Σήμερα η ανάγκη για δημιουργία ποιοτικών και φθίνων και ανταγωνιστικών βιομηχανικών προϊόντων έχει σαν αποτέλεσμα να χρειαζόμαστε αυτοματισμούς και αυτόματο έλεγχο ηλεκτρικών μηχανών με μεγάλη ακρίβεια και αδιάλειπτη λειτουργία απο διαταραχές του περιβάλλοντος . Επιπλέον το ενεργειακό πρόβλημα που είναι από τα σπουδαιότερα προβλήματα του πλανήτη και του ανθρώπου σήμερα οδηγούν στην ανάγκη ελαχιστοποίησης των ενεργειακών απωλειών με αποτέλεσμα συνήθως να επιθυμούμε λειτουργία των ηλεκτρομηχανικών συστημάτων με μηδενική κατανάλωση/ παραγωγή άεργου ισχύος . Η Ηλεκτρική μηχανή συνεχούς ρεύματος με διέγερση σε σειρά χρησιμοποιείται λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της σε πολλές εφαρμογές που χρειάζονται υψηλή ροπή εκκίνησης όπως ανυψωτικά μηχανήματα, σιδηροδρομικά οχήματα. Οι ανορθωτές με ελεγχόμενη έναυση αλλά και σβέση κατά PWM προτιμούνται έναντι των διόδων και των θυρίστορς γιατί μας δίνουν περισσότερες δυνατότητες ελέγχου . Η Μοντελοποίηση , σχεδιασμός συστήματος ελέγχου, ευστάθειας του συστήματος για την μηχανή συνεχούς ρεύματος οδηγούμενης από τριφασικό ανορθωτή ερευνάται. Γίνεται εξαγωγή του μοντέλου, στο τριφασικό σύστημα και στο πλαίσιο park, με βάση την δυναμική ανάλυση Εuler -Lagrange . Για την εξαγωγή του μοντέλου γίνεται ακόμα χρήση του Averaging Analysis . Ανάλυση που βασίζεται στην παθητικότητα μάς δείχνει ότι το σύστημα είναι ευσταθές πεπερασμένης εισόδου-πεπερασμένης κατάστασης. Οι ελεγκτές που αναπτύσσονται σε αυτή τη εργασία είναι ο ασαφής ελεγκτής, ο νευροασαφής που χρησιμοποιούνται ευρέως σε μη γραμμικά συστήματα στην βιομηχανία, ο PI σειριακός (cascade) ελεγκτής που συνηθίζεται στις ηλεκτρικές μηχανές. Τέλος επιχειρείται ο σχεδιασμός ενός PI ελεγκτή με υπολογισμό κερδών από νευροασαφή εκτιμητή. Ο ασαφής ελεγκτής σχεδιάζεται με πρόβλεψη σφάλματος και επιτυγχάνει πολύ καλή ρύθμιση των στροφών και καλό έλεγχο στης αέργου ισχύος, εξομοιώσεις επιβεβαιώνουν την απόδοση του ελεγκτή. Ομοίως ισχύουν για τον νευροασαφή ελεγκτή με το πλεονέκτημα μικρότερου υπολογιστικού χρόνου αλλά μειονεκτεί μεγαλύτερης εμφάνισης ενός μόνιμου σφάλματος. Ο PI σειριακός (cascade) επιτυγχάνει άριστη ρύθμιση αέργου ισχύος και καλή ρύθμιση στροφών ενώ ο PI casacde- Anfis μας δίνει ελαφριά καλύτερα αποτελέσματα αλλά αφήνει αρκετές δυνατότητες για περαιτέρω σχεδιασμό και έρευνα. Επίσης γίνεται κάποια ανάλυση για εξαγωγή συμπερασμάτων ευστάθειας και σύγκλισης για τα σύστημα κλειστού βρόχου. Τα αποτελέσματα τα επιβεβαιώνουμε και τα συγκρίνουμε μέσω εξομοιώσεων. / Nowadays , the demand for precise control in industrial applications require the design and development of advanced controllers. Also the energy problem which is one of the most important global problems lead to the need of high energy efficient systems. In industrial applications in most cases ,due to the energy problem , we desire operation with unity power factor. The dc series connected motor is preferred in many application such as railway and levitating systems due to its high starting torque. We choose the 3 -phase pulse width modulation rectifier because of its many capabilities comparison with thyristor rectifiers. Modeling, control design and stability analysis of series connected dc motor fed by three-phase PWM ac/dc voltage converter are investigated. The designed controllers are fuzzy , neuro fuzzy, PI cascade and Anfis- pi cascade controller. The model is obtained via Euler -Lagrange dynamic analysis. Also we used the averaging analysis in order to determine the dynamic model of the system in a-b-c frame and d-q park's frame. We prove the ISS stability of the open loop system based on passivity analysis. The fuzzy use a predictive logic based on the acceleration of the motor, we result excellent precise control of angular velocity and a satisfied control of reactive power. Neuro Fuzzy controller has the same effectiveness with less computational effort but has a possibility to occur a small permanent error in angular velocity. PI cascade controller has as a result a excellent response at reactive power and good response in angular velocity with more less computational effort. ANFIS -PI cascade controller have a bit better results from PI-cascade controllers but it leaves hopes for more optimum designs in feature. Furthermore there are some stability and convergence analysis for the closed loop system. Simulation results verify the effectiveness of each controller for comparison.

This thesis compares Model Predictive Control (MPC) and Proportional-Integral (PI) control in a pin-on-disc tribometer. The tribometer consists of a geared Direct Current (DC) motor driving a flywheel and a voice coil actuating a pin onto the surface of the flywheel. The contact surface of both pin and disc can be replaced with the desired material. The system is first modeled, and both conntrollers are derived from the models and Matlab and Simulink. A PI-cascade controller is used for the disc while a single PI controller is used for the pin. The PI controller is derived using the pole placement, the MPC is derived using the Simulink MPC-designer.  The control methods are evaluated using the Root Mean Sqaure Error (RMSE), percentage overshoot and rise time of step responses from two cases: The ideal case and the operational case. The ideal case contians minimal disturbance as only one actuator is operating at a time. The operational case intends to depict the future use case of the test rig where both actuators are operating simultaneously.  Statistical analysis is conducted as a three was Analysis of Variance (ANOVA) between controller (MPC/PI), case (ideal/operational) and actuator level (40/80 N or 100/200 rpm). In conclusion the MPC has a faster rise time but a higher RMSE than the PI controller in both the ideal and operational case when controlling the disc application of a tribometer. No significant difference in overshoot is established in the disc application of the tribometer. Considering the pin system of the tribometer, no conclusion can be drawn. The main factor being the large impact of the noise at the sampling frequency. This causes failure of the controllers in the operational case. / Denna avhandling jämför Model Predictive Control (MPC) och Propertionell-Integral (PI) kontroll i en stift-på-skiva tribometer. Tribometern består av en likströmsmotor med en växellåda som driver ett svänghjul, och en talspole som är kopplat till ett stift som i sin tur applicerar kraft på svänghjulets yta. Kontaktytan för både stift och skiva kan ersättas med önskat material. Systemet modelleras först, och de båda reglersystemen härleds från modellerna i Matlab och Simulink. En PI-kaskad kontroller används för skivan medan en enkel PI-kontroller används för stiftet. PI-kontrollern härleds med hjälp av polplacering MPC-kontrollern härleds med hjälp av MPC-designern i Simulink.  Reglermetoderna utvärderas med hjälp av kvadratroten ur medelkvadratavvikelsen (RMSE), procentuell översläng och stigtid för stegsvar från två fall: Det ideala fallet och de operativa fallet. Det ideala fallet innehåller minimala störningar eftersom endast ett ställdon åt gången är i drift. Det operativa fallet är avsett att representera det framtida användningsområdet för testriggen där båda ställdonen är i drift samtidigt.  Den statistiska analysen utförs som en trevägs Anlysis of Variance (ANOVA) mellan kontroll (MPC/PI), fall (idealt/operativt) och nivå (40/80 N eller 100/200 rpm). Slutsatsen är att MPC-kontrollern har en snabbare stigtid med en högre RMSE än PI-kontrollern i både idealfallet och driftfallet vid styrning av skivan i en tribometer. Ingen signifikant skillnad i översläng konstaterades i skivan. Ingen slutsats kan dras när det gäller drivning av tribometerns stift. Den huvudsakliga faktorn är den stora mängden störningar vid samplingsfrekvensen. Detta leder till att kontrollerna misslyckas in det operativa fallet.