This thesis aims to explain how the concepts of functional modeling are implemented in the development and validation of real-world hybrid dynamic systems. I also discuss how control theory is integrated with the design process in order to understand the significance of periodic orbits on a simple dynamic system. Two hybrid system applications with different levels of complexity will be considered in this thesis – an anthropomorphic Bipedal walking robot and a Double Pendulum with a mechanical stop. The primary objectives of this project are to demonstrate the phenomena of Zeno and zeno periodic orbits in hybrid dynamic systems involving impacts. Initially, I describe the salient features of the product design procedure and then explain the significance of functional modeling as a part of this process. We then discuss hybrid dynamic systems and the occurrence of Zeno behavior in their mathematical form. Also, the necessary conditions for existence of Zeno and zeno equilibrium points are provided. Then the theory of completed Lagrangian hybrid systems is explained in detail. We then examine the two hybrid dynamic systems being considered for this project. Prior research undertaken on bipedal walking is explored to understand their design and achievement of stable walking gaits with appropriate actuation mechanisms. Based on this insight, a suitable design procedure is employed to develop the bipedal robot model. The desired actuation mechanisms for all the configurations considered for this model as well as the challenges faced in employing optimal actuation will be discussed. However, due to the high level of complexity of the bipedal robot model, a simpler hybrid dynamic system is considered to simplify fabrication and control of the model. This is the motivation behind designing and building the Double Pendulum model with a mechanical stop in an attempt to observe zeno behavior in this system. We begin by formally demonstrating that the “constrained” double pendulum model displays Zeno behavior and complete this Zeno hybrid system to allow for solutions to be carried past the Zeno point. The end result is periods of unconstrained and constrained motions in the pendulum, with transitions to the constrained motion occurring at the Zeno point. We then consider the development of a real physical pendulum with a mechanical stop and introduce non-plastic impacts. Later, we verify through experimentation that Zeno behavior provides an accurate description of the behavior of the physical system. This provides evidence to substantiate the claim that Zeno behavior, while it does not technically occur in reality, provides an accurate method for predicting the behavior of systems undergoing impacts and that the theory developed to understand Zeno behavior can be applied to better understand these systems.

Fuel cells are direct energy conversion devices to generate electricity. They have the lowest emission level of all forms of electricity generation. Fuel cells require no combustion of the fuel. The thermal energy gained from fuel cells may be utilized in micro turbines (gas turbines). In this work, first and second law analyses are performed on a hybrid system consisting of a solid oxide fuel cell (SOFC) combined with a micro turbine to be able to find an optimum point of pressure and corresponding mass ratio to gain maximum work output. Also another system with same equipments only without a gas turbine is investigated to see the effects of gas turbine. The analyses are performed utilizing a code written in MATLAB for each of the equipments. Fuel used is biomass with a certain concentration. To be able to use biomass in a fuel cell-micro turbine hybrid cycle, it is gasified and converted into a certain calorific value gas, with the use of gasifiers. In this study fluidized bed gasifier is utilized since it has the advantage of good mixing and high heat transfer leading to a uniform bed condition. Desulphuration and gas filter units will be implemented in order to clean the producer gas before being used in hybrid system. For a certain percentage of the fuel that may pass through the fuel cell without being used, a combustor is utilized. Optimum point mass and pressure ratios for system are MR = 0.6411 and Pr = 8. Gas turbine supplies more power and higher efficiency to the system. There are different choices for fuel selection in hybrid systems. The reason why biomass is examined among these is that it decreases the depletion of energy carriers and reduces the environmental impact.

This thesis provides a real-time algorithmic optimal control framework for autonomous switched systems. Traditional optimal control approaches for autonomous switched systems are open-loop in nature. Therefore, the switching times of the system can not be adjusted or adapted when the system parameters or the operational environments change. This thesis aims to close this loop, and apply adaptations to the optimal switching strategy based on new information that can only be captured on-line. One important contribution of this work is to provide the means to allow feedback (in a general sense) to the control laws (i.e. the switching times) of the switched system so that the control laws can be updated to maintain optimality of the switching-time control inputs. Furthermore, convergence analyses for the proposed algorithms are presented. The effectiveness of the real-time algorithms is demonstrated by an application in optimal formation and coverage control of a networked system. This application is implemented on a realistic simulation framework consisting of a number of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) that interact in a virtual 3D world.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την τεχνοοικονομική μελέτη ενός υβριδικού συστήματος στη νήσο Γαύδο, νότια του νομού Χανίων Κρήτης. Το συγκεκριμένο αντικείμενο της διπλωματικής επιλέχθηκε σε συνδυασμό με πρακτική άσκηση πάνω στο ίδιο θέμα στην εταιρεία ΔΕΗ Ανανεώσιμες. Στόχος της μελέτης είναι η διερεύνηση των εναλλακτικών λύσεων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στα μη διασυνδεδεμένα νησιά. Η ανάγκη αυτή προκύπτει από το εξαιρετικά υψηλό κόστος της παραγόμενης μεγαβατώρας σε νησιά όπως η Γαύδος. Με σκοπό την πλήρη ανάλυση του θέματος, αρχικά μελετώνται τα ιδιαίτερα τοπολογικά χαρακτηριστικά της Γαύδου και οι πιθανές θέσεις εγκατάστασεις του υβριδικού συστήματος βάσει μετρήσεων. Σημαντική παράμετρος της ανάλυσης αυτής είναι η κατά το δυνατόν μικρότερη επέμβαση στο οικοσύστημα του νησιού και ο σεβασμός της χλωρίδας και της πανίδας του. Στη συνέχεια, έχοντας καταλήξει στην δομή του προτεινόμενου συστήματος εξετάζονται συγκεκριμένες εμπορικές λύσεις με εκτενή έρευνα αγοράς. Η τελική επιλογή των προτεινόμενων προιόντων έγινε με βάση το χαμηλότερο κόστος και την υψηλότερη αξιοπιστία, διότι η συνεχής πρόσβαση στο νησί για συντήρηση του συστήματος δεν ενδείκνυται. Τo επόμενο βήμα της παρούσας μελέτης είναι διαστασιολόγηση του συστήματος, ώστε η λειτουργία του συστήματος να καλύπτει στο έπακρον το φορτίο σε μόνιμη και σε μεταβατική κατάσταση λειτουργίας. Οι βασικές μετρήσεις που απαιτούνται για αυτήν την μελέτη είναι χρονοσειρές αιολικού δυναμικού, ηλιακού δυναμικού και φορτίου. Το κομμάτι αυτό της διπλωματικής υλοποιήθηκε στο λογισμικό Homer. Το Homer προτείνει κάποια συστήματα που τεχνικά ικανοποιούν τις αρχικές προδιαγραφές του δικτύου και παράλληλα τα κατατάσσει με οικονομικούς κριτήρια. Για αυτό το λόγο, στην διπλωματική εργασία ακολουθεί οικονομική μελέτη των προτεινόμενων συστημάτων βάσει των όρων επένδυσης της αγοράς και του χρόνου απόσβεσης του επενδυμένου κεφαλαίου. Η οικονομική, λοιπόν, μελέτη οδηγεί στην πρόταση ενός τελικού υβριδικού συστήματος που καλύπτει τις ανάγκες του νησιού, σέβεται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του και είναι οικονομικά βιώσιμο ή μα συνάμα και κεδροφόρο. Στη συνέχεια το τελικό σύστημα εξετάζεται καθαρά από τεχνικής πλευράς σε μόνιμη και μεταβατική κατάσταση λειτουργίας. Πραγματοποιείται μελέτη ροής φορτίου και σφαλμάτων με τα λογισμικά του Power World και του Matlab συγκρίνοντας παράλληλα τα αποτελέσματά τους. Ιδίως το μοντέλο που κατασκευάστηκε στο Matlab, μπορεί να αποτελέσει ισχυρή βάση για την περαιτέρω μέλετη του συστήματος. Αξίζει να σημειωθεί, τέλος, ότι έχει καταβληθεί μεγάλη προσπάθεια ώστε η μελέτη και η προσομοίωση του συστήματος να ανταποκρίνονται με κάθε λεπτομέρεια στις ρεαλιστικές συνθήκες και τα χαρακτηριστικά του νησιού της Γαύδου και του υπάρχοντος συμβατικού σταθμού παραγωγής ενέργειας. / This thesis deals with the techno-economic study of a hybrid system on the island of Gavdos, south of Chania Crete. The object of this thesis was chosen in conjunction with practice on the same theme in the PPCR. The aim of the study is to explore the alternatives of electricity produced in the non-interconnected islands. This need arises from the extremely high costs of producing megawatts on islands like Gavdos. In order to fully analyze the issue, initially studied the particular topological features of Gavdos and possible installation locations of the hybrid system under measurement. An important aspect of this analysis is at least possible interference in the ecosystem of the island and the respect of flora and fauna. Then, having come to the structure of the proposed system are discussed specific trade solutions with extensive market research. The final selection of featured products was based on the lowest cost and highest reliability, because the continuous access to the island for maintenance of the system is not appropriate. To the next step of this study is sizing system, that operation of the system to cover the most of the load in permanent and transient operation. The basic measurements required for this study is time series wind power, solar and load capacity. This part of the thesis was implemented in software Homer. The Homer suggests some systems that meet the technical specifications of the original network while the ranks with economic criteria. For this reason, the thesis follows economic study of the proposed schemes under the terms of the investment market and the payback on invested capital. Economic therefore study leads to proposing a final hybrid system that meets the needs of the island, the particular features and is economically viable but also transcendent kedroforo. Then the final system considered purely from a technical standpoint in steady state and transient operation. Carry out a study load flow and fault with the Power World software and Matlab while comparing their results. Particular model was built in Matlab, can be a strong basis for further study of the system. It should be noted, finally, that has made ​​great efforts to study and simulation of the system to respond in detail to realistic conditions and characteristics of the island of Gavdos and the existing conventional power plant.

Σε αυτή την διπλωματική θα πραγματευτούμε την μοντελοποίηση ενός υβριδικού συστήματος το οποίο θα συνδυάζει τη λειτουργία ανεμογεννήτριας και στοιχείων καυσίμου (fuel cell). Πιο συγκεκριμένα, θα δημιουργήσουμε έναν εξομοιωτή αυτού του υβριδικού συστήματος, του οποίου η λειτουργία θα είναι η εξής. Σκοπός μας είναι να χρησιμοποιήσουμε την παραγόμενη ισχύ από ανεμογεννήτρια. Φυσικά η ισχύς αυτή θα έχει διακυμάνσεις. Έτσι άλλες φορές θα είναι επαρκής, άλλες θα είναι ανεπαρκής και άλλες θα υπάρχει περίσσεια αυτής. Με το υβριδικό σύστημα που θα αναπτύξουμε, θα μελετήσουμε πως μπορούμε να έχουμε και στις τρεις αυτές περιπτώσεις σταθερή ισχύ. Στην περίπτωση που η ενέργεια που μας δίνει ο άνεμος είναι μεγαλύτερη της επιθυμητής, χρησιμοποιούμε το πλεόνασμα (αφού το μετατρέψουμε πρώτα σε σταθερό ρεύμα) σε κυψέλες ηλεκτρόλυσης. Εκεί υπάρχει ηλεκτρολύτης στον οποίο γίνεται ηλεκτρόλυση νερού η οποία οδηγεί σε παραγωγή Υδρογόνου. Το Υδρογόνο αυτό το αποθηκεύουμε σε δεξαμενές (για αυτό το σκοπό μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η ίδια η ανεμογεννήτρια) και μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε αργότερα σαν καύσιμο σε στοιχεία καυσίμου (fuel cells) όταν η ισχύς που μας δίνει η ανεμογεννήτριά μας είναι ανεπαρκής. Όσον αφορά την περίπτωση επομένως κατά την οποία δεν λαμβάνουμε αρκετή ισχύ από την ανεμογεννήτρια, διοχετεύουμε το αποθηκευμένο Υδρογόνο σε συστοιχίες fuel cells, και παράγουμε ενέργεια με βάση την αντίδραση : οπότε και συμπληρώνουμε την απαιτούμενη ενέργεια που μας λείπει για να έχουμε κάθε φορά την επιθυμητή ισχύ ασχέτως συνθηκών ταχύτητας ανέμου. Όπως είναι φανερό σε όλη αυτή την διαδικασία παραγωγής ενέργειας οι μόνες εκπομπές στο περιβάλλον είναι νερό σε υγρή ή αέρια κατάσταση. Συνεπώς μιλούμε για ένα σύστημα άκρως φιλικό προς το περιβάλλον, το οποίο στηρίζεται εξ’ ολοκλήρου σε ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, την αιολική. / In this project we will try to explore a hybrid system. This system has a windturbine which transformes wind power to electricity, an electrolyser which uses the electricity of the windturbine in order to produce hydrogen via electrolysis of water and storage it, and a fuel cells stack in which the storage hydrogen is combined with oxygen and produces electricity and water. We will see how all these parts are combined in order to maximize the total efficiency of that system.

Among the various approaches to 3-D imaging, structured light illumination (SLI) is widely spread. SLI employs a pair of digital projector and digital camera such that the correspondences can be found based upon the projecting and capturing of a group of designed light patterns. As an active sensing method, SLI is known for its robustness and high accuracy. In this dissertation, I study the phase shifting method (PSM), which is one of the most employed strategy in SLI. And, three novel approaches in PSM have been proposed in this dissertation. First, by regarding the design of patterns as placing points in an N-dimensional space, I take the phase measuring profilometry (PMP) as an example and propose the edge-pattern strategy which achieves maximum signal to noise ratio (SNR) for the projected patterns. Second, I develop a novel period information embedded pattern strategy for fast, reliable 3-D data acquisition and reconstruction. The proposed period coded phase shifting strategy removes the depth ambiguity associated with traditional phase shifting patterns without reducing phase accuracy or increasing the number of projected patterns. Thus, it can be employed for high accuracy realtime 3-D system. Then, I propose a hybrid approach for high quality 3-D reconstructions with only a small number of illumination patterns by maximizing the use of correspondence information from the phase, texture, and modulation data derived from multi-view, PMP-based, SLI images, without rigorously synchronizing the cameras and projectors and calibrating the device gammas. Experimental results demonstrate the advantages of the proposed novel strategies for 3-D SLI systems.

Thesis (M.S.)--University of Missouri--Columbia, 2004. / "May 2004." Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 70-75). Also issued on the Internet.

Thesis (M.S.)--Medical University of Ohio, 2006. / "In partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Biomedical Sciences." Major advisor: Zijian Xie. Includes abstract. Document formatted into pages: iv, 50 p. Title from title page of PDF document. Bibliography: pages 40-49.

Frankfurt (Main), Univ., Diss., 2002.

Universiẗat, Diss., 2002--Jena.