3o Πανελλήνιο Συνέδριο Φοιτητών Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Νέοι μηχανικοί στην κοινωνία της γνώσης. Περιλήψεις Εργασιών

Transcript

1 3o Πανελλήνιο Συνέδριο Φοιτητών Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Νέοι μηχανικοί στην κοινωνία της γνώσης Περιλήψεις Εργασιών Θεσσαλονίκη, Απρίλιος

2 [περιεχόμενα] 4 Χαιρετισμός Προέδρου 5 Πρόλογος 6 Οργανωτική Επιτροπή [παρουσιάσεις] 10 Improved Unscented Kalman Filtering For a Class of Nonlinear Systems 11 Ανάπτυξη απεικονιστικού συστήματος για τη μελέτη του φωτοκινητικού αντανακλαστικού της οπτικής θηλής 12 Απτική Αλληλεπίδραση σε Περιβάλλον Εικονικής Προσομοίωσης Ψηλαφητικών Πράξεων με Εφαρμογή Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων 13 Hyper spectral imaging and spectral classification algorithms for the non destruvtive analysis of El Greco s paintings 14 Βέλτιστος προγραμματισμός λειτουργίας υβριδικού συστήματος φωτοβολταϊκών και συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας με βάση την ανάλυση διακύμανσης του Ηλεκτρικού Φορτίου 15 Ανασχηματισμός του Δικτύου Διανομής για Μείωση Απωλειών σε Πραγματικό Χρόνο Προσομοίωση και Εφαρμογή σε Πραγματικό Δίκτυο 16 Μικροκυματική μέτρηση σχετικής υγρασίας καρπών στα 2.8 GHz 17 Epilepsy facts worldwide and state of the art technological solutions to improve the everyday life of the epileptic 18 Ανάπτυξη και Δοκιμή Λειτουργίας Προσομοιωτή Βιομηχανικού Δικτύου Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών με το Υλικό Εντός του Βρόχου Ελέγχου 19 Συμπεριφορά Ασύγχρονου Κινητήρα τροφοδοτούμενος από τριφασικό Αντιστροφέα οδηγούμενος με διανυσματική διαμόρφωση μαγνητικής ροής 20 A simple loss minimization scheme taking into account inductance saturation for standard induction motor 21 Σχεδιασμός και κατασκευή υβριδικού ενεργειακού συστήματος μικρής ισχύος αποτελούμενο από Ανεμογεννήτρια και Φωτοβολταϊκή πηγή για πειραματικούς σκοπούς 23 Προσομοίωση Μικροκυματικού Πηνίου με τη Μέθοδο των Πεπερασμένων Διαφορών στο Πεδίο του Χρόνου 24 Υλοποίηση Κεραίας σε Χάρτινο Υπόστρωµα µε Χρήση Τεχνολογίας Εκτύπωσης Ψεκασµού Αγώγιµου Μελανιού για Εφαρµογές RFID 25 Γενετικοί Αλγόριθμοι Επαγωγής Κανόνων με Τεχνικές Ομαδοποίησης για την Κατηγοριοποίηση Δεδομένων 26 Αυτόματη Θεματική Κατηγοριοποίηση και Σημασιολογική Διεύρυνση Ερωτημάτων για Μηχανή Αναζήτησης με Οντολογίες 27 Εντοπισμός θέσης χρήστη σε δίκτυα Wi Fi 28 Measurements and QoS Analysis in Live World Mobile Telecommunication Networks 29 Σχεδιασμός και κατασκευή ηλεκτρονικού μετατροπέα υποβιβασμού συνεχούς τάσης σε συνεχή με διαδοχική αγωγή τεσσάρων κλάδων για εφαρμογή σε ηλεκτροκίνητο σκάφος 30 Επίδραση Μονωτικής Επικάλυψης στη Διηλεκτρική Συμπεριφορά Διάκενων Ακίδας Πλάκας Υπό Θετικές Κρουστικές Τάσεις 31 Διαγωνισμός TAC Market Design 2008: Η Περίπτωση του Mertacor 32 Θέματα Ιδιωτικότητας στη χρήση Μηχανών Αναζήτησης Παγκόσμιου Ιστού 33 Ανάλυση ευαισθησίας σε αναδρομικό νευρωνικό δίκτυο εκπαιδευμένο για αναγνώριση συναισθήματος 34 A Security Oriented Manual Quality Sampling Methodology for Water Systems 2

3 [poster session] 36 Ανάλυση της Λειτουργίας Υβριδικών Σταθμών σε Μη Διασυνδεδεμένα Νησιωτικά Συστήματα 37 Θερμική Συμπεριφορά Γραμμών Κορμού Διανομής Μέσης Τάσης κατά το Βραχυκύκλωμα στον Αέρα 39 Ηλεκτρονικά Ισχύος και Εφαρμογές στη Μετατροπή και τη Μεταφορά Ηλεκτρικής Ενέργειας 40 Road and tunnel lighting measurements using an imaging system 41 Κόστος Καυσίμων για την Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Αγορά Δικαιωμάτων Εκπομπών CO 2 42 Wind Time Series modeling and Stochastic Optimal Control for a Grid Connected Wind Turbine Generator 43 Η Μέθοδος Έμμεσης Εναλλακτικής Διεύθυνσης στο Πεδίο του Χρόνου (ADI FDTD) σε Προβλήματα Σκέδασης και Ακτινοβολίας 44 Seamless Connectivity with High Mobility in 60GHz Picocellular Radio over Fiber Networks 46 Μελέτη της οξυγόνωσης εγκεφάλου με χρήση φασματοσκοπίας εγγύς υπερύθρου 47 Υπολογιστική ανάλυση και χαρακτηρισμός μεταϋλικών (metamaterials) 48 Συγκριτική Μελέτη και Υλοποίηση Τρόπων Μεταβολής της Βασικής Συχνότητας Pitch σε Ηχητικά Σήματα 50 Αυτόνομο σύστημα οπτικής και ηχητικής αναγνώρισης για τον εντοπισμό εγκλωβισμένων επιζώντων σε περίπτωση φυσικής καταστροφής 51 Πολύ Χαμηλής Ισχύος Μικρό Οπτικοηλεκτρομηχανικό Κλισιόμετρο 52 Ολοκληρωτής υπερβολικού ημιτόνου και υλοποίησή του σε τεχνολογία CMOS 53 Temperature Aware Platform Optimizations for 2D and 3D Networks on Chip 54 A C++ Simulator for Evaluating NoC Communication Backbones 55 Visual Image Retrieval and Localization 57 Βελτίωση της στρατηγικής Πρακτόρων Λογισμικού στο Χρηματιστήριο Ενέργειας με τη χρήση Τεχνικών Εξόρυξης Δεδομένων 58 Μελέτη Φαινομένων Εστίασης της Προσοχής των Χρηστών σε Ιστοσελίδες στο Διαδίκτυο 59 Λογισμικό για το 2D διαχωρισμό, 3D οπτικοποίηση και ογκομετρία εγκεφάλου από εξέταση MRI [demo session] 62 Neural Network Based Face Detector Implementation on a Virtex2 Pro FPGA Platform 63 Ανάπτυξη Γραφικής Διεπαφής Χρήστη για εφαρμογές Προγραμματισμού Λειτουργίας Υδροθερμικού Συστήματος Παραγωγής Ηλεκτρικής Ενέργειας 64 Mobile Phone Positioning Dependence on the Power Absorption in Adult and Child Head Models 65 Απτική Αλληλεπίδραση σε Περιβάλλον Εικονικής Προσομοίωσης Ψηλαφητικών Πράξεων με Εφαρμογή Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων 66 Παρουσίαση Έργου Junior Ομάδων Ρομποτικής Α.Π.Θ. 67 Ρομποτική Πλατφόρμα Διάσωσης, Κατασκευή και εφαρμογή στον διαγωνισμό Robocup RoboRescue Σχεδιασμός Συστήματος Εκμάθησης Διαδικτυακής Προσβασιμότητας μέσω Παραδειγμάτων για Σχεδιαστές Δικτυακών Τόπων 3

4 To 3ο Πανελλήνιο Συνέδριο Φοιτητών Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΣΦΗΜΜΥ 3.0) γίνεται φέτος στη Θεσσαλονίκη, σε χώρους και εγκαταστάσεις του Αριστοτέλειου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ) και έχει τίτλο: Νέοι Μηχανικοί στην Κοινωνία της Γνώσης Η διοργάνωση αυτή είναι η 3η κατά σειρά και αποτελεί συνέχεια μίας παράδοσης που ξεκίνησε το 2007, με πρωτοβουλία φοιτητών της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΗΜΜΥ) του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Ως τρίτη κατά σειρά διοργάνωση σε τρία χρόνια, οδηγεί εύλογα στο συμπέρασμα ότι τείνει πλέον να γίνει θεσμός. Ένας θεσμός μάλιστα με ιδιαίτερη αξία και σημασία, μια που διοργανώνεται αποκλειστικά από προ πτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές ΗΜΜΥ και απευθύνεται στους ίδιους τους φοιτητές, έχοντας ως κύριους στόχους: την επαφή των φοιτητών με την τεχνολογική πρόοδο στο γνωστικό αντικείμενο του ΗΜΜΥ, τη διαρκή τους ενημέρωση στα πεδία της έρευνας, της καινοτομίας και των εφαρμογών, και τη γνωριμία και την ανταλλαγή εμπειριών και γνώσεων μεταξύ των φοιτητών ΗΜΜΥ της χώρας. Η φιλοξενία του ΣΦΗΜΜΥ 3.0 στη Θεσσαλονίκη ενισχύει σε μεγάλο βαθμό τον πανελλήνιο χαρακτήρα του Συνεδρίου. Τα δύο προηγούμενα συνέδρια που πραγματοποιήθηκαν στην Αθήνα έτυχαν καθολικής αποδοχής των φοιτητών ΗΜΜΥ, γεγονός που αποδεικνύεται από το πλήθος των εργασιών που κατατέθηκαν και κυρίως από τον αριθμό των συνέδρων που παρευρέθηκαν. Το ΣΦΗΜΜΥ 3.0 φαίνεται να ξεκινά με τις καλύτερες δυνατές προοπτικές, μια που τόσο ο αριθμός των εργα σιών που υποβλήθηκαν για παρουσίαση όσο και ο αριθμός των συνέδρων που μέχρι αυτή τη στιγμή έχουν δηλώσει συμμετοχή είναι αισθητά μεγαλύτεροι των δυο προηγουμένων συνεδρίων. Στο ΣΦΗΜΜΥ 3.0 παρουσιάζονται προφορικά 24 εργασίες φοιτητών ΗΜΜΥ, 20 εργασίες σε μορφή poster και 7 εργασίες σε μορφή demo. Οι εργασίες αυτές επιλέχθηκαν, μέσα από ένα σύνολο 90 εργασιών που υπο βλήθηκαν, από μια Επιστημονική Επιτροπή που αποτελείται από μέλη του Διδακτικού και Ερευνητικού Προσωπικού των ελληνικών σχολών ΗΜΜΥ και με διαδικασίες κρίσης αντίστοιχες διεθνών επιστημονικών συνεδρίων. Στο ΣΦΗΜΜΥ 3.0 συμμετέχουν επίσης επτά προσκεκλημένοι ομιλητές με διεθνή ακτινοβολία και αναγνώ ριση, γεγονός που αποτελεί ιδιαίτερη τιμή για το συνέδριο αλλά και πολύτιμη εμπειρία τεχνολογικής γνώσης για τους νέους φοιτητές ΗΜΜΥ, δεδομένου ότι και οι επτά ξεκίνησαν και συνεχίζουν να προσφέρουν στην ίδια επιστημονική περιοχή γνώσης και τεχνολογίας. Το ΣΦΗΜΜΥ 3.0 τέλος φιλοξενεί τη έκθεση Tesla's Wonderful World of Electricity, μια συνεργασία της οργανωτικής επιτροπής ΣΦΗΜΜΥ 3.0 και του Μουσείου Nikola Tesla του Βελιγραδίου. Η έκθεση, που θα στεγαστεί στο Τελλόγλειο Ίδρυμα Τεχνών του ΑΠΘ, περιλαμβάνει πλούσιο φωτογραφικό υλικό, μακέτες και λειτουργικά μοντέλα εφευρέσεων του Nikola Tesla και θα είναι ανοικτή στο ευρύ κοινό από 3 έως και 12 Απριλίου Αισθάνομαι την ανάγκη να ευχαριστήσω όλους όσοι βοήθησαν μέχρι τώρα την 15μελή Οργανωτική Επιτροπή του ΣΦΗΜΜΥ 3.0, η οποία αποτελείται κυρίως από προπτυχιακούς φοιτητές του Τμήματος ΗΜΜΥ του ΑΠΘ. Ιδιαίτερα ευχαριστώ το Τμήμα ΗΜΜΥ του ΑΠΘ για την αμέριστη υλική και ηθική βοήθεια που έχει προσφέ ρει, τις Πρυτανικές Αρχές και την Επιτροπή Ερευνών του ΑΠΘ, την Εταιρεία Αξιοποίησης και Διαχείρισης Πανεπιστημιακής Περιουσίας του ΑΠΘ, την Επιστημονική Επιτροπή του συνεδρίου και τέλος τους πολλούς χορηγούς, των οποίων η οικονομική βοήθεια ήταν πολύτιμη. Εύχομαι η συνάντηση όλων μας στις 10 και 11 Απριλίου στη Θεσσαλονίκη να οδηγήσει, με τη βοήθεια όλων των συμμετεχόντων, σε ένα τρίτο κατά σειρά επιτυχημένο Πανελλήνιο ΣΦΗΜΜΥ. 4 Με τιμή, Δημήτρης Λαμπρίδης Καθηγητής ΑΠΘ Πρόεδρος Συνεδρίου

5 [Πρόλογος] Οικονομικοί κροίσοι, ενδεχόμενη ποινικοποίηση κουκουλοφόρων και αποποινικοποίηση κουκουλωμένων σκανδάλων, επερχόμενες ευρωεκλογές. Επειδή γνωρίζουμε ότι τα εισαγωγικά σημειώματα διαβάζονται πολύ καιρό μετά το γράψιμό τους, περίπου αυτό είναι το στίγμα της εποχής, όταν γράφονται αυτές οι γραμμές. Ένα στίγμα όμως που δεν θα κρατήσει πολύ. Τα νέα γερνάνε γρήγορα πια. Η τεχνολογία κάνει άλματα, η πληροφορία τρέχει πιο γρήγορα από ποτέ και όσοι δεν είναι καλά προπονημένοι ασθμαίνουν στον στίβο της εξέλιξης. Ας προετοιμαστούμε σήμερα λοιπόν, για να προετοιμάσουμε (το) αύριο. Έτσι, αντί για νέους αμήχανους στην κοινωνία της πληροφορίας, προτάσσουμε Νέους Μηχανικούς στην Κοινωνία της Γνώσης. Κάπως έτσι αποφασίσαμε να φωνάζουμε το φετινό μας συνέδριο, αν και ο τίτλος αυτός οριακά νίκησε το μπουγάτσα με συνέδρους. Θέλαμε να συνεχίσουμε την πολύ καλή αρχική ιδέα του συνεδρίου. Αλλά όχι μόνο. Προσπαθήσαμε και να την εμπλουτίσουμε. Το αν το πετύχαμε το ξέρετε καλύτερα από εμάς. Δώσ του κλώτσο να γυρίσει. Και του χρόνου. Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε: τον πρόεδρο του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών κ. Νικόλαο Μάργαρη για τη στήριξή του. Τον κ. Αντωνόπουλο Χρήστο, Αναπ. Καθηγητή του Τμήματος ΗΜΜΥ του ΑΠΘ για την «αφανή» βοήθεια του. Τις Πρυτανικές αρχές του Α.Π.Θ. που δε μας χάλασαν κανένα χατίρι. Τα μέλη της επιστημονικής επιτροπής. Τελικά δεν είναι όλες οι επιτροπές τρομακτικά τέρατα με πολλά κεφάλια. Τους χορηγούς μας. Μας βόλεψαν με τον οβολό τους. Τους υποστηρικτές μας. Μας βόλεψαν γενικά. Τους προσκεκλημένους ομιλητές. Η παρουσία τους ήταν τιμή. Όλους τους εισηγητές, γιατί συνέδριο χωρίς εισηγήσεις, Θεσσαλονίκη χωρίς Λευκό Πύργο. Όλους εσάς, που κρατάτε αυτή την έκδοση. Χωρίς εσάς τα πράγματα θα ήταν πολύ βαρετά το διήμερο 10 και 11 Απριλίου. Άκυρο αν βούτηξες τα πρακτικά από κάποια φίλη σου και εσύ εκείνο το διάστημα παραθέριζες στη Μύκονο. Ιδιαίτερες ευχαριστίες στον δάσκαλό μας, κ. Λαμπρίδη Δημήτριο, Καθηγητή του Τμήματος ΗΜΜΥ και Πρόεδρο του Συνεδρίου. Ήταν πάντα δίπλα μας, πράγμα δύσκολο για εμάς, καθώς έπρεπε να ανοίξουμε το βήμα μας για να προλάβουμε την οξυδέρκεια του. Και διάολε...τι χιούμορ! Η Οργανωτική Επιτροπή 5

6 Οργανωτική Επιτροπή ΣΦΗΜΜΥ 3.0 Βαγρόπουλος Στυλιανός Γραμματικοπούλου Μαρία Δημητριάδης Αλέξανδρος Κουφογιάννης Ιωάννης Κυδωνόπουλος Αλέξης Μεκίκης Πρόδρομος Βασίλειος Παππή Κοραλία Σγούρας Καλλισθένης Σέληνας Πάρης Σπυριδόπουλος Λάζαρος Στασινόπουλος Νίκος Τσιρανίδου Ευγενία Χουρτσίδης Παρασκευάς Χριστοφής Απόστολος Χρύσαλλος Εμμανουήλ Μέλη Τοπικών Ομάδων Αποστολοπούλου Δήμητρα Αυγουλής Μιχάλης Βομβολάκης Εμμανουήλ Ζότος Γεώργιος Καρδάσης Νικόλας Κρομμύδας Κωνσταντίνος Μανωλή Δανάη Μίσσας Σωτήρης Μουτοπούλου Ευθυμία Νούτση Ευγενία Παπαϊωάννου Αντώνης Πολιούδης Εμμανουήλ Σταυρόπουλος Στέργιος Στούμπη Ευαγγελία Τσολάκος Γεώργιος Πρόεδρος Συνεδρίου Λαμπρίδης Δημήτριος, Καθηγητής ΑΠΘ Πρόεδροι Επιστημονικών Επιτροπών Επιτροπή Ενέργειας: Βουρνάς Κωνσταντίνος, Καθηγητής ΕΜΠ Επιτροπή Τηλεπικοινωνιών: Κουκουρλής Χρήστος, Αναπλ. Καθηγητής ΔΠΘ Επιτροπή Ηλεκτρονικής και Αυτομάτου Ελέγχου: Τζές Αντώνιος, Καθηγητής Παν. Πατρών Επιτροπή Πληροφορικής & Υπολογιστών: Μήτκας Περικλής, Καθηγητής ΑΠΘ 6

7 Μέλη Επιστημονικών Επιτροπών Επιστημονική Επιτροπή Ενέργειας: Κλαδάς Αντώνιος, Καθηγητής ΕΜΠ Παπαγιάννης Γρηγόριος, Επικ. Καθηγητής ΑΠΘ Παπαθανασίου Σταύρος, Επικ. Καθηγητής ΕΜΠ Πυργιώτη Ελευθερία, Λέκτορας Παν. Πατρών Σαφιγιάννη Αναστασία, Αναπλ. Καθηγήτρια ΔΠΘ Χατζηαθανασίου Βασίλειος, Επικ. Καθηγητής ΑΠΘ Χατζηαργυρίου Νικόλαος, Καθηγητής ΕΜΠ Επιστημονική Επιτροπή Τηλεπικοινωνιών: Γιούλτσης Τραϊανός, Επικ. Καθηγητής ΑΠΘ Κακλαμάνη Δήμητρα Θεοδώρα, Αναπλ. Καθηγήτρια ΕΜΠ Καραγιαννίδης Γεώργιος, Επικ. Καθηγητής ΑΠΘ Κωτσόπουλος Σταύρος, Καθηγητής Παν. Πατρών Σεργιάδης Γεώργιος, Καθηγητής ΑΠΘ Τασιούλας Λέανδρος, Καθηγητής Παν. Θεσσαλίας Επιστημονική Επιτροπή Ηλεκτρονικής και Αυτομάτου Ελέγχου: Κοσμίδου Όλγα, Επικ. Καθηγήτρια ΔΠΘ Λυγούρας Ιωάννης, Αναπλ. Καθηγητής ΔΠΘ Παλιουράς Βασίλειος, Επικ. Καθηγητής Παν. Πατρών Πέτρου Λουκάς, Αναπλ. Καθηγητής ΑΠΘ Πολυκάρπου Μάριος, Καθηγητής Παν. Κύπρου Τζαφέστας Κωνσταντίνος, Λέκτορας ΕΜΠ Χατζόπουλος Αλκιβιάδης, Αναπλ. Καθηγητής ΑΠΘ Επιστημονική Επιτροπή Πληροφορικής και Υπολογιστών: Εφραιμίδης Παύλος, Λέκτορας ΔΠΘ Κοζύρης Νεκτάριος, Αναπλ. Καθηγητής ΕΜΠ Κόλλιας Στέφανος, Καθηγητής ΕΜΠ Μεγαλοοικονόμου Βασίλειος, Αναπλ. Καθηγητής Παν. Πατρών Ντελόπουλος Αναστάσιος, Επικ. Καθηγητής ΑΠΘ Σελλής Τιμολέων, Καθηγητής ΕΜΠ 7

8 8

9 [παρουσιάσεις] 9

10 Improved Unscented Kalman Filtering For a Class of Nonlinear Systems Alexandros C. Charalampidis 1, George P. Papavassilopoulos 2 1 PhD. Candidate, 2 Professor, National Technical University of Athens 1 alexchar@central.ntua.gr, 2 yorgos@netmode.ntua.gr Research Area: automatic control Keywords: Unscented Kalman filtering, State estimation,numerical Methods This papers deals with the recursive state estimation for a specific class of discrete time nonlinear systems. It is assumed that both process and measurement noise are additive, while they are independent and i.i.d. with known distribution. Extended Kalman Filter (EKF) and Unscented Kalman Filter (UKF) are used extensively in practice, and UKF is considered superior. However, in its general form it does not exploit the special structure of the system whose state must be estimated. This paper provides an improved form of the UKF for the system class under study. Let us suppose that each output of the system is a nonlinear function of a linear combination of the system states, and that the system dynamics contains expect for linear terms, only nonlinear functions of linear combinations of the system states. Then, approximating the distribution of the system state by a Gaussian distribution, each nonlinear combination is a real valued normally distributed random variable. This permits easy calculations of covariances and means. More precisely, both for the prediction step and the correction step of Unscented Kalman Filtering, the mean and covariance of transformed random variables must be computed. In fact, this is a problem of numerical computation of integrals. But if the state space is n dimensional, a fine grid consists of a lot of points. Since for the system under study the nonlinearities have as input only one dimensional random variables, the need of fine grids in n dimensions is avoided. The main result of this paper is the proof that in this case all computations are reduced to a number of n dimensional linear systems and a number of integral approximation problems in one and two dimensions. The proposed technique is presented in detail and explicit formulae are provided for the reduced integral approximation problems as well as for the linear systems. Using the above results it is possible to make more precise computations without an exponential increase of sampling points. After the required mean and covariance computations, the prediction and correction steps are accomplished using standard Kalman Filter equations, in the same way as in UKF. The system class under study contains many important subclasses. Systems with linear dynamics belong to the class under study if each output is a nonlinear function of a linear combination of the system states. Another subclass consist of SISO linear systems with nonlinear static feedback. Square MIMO linear systems with nonlinear static feedback also fall into this class provided that the feedback is decoupled, namely that the controller determines each control input using only one system output. Finally, the cascades of linear systems with nonlinear static characteristics also belong to this class. The effectiveness of the proposed technique is illustrated in three examples. In the first example, the output of a linear system driven by Gaussian White Noise is measured using a sensor suffering from nonlinearity. The goal is to estimate the true output of the system. The proposed technique is used to get smaller error than UKF. If the sensor characteristic has more complex form, the error reduction obtained by the application of the proposed technique is more important. The case of a sensor which except for nonlinearities introduces lag is also examined. Again, the proposed technique performs better. The results also validate the known fact that UKF performs better than EKF in most cases. Further research could be finding more general or other system classes for which the special structure can be exploited to increase accuracy. Accounting for the non gaussianity of the system state distribution may also increase accuracy. 10

11 Ανάπτυξη απεικονιστικού συστήματος για τη μελέτη του φωτοκινητικού αντανακλαστικού της οπτικής θηλής Βασίλειος Καββαδίας Προπτυχιακός φοιτητής, Πολυτεχνείο Κρήτης Περιοχή έρευνας: Ψηφιακά συστήματα, οπτοηλεκτρονικά, βιοϊατρική τεχνολογία Λέξεις κλειδιά: Pupil, digital pupillometry, infrared pupillography, pupillary light reflex, swinging flashlight test, autonomous nervous system Αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι η ανάπτυξη ενός απεικονιστικού συστήματος για την μέτρηση των δυναμικών αντανακλαστικών της οπτικής θηλής (οφθαλμικής κόρης). Το σύστημα πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την μελέτη του φωτοκινητικού αντανακλαστικού καθώς και των συσχετιζόμενων με αυτό παθήσεων του εγκεφάλου και του αυτόνομου νευρικού συστήματος. Στόχος είναι η ανάπτυξη μη επεμβατικών μεθόδων διάγνωσης των παθήσεων αυτών και αντικειμενικής αξιολόγησης της αποτελεσματικότητας θεραπευτικών σχημάτων. Το πρωτότυπο απεικονιστικό σύστημα το οποίο αναπτύχθηκε στα πλαίσια της εργασίας αυτής επιτρέπει την μέτρηση των ακούσιων δυναμικών μεταβολών της οπτικής θηλής σε συνθήκες εξωτερικού οπτικού ερεθίσματος. Το σύστημα βασίζεται σε απεικονιστικό αισθητήρα με ευαισθησία στο ορατό και στο υπέρυθρο μέρος του φάσματος. Η θηλή απεικονίζεται αρχικά στο υπέρυθρο μέρος του φάσματος με την χρήση υπέρυθρου LED. Σε αυτή την φασματική περιοχή το αντανακλαστικό δεν λειτουργεί, καθιστώντας έτσι δυνατή την καταγραφή της μέγιστης διαμέτρου της κόρης. Στην συνέχεια ενεργοποιείται το οπτικό ερέθισμα (LED λευκού φωτός) με ταυτόχρονη και αυτοματοποιημένη ενεργοποίηση της καταγραφής εικόνων σε χρονική ακολουθία η οποία διαρκεί και μετά την άρση του οπτικού ερεθίσματος. Ο έλεγχος και ο συγχρονισμός των υπομονάδων του συστήματος γίνεται μέσω μικροελεγκτή και ειδικά αναπτυγμένου λογισμικού. Πέραν αυτού, το λογισμικό του συστήματος περιλαμβάνει την υλοποίηση κατάλληλου αλγορίθμου για την αυτόματη οριοθέτηση της κόρης στο σύνολο των καταγεγραμμένων εικόνων. Από τα δεδομένα αυτά υπολογίζεται η διάμετρος του κύκλου ο οποίος οριοθετεί βέλτιστα την κόρη και τελικά υπολογίζεται η καμπύλη διάμετρος χρόνος σε συνθήκες εισαγωγής και άρσης του οπτικού ερεθίσματος. Τέλος, η καμπύλη αυτή προσομοιώνεται με κατάλληλη συνάρτηση και υπολογίζονται ποσοτικές παράμετροι οι οποίες εκφράζουν τα ακούσια κινητικά χαρακτηριστικά της κόρης του ματιού. Η συσκευή αξιολογήθηκε τεχνικά αλλά και σε προ κλινικό επίπεδο σε μάτια εθελοντών. Η αξιολόγηση έδειξε ότι η συσκευή πληροί πλήρως τις σχεδιαστικές προδιαγραφές και ότι οι μετρήσεις χαρακτηρίζονται από μεγάλη επαναληψιμότητα και αξιοπιστία. Η αναπτυχθείσα συσκευή πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την μελέτη της έκφρασης διαφόρων παθήσεων όπως Alzheimer, εγκεφαλικοί όγκοι, τραύματα κλπ, στο μετρούμενο πλέον φωτοκινητικό αντανακλαστικό, με στόχο την ανάπτυξη και εισαγωγή νέων μη επεμβατικών διαγνωστικών κριτηρίων και μεθόδων για τις παθήσεις αυτές. 11

12 Απτική Αλληλεπίδραση σε Περιβάλλον Εικονικής Προσομοίωσης Ψηλαφητικών Πράξεων με Εφαρμογή Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων Ιωάννα Κεφαλά, Βασίλειος Παπαδόπουλος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο {Jnkefala, Περιοχή έρευνας: Συστήματα πολυμέσων Λέξεις Κλειδιά: Ψηλαφητικές προσομοιώσεις, πραγματικού χρόνου, προσομοίωση, μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων, απτικά συστήματα, εικονική πραγματικότητα Η αριθμητική προσομοίωση ανθρώπινου ιστού, με σκοπό την οπτικοποίηση του μέσω εικονικής πραγματικότητας και την απτική αλληλεπίδραση του με τον χρήστη για χρήση σε ιατρικές ψηλαφητικές διαγνωστικές πράξεις (ανίχνευση μη υγιούς ιστού), δεν αποτελεί απλή υπόθεση για τους ερευνητές καθώς η μελέτη ενός τέτοιου συστήματος χαρακτηρίζεται από πολυπλοκότητα και επιπλέον παρουσιάζονται προβλήματα υπολογιστικής ισχύος και ταχύτητας. Ιδιότητες όπως η ετερογένεια, η μηελαστικότητα, η ανισότροπη ελαστική και ιξώδης συμπεριφορά χαρακτηρίζουν τους ανθρώπινους ιστούς και κάνουν την μοντελοποίηση τους δύσκολη. Επιπλέον οι ιδιότητες αυτές διαφοροποιούνται σε κάθε άνθρωπο αλλά και σε διαφορετικό σημείο του ανθρώπινου σώματος.. Η ρεαλιστικότητα του φυσικού μοντέλου προσεγγίζεται περισσότερο ως προς την δυνατότητά του να αντιδρά φυσικά και προβλεπόμενα κατά την διάρκεια της αλληλεπίδρασης με τον χρήστη και λιγότερο με την λογική της αριθμητικής ακρίβειας. Η προσομοίωση για να μπορεί να χαρακτηριστεί πραγματικού χρόνου (real time) απαιτεί ταχύτητα εναλλαγής εικόνων τουλάχιστον ανά δευτερόλεπτο, επομένως η επίλυση του προβλήματος πρέπει να πραγματοποιείται σε χρόνο λιγότερο από 0.05second. Τα κύρια, λοιπόν, ενδιαφέροντα μία τέτοιας μελέτης δεν είναι μόνο η ακρίβεια ως προς τα φυσικά χαρακτηριστικά του προβλήματος αλλά κυρίως η ταχύτητα και η ευρωστία του αριθμητικού μοντέλου. Επομένως, η επιθυμητή ρεαλιστικότητα του φυσικού μοντέλου και η ανάγκη για ταχύτητα στην επίλυση του αριθμητικού μοντέλου πρέπει να είναι απόλυτα ισορροπημένα. Για την αριθμητική προσομοίωση έγινε χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (FEM Finite Element Method). Το μοντέλο του ιστού θεωρήθηκε ότι αποτελείται από δύο επίπεδα και οι εμβιομηχανικές ιδιότητες του ιστού προσδιορίζονται μέσω του μέτρου ελαστικότητας (Young s modulus) και του λόγου Poisson (Poisson s ratio). Η επίλυση του μοντέλου πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο Crout Cholesky και για την εξοικονόμηση υπολογιστικού χώρου το μητρώο ακαμψίας αποθηκεύτηκε με τη μέθοδο ενεργούς στήλης (Skyline). Η επιβεβαίωση του μοντέλου καθώς και η εύρεση της βέλτιστης σχέσης των δύο παχών των επιπέδων του ιστού και των μέτρων ελαστικότητας πραγματοποιήθηκαν βάσει πειραματικών δεδομένων από τη βιβλιογραφία. Για το δεύτερο, αναπτύχθηκε γενετικός αλγόριθμος βελτιστοποίησης. Η φυσική διασύνδεση μεταξύ του εικονικώς αναπαριστώμενου ιστού και του ανθρώπου χρήστη πραγματοποιήθηκε με την χρήση της απτικής διάταξης Phantom Omni, ενώ για την απεικόνιση έγινε χρήση του προτύπου OpenGL. Το λογισμικό που αναπτύχθηκε είναι ευέλικτο ως προς τις εισαγόμενες παραμέτρους λόγω της παραμετροποίησης των παρακάτω μεγεθών: λόγος των δύο επιπέδων, μέτρο Young, λόγος Poisson, πάχος, πλάτος και μήκος της γεωμετρίας και γένεση πλέγματος. Κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης με το χρήστη είναι σημαντικό να είναι αντιληπτή η σχετική διαφοροποίηση της αίσθησης της δύναμης και μέτρο για αυτή την αντιληπτική ικανότητα αποτελεί ο λόγος Weber (Weber function), ο οποίος και ικανοποιείται. Τέλος ελήφθησαν διαγράμματα κατανομής της παραμόρφωσης του ιστού καθώς και δύναμης ως προς την απόσταση από το τελικό σημείο δράσης για διάφορες βυθίσεις. 12

13 Hyper spectral imaging and spectral classification algorithms for the non destructive analysis of El Greco s paintings Giorgos Epitropou Undergraduate student, Technical University of Crete gepitropou@isc.tuc.gr Research area: Optoelectronics, Pattern recognition Keywords: Imaging spectroscopy, Hyperspectral imaging, Pigment identification Macroscopic investigation of art works with non invasive spectroscopic techniques can provide information about structure and composition of painted surfaces, without physically extracting pigment materials. Among them, imaging spectroscopy is the most versatile as it generates a high spectral and spatial profile of the works under study, in a wide sequence of digital images at different wavelengths. In this project, the problem of non destructive analysis of artworks and especially the identification of color pigments in El Greco and his workshop s paintings was addressed. A portable hyperspectral imaging system was employed for analyzing works of art, acquiring spectral responses of the pigments composing the artworks, without physically extracting pigment materials. Moreover, a spectral database of painting material replicas, with known chemical and structural characteristics, following their original development processes, was utilized for building a classifier capable of pigment identification and mapping. Establishing an appropriate training set and therefore a list of informational and separable classes, Relative Spectral Discriminality rate, Relative Spectral Discriminality Entropy discriminality measures were used. Results from the comparative evaluation of both unsupervised (Isodata) and supervised (Maximum Likelihood, Normalized Euclidean Distance, Spectral Angle Mapper, Spectral Correlation Mapper, Spectral Information Divergence, Spectral Gradient Mapper) algorithms are presented. A selection of the classification results obtained from spectral acquisition and analysis of El Greco and his workshop s oil paintings is also reported. A falsecolor image composed from a set of principal component images (PCI) is provided for an enhanced and more detailed visualization of the paintings. A graphical user interface application was developed for facilitating the classification process. Particularly, in El Greco s Saint James, Apostle and Pilgrim, the kirtle, according to ML classifier, appears to have been painted with red pigment Minio Kremer (4250), while distance metrics recognize two different areas, with Minio Kremer (4250) and Cinnabar Kremer (4200) pigments. In J.M. Theotokopoulos Espolio and Saint Louis, King of France the darkest areas of the red kirtles appear to have been painted with Red Lake, Also, the yellow kirtle was classified as Naples Yellow Kremer (4313) or Massicot Kremer (4301) or most probably a mix of the two. For the details on the face of Saint Louis a lead Tin Kremer (1011) or a Massicot Kremer (4301) was used, whereas for the blue background, Azurite Kremer. Hyper Spectral Imaging combined with spectral classification algorithms provides valuable information for material identification and mapping. Also, it can be configured to address a variety of pigment materials. Selection, development and spectral analysis of reference materials are essential for achieving the best result. 13

14 Βέλτιστος προγραμματισμός λειτουργίας υβριδικού συστήματος φωτοβολταϊκών και συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας με βάση την ανάλυση διακύμανσης του Ηλεκτρικού Φορτίου Ασημίνα Καρακυριάκου Προπτυχιακή φοιτήτρια Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών, Ε.Μ.Π. Περιοχή έρευνας: Διανεμημένοι Ενεργειακοί Πόροι, Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Τα τελευταία χρόνια η ανάγκη αποδοτικότερης χρησιμοποίησης των πηγών ενέργειας και του περιορισμού των δυσμενών επιπτώσεων τους στο περιβάλλον, γίνεται όλο και πιο επιτακτική. Ειδικότερα, η αξιοποίηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και η διείσδυση τους στη διαδικασία παραγωγής ηλεκτρισμού, βρίσκονται στο επίκεντρο. Η ανάγκη για τη συμμετοχή τέτοιων εναλλακτικών μορφών ενέργειας οδήγησε στη Διασπαρμένη Παραγωγή. Η παραγωγή, δηλαδή, ενέργειας μικρής κλίμακας, με τις μονάδες να εντοπίζονται κοντά στο φορτίο. Η συνεχώς αυξανόμενη ένταξη των μονάδων Διασπαρμένης Παραγωγής στο δίκτυο Μέσης και Χαμηλής Τάσης, τα τελευταία χρόνια, επέφερε σημαντική αλλαγή στη συμβατική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από μεγάλες κεντρικές εγκαταστάσεις παραγωγής. Ωστόσο, επί του παρόντος, μεγάλο ενδιαφέρον εμφανίζει η διασύνδεση μικρών μονάδων παραγωγής στα Συστήματα Διανομής, Χαμηλής Τάσης, που αποτελούν ένα νέο τύπο συστήματος ισχύος που ονομάζεται Μικροδίκτυο. Τα Μικροδίκτυα βασίζονται στην ύπαρξη ενός συνόλου ηλεκτρικών και θερμικών φορτίων τοποθετημένων μαζί με πηγές ηλεκτρικής ισχύος και ωφέλιμης θερμότητας μικρής κλίμακας. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εκτίμηση της βέλτιστης ημερήσιας παραγωγής των μονάδων ενός Υβριδικού Συστήματος, που αποτελείται από Φωτοβολταϊκά Στοιχεία (PV) και από μονάδες Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού και Θερμότητας (CHP). Ο Βέλτιστος Προγραμματισμός Λειτουργίας πραγματοποιείται για ένα 24ωρο, και βασίζεται στα δεδομένα της ηλεκτρικής και θερμικής ζήτησης. Το γεγονός ότι η συχνότητα των μετρήσεων είναι αρκετά μεγάλη, (τα δεδομένα του φορτίου προκύπτουν ανά 5 min), καθώς και ότι το συνολικό φορτίο των καταναλωτών είναι σχετικά μικρό (το Μικροδίκτυο αποτελείται από 150 νοικοκυριά), προσδίδουν στην ημερήσια διακύμανση του ηλεκτρικού φορτίου έντονες διακυμάνσεις. Προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η παραγωγή των μονάδων, αρχικά, αναλύεται το ηλεκτρικό φορτίο, ώστε το μοντέλο που θα προκύψει να εκφράζει τα στοχαστικά χαρακτηριστικά του και να δίνει μία πιο ομαλή καμπύλη αυτού. Η ανάλυση του φορτίου προκύπτει από τον Αλγόριθμο Kalman (Kalman Filter & Kalman Smoother) και βασίζεται στην ανάλυση Χρονοσειρών και στο Μοντέλο Εσωτερικής Κατάστασης (State Space Model). Στη συνέχεια, υπολογίζεται η Συνάρτηση Κόστους για τη λειτουργία των συγκεκριμένων μονάδων, η οποία αποτελεί την Αντικειμενική Συνάρτηση Ελαχιστοποίησης. Κατά τη Βελτιστοποίηση, οι Περιορισμοί προκύπτουν από τα δεδομένα του φορτίου και από τις μονάδες παραγωγής. Υπάρχουν τρία σενάρια προς εξέταση, κάθε ένα από τα οποία δίνει διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας των μονάδων Διασπαρμένης Παραγωγής και διαφορετικούς Περιορισμούς. Τελικά, από την υλοποίηση των παραπάνω διαδικασιών στο πρόγραμμα Matlab και από την ελαχιστοποίηση της Συνάρτησης Κόστους του Υβριδικού συστήματος, προκύπτει η προτεινόμενη λειτουργία του Μικροδικτύου και η βέλτιστη μέθοδος ελέγχου των μονάδων παραγωγής του. 14

15 Ανασχηματισμός του Δικτύου Διανομής για Μείωση Απωλειών σε Πραγματικό Χρόνο Προσομοίωση και Εφαρμογή σε Πραγματικό Δίκτυο Π.Α. Ξένος 1,, Σ.Β. Σίμης 2,, Α.Σ. Μπουχουράς 3 1,2 Προπτυχιακός φοιτητής, 3 Μεταπτυχιακός φοιτητής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών 1 panos x@hotmail.com, 2 ssimis@auth.gr Περιοχή έρευνας: Παραγωγή, Διαχείριση, Μεταφορά και Διανομή Ηλεκτρικής Ενέργειας Λέξεις κλειδιά: Μείωση απωλειών, ανασχηματισμός δικτύου, δίκτυο διανομής Το μεγαλύτερο ποσοστό απωλειών Joule εμφανίζεται στο επίπεδο της διανομής ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Οι απώλειες αυτές μεταφράζονται σε κόστος για τις εταιρείες παραγωγής και διαχείρισης της ηλεκτρικής ενέργειας, γεγονός που καθιστά αδήριτη ανάγκη την αναζήτηση μεθόδων για τη διατήρηση των απωλειών σε αποδεκτά επίπεδα. Αντικείμενο της εργασίας αυτής είναι να διερευνηθεί η δυνατότητα μείωσης των απωλειών, που βασίζεται στην επαναδιάταξη της τοπολογίας του δικτύου διανομής, με την εφαρμογή ενός ευριστικού αλγόριθμου. Οι ευριστικές προσεγγίσεις δεν επιδιώκουν την εξεύρεση βέλτιστης λύσης, αλλά οδηγούν σε λύσεις τεχνικά αποδεκτές και αρκετά κοντά στη βέλτιστη. Με τη χρήση λοιπόν κάποιων ευριστικών κανόνων, αποφεύγεται η διερεύνηση όλου του χώρου αναζήτησης λύσεων και κατά συνέπεια μειώνεται ο όγκος και ο χρόνος των απαιτούμενων υπολογισμών. Η συγκεκριμένη μέθοδος στηρίζεται στη δυνατότητα διασύνδεσης γειτονικών γραμμών μέσης τάσης, μέσω χειρισμών διασυνδετικών διακοπτών, έτσι ώστε όλα τα φορτία να ικανοποιούνται, μόνο που στη νέα δομή κάποια από αυτά να τροφοδοτούνται από συντομότερη οδό. Στα πλαίσια αυτής της μελέτης παρουσιάζεται μια προσέγγιση για λειτουργία του δικτύου διανομής σε πραγματικό χρόνο με σκοπό τη μείωση των απωλειών μέσω ανασχηματισμού της τοπολογίας του. Σε μία πραγματική τοπολογία, τα προφίλ ζήτησης των καταναλωτών διαφοροποιούνται από ώρα σε ώρα και από μέρα σε μέρα. Επομένως, ο βέλτιστος ανασχηματισμός του δικτύου ενδέχεται να είναι διαφορετικός σε κάθε εξεταζόμενη χρονική περίοδο. Μία πιο ρεαλιστική αντιμετώπιση του προβλήματος της μείωσης απωλειών σε ένα πραγματικό δίκτυο διανομής απαιτεί την εξέταση ενός μεγάλου πλήθους διαφορετικών τυχαίων στιγμιότυπων ζήτησης και τη διερεύνηση του κατά πόσο τα διαφορετικά αυτά προφίλ ζήτησης των καταναλωτών μπορούν να επηρεάσουν τον τελικό ανασχηματισμό του δικτύου. Στην εργασία αυτή λαμβάνεται λοιπόν υπόψη η επίδραση της μεταβλητότητας των φορτίων, στις επιλεχθείσες προς ανάλυση τοπολογίες, και εξετάζεται πώς η αλλαγή των φορτίσεων επηρεάζει τις διακοπτικές κινήσεις που πρέπει να λάβουν χώρα ώστε να επιτευχθεί ο βέλτιστος ανασχηματισμός του δικτύου για μέγιστη μείωση των απωλειών. Οι αναλύσεις γίνονται για δύο τοπολογίες του Δικτύου Διανομής: η πρώτη αποτελεί πρότυπη τοπολογία από τη διεθνή βιβλιογραφία, ενώ η δεύτερη πραγματική τοπολογία της πόλης της Θεσσαλονίκης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι για αλλαγές των φορτίσεων, στα όρια που καθορίζονται από πραγματικές καμπύλες φορτίου, δεν επηρεάζονται δραματικά οι τομές που πρέπει να γίνουν στο δίκτυο για βέλτιστο ανασχηματισμό. 15

16 Μικροκυματική μέτρηση σχετικής υγρασίας καρπών στα 2.8 GHz Ιωάννης Κουφογιάννης 1, Κωνσταντίνος Πιπής 2 Προπτυχιακοί φοιτητές, Τομέας Τηλεπικοινωνιών, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Α.Π.Θ. 1 ikoufis@ee.auth.gr, 2 napoli2004@yahoo.gr Περιοχή έρευνας: Ηλεκτρομαγνητισμός, Κεραίες & Μικροκύματα Μια κοιλότητα συντονισμού επιτρέπει τη συντήρηση συγκεκριμένων μορφών στάσιμου κύματος στο εσωτερικό της και συνεπώς συγκεκριμένων ρυθμών. Κάθε ρυθμός χαρακτηρίζεται από την οξύτητά του Q και από μια κεντρική συχνότητα συντονισμού f o. Αν στην κοιλότητα συντονισμού εισαχθεί κάποιο μικρό, συγκριτικά με το μήκος κύματος του συντονισμού, αντικείμενο, τότε θα προκληθεί ολίσθηση της συχνότητας συντονισμού f o σε f s < f o και ταυτόχρονη μείωση της οξύτητας του συντονισμού σε Q s < Q o. Κάνοντας παραδοχή μικρών μεταβολών και μη διαταραχής της μορφής του συνολικού Η/Μ πεδίου στο εσωτερικό της κοιλότητας, είναι δυνατόν με γνώση αυτών των μεταβολών να υπολογιστεί το ποσοστό υγρασίας του αντικειμένου που εισάγεται με τη μεθοδολογία που αναλύεται παρακάτω. Η συγκεκριμένη ανάλυση αφορά μικρούς σφαιρικούς καρπούς (ρεβίθια εν προκειμένω) και δεν επηρεάζεται από τον όγκο του δείγματος που εισάγεται. Στην περίπτωση σφαιρικών καρπών που παρουσιάζουν απώλειες αγωγιμότητας και με κάποιες απλοποιητικές παραδοχές καταλήγουμε σε 2 εύχρηστες σχέσεις για την ολίσθηση συχνότητας ΔF και έμμεσα τη μεταβολή της οξύτητας του συντονισμού ΔT, που όμως και οι 2 διατηρούν εξάρτηση από τον όγκο v s του δείγματος που εισάγεται. Απόψεις του σφαιρικού συντονιστή Παρατηρούμε όμως ότι με κατά μέλη διαίρεσή τους απαλείφεται η εξάρτηση από τον όγκο του δείγματος και οι μεταβολές στον νέο αυτό λόγο Χ οφείλονται αποκλειστικά σε μεταβολές των διηλεκτρικών χαρακτηριστικών των καρπών. Αν θεωρήσουμε ότι η μεταβολή στην Η/Μ συμπεριφορά των καρπών οφείλεται μόνο σε διακυμάνσεις της σχετικής υγρασίας των δειγμάτων, τότε ο λόγος Χ είναι συνάρτηση μόνο της σχετικής υγρασίας Μ κάθε δείγματος και αρκεί η αντιστροφή της συνάρτησης για την επίλυση του προβλήματος. Για την πειραματική επαλήθευση κατασκευάστηκε σφαιρικός συντονιστής, ώστε να γίνει καλύτερη εκμετάλλευση της σφαιρικής συμμετρίας του καρπού. Η κατασκευή έγινε από πλαστικά σουρωτήρια και αυτοκόλλητη αλουμινοταινία 3Μ. Ο συγκεκριμένος συντονιστής στη συχνότητα f o =2.8GHz παρουσιάζει συντελεστή ποιότητας Q=528 και υποστηριζόμενους ρυθμούς τους TE 012 και TE 112. Για τη δημιουργία των δειγμάτων τοποθετήθηκαν 2 kg ρεβίθια σε συνθήκες σταθερής σχετικά υψηλής υγρασίας και στη συνέχεια ξεκίνησε η θέρμανσή τους και ανά τακτά χρονικά διαστήματα αφαιρούνταν καρποί. Δημιουργήθηκαν έτσι 14 παρτίδες διαφορετικής σχετικής υγρασίας η καθεμιά, κυμαινόμενη από 0% έως 55% και κάθε παρτίδα αποτελούνταν από 4 5 δείγματα. Παρουσιάζονται τα 3 διαγράμματα ΔF, ΔT και X συναρτήσει του ποσοστού σχετικής υγρασίας που επιβεβαιώνουν τα θεωρητικά αποτελέσματα. 16

17 Epilepsy facts worldwide and state of the art technological solutions to improve the everyday life of the epileptic Irene S. Karanasiou Senior Researcher, PhD, School of Electrical and Computer Engineering, National Technical University of Athens Research Area: Biomedical Engineering Keywords: epilepsy treatment, epilepsy management, ambulatory EEG Epilepsy is a condition that affects % of the world population, rendering it the most common neurological disorder after stroke. It is characterized by recurrent unprovoked seizures, due to abnormal, excessive or synchronous neuronal activity in the brain and by a vast range of causes, triggering events, symptoms and brain locations where the seizures originate. The number of people with epilepsy is high in most regions of the world, thus making epilepsy a major public health concern. It occurs in men and women and can begin at any age, but is most frequently diagnosed in infancy, childhood, adolescence and old age. According to many studies around the world, it has been estimated that the mean prevalence of active epilepsy (i.e. continuing seizures that need treatment) is approximately 8.2 per 1,000 of the general population. The lifetime prevalence of epilepsy (i.e. the number of people presently in the world who have epilepsy now or have had it in the past or will experience it in the future) is approximately 100 million people. The above mentioned figures cannot be underestimated; epilepsy affects a significant portion of the population worldwide suffering from social stigma and discrimination resulting from seizure events. Seizure fear and misunderstanding result in significant social effects that may vary in different countries and cultures but it becomes evident that all over the world the social consequences for epileptic patients are often more difficult to overcome than the seizures themselves. In 25% of the affected population, seizures cannot be controlled by antiepileptic drugs or surgery, while the vast majority of patients cannot sense an approaching grand mal seizure. Epileptic seizures may result in serious self injuries from various causes, including persons falling off a ladder, spilling hot liquids onto themselves or even causing serious traffic accidents. Therefore, the importance and usefulness of ambulatory seizure monitoring cannot be overstated. Most importantly, the ability to reliably warn the epileptic about oncoming seizures would dramatically improve the quality of life of patients, as well as ensure their self autonomy. This would be ideally accomplished by pursuing the design and development of compact wearable seizure predictors that will take full advantage of the state of the art and beyond in personalised monitoring systems. In this paper the epilepsy worldwide facts and statistics in conjunction with technological trends for epilepsy management are presented. Hence, there is a strong need for the development of effective epilepsy management solutions that should be able to: A) Improve indices of health related quality of life by: i) making epilepsy management personalised and more effective and ii) realising real time monitoring and assistance of epileptic patient, improving their autonomy, B) Control and reduce the overall economic and social costs of medical care of epileptic patients, by decreasing the frequency of hospital admissions (by self managing the seizures where possible and avoiding accidents and self injuries). Whilst outpatient Ambulatory EEG (AEEG) systems offer several benefits over long term inpatient monitoring, several limitations are present: i) there are issues in ensuring that the electrodes remain securely attached for the duration of the testing, while designing a discreet system that can be worn in public, ii) systems can weigh up to 1 kg, limiting their portability, iii) each channel recorded requires a wired connection from the patient s head to the recording unit and the compliance of these wires can limit patient movement, iii) long term recordings generate large amounts of data for storage or transmission, approximately 1 GB every 24 hours. This requires a significant amount of power, iv) the data is time consuming for a neurologist to analyse, taking approximately two hours per 24 hour recording. Current and future wearable EEG systems aim to overcome the aforementioned issues, extending current AEEGs to give a longer temporal sample that includes all stages of sleep and wakefulness and increasing the likelihood of recording typical seizures. The current trends regarding the design and development of ambulatory electrophysiological recording systems move towards also wireless implementations to develop next generation mobile healthcare applications, exploiting the capabilities of state of the art tools and mobile devices. Finally, an important future direction for AEEG is its use not only as an aid in epilepsy diagnosis but as part of a coordinated system that detects seizures and acts as a signal to initiate an automated therapeutic intervention. Patients with frequent seizures that are poorly controlled by conventional medications may be able to continuously wear an AEEG with seizure detection capacity, coupled to a therapeutic device (antiepileptic medication micro injection pump, or a stimulator that delivers appropriate current) to abort or prevent a seizure. 17

18 Ανάπτυξη και Δοκιμή Λειτουργίας Προσομοιωτή Βιομηχανικού Δικτύου Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών με το Υλικό Εντός του Βρόχου Ελέγχου Βασίλειος Χαρίσης 1, Γεώργιος Χασάπης 2 1 Υποψήφιος Διδάκτορας, 2 Καθηγητής, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Τομέας Τηλεπικοινωνιών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης 1 vcharisis@ee.auth.gr, 2 chasapis@eng.auth.gr Περιοχή έρευνας: Υλικό υπολογιστών Αυτόματα Συστήματα Ελέγχου Λέξεις κλειδιά: PLC, Hardware In the Loop simulator, Industrial Ethernet, OPC Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκε και δοκιμάστηκε η λειτουργία ενός προσομοιωτή βιομηχανικού δικτύου προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών με το υλικό εντός του βρόχου ελέγχου (hardware in the loop simulator) για την προσομοίωση συστημάτων δικτυακού αυτόματου ελέγχου. Το βιομηχανικό δίκτυο που υλοποιήθηκε είναι το Industrial Ethernet ταχύτητας 100Mbps και περιλαμβάνει δύο PLC της εταιρίας Siemens της σειράς S7 300 και έναν προσωπικό ηλεκτρονικό υπολογιστή. Με τον όρο προσομοιωτής με το υλικό εντός του βρόχου ελέγχου εννοούμε ένα σύστημα προσομοίωσης κάποιας πραγματικής διεργασίας του οποίου κάποια τμήματα έχουν αντικατασταθεί από πραγματικές μονάδες, που στην περίπτωσή μας είναι τα PLC. Δικτυακό σύστημα ελέγχου είναι ένα σύστημα ελέγχου στο οποίο οι βρόχοι ελέγχου «κλείνουν» μέσω ενός δικτύου δεδομένων πραγματικού χρόνου και τα σήματα ελέγχου ανταλλάσσονται με τη μορφή πακέτων πληροφορίας. Η επικοινωνία του υπολογιστή με τα PLC επιτυγχάνεται μέσω του μοντέλου OPC Server Client. Το OPC επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ υλικού και λογισμικού από διαφορετικούς κατασκευαστές και αναπτύχθηκε για να διευκολύνει τη συνδεσιμότητα των αυτοματισμών στις βιομηχανίες. Αυτό προϋποθέτει την ύπαρξη του OPC Server της Siemens και λογισμικού που υποστηρίζει την επικοινωνία OPC όπως το Matlab (OPC Toolbox), το οποίο και χρησιμοποιήσαμε. Η επικοινωνία γίνεται μέσω των μεταβλητών της μνήμης cache του server που συνδέονται με θέσεις μνήμης στα PLC Εικόνα 1: Αρχιτεκτονική δικτύου προσομοιωτή Ο προσομοιωτής (εικόνα 1) παρέχει αφενός τη δυνατότητα μελέτης της επίδρασης που έχουν στην απόκριση του δικτύου διάφορες παράμετροι του δικτύου και αφετέρου τη δυνατότητα αξιολόγησης εάν ένα βιομηχανικό δίκτυο με δεδομένο φορτίο μπορεί να εξυπηρετήσει μια νέα εφαρμογή με συγκεκριμένο ρυθμό δειγματοληψίας. Για τη μελέτη των επιδόσεων του δικτύου έγινε η υπόθεση ότι το δίκτυο δεν εξυπηρετεί μόνο μία συγκεκριμένη εφαρμογή αυτομάτου ελέγχου αλλά και άλλες εφαρμογές που το επιβαρύνουν. Δηλαδή, υπάρχουν και άλλα πακέτα που πρέπει να διεκπεραιωθούν. Για το λόγο αυτό θεωρήθηκε ότι το PLC1 λειτουργεί ως γεννήτρια πακέτων και παράγει όλο το φορτίο των εγκατεστημένων εφαρμογών που εξυπηρετεί το δίκτυο. Το PLC2 επιλέχθηκε να εξυπηρετεί νέες εφαρμογές και συγκεκριμένα εκτελεί έναν υποθετικό αλγόριθμο ελέγχου μιας υποτιθέμενης διεργασίας. Ο υπολογιστής από τη μια απορροφά τα πακέτα που στέλνει το PLC1 και από την άλλη εξομοιώνει την υποτιθέμενη διεργασία που ελέγχει το PLC2. Έτσι, εκτός από τον προγραμματισμό των PLC και του PC αναπτύχθηκαν και δύο διεπαφές με γραφικά, μία για κάθε PLC, για πιο εύκολη και ευέλικτη χρήση του προσομοιωτή. Κύρια παράμετρος που επηρεάζει τη λειτουργία του δικτύου είναι το πρωτόκολλο επικοινωνίας (ISO on TCP, TCP και S7). Ακόμη, η απόκριση δικτύου εξαρτάται από το χρόνο ανανέωσης της μνήμης του Server (UpdateRate), το μέγεθος των διακινούμενων δεδομένων και τη συχνότητα αποστολής τους. Από τις μετρήσεις προέκυψε ότι το πιο γρήγορο πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι το TCP με το μειονέκτημα ότι είναι απαγορευτικό για μετάδοση πακέτων μεταβλητού μήκους. Το πρόβλημα αυτό λύνει το ελάχιστα πιο αργό ISO on TCP, ενώ το S7 παρέχει πολύ υψηλότερους μέσους χρόνους απόκρισης με αντάλλαγμα την εξαιρετικά απλή χρήση του. Όσον αφορά το UpdateRate των μεταβλητών του OPC Server παρατηρήθηκε ότι η αύξησή του συνεπάγεται σημαντική αύξηση του χρόνου απόκρισης στην περίπτωση όμως που χρησιμοποιούνται τα Data Change Events του Matlab για την αναγνώριση άφιξης των νέων δεδομένων στο PC. Από την άλλη, υπερβολική μείωση του UpdateRate δεν επιφέρει αντίστοιχο θετικό αποτέλεσμα. Ουσιαστική επίδραση στις επιδόσεις έχει και το φορτίο του δικτύου. Μεγαλύτερο μέγεθος των πακέτων που ανταλλάσσονται και συχνότερη αποστολή σημαίνει αύξηση του χρόνου απόκρισης και ιδιαίτερα για το πρωτόκολλο S7 εξαιτίας των ενδογενών χαρακτηριστικών του. Τέλος, ένα βιομηχανικό δίκτυο Industrial Ethernet με μέσο φορτίο 1250Bytes ανά 250msec μπορεί να εξυπηρετήσει μια εφαρμογή με περίοδο δειγματοληψίας μέχρι 350msec για τα πρωτόκολλα TCP, ISO on TCP και 450msec για το S7. Εδώ αξίζει να τονισθεί ότι το Industrial Ethernet συνιστά ένα μη ντετερμινιστικό δίκτυο με αποτέλεσμα να αδυνατεί να εγγυηθεί τη μέγιστη καθυστέρηση μετάδοσης των δεδομένων από ένα κόμβο σε άλλο. Ως αποτέλεσμα, σε κρίσιμες διεργασίες με πολύ υψηλές προδιαγραφές και απαιτήσεις συνίσταται η χρήση του Industrial Ethernet πραγματικού χρόνου (switched) ή του Profinet που διασφαλίζουν ένα μέγιστο χρόνο απόκρισης δικτύου. 18

19 Συμπεριφορά Ασύγχρονου Κινητήρα τροφοδοτούμενος από τριφασικό Αντιστροφέα οδηγούμενος με διανυσματική διαμόρφωση μαγνητικής ροής Παρασκευάς Βαγδάτης Μεταπτυχιακός φοιτητής, Τομέας Ενεργειακών Συστημάτων, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Δ.Π.Θ. Περιοχή έρευνας: Συστήματα Αυτομάτου ελέγχου Λέξεις κλειδιά: Έλεγχος ασύγχρονου κινητήρα, διανυσματικός έλεγχος πεδίου, δυναμική συμπεριφορά κινητήριου συστήματος, εκτίμηση ταχύτητας. Στην εργασία αυτή παρουσιάζεται η λειτουργία ενός κινητηρίου συστήματος το οποίο ελέγχεται με την διανυσματική διαμόρφωση της μαγνητικής ροή. Για τον έλεγχο του συστήματος η τροφοδοσία του κινητήρα γίνεται μέσω ενός αντιστροφέα δύο επιπέδων με ελεγχόμενα στοιχεία IGBT. Στην αρχή γίνεται η μαθηματική ανάλυση του συστήματος με βάση τις δυναμική συμπεριφορά της ασύγχρονης μηχανής καθώς και η μέθοδος οδήγησης του αντιστροφέα με ημιτονοειδή διαμόρφωση. Στη συνέχεια γίνεται η υλοποίηση του κινητηρίου συστήματος με τη χρήση του συστήματος dspace. Στην ηλεκτρική κίνηση χρησιμοποιούνται κυρίως ασύγχρονες μηχανές βραχυκυκλωμένου δρομέα επειδή το κόστος αγοράς τους είναι χαμηλότερο. Για την τροφοδοσία των κινητήρων χρησιμοποιούνται αντιστροφείς και για τον έλεγχο τους, τόσο ως προς την ταχύτητα, όσο και ως προς την ροπή εφαρμόζοντας διάφορους τρόπους οδήγησης των αντιστροφέων. Διάγραμμα άμεσου ελέγχου επαγωγικού κινητήρα με προσανατολισμό του πεδίου του ρότορα Στην εργασία αυτή έγινε η διερεύνηση ενός συστήματος ηλεκτρικής κίνησης η οποία ελέγχεται με την μέθοδο FOC μέσω ενός τριφασικού αντιστροφέα. Στην αρχή έγινε η διερεύνηση του συστήματος μέσω υπολογιστή προσομοιώνοντας όλο το σύστημα μέσω των μαθηματικών σχέσεων στο Matlab/Simulink. Στην συνέχεια υλοποιήθηκε το σύστημα αυτό στο εργαστήριο Elektrische Antriebe und Motoren του πανεπιστημίου Friedrich Alexander Universität του Erlangen με την βοήθεια ενός dspace συστήματος. Τόσο κατά την προσομοίωση στον υπολογιστή, όσο και κατά την υλοποίηση του συστήματος έγινε εκτίμηση της ταχύτητας και της μαγνητικής ροής. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα της προσομοίωσης με αυτά των εργαστηριακών μετρήσεων παρατηρούμε ότι οι κυματομορφές των ηλεκτρομαγνητικών μεγεθών είναι παρόμοιες. 19

20 A simple loss minimization scheme taking into account inductance saturation for standard induction motor Evaggelos M. Tsambouris, Minos E. Beniakar, Antonios G. Kladas National Technical University of Athens, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Laboratory of Electrical Machines and Power Electronics {etsab, beniakar, Research Area: Electrical Machines Keywords: Induction motor losses, vector control, PWM supply, Inductance saturation, finite element modelling This paper investigates efficiency in standard induction motors fed by PWM inverters, taking into consideration criteria in the control algorithm enabling to minimize motor losses. For this purpose the full dynamic model of the induction machine was implemented in Matlab/Simulink. The magnetizing inductance saturation effect was introduced in the model using a convenient fitting curve of third order. Fig. 1. Fitting curve to equivalent Lm data values The saturation curve was determined through 2D finite element modeling of the induction machine using Femm. The simulated machine was a 2 HP induction motor supplied by a PWM voltage source inverter. It was shown that the main efficiency improvement can be obtained by conveniently tuning the magnetizing flux to the desired operating conditions. 20 Fig. 2. Optimum flux variation with load torque and speed