Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται περιγραφή του ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος της Πατραϊκής Χαρτοποιίας αποτελούμενο από κινητήρες συνεχούς ρεύματος για την παραγωγή χαρτιού "tissue". Επίσης παρουσιάζεται η σχεδίαση συστήματος καταγραφής βλαβών σε περιστρεφόμενες μηχανές μέσω της ανάλυσης φάσματος κραδασμών στο πλαίσιο της εφαρμοσμένης μεθόδου παρακολούθησης κραδασμών της προβλεπτικής συντήρησης. / In the current diploma thesis takes place a description of the electric motor drive system of Patraikh Xartopoiia which consist of direct current machines for the production of tissue type paper. Furthermore the design of damage recording system in rotating motors through vibration analysis is presented in the line of vibration monitoring applied method.

Το παράδειγμα του Service Oriented computing αναφέρεται σε ένα σύνολο από έννοιες, αρχές και μεθόδους οι οποίες αξιοποιούν την Service Oriented αρχιτεκτονική, σύμφωνα με την οποία οι εφαρμογές λογισμικού κατασκευάζονται από ανεξάρτητες συνιστώσες υπηρεσιών με πρότυπες διεπαφές. Η υπηρεσιοστρεφής (Service Oriented) αρχιτεκτονική είναι ένα σύνολο από κανόνες και μεθοδολογίες για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη λογισμικού με τη μορφή διαλειτουργικών υπηρεσιών. Μία από τις σημαντικότερες τεχνολογίες για την αξιοποίηση αυτής της αρχιτεκτονικής είναι τα Web Services. Τα Web Services είναι μία τεχνολογία σχεδιασμένη για την υποστήριξη διαλειτουργικών αλληλεπίδρασης σταθμών πάνω από το διαδίκτυο. Τα συστήματα βιομηχανικών αυτοματισμών είναι συστήματα τα οποία χρησιμοποιούνται για την αύξηση της απόδοσης των βιομηχανικών καθώς και των διαδικασιών παραγωγής. Οι παραδοσιακές τεχνικές ανάπτυξης των συστημάτων αυτών δεν ικανοποιούν πλέον τις απαιτήσεις των σύνθετων βιομηχανικών συστημάτων και υπάρχει μια τάση για αξιοποίηση τεχνολογιών αιχμής από την περιοχή του Software Engineering. Στην κατεύθυνση αυτή η παρούσα εργασία μελετά τα πλεονεκτήματα αλλά και τα μειονεκτήματα που προσφέρει η αξιοποίηση του SOC παραδείγματος στην ανάπτυξη βιομηχανικών συστημάτων. Μελετήθηκε η DPWS τεχνολογία η οποία αποτελεί μια επέκταση της τεχνολογίας των Web Services με σκοπό την ικανοποίηση των αναγκών που παρουσιάζουν οι εφαρμογές βιομηχανικού αυτοματισμού. Ως μελέτη περίπτωσης χρησιμοποιήθηκε το εργαστηριακό σύστημα Festo MPS. Σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένας εξομοιωτής του συστήματος αυτού, ο οποίος στη συνέχεια επεκτάθηκε για να είναι συμβατός με την DPWS Τεχνολογία. Με βάση αυτόν σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένας ελεγκτής του συστήματος ο οποίος αξιοποιώντας τις υπηρεσίες που προσφέρει η DPWS τεχνολογία υλοποίει την διαδικασία ελέγχου του συστήματος Festo MPS. Στη συνέχεια με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών προχωρήσαμε σε μια συνολική αξιολόγηση της τεχνολογίας. / The Service-Oriented Computing (SOC) paradigm refers to the set of concepts, principles, and methods that represent computing in Service-Oriented Architecture (SOA), in which software applications are constructed based on independent component services with standard interfaces. In software engineering, a Service-Oriented Architecture (SOA) is a set of principles and methodologies for designing and developing software in the form of interoperable services. One of the most important technologies used utilize this architecture is Web Services technology. Web service technology, is designed to support interoperable machine-to-machine interaction over a network. Industrial automation systems are the systems used for the enhancement of industrial and manufacturing processes. Traditional techniques to develop these systems, no longer satisfy the requirements of the complex industrial systems and there is a tendency to utilize state of the art technologies of software engineering area. The current thesis discusses the advantages and disadvantages as a result of utilizing the Service-Oriented Computing (SOC) paradigm in the development of industrial Systems. The technology that was utilized was the Devices Profile for Web Services technology(DPWS). DPWS is the extension of the Web Services technology that was designed in order to satisfy the requirements of the industrial systems applications. As a case study we used Festo Modular Production System. We designed and implemented a simulator of this system. This simulator was then redesigned and implemented in order to be compatible with DPWS technology. Based on the redesigned Simulator we designed and implemented a system Controller which utilizes the DPWS technology and implements the control process of Festo MPS. Then we proceeded with the evaluation of the technology based on the results of the tests.

Au cours de la dernière décennie, l’industrie des véhicules aériens sans pilote (UAV) a connu une croissance et une diversification immenses. De nos jours, nous trouvons des applications basées sur les drones dans un large éventail d’industries, telles que les infrastructures, l’agriculture, les transports, etc. Ce phénomène a suscité un intérêt croissant dans le domaine de la manipulation aérienne. La mise en œuvre de manipulateurs aériens dans l'industrie des UAV pourrait générer une augmentation significative du nombre d'applications possibles. Cependant, la restriction de la charge utile disponible est l’un des principaux inconvénients de cette approche. L'impossibilité d'équiper les drones de bras robotiques industriels puissants et habiles a suscité l'intérêt pour le développement de manipulateurs légers adaptés à ces applications. Dans le but de fournir une solution légère alternative aux manipulateurs aériens, cette thèse propose un bras robotique léger actionné par des fils en alliage à mémoire de forme (SMA). Bien que les fils SMA représentent une excellente alternative aux actionneurs conventionnels pour les applications légères, ils impliquent également une dynamique hautement non linéaire, ce qui les rend difficiles à contrôler. Cherchant à présenter une solution pour la tâche difficile de contrôler les fils SMA, ce travail étudie les conséquences et les avantages de la mise en œuvre des techniques de commande par retour d’état. L'objectif final de cette étude est la mise en œuvre expérimentale d'un contrôle à rétroaction d'état pour la régulation de la position du bras robotique léger proposé. Tout d'abord, un modèle mathématique basé sur un modèle physique du comportement des câbles SMA est développé et validé expérimentalement. Ce modèle décrit la dynamique du bras robotique léger proposé du point de vue de la mécatronique. Le bras robotique proposé est testé avec trois contrôleurs de retour de sortie pour le contrôle de position angulaire, à savoir un PID, un mode coulissant et une commande adaptative. Les contrôleurs sont testés dans une simulation MATLAB, puis mis en œuvre et testés expérimentalement selon différents scénarios. Ensuite, afin de réaliser la mise en œuvre expérimentale d’une technique de commande par retour d’état, un observateur d’état, à entrée inconnue, est développé. Premièrement, un modèle observable sans commutation avec une entrée inconnue est dérivé du modèle présenté précédemment. Ce modèle prend comme entrée inconnue le taux de fraction de martensite du modèle d'origine, ce qui permet d'éliminer les termes de commutation dans le modèle. Ensuite, un observateur, à entrées inconnues, basé sur le filtre de Kalman étendu et sur l’observateur à mode glissant est développé. Cet observateur permet l’estimation simultanée de l’état et des entrées inconnues. Les conditions suffisantes de convergence et de stabilité sont établies. L'observateur est testé dans une simulation MATLAB et validé expérimentalement dans différents scénarios. Enfin, une technique de commande par retour d’état est testée en simulation et implémentée de manière expérimentale pour le contrôle de position angulaire du bras robotique léger proposé. Elle est basée sur la résolution d’une équation de Riccati (SDRE). En conclusion, une analyse comparative quantitative et qualitative entre une approche de commande par retour de sortie et la une de commande par retour d’état mis en œuvre est effectuée selon plusieurs scénarios, y compris la régulation de position, le suivi de position et le suivi de charges utiles changeantes. / In the last decade, the industry of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) has gone through immense growth and diversification. Nowadays, we find drone based applications in a wide range of industries, such as infrastructure, agriculture, transport, among others. This phenomenon has generated an increasing interest in the field of aerial manipulation. The implementation of aerial manipulators in the UAV industry could generate a significant increase in possible applications. However, the restriction on available payload is one of the main setbacks of this approach. The impossibility to equip UAVs with heavy dexterous industrial robotic arms has driven the interest in the development of lightweight manipulators suitable for these applications. In the pursuit of providing an alternative lightweight solution for the aerial manipulators, this thesis proposes a lightweight robotic arm actuated by Shape Memory Alloy (SMA) wires. Although SMA wires represent a great alternative to conventional actuators for lightweight applications, they also imply highly nonlinear dynamics, which makes them difficult to control. Seeking to present a solution for the challenging task of controlling SMA wires, this work investigates the implications and advantages of the implementation of state feedback control techniques. The final aim of this study is the experimental implementation of a state feedback control for position regulation of the proposed lightweight robotic arm. Firstly, a mathematical model based on a constitutive model of the SMA wire is developed and experimentally validated. This model describes the dynamics of the proposed lightweight robotic arm from a mechatronics perspective. The proposed robotic arm is tested with three output feedback controllers for angular position control, namely a PID, a Sliding Mode and an Adaptive Controller. The controllers are tested in a MATLAB simulation and finally implemented and experimentally tested in various different scenarios. Following, in order to perform the experimental implementation of a state feedback control technique, a state and unknown input observer is developed. First, a non-switching observable model with unknown input of the proposed robotic arm is derived from the model previously presented. This model takes the martensite fraction rate of the original model as an unknown input, making it possible to eliminate the switching terms in the model. Then, a state and unknown input observer is proposed. This observer is based on the Extended Kalman Filter (EKF) for state estimation and sliding mode approach for unknown input estimation. Sufficient conditions for stability and convergence are established. The observer is tested in a MATLAB simulation and experimentally validated in various different scenarios. Finally, a state feedback control technique is tested in simulation and experimentally implemented for angular position control of the proposed lightweight robotic arm. Specifically, continuous and discrete-time State-Dependent Riccati Equation (SDRE) control laws are derived and implemented. To conclude, a quantitative and qualitative comparative analysis between an output feedback control approach and the implemented state feedback control is carried out under multiple scenarios, including position regulation, position tracking and tracking with changing payloads.