FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.

MANAGING STRATEGIC CHANGE:New Business Models Applying Wireless Technology as a Source of Competitive Edge

The diffusion of mobile telephony began in 1971 in Finland, when the first car phones, called ARP1 were taken to use. Technologies changed from ARP to NMT and later to GSM. The main application of the technology, however, was voice transfer. The birth of the Internet created an open public data network and easy access to other types of computer-based services over networks. Telephones had been used as modems, but the development of the cellular technologies enabled automatic access from mobile phones to Internet. Also other wireless technologies, for instance Wireless LANs, were also introduced. Telephony had developed from analog to digital in fixed networks and allowed easy integration of fixed and mobile networks. This development opened a completely new functionality to computers and mobile phones. It also initiated the merger of the information technology (IT) and telecommunication (TC) industries. Despite the arising opportunity for firms' new competition the applications based on the new functionality were rare. Furthermore, technology development combined with innovation can be disruptive to industries. This research focuses on the new technology's impact on competition in the ICT industry through understanding the strategic needs and alternative futures of the industry's customers. The change speed inthe ICT industry is high and therefore it was valuable to integrate the DynamicCapability view of the firm in this research. Dynamic capabilities are an application of the Resource-Based View (RBV) of the firm. As is stated in the literature, strategic positioning complements RBV. This theoretical framework leads theresearch to focus on three areas: customer strategic innovation and business model development, external future analysis, and process development combining these two. The theoretical contribution of the research is in the development of methodology integrating theories of the RBV, dynamic capabilities and strategic positioning. The research approach has been constructive due to the actual managerial problems initiating the study. The requirement for iterative and innovative progress in the research supported the chosen research approach. The study applies known methods in product development, for instance, innovation process in theGroup Decision Support Systems (GDSS) laboratory and Quality Function Deployment (QFD), and combines them with known strategy analysis tools like industry analysis and scenario method. As the main result, the thesis presents the strategic innovation process, where new business concepts are used to describe the alternative resource configurations and scenarios as alternative competitive environments, which can be a new way for firms to achieve competitive advantage in high-velocity markets. In addition to the strategic innovation process as a result, thestudy has also resulted in approximately 250 new innovations for the participating firms, reduced technology uncertainty and helped strategic infrastructural decisions in the firms, and produced a knowledge-bank including data from 43 ICT and 19 paper industry firms between the years 1999 - 2004. The methods presentedin this research are also applicable to other industries.

Sulautetun moniprosessorijärjestelmän suunnittelu sähkömoottorien ohjaus- ja valvontatarpeisiin

Universal Converter (UNICON) –projektin osana suunniteltiin sähkömoottorikäyttöjen ohjaukseen ja mittaukseen soveltuva digitaaliseen signaaliprosessoriin (DSP) pohjautuva sulautettu järjestelmä. Riittävän laskentatehon varmistamiseksi päädyttiin käyttämään moniprosessorijärjestelmää. Prosessorijärjestelmässä käytettävää DSP-piiriä valittaessa valintaperusteina olivat piirien tarjoama prosessointiteho ja moniprosessorituki. Analog Devices:n SHARC-sarjan DSP-piirit täyttivät parhaiten asetetut vaatimukset: Ne tarjoavat tehokkaan käskykannan lisäksi suuren sisäisen muistin ja sisäänrakennetun moniprosessorituen. Järjestelmän mittalaiteluonteisuudesta johtuen keskeinen suunnitteluparametri oli luoda nopeat tiedonsiirtoyhteydet mittausantureilta DSP-järjestelmään. Tämä toteutettiin käyttäen ohjelmointavia FPGA-logiikkapiirejä digitaalimuotoisen mittausdatan vastaanotossa ja esikäsittelyssä. Tiedonsiirtoyhteys PC-tietokoneelle toteutettiin käyttäen erityistä liityntäkorttia DSP-järjestelmän ja PC-tietokoneen välillä. Liityntäkortin päätehtävänä on puskuroida siirrettävä data. Järjestelyllä estetään PC-tietokoneen vaikutus DSP-järjestelmän toimintaan, jotta kyetään takaamaan järjestelmän reaaliaikainen toiminta kaikissa olosuhteissa.

Sähkökäyttöjen kaapelivärähtelyt

Taajuudenmuuttajan kytkennän synnyttämä nopea jännitemuutos aiheuttaa pitkään moottorikaapeliin sähköisen värähtelyilmiön. Ilmiö on tullut erityisesti esille uusien nopeasti kytkevien puolijohdetehokytkimien ilmestyttyä markkinoille. Taajuudenmuuttajan lähtöön asennettu jännitteen nousunopeutta rajoittava suodin vähentää kaapelivärähtelyä, mutta riittävän pitkässä kaapelissa värähtely on voimakasta lähtösuotimesta huolimatta. Kaapelivärähtelyilmiön seurauksena moottorikaapelin taajuudenmuuttajan puoleiseen päähän syntyy voimakas virtavärähtely ja moottorin puoleiseen päähän voimakas jännitevärähtely. Sähkökäyttöjen vektorisäätöalgoritmit tekevät ohjauspäätöksiä moottorikaapelin taajuudenmuuttajan päästä tehtyjen virtamittausten perusteella. Säädön päätösväli on niin lyhyt, että kaapelin virtavärähtely ehtii häiritä säädön toimintaa. Tässä työssä on esitetty kaapelivärähtelyä kuvaava taajuudenmuuttajan lähtösuotimen huomioon ottava siirtofunktioperustainen matemaattinen malli. Mallin avulla kaapelivärähtelyilmiötä voi analysoida lineaarisen säätöteorian menetelmillä. Virtavärähtelyn moottorisäätöön tuomiin ongelmiin ratkaisuksi on esitetty virran mittasignaalin käsittelemistä analogisella ja digitaalisella suotimella. Simulointitulosten perusteella ratkaisua voidaan pitää toimivana. Lopuksi esitetään, kuinka avaruusvektoriteorian mukaista induktiomoottorimallia ja kaapelivärähtelymallia voidaan simuloida yhdessä.

Digital printing delivering value to the value network: CASE: STORA ENSO OYJ

Tutkielman tavoitteena oli tutkia, millaista arvoa digitaalinen painatusmenetelmä tuo yrityksen arvoverkostoon. Teoriaosassa tavoite oli rakentaa digitaalipainatuksen arvoverkostoa tutkien kirjallisuutta liittyen arvoketju- ja arvoverkostoajatteluun. Myös aiemmat tutkimukset ja kirjallisuus liittyen digitaalipainatukseen rakensivat osaltaan teoreettisen viitekehyksen muodostumista. Aiemmat tutkimukset digitaalisen painomenetelmän mahdollisuuksista ovat hyvin tekniikkapainotteisia, siksi tämä tutkimus liittyy enemmän kaupallisiin mahdollisuuksiin. Empiirinen osio tutkimuksesta tehtiin kvalitatiivisena case -tutkimuksena, johon sisältyi yksi alayksikkö. Eli tutkittiin yhtä casea, jossa oli kaksi osapuolta. Tutkielma liittyy kiinteästi Stora Enson ja Valion väliseen digipainatus-projektiin, joka käynnistettiin helmikuussa 2001. Tutkielman teemahaastatteluihin valittiin henkilöt tästä projektiryhmästä. Projektiryhmän mielipiteitä ja havaintoja hyödyntäen pyrittiin löytämään tukea ja eroavaisuuksia teoriaosan muodostamaan viitekehykseen ja informaatioon. Empiirinen osuus tuki teoriaosassa esittämiä väittämiä hyvin, mutta myös muutamia uusia havaintoja esiintyi. Tutkimusongelmaan löydettiin monia vastauksia: digitaalipainatus luo arvoa yrityksen jakeluketjuun vähentämällä varastoja ja nopeuttamalla toimituksia. Jäätelöpakkausten markkinointi on aivan uuden haasteen edessä, koska mahdollisuudet kasvavat digitaalipainatuksen myötä huomattavasti. Kartongin valmistajalle arvo tulee parempien tuotteiden kautta, joista saa myös paremman tuoton. Digitaalipainatuksen arvoverkostossa tulee tapahtumaan muutoksia jatkossa, eri osapuolten roolit saattavat muuttua radikaalisti. Kuka hoitaa painatusta ja miten?

GPS-signal Source Based on Direct Digital Synthesis

This thesis presents the design and implementation of a GPS-signal source suitable for receiver measurements. The developed signal source is based on direct digital synthesis which generates the intermediate frequency. The intermediate frequency is transfered to the final frequency with the aid of an Inphase/Quadrature modulator. The modulating GPS-data was generated with MATLAB. The signal source was duplicated to form a multi channel source. It was shown that, GPS-signals ment for civil navigation are easy to generate in the laboratory. The hardware does not need to be technically advanced if navigation with high level of accuracy is not needed. It was also shown that, the Inphase/Quadrature modulator can function as a single side band upconverter even with a high intermediate frequency. This concept reduces the demands required for output filtering.

Digital Audio Broadcasting: Technology and Prospects

The subject of the thesis was the digital audio broadcasting technology developed in the Eureka project 147. The research was based on the literature on the subject. At first, some reasons for the digitisation of broadcasting technology were given. Next, the channel multiplexing and channel coding methods employed by digital radio were discussed. The design of these methods is based on certain phenomena related to the propagation of radio-frequency signals, and these phenomena were also described. After that, audio and data transfer mechanisms as well as the structure of digital radio network were explained. Furthermore, digital audio and data services were considered. Finally, the digital radio was examined from marketing and administrative aspects. From a merely technical point of view, the digital radio technology offers several improvements in comparison with analogue technology. However, the digital radio has not become as widespread as it was perhaps originally expected during its development.

Test automation of digital mammography device

Testing of a complex software is time consuming. Automated tools are available quite a lot for desktop applications, but for embedded systems a custom-made tool is required Building a complete test framework is a complicated task. Therefore, the test platform was built on top of an already existing tool, CANoe. CANoe is a tool for CAN bus analysis and node simulation. The functionality of CANoe was extended with LabVIEW DLL. The LabVIEW software was used for simulating hardware components of the embedded device As a result of the study, a platform was created where tests could be automated. Of the current test plan, 10 percent were automated and up to 60 percent could be automated with the current functionality.

The use of future-oriented knowledge in regional innovation processes: Research on knowledge generation, transfer and conversion

The importance of the regional level in research has risen in the last few decades and a vast literature in the fields of, for instance, evolutionary and institutional economics, network theories, innovations and learning systems, as well as sociology, has focused on regional level questions. Recently the policy makers and regional actors have also began to pay increasing attention to the knowledge economy and its needs, in general, and the connectivity and support structures of regional clusters in particular. Nowadays knowledge is generally considered as the most important source of competitive advantage, but even the most specialised forms of knowledge are becoming a short-lived resource for example due to the accelerating pace of technological change. This emphasizes the need of foresight activities in national, regional and organizational levels and the integration of foresight and innovation activities. In regional setting this development sets great challenges especially in those regions having no university and thus usually very limited resources for research activities. Also the research problem of this dissertation is related to the need to better incorporate the information produced by foresight process to facilitate and to be used in regional practice-based innovation processes. This dissertation is a constructive case study the case being Lahti region and a network facilitating innovation policy adopted in that region. Dissertation consists of a summary and five articles and during the research process a construct or a conceptual model for solving this real life problem has been developed. It is also being implemented as part of the network facilitating innovation policy in the Lahti region.

Alternative Energy Conversion Systems for a Micro Scale Wind Turbine

This Master's thesis deals with a Micro Scale Wind Wind Turbine application. The thesis consists of nine chapters. The first chapter is an introduction to the philosophy of a small scale wind turbine application. The second defines concepts, and lists the requirements. The third presents the whole application for an On-Grid , and for an Off-Grid arrangement, with main concentration on lighting, heating, and energy storage. The fourth deals with the Inverter's technology, which are used for the conversion of the produced power. The fifth chapter presents the available storage technology and it's possibilities. The sixth deals with the system, and the technological means used for the implementation. The seventh presents the PLC device, which was used as the controller for the management of the whole application. The eighth deals with the concept and the control application philosophy that the PLC involves. And the final chapter presents conclusions and ideas for further considerations.

Factors Affecting Consumer’s Illicit Purchase of Copyrighted Digital Work

Peer-to-Peer (P2P) technology has revolutionized file exchange activities besides enhancing processing power distribution. As such, this technology which is nowadays made freely available to all internet users also imposes a threat as it enables the illegal distribution of copyrighted digital work. P2P technology continuously evolves in a greater pace than copyright legislation, leading to compatibility gaps between the applicability of copyright law and the illicit file sharing and downloading. Such issues give high incentives to consumers to practise piracy using P2P systems with a low perception of risk towards prosecution, leading to substantial losses for copyright owners. This study focuses on developing insights for content owners on consumer behaviour towards piracy in Finland, where quantitative analyses are assessed using a data set based on a survey conducted by the Helsinki Institute for IT. The research approach investigates the significance of three fundamental areas in relation to evaluate consumer behaviour as: environmental-related factors, innovation-related factors and consumer-related. each of these are integrates concepts derived in previous theoretical models such as the technology acceptance model, theory of reasoned action, theory of planned behaviour, the issue-risk-judgement model and the Hunt & Vitell’s model.

The Digital Book as a Disruptive Innovation

Whether digital book will become the dominant design of books and be a widely accepted format for reading is a question that is currently asked by every e-publisher, publishing industry worker and many book consumers. This study is the first to holistically approach Christensen’s disruptive innovation theory for an instrument of measuring the phenomenon of the digital book. The disruptiveness of an innovation could be measured by it’s disruptive potential and the disruption process it passes. The empirical part of the thesis is designed so to investigate the digital book‘s features as an innovation for disruptive potential and then the current digital book market, monitoring it for disruption processes. Proving that the digital book is a disruptive innovation may allow understanding it’s prospects and even help in making a pattern of the innovation’s market infiltration in the future. The framework created for answering the research question could also be used in a similar way to analyze other E-publishing products (e.g. e-newspapers, emagazines).

Consistency and change in Finnish broadcasting policy : the implementation of digital television and lessons from the Canadian experience

Konsistens och förändring i finländsk etermediapolitik. Implementering av digital television och en jämförelse med Kanada Avhandlingen handlar om hur det finländska televisionssystemet förändrades i slutet av 1990-talet från en nationell institution till ett dualistiskt system som präglas av stark marknadsorientering. Syftet med avhandlingen är att förstå på vilket sätt en så snabb förändring kunde ske och analysera de institutionella faktorerna bakom utvecklingen. På teoretisk nivå diskuteras tesen om det nära sambandet mellan statliga politiska institutioner och rundradioverksamhetens institutioner. Avhandlingen består av två fallstudier. Den första sätter fokus på de första åren av den finländska televisionens digitaliseringsprocess som startade med starka industriell-nationalistiska motiveringar. Analysen, som baserar på offentliga dokument, sträcker sig framtill hösten 2001 då de digitala televisionssändningarna startade och regeringspropositionen om den nya kommunikationsmarknadslagen lämnades till riksdagen. Dessa policy-processer analyseras som en ”marknadisering” av de traditionella styrningsprinciper och idéer gällande finländsk rundradioverksamheten. En jämförelse mellan Finlands och Kanadas nationella rundradiopolitik gör att man kan koppla slutsatserna till den internationella utvecklingen. Jämförelsen visar hur kommunikationspolitiska linjen i de två länderna har kommit att likna varandra trots att ländernas tv-system och deras styrordningar är mycket olika. Exemplet med Kanada visar att den särskilda teknologin inte är viktig utan snarare de kommersiella intressen som står bakom och som beslutsfattare gärna döljer i en nationalistisk retorik. Studien visar att det är viktigt att beakta vilken tyngd man i politiken ger de två sidor som rundradioverksamheten består av: sändningsteknologin och verksamheten som en speciell kulturform. Nationalstatens handlingsutrymme minskar inom fältet om målet är att vara framgångsrik i konkurrensen i den nya internationella ekonomin. Enligt de nyliberalistiska principer som det politiska systemet överlag har tillägnat sig det är önskvärd men också helt inhemska institutionella traditioner och praxis som följdes i den finländska digitaliseringsprocessen främjade utvecklingen som ledde till att nästan alla ursprungliga nationella syften föll sönder.

Costs and Benefits of a Shared Digital Long-Term Preservation System

Paper presented at the 40th Annual Conference of LIBER (Ligue des Bibliothèques Européennes de Recherche - Association of European Research Libraries) on July 1st, 2011; with the slides used at the presentation.