Συντάχθηκε 17-06-2026 09:19
Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 29/06/2026 11:00
Λήξη: 29/06/2026 12:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Ιωάννη Δρίτσα
με θέμα
Ασαφής Έλεγχος με την χρήση της Python
Fuzzy Control using Python
Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρωτής Καθηγητής Βασίλειος Σαμολαδάς (επιβλέπων)
Καθηγητής Ευτύχιος Κουτρούλης
Καθηγητής Γεώργιος Σταυρουλάκης (Σχολή ΜΠΔ)
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη, τον σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός συστήματος ελέγχου βασισμένου στην Ασαφή Λογική (Fuzzy Logic), με στόχο την ενεργή απόσβεση ταλαντώσεων σε ένα δυναμικό μηχανικό σύστημα «έξυπνης δοκού» (smart beam) εξοπλισμένης με πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες και διεγέρτες. Η κύρια καινοτομία της έρευνας έγκειται στην πλήρη αυτονόμηση της προσομοίωσης και τη μετάβαση από εμπορικά λογισμικά κλειστού κώδικα σε περιβάλλον ανοικτού κώδικα Python. Για τον σκοπό αυτό, αξιοποιήθηκαν ευρέως επιστημονικές βιβλιοθήκες, όπως οι NumPy, SciPy, python-control, skfuzzy και fuzzylab [cite: 535-542].
Το μαθηματικό μοντέλο της δοκού εξήχθη μέσω της Μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM) κατά Timoshenko, ενώ η δυναμική απόκριση του συστήματος υπολογίστηκε με τη μέθοδο αριθμητικής ολοκλήρωσης Houbolt. Στο πλαίσιο της εργασίας αναπτύχθηκαν και συγκρίθηκαν δύο ελεγκτές: ένας Γραμμικός Τετραγωνικός Ρυθμιστής (LQR), ο οποίος βασίζεται στην ακριβή γνώση του μαθηματικού μοντέλου της κατασκευής, και ένας Ασαφής Ελεγκτής (MISO) με μέθοδο συνεπαγωγής Mamdani. Ο ασαφής ελεγκτής αξιολογεί τη μετατόπιση και την ταχύτητα της δοκού μέσω 15 εμπειρικών κανόνων, προκειμένου να υπολογίσει την απαιτούμενη δύναμη διόρθωσης.
Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων επιβεβαιώνουν ότι και οι δύο μέθοδοι καταστέλλουν επιτυχώς τις ταλαντώσεις. Ο ελεγκτής LQR προσφέρει ιδανική εξομάλυνση της απόκρισης, εφόσον το μοντέλο είναι απολύτως ακριβές. Στον αντίποδα, ο ασαφής ελεγκτής αποδεικνύεται εξαιρετικά ανθεκτικός και ικανός να ελέγξει αποτελεσματικά το σύστημα, χωρίς να απαιτείται η παραμικρή γνώση των μητρώων μάζας και δυσκαμψίας.
Λέξεις-Κλειδιά: Ασαφής Λογική, Έξυπνη Δοκός, Πιεζοηλεκτρικά Υλικά, Βέλτιστος Έλεγχος LQR, Python, Μέθοδος Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM).
Abstract
This thesis focuses on the study, design, and implementation of a Fuzzy Logic control system aimed at actively damping vibrations in a "smart beam" dynamic mechanical system, equipped with piezoelectric sensors and actuators. The primary innovation of this research lies in the complete autonomy of the simulation and the transition from commercial closed-source software to the open-source Python programming environment. To achieve this, scientific libraries such as NumPy, SciPy, python-control, skfuzzy, and fuzzylab were extensively utilized [cite: 535-542].
The mathematical model of the beam was derived using the Finite Element Method (FEM) based on Timoshenko beam theory, and the dynamic response of the system was calculated via the Houbolt numerical integration method. Two controllers were developed and compared within this framework: a Linear Quadratic Regulator (LQR), which relies on exact mathematical modeling of the structure, and a Multiple Input, Single Output (MISO) Fuzzy Controller utilizing Mamdani inference. The fuzzy controller evaluates the beam's displacement and velocity through 15 empirical rules to compute the required corrective force.
Simulation results confirm that both methods effectively suppress vibrations. The LQR controller provides perfectly smooth response damping, provided the model is absolutely accurate. Conversely, the fuzzy controller demonstrates remarkable robustness, successfully and effectively controlling the system without requiring any knowledge of the mass and stiffness matrices.
Keywords: Fuzzy Logic, Smart Beam, Piezoelectric Materials, Optimal Control LQR, Python, Finite Element Method (FEM).
