Hakkuriteholähteen säädön suunnittelu

Diplomityö on tehty osana ETX-tutkimushanketta: 'Volyymiteholähteen suunnittelumetodien kehitys ja optimointi DFM-viitekehyksessä'. Työssä suunnitellaan hakkuriteholähteelle säätäjä. Tähän suunnittelun sektoriin syventyminen on teollisuudessa jäänyt monesti vähälle. Säätö on tavallisesti ajan puutteen ja apuvälineiden käytön osaamattomuuden tai puuttumisen takia suunniteltu kokeilemalla. Työssä muodostetaan jännitemuotoisesti säädetylle hakkurille piensignaalimallilla linearisoidut siirtofunktiot, joiden perusteella voidaan tarkastella hakkurin stabiilisuutta takaisinkytketyssä säätösilmukassa. Stabiiliustarkastelu tehdään taajuustasossa käyttäen Bode-kuvaajia. Näiden kuvaajien perusteella viritetään järjestelmään säätäjä. Säätäjän toimintaa aikatasossa tarkastellaan simuloimalla ja reaalisen laitteen toimimista laboratorioprototyypin avulla. Tulosten perusteella voidaan todeta, että jännitemuotoisella säädöllä flyback-hakkuri saadaan nopeaksi epäjatkuvalla käämivirralla. Mikäli halutaan hakkurin toimivan jatkuvalla käämivirralla, on syytä käyttää muita säätömenetelmiä, esimerkiksi huippuvirtasäätöä.

Myytit ja ”hyvä” johtajuus sotilasdiskurssissa

Tutkielman tavoitteena on selvittää, minkälainen kuva kadettikurssilaisten puheessa rakentuu hyvästä johtajuudesta, keitä he mainitsevat ihanteellisina johtajina ja mitä sankaruus heille merkitsee. Kadettien näkemyksiä tarkastellaan puolustusvoimien ”perinteisen” ja uuden syväjohtamisen mukaisen johtajakoulutuksen valossa. Tutkimus on kvalitatiivinen ja menetelmänä käytetään diskurssianalyysiä. Ympäröivä kulttuuri muokkaa, mallintaa ja uusintaa ihmisten sosiaalista todellisuutta. Puolustusvoimien johtajakoulutuksella, sotilasorganisaation kulttuurilla ja historian esikuvallisilla sotilasjohtajilla on keskeinen merkitys kadettikurssilaisten hyvä johtaja –kuvan muodostumisessa. Diskursseissa käsitys hyvästä johtajuudesta rakentuu sekä perinteisesti maskuliinisina pidettyjen että ”uusien” pehmeämpien johtamisarvojen kautta. Kadettien mukaan sotilasjohtaja voi olla niin käskijä ja valvoja kuin alaiset huomioiva, osallistuva johtaja. Suomalaisista sotilasjohtajista esille nostetaan Carl Gustav Mannerheim, Lauri Törni ja Adolf Ehrnrooth. Kadettikurssilaiset säilyttävät puheessaan sekä perinteiseen sotilasjohtamiseen liittyviä myyttejä että rakentavat syväjohtamisen mallia mukailevia johtamisarvoja.

On the Analysis and Control of a Linear Synchronous Servomotor with a Flexible Load

Industry's growing need for higher productivity is placing new demands on mechanisms connected with electrical motors, because these can easily lead to vibration problems due to fast dynamics. Furthermore, the nonlinear effects caused by a motor frequently reduce servo stability, which diminishes the controller's ability to predict and maintain speed. Hence, the flexibility of a mechanism and its control has become an important area of research. The basic approach in control system engineering is to assume that the mechanism connected to a motor is rigid, so that vibrations in the tool mechanism, reel, gripper or any apparatus connected to the motor are not taken into account. This might reduce the ability of the machine system to carry out its assignment and shorten the lifetime of the equipment. Nonetheless, it is usually more important to know how the mechanism, or in other words the load on the motor, behaves. A nonlinear load control method for a permanent magnet linear synchronous motor is developed and implemented in the thesis. The purpose of the controller is to track a flexible load to the desired velocity reference as fast as possible and without awkward oscillations. The control method is based on an adaptive backstepping algorithm with its stability ensured by the Lyapunov stability theorem. As a reference controller for the backstepping method, a hybrid neural controller is introduced in which the linear motor itself is controlled by a conventional PI velocity controller and the vibration of the associated flexible mechanism is suppressed from an outer control loop using a compensation signal from a multilayer perceptron network. To avoid the local minimum problem entailed in neural networks, the initial weights are searched for offline by means of a differential evolution algorithm. The states of a mechanical system for controllers are estimated using the Kalman filter. The theoretical results obtained from the control design are validated with the lumped mass model for a mechanism. Generalization of the mechanism allows the methods derived here to be widely implemented in machine automation. The control algorithms are first designed in a specially introduced nonlinear simulation model and then implemented in the physical linear motor using a DSP (Digital Signal Processor) application. The measurements prove that both controllers are capable of suppressing vibration, but that the backstepping method is superior to others due to its accuracy of response and stability properties.

Lineaarisen hammashihnaservokäytön tilasäätö

Tuotantotehokkuus näyttelee yhä suurempaa roolia teollisuudessa, minkä vuoksi myös pakkauslinjas­toille joudutaan asettamaan suuria vaatimuksia. Usein leik­kaus- ja kappaleensiirtosovelluksissa käyte­tään lineaarisia ruuvikäyttöjä, jotka voitaisiin tietyin edellytyksin korvata halvemmilla ja osittain suori­tuskykyisimmillä hammashihnavetoisilla johteilla. Yleensä paikkasäädetty työsolu muodostuu kahden tai kolmen eri koordinaatisto­akselin suuntaan asen­netuista johteista. Tällaisen työsolun paikoitustarkkuuteen vaikuttavat muun muassa käytetty säätöra­kenne, moottorisäätöketjun viiveet, sekä laitteiston eri epälineaarisuudet, kuten kitka. Tässä työssä esitetään lineaarisen hammashihnaservokäytön dynaamista käytöstä kuvaava matemaatti­nen malli ja laaditaan mallin pohjalta laitteen simulointimalli. Mallin toimivuus varmistetaan käytän­nön identifiointitesteillä. Lisäksi työssä tut­kitaan, kuinka hyvään suorituskykyyn lineaarinen hammas­hihnaservokäyttö kyke­nee, jos teollisuudessa paikoitussäätörakenteena tyypillisesti käytetty kaskadira­kenne tai PID-rakenne korvataan kehittyneemmällä mallipohjaisella tilasäädinra­kenteella. Säädön toi­mintaa arvioidaan simulointien ja koelaitteistolla suoritetta­vien mittaus­ten perusteella.

Lasertyöaseman mekaniikan ohjelmointi

Työssä oli tarkoituksena suunnitella logiikka lasertyöaseman mekaniikan ohjaukseen. Logiikka muodostettiin Alpha Programming –ohjelmalla, mikä ladattiin muodostamisen jälkeen mikrokontrolleriin. Latauksen jälkeen logiikka testattiin ja ilmenevät virheet korjattiin. Korjausten jälkeen logiikkaa saatiin toimimaan oikein.

Active Damping and Energy Recovery in a Hydraulic Boom Controlled by an Electric Drive

The aim of the study is to obtain a mathematical description for an alternative variant of controlling a hydraulic circuit with an electrical drive. The electrical and hydraulic systems are described by basic mathematical equations. The flexibilities of the load and boom is modeled with assumed mode method. The model is achieved and proven with simulations. The controller is constructed and proven to decrease oscillations and improve the dynamic response of the system.

Handover aspects in Unlicensed Mobile Access Technology

Fixed Mobile Convergence is the recent buzz in the field of telecommunication technology. Unlicensed Mobile Access (UMA) technology is a realistic implementation of Fixed Mobile Convergence. UMA involves communication between different types of networks. Handover is a very important issue in UMA. The study is an analysis of theoretical handover mechanism and practical test results. It includes a new proposal for handover performance test in UMA. It also provides an overview of basic handover operation on different scenarios in UMA. The practical test involves an experiment on handover performance test using network analyzers. The new proposal provides a different approach for an experimental setting on handover performance test without using network analyzers. The approach is not be implemented because of some technical problem in a network equipment in UMA. The analysis of the test results reveals that time of handover between UMA and Global System for Mobile Communication (GSM) network is similar to time of handover between inter base station controller (BSC) handover in GSM networks. The new approach is simple and provides measurement at the end point communicating entities. The study gives a general understanding of handover operation, an analysis of handover performance in UMA and specifically provides a new approach useful for further study of handover in different real world environments and scenarios.

Flexible Multibody Simulation Approach in the Dynamic Analysis of Bone Strains Activity

The objective of this study is to show that bone strains due to dynamic mechanical loading during physical activity can be analysed using the flexible multibody simulation approach. Strains within the bone tissue play a major role in bone (re)modeling. Based on previous studies, it has been shown that dynamic loading seems to be more important for bone (re)modeling than static loading. The finite element method has been used previously to assess bone strains. However, the finite element method may be limited to static analysis of bone strains due to the expensive computation required for dynamic analysis, especially for a biomechanical system consisting of several bodies. Further, in vivo implementation of strain gauges on the surfaces of bone has been used previously in order to quantify the mechanical loading environment of the skeleton. However, in vivo strain measurement requires invasive methodology, which is challenging and limited to certain regions of superficial bones only, such as the anterior surface of the tibia. In this study, an alternative numerical approach to analyzing in vivo strains, based on the flexible multibody simulation approach, is proposed. In order to investigate the reliability of the proposed approach, three 3-dimensional musculoskeletal models where the right tibia is assumed to be flexible, are used as demonstration examples. The models are employed in a forward dynamics simulation in order to predict the tibial strains during walking on a level exercise. The flexible tibial model is developed using the actual geometry of the subject’s tibia, which is obtained from 3 dimensional reconstruction of Magnetic Resonance Images. Inverse dynamics simulation based on motion capture data obtained from walking at a constant velocity is used to calculate the desired contraction trajectory for each muscle. In the forward dynamics simulation, a proportional derivative servo controller is used to calculate each muscle force required to reproduce the motion, based on the desired muscle contraction trajectory obtained from the inverse dynamics simulation. Experimental measurements are used to verify the models and check the accuracy of the models in replicating the realistic mechanical loading environment measured from the walking test. The predicted strain results by the models show consistency with literature-based in vivo strain measurements. In conclusion, the non-invasive flexible multibody simulation approach may be used as a surrogate for experimental bone strain measurement, and thus be of use in detailed strain estimation of bones in different applications. Consequently, the information obtained from the present approach might be useful in clinical applications, including optimizing implant design and devising exercises to prevent bone fragility, accelerate fracture healing and reduce osteoporotic bone loss.

Virtalähdejärjestelmän ohjauksen suunnittelu

Virtalähdejärjestelmä koostuu itsenäisesti toimivista virtalähdeyksiköistä. Virtalähdeyksiköt ovat rinnankytketty syöttämään virtaa kuormaan. Tämä diplomityö käsittelee virtalähdeyksiköiden ohjaamiseen liittyviä ongelmia ja ratkaisuja. Työssä suunnitellaan virtalähdejärjestelmän ohjauselektroniikkaa sekä mikrokontrollerin ohjelmakoodia. Lisäksi kehitetään ratkaisuja virtalähteen hallintaan ja automaattiseen ohjaukseen. Huomiota kiinnitetään vikasietoisuuteen ja käyttäjäystävällisyyteen.

Taajuusmuuttajaohjatun pumppukäytön simulointimallin kehittäminen ja testaus

Pumppukäytöt vastaavat noin neljänneksestä Euroopan sähkömoottoreissa kulutettavasta sähkötehosta. Energian kallistumisen vuoksi energian säästämisestä ja energiatehokkuudesta on tullut yhä tärkeämpää. Taajuusmuuttajat ovat tuoneet yksinkertaisen säätötavan, jolla suurimmassa osassa pumppukäyttöjä voidaan saada huomattavia energiasäästöjä. Koko energiansäästöpotentiaalin hyödyntämiseksi täytyy kuitenkin pumppujen toimintaa tarkkailla. Tarkkailu voidaan toteuttaa käyttämällä taajuusmuuttajan sisäisiä mittauksia pumpun toimintapisteen määrittämiseen. Tässä työssä muodostetaan kaksi simulointimallia, joilla voidaan tutkia pumppukäytön toimintapistettä ja energiatehokkuutta. Pumpattavan nesteen ominaisuuksien vaikutusta malleihin tutkitaan ja tapoja korjata virhettä selvitetään. Mallien tuottamia estimaatteja verrataan laboratorio ja pilot-kohteiden mittauksiin. Pilot-kohteiden avulla tutkitaan voidaanko simulointimalleja käyttää teollisuuden energiansäästöpotentiaalia omaavien pumppukäyttöjen havaitsemiseen.

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.

Salient Pole Synchronous Machine Modelling in an Industrial Direct Torque Controlled Drive Application

Synchronous motors are used mainly in large drives, for example in ship propulsion systems and in steel factories' rolling mills because of their high efficiency, high overload capacity and good performance in the field weakening range. This, however, requires an extremely good torque control system. A fast torque response and a torque accuracy are basic requirements for such a drive. For large power, high dynamic performance drives the commonly known principle of field oriented vector control has been used solely hitherto, but nowadays it is not the only way to implement such a drive. A new control method Direct Torque Control (DTC) has also emerged. The performance of such a high quality torque control as DTC in dynamically demanding industrial applications is mainly based on the accurate estimate of the various flux linkages' space vectors. Nowadays industrial motor control systems are real time applications with restricted calculation capacity. At the same time the control system requires a simple, fast calculable and reasonably accurate motor model. In this work a method to handle these problems in a Direct Torque Controlled (DTC) salient pole synchronous motor drive is proposed. A motor model which combines the induction law based "voltage model" and motor inductance parameters based "current model" is presented. The voltage model operates as a main model and is calculated at a very fast sampling rate (for example 40 kHz). The stator flux linkage calculated via integration from the stator voltages is corrected using the stator flux linkage computed from the current model. The current model acts as a supervisor that prevents only the motor stator flux linkage from drifting erroneous during longer time intervals. At very low speeds the role of the current model is emphasised but, nevertheless, the voltage model always stays the main model. At higher speeds the function of the current model correction is to act as a stabiliser of the control system. The current model contains a set of inductance parameters which must be known. The validation of the current model in steady state is not self evident. It depends on the accuracy of the saturated value of the inductances. Parameter measurement of the motor model where the supply inverter is used as a measurement signal generator is presented. This so called identification run can be performed prior to delivery or during drive commissioning. A derivation method for the inductance models used for the representation of the saturation effects is proposed. The performance of the electrically excited synchronous motor supplied with the DTC inverter is proven with experimental results. It is shown that it is possible to obtain a good static accuracy of the DTC's torque controller for an electrically excited synchronous motor. The dynamic response is fast and a new operation point is achieved without oscillation. The operation is stable throughout the speed range. The modelling of the magnetising inductance saturation is essential and cross saturation has to be considered as well. The effect of cross saturation is very significant. A DTC inverter can be used as a measuring equipment and the parameters needed for the motor model can be defined by the inverter itself. The main advantage is that the parameters defined are measured in similar magnetic operation conditions and no disagreement between the parameters will exist. The inductance models generated are adequate to meet the requirements of dynamically demanding drives.

Controllerin työnkuva

Yritysten toimintaympäristön muutokset ovat pakottaneet yritykset muokkaamaan organisaatiorakennettaan ja tämä on johtanut taloushallinnon hajauttamiseen. Hajautettu taloushallinto on tehnyt perinteisten laskentatoimen ammattilaisten yksitoikkoisista työtehtävistä paljon värikkäämpiä. Roolit ja työtehtävät ovat lisääntyneet ja hyvien kommunikaatiotaitojen merkitys on korostunut. Tämä on pakottanut laskentatoimen ammattilaiset ulos toimistoistaan tekemään yhteistyötä yrityksen muiden osastojen kanssa. Controller on käsitteenä laaja. Controller-nimike sisältää monia eri rooleja ja työtehtäviä yrityksessä. Tämän takia työnimikettä voidaankin tarkentaa esimerkiksi nimikkeillä Assistant Controller tai Business Controller. Työtehtävien painopiste vaihtelee controllerin roolin mukaan, mutta laskentatoimen hallitseminen ja liiketoiminnan ymmärtäminen on kaikissa tärkeää. Business Controller on kuitenkin muista controllereista selvästi eniten liiketoimintaan suuntautunut. Työn perusteella voidaan todeta, että controllereiden työnkuvat teoriassa ja todellisuudessa vastaavat hyvin toisiaan. Controllereiden yleisimpiä työtehtäviä sekä kirjallisuuden ja artikkeleiden että työpaikkailmoitusten mukaan ovat taloudellisen tiedon tuottaminen ja analysointi, raportointi, raportointijärjestelmien ja suorituskykymittaristojen ylläpitäminen ja kehittäminen, taloudellisten ohjeistusten laatiminen, yrityksen taloudellisena neuvonantajana toimiminen sekä päätöksenteon tukeminen. Controllereiden työtehtävien painopiste riippuu aina myös yrityksen koosta ja toimialast

Toimitusketjun mallinnuksen tarpeet ja rakenne LOCOMOTIVE projekstissa

Työn tavoitteena oli kuvata ja priorisoida toimitusketjun dynaamisen mallinnustyökalun vaatimukset, sekä muodostaa tämän pohjalta ohjelmistokehitystä tukeva oliomalli. Vaatimuksia selvitettiin teoreettisen tarkastelun, aiemmin toteutettujen kyselytutkimusten sekä viiden pilottitapauksen avulla. Toimitusketjun hallinta ei ole pelkästään materiaalivirtojen vaan myös näihin liittyvän informaation hallintaa. Holististen toimitusketjuongelmien mallintaminen edellyttää siis informaatiovirtojen ja niitä saatelevien ohjausmekanisemien mallintamista. Markkinoilla on selkeästi tilaa tukijärjestelmille, jotka mahdollistaisivat multidimensionaalisten - tuotto, aika, palvelu - toimitusketjuongelmien tarkastelun. Systeemidynamiikan teorian mukaisesti oliomallin lähtökohdaksi valittiin tärkeimpien takaisinkytkentäsilmukkojen mallinnus. Takaisinkytkentäsilmukoiden avulla kyetään mallintamaan kompleksisia systeemejä ajan suhteen. Mallinnetut toimitusketjujen takaisinkytkentäsilmukkat ovat operaatio-, ohjaus-, kysyntä- ja strategiasilmukka. Toimitusketjun ohjausmekanismien, sekä systeemidynamiikan perusteiden pohjalta mallinnustyökalun vaatimuksista muodostettiin oliomalli. Muodostettu oliomalli on Locomotiven - toimitusketjun mallinnustyökalun - perusta.