινάμε από το πλήρες στοχαστικό μητρώο και αφού διαμερίσουμε κατάλληλα το χώρο καταστάσεων, αποδεικνύουμε ικανές συνθήκες υπό τις οποίες το αρχικό σύστημα είναι δυνατόν να αναλυθεί σε πολλαπλά επίπεδα υποσυστημάτων, η αυτόνομη ανάλυση των οποίων δίνει μία πολύ καλή προσέγγιση της στάσιμης κατανομής του αρχικού συστήματος. Επίσης, παραθέτουμε και αποδεικνύουμε μία ικανή συνθήκη για μηδενικό σφάλμα προσέγγισης και την ερμηνεύουμε σε όρους προδιαγραφών του προβλήματος. Τέλος, θεωρούμε μία ειδική συμμετρική εκδοχή για την οποία καταφέρνουμε να δώσουμε μία κλειστή έκφραση της κατανομής πληρότητας της ουράς συναρτήσει της λύσης των υποσυστημάτων. Για να δείξουμε την απλοποίηση της ανάλυσης που επιφέρει η χρήση του NCD μοντέλου θεωρούμε ένα σενάριο για το οποίο προχωρούμε την ανάλυση σε βάθος και καταφέρνουμε να εξάγουμε χρήσιμες μετρικές στις οποίες, σε αντίθετη περίπτωση, θα ήταν ιδιαίτερα επίπονο να καταλήξει κανείς. Συγκεκριμένα, υπολογίζουμε την πιθανότητα blocking και δείχνουμε πως αυτή μειώνεται σχεδόν εκθετικά με το μέγεθος της ουράς. Βλέπουμε τελικά πως η εκμετάλλευση της NCD ιδιότητας από τη μία διευκολύνει την ανάλυση και από την άλλη παρέχει ανεκτίμητη διαίσθηση σχετικά με τη μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος προς την κατάσταση στατιστικής ισορροπίας. Το δεύτερο μέρος της διπλωματικής κλείνει με τη μελέτη κριτηρίων υπό τα οποία, πολυεπεξεργαστικά συστήματα που χωρίζονται σε ομάδες ισχυρά αλληλεπιδρώντων επεξεργαστών, μπορούν να αναλυθούν με χρήση της θεωρίας NCD. Είναι γνωστό πως στα δίκτυα ουρών αναμονής συγκρίσιμων ρυθμών εξυπηρέτησης, η NCD του μητρώου πιθανοτήτων δρομολόγησης συνεπάγεται την NCD του δικτύου. Εμείς, θεωρούμε μία ειδική περίπτωση τέτοιων συστημάτων για την οποία δείχνουμε ένα, εύκολο να ελεγχθεί, κριτήριο για NCD. Τέλος, εξετάζουμε βαθύτερα το σφάλμα της προσέγγισης, και χρησιμοποιώντας ένα πρόσφατο αποτέλεσμα της θεωρίας των σχεδόν ασύζευκτων μαρκοβιανών αλυσίδων δίνουμε έναν επιπλέον ποιοτικό περιορισμό που πρέπει να ικανοποιούν τα εν λόγω συστήματα για να πάρει κανείς ικανοποιητική προσέγγιση από την ανάλυσή τους σε ανεξάρτητα block. Στο τρίτο μέρος της παρούσας εργασίας, εξετάζουμε την εφαρμογή της NCD στο πρόβλημα της κατάταξης ιστοσελίδων. Η πρόσφατη έρευνα έχει σχολιάσει την ειδική δομή του στοχαστικού μητρώου που προκύπτει από το γράφο του διαδικτύου· συγκεκριμένα, οι τοπολογικές ιδιότητες της αυτοoργάνωσης του Ιστού φαίνεται να παράγουν ένα στοχαστικό μητρώο με NCD δομή. Εμείς, αφού παραθέσουμε μία σύνοψη των μαθηματικών πίσω από τον αλγόριθμο PageRank, σχολιάζουμε και δικαιολογούμε διαισθητικά την NCD δομή του Ιστού αλλά και τη φύση των υποσυστημάτων. Τέλος, προτείνουμε έναν νέο αλγόριθμο κατάταξης με το όνομα NCDawareRank, o οποίος εκμεταλλεύεται την NCD ιδιότητα για να πετύχει ποιοτικότερο και ταχύτερο ranking. Μάλιστα, δίνουμε δύο εκδοχές του αλγορίθμου, μία σειριακή και μία παράλληλη, η οποία εκμεταλλεύεται την NCD του Ιστού και υπολογιστικά. Τα οφέλη που υπόσχεται ο NCDawareRank τα επιβεβαιώνουμε και πειραματικά εκτελώντας μία σειρά από πειράματα τόσο σε τεχνητά όσο και σε πραγματικά δεδομένα, αντιπαραβάλλοντας τα αποτελέσματα μας με αυτά του αλγορίθμου PageRank. O NCDawareRank φαίνεται μάλιστα να δίνει λύση σε ένα γνωστό πρόβλημα του PageRank: αυτό της μεροληψίας εναντίον νεοεισερχομένων σελίδων. Άλλο ένα, τέλος, παράπλευρο όφελος του αλγορίθμου NCDawareRank είναι αυτό της Levelwise κατάταξης, η οποία εκτός της σημασίας που έχει αφεαυτής, μπορεί να υποδείξει εξυπνότερο crawling ή ακόμα και αποδοτικότερα σχήματα ευρετηριοποίησης του Ιστού. Στο τέταρτο και τελευταίο μέρος της διπλωματικής εφαρμόζουμε την NCD στην εύρεση των στοχαστικά ευσταθών καταστάσεων μίας κατηγορίας εξελικτικών παιγνίων στα οποία εμφανίζονται πολυεπίπεδες στρατηγικές δυναμικές. Αφού παραθέσουμε κάποιες πρόσφατες παρατηρήσεις από τη βιβλιογραφία της οικονομετρίας σχετικά με την αξιοποίηση της NCD στην προσεγγιστική ανάλυσή τους, αποδεικνύουμε συνθήκες υπό τις οποίες είναι δυνατόν να πετύχει κανείς ακριβή ανάλυση. / The purpose of this master’s thesis is the application of the theory of Nearly Completelely Decomposable stochastic systems to a number of interesting problems for which tra- ditional techniques turn out to be both intuitively unappealing and computationally in- tractable. In the first part of this work, after introducing, the concept of decomposability in an intuitive way and summarizing the essential elements of the theoretical background that is necessary to follow the rest of the text, we present the fundamental mathematical principles of NCD as established by Courtois in his classic monograph. Finally, we give an implementation of the KMS iterative aggregation/disaggregation algorithm which is commonly used for the solution of NCD systems. The second part of the dissertation is devoted to the application of NCD to two inter- esting problems of Computer Systems Performance Evaluation. Specifically, we study an uncommon discrete time queue that serves customers from different classes, with the ar- rivals of each class characterized by alternating busy and idle periods. The service is done in batches of customers of the same class. The motivation behind the study of this queue, lies in the bursty nature of packet switching, as well as in the modern reassembly buffers of multicluster multiprocessor systems. The traditional analysis techniques of this queue inevitably lead to Markov chains with very large state space. We begin with the complete stochastic matrix and after careful partitioning of the state space, we give sufficient condi- tions under which the original system can be analysed through multi level decomposition into subsystems, the autonomous analysis of which results in a very good approximation to the stationary distribution of the original system. Furthermore, we present and prove a sufficient condition for an error-free approximation and we give an interpretation of this condition in terms of the specifications of the problem. Finally, we consider a special sym- metric version of the problem, for which we manage to derive a closed-form expression for the queue’s occupancy distribution as a function of the steady state probabilities of the subsystems. To demonstrate the simplification of the analysis brought by the NCD model, we con- sider a scenario in which we proceed to an in depth analysis and we manage to extract useful metrics the derivation of which, would be considerably harder without exploiting 13 Abstract 14 NCD. Specifically, we calculate the blocking probability and we show that it decreases almost exponentially with the size of the queue. From our analysis, it is clear that the exploitation of the NCD model increases significantly our ability to understand the dy- namics of our system and to interpret aspects of its transient behaviour towards statistical equilibrium. The second part of this work ends with the study of criteria under which multipro- cessing systems, that can be divided into groups of strongly interacting processors, can be analysed using the theory of NCD. It is known that in queueing networks with servers of comparable service rates, the NCD of the routing probability matrix implies the NCD of the network. We consider a special case of such systems and we derive an easy to check criterion for NCD. Finally, we look deeper into the error analysis of this approach, and using a recent result from the theory of nearly uncoupled Markov chains, we give an addi- tional qualitative constrain to be met by these systems in order to get a good approximation of their analysis into independent blocks. In the third part of this paper, we examine the application of NCD to the problem of ranking websites. Recent research has commented on the special structure of the stochastic matrix which corresponds to the web-graph. In particular, the topological properties of the Web seems to produce a NCD stochastic matrix. Here, after presenting briefly the mathe- matical basis of PageRank, we give a linear algebraic as well as an intuitive justification of the NCD Web structure and we discuss the nature of the subsystems. Finally, we propose a new ranking algorithm named NCDawareRank, which exploits NCD in order to achieve a fairer and faster ranking. Indeed, we give two versions of the algorithm, one serial and one parallel, in which we take advantage of the computational benefits of NCD as well. The advantages of NCDawareRank are then confirmed experimentally through a series of tests on both, artificial and real data. NCDawareRank seems to solve a known problem of PageRank: the bias against new websites. Finally, another side benefit of our algorithm is that it makes it easy to extract a level-wise ranking, which besides its importance in itself, may indicate smarter crawling or even more sophisticated and efficient indexing schemes of the Web. Finally, in the fourth part of this work we apply NCD to the problem of finding the stochastically stable states of a class of evolutionary games which involve multilevel strategic dynamics. After presenting some interesting recent results coming from the lit- erature of econometrics, we give conditions under which it is possible to get the exact stochastically stable states through the use of NCD.

Η σύγχρονη επιστήμη της εξωτερικής βλητικής έχει εξελιχθεί ως εξειδικευμένος κλάδος της δυναμικής των στερεών σωμάτων, που κινούνται υπό την επίδραση της βαρύτητας και των αεροδυναμικών δυνάμεων και ροπών. Στην παρούσα διατριβή μελετάται η προσομοίωση του δυναμικού μοντέλου ατμοσφαιρικής τροχιάς των 6 βαθμών ελευθερίας (6-DOF), εφαρμόζεται για ακριβή πρόβλεψη τροχιών από διάφορες γωνίες βολής σε μικρά και σε μεγάλα βεληνεκή και γίνεται σύγκριση με το γραμμικό μοντέλο τροχιάς, για περιστρεφόμενα ή μη περιστρεφόμενα βλήματα και σφαίρες λαμβάνοντας υπόψη τον αριθμό Mach και τις μεταβολές της συνολικής γωνίας εκτροπής σε σχέση με τους μεταβλητούς και σταθερούς αεροδυναμικούς συντελεστές. Επίσης, μελετώνται τα δύο είδη ευστάθειας του βλήματος: η στατική ή γυροσκοπική ευστάθεια που αφορά τη στατική θέση ισορροπίας του βλήματος και η δυναμική ευστάθεια που αφορά την κινητική του κατάσταση. Η λύση της διαφορικής εξίσωσης για ολοκληρωμένη ή απλοποιημένη κίνηση περιστρεφόμενων αξονοσυμμετρικών βλημάτων, μπορεί να μας περιγράψει την ακρογωνιαία φύση της επικυκλικής κίνησης των βλημάτων. Τέλος, αναπτύσσεται νέα σχέση υπολογισμού της επίδρασης του φαινόμενου της αεροδυναμικής αναπήδησης της ταχύτητας για περιστρεφόμενα βλήματα τα οποία πυροδοτούνται οριζόντια από μεταβλητές γωνίες, μέσα από ιπτάμενο όχημα (ελικόπτερο, πολεμικό αεροπλάνο). / On the battlefield, it is well known that the target effects using artillery systems diminish exponentially with the number of rounds fired at a particular target. To maximize target effects, rounds must be designed to hit a target with a minimum number of rounds that impact the target in rapid succession. The modern science of the exterior ballistics has evolved as a specialized branch of the dynamics of rigid bodies, moving under the influence of gravitational and aerodynamic forces and moments. The six degrees of freedom (6-DOF) simulation flight dynamics model is applied for the accurate prediction of short and long-range trajectories of high and low fin spin-stabilized projectiles and small bullets. Variable coefficients of aerodynamic forces, moments and Magnus effects are taken into account depending on Mach number and total angle of attack variations. The above analysis is compared to the modified linear modified simulation model for rapid trajectory predictions and high accuracy impact point computations for constant and variable aerodynamic coefficients is also applied for the accurate prediction of short and long range trajectories. The computational results of the proposed synthesized analysis give satisfactory agreement with other technical data and recognized exterior atmospheric projectile flight investigations. The variable modified atmospheric flight model can be further coupled to a suitable trajectory tracking control system for current and future control actions applied to projectiles for minimizing the estimated error to target impact area. Epicyclic motion and gyroscopic stability analysis are also examined for spinning and non-spinning projectiles. A new engineering correlation is proposed for the flat-fire disturbance due to aerodynamic jump performance firing at different angles which relative to the helicopter’s flight path motion. The computational results of the generalized aerodynamic jump formula are verified compared to McCoy’s recognized simulation modelling.