Taajuusmuuttaja aktiivisesti säädetyn magneettilaakerin virtalähteenä

Työssä tutkitaan mahdollisuutta hyödyntää sähkömoottorien nopeudensäätöön suunniteltuja kaupallisia taajuusmuuttajia osana aktiivisesti säädetyn magneettilaakeroinnin säätöjärjestelmää. Magneettilaakerijärjestelmän ohjaamiseksi tarvitaan vahvistin, jonka tehtävänä on muuntaa paikkasäätöjärjestelmältä tuleva ohjearvo virraksi, jännitteeksi tai magneettivuoksi voiman tuottamiseksi laakerikäämityksellä. Nykyaikaiset modernit taajuusmuuttajat mahdollistavat säätöalgoritmien suorittamisen sekä liitynnän muuhun automaatiojärjestelmään kenttäväylien kautta. Tämän järjestelmäintegraation myötä olisi mahdollista rakentaa modulaarinen säätöjärjestelmä hyödyntäen luotettavaksi todettuja teollisuusautomaatiotuotteita vain muutamalla itse magneettilaakerijärjestelmään liittyvällä tuotteella. Haluttaessa hyödyntää kolmivaiheinen taajuusmuuttaja mahdollisimman tehokkaasti magneettilaakerin teholähteenä tulee laakerikäämityksien kytkeytymistä taajuusmuuttajaan tarkastella tarkemmin. Kirjallisuustutkimuksessa keskitytään taajuusmuuttajan tehokytkimien muodostaman vaihtosuuntaajan eri rakennevaihtoehtojen sekä virtasäädön dynaamisten ominaisuuksien tarkasteluun. Soveltuvien rakennevaihtoehtojen sekä virtasäädön suorituskyky todennetaan simuloinnein ja lopuksi todellisella koelaitteistolla. Magneettilaakeroinnilla varustetun sähkökoneen roottorin onnistunut leijuttaminen viiden vapausasteen suhteen paikkasäädettynä sekä mittauksien tulokset osoittavat, ettei taajuusmuuttajien järjestelmäarkkitehtuurista löydy merkittäviä esteitä muuttajien hyödyntämiseksi magneettilaakerisovelluksissa.

Adaptive control of Hydraulic Drive

Adaptive control systems are one of the most significant research directions of modern control theory. It is well known that every mechanical appliance’s behavior noticeably depends on environmental changes, functioning-mode parameter changes and changes in technical characteristics of internal functional devices. An adaptive controller involved in control process allows reducing an influence of such changes. In spite of this such type of control methods is applied seldom due to specifics of a controller designing. The work presented in this paper shows the design process of the adaptive controller built by Lyapunov’s function method for the Hydraulic Drive. The calculation needed and the modeling were conducting with MATLAB® software including Simulink® and Symbolic Math Toolbox™ etc. In the work there was applied the Jacobi matrix linearization of the object’s mathematical model and derivation of the suitable reference models based on Newton’s characteristic polynomial. The intelligent adaptive to nonlinearities algorithm for solving Lyapunov’s equation was developed. Developed algorithm works properly but considered plant is not met requirement of functioning with. The results showed confirmation that adaptive systems application significantly increases possibilities in use devices and might be used for correction a system’s behavior dynamics.

Replacing Copper with New Carbon Nanomaterials in Electrical Machine Windings

Electrical machines have significant improvement potential. Nevertheless, the field is characterized by incremental innovations. Admittedly, steady improvement has been achieved, but no breakthrough development. Radical development in the field would require the introduction of new elements, such that may change the whole electrical machine industry system. Recent technological advancements in nanomaterials have opened up new horizons for the macroscopic application of carbon nanotube (CNT) fibres. With values of 100 MS/m measured on individual CNTs, CNT fibre materials hold promise for conductivities far beyond those of metals. Highly conductive, lightweight and strong CNT yarn is finally within reach; it could replace copper as a potentially better winding material. Although not yet providing low resistivity, the newest CNT yarn offers attractive perspectives for accelerated efficiency improvement of electrical machines. In this article, the potential for using new CNT materials to replace copper in machine windings is introduced. It does so, firstly, by describing the environment for a change that could revolutionize the industry and, secondly, by presenting the breakthrough results of a prototype construction. In the test motor, which is to our knowledge the first in its kind, the presently most electrically conductive carbon nanotube yarn replaces usual copper in the windings.

Determining vehicle drivetrain dynamics using system identification

Target of this book is to propose an approach for modelling drivetrain dynamics in order to design further a vibration control system of a hybrid bus. In this thesis two approaches are examined and compared. First model is obtained by theoretical means: drivetrain is represented as a system of rotating masses, which motion is described with differential equations. Second model is obtained using system identification method: mathematical description of the dynamic behavior of a system is formed based on measured input (torque) and output (speed) data. Then two models are compared and an optimal approach is suggested.

Press forming of paperboard – advancement of converting tools and process control

Press forming is nowadays one of the most common industrial methods in use for producing deeper trays from paperboard. Demands for material properties like recyclability and sustainability have increased also in the packaging industry, but there are still limitations related to the formability of paperboard. A majority of recent studies have focused on material development, but the potential of the package manufacturing process can also be improved by the development of tooling and process control. In this study, advanced converting tools (die cutting tools and the press forming mould) are created for production scale paperboard tray manufacturing. Also monitoring methods that enable the production of paperboard trays with enhanced quality, and can be utilized in process control are developed. The principles for tray blank preparation, including creasing pattern and die cutting tool design are introduced. The mould heating arrangement and determination of mould clearance are investigated to improve the quality of the press formed trays. The effect of the spring back of the tray walls on the tray dimensions can be managed by adjusting the heat-related process parameters and estimating it at the mould design stage. This enables production speed optimization as the process parameters can be adjusted more freely. Real-time monitoring of pressing force by using multiple force sensors embedded in the mould structure can be utilized in the evaluation of material characteristics on a modified production machinery. Comprehensive process control can be achieved with a combination of measurement of the outer dimensions of the trays and pressing force monitoring. The control method enables detection of defects and tracking changes in the material properties. The optimized converting tools provide a basis for effective operation of the control system.

The Role of HR Management in the Corporate Matrix System

The successful performance of company in the market relates to the quality management of human capital aiming to improve the company's internal performance and external implementation of the core business strategy. Companies with matrix structure focusing on realization and development of innovation and technologies for the uncertain market need to select thoroughly the approach to HR management system. Human resource management has a significant impact on the organization and use a variety of instruments such as corporate information systems to fulfill their functions and objectives. There are three approaches to strategic control management depending on major impact on the major interference in employee decision-making, development of skills and his integration into the business strategy. The mainstream research has focus only on the framework of strategic planning of HR and general productivity of firm, but not on features of organizational structure and corporate software capabilities for human capital. This study tackles the before mentioned challenges, typical for matrix organization, by using the HR control management tools and corporate information system. The detailed analysis of industry producing and selling electromotor and heating equipment in this master thesis provides the opportunity to improve system for HR control and displays its application in the ERP software. The results emphasize the sustainable role of matrix HR input control for creating of independent project teams for matrix structure who are able to respond to various uncertainties of the market and use their skills for improving performance. Corporate information systems can be integrated into input control system by means of output monitoring to regulate and evaluate the processes of teams, using key performance indicators and reporting systems.

MTS2-kokoonpanolinjan ohjauksen modernisointi

Tämä insinöörityö tehtiin Helsingin ammattikorkeakoululle kesän 2006 ja lukuvuoden 2006 - 2007 aikana. Työn tarkoituksena oli yhdistää MTS2-kokoonpanolinjaston kuljetinjärjestelmän erilliset toimilaite- ja anturiväylät yhdeksi hallittavaksi kokonaisuudeksi sekä ottaa käyttöön RFID-saattomuistit kuljetinpalettien ohjauksessa. Työssä tutustuttiin teollisuudessa käytettävien kenttäväylien eri tasoihin, näihin liitettäviin laitteisiin sekä väylien toisiinsa liittämiseen. Linjaston alkuperäistä fyysistä rakennetta muutettiin niin, että se mahdollistaa kahden erillisen ohjausjärjestelmän käytön. AS-iväylään asennettiin IFM DTA 100 -saattomuistinlukijat ja paletteihin RFID-tunnisteet. Työssä onnistuttiin osoittamaan, että kahden rinnakkaisen ohjauksen luominen linjastoon on mahdollista. Toteutuksessa joudutaan kumminkin tilanteisiin, joissa pitää tehdä kompromisseja toisen ohjausjärjestelmän toiminnan yksinkertaisuuden kustannuksella.

Patient hand hygiene compliance in the hemodialysis environment

Hand hygiene compliance of patients receiving hemodialysis treatment is a contemporary discussion topic among health care professionals in the Nephrology Clinic of Helsinki University City Hospital. The purpose of the Final Thesis is to review patient hand hygiene in terms of risks its lack entails and based on the evidence based findings to design an end product as a poster. The poster can be utilised in the Nephrology Clinic's nursing environment to educate and motivate patients to pay specifid attention to the importance of hand hygiene. The method used was a systematic literature review. The most important evidence based findings were extracted from the chosen thirteen scientific articles. All articles were searched from the Cumulative Index to Nursing and Allied Health Literature electronic database. The gathered information was then used to build the content of a patient education tool that for this project was defined as a Poster. The findings in this study showed that transmission of bloodborne infections, like Hepatitis B or C virus can occur through a vascular access and that the consequences of this can be very fatal. Additionally, environmental surfaces such as furniture, door knobs and dialysis machine control knobs were all possible infection sources for the patient receiving hemodialysis treatment. Adherence to good hand hygiene behaviour lowered the risk for infections. The end product of this study is a poster that is targeted to patients undergoing hemodialysis treatment. Using a health promotion agenda in the Poster, it is hoped that patients will pay more attention to the importance of hand hygiene and that they will be more motivated to use aseptic methods such as alcohol based hand rubs in the hemodialysis setting.

Power quality improving with virtual flux-based voltage source line converter

Line converters have become an attractive AC/DC power conversion solution in industrial applications. Line converters are based on controllable semiconductor switches, typically insulated gate bipolar transistors. Compared to the traditional diode bridge-based power converters line converters have many advantageous characteristics, including bidirectional power flow, controllable de-link voltage and power factor and sinusoidal line current. This thesis considers the control of the lineconverter and its application to power quality improving. The line converter control system studied is based on the virtual flux linkage orientation and the direct torque control (DTC) principle. A new DTC-based current control scheme is introduced and analyzed. The overmodulation characteristics of the DTC converter are considered and an analytical equation for the maximum modulation index is derived. The integration of the active filtering features to the line converter isconsidered. Three different active filtering methods are implemented. A frequency-domain method, which is based on selective harmonic sequence elimination, anda time-domain method, which is effective in a wider frequency band, are used inharmonic current compensation. Also, a voltage feedback active filtering method, which mitigates harmonic sequences of the grid voltage, is implemented. The frequency-domain and the voltage feedback active filtering control systems are analyzed and controllers are designed. The designs are verified with practical measurements. The performance and the characteristics of the implemented active filtering methods are compared and the effect of the L- and the LCL-type line filteris discussed. The importance of the correct grid impedance estimate in the voltage feedback active filter control system is discussed and a new measurement-based method to obtain it is proposed. Also, a power conditioning system (PCS) application of the line converter is considered. A new method for correcting the voltage unbalance of the PCS-fed island network is proposed and experimentally validated.

Designing Digital Filters for Servo Systems

The aim of this work was to select an appropriate digital filter for a servo application and to filter the noise from the measurement devices. Low pass filter attenuates the high frequency noise beyond the specified cut-off frequency. Digital lowpass filters in both IIR and FIR responses were designed and experimentally compared to understand their characteristics from the corresponding step responses of the system. Kaiser Windowing and Equiripple methods were selected for FIR response, whereas Butterworth, Chebyshev, InverseChebyshev and Elliptic methods were designed for IIR case. Limitations in digital filter design for a servo system were analysed. Especially the dynamic influences of each designed filter on the control stabilityof the electrical servo drive were observed. The criterion for the selection ofparameters in designing digital filters for servo systems was studied. Control system dynamics was given significant importance and the use of FIR and IIR responses in different situations were compared to justify the selection of suitableresponse in each case. The software used in the filter design was MatLab/Simulink® and dSPACE's DSP application. A speed controlled Permanent Magnet Linear synchronous Motor was used in the experimental work.

Tuotannon kehittäminen aihiotehtaassa

Työn tavoitteena oli kuvata Artowood Oy:ssä toteutettu tuotannon kehittämishanke sekä arvioida sen nykyistä tuotantoa. Lisäksi käsiteltiin yrityksen asemaa alihankintayrityksenä. Teoriaosuudessa verrattiin eri tuotannonohjausteorioita, käsiteltiin tuotannon ajoitukseen liittyviä kysymyksiä sekä paneuduttiin tuotannon kehittämiseen ja laatuun. Johtopäätöksenä, kehitetty tuotannonohjausjärjestelmä on toimiva nykyisissä olosuhteissa, mutta yrityksen kasvaessaon kiinnitettävä enemmän huomiota tuotannon ajoitusongelmien hallintaan. Lisäksi tuotannon laatua on joka tapauksessa kehitettävä. Artowood Oy on käynnistänyt toimenpiteet oman suoran viennin aloittamiseksi, sillä kotimaan markkinat ovat epävakaat kausivaihteluiden ja kiristyneen kilpailun seurauksena. Vientiprojektinonnistuminen on tärkeää, sillä kotimaassa on liian vähän sellaisia asiakkaita, joilla on tarve Artowood Oy:n tuotantoteknologian kannalta riittävän suurille valmistuserille.

Laivan hitsattujen runkorakenteiden ainettarikkomattoman tarkastuksen ohjauksen ja valvonnan kehittäminen

Laivan rungonvalmistuksen laadunvarmistuksessa käytetään viranomaisten valvomia NDT-tarkastuksia vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi. Yleisimmin käytettävät NDT-tarkastusmenetelmät laivanrakennuksessa ovat visuaali-, röntgen-, ultraääni-, magneettijauhe- ja tunkeumanestetarkastukset. Diplomityön tavoitteena oli kehittää laivan hitsattujen runkorakenteiden ainettarikkomattoman tarkastuksen ohjausta ja valvontaa Aker Finnyards:n Turun telakalla. Työn alussa selvitettiin NDT-tarkastuksen ohjauksen ja valvonnannykytila ja tunnistettiin kehityskohteita. Tutkimusmenetelminä käytettiin työnmittausta ja havainnointitutkimusta. Merkittävimmiksi kehityskohteiksi havaittiinyleinen epätietoisuus NDT-tarkastuksista laivan runkoprosessissa, selkeän NDT-tarkastusten ohjausjärjestelmän puuttuminen sekä puutteellinen valvonta. Kehityskohteiden tunnistamisen perusteella luotiin toimintamalli NDT-tarkastusten ohjauksen ja valvonnan kehittämiseksi. Toimintamallissa on kuvattuna NDT-tarkastusprosessin tekijät ja informaatiovirrat. Toimintamalli on tarvittaessa päivitettävissä.

Sarjakytkentäisen taajuusmuuttajan ohjauksen toteutus FPGA-piireillä

Tässä diplomityössä tutustutaan sarjakytkentäisen taajuusmuuttajan rakenteeseen ja ohjaukseen. Työssä tarkastellaan myös hajautetun järjestelmän testaamista ja ohjelmointia. Työssä toteutettiin sarjakytkentäisen taajuusmuuttajan modulaattori hajautetusti FPGA-piireille. Lisäksi diplomityössä kehitettiin ja toteutettiin optinen JTAG-rajapinta hajautetun järjestelmän testaukseen ja ohjelmointiin. Laboratoriokoelaitteisto koostui yhdeksästä taajuusmuuttajan ohjauskortista, LUT Master -ohjausyksiköstä ja dSPACE-ohjausjärjestelmästä. Laboratoriomittaukset tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston Säätötekniikan laboratoriossa.

Tuotantotiedon hallinnan tietotekniset ratkaisut

Tiedonhallinta on yritykselle yhtä tärkeää kuin esimerkiksi materiaalien- tai henkilöstönhallinta. Tällä hetkellä yritykset eivät kuitenkaan vieläusein hyödynnä kaikkia tietotekniikan tarjoamia mahdollisuuksia. Useat valmistajat tekevät laitteita jotka on suunniteltu toimimaan vaativissa olosuhteissa. Myös tuotannonohjaus-ohjelmistoissa on alettu kiinnittää entistä enemmän huomiota niiden ulottumisessa tuotantotyöntekijöiden käyttöön asti. Tietoteknisten ratkaisuiden suorituskyky ei enää aseta rajoituksia tuotantotiedon hallinnan kehittämiselle. Työssä kartoitettiin valmistavan teollisuuden tuotantotiedon hallinnan tietoteknisiä ratkaisuja ja niiden tarjoamia mahdollisuuksia tiedon keräämiseen, käsittelyyn ja välittämiseen oikeaan paikkaan oikeaan aikaan.Erityistä huomiota kiinnitettiin ratkaisujen ulottuvuudesta tuotantotyöntekijöille asti. Tutkimus on osa Tuotantotiedon Hallinta-tutkimushanketta ja työn toteutuksessa huomioitiin tutkimushankkeessa mukana olevien yritysten tarpeita tuotantotiedon hallinnan apuvälineille. Tietoteknisten ratkaisuiden perustekniikka on jo kypsää ja se ei aseta rajoituksia pilottihankkeen toteutukselle. Työssä kartoitettiin myös pilottihankkeeseen soveltuvia, markkinoilla olevia tuotannonohjausohjelmistoja. Ohjelmistot vaativat kuitenkin vielä jatkokehitystä täyttääkseen kaikki hankkeen tavoitteet.

Kuorimon automaatiojärjestelmän optimointi

Työn tavoitteena oli pienentää kuorinnassa syntyviä puuhäviöitä ja parantaa linjan käytettävyyttä nykyaikaisella puunkuorimolla. Tavoitteet toteutettiin automaatiojärjestelmään tehdyillä muutoksilla. Rumpukuorintaprosessi on säilynyt pitkään samanlaisena. Viime vuosina on markkinoille tullut uusia älykkäitä mittalaitteita ja optimointiin kykeneviä säätöjärjestelmiä. Uudenlaisella automaatiotekniikalla on mahdollista mitata kuorintatulosta ja kuorinnassa syntyneitä puuhäviöitä reaaliaikaisesti. Laaduntarkkailun lisäksi tietoja hyödynnetään kuorintaprosessin automaattisessa ohjauksessa. Optimaalisen kuorintatuloksen saavuttaminen edellyttää virheetöntä automaation toimintaa ja tarkkaa viritystä säädöiltä. Työssä perehdyttiin kuorimon perusautomaatioon ja ylemmän tason säädön toimintaan. Prosessinohjauksessa havaitut ongelmakohdat korjattiin. Lopputuloksena saatiin vakiokuorintatehon malli, joka pienentää puuhäviöitä ja parantaa linjaston käytettävyyttä. Saaduilla tuloksilla on merkittävä taloudellinen arvo, ja menetelmät ovat hyödynnettävissä myös toisilla rumpukuorimoilla.