Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή επικεντρώνεται στην μελέτη της παράκτιας ζώνης της νήσου Λέρου στο Νοτιοανατολικό Αιγαίο, παρουσιάζοντας τα αποτελέσματα της ερμηνείας των γεωφυσικών στοιχείων που συλλέχθηκαν από το Εργαστήριο Θαλάσσιας Γεωλογίας και Φυσικής Ωκεανογραφίας (Ε.ΘΑ.ΓΕ.Φ.Ω.) τον Ιούνιο του 2011. Η έρευνα φιλοδοξεί να συνεισφέρει στην ανάδειξη της υποθαλάσσιας πολιτιστικής και φυσικής κληρονομιάς του νησιού, καθώς η συλλογή, επεξεργασία και ερμηνεία του συνόλου των δεδομένων επέτρεψε την αναγνώριση και την λεπτομερή χαρτογράφηση υποθαλάσσιων στόχων μεγάλης ιστορικής και περιβαλλοντικής σημασίας. Ως εκ τούτου, η διατριβή κινείται σε δύο κατευθύνσεις. Η πρώτη κατεύθυνση αφορά στον εντοπισμό στόχων πιθανής ιστορικής σπουδαιότητας που εντοπίστηκαν στην επιφάνεια του πυθμένα ενώ η δεύτερη κατεύθυνση αφορά στον εντοπισμό και την αποτύπωση βιογενών σχηματισμών και συγκεκριμένα λειμώνων P. Oceanica και ασβεστιτικών ροδοφυκών (corallegene formations). Οι θαλάσσιες έρευνες πραγματοποιήθηκαν σε δύο διακριτά στάδια, στην συστηματική αποτύπωση του πυθμένα με ηχοβολιστή πλευρικής σάρωσης (EG&G 272 TD) και την οπτική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων της ηχοβολιστικής αποτύπωσης με σύστημα συρόμενης υποβρύχιας κάμερας. Η ανάλυση και επεξεργασία των ηχογραφιών οδήγησε στον εντοπισμό ναυαγίων που συνδέονται με τη Μάχη της Λέρου (9-10/1943), ένα από τα σημαντικότερα πολεμικά γεγονότα που έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου πολέμου, στην ανατολική Μεσόγειο και τα οποία αποτελούν πολύτιμα ιστορικά στοιχεία σε παγκόσμια κλίμακα, μεταξύ των οποίων το βυθισμένο ελληνικό αντιτορπιλικό Βασίλισσα ‘Ολγα (D15). Στο πλαίσιο της δεύτερης κατεύθυνσης εντοπίστηκαν και χαρτογραφήθηκαν οι λειμώνες P. Oceanica και οι σχηματισμοί των ασβεστιτικών ροδοφυκών σχεδόν ανά όρμο περιμετρικά της νήσου. Η σχεδίαση των αντιστοίχων υποθαλάσσιων θεματικών χαρτών της παράκτιας ζώνης της Λέρου αναμένεται να αποτελέσουν ένα σημαντικό εργαλείο στην προστασία και στην ανάδειξη της σημαντικής υποθαλάσσιας ιστορικής και φυσικής κληρονομιάς του νησιού / The present study describes the submarine geophysical survey which was carried out in Leros Island, Aegean Sea and presents the results of the geophysical data analysis. The data were collected by the Laboratory of Marine Geology & Physical Oceanography, department of Geology, University of Patras during the period 11-17 June 2011. The research aims to contribute to the enhancement of underwater cultural and natural heritage of the island, as the collection, processing and interpretation of all of the data has allowed the identification of underwater targets of great historic and environmental importance. Geophysical survey in Leros Island, using a side scan sonar (EG&G 272 TD), coupled with ground-truthing by deploying a Towing Camera System of historic shipwrecks from World War II and of the major seabed habitats, namely Posidonia oceanica and coralligène formations. The survey revealed a great number of shipwrecks associated with the Battle of Leros (9-10/1943), one of the most important military events that took place during the World War II, in the Eastern Mediterranean which are considered as valuable historic data on a global scale, including the sunken Greek destroyer Queen Olga (D15). The design of the thematic maps of the coastal zone of Leros is expected to become an important tool in both protecting and promoting the significant underwater cultural and natural heritage of the island.

This PhD dissertation proposes innovative methodologies to support the designing and the mapping process of embedded systems. Due to the increasing requirements, embedded systems have become quite complex, as they consist of several partially dependent heterogeneous components. Systematic Design Space Exploration (DSE) methodologies are required to support the near-optimal design of embedded systems within the available short time-to-market. In this target domain, the existing DSE approaches either require too much exploration time to find near-optimal designs due to the high number of parameters and the correlations between the parameters of the target domain, or they end up with a less efficient trade-off result in order to find a design within acceptable time. In this dissertation we present an alternative DSE methodology, which is based on systematic creation of scalable and near-optimal DSE frameworks. The frameworks describe all the available options of the exploration space in a finite set of classes. A set of principles is presented which is used in the reusable DSE methodology to create a scalable and near-optimal framework and to efficiently use it to derive scalable and near-optimal design solutions within a Pareto trade-off space. The DSE reusable methodology is applied to several stages of the embedded system design flow to derive scalable and near-optimal methodologies. The first part of the dissertation is dedicated to the development of mapping methodologies for storing large embedded system data arrays in the lower layers of the on-chip background data memory hierarchy, and the second part to the DSE methodologies for the processing part of SW/HW architectures in embedded systems including the foreground memory systems. Existing mapping approaches for the background memory part are either enumerative, symbolic/polyhedral and worst case (heuristics) approximations. The enumerative approaches require too much exploration time, the worst case approximation lead to overestimation of the storage requirements, whereas the symbolic/polytope approaches are scalable and near-optimal for solid and regular iteration spaces. By applying the new reusable DSE methodology, we have developed an intra-signal in-place optimization methodology which is scalable and near-optimal for highly irregular access schemes. Scalable and near-optimal solutions for the different cases of the proposed methodology have been developed for the cases of non-overlapping and overlapping store and load access schemes. To support the proposed methodology, a new representation of the array access schemes, which is appropriate to express the irregular shapes in a scalable and near-optimal way, is presented. A general pattern formulation has been proposed which describes the access scheme in a compact and repetitive way. Pattern operations were developed to combine the patterns in a scalable and near-optimal way under all the potential pattern combination cases, which may exist in the application under study. In the processing oriented part of the dissertation, a DSE methodology is developed for mapping instance of a predefined target application domain onto a partially fixed architecture platform template, which consists of one processor core and several custom hardware accelerators. The DSE methodology consists of uni-directional steps, which are implemented through parametric templates and are applied without costly design iterations. The proposed DSE methodology explores the space by instantiating the steps and propagating design constraints which prune design options following the steps ordering. The result is a final Pareto trade-off curve with the most relevant near-optimal designs. As the scheduling and the assignment are the major tasks of both the foreground and the datapath, near-optimal and scalable techniques are required to support the parametric templates of the proposed DSE methodology. A framework which describes the scheduling and assignment of the scalars into the registers and the scheduling and assignment of the operation into the function units of the data path is developed. Based on the framework, a systematic methodology to arrive at parametric templates for scheduling and assignment techniques which satisfy the target domain constraints is developed. In this way, a scalable parametric template for scheduling and assignment tasks is created, which guarantees near-optimality for the domain under study. The developed template can be used in the Foreground Memory Management step and Data-path mapping step of the overall design flow. For the DSE of the domain under study, near-optimal results are hence achieved through a truly scalable technique. / Η παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνει καινοτόμες μεθοδολογίες για τον σχεδιασμό και τη διαδικασία απεικόνισης σε ενσωματωμένα συστημάτα. Λόγω των αυξανόμενων απαιτήσεων, τα ενσωματωμένα συστήματα είναι αρκετά περίπλοκα, καθώς αποτελούνται από πολλά και εν μέρει εξαρτώμενα ετερογενή στοιχεία. Συστηματικές μεθοδολογίες για την εξερεύνηση του χώρου λύσεων (Design Space Exploration – DSE) απαιτούνται σχεδόν βέλτιστες σχεδιάσεις ενσωματωμένων συστημάτων εντός του διαθέσιμου χρονου. Οι υπάρχουσες DSE μεθοδολογίες απαιτούν είτε πάρα πολύ χρόνο εξερεύνησης για να βρουν τους σχεδόν βέλτιστους σχεδιασμούς, λόγω του μεγάλου αριθμού των παραμέτρων και τις συσχετίσεις μεταξύ των παραμέτρων, ή καταλήγουν με ένα λιγότερο βέλτιστο σχέδιο, προκειμένου να βρειθεί ένας σχεδιασμός εντός του διαθέσιμου χρόνου. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζουμε μια εναλλακτική DSE μεθοδολογία, η οποία βασίζεται στη συστηματική δημιουργία επεκτάσιμων και σχεδόν βέλτιστων DSE πλαισίων. Τα πλαίσια περιγράφουν όλες τις διαθέσιμες επιλογές στο χώρο εξερεύνησης με ένα πεπερασμένο σύνολο κατηγοριών. Ένα σύνολο αρχών χρησιμοποιείται στην επαναχρησιμοποιήούμενη DSE μεθοδολογία για να δημιουργήσει ένα επεκτάσιμο και σχεδόν βέλτιστο DSE πλαίσιο και να χρησιμοποιήθεί αποτελεσματικά για να δημιουργήσει επεκτάσιμες και σχεδόν βέλτιστες σχεδιαστικές λύσεις σε ένα Pareto Trade-off χώρο λύσεων. Η DSE μεθοδολογία εφαρμόζεται διάφορα στάδια της σχεδιαστικής ροής για ενσωματωμένα συστήματα και να δημιουργήσει επεκτάσιμες και σχεδόν βέλτιστες μεθοδολογίες. Το πρώτο μέρος της διατριβής είναι αφιερωμένο στην ανάπτυξη των μεθόδων απεικόνισης για την αποθήκευση μεγάλων πινάκων που χρησιμοποιούνται στα ενσωματωμένα συστήματα και αποθηκεύονται στα χαμηλότερα στρώματα της on-chip Background ιεραρχία μνήμης. Το δεύτερο μέρος είναι αφιερωμένο σε DSE μεθοδολογίες για το τμήμα επεξεργασίας σε αρχιτεκτονικές λογισμικού/υλικού σε ενσωματωμένα συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων της προσκήνιας (foreground) μνήμης. Υπάρχουσες μεθοδολογίες απεικόνισης για την Background μνήμης είτε εξονυχιστικές, συμβολικές/πολυεδρικές και προσεγγίσεις με βάση τη χειρότερη περίπτωση. Οι εξονυχιστικές απαιτούν πάρα πολύ μεγάλο χρόνο εξερεύνησης, οι προσεγγίσεις οδηγούν σε υπερεκτίμηση των απαιτήσεων αποθήκευσης, ενώ οι συμβολικές είναι επεκτάσιμη και σχεδόν βέλτιστές μονο για τακτικούς χώρους επαναλήψεων. Με την εφαρμογή της προτεινόμενης DSE μεθοδολογίας αναπτύχθηκε μια επεκτάσιμη και σχεδόν βέλτιστη μεθοδολγοία για την εύρεση του αποθηκευτικού μεγέθους για τα δεδομένα ενός πίνακα για άτακτους και για τακτικούς χώρους επαναλήψεων. Προτάθηκε μια νέα αναπαράσταση των προσπελάσεων στη μνήμη, η οποία εκφράζει τα ακανόνιστα σχήματα στο χώρο επεναλήψεων με επακτάσιμο και σχεδόν βέλτιστο τρόπο. Στο δεύτερο τμήμα της διατριβής, μια DSE μεθοδολογία αναπτύχθηκε για το σχεδιασμό ενός προκαθορισμένου τομέα από εφαρμογές σε μια μερικώς αποφασισμένη αρχιτεκτονική πλατφόρμα, η οποία αποτελείται από ένα πυρήνα επεξεργαστή και αρκετούς συνεπεξεργαστές. Η DSE μεθοδολογία αποτελείται από μονής κατεύθυνσης βήματα, τα οποία υλοποιούνται μέσω παραμετρικών πλαισίων και εφαρμόζονται αποφέυγοντας τις δαπανηρές επαναλήψεις κατά τον σχεδιασμό. Η προτεινόμενη DSE μεθοδολογία εξερευνά το χώρο βρίσκοντας στιγμιότυπα για καθε βήμα και διαδίδονατς τις αποφάσεις μεταξύ βημάτων. Με αυτό το τρόπο κλαδεύουν τις επιλογές σχεδιασμού στα επόμενα βήματα. Το αποτέλεσμα είναι μια Pareto καμπύλη. Ένα DSE πλαίσιο προτάθηκε που περιγράφει τις τεχνικές χρονοπρογραμματισμού και ανάθεσης πόρων των καταχωρητών και των μονάδων εκτέλεσης του συστήματος. Προτάθηκε μια μεθοδολογία για να δημιουργεί σχεδόν βέλτιστα και επεκτάσιμα παραμετρικά πρότυπα για τον χρονοπρογραμματισμό και την ανάθεση πόρων που ικανοποιεί τους περιορισμούς ενός τομέα εφαρμογών.

Η διατριβή αυτή επικεντρώθηκε στη διερεύνηση της λειτουργίας των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος τοπολογίας μήτρας (matrix converters) και, ειδικότερα, των άμεσων μετατροπέων τοπολογίας μήτρας. Ο άμεσος μετατροπέας τοπολογίας μήτρας με τρία σκέλη αποτελείται από 18 τρανζίστορ ισχύος και 18 διόδους ισχύος και χρησιμοποιείται για τη μετατροπή μίας τριφασικής εναλλασσόμενης τάσης σε τριφασική εναλλασσόμενη τάση στην έξοδό του, με δυνατότητες ρύθμισης του πλάτους και της συχνότητας της τάσης εξόδου, διαμόρφωσης του ρεύματος εισόδου, ρύθμισης του συντελεστή ισχύος στην είσοδο και αμφίδρομης ροής ισχύος. Η μετατροπή αυτή γίνεται σε ένα στάδιο, χωρίς ενδιάμεσο στάδιο συνεχούς τάσης (ή συνεχούς ρεύματος), με αποτέλεσμα την αποφυγή χρήσης πυκνωτών μεγάλης χωρητικότητας και πηνίων μεγάλης επαγωγιμότητας. Οι μετατροπείς τοπολογίας μήτρας χαρακτηρίζονται από υψηλούς βαθμούς απόδοσης, υψηλές πυκνότητες ισχύος και πολύ μεγάλους λόγους ισχύος προς μάζα, ενώ το αρμονικό περιεχόμενο της τάσης εξόδου και του ρεύματος εισόδου αυτών είναι μικρό. Η πολυπλοκότητα αυτών των μετατροπέων είναι υψηλή και η δυσκολία υλοποίησής τους σημαντική. Η διερεύνηση των άμεσων μετατροπέων τοπολογίας μήτρας στα πλαίσια της παρούσας διατριβής εστιάστηκε κυρίως στην ανάπτυξη μεθόδων διάγνωσης σφαλμάτων ανοικτοκυκλώματος που συμβαίνουν στο μετατροπέα, καθώς και στην ανάπτυξη μεθόδων παλμοδότησης αυτών που βασίζονται στη χρήση φορέα για την κανονική και επανορθωτική τους λειτουργία. Η διατριβή αυτή περιλαμβάνει οκτώ κεφάλαια, το περιεχόμενο των οποίων περιγράφεται ακολούθως. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία εισαγωγή στους στόχους και τη διάρθρωση της παρούσας διατριβής. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μία εισαγωγή στους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος εναλλασσόμενης τάσης σε εναλλασσόμενη τάση μεταβλητής συχνότητας και πλάτους. Στο κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνεται η περιγραφή και η σύγκριση διαφόρων μετατροπέων τοπολογίας μήτρας, καθώς και η περιγραφή των συμβατικών μετατροπέων που χρησιμοποιούνται για την ίδια μετατροπή τάσης και η σύγκριση τους με τις δύο βασικότερες παραλλαγές των μετατροπέων τοπολογίας μήτρας. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφονται οι μέθοδοι που εφαρμόζονται για τον έλεγχο του άμεσου μετατροπέα τοπολογίας μήτρας. Συγκεκριμένα, περιγράφονται και συγκρίνονται διάφορες μέθοδοι παλμοδότησης που χρησιμοποιούνται σε αυτούς τους μετατροπείς, καθώς και οι βασικότερες μέθοδοι μετάβασης του ρεύματος. Στο κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνεται η περιγραφή μίας νέας μεθόδου παλμοδότησης με τη χρήση φορέα που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής και οδηγεί σε μειωμένες διακοπτικές απώλειες για χρήση στην περίπτωση που ο επιθυμητός λόγος μεταφοράς τάσης είναι μικρότερος ή ίσος του 50%. Στο Κεφάλαιο 4 περιγράφονται ο άμεσος μετατροπέας τοπολογίας μήτρας που σχεδιάσθηκε και κατασκευάσθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας και τα υπόλοιπα στοιχεία της πειραματικής διάταξης. Επιπρόσθετα, παρατίθενται ορισμένα αποτελέσματα πειραματικών δοκιμών που αφορούν τη λειτουργία επιμέρους τμημάτων του μετατροπέα. Στο Κεφάλαιο 5, αρχικώς, γίνεται μία σύντομη περιγραφή του μοντέλου του υπό μελέτη συστήματος στο περιβάλλον του λογισμικού Matlab/Simulink, παρατίθενται οι τιμές διαφόρων παραμέτρων αυτού και παρουσιάζονται και σχολιάζονται αποτελέσματα προσομοιώσεων της κανονικής λειτουργίας του άμεσου μετατροπέα τοπολογίας μήτρας. Επιπρόσθετα, περιγράφεται μία μέθοδος διανυσματικού ελέγχου της ταχύτητας περιστροφής μίας ασύγχρονης μηχανής τροφοδοτούμενης από άμεσο μετατροπέα τοπολογίας μήτρας και παρουσιάζονται αποτελέσματα προσομοιώσεων της λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος. Τέλος, στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται και σχολιάζονται αποτελέσματα πειραματικών δοκιμών της κανονικής λειτουργίας του άμεσου μετατροπέα τοπολογίας μήτρας. Στο Κεφάλαιο 6 εξετάζονται τα πιθανά σφάλματα στον άμεσο μετατροπέα τοπολογίας μήτρας και παρουσιάζονται αναλυτικά οι μέθοδοι διάγνωσης σφαλμάτων ανοικτοκυκλώματος και εντοπισμού ανοικτοκυκλωμένων τρανζίστορ σε αυτόν το μετατροπέα που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια αυτής της διατριβής. Περιγράφονται, επίσης, ορισμένες τεχνικές επεξεργασίας σήματος και στοιχεία της θεωρίας των ασαφών έμπειρων συστημάτων, τα οποία χρησιμοποιούνται στις μεθόδους διάγνωσης που προτάθηκαν στα πλαίσια αυτής της διατριβής. Στο Κεφάλαιο 7 περιγράφονται τοπολογίες και μέθοδοι παλμοδότησης για την επανορθωτική λειτουργία κινητηρίων συστημάτων με άμεσους μετατροπείς τοπολογίας μήτρας μετά την εμφάνιση σφαλμάτων στο μετατροπέα. Στο κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνεται η περιγραφή δύο μεθόδων παλμοδότησης με χρήση φορέα για την επανορθωτική λειτουργία του άμεσου μετατροπέα τοπολογίας μήτρας μετά από ένα σφάλμα ανοικτοκυκλώματος, μία για το μετατροπέα με πρόσθετο (τέταρτο) σκέλος και μία για το μετατροπέα χωρίς πρόσθετα στοιχεία, που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια αυτής της διατριβής. Τέλος, στο Κεφάλαιο 8 επισημαίνεται η συμβολή της παρούσας διδακτορικής διατριβής στην έρευνα σχετικά με τους Μ.Τ.Μ., ανακεφαλαιώνονται τα αποτελέσματα αυτής και αναφέρονται σημεία που μπορούν να αποτελέσουν αντικείμενο επιστημονικής έρευνας στο μέλλον. / This thesis was focused on the research in the matrix converters domain and, particularly, in direct matrix converters. The 3-leg direct matrix converter consists of 18 power transistors and 18 power diodes and is used for the conversion of a three-phase AC voltage to a three-phase AC voltage of variable amplitude and variable frequency. This topology is also capable of modulating the input current and adjusting the input power factor, whereas bidirectional power flow is allowed. This conversion is achieved in one stage with the direct connection of the input phases with the output phases, without using an intermediate DC link stage, resulting in elimination of the use of large capacitors and large inductors. The use of the matrix topology in power converters results in high efficiency, high power density and very high power-to-mass ratio, whereas the harmonic distortion of the output voltage and the input current is low. The complexity of the matrix converters is high resulting in significant implementation effort. In this thesis, the research in direct matrix converters was focused mainly on the development of diagnosis methods for open-circuit faults that arise in the matrix topology, as well as the development of carrier-based modulation methods for the normal and remedial operation of these converters. This thesis contains eight chapters, the content of which is described below. In Chapter 1 an introduction and a brief description of the aims and the structure of this thesis are provided. In Chapter 2 an introduction to the AC-AC power converters used for the modulation of an output voltage of variable amplitude and variable frequency is provided. A description and a comparison of various matrix converter topologies, a description of the conventional topologies used for the same voltage conversion and a comparison of the latter with the two most popular matrix topologies are included in this chapter. In Chapter 3 the methods required for the control of the direct matrix converter are presented. In detail, various modulation methods are described and compared and the most significant commutation methods are presented. In this chapter a novel carrier-based modulation method that was proposed in this work is also described which results in reduced switching losses for use in cases that the required voltage transfer ratio is up to 50%. In Chapter 4 the direct matrix converter that was designed and constructed in this work is presented and other parts of the experimental setup are described. Additionally, some experimental results related to the operation of matrix converter parts are provided. In Chapter 5 a brief description of the studied system’s model that was created using the Matlab/Simulink software is provided, the value of various parameters of this model is given and simulation results of the normal (healthy) operation of the matrix converter are presented and commented. Additionally, a vector control method for the speed control of an induction machine fed by a matrix converter is described and simulation results of its operation are demonstrated. Finally, experimental results of the normal operation of the matrix converter are presented and commented. In Chapter 6 the possible faults in direct matrix converters are studied and the methods to detect open-circuit faults and the open-circuited transistors localization method that were developed in this work are presented. Additionally, a description of signal processing methods and the basic theory of fuzzy inference systems, which are used by the proposed diagnosis methods, are included. In Chapter 7 topologies and modulation methods used for the remedial operation of the direct matrix converter after the occurrence of a fault are presented. In this chapter two carrier-based modulation methods for the remedial operation of the direct matrix converter after an open-circuit fault occurrence that were developed in this work are also described, one for the case of using a redundant (fourth) leg and one for the case of not using any redundant switches. In Chapter 8 the contribution of this thesis to the research in the matrix converters domain is highlighted, its additional results are noted and subjects of possible future work are provided.

Renewable Energy Sources (RES) are the most promising resources of energy production for everyday life. Therefore, the precise combination of RES based technologies into hybrid systems could provide the solution to several energy problems facing the planet. The motivation of the present research study is the total understanding of the prevailing phenomena by using RES equipment in several projects. This thesis will focus on standalone hybrid RES based systems. By presenting the RES systems the necessity of buffering systems will become apparent as the most crucial parts of off-grid systems. Therefore, the most well-established buffering technologies will be analytically presented in order to be subsequently embodied into the simulated RES applications. Following the above theoretical approach of RES based equipment and hybrid systems in general, this thesis will focus on a more applied research study comprising the energetic and economical simulation and optimization of a RES based stand alone system that is already installed in Leicestershire, UK. Based on local meteorological data, an optimization strategy has been developed to identify the most economical and efficient scenarios for electricity generation to cover the desirable load on an annual basis. Furthermore, the environmentally-friendly character of the system was highly concerned with emissions reduction; therefore the capability of an off-grid system was also investigated. The feasibility of RES based systems for electricity supply will then be presented for four different Greek Islands. Three specific typical loads have been selected to be covered and the grid connection was considered optional. Up to this point the simulation and optimization procedures were applied by using the HOMER software tool in order to investigate the most suitable well-established platform in the world. After the theoretical research study on the most well-known platform of HOMER an innovative optimization theory based on the energy part of a hybrid system will be presented in order to select the most efficient system according to the desired requirements and the location of a RES based project. This thesis will then focus on the design and operation of an autonomous hybrid system under real-life meteorological conditions which is capable of simulating several loads assumed to cover the electricity demands of small buildings. The specific hybrid system embodies technologies that use photovoltaic and wind energy in combination with an electrochemical storage bank. Experiments on the coverage of annual loads regarding a typical house, a typical country house and a small company were also performed to prove the feasibility of the stand-alone system. The same established RES project was then simulated on a yearly basis using the HOMER software platform to determine real-time results. The above analysis revealed that HOMER software cannot successfully simulate the operation of such a system, therefore the design of a new mathematical model to produce results similar to those of the experimental process was considered essential based on a new optimization strategy. / Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) αποτελούν τις πιο πολλά υποσχόμενες πηγές στον τομέα της παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας μέσα στην ανθρώπινη καθημερινότητα. Έτσι ο ακριβής συνδυασμός των ΑΠΕ σε υβριδικά συστήματα θα μπορούσε να αποτελέσει τη λύση στο μεγάλο ενεργειακό πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο πλανήτης τα τελευταία χρόνια και όσο περνάει ο καιρός αυτό φαίνεται να διογκώνεται. Το κίνητρο για την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής στηρίζεται στην ανάγκη για απόλυτη κατανόηση των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα κατά τη χρήση των ΑΠΕ σε διάφορα συστήματα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, μέσα από αυτή την έρευνα θα φανεί πως οι καιρικές συνθήκες επηρεάζουν τη συμπεριφορά ενός υβριδικού συστήματος και σε ποιό ποσοστό. Ακόμα περιμένουμε να γίνει φανερό το πόσο σημαντική είναι η σωστή επιλογή των τεχνολογιών σύμφωνα με τις ηλεκτρικές ανάγκες που πρέπει να καλυφθούν από ένα εγκατεστημένο σύστημα. Στη συνέχεια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε κάτω από ποιες συνθήκες ένα αυτόνομο υβριδικό σύστημα μπορεί να είναι εφικτό καθώς και πόσο ακριβή αποτελέσματα μπορούν αν δώσουν τα θεωρητικά μαθηματικά μοντέλα επάνω στην πρόβλεψη της λειτουργίας ενός συστήματος. Τέλος, παρουσιάστηκε πως μπορεί να ενισχυθεί ο οικολογικός χαρακτήρας ενός συστήματος ενώ την ίδια στιγμή αποκαλύφθηκε η κύρια αδυναμία του κατά τη λειτουργία καθώς και πως αυτή μπορεί να λυθεί με τη χρήση καινοτόμων συσκευών για την αποθήκευση ενέργειας. Μέσω της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποδείχθηκε πως ένα υβριδικό σύστημα υποστηριζόμενο από ΑΠΕ μπορεί να μετατραπεί σε εντελώς αυτόνομο με ενισχυμένο τον οικολογικό του χαρακτήρα και με την οικονομική και ενεργειακή βιωσιμότητά του να κυμαίνεται σε υψηλά επίπεδα. Το παραπάνω συμπέρασμα προέκυψε μέσω θεωρητικών αλλά και πειραματικών προσομοιώσεων διάφορων υβριδικών μονάδων. Αυτό αποτελεί ίσως το πιο ενθαρρυντικό στοιχείο για πλήρη αξιοποίηση των ΑΠΕ προκειμένου να καλυφθούν οι παγκόσμιες ενεργειακές ανάγκες με τρόπους εντελώς φιλικούς προς το περιβάλλον στο άμεσο μέλλον.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία προσομοιώθηκε, μέσω του προγράμματος Matlab και συγκεκριμένα μέσω της εργαλειοθήκης Simulink, ένα υβριδικό μικροδίκτυο το οποίο αποτελούνταν από μια φωτοβολταϊκή διάταξη των 85W, ένα συσσωρευτή ιόντων-λιθίου (Liion battery), δυο DC-DC μετατροπείς και ένα R-L φορτίο. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκαν 4 διαφορετικές τεχνικές ελέγχου σε 2 σημεία, έναν στην πλευρά του φωτοβολταϊκού και έναν στην πλευρά της μπαταρίας. Ο έλεγχος στην πλευρά του φωτοβολταϊκού στόχευε το ρεύμα του φωτοβολταϊκού κάθε χρονική στιγμή να έχει την κατάλληλη τιμή προκειμένου να επιτυγχάνεται η μέγιστη ισχύς μέσω σημείου απόδοσης της μέγιστης ισχύος (MPPT). Ο έλεγχος στην πλευρά της μπαταρίας έχει ως σκοπό την διατήρηση της τάσης του φορτίου στα 100 V.(Vload_reference=100V). Οι έλεγχοι που πραγματοποιήθηκαν ήταν με χρήση PI ελεγκτών, έλεγχοι εκμεταλλευόμενοι την παθητικότητα του Euler-Lagrange συστήματος (PBC), με χρήση ασαφών (fuzzy) ελεγκτών και με χρήση νευρο-ασαφών (neuro-fuzzy) ελεγκτών. / In this diploma thesis a DC hybrid microgrid was simulated by using the program Matlab and specifically the toolbox Simulink. The microgrid consists of a photovoltaic array, a Li-ion battery storage, two DC-DC converters and an R-L load. Four different control methods were then applied to our system in 2 places, one on the photovoltaic array and one on the battery. The one on the photovoltaic array aimed that the PV current would be such that every time the maximum power from the PV would be achieved through a maximum power point tracker. The one on the battery has the purpose of maintaining the load voltage at 100 Volts. The control methods which were implied were PI controllers, passivity based control, fuzzy controllers and neuro-fuzzy controllers.

Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη της ανάπτυξης περιβάλλοντος εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας για την υποστήριξη ανθρωποκεντρικών διεργασιών στον τομέα της παραγωγής. Οι τεχνολογίες εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας μπορούν να μειώσουν σημαντικά το χρόνο και το κόστος ανάπτυξης προϊόντων και διεργασιών στην παραγωγή. Αυτή τη στιγμή υπάρχει ένα μεγάλο χάσμα μεταξύ των συμβατικών CAD-βασιζόμενων μεθόδων και των μεθόδων προηγμένης προτυποποίησης και επικύρωσης που προσφέρει η χρήση της εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας. Συνεπώς, υπάρχει ανάγκη εμπλουτισμού των εικονικών περιβαλλόντων με νοημοσύνη, μέσω ενσωμάτωσης της γνώσης, επιτρέποντας την πραγματοποίηση πολύπλοκων εργασιών, μειώνοντας την ανάγκη για ανάπτυξη φυσικών πρωτοτύπων και αυξάνοντας τη δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης. Αφενός, περιβάλλοντα επαυξημένης πραγματικότητας που βασίζονται σε σημασιολογική γνώση καθώς και νέες μέθοδοι αλληλεπίδρασης με τον χρήστη μπορούν να παρέχουν τα μέσα για την επανατοποθέτηση του ανθρώπου στην παραγωγική διαδικασία. Αφετέρου, περιβάλλοντα εικονικής πραγματικότητας σε συνδυασμό με τη σημασιολογική γνώση μπορούν να παρέχουν μεθόδους και εργαλεία που ενσωματώνουν τις 3D γεωμετρίες με τις πληροφορίες και τη γνώση, έτσι ώστε οι μηχανικοί να μπορούν αποτελεσματικά να αξιολογήσουν και να διαχειρίζονται εικονικά πρωτότυπα σε ένα εμβυθισμένο και διαδραστικό περιβάλλον. Εντός της παρούσας διατριβής, αναπτύχθηκε μια γενική VR και AR προσέγγιση βασισμένη στην ανάλυση της ανθρώπινης εργασίας και των μεθόδων χαρτογράφησης της γνώσης που υλοποιούνται σε ένα πλαίσιο εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας. Το πλαίσιο VR/AR έχει αναπτυχθεί για να χρησιμοποιηθεί με την προσέγγιση μεθόδου δύο σταδίων χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές αλληλεπίδρασης. Η μέθοδος και το πλαίσιο που αναπτύχθηκαν επιβεβαιώνονται μέσα από μια σειρά πραγματικών δοκιμών στην παραγωγή, τόσο της αυτοκινητοβιομηχανίας όσο και της αεροδιαστημικής βιομηχανίας. Τέλος, η αξιολόγηση των προτεινόμενων μεθόδων και του πλαισίου βασίζεται σε πραγματικές δοκιμές στη βιομηχανία με χρήση ποσοτικών δεικτών, επιβεβαιώνοντας τη βελτίωση της ροής εργασιών σε σύγκριση με τη συμβατική. / The aim of this work is to study the development of virtual and augmented reality environment for the support of human-based processes in manufacturing. Virtual and augmented reality technologies can significantly reduce the development time and cost of products and processes in manufacturing. However there is currently a big gap between the conventional CAD-based processes and the advanced prototyping and validation methods offered with the use of VR and AR technology. There is a need for the virtual environments to be enriched with intelligence through the incorporation of knowledge. This will allow for complex tasks to be carried out, thus reducing the need for an ad hoc development, while the reusability of such an environment will be increased. On the one hand, augmented reality environments based on semantic knowledge and new user interaction methods can provide the means for putting the human back in the process loop at manufacturing level. On the other hand, virtual reality environments coupled with semantic knowledge can provide methods and tools that integrate 3D geometries with information/knowledge so that engineers can effectively evaluate and manipulate virtual prototypes in an immersive and interactive environment. Within the current dissertation, a generic VR and AR approach is developed based on human task analysis and knowledge mapping methods that are implemented in a Virtual and Augmented Reality Framework. The VR/AR framework is developed to be used with the two-step method approach using advanced interaction techniques. The developed method and framework are validated through a series of real life manufacturing test cases derived from both the automotive and aerospace industrial practices. Finally, an evaluation of the proposed methods and framework is carried out, based on one of the industrial test cases using quantitative metrics, giving insight on to the improvement of the engineering workflow using the proposed work compared with the conventional physical workflow.

Η παρούσα διατριβή έχει ως στόχο τη διερεύνηση των τεχνικογεωλογικών συνθηκών που επικρατούν στη λεκάνη Δυτικής Θεσσαλίας, με χρήση και εφαρμογή των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, καθώς επίσης τον προσδιορισμό και τη στατιστική επεξεργασία των τιμών των γεωμηχανικών χαρακτηριστικών των τεταρτογενών αποθέσεων που δομούν το πεδινό της τμήμα. Στο πλαίσιο αυτό σχεδιάστηκαν ογδόντα (80) θεματικοί χάρτες με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, από τους οποίους επιλέχτηκαν τελικά για παρουσίαση, εντός και εκτός κειμένου, οι πενήντα εννέα (59). Επίσης, συντάχτηκε πλήθος πινάκων, σχημάτων, χαρτογραφικών ή στατιστικών διαγραμμάτων, ενώ παράλληλα παρουσιάστηκε σειρά φωτογραφιών. Αναλυτικότερα, δίνεται κατ΄αρχήν το τεχνικογεωλογικό πλαίσιο της λεκάνης στην οποία εντάσσεται η παραπάνω έρευνα, με βάση την ανάλυση και σύνθεση στοιχείων που αναφέρονται στις γεωμορφολογικές και κλιματολογικές συνθήκες, το υδρομετεωρολογικό καθεστώς, τη σεισμικότητα και σεισμική επικινδυνότητα, τη λιθολογική σύσταση και δομή των σχηματισμών, τις υδρογεωλογικές και υδρολιθολογικές συνθήκες, καθώς και τις αποσαθρωτικές και διαβρωτικές διεργασίες των γεωλογικών σχηματισμών που δομούν την περιοχή έρευνας. Ακολούθως, παρουσιάζονται αναλυτικά οι τεχνικογεωλογικές συνθήκες που επικρατούν στη λεκάνη Δυτικής Θεσσαλίας και συντάχτηκε τεχνικογεωλογικός χάρτης σε κλίμακα 1:100.000. Στον εν λόγω χάρτη διακρίνονται είκοσι τρείς (23) τεχνικογεωλογικές ενότητες, έξι (6) για τις τεταρτογενείς αποθέσεις, δύο (2) για τους μεταλπικούς σχηματισμούς (νεογενή και μολάσσες) και δέκα πέντε (15) για τους σχηματισμούς του αλπικού υποβάθρου. Ο χάρτης αυτός συνοδεύεται από αναλυτικό Υπόμνημα. Στη συνέχεια, αναλύονται τα γεωμηχανικά χαρακτηριστικά (φυσικές ιδιότητες και μηχανικές παράμετροι) των τεταρτογενών αποθέσεων της περιοχής έρευνας, περιγράφεται η Βάση Γεωτεχνικών Δεδομένων που δημιουργήθηκε και παρατίθεται στατιστική ανάλυση των τιμών από τις παραπάνω παραμέτρους, καθώς και των αποτελεσμάτων από τις επί τόπου δοκιμές πρότυπης διείσδυσης και υδροπερατότητας. Ειδικότερα, έγινε συγκέντρωση, αξιολόγηση, τυποποίηση και καταγραφή-αρχειοθέτηση στην παραπάνω Βάση Δεδομένων των Γεωτεχνικών Πληροφοριών οι οποίες προέρχονται από 1.039 γεωτρήσεις που είχαν εκτελέσει διάφοροι φορείς του Δημόσιου και ιδιωτικού τομέα στο πεδινό τμήμα της λεκάνης Δυτικής Θεσσαλίας. Συνολικά καταχωρήθηκαν 22.463 εγγραφές σε έξι (6) Πίνακες, που στον καθένα αποθηκεύονται διαφορετικά τμήματα της γεωπληροφορίας. Επίσης, πραγματοποιήθηκε λεπτομερής ανάλυση του τεχνικoγεωλογικού πλαισίου και των σημαντικότερων παραμέτρων που υπεισέρχονται στο πρόβλημα των κατολισθήσεων. Ακολούθως, έγινε στατιστική επεξεργασία των στοιχείων της Βάσης Δεδομένων Κατολισθήσεων που δημιουργήθηκε και διερευνήθηκαν αναλυτικά οι σημαντικότεροι από τους παράγοντες που θεωρούνται υπεύθυνοι για την εκδήλωση κατολισθητικών φαινομένων και λαμβάνονται υπόψη στην εκτίμηση των επιδεκτικών προς κατολίσθηση περιοχών. Συνολικά αποτυπώθηκαν 979 θέσεις εκδήλωσης κατολισθήσεων, ενώ συντάχτηκε Χάρτης απογραφής κατολισθητικών φαινομένων και Χάρτης επιδεκτικότητας κατολισθήσεων στα όρια της λεκάνης Δυτικής Θεσσαλίας. Τέλος, καταγράφηκαν και αποτυπώθηκαν εδαφικές υποχωρήσεις που εκδηλώθηκαν σε οικισμούς (εντός ή εκτός οικιστικού ιστού) στην ευρύτερη περιοχή Φαρσάλων-Σοφάδων, ενώ διερευνήθηκαν τα πιθανά αίτια και ο μηχανισμός εκδήλωσης των φαινομένων αυτών. / The investigation of engineering-geological conditions of the Western Thessaly basin and the analysis of geomechanical characteristics of the Quaternary deposits, which occur in the flat part of the region, are examined in this thesis. In this framework, eighty (80) thematic maps have been produced using Geographic Information Systems. In addition, many tables, drawings, cartographic or statistical diagrams have been created. Moreover, a large number of photographs are also presented. The engineering-geological framework of the basin is given in detail, based on the analysis and composition of collected data, regarding, specifically, the geomorphological and hydrometeorological conditions, the seismicity and seismic hazard, the lithological characteristics and structure of the geological formations, the hydrogeological conditions, as well as the weathering and erosion processes exhibited in the geological formations that occur in the basin. Furthermore, an engineering-geological map of the Western Thessaly basin at a scale of 1:100,000 has been compiled, aiming to facilitate both urban planning and industrial development of the basin’s wider area. It is considered that this map may well contribute to the optimization of land use planning and improve the allocation and planning of civil engineering projects. The formations encountered in the basin are grouped into twenty three (23) engineering-geological unities, with regard to their geotechnical behaviour. The entire study, engaged to this thesis, was basically based on data from both in situ investigations and geotechnical information derived and evaluated from the utilisation of 1,039 existing boreholes and trial pits, in the plain part of the Western Thessaly basin. Totally 22,463 records were created and allocated in six (6) Tables. In each one of these tables different kind of geo-information were stored. The values of the above parameters were critically examined. Besides, statistical analysis was carried out on Standard Penetration and Permeability Tests result. All the geotechnical characteristics of the Quaternary deposits (physical properties and mechanical parameters) have been analyzed and a Geotechnical Database was created and presented in this thesis. Furthermore, a landslide inventory map of the Western Thessaly basin has been compiled. Many technical reports and studies, which refer to landslide occurrences, mainly obtained from the Institute of Geology and Mineral Exploration (IGME) were used to analyse and record all the landslides of the study area. A Database, using Microsoft Access, has been compiled. The connection between the Database system and Geographic Information Systems was established with the defined coordinates of the locations of existing landslide occurrences. After the necessary modifications, 979 landslide events were recorded and digitally stored. Also, a simple statistical evaluation of the available recordings was applied for the assessment of the engineering-geological data regarding the lithology and geomechanical characteristics of the encountered various geo-materials. Finally, the surface subsidence ruptures manifested in the basin’s area have been investigated.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έγινε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών Ηλεκτρονικής και Υπολογιστών, στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αντικείμενό της αποτελεί η μελέτη του φυσικού επιπέδου συστημάτων κινητής τηλεφωνίας τρίτης γενιάς και η εξομοίωση χαρακτηριστικού καναλιού του φυσικού επιπέδου σύμφωνα με την παγκόσμια προτυποποίηση 3GPP. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται ιστορική ανασκόπηση των συστημάτων προηγούμενων γενεών. Αναφέρονται βασικά προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπίσει ένα τηλεπικοινωνιακό σύστημα καθώς και η βασική δομή των κυψελοειδών συστημάτων. Γίνεται εισαγωγή στα συστήματα τρίτης γενιάς ως προς τις απαιτήσεις, τις υπηρεσίες που προσφέρουν, την προτυποποίηση και την αρχιτεκτονική τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετώνται οι τρόποι πολλαπλής πρόσβασης με ιδιαίτερη έμφαση στην προσπέλαση με διαίρεση κωδικών. Αναλύονται τα συστήματα διάχυσης φάσματος. Γίνεται εκτενής αναφορά και υλοποίηση προγραμμάτων για τις ψευδοτυχαίες ακολουθίες και τις ακολουθίες Gold. Στο τρίτο κεφάλαιο μελετάται η δομή δικτύων επικοινωνίας κατά το μοντέλο OSI. Αναφέρονται τα επίπεδα των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων με διεξοδική μελέτη του φυσικού επιπέδου και στις διεπαφές που χρησιμοποιεί για επικοινωνία καθώς και στις υπηρεσίες που προσφέρει. Αναλύεται η δομή όλων των φυσικών καναλιών και εξομοιώνεται η διαδικασία ενθυλάκωσης του καναλιού PRACH. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται οι κώδικες διάχυσης των φυσικών καναλιών ανερχόμενης ζεύξης καθώς και η διαδικασία διάχυσης τους. Δημιουργούνται προγράμματα που παράγουν αυτούς τους κώδικες και γίνεται εξομοίωση της διάχυσης και της αποδιάχυσης του PRACH καναλιού. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναφέρεται η διαδικασία κωδικοποίησης πηγής και μελετάται η PSK διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση που χρησιμοποιούν τα συστήματα τρίτης γενιάς. Υλοποιούνται προγράμματα που εξομοιώνουν τη συνολική διαδικασία σε ενθόρυβο κανάλι AWGN μελετώντας την επίδραση του θορύβου σε μεταδιδόμενο σήμα. Όλες οι εξομοιώσεις υλοποιήθηκαν με το πρόγραμμα Matlab 7.1. / This master thesis is a part of the post-graduate course of the Physics department of the University of Patras, on Electronics and Computers. Its main objective is the study of the physical layer of 3rd generation telecommunication systems and the simulation of a particular channel, in accordance to 3GPP specifications. In the first chapter we review telecommunication systems of previous generations. We also refer to major problems that need to be dealt with and also the basic structure of cellular networks. 3rd generation telecommunication systems, their requirements, offered services, standardisation and architecture are all introduced. In the second chapter we study multiple access methods, emphasising CDMA methods. Moreover, spread spectrum systems are analysed. Finally we refer to pseudorandom and Gold sequences. Programs are created which generate these sequences. In the third chapter we look into the structure of communication networks according to the OSI model. The layers of telecommunication systems are mentioned, laying emphasis on the physical layer, the interfaces used for communication as well as the offered services. We report all physical channels and we simulate the encapsulation of the PRACH channel. In the fourth chapter we analyse the spreading and scrambling codes referring to the uplink channels. Next we point out the code allocation process. Programs are created which generate these spreading and scrambling codes and we finally simulate the spreading and de-spreading process of the PRACH channel. In the fifth chapter we outline the source coding process using PCM, and we study PSK modulation and demodulation which are used by 3rd generation telecommunication systems. We create programs that simulate the whole procedure in a noisy channel, and we study the effect of AWGN. The programs were created and the simulations were run using Matlab version 7.1.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναλύθηκαν και μελετήθηκαν διάφορα συστήματα (ΗμΕ) προκειμένου να παρουσιαστεί η μοντελοποίηση τους. Κατά τη μοντελοποίηση αυτή, μελετήθη-καν τα χαρακτηριστικά τους και αναλύθηκε η συμπεριφορά τους. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν νόμοι ελέγχου, οι οποίοι εφαρμόστηκαν στα συστήματα των ΗμΕ προκειμένου να επιτευχθεί ο έλεγχος της συμπεριφοράς τους. Αναλυτικότερα τα ζητήματα με τα οποία ασχολήθηκε η διατριβή αυτή παρουσιάζονται παρακάτω. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η μοντελοποίηση των κάτωθι συστημάτων ΗμΕ: α) ένα σύστημα ΗμΕ του κυρίαρχου βαθμού ελευθερίας, β) ένα σύστημα ΗμΕ δύο βαθμών ελευθερίας και γ) ένα σύστημα ΗμΕ του κυρίαρ-χου βαθμού ελευθερίας στη μοντελοποίηση του οποίου λαμβάνεται υπόψιν η παρουσία του αέρα. Στη συνέχεια της διδακτορικής αυτής παρουσιάζονται και αναλύονται οι ελεγκτές οι οποίοι αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των συστημάτων αυτών και οι οποίοι είναι οι εξής: α) ένας Σθεναρός PID ελεγκτής, β) ένας Σθεναρός Η-infinity ελεγκτής, γ) ένας Σθεναρός Διακοπτικός PID ελεγκτής και δ) ένας H-infinity ελεγκτής προκαθορισμένων κερδών. Από την εφαρμογή των προτεινόμενων νόμων ελέγχου στα συστήματα ΗμΕ προκύπτουν τα αποτελέσματα της διδακτορικής αυτής διατριβής. Τα αποτελέσματα αυτά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Αρχικά σε αυτά που αφορούν τη συμπεριφορά και τα χαρακτηριστικά των συστημάτων των ΗμΕ και στη συνέχεια σε αυτά τα οποία σχετίζονται με την εφαρμογή των νόμων ελέγχου στα συστήματα των ΗμΕ. Η κύρια συνεισφορά της διδακτορικής διατριβής αναφέρεται τόσο στην πρόταση νέων τεχνικών ελέγχου για τα συστήματα των ΗμΕ καθώς και η εφαρμογή με επιτυχία των τεχνικών αυτών στα συστήματα τα οποία μελετήθηκαν κατά τη διεκπόνηση της διατριβής. / In the present Phd thesis different systems of Electrostatic micro Actuators (EmA) have been presented and analyzed. During the modeling process the systems have been observed in order to provide the special characteristics and the special behavior of each model. In addition special control laws have been presented in order to control the movement of the movable parts of the EmAs. In general the main issues of this PhD thesis are presented in the sequel. Firstly the modeling of the following EmAs is presented: a) an EmA whose one plate is moving parallel to the x-axis b) an EmA whose plate is moving parallel to the x-axis and is also making an angular rotation c) an EmA system with squeezed film damping effects (presence of air between the moving surfaces). In the sequel the control laws that have been designed for the aforementioned systems are presented. The designed controllers are: a) a Robust PID controller b) a Robust Switching PID controller c) a robust Η-infinity controller and d) a robust Gain Scheduled H-infinity controller. In the last part of this thesis, the simulation results are presented concering both the behavior of the systems as well as the results provided by the application of the control laws.

Αναπτύσσεται ένα πλήρες δυναμικό μοντέλο μετασχηματιστή που λαμβάνει υπόψη τη γεωμετρία του πυρήνα και τη συνδεσμολογία των τυλιγμάτων. Το μοντέλο μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί στις καταστατικές εξισώσεις ενός συστήματος ισχύος με σκοπό τη μελέτη της δυναμικής του απόκρισης και τον υπολογισμό ανωτέρων αρμονικών. Ο βρόχος υστέρησης του υλικού του πυρήνα εισάγεται με το μοντέλο που: (α) προτείνει ο Tellinen και (β) προτείνουν οι Jiles και Atherton. Τα μοντέλα αυτά υπολογίζουν σωστά τις απώλειες υστέρησης του πυρήνα, επιτρέποντας στα διάφορα τμήματα του πυρήνα να διαγράφουν διαφορετικούς βρόχους. Η επίδραση των δινορευμάτων ενσωματώνεται στο μοντέλο με μη γραμμικές ωμικές αντιστάσεις για τον υπολογισμό των οποίων αξιοποιούνται οι σχετικές με τα δινορεύματα, ευρέως αποδεκτές, εργασίες του Bertotti. Ο πίνακας Ld των αυξητικών επαγωγών του μετασχηματιστή υπολογίζεται για οποιαδήποτε γεωμετρία πυρήνα και αριθμό τυλιγμάτων με την βοήθεια του Ισοδυνάμου Αυξητικού Κυκλώματος (ΙΑΚ) του πυρήνα. Ο αναλυτικός υπολογισμός των στοιχείων του πίνακα Ld αναδεικνύει τον τρόπο εξάρτησης των αυξητικών επαγωγών του μετασχηματιστή από τη γεωμετρία του πυρήνα και από τη χαρακτηριστική καμπύλη του υλικού. / A dynamic and complete transformer model is developed which takes into account the magnetic core geometry and the windings connections. This model can easily be incorporated with the state equations of a power system, in order to calculate its dynamic response and the harmonic content. The magnetic hysteresis of the core material is introduced the model that is proposed by: (a) Tellinen and (b) Jiles and Atherton. These models can estimate the hysteresis power losses even when the hysteresis loops into several parts of the core differ. The eddy currents effects are incorporated into the model by non-linear ohmic resistances which are based on Bertotti’s work for the eddy currents. The matrix Ld of the incremental inductances of the windings is calculated, for any possible core geometry and number of windings, using the Equivalent Incremental Circuit (EIC) of the core. The analytical calculation of the elements of the matrix Ld shows the dependency of the incremental inductances on the core geometry and the characteristic curve of the core material.