Analysis of torque and speed ripple producing non-idealities of frequency converters in electric drives

Electric motors driven by adjustable-frequency converters may produce periodic excitation forces that can cause torque and speed ripple. Interaction with the driven mechanical system may cause undesirable vibrations that affect the system performance and lifetime. Direct drives in sensitive applications, such as elevators or paper machines, emphasize the importance of smooth torque production. This thesis analyses the non-idealities of frequencyconverters that produce speed and torque ripple in electric drives. The origin of low order harmonics in speed and torque is examined. It is shown how different current measurement error types affect the torque. As the application environment, direct torque control (DTC) method is applied to permanent magnet synchronous machines (PMSM). A simulation model to analyse the effect of the frequency converter non-idealities on the performance of the electric drives is created. Themodel enables to identify potential problems causing torque vibrations and possibly damaging oscillations in electrically driven machine systems. The model is capable of coupling with separate simulation software of complex mechanical loads. Furthermore, the simulation model of the frequency converter's control algorithm can be applied to control a real frequency converter. A commercial frequencyconverter with standard software, a permanent magnet axial flux synchronous motor and a DC motor as the load are used to detect the effect of current measurement errors on load torque. A method to reduce the speed and torque ripple by compensating the current measurement errors is introduced. The method is based on analysing the amplitude of a selected harmonic component of speed as a function oftime and selecting a suitable compensation alternative for the current error. The speed can be either measured or estimated, so the compensation method is applicable also for speed sensorless drives. The proposed compensation method is tested with a laboratory drive, which consists of commercial frequency converter hardware with self-made software and a prototype PMSM. The speed and torque rippleof the test drive are reduced by applying the compensation method. In addition to the direct torque controlled PMSM drives, the compensation method can also beapplied to other motor types and control methods.

Moment Operators of Observables in Quantum Mechanics, with Applications to Quantization and Homodyne Detection

The questions studied in this thesis are centered around the moment operators of a quantum observable, the latter being represented by a normalized positive operator measure. The moment operators of an observable are physically relevant, in the sense that these operators give, as averages, the moments of the outcome statistics for the measurement of the observable. The main questions under consideration in this work arise from the fact that, unlike a projection valued observable of the von Neumann formulation, a general positive operator measure cannot be characterized by its first moment operator. The possibility of characterizing certain observables by also involving higher moment operators is investigated and utilized in three different cases: a characterization of projection valued measures among all the observables is given, a quantization scheme for unbounded classical variables using translation covariant phase space operator measures is presented, and, finally, a mathematically rigorous description is obtained for the measurements of rotated quadratures and phase space observables via the high amplitude limit in the balanced homodyne and eight-port homodyne detectors, respectively. In addition, the structure of the covariant phase space operator measures, which is essential for the above quantization, is analyzed in detail in the context of a (not necessarily unimodular) locally compact group as the phase space.

Paper Surface Image Processing for Roughness Quality Measurement

Diplomityössä on käsitelty paperin pinnankarkeuden mittausta, joka on keskeisimpiä ongelmia paperimateriaalien tutkimuksessa. Paperiteollisuudessa käytettävät mittausmenetelmät sisältävät monia haittapuolia kuten esimerkiksi epätarkkuus ja yhteensopimattomuus sileiden papereiden mittauksissa, sekä suuret vaatimukset laboratorio-olosuhteille ja menetelmien hitaus. Työssä on tutkittu optiseen sirontaan perustuvia menetelmiä pinnankarkeuden määrittämisessä. Konenäköä ja kuvan-käsittelytekniikoita tutkittiin karkeilla paperipinnoilla. Tutkimuksessa käytetyt algoritmit on tehty Matlab® ohjelmalle. Saadut tulokset osoittavat mahdollisuuden pinnankarkeuden mittaamiseen kuvauksen avulla. Parhaimman tuloksen perinteisen ja kuvausmenetelmän välillä antoi fraktaaliulottuvuuteen perustuva menetelmä.

Performance Measurement as Part of Management

To achieve success in a constantly changing environment and with ever-increasing competition, companies must develop their operations continuously. To do this, they must have a clear vision of what they want to be in the future. This vision can be attained through careful planning and strategising. One method of transforming a strategy and vision into an everyday tool used by employees is the use of a balanced performance measurement system. The importance of performance measurement in the implementation of companies' visions and strategies has grown substantially in the last ten years. Measures are derived from the company's critical success factors and from many different perspectives. There are three time dimensions: past, present and future. Many such performance measurement systems have been created since the 1990s. This is a case study whose main objective is to provide a recommendation for how the case company could make use of performance measurement to support strategic management. To answer this question, the study uses literature-based research and empirical research at the case company's premises. The theoretical part of the study consists of two sections: introducing the Balanced Scorecard and discussing how it supports strategic management and change management. The empirical part of this study determines the company's present performance measurement situation through interviews in the company. The study resulted in a recommendation to the company to start developing the Balanced Scorecard system. By setting up this kind process, the company would be able to change its focus more towards the future, beginning to implement a more process-based organisation and getting its employees to work together towards common goals.

Measurement of the air permeability profile on SC paper machine

Tämän diplomityön tarkoituksena oli asentaa ja kehittää UPM-Kymmene Rauman tehtaiden PK2:lle luotettava ja toimiva ilmanläpäisyprofiilin mittaus. Työn tarkoituksena oli myös kartoittaa tietoja ilmanläpäisyprofiiliin vaikuttavista seikoista sekä mahdollisuuksista säätää ilmanläpäisyprofiilia. Lisäksi työn tavoitteena oli löytää toimiva menetelmä verrata online mitattua ilmanläpäisyprofiilia laboratoriossa mitattuun ilmanläpäisyprofiiliin online mittauksen luotettavuuden näkökulmasta. Työn aikana selvitettiin myös ilmanläpäisyprofiilin mittauksen mahdollisuutta superkalanteroidusta SC paperista. Työn kirjallisessa osassa käsiteltiin paperin huokoisuutta ja ilmanläpäisyä, huokoisuustasoon ja huokoisuus profiiliin vaikuttavia tekijöitä, ilmanläpäisevyyden merkitystä SC paperin valmistukselle ja SC paperin painettavuudelle sekä ilmanläpäisevyyden laboratorio- sekä online mittausta. Kirjallisessa osassa käsiteltiin myös Honeywellin uutta Poros ilmanläpäisysensoria. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin ilmanläpäisyprofiilimittauksen luotettavuutta CD ja MD suunnassa sekä laboratorio- ja online-mittausten välisiä eroavaisuuksia ennen PK2 uusintaa. PK2 uusinnan jälkeen kokeellisessa osassa keskityttiin luotettavuuden varmentamiseen CD ja MD suunnassa sekä kartoittamaan tekijöitä, jotka aiheuttivat pieniä tasoeroja mittausten välillä. Mittaukset todettiin luotettaviksi ja niiden pohjalta suoritettiin mitattujen online profiilien välisiä vertailuja. Ilmanläpäisyprofiililla todettiin olevan positiivinen korrelaatio neliömassaprofiilin ja kosteusprofiilin kanssa sekä negatiivinen korrelaatio tuhkaprofiilin kanssa. PK2 uusinnan yhteydessä tehtiin koeajoja, jotka liittyivät laadunoptimointiin viira- ja puristinosalla. Koeajoissa tutkittujen asioiden lisäksi tutkittiin muutettujen parametrien vaikutusta ilmanläpäisyprofiiliin. Höyrylaatikon vaikutusta ilmanläpäisyprofiiliin tutkittiin säätöjen virityksen yhteydessä.

Wood Volume Measurement Using Color Images

Tämä työ käsittelee puutukkien tilavuuden mittaamista värikonenäön avulla. Värikuvat on saatu Simpeleellä olevan metsäteollisuusyrityksen hiomosta. Työssä esitetään perusteellisesti matemaattinen teoria, joka liittyy käytettyihin kuvankäsittelymenetelmiin, kuten luokitteluun, kohinan poistoon ja tukkien segmentointiin. Esitetyt menetelmät implementointiin käytännössä ja eri menetelmillä saatuja tuloksia vertailtiin keskenään. Kuvankäsittelyalgoritmit on implementoitu Matlab 6.0:n avulla. Pääasiassa käytettiin uusinta Image Processing Toolboxia, joka on versio 3.0. Tämä työn näkökulma on pääasiassa käytäntöön soveltava, koska metsäteollsuus on korkealla tasolla Suomessa ja siellä on paljon alan yrityksiä, joissa tässä työssä kehitettyä menetelmää voidaan hyödyntää.

Measurement systems in wall production applications

Tässä tutkimuksessa kehitettiin prototyyppi betonielementin dimension mittaus järjestelmästä. Tämä järjestelmä mahdollistaa kolmiulotteisen kappaleen mittauksen. Tutkimuksessa kehitettiin myös stereonäköön perustuva kappaleen mittaus. Prototyyppiä testailin ja tulokset osoittautuivat luotettaviksi. Tutkimuksessa selvitetään ja vertaillaan myös muita lähestymistapoja ja olemassa olevia järjestelmiä kappaleen kolmiuloitteiseen mittaukseen, joita Suomalaiset yhtiöt käyttävät tällä alalla.

Väsymismitoitusperusteiden ja kuormitusten määrittäminen hitsatuille sekoitinakseleille

Työssä selvitettiin vastusvenymäliuskamittausten avulla sekoitinakselin kuormitukset sekä perehdyttiin väsymisilmiöön ja hitsattujen rakenteiden väsymismitoitukseen. Kuormitusten mittauksessa rekisteröitiin akselin kriittisen kohdan taivutus- ja vääntövenymät. Mittaustulosten avulla tutkittiin kuormituksia ja kuormitusten luonnetta sekä johdettiin väsymismitoitusperusteet sekoitinakseleille. Väsymismitoitus perustuu kahteen eri menetelmään. Vakioamplitudiseen väsymisrajaan perustuvassa menetelmässä vaihtuva-amplitudisella jännityksellä suurinkin jännitysheilahdus jää väsymisrajan alle. Kokonaisväsymisvaurioon perustuvassa mitoituksessa puolestaan sallitaan vakioamplitudisen väsymisrajan ylitys. Kestoikä on käytetty loppuun, kun väsymisvaurio saavuttaa väsymiskestävyyden arvon. Menetelmän valinta riippuu käytettävästä sekoitinelintyypistä ja käytön aikana ilmenevistä väsymisen kannalta vaarallisista tilanteista.

Benchmarked Quality Measurement Process in a Software Validation Process

Jatkuva laadunmittaus osana ohjelmistoprosessia on yleistynyt ohjelmistoyritysten keskuudessa viime vuosien aikana. ISO 9001:2000 -laatustandardi vaatii yrityksiltä tuotteiden ja prosessien laadun mittaamista ja seuraamista. Laadun mittareiden valinta on haastava tehtävä. Yritykset luulevat usein mittaavansa laatua, vaikka ne todellisuudessa mittaavatkin ohjelmistojen eri ominaisuuksia kuten kokoa tai monimutkaisuutta. Tässä diplomityössä kehitetään ohjelmistojen validointiprosessiin vertailuun perustuva laadunmittausprosessi ohjelmistotuotteiden laadun arviointiin, mittaamiseen ja seurantaan. Laatumittarit valitaan ennalta määriteltyjen kriteereiden mukaisesti, ja niille asetetaan tavoitearvot vertailuanalyysistä saatujen tulosten perusteella. Laadunmittausprosessin lisäksi työssä annetaan suositus prosessin käyttöönotosta ja käytöstä osana yrityksen toimintaa, mikä mahdollistaa jatkuvan seurannan sekä kehityksen tulevaisuudessa.

Measurement Problems and Problem-Solving in Kraft Pulping

Tämän työn tarkoituksena on koota yhteen selluprosessin mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat ongelmien ratkaisemiseksi. Pääpaino on online-mittaustekniikoissa. Työ koostuu kolmesta osasta. Ensimmäinen osa on kirjallisuustyö, jossa esitellään nykyaikaisen selluprosessin perusmittaukset ja säätötarpeet. Mukana on koko kuitulinja puunkäsittelystä valkaisuun ja kemikaalikierto: haihduttamo, soodakattila, kaustistamo ja meesauuni. Toisessa osassa mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat on koottu yhteen ”tiekartaksi”. Tiedot on koottu vierailemalla kolmella suomalaisella sellutehtaalla ja haastattelemalla laitetekniikka- ja mittaustekniikka-asiantuntijoita. Prosessikemian paremmalle ymmärtämiselle näyttää haastattelun perusteella olevan tarvetta, minkä vuoksi konsentraatiomittaukset on valittu jatkotutkimuskohteeksi. Viimeisessä osassa esitellään mahdollisia mittaustekniikoita konsentraatiomittausten ratkaisemiseksi. Valitut tekniikat ovat lähi-infrapunatekniikka (NIR), fourier-muunnosinfrapunatekniikka (FTIR), online-kapillaarielektroforeesi (CE) ja laserindusoitu plasmaemissiospektroskopia (LIPS). Kaikkia tekniikoita voi käyttää online-kytkettyinä prosessikehitystyökaluina. Kehityskustannukset on arvioitu säätöön kytketylle online-laitteelle. Kehityskustannukset vaihtelevat nollasta miestyövuodesta FTIR-tekniikalle viiteen miestyövuoteen CE-laitteelle; kehityskustannukset riippuvat tekniikan kehitysasteesta ja valmiusasteesta tietyn ongelman ratkaisuun. Työn viimeisessä osassa arvioidaan myös yhden mittausongelman – pesuhäviömittauksen – ratkaisemisen teknis-taloudellista kannattavuutta. Ligniinipitoisuus kuvaisi nykyisiä mittauksia paremmin todellista pesuhäviötä. Nykyään mitataan joko natrium- tai COD-pesuhäviötä. Ligniinipitoisuutta voidaan mitata UV-absorptiotekniikalla. Myös CE-laitetta voitaisiin käyttää pesuhäviön mittauksessa ainakin prosessikehitysvaiheessa. Taloudellinen tarkastelu pohjautuu moniin yksinkertaistuksiin ja se ei sovellu suoraan investointipäätösten tueksi. Parempi mittaus- ja säätöjärjestelmä voisi vakauttaa pesemön ajoa. Investointi ajoa vakauttavaan järjestelmään on kannattavaa, jos todellinen ajotilanne on tarpeeksi kaukana kustannusminimistä tai jos pesurin ajo heilahtelee eli pesuhäviön keskihajonta on suuri. 50 000 € maksavalle mittaus- ja säätöjärjestelmälle saadaan alle 0,5 vuoden takaisinmaksuaika epävakaassa ajossa, jos COD-pesuhäviön vaihteluväli on 5,2 – 11,6 kg/odt asetusarvon ollessa 8,4 kg/odt. Laimennuskerroin vaihtelee tällöin välillä 1,7 – 3,6 m3/odt asetusarvon ollessa 2,5 m3/odt.

Re-examination of Customer Satisfaction Measurement Results

Asiakastyytyväisyys on läheisesti yhteydessä yrityksen taloudelliseen menestykseen ja yrityksen yleisen laadun määrittämiseen. Asiakastyytyväisyyden mittaamista vaaditaan tällä hetkellä myös ISO 9001 laatujärjestelmästandardissa. Tämän vuoksi tarve tutkia ja mitata asiakastyytyväisyyttä on kasvanut yritysten ja yhteisöjen joukossa. Kokonaisvaltainen asiakastyytyväisyyden tutkiminen sisältää sekä asiakastyytyväisyyden mittaamista ja järjestelmällistä asiakaspalautteen tutkimista ja analysointia. Asiakastyytyväisyysmittaamisessa käytetään menettelytapoja ja tekniikoita, jotka ovat yleisesti käytössä markkinointitutkimuksessa. Menetelmiä on kuitenkin mukautettava, jotta ne sopivat asiakastyytyväisyyden mittaamiseksi. Asiakastyytyväisyysmittaustulosten perusanalyysit ovat helppo toteuttaa mutta tulokset voidaan helposti tulkita väärin ilman syvällisempiä tilastomatemaattisia analyysejä. Asiakastyytyväisyyden mittaaminen on helppo toteuttaa mutta tutkimussuunnitelma ja tulostenkeräysmenetelmä pitää suunnitella huolellisesti, jotta mittaustulosten luotettavuus ja validiteetti voidaan taata. Jotta asiakastyytyväisyyden tutkimisesta saataisiin maksimaalinen hyöty, pitäisi tutkimuksen myös tarkastella kuinka asiakastyytyväisyys, yrityksen sisäinen ja ulkoinen laatu sekä asiakaslojaalisuus ovat yhteydessä toisiinsa.

Offset-print mottling measurement using machine vision

Mottling is one of the key defects in offset-printing. Mottling can be defined as unwanted unevenness of print. In this work, diameter of a mottle spot is defined between 0.5-10.0 mm. There are several types of mottling, but the reason behind the problem is still not fully understood. Several commercial machine vision products for the evaluation of print unevenness have been presented. Two of these methods used in these products have been implemented in this thesis. The one is the cluster method and the other is the band-pass method. The properties of human vision system have been taken into account in the implementation of these two methods. An index produced by the cluster method is a weighted sum of the number of found spots, and an index produced by band-pass method is a weighted sum of coefficients of variations of gray-levels for each spatial band. Both methods produce larger indices for visually poor samples, so they can discern good samples from the poor ones. The difference between the indices for good and poor samples is slightly larger produced by the cluster method. 11 However, without the samples evaluated by human experts, the goodness of these results is still questionable. This comparison will be left to the next phase of the project.

Visual Measurement and Modelling of Tool Wear in Rough Turning

Huolimatta korkeasta automaatioasteesta sorvausteollisuudessa, muutama keskeinen ongelma estää sorvauksen täydellisen automatisoinnin. Yksi näistä ongelmista on työkalun kuluminen. Tämä työ keskittyy toteuttamaan automaattisen järjestelmän kulumisen, erityisesti viistekulumisen, mittaukseen konenäön avulla. Kulumisen mittausjärjestelmä poistaa manuaalisen mittauksen tarpeen ja minimoi ajan, joka käytetään työkalun kulumisen mittaukseen. Mittauksen lisäksi tutkitaan kulumisen mallinnusta sekä ennustamista. Automaattinen mittausjärjestelmä sijoitettiin sorvin sisälle ja järjestelmä integroitiin onnistuneesti ulkopuolisten järjestelmien kanssa. Tehdyt kokeet osoittivat, että mittausjärjestelmä kykenee mittaamaan työkalun kulumisen järjestelmän oikeassa ympäristössä. Mittausjärjestelmä pystyy myös kestämään häiriöitä, jotka ovat konenäköjärjestelmille yleisiä. Työkalun kulumista mallinnusta tutkittiin useilla eri menetelmillä. Näihin kuuluivat muiden muassa neuroverkot ja tukivektoriregressio. Kokeet osoittivat, että tutkitut mallit pystyivät ennustamaan työkalun kulumisasteen käytetyn ajan perusteella. Parhaan tuloksen antoivat neuroverkot Bayesiläisellä regularisoinnilla.

Revising customer profitability measurement in a paper industry company

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, pitäisikö trimmihävikin kustannukset lisätä case yrityksen asiakaskannattavuuslaskelmaan. Trimmihävikin vaihtelua asiakkaiden välillä tutkittiin yhdellä case yrityksen tuotantolinjalla. Myös tilaustekijöiden sekä ajankohdan vaikutusta trimmihävikin määrään selvitettiin. Teoreettinen viitekehys rakennettiin asiakaskannattavuuden ja asiakassuhteiden johtamisen ympärille. Tutkimuksen empiirisessä osassa hyödynnettiin kvantitatiivista tutkimusmenetelmää ja tilastollisissa analyyseissä käytettiin laajaa aineistoa. Tulokset osoittivat, että trimmihävikin määrä vaihteli asiakkaiden kesken. Asiakkaista muodostettiin kolme klusteria. Näiden klustereiden tarkempi tutkiminen osoitti selvän yhteyden asiakkaan ostokäyttäytymisen ja trimmihävikin välillä. Lopuksi tutkimuksen tulosten hyödyntämismahdollisuuksia pohdittiin ja myös tutkimuksen rajoitukset tunnistettiin.

Developing supply chain performance measurement metrics, case Halton Oy

Tämä tutkimus pyrkii selvittämään, miten toimitusketjun suorituskykyä voidaan mitata kohdeyrityksessä. Supply Chain Council (SCC) on vuonna 1996 kehittänyt Supply Chain Operations Reference (SCOR) – mallin, joka mahdollistaa myös suorituskyvyn mittaamisen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on soveltaa SCOR-mallin suorituskyvyn mittausmallia kohdeyrityksessä. Työ on kvalitatiivinen tapaustutkimus. Työn teoriaosassa on pääasiallisesti käsitelty toimitusketjua ja suorituskyvyn mittaamista koskevaa kirjallisuutta. Mittausjärjestelmän luominen alkaa kohdeyrityksen esittelyllä. SCOR – mallin mittarit on kohdeyrityksessä rakennettu SCC:n ehdotusten mukaisesti, jotta mittareiden tulokset olisivat käyttökelpoisia myös benchmarkkausta varten. Malli sisältää 10 SCOR – mittaria, sekä muutamia muita Haltonin omia mittareita. Lopputuloksena voidaan nähdä, että SCOR – malli antaa hyvän yleiskuvan toimitusketjun suorituskyvystä, mutta kohdeyrityksessä on silti tarvetta kehittää edelleen informatiivisempia mittareita, jotka antaisivat yksityiskohtaisempaa tietoa kohdeyrityksen johdolle.