Στην παρούσα εργασία θα κατασκευασθεί διάταξη ελέγχου για τον Πιεζοηλεκτρικό κινητήρα οδεύοντος κύματος. Αρχικά συγκεντρώθηκε όλη η απαραίτητη βιβλιογραφία αναφορικά με τους Πιεζοηλεκτρικούς κινητήρες. Η αναζήτηση χωρίστηκε σε δύο μέρη. Αναζήτηση τρόπων οδήγησης του κινητήρα και σε αναζήτηση μεθόδων ελέγχου αυτού. Στη συνέχεια συγκεντρώθηκαν όλες οι διαθέσιμες διατάξεις για την οδήγηση του κινητήρα που είχαμε στη διάθεση μας. Οι διατάξεις αυτές ήταν δύο. Η πρώτη ήταν η εργοστασιακή διάταξη, η οποία περιλαμβανόταν στο πακέτο αγοράς του κινητήρα και η δεύτερη η διάταξη που είχε κατασκευασθεί από το Χ. Πάτσιο στα πλαίσια της διπλωματικής του εργασίας. Για την όσο το δυνατόν καλύτερη κατανόηση της λειτουργίας τους καθώς και αναγνώριση των μειονεκτημάτων, ώστε να τα απαλείψουμε στη δική μας διάταξη, συντελέστηκαν αρκετά πειράματα με αυτές. Το επόμενο βήμα ήταν να αποφασίσουμε ποιo είδος μετατροπέα θα χρησιμοποιήσουμε. Αποφασίστηκε να διατηρήσουμε το σκεπτικό που αναπτύσσεται στη διπλωματική εργασία του Χ. Πάτσιου, μιας και πληρούσε τις προϋποθέσεις που θέσαμε και ήταν καινοτόμο. Η κατασκευή της διάταξης οδήγησης έγινε με ολοκληρωμένα ισχύος, δηλαδή με ολοκληρωμένα που περιλαμβάνουν διακοπτικά στοιχεία ισχύος. Τα στοιχεία αυτά χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας και για το λόγο αυτό ήμασταν ιδιαιτέρως επιφυλακτικοί. Τελικά κρίθηκαν αντάξια των προσδοκιών που είχαμε θέσει. Στο σημείο αυτό άρχισε το δεύτερο τμήμα της εργασίας αυτής, η κατασκευή λογισμικού ελέγχου. Υλοποιήθηκαν τρεις μέθοδοι ελέγχου, on/off, PID και Ασαφής έλεγχος. Αρχικά παρατίθεται το θεωρητικό υπόβαθρο των μεθόδων και στη συνέχεια η εφαρμογή τους στο κινητήρα. Το λογισμικό αναπτύχθηκε σε περιβάλλον LabVIEW. / In this paper, a resonant converter has been studied and constructed, in order to drive an Ultrasonic motor. In advance, three different control schemes have been applied (OnOff, PID and fuzzy).

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται εξομοίωση ενός κινητήρα τύπου ultrasonic με χρήση του προγράμματος simulink του matlab. Αρχικά αφού συγκεντρώθηκε όλη η απαραίτητη βιβλιογραφία σχετικά με τους Πιεζοηλεκτρικούς κινητήρες, γίνεται αναφορά στους προδρόμους του ultrasonic και μελετάται συγκεκριμένα ο πιεζοηλεκτρικός κινητήρας οδεύοντος κύματος τύπου ultrasonic (TWUM). Αναλύεται λεπτομερώς η δομή και η αρχή λειτουργίας του, καθώς και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζει. Η συμπεριφορά του, η λειτουργία του και οι εξισώσεις που τη διέπουν, αποτελούν το αντικείμενο της παραπάνω εξομοίωσης. Παρουσιάζονται λεπτομερώς τα αποτελέσματα της εξομοίωσης, τα οποία και πιστοποιούν το γεγονός ότι το μοντέλο που δημιουργήθηκε προσομοιώνει τη συμπεριφορά του κινητήρα σε μόνιμη και μεταβατική κατάσταση. Κατόπιν κατασκευάζεται πειραματική διάταξη όπου χρησιμοποιείται μία μηχανή συνεχούς ρεύματος ως φορτίο στον ultrasonic και λαμβάνονται μετρήσεις όταν το ηλεκτροκινητήριο σύστημα βρισκόταν σε μόνιμη και σε μεταβατική κατάσταση. Τέλος γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων των παραπάνω μετρήσεων, αυτών που προέκυψαν από την εξομοίωση και των πειραματικών μετρήσεων. Διαπιστώνεται σύγκλιση μεταξύ τους, πράγμα που πιστοποιεί την επίτευξη του στόχου της παρούσας διπλωματικής εργασίας. / The aim of this thesis is the simulation of an ultrasonic motor using the simulink matlab program. Firstly, after selecting all the necessary bibliography on piezoelectric motors, reference was made to the precursors. The specific type of piezoelectric motor studied was a travelling wave ultrasonic motor one. A detailed analysis of the structure and the principle operation was undertaken. Moreover, this TWUM comes with a multitude of andvantages. Its behavior, its function and the equations that govern it were covered by the above simulation. Then, the results werw analyzed in detail.These testify to the fact that the model was createdto simulate the motor's behavior not only in steady state but also in transient. Next, an experimental device was constructed in which a DC motor was used as a load to the USM.Measurements were taken and finally, a comparison between the two sets of measurements was made. Those obtained by the simulation and the experimental measurements. A common pattern was observed between them which certifies the success of this thesis.

Το αντικείμενο της εργασίας είναι ο υπολογισμός του καρδιακού και αναπνευστικού παλμού με επεξεργασία του σήματος που λαμβάνεται με χρήση πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα. Ο αισθητήρας είναι τοποθετημένος στον λαιμό και ανιχνεύει ένα σήμα που περιλαμβάνει τόσο τον καρδιακό, όσο και τον αναπνευστικό ρυθμό. Η δειγματοληψία και μετατροπή του σήματος σε ψηφιακό γίνεται με χρήση του microcontroller MSP430F149 ο οποίος προγραμματίζεται κατάλληλα για το σκοπό αυτό. Το ψηφιακό αυτό σήμα επεξεργάζεται με κατωδιαβατό φίλτρο πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης προκειμένου να αποκοπούν οι υψηλές συχνότητες και υπολογίζεται η ενέργεια του προκύπτοντος σήματος. Εν συνεχεία με χρήση του FFT, και κατάλληλων φίλτρων γίνεται ο διαχωρισμός του σήματος σε αναπνοής και καρδιακού ρυθμού. / -

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Πανεπιστημίου Πατρών, είναι η μελέτη και κατασκευή ενός διπλοσυντονιζόμενου μετατροπέα για την οδήγηση πιεζοηλεκτρικού κινητήρα οδεύοντος κύματος τύπου ultrasonic. Αρχικά, γίνεται παρουσίαση των πιεζοηλεκτρικών κινητήρων, δηλαδή η αρχή λειτουργίας τους, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους καθώς και οι διαφορές τους σε σχέση με τους συμβατικούς ηλεκτροκινητήρες. Επίσης, γίνεται παρουσίαση των μετατροπέων συντονισμού που χρησιμοποιούνται σήμερα για την οδήγηση κινητήρων και τέλος προσομοιώνεται ο διπλοσυντονιζόμενος μετατροπέας με σκοπό να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται η μελέτη για την κατασκευή του διπλοσυντονιζόμενου μετατροπέα με τα χαρακτηριστικά που επιλέξαμε, καθώς επίσης και το κύκλωμα παλμοδότησης που χρησιμοποιήθηκε. Ο μετατροπέας αποτελείται από δύο ημιγέφυρες, οι οποίες οδηγούνται από ειδικό για το σκοπό αυτό ολοκληρωμένο. Στην έξοδο των δύο ημιγεφυρών έχουν τοποθετηθεί πυκνωτές και πηνία για τη δημιουργία του κυκλώματος συντονισμού. Ο μετατροπέας που κατασκευάστηκε προσφέρει μεγάλο εύρος ρύθμισης των στροφών του πιεζοηλεκτρικού κινητήρα, μεγάλη περιοχή ελέγχου ως προς τη συχνότητα λειτουργίας του κινητήρα λόγω της μεγάλης γραμμικής περιοχής ανάμεσα στις συχνότητες συντονισμού, καθώς και τη δυνατότητα δεξιόστροφης αλλά και αριστερόστροφης κίνησης. / The object of the present diploma study, which was elaborated in the Laboratory of Electromechanical Energy Transformation in University of Patras, was the design and construction of a LLCC resonant inverter for a Travelling Wave Ultrasonic Motor (TWUM) drive. Initially, there is a presentation of the piezoelectric motors, their advantages and disadvantages and their differences in comparison with the conventional electric motors. Also, a presentation of the resonant inverters used for driving ultrasonic motors and finally, the LLCC resonant inverter is simulated so as to extract useful conclusions about its behavior. Furthermore the development and construction process of an experimental LLCC resonant inverter is described. Special care has been taken in the dimentioning of the resonant capacitors and inductions. The final circuit consists of two half – bridges, which are driven by a FPGA. The constructed inverter provides a wide driving range of the piezoelectric motor, a large control area according to the functional frequency of the motor, due to the large linear area between the two resonant frequencies, as well as the ability of both right and left rotation.

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιείται μελέτη και υλοποίηση μεθοδολογιών εντοπισμού Ακουστικής Εκπομπής (ΑΕ) στα πλαίσια του Μη Καταστροφικού Ελέγχου (ΜΚΕ). Αρχικά παρουσιάζονται οι γενικότερες κατηγορίες μεθόδων ΜΚΕ και γίνεται μια κριτική ανάλυση των δημοφιλέστερων. Επίσης γίνεται αναφορά στο φαινόμενο του πιεζοηλεκτρισμού καθώς και των βασικότερων χαρακτηριστικών των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων που χρησιμοποιούνται ευρέως για την μέτρηση σημάτων ΑΕ. Εν συνεχεία πραγματοποιείται μια εκτενής αναφορά στη μέθοδο της ΑΕ, παρουσιάζοντας τα πλεονέκτημα και μειονεκτήματα της μεθόδου, τον τρόπο παραγωγής και διάδοσης των ακουστικών κυμάτων, τα φαινόμενα της εξασθένισης και της ταχύτητας διάδοσης καθώς και τον απαραίτητο εξοπλισμό για την μέτρηση των σημάτων ΑΕ. Αναφέρονται τα είδη σημάτων ΑΕ, οι βασικές παράμετροι που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά για τον εντοπισμό και ανάλυση αστοχιών καθώς και θεωρητικά μοντέλα για την προσομοίωση τέτοιων σημάτων στο Η/Υ. Εν συνεχεία αναλύεται το σημαντικό θέμα του εντοπισμού της θέσης της ακουστικής εκπομπής εξετάζοντας διάφορες μεθοδολογίες που έχουν αναπτυχθεί στην βιβλιογραφία. Οι μέθοδοι χρησιμοποιούν τους χρόνους άφιξης των σημάτων ή κάποιων χαρακτηριστικών αυτών για να υπολογίσουν την απόσταση αισθητήρων – πηγής και τελικά την θέση της πηγή. Τέλος παρουσιάζεται και αξιολογείται μεθοδολογία εντοπισμού της θέσης της ΑΕ υπολογίζοντας τους διαφορετικούς χρόνους άφιξης των φασματικών συνιστωσών του σήματος σε ένα αριθμό αισθητήρων. Αρχικά αναπτύχθηκε αλγόριθμος για τον υπολογισμό των χρόνων άφιξης των φασματικών χαρακτηριστικών χρησιμοποιώντας τα φίλτρα Goertzel. Ο αλγόριθμος υλοποιήθηκε σε υπολογιστικό μοντέλο (μέσω του λογισμικού MATLAB ) και αξιολογήθηκε για διαφορετικές θέσεις της πηγής. Σε κάθε περίπτωση η μέθοδος υπολογίζει με μεγάλη ακρίβεια τους χρόνους άφιξης των χαρακτηριστικών . Έχοντας μετρήσει τους χρόνους άφιξης οι κανονικοποιημένες αποστάσεις υπολογίζονται ελαχιστοποιώντας την συνάρτηση τετραγωνικού σφάλματος μεταξύ των πραγματικών χρόνων και των μετρούμενων χρόνων των φασματικών συνιστωσών και τέλος η ακριβής θέση της πηγής υπολογίζεται αναλυτικά ελαχιστοποιώντας την συνάρτηση τετραγωνικού σφάλματος μετρούμενων και πραγματικών αποστάσεων πηγής και αισθητήρων. Οι παραπάνω αλγόριθμοι υλοποιήθηκαν σε υπολογιστικά μοντέλα και αξιολογήθηκαν σε διάφορα υπολογιστικά πειράματα. Στα παραπάνω πειράματα δοκιμάζονται οι αλγόριθμοι για διαφορετικές θέσεις πηγής και αισθητήρων στο επίπεδο και τον χώρο. Επίσης αναλύεται η επίδραση του θορύβου των μετρήσεων προσθέτοντας λευκό Γκαουσιανό θόρυβο στις αρχικές παραμέτρους.Εδώ πρέπει να εξεταστεί η τροποποίηση του αλγορίθμου και η χρήση παραπάνω αισθητήρων για την μείωση της επίδρασης του θορύβου. / The objective of this thesis is the study and implementation of several methods for the Acoustic Emission (AE) source location. The thesis starts with a critical survey of several Non Destructive Testing (NDT) techniques as well as with a presentation of the basic characteristics of piezoelectric sensors. An extensive presentation of the AE method follows, including topics as the advantages and disadvantages of the method, acoustic emission sources and propagation of AE waves, attenuation and wave velocity, instrumentation. The different types of AE source signals as well as their basic parameters used to detect and identify several structural faults are reported. The methods of AE source location are analyzed. Most of methods use AE signals or signal characteristics Time of Arrival (TOA) to estimate the distances between the source and the sensors and finally the exact source location. Finally, an algorithm for calculation of TOA of several frequencies on different sensors is developed. The algorithm uses Goertzel filters on a moving window of the original signal to identify the TOA of different frequencies. Algorithm is implemented in MATLAB and its performance is evaluated using different source – sensors configurations. In all cases algorithm estimates with high accuracy the TOA . Based on the estimated TOA the normalized distances are estimated by minimizing the Sum of Square Errors (SSE) between the calculated and the real TOA and finally, the AE source location is estimated by minimizing the SSE between the calculated and the real distances between sensors and the AE source. The above algorithms are implemented in MATLAB as well, and their performance is evaluated for different configurations and noise levels.

Περίληψη Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διατύπωση µοντέλων µηχανικής και η ανάπτυξη µεθοδολογίας πεπερασµένων στοιχείων, για τηv αριθµητική επίλυση τoυ προβλήµατος της συζευγµένης µη-γραµµικής απόκρισης πιεζοηλεκτρικών κελυφών και πλακών µε εµφυτευµένα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία. Η ανάπτυξη της παρούσας µεθόδου στηρίχθηκε σε θεωρίες µεσοµηχανικής για τη ανάλυση στρωµατοποιηµένων πιεζοηλεκτρικών κελυφών και κατά επέκταση πλακών και δοκών. Πιο συγκεκριµένα διατυπώνονται σε επίπεδο στρώσης, οι καταστατικές εξισώσεις του ηλεκτροµηχανικού πεδίου, οι εξισώσεις συµβιβαστού των παραµορφώσεων-µετατοπίσεων, που εµπεριέχουν την γεωµετρική µη γραµµικότητα, καθώς και οι γενικευµένες εξισώσεις κίνησης (εξισώσεις ισορροπίας των τάσεων στο µηχανικό και διατήρησης ηλεκτρικού φορτίου στο ηλεκτρικό πεδίο). Στη συνέχεια δύναται να γραφούν οι παραπάνω εξισώσεις κίνησης σε ολοκληρωτική µορφή, µε την βοήθεια της αρχής των φανταστικών µετατοπίσεων, ώστε να ισχύουν για ολόκληρη την πιεζοηλεκτρική πολύστρωτη δοµή. Τα παραπάνω ολοκληρώµατα όγκου υποβιβάζονται σε ολοκληρώµατα επιφάνειας µε την εισαγωγή των κινηµατικών υποθέσεων για τις ελαστικές και ηλεκτρικές µεταβλητές κατάστασης. Για την επίλυση των παραπάνω συζευγµένων µη γραµµικών ολοκληρωτικών εξισώσεων αναπτύχθηκε µέθοδος πεπερασµένων στοιχείων. ∆υο 8-κοµβα συζευγµένα µη γραµµικά ισοπαραµετρικά πεπερασµένα στοιχεία κελύφους και πλάκας αναπτύσσονται. Στο εσωτερικό των στοιχειών το παραµορφωσιακό πεδίο προσεγγίζεται µε πολυώνυµικές εξισώσεις δευτέρου βαθµού, που ονοµάζονται συναρτήσεις µορφής. Με την βοήθεια των συναρτήσεων µορφής προκύπτουν οι συζευγµένες µη γραµµικές εξισώσεις σε µητρωική µορφή, και λόγω του ότι εξαρτώνται από τη λύση δεν µπορούν να λυθούν απευθείας αλλά χρησιµοποιείται µια σταδιακή- επαναληπτική µέθοδος βασισµένη στη Newton-Raphson τεχνική. Αφού πραγµατοποιηθεί η σύνθεση των ολικών µητρώων, εφαρµοστούν οι µηχανικές και ηλεκτρικές συνοριακές συνθήκες τελικά επιλύονται οι προκύπτουσες γραµµικοποιηµένες συζευγµένες εξισώσεις σε κάθε επανάληψη εως ότου επιτευχθεί σύγκλιση της λύσης. Σε κάθε επανάληψη υπολογίζονται ταπραγµατικά και εφαπτοµενικά µη γραµµικά µητρώα καθώς επίσης και τα διανύσµατα ανισορροπίας µεταξύ των εξωτερικών και εσωτερικών δυνάµεων και ηλεκτρικών φορτίων. Τα µη γραµµικά ελαστικά και πιεζοηλεκτρικά µητρώα, που εµπεριέχουν τη γεωµετρική µη γραµµικότητα, καθώς και τα γραµµικά επιλύονται αριθµητικά µε τη µέθοδο Gauss. Η παρούσα µέθοδος µπορεί να εφαρµοστεί για τη διερεύνηση και αριθµητική επίλυση µιας σειράς προβληµάτων ευφυών πιεζοηλεκτρικών κατασκευών, όπου η γεωµετρική µη γραµµικότητα (µεγάλες µετατοπίσεις και περιστροφές σε σχέση µε το πάχος, αλλά µικρές παραµορφώσεις) παίζει σηµαντικό ή πρωτεύοντα ρόλο, µε ιδιαίτερη έµφαση στα εξής προβλήµατα: Μοντελοποίηση ευφυών κατασκευών υπό µεγάλη κάµψη. Εφαρµογές σε κατασκευές, στις οποίες επιδιώκονται µεγάλες αλλαγές στο σχήµα τους µέσω µεγάλων ενεργών µετατοπίσεων και περιστροφών, υπό την επιβολή ηλεκτρικού πεδίου στους πιεζοηλεκτρικούς διεγέρτες (morphing structures) . Πρόβλεψη κρίσιµων επίπεδων µηχανικών δυνάµεων και ηλεκτρικών τάσεων λυγισµού, οι οποίες µπορεί να οδηγήσουν τις ευφυείς πλάκες και τα κελύφη σε συνθήκες λυγισµού και απώλειας ευστάθειας. Πρόβλεψη και προσοµοίωση του λυγισµού και µετα-λυγισµού σε panel αεροναυπηγικών κατασκευών, µέσω παρακολούθησης της µεταβολής των φυσικών συχνοτήτων της κατασκευής ή της αναπτυσσόµενης ηλεκτρικής τάσης στους πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες. Την ενεργή µεταβολή της δυσκαµψίας (αύξηση ή µείωση) ευφυών κατασκευών µε την επιβολή κατάλληλου ηλεκτρικού δυναµικού στους πιεζοηλεκτρικούς διεγέρτες. Πρόβλεψη της µετάβασης των πιεζοηλεκτρικών κελυφών από τη µια θέση ισορροπίας σε άλλη (snap-through), υπό την επιβολή µηχανικού φορτίου ή πιεζοηλεκτρικής καµπτικής ροπής µέσω των πιεζοηλεκτρικών διεγερτών.πραγµατικά και εφαπτοµενικά µη γραµµικά µητρώα καθώς επίσης και τα διανύσµατα ανισορροπίας µεταξύ των εξωτερικών και εσωτερικών δυνάµεων και ηλεκτρικών φορτίων. Τα µη γραµµικά ελαστικά και πιεζοηλεκτρικά µητρώα, που εµπεριέχουν τη γεωµετρική µη γραµµικότητα, καθώς και τα γραµµικά επιλύονται αριθµητικά µε τη µέθοδο Gauss. Η παρούσα µέθοδος µπορεί να εφαρµοστεί για τη διερεύνηση και αριθµητική επίλυση µιας σειράς προβληµάτων ευφυών πιεζοηλεκτρικών κατασκευών, όπου η γεωµετρική µη γραµµικότητα (µεγάλες µετατοπίσεις και περιστροφές σε σχέση µε το πάχος, αλλά µικρές παραµορφώσεις) παίζει σηµαντικό ή πρωτεύοντα ρόλο, µε ιδιαίτερη έµφαση στα εξής προβλήµατα: Μοντελοποίηση ευφυών κατασκευών υπό µεγάλη κάµψη. Εφαρµογές σε κατασκευές, στις οποίες επιδιώκονται µεγάλες αλλαγές στο σχήµα τους µέσω µεγάλων ενεργών µετατοπίσεων και περιστροφών, υπό την επιβολή ηλεκτρικού πεδίου στους πιεζοηλεκτρικούς διεγέρτες (morphing structures) . Πρόβλεψη κρίσιµων επίπεδων µηχανικών δυνάµεων και ηλεκτρικών τάσεων λυγισµού, οι οποίες µπορεί να οδηγήσουν τις ευφυείς πλάκες και τα κελύφη σε συνθήκες λυγισµού και απώλειας ευστάθειας. Πρόβλεψη και προσοµοίωση του λυγισµού και µετα-λυγισµού σε panel αεροναυπηγικών κατασκευών, µέσω παρακολούθησης της µεταβολής των φυσικών συχνοτήτων της κατασκευής ή της αναπτυσσόµενης ηλεκτρικής τάσης στους πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες. Την ενεργή µεταβολή της δυσκαµψίας (αύξηση ή µείωση) ευφυών κατασκευών µε την επιβολή κατάλληλου ηλεκτρικού δυναµικού στους πιεζοηλεκτρικούς διεγέρτες. Πρόβλεψη της µετάβασης των πιεζοηλεκτρικών κελυφών από τη µια θέση ισορροπίας σε άλλη (snap-through), υπό την επιβολή µηχανικού φορτίου ή πιεζοηλεκτρικής καµπτικής ροπής µέσω των πιεζοηλεκτρικών διεγερτών.πραγµατικά και εφαπτοµενικά µη γραµµικά µητρώα καθώς επίσης και τα διανύσµατα ανισορροπίας µεταξύ των εξωτερικών και εσωτερικών δυνάµεων και ηλεκτρικών φορτίων. Τα µη γραµµικά ελαστικά και πιεζοηλεκτρικά µητρώα, που εµπεριέχουν τη γεωµετρική µη γραµµικότητα, καθώς και τα γραµµικά επιλύονται αριθµητικά µε τη µέθοδο Gauss. Η παρούσα µέθοδος µπορεί να εφαρµοστεί για τη διερεύνηση και αριθµητική επίλυση µιας σειράς προβληµάτων ευφυών πιεζοηλεκτρικών κατασκευών, όπου η γεωµετρική µη γραµµικότητα (µεγάλες µετατοπίσεις και περιστροφές σε σχέση µε το πάχος, αλλά µικρές παραµορφώσεις) παίζει σηµαντικό ή πρωτεύοντα ρόλο, µε ιδιαίτερη έµφαση στα εξής προβλήµατα: Μοντελοποίηση ευφυών κατασκευών υπό µεγάλη κάµψη. Εφαρµογές σε κατασκευές, στις οποίες επιδιώκονται µεγάλες αλλαγές στο σχήµα τους µέσω µεγάλων ενεργών µετατοπίσεων και περιστροφών, υπό την επιβολή ηλεκτρικού πεδίου στους πιεζοηλεκτρικούς διεγέρτες (morphing structures) . Πρόβλεψη κρίσιµων επίπεδων µηχανικών δυνάµεων και ηλεκτρικών τάσεων λυγισµού, οι οποίες µπορεί να οδηγήσουν τις ευφυείς πλάκες και τα κελύφη σε συνθήκες λυγισµού και απώλειας ευστάθειας. Πρόβλεψη και προσοµοίωση του λυγισµού και µετα-λυγισµού σε panel αεροναυπηγικών κατασκευών, µέσω παρακολούθησης της µεταβολής των φυσικών συχνοτήτων της κατασκευής ή της αναπτυσσόµενης ηλεκτρικής τάσης στους πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες. Την ενεργή µεταβολή της δυσκαµψίας (αύξηση ή µείωση) ευφυών κατασκευών µε την επιβολή κατάλληλου ηλεκτρικού δυναµικού στους πιεζοηλεκτρικούς διεγέρτες. Πρόβλεψη της µετάβασης των πιεζοηλεκτρικών κελυφών από τη µια θέση ισορροπίας σε άλλη (snap-through), υπό την επιβολή µηχανικού φορτίου ή πιεζοηλεκτρικής καµπτικής ροπής µέσω των πιεζοηλεκτρικών διεγερτών. / -

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως κύριο αντικείμενο μελέτης την μοντελοποίηση και έλεγχο ενός μικρορομποτικού βραχίονα αναλυόμενου σε σφαιρικά πεπερασμένα στοιχεία σε περιβάλλον με εξωτερικές δυνάμεις Van Der Waals και συνυπολογίζοντας την τριβή. Τα κύρια σημεία είναι η εισαγωγή των εξωτερικών δυνάμεων στο μοντέλο του μικρορομπότ, η δημιουργία προσαρμοστικού ελέγχου για την επίτευξη ακολουθίας τροχιάς με αναγνώριση και ακύρωση των ισχυρών μεταβαλλόμενων εξωτερικών δυνάμεων, η αναγνώριση της θέσης και η αποφυγή εμποδίων σε άγνωστο περιβάλλον κλίμακας μικρομέτρων και ο καθορισμός τροχιάς για προσέγγιση σημείων στον χώρο εργασίας του μικρορομπότ. Προτείνεται επίσης ένα σύστημα επενέργησης σε διάταξη τένοντα με νανοκαλώδια και γίνεται μελέτη της αντοχής του σε σχέση με τις μέγιστες δυνάμεις-ροπές που παρουσιάζονται κατά τον έλεγχο. Για την αναγνώριση των εξωτερικών δυνάμεων δοκιμάζονται διαφορετικά είδη εκτιμητών και εξετάζεται η απόδοσή τους στο συνολικό σύστημα. / The present PhD thesis has a key object the modeling and control of a micro robotic manipulator, represented by spherical particles in an environment with external Van Der Waals forces and taking friction into account. The main points are a) the insertion of the external forces in the micro robot model, b) the adaptive control used in order to follow a desired trajectory, with identification and cancellation of the external forces, the position identification and avoidance of obstacles in an unstructured micrometer scale environment and the trajectory planning towards a target point in the task space of the microrobot. Also a tendon like actuation system is proposed, using nanowires and its mechanical properties are studied in order to determine the viability of its use in relation to the required torques during the control process. For the external force identification scheme, various types of estimators are proposed and their efficiency in the system is studied.