Sähköauto osana älykästä sähköverkkoa – Ohjaus ja toiminnallisuudet

Tulevaisuudessa sähköverkko kohtaa monia haasteita, kun sähköautot yleistyvät, vaatien suuren tehotarpeen. Uusiutuvan energiantuotannon epävarma huipputehon tuotanto ei välttämättä pysty kattamaan sähköautoista johtuvaa suurta tehopiikkiä, jos suuret määrät ajoneuvoista kytketään yhtä aikaa lataukseen. Jos sähköajoneuvot voidaan ladata ohjatusti, ei välttämättä tarvita lisäenergian tuotantoa kattamaan kasvanutta huipputehon tarvetta. Lisäksi sähköajoneuvojen akut toimivat koko sähköverkolle energiavarastoina, jollaista ei ole ennen ollut. Älykkäällä sähköverkolla voidaan ohjata sähköajoneuvon latausta, mikäli ajoneuvossa on ohjausjärjestelmä ja akkujen varaustilan mittaus. Tässä kandidaatin työssä ohjelmoidaan mittaus- ja ohjauskortti plug-in hybridiautoa varten, jossa on V2G-ominaisuus. Ohjainkortista toteutetaan toimintakuvaus, jonka mukaan se myös ohjelmoidaan. Ohjainkortti mittaa akkujen jännitettä ja virtaa, joista voidaan määrittää akkujen varaustilat. Ohjainkortti lähettää tiedot eteenpäin PC:lle, jolta ohjainkortti saa käskyn toimintatilasta. Mittaustietojen perusteella voidaan seurata mahdollisia vikatilanteita. Kandidaatintyön aikana ohjainkorttia ei ehditty asentamaan ajoneuvoon, mutta laboratoriotestien mukaan voidaan todeta, että ohjainkortti on ohjelmallisesti toimiva. Mittauksissa selvisi, että ohjainkortin mittaustulot eivät olleet tarpeeksi tarkkoja käyttökohteeseen. Todettiin, että ohjainkortti vaatii rakenteellisia muutoksia mittaustuloksien parantamista varten, ennen ohjainkortin käyttöönottoa, mutta kandidaatintyön tavoitteet saavutettiin.

Epälineaaristen regressiomenetelmien vertaaminen robottikäden otemallinnuksessa

Tässä työssä verrattiin monikerrosperseptronin, radiaalikantafunktioverkon, tukivektoriregression ja relevanssivektoriregression soveltuvuutta robottikäden otemallinnukseen. Menetelmille ohjelmoitiin koeympäristö Matlabiin, jossa mallit koestettiin kolmiulotteisella kappaledatalla. Koejärjestely sisälsi kaksi vaihetta. Kokeiden ensimmäisessä vaiheessa menetelmille haettiin sopivat parametrit ja toisessa vaiheessa menetelmät koestettiin. Kokeilla kerättiin dataa menetelmien keskinäiseen vertailuun. Vertailussa huomioitiin laskentanopeus, koulutusaika ja tarkkuus. Tukivektoriregressio löydettiin potentiaaliseksi vaihtoehdoksi mallintamiseen. Tukivektoriregression koetuloksia analysoitiin muita menetelmiä enemmän hyvien koetulosten takia.

Servo drive in hoist application

The objective of this master thesis is to test according to hoisting requirements, a servo drive system and compare its performance with the performance of a drive equipped with a vector controlled frequency converter. Both systems utilize closed-loop vector control based on PCL program control. In order to compare the results of tests both systems were connected to the same motor driving a variable speed electrical chain hoist. Tests were based on requirements to both systems. As requirements of tests zero speed operation, operation in field weakening, positioning accuracy and smoothness of motion are taken into consideration. Both systems demonstrate quite similar performance and meet the requirements. Servo drive system demonstrates a high positioning accuracy and dynamic performance. Frequency converter is not able to provide the same positioning accuracy and dynamic performance as servo drive.

Social ventures : the development of the theory of sustainable contributive advantage and initial empirical tests

This thesis attempts to fill gaps in both a theoretical basis and an operational and strategic understanding in the areas of social ventures, social entrepreneurship and nonprofit business models. This study also attempts to bridge the gap in strategic and economic theory between social and commercial ventures. More specifically, this thesis explores sustainable competitive advantage from a resource-based theory perspective and explores how it may be applied to the nonmarket situation of nonprofit organizations and social ventures. It is proposed that a social value-orientation of sustainable competitive advantage, called sustainable contributive advantage, provides a more realistic depiction of what is necessary in order for a social venture to perform better than its competitors over time. In addition to providing this realistic depiction, this research provides a substantial theoretical contribution in the area of economics, social ventures, and strategy research, specifically in regards to resource-based theory. The proposed model for sustainable contributive advantage uses resource-based theory and competitive advantage in order to be applicable to social ventures. This model proposes an explanation of a social venture’s ability to demonstrate consistently superior performance. In order to determine whether sustainable competitive advantage is in fact, appropriate to apply to both social and economic environments, quantitative analyses are conducted on a large sample of nonprofit organizations in a single industry and then compared to similar quantitative analyses conducted on commercial ventures. In comparing the trends and strategies between the two types of entities from a quantitative perspective, propositions are developed regarding a social venture’s resource utilization strategies and their possible impact on performance. Evidence is found to support the necessity of adjusting existing models in resource-based theory in order to apply them to social ventures. Additionally supported is the proposed theory of sustainable contributive advantage. The thesis concludes with recommendations for practitioners, researchers and policy makers as well as suggestions for future research paths.

Palveluliiketoiminnan CCC-varaosahankinta: Toimitusaika ja toimitusvarmuus

Tutkimuksessa tarkastellaan suomalaisen konepajakonsernin palveluliiketoiminnan varaosien CCC-hankintaa. Tutkimuksella haetaan CCC-hankinnan toimitusaikoja ja toimitusvarmuutta parantavia tekijöitä ja ratkaisuja. Tutkimus on toteutettu soveltamalla aiempia tutkimuksia, konepajakonsernin kolmen suurimman yrityksen hankinnan haastatteluja sekä 22 varaosatoimittajan haastatteluja. Erillisten tekijöiden vaikutuksia toimitusaikoihin ja toimitusvarmuuksiin on arvioitu Pearsonin korrelaatio-testeillä. Johtopäätöksiin on päädytty yhdistämällä aiempien tutkimusten tuloksia, eri toimijoille tehtyjä haastatteluja ja tekijöiden vaikutuksia keskenään. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että toimitusvarmuutta arvioitaessa tulee ottaa huomioon kolmannen osapuolen myöntämät laatusertifikaatit, toimitusaikaan sen sijaan vaikuttaa negatiivisesti eniten tuotannonohjauksen taso ja parempaan suoritukseen niin toimitusvarmuuden kuin toimitusajankin saralla voidaan päästä kehittämällä yhteistyötä ja siirtämällä entistä enemmän operatiivista vastuuta varaosatoimittajille.

Power cycling lifetime estimation of IGBT power modules based on chip temperature modeling

In this doctoral thesis, methods to estimate the expected power cycling life of power semiconductor modules based on chip temperature modeling are developed. Frequency converters operate under dynamic loads in most electric drives. The varying loads cause thermal expansion and contraction, which stresses the internal boundaries between the material layers in the power module. Eventually, the stress wears out the semiconductor modules. The wear-out cannot be detected by traditional temperature or current measurements inside the frequency converter. Therefore, it is important to develop a method to predict the end of the converter lifetime. The thesis concentrates on power-cycling-related failures of insulated gate bipolar transistors. Two types of power modules are discussed: a direct bonded copper (DBC) sandwich structure with and without a baseplate. Most common failure mechanisms are reviewed, and methods to improve the power cycling lifetime of the power modules are presented. Power cycling curves are determined for a module with a lead-free solder by accelerated power cycling tests. A lifetime model is selected and the parameters are updated based on the power cycling test results. According to the measurements, the factor of improvement in the power cycling lifetime of modern IGBT power modules is greater than 10 during the last decade. Also, it is noticed that a 10 C increase in the chip temperature cycle amplitude decreases the lifetime by 40%. A thermal model for the chip temperature estimation is developed. The model is based on power loss estimation of the chip from the output current of the frequency converter. The model is verified with a purpose-built test equipment, which allows simultaneous measurement and simulation of the chip temperature with an arbitrary load waveform. The measurement system is shown to be convenient for studying the thermal behavior of the chip. It is found that the thermal model has a 5 C accuracy in the temperature estimation. The temperature cycles that the power semiconductor chip has experienced are counted by the rainflow algorithm. The counted cycles are compared with the experimentally verified power cycling curves to estimate the life consumption based on the mission profile of the drive. The methods are validated by the lifetime estimation of a power module in a direct-driven wind turbine. The estimated lifetime of the IGBT power module in a direct-driven wind turbine is 15 000 years, if the turbine is located in south-eastern Finland.

Bus bar aeolian vibration field tests

Large amplitude bus bar aeolian vibration may lead to post insulator damage. Different damping applications are used to decrease the risk of large amplitude aeolian vibration. In this paper the post insulator load caused by the bus bar aeolian vibration and the effect of damping methods are evaluated. The effects of three types of bus bar connectors and three types of primary structures are studied. Two actual damping devices, damping cable and their combinations are studied. The post insulator loads are studied with strain gage based custom made force sensors installed on the both ends of the post insulator and with the displacement sensor installed on the midpoint of the bus bar. The post insulator loads are calculated from the strain values and the damping properties are determined from the displacement history. The bus bar is deflected with a hanging weight. The weight is released and the bus bar is left to free damped vibration. Both actual bus bar vibration dampers RIBE and SBI were very effective against the aeolian vibration. Combining vibration damper with damping cable will increase the damping ratio but it may be unnecessary considering the extra effort. Bus bar connector type or primary structure have no effect on the vertical load. The bending moment at the post insulator with double sided bus bar connector is significantly higher than at the post insulator with single sided bus bar connector. No reliable conclusions about bus bar connector type effect can be done, but the roller bearing type or central bearing type connector may reduce the bending moment. The RHS steel frame as primary structure may increase the bending moment peak values since it is the least rigid primary structure type and it may start to vibrate as a response to the awakening force of the vibrating bus bar.

Dynamiikan simulointi poralaitteiden tuotekehityksessä

Diplomityö käsittelee kallioporalaitteen eliniän kuormitusten arviointiin tarkoitetun simulointimallin rakentamista. Työssä luotiin modulaarinen malli, jolla voidaan simuloida dynaamisesti esteen yliajo. Esteen yliajo on perinteinen tehdastesti uusien laitteiden prototyypeille. Sillä pyritään saamaan selville laitteen maksimikuormitustapaukset. Pintaporalaitteen simulointimalli tehtiin ADAMS-ohjelmistolla laitteen suunnittelussa tehtyjä CAD-malleja hyödyntäen. ADAMS-ohjelmistolla mallinnettiin laitteen yksinkertaistettu mekaniikka siten, että laite oli jaettu viiteen eri moduuliin. Runko ja telasto olivat omana osionaan. Puomi ja syöttölaite oli oma kokoonpanonsa ja ohjaamo sekä katteet olivat kaksi erillistä modulia. Viides moduuli oli hydrauliikka, joka simuloitiin rinnakkaissimulointina EASY5-ohjelmistolla. Simuloituja esteen yliajon tuloksia verrattiin prototyyppilaitteen tehdastestien mitattuihin kuormituksiin. Vertailu tehtiin mallinnettujen neljän sylinterin paineita tarkastelemalla. Tuloksia tarkastellessa havaittiin, että simulaatiomalli antaa varsinkin staattisissa tarkasteluissa oikean suuntaisia tuloksia. Dynaamisissa tilanteissa koneen maksimikuormituksilla mallinnustarkkuus ei tämän työn laajuudessa ole riittävä varsinaiseen eliniän analysointiin. Sen sijaan mallinnustekniikka todettiin periaatteessa toimivaksi ja jatkokehityskelpoiseksi.

Kassavirtojen ennustaminen projektilähtöisessä liiketoiminnassa

Työn tavoitteena oli vastata ensisijaisesti kysymykseen, voidaanko projektiliiketoiminnan kassavirtoja ennustaa 3-15 kuukauden aikavälillä ja jos voidaan, niin miten ja millä tarkkuudella. Tutkimus toteutettiin teoriatutkimuksena aihepiiristä ja tutkimuksen pohjalta luotiin malli kassavirtojen ennustamiseen kohdeyritykselle 3-15 kuukauden aikavälille. Mallin laatimiseksi oli hyödynnettävissä viiden vuoden aineistot kohdeyrityksen kassavirroista, budjetista ja liiketoiminnan toteumatiedoista. Työn teoriaosiossa tutkittiin kirjallisuuden pohjalta projektiliiketoimintaa, budjetointia sekä kassavirtoja ja niiden ennustamista. Tämän jälkeen teorian pohjalta rakennettiin kohdeyritykselle historiatietoihin perustuva malli kassavirtojen ennustamiseksi. Mallia rakennettaessa määritettiin ensimmäiseksi merkittävimmät kassavirran komponentit, minkä jälkeen niille laadittiin ennustemenetelmät. Samalla arvioitiin millä tarkkuudella projektilähtöisen liiketoiminnan kassavirtoja pystytään ennustamaan. Tutkimuksen tuloksena oli historiatietoihin pohjautuva ennustemalli kohdeyritykselle. Mallilla tehtyjen testien pohjalta voitiin todeta, että projektilähtöisen liiketoiminnan kassavirtoja pystytään ennustamaan melko hyvällä tarkkuudella, ennustaminen ei kuitenkaan ole niin luotettavaa, kuin jos ennustettaisiin tasaisemmin kehittyvän liiketoiminnan kassavirtoja. Historiaan pohjautuvaa mallia käytettäessä pitää myös muistaa, että mikään ei takaa historian toistumista tulevaisuudessa.

Dual light barrier method for six degrees of freedom tool center point calibration of an industrial robot

Tool center point calibration is a known problem in industrial robotics. The major focus of academic research is to enhance the accuracy and repeatability of next generation robots. However, operators of currently available robots are working within the limits of the robot´s repeatability and require calibration methods suitable for these basic applications. This study was conducted in association with Stresstech Oy, which provides solutions for manufacturing quality control. Their sensor, based on the Barkhausen noise effect, requires accurate positioning. The accuracy requirement admits a tool center point calibration problem if measurements are executed with an industrial robot. Multiple possibilities are available in the market for automatic tool center point calibration. Manufacturers provide customized calibrators to most robot types and tools. With the handmade sensors and multiple robot types that Stresstech uses, this would require great deal of labor. This thesis introduces a calibration method that is suitable for all robots which have two digital input ports free. It functions with the traditional method of using a light barrier to detect the tool in the robot coordinate system. However, this method utilizes two parallel light barriers to simultaneously measure and detect the center axis of the tool. Rotations about two axes are defined with the center axis. The last rotation about the Z-axis is calculated for tools that have different width of X- and Y-axes. The results indicate that this method is suitable for calibrating the geometric tool center point of a Barkhausen noise sensor. In the repeatability tests, a standard deviation inside robot repeatability was acquired. The Barkhausen noise signal was also evaluated after recalibration and the results indicate correct calibration. However, future studies should be conducted using a more accurate manipulator, since the method employs the robot itself as a measuring device.

Post-processing and analysis of tracked hand trajectories

In this thesis, the suitability of different trackers for finger tracking in high-speed videos was studied. Tracked finger trajectories from the videos were post-processed and analysed using various filtering and smoothing methods. Position derivatives of the trajectories, speed and acceleration were extracted for the purposes of hand motion analysis. Overall, two methods, Kernelized Correlation Filters and Spatio-Temporal Context Learning tracking, performed better than the others in the tests. Both achieved high accuracy for the selected high-speed videos and also allowed real-time processing, being able to process over 500 frames per second. In addition, the results showed that different filtering methods can be applied to produce more appropriate velocity and acceleration curves calculated from the tracking data. Local Regression filtering and Unscented Kalman Smoother gave the best results in the tests. Furthermore, the results show that tracking and filtering methods are suitable for high-speed hand-tracking and trajectory-data post-processing.

Accuracy improvement of a demand forecasting model

This research concerns different statistical methods that assist to increase the demand forecasting accuracy of company X’s forecasting model. Current forecasting process was analyzed in details. As a result, graphical scheme of logical algorithm was developed. Based on the analysis of the algorithm and forecasting errors, all the potential directions for model future improvements in context of its accuracy were gathered into the complete list. Three improvement directions were chosen for further practical research, on their basis, three test models were created and verified. Novelty of this work lies in the methodological approach of the original analysis of the model, which identified its critical points, as well as the uniqueness of the developed test models. Results of the study formed the basis of the grant of the Government of St. Petersburg.

Accuracy in book papers' sales forecasting

The main objective of this thesis was to study if the quantitative sales forecasting methods will enhance the accuracy of the sales forecast in comparison to qualitative sales forecasting method. A literature review in the field of forecasting was conducted, including general sales forecasting process, forecasting methods and techniques and forecasting accuracy measurement. In the empirical part of the study the accuracy of the forecasts provided by both qualitative and quantitative methods is being studied and compared in the case of short, medium and long term forecasts. The SAS® Forecast Server –tool was used in creating the quantitative forecasts.

3D Mesh Simplification. A survey of algorithms and CAD model simplification tests

Simplification of highly detailed CAD models is an important step when CAD models are visualized or by other means utilized in augmented reality applications. Without simplification, CAD models may cause severe processing and storage is- sues especially in mobile devices. In addition, simplified models may have other advantages like better visual clarity or improved reliability when used for visual pose tracking. The geometry of CAD models is invariably presented in form of a 3D mesh. In this paper, we survey mesh simplification algorithms in general and focus especially to algorithms that can be used to simplify CAD models. We test some commonly known algorithms with real world CAD data and characterize some new CAD related simplification algorithms that have not been surveyed in previous mesh simplification reviews.