Market Study of Electric Drive Motion Control Business

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia älykkäiden paikoituskäyttöjen markkinoita ja liiketoimintamalleja. Työn pääongelmina oli määritellä alalla käytössä olevaa terminologiaa, määrittää markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaaville kolmivaihetaajuusmuuttajille, tutkia viiden alalla toimivan paikoituskäyttötoimittajan liiketoimintarakenteita ja tuotteita teknisestä näkökulmasta sekä esitellä kaksi teollisuuden käyttökohdetta paikoituskäytölle. Työn sisältö voidaan jakaa neljään eri osioon. Terminologian määrittely- ja markkinatutkimusosiot perustuvat pääasiassa kirjallisuustutkimukseen. Paikoituskäyttöjen toimittajia sekä niiden tuotteita käsittelevä osuus perustuu kirjallisuustutkimukseen sekä teknisiin esitteisiin ja manuaaleihin. Paikoituskäyttöjen sovellusesimerkit on selvitetty haastatteluin. Työ painottuu paikoituskäyttötoimittajien tuotteiden, tuoteominaisuuksien ja tuotetarjonnan tarkasteluun. Työn tuloksena on määritelty paikoituskäyttöjen liiketoiminnan tärkeimmät termit, paikoituskäyttöjen markkinoiden koko sekä markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaavalle kolmivaihetaajuusmuuttajalle. Alalla toimivien paikoituskäyttötoimittajien liiketoimintarakenne on selvitetty, jonka mukaan toimittajat on profiloitu komponentti-, komponenttipaketti-, toimialakeskeisiksi tai automaatiotoimittajiksi. Toimittajien paikoituskäyttötuotteet on luokiteltu viiteen eri luokkaan niiden teknisten ominaisuuksien perusteella. Lisäksi paikoituskäyttöjen suorituskyvyt on selvitetty säätimien momentti-, nopeus-, ja paikoituslaskenta-aikatasojen sekä kenttäväyläliityntöjen suhteen. Työssä kuvatut vanerinsorvausprosessi sekä FMS -materiaalinkäsittelyprosessi esittävät paikoituskäyttöjen potentiaalisia sovelluskohteita.

Helsingin seudun liikenteenhallinnan kärkihankkeiden päivitys 2011

Työn tavoitteena oli kokonaisnäkemyksen luominen Helsingin seudun liikenteenhallinnan tilasta ja kehitysnäkymistä sekä seuraavien tärkeimpien kehittämispolkujen tunnistaminen ja konkretisointi toimenpiteiksi. Työssä keskityttiin seuraaviin painopistealueisiin 1. Liityntäpysäköinnin informaation ja maksujärjestelmien kehittäminen 2. Liikenteenhallintakeskuksen toiminnan kehittäminen ja laajentaminen 3. Liikennejärjestelmän reaaliaikainen tilannekuva ja lyhyen aikavälin ennusteet 4. Pääkaupunkiseudun pääväylien ruuhkien ja häiriöiden hallinta 5. Joukkoliikenteen ajantasaisen matkustajainformaation kehittäminen. Työssä laadittiin katsaus kullakin painopistealueella jo tapahtuneeseen sekä käynnissä olevaan kehitystyöhön, kuvattiin esiin nousseita ongelmia ja laadittiin esitys vuoteen 2020 ulottuvasta toiminnallisesta tavoitetilasta sekä konkreettisista kehittämistoimista. Työssä järjestettiin myös tulevaisuustyöpaja, johon pyydettiin alustuksia valikoiduilta viranomaistahoilta, tutkijoilta ja palveluntuottajilta. Näiden keskustelujen kautta kirkastettiin seudun toimijoiden näkemystä älyliikenteen toimialan kehitysnäkymistä ja –tarpeista. Työn lopputuloksena syntyneeseen toimenpideohjelmaan kirjattiin yhteensä 30 hanketta. Näistä viisi hanketta valittiin työpajatyöskentelyn kautta varsinaisiksi kärkihankkeiksi, joiden toteutus on kriittistä liikkujien ja viranomaistyön palvelutason kannalta ja joka edellyttää usean toimijan yhteistyötä. Lisäksi tunnistettiin joukko seurattavia hankkeita. Valitut kärkihankkeet, käynnistämisen vastuutaho sekä tavoitteellinen käynnistysvuosi ovat seuraavat: 1. Liityntäpysäköinnin dynaamisen informaatiojärjestelmän pilotointi Hämeenlinnanväylän käytävässä Kehäradan asemilla (HSL 2012) 2. HSL:n alueen joukkoliikenteen häiriönhallinnan uudelleenorganisointi (HSL, Liikennevirasto 2012) 3. Seudullisen liikenteenhallintasuunnitelman laadinta verkollisen operoinnin kehittämiseksi häiriötilanteissa (ELY-keskus, Liikennevirasto 2013) 4. Reaaliaikaisen sujuvuustiedon tuottaminen ruuhkautuvalta pääkatu- ja alempiasteiselta maantieverkolta (Liikennevirasto, kunnat 2012) 5. Liikenteen vaihtuvan ohjauksen ja tiedottamisen hyödyntäminen pääväylien ruuhkautumisen ja häiriöiden hallinnassa. (ELY-keskus 2012) Kärkihankkeisiin ei liity sellaisia riippuvuuksia, että niitä ei voitaisi käynnistää ennen päätöksentekoa jostakin muusta investoinnista. Merkittävimmät riippuvuudet liittyvät LIJ2014-järjestelmän ajoneuvojen paikannuksen ja muiden työkalujen valmistumiseen. Johtoryhmän linjauksen mukaan kärkihankkeissa ja muissakin toimijoiden omissa hankkeissa syntyvien tietojärjestelmien rajapinnat avataan soveltuvasti kaupallisten toimijoiden käyttöön, jolloin syntyvien kaupallisten loppukäyttäjäpalveluiden kautta voidaan parantaa tietopalvelujen tavoittavuutta. Kärkihankkeiden valinta ja sisältö on rakennettu pitkälti sen lähtökohdan varaan, että liikenteen tietopalveluissa julkistoimijoiden roolina on pääasiassa lähtötietojen tuottaminen ja jakaminen varsinaisille palveluntuottajille. Vuoteen 2016 mennessä uusien rajapintojen kautta jaettavien tietojen määrä on nykyiseen verrattuna huomattavasti laajempi, ja odotukset uusien ja innovatiivisten palvelujen syntymiselle ovat korkeat. HLH-johtoryhmä nimeää jokaisen kärkihankkeen läpiviennistä vastaavan työryhmän, joiden työskentelyä ohjataan nykyisen kaltaisessa johtoryhmätyössä. Johtoryhmätyön organisointi on todettu toimivaksi, sillä ryhmä koostuu seudun 14 kunnan alueen keskeisistä julkisista toimijoista ja sen kautta on olemassa vahvat kytkennät sekä seudun liikennejärjestelmätyöhön (HLJ) että valtakunnalliseen älyliikenteen kehitystyöhön.

Corporate Social Responsibility and Shipping Views of Baltic Sea Shipping Companies on the Benefits of Responsibility

The safety of shipping operations in the Baltic Sea is an extensively studied issue due to the density of traffic and the ecological sensitivity of the area. The focus has, however, mainly been on ship technology or on traffic control measures and the operative safety aspect of shipping is in a minor position in maritime safety studies and is lacking in terms of solutions. Self-regulatory and voluntary measures could be effective ways to improve the operational safety of shipping. Corporate social responsibility, or CSR, is one example of a voluntary measure that the shipping companies can take. CSR can enhance maritime safety and improve the shipping companies’ competitiveness. The aim of this study is to increase the knowledge of CSR in the maritime sector and study its applicability and benefits to the shipping companies. The research comprises of a theory part and a questionnaire study, which examine the significance of corporate social responsibility in shipping companies’ maritime safety and competitiveness. The aim of the questionnaire study is to find out how corporate social responsibility is implemented in the shipping companies. According to the literature review, responsible actions can produce financial and time costs, but due to these actions cost savings in the form of learning and increased efficiency can be achieved. Responsible actions can also produce concrete improvements and a reputation of responsibility that can lead to both cost savings and increase in the company’s income. CSR is recognised as having real business benefits in terms of attracting customers and high-quality employees. In shipping, CSR usually focuses on environmental issues. Environmental social responsibility in shipping is mainly motivated by the need to comply with existing and forthcoming regulation. Shipping companies engage in CSR to gain competitive advantage and to increase maritime safety. The social aspects of CSR take into account the well-being and skills of the employees, corporation and other stakeholders of the company. The questionnaire study revealed that the most common CSR measures in shipping companies are environmental measures, and that environmental concerns are considered to be the most important reason to engage in CSR. From the preliminary question about the concept of CSR it can also be seen that safety issues are commonly considered to be a part of CSR and safety gains are the second most important reason to engage in CSR. From the questionnaire, it can also be extrapolated that gaining a better reputation is one of the most important reasons to engage in CSR in the first place. For example, the main economic benefit was seen to be the increase of customer numbers as a result of a better reputation. Based on the study, it would seem that companies are starting to realise that they might gain competitive advantage and be favoured as shippers if they engage in sustainable, responsible operations and present themselves as “green”.

Architecture for IoT Node and Platform

Only recently, during the past five years, consumer electronics has been evolving rapidly. Many products have started to include “smart home” capabilities, enabling communication and interoperability of various smart devices. Even more devices and sensors can be remote controlled and monitored through cloud services. While the smart home systems have become very affordable to average consumer compared to the early solutions decades ago, there are still many issues and things that need to be fixed or improved upon: energy efficiency, connectivity with other devices and applications, security and privacy concerns, reliability, and response time. This paper focuses on designing Internet of Things (IoT) node and platform architectures that take these issues into account, notes other currently used solutions, and selects technologies in order to provide better solution. The node architecture aims for energy efficiency and modularity, while the platform architecture goals are in scalability, portability, maintainability, performance, and modularity. Moreover, the platform architecture attempts to improve user experience by providing higher reliability and lower response time compared to the alternative platforms. The architectures were developed iteratively using a development process involving research, planning, design, implementation, testing, and analysis. Additionally, they were documented using Kruchten’s 4+1 view model, which is used to describe the use cases and different views of the architectures. The node architecture consisted of energy efficient hardware, FC3180 microprocessor and CC2520 RF transceiver, modular operating system, Contiki, and a communication protocol, AllJoyn, used for providing better interoperability with other IoT devices and applications. The platform architecture provided reliable low response time control, monitoring, and initial setup capabilities by utilizing web technologies on various devices such as smart phones, tablets, and computers. Furthermore, an optional cloud service was provided in order to control devices and monitor sensors remotely by utilizing scalable high performance technologies in the backend enabling low response time and high reliability.

Control hardware and Condition Monitoring System for Intersector Weld/Cut Robot

Työ sisältää ohjaislaitteiston vertailun ja valinnan rinnakkaisrakenteista robottia varten sekä kunnonvalvontajärjestelmän periaatteiden laadinnan kyseistä robottia varten. Ohjauslaitteisto sisältää teollisuustietokoneen sekä kenttäväylän. Sekä tietokoneesta että väylästä on teoriaosuus ja yksityiskohtaisempi valintaosuus. Teoriaosuudessa selitetään tarkemmin laitteiden toimintaperiaatteista. Valintaosuudessa kerrotaanmiksi jokin tietty laite on valittu käytettäväksi robotin ohjauksessa. Kunnonvalvontateoria ja rinnakkaisrakenteisen robotin kunnonvalvonnan keinot ovat työn toinen osa. Teoriaosa sisältää yleisluonteisen selvityksen vikaantumisesta ja valvonnasta. Erikoisrobotin kunnonvalvonnan keinot esitetään työssä tietyssä järjestyksessä. Ensin esitetään mahdolliset vikatilanteet. Toisessa kohdassa havainnollistetaan vikojen havaitseminen.

Hallintasovellus M2M-tiedonsiirtoon GPRS-verkossa

Pääosa matkapuhelinjärjestelmien liikenteestä on toistaiseksi puhetta. Dataliikenteen osuus on kuitenkin jatkuvasti kasvamassa uusien tekniikoiden myötävaikutuksella. Langattoman dataliikenteen kehittämiselle tuo myös lisäpainetta internetin nopeasti yleistynyt käyttö. Eräs lupaavimmista sovellusalueista on konekommunikaatio, M2M, minkä läpilyöntiä on ennustettu jo vuosia. Viime vuosina markkinoille tulleet M2M-laitteet tarjoavat aiemmista laitteista poiketen myös mahdollisuuden sovellusten suorittamiseen itse laitteessa ja niiden päivittämisen langattomasti. Työssä vertaillaan kolmea markkinoilla olevaa konekommunikaatioon soveltuvaa laitetta ja tarkastellaan niiden ominaisuuksia ja sovellusten päivitettävyyttä GPRS-verkkoa käyttäen. Tarkastelussa havaitaan, että teleoperaattoreiden asettamat rajoitukset ja käytössä olevat päivitysmenetelmät aiheuttavat tiettyjä ongelmia päivitysten käytettävyydelle. Työn tuloksena kehitettiin hallintasovellusohjelmisto, mikä mahdollisti etäällä sijaitsevien M2M-laitteiden sovellusten päivittämisen helppokäyttöisen käyttöliittymän avulla. Hallintasovellusta käyttäen useita, maantieteellisesti hajallaan olevia laitteita oli mahdollista päivittää samanaikaisesti automatisoidusti. Hallintasovellus osoittautui käyttökelpoiseksi työkaluksi M2Mlaitteiden sovellusten hallintaan jo, kun laitemäärä kasvoi muutamista kappaleista muutamaan kymmeneen.

Logistics Development in Finnish and Swedish Companies with Respect of Russia and Four Asian Countries: Traffic Flow and Warehousing Analysis from Current Situation and Likely Development Trends

On selvää, että tänä päivänä maailmankaupan painopiste on hiljalleen siirtymässä Aasiaan ja varsinkin Kiina on ollut huomion keskipisteessä. Erityisesti valmistavien yritysten perspektiivistä muutos on ollut merkittävä ja tämä tosiasia kasvattaa yrityksissä paineita luoda kustannustehokkaita toimitusketjuratkaisuja,joiden vasteaika on mahdollisimman lyhyt. Samaan aikaan kun tarkastellaan kuljetusvirtoja, huomattaan että maanosien välillä on suuri epätasapaino. Tämä on enimmäkseen seurausta suurten globaalisti toimivien yritysten toimitusketjustrategioista. Useimmat näistä toimijoista optimoivat verkostonsa turvautumalla 'paikalliseen hankintaan', jotta he voisivat paremmin hallita toimitusketjujaan ja saada näitä reagointiherkimmiksi. Valmistusyksiköillä onkin monesti Euroopassa pakko käyttää kalliita raaka-aineita ja puolivalmisteita. Kriittisiksi tekijöiksi osoittautuvat kuljetus- ja varastointikustannukset sekä näiden seurauksena hukka-aika, joka aiheutuu viivästyksistä. Voidakseen saavuttaa optimiratkaisun, on tehtävä päätös miten tuotteet varastoidaan: keskitetysti tai hajautetusti ja integroida tämä valinta sopivien kuljetusmuotojen kanssa. Aasiasta Pohjois-Eurooppaan on halpaa käyttää merikuljetusta, mutta operaatio kestää hyvin pitkään - joissain tapauksessa jopa kahdeksan viikkoa. Toisaalta lentokuljetus on sekä kallis että rajoittaa siirrettävien tuotteiden eräkokoa.On olemassa kolmaskin vaihtoehto, josta voisi olla ratkaisuksi: rautatiekuljetus on halvempi kuin lentokuljetus ja vasteajat ovat lyhyemmät kuin merikuljetuksissa. Tässä tutkimuksessa tilannetta selvitetään kyselyllä, joka suunnattiin Suomessa ja Ruotsissa toimiville yrityksille. Tuloksien perusteella teemme johtopäätökset siitä, mitkä kuljetusmuotojen markkinaosuudet tulevat olemaan tulevaisuudessa sekä luomme kuvan kuljetusvirroista Euroopan, Venäjän, Etelä-Korea, Intian, Kiinan ja Japanin välillä. Samalla on tarkoitus ennakoida sitä, miten tarkastelun kohteena olevat yritykset aikovat kehittää kuljetuksiaan ja varastointiaan tulevien vuosien aikana. Tulosten perusteella näyttää siltä, että seuraavan viiden vuoden kuluessa kuljetuskustannukset eivät merkittävissä määrin tule muuttuman ja meri- sekä kumipyöräkuljetukset pysyvät suosituimpina vaihtoehtoina.Kuitenkin lentokuljetusten osuus laskee hiukan, kun taas rautatiekuljetusten painotus kasvaa. Tulokset paljastavat, että Kiinassa ja Venäjällä kuljetettava konttimäärä kasvaa; Intiassa tulos on saman suuntainen, joskaan ei niin voimakas. Analyysimme mukaan kuljetusvirtoihin liittyvä epätasapaino säilyy Venäjän kuljetusten suhteen: yritykset jatkavat tulevaisuudessakin vientiperusteista strategiaansa. Varastoinnin puolella tunnistamme pienemmän muutoksen, jonka mukaan pienikokoisten varastojen määrät todennäköisesti vähenevät tulevaisuudessa ja kiinnostus isoja varastoja kohtaan lisääntyy. Tässä kohtaa on mainittava, että suomalaisilla yrityksillä on enemmän varastoja Keski- ja Itä-Euroopassa verrattuna ruotsalaisiin toimijoihin, jotka keskittyvät selkeämmin Länsi-Euroopan maihin. Varastoja yrityksillä on molemmissa tapaukissa paljolti kotimaassaan. Valitessaan varastojensa sijoituskohteita yritykset painottavat seuraavia kriteereitä: alhaiset jakelukustannukset, kokoamispaikan/valmistustehtaan läheisyys, saapuvan logistiikan integroitavuus ja saatavilla olevat logistiikkapalvelut. Tutkimuksemme lopussa päädymme siihen, että varastojen sijoituspaikat eivät muutu satamien rakenteen ja liikenneyhteyksien takia kovinkaan nopeasti.

Formation and Control of Trace Metal Emissions in Co-Firing of Biomass, Peat, and Wastes in Fluidised Bed Combustors

Environmentally harmful consequences of fossil fuel utilisation andthe landfilling of wastes have increased the interest among the energy producers to consider the use of alternative fuels like wood fuels and Refuse-Derived Fuels, RDFs. The fluidised bed technology that allows the flexible use of a variety of different fuels is commonly used at small- and medium-sized power plants ofmunicipalities and industry in Finland. Since there is only one mass-burn plantcurrently in operation in the country and no intention to build new ones, the co-firing of pre-processed wastes in fluidised bed boilers has become the most generally applied waste-to-energy concept in Finland. The recently validated EU Directive on Incineration of Wastes aims to mitigate environmentally harmful pollutants of waste incineration and co-incineration of wastes with conventional fuels. Apart from gaseous flue gas pollutants and dust, the emissions of toxic tracemetals are limited. The implementation of the Directive's restrictions in the Finnish legislation is assumed to limit the co-firing of waste fuels, due to the insufficient reduction of the regulated air pollutants in the existing flue gas cleaning devices. Trace metals emission formation and reduction in the ESP, the condensing wet scrubber, the fabric filter, and the humidification reactor were studied, experimentally, in full- and pilot-scale combustors utilising the bubbling fluidised bed technology, and, theoretically, by means of reactor model calculations. The core of the model is a thermodynamic equilibrium analysis. The experiments were carried out with wood chips, sawdust, and peat, and their refuse-derived fuel, RDF, blends. In all, ten different fuels or fuel blends were tested. Relatively high concentrations of trace metals in RDFs compared to the concentrations of these metals in wood fuels increased the trace metal concentrations in the flue gas after the boiler ten- to hundred-folds, when RDF was co-fired with sawdust in a full-scale BFB boiler. In the case of peat, lesser increase in trace metal concentrations was observed, due to the higher initial trace metal concentrations of peat compared to sawdust. Despite the high removal rate of most of the trace metals in the ESP, the Directive emission limits for trace metals were exceeded in each of the RDF co-firing tests. The dominat trace metals in fluegas after the ESP were Cu, Pb and Mn. In the condensing wet scrubber, the flue gas trace metal emissions were reduced below the Directive emission limits, whenRDF pellet was used as a co-firing fuel together with sawdust and peat. High chlorine content of the RDFs enhanced the mercuric chloride formation and hence the mercury removal in the ESP and scrubber. Mercury emissions were lower than theDirective emission limit for total Hg, 0.05 mg/Nm3, in all full-scale co-firingtests already in the flue gas after the ESP. The pilot-scale experiments with aBFB combustor equipped with a fabric filter revealed that the fabric filter alone is able to reduce the trace metal concentrations, including mercury, in the flue gas during the RDF co-firing approximately to the same level as they are during the wood chip firing. Lower trace metal emissions than the Directive limits were easily reached even with a 40% thermal share of RDF co-firing with sawdust.Enrichment of trace metals in the submicron fly ash particle fraction because of RDF co-firing was not observed in the test runs where sawdust was used as the main fuel. The combustion of RDF pellets with peat caused an enrichment of As, Cd, Co, Pb, Sb, and V in the submicron particle mode. Accumulation and release oftrace metals in the bed material was examined by means of a bed material analysis, mass balance calculations and a reactor model. Lead, zinc and copper were found to have a tendency to be accumulated in the bed material but also to have a tendency to be released from the bed material into the combustion gases, if the combustion conditions were changed. The concentration of the trace metal in the combustion gases of the bubbling fluidised bed boiler was found to be a summary of trace metal fluxes from three main sources. They were (1) the trace metal flux from the burning fuel particle (2) the trace metal flux from the ash in the bed, and (3) the trace metal flux from the active alkali metal layer on the sand (and ash) particles in the bed. The amount of chlorine in the system, the combustion temperature, the fuel ash composition and the saturation state of the bed material in regard to trace metals were discovered to be key factors affecting therelease process. During the co-firing of waste fuels with variable amounts of e.g. ash and chlorine, it is extremely important to consider the possible ongoingaccumulation and/or release of the trace metals in the bed, when determining the flue gas trace metal emissions. If the state of the combustion process in regard to trace metals accumulation and/or release in the bed material is not known,it may happen that emissions from the bed material rather than the combustion of the fuel in question are measured and reported.

On Modelling, System Identification and Control of Servo-Systems with a Flexible Load

The present study was done with two different servo-systems. In the first system, a servo-hydraulic system was identified and then controlled by a fuzzy gainscheduling controller. The second servo-system, an electro-magnetic linear motor in suppressing the mechanical vibration and position tracking of a reference model are studied by using a neural network and an adaptive backstepping controller respectively. Followings are some descriptions of research methods. Electro Hydraulic Servo Systems (EHSS) are commonly used in industry. These kinds of systems are nonlinearin nature and their dynamic equations have several unknown parameters.System identification is a prerequisite to analysis of a dynamic system. One of the most promising novel evolutionary algorithms is the Differential Evolution (DE) for solving global optimization problems. In the study, the DE algorithm is proposed for handling nonlinear constraint functionswith boundary limits of variables to find the best parameters of a servo-hydraulic system with flexible load. The DE guarantees fast speed convergence and accurate solutions regardless the initial conditions of parameters. The control of hydraulic servo-systems has been the focus ofintense research over the past decades. These kinds of systems are nonlinear in nature and generally difficult to control. Since changing system parameters using the same gains will cause overshoot or even loss of system stability. The highly non-linear behaviour of these devices makes them ideal subjects for applying different types of sophisticated controllers. The study is concerned with a second order model reference to positioning control of a flexible load servo-hydraulic system using fuzzy gainscheduling. In the present research, to compensate the lack of dampingin a hydraulic system, an acceleration feedback was used. To compare the results, a pcontroller with feed-forward acceleration and different gains in extension and retraction is used. The design procedure for the controller and experimental results are discussed. The results suggest that using the fuzzy gain-scheduling controller decrease the error of position reference tracking. The second part of research was done on a PermanentMagnet Linear Synchronous Motor (PMLSM). In this study, a recurrent neural network compensator for suppressing mechanical vibration in PMLSM with a flexible load is studied. The linear motor is controlled by a conventional PI velocity controller, and the vibration of the flexible mechanism is suppressed by using a hybrid recurrent neural network. The differential evolution strategy and Kalman filter method are used to avoid the local minimum problem, and estimate the states of system respectively. The proposed control method is firstly designed by using non-linear simulation model built in Matlab Simulink and then implemented in practical test rig. The proposed method works satisfactorily and suppresses the vibration successfully. In the last part of research, a nonlinear load control method is developed and implemented for a PMLSM with a flexible load. The purpose of the controller is to track a flexible load to the desired position reference as fast as possible and without awkward oscillation. The control method is based on an adaptive backstepping algorithm whose stability is ensured by the Lyapunov stability theorem. The states of the system needed in the controller are estimated by using the Kalman filter. The proposed controller is implemented and tested in a linear motor test drive and responses are presented.

Design and implementation of FPGA-based LQ control of active magnetic bearings

The need for high performance, high precision, and energy saving in rotating machinery demands an alternative solution to traditional bearings. Because of the contactless operation principle, the rotating machines employing active magnetic bearings (AMBs) provide many advantages over the traditional ones. The advantages such as contamination-free operation, low maintenance costs, high rotational speeds, low parasitic losses, programmable stiffness and damping, and vibration insulation come at expense of high cost, and complex technical solution. All these properties make the use of AMBs appropriate primarily for specific and highly demanding applications. High performance and high precision control requires model-based control methods and accurate models of the flexible rotor. In turn, complex models lead to high-order controllers and feature considerable computational burden. Fortunately, in the last few years the advancements in signal processing devices provide new perspective on the real-time control of AMBs. The design and the real-time digital implementation of the high-order LQ controllers, which focus on fast execution times, are the subjects of this work. In particular, the control design and implementation in the field programmable gate array (FPGA) circuits are investigated. The optimal design is guided by the physical constraints of the system for selecting the optimal weighting matrices. The plant model is complemented by augmenting appropriate disturbance models. The compensation of the force-field nonlinearities is proposed for decreasing the uncertainty of the actuator. A disturbance-observer-based unbalance compensation for canceling the magnetic force vibrations or vibrations in the measured positions is presented. The theoretical studies are verified by the practical experiments utilizing a custom-built laboratory test rig. The test rig uses a prototyping control platform developed in the scope of this work. To sum up, the work makes a step in the direction of an embedded single-chip FPGA-based controller of AMBs.

Wireless Authentication and Authorization, case Wireless Access Control System

Lyhyen kantaman radiotekniikoiden hyödyntäminen mahdollistaa uudenlaisten paikallisten palveluiden käytön ja vanhojen palveluiden kehittämisen. Kulunvalvonta on päivittäisenä palveluna valittu työn esimerkkisovellukseksi. Useita tunnistus- ja valtuutustapoja tutkitaan, ja julkisen avaimen infrastruktuuri on esitellään tarkemmin. Langattomat tekniikat Bluetooth, Zigbee, RFID ja IrDA esitellän yleisellä tasolla langattomat tekniikat –luvussa. Bluetooth-tekniikan rakennetta, mukaan lukien sen tietoturva-arkkitehtuuria, tutkitaan tarkemmin. Bluetooth-tekniikkaa käytetään työssä suunnitellun langattoman kulunvalvontajärjestelmän tietojen siirtoon. Kannettava päätelaite toimii käyttäjän henkilökohtaisena luotettuna laitteena, jota voi käyttää avaimena. Käyttäjän tunnistaminen ja valtuuttaminen perustuu julkisen avaimen infrastruktuuriin. Ylläpidon allekirjoittamat varmenteet sisältävät käyttäjän julkisen avaimen lisäksi tietoa hänestä ja hänen oikeuksistaan. Käyttäjän tunnistaminen kulunvalvontapisteissä tehdään julkisen ja salaisen avaimen käyttöön perustuvalla haaste-vastaus-menetelmällä. Lyhyesti, järjestelmässä käytetään Bluetooth-päätelaitteita langattomina avaimina.

Lentoaseman terminaalirakennuksen energiankäyttö ja sisäilmasto

Diplomityössä tarkasteltiin lentoaseman terminaalirakennuksen energia- ja ainevirtoja sekä sisäilman ominaisuuksia. Esimerkkikohteena oli Helsinki-Vantaan lentoaseman keskiterminaalirakennus, jonka 1. ja 2. rakennusvaiheen ulkovaippa muodosti taserajan. Taseen ulkopuolisista tekijöistä tarkasteltiin jäähdytysenergian tuotantoa ja ulkoilman laatua. Työn yhtenä tavoitteena oli muodostaa rakennukselle energiatase. Taseen avulla saatiin tietoa energian jakautumisesta eri toimintoihin ja löydettiin tekijät, joita suunnittelussa tulee painottaa. Terminaalin lähiympäristössä tutkittiin ulkoilman laatua mittausten avulla. Mittaustietoja käytetään apuna tulevaisuuden ilmanottosuunnittelussa. Työssä tarkasteltiin energia- ja ainevirtoina lämpö-, jäähdytys- ja sähköenergian sekä veden ostoa, tuotantoa ja kulutusta sekä prosessointia. Terminaalin lämpötarpeesta hieman yli puolet katettiin kaukolämmöllä. Loput noin 45 % lämpöenergiasta saatiin ns. ilmaisenergioista. Näistä merkittävimmäksi havaittiin sähkölaitteiden luovuttama lämpömäärä. Lämpöhäviöiden kannalta merkittäviä energiavirtoja olivat ilmanvaihdon ja vuotoilmojen kautta siirtyvät energiavirrat, joiden osuuden todettiin olevan noin 80 % terminaalin kokonaislämpöhäviöistä. Vaipan lämmöneristyskyky ja kyky absorboida auringon säteilyä todettiin hyviksi. Tulevaisuudessa tärkeitä suunnittelunäkökohtia tulevat olemaan ilmanvaihdon ja vuotoilman kautta siirtyvien energiavirtojen hallinta sekä sähköenergian ominaiskulutuksen pienentäminen. Ulkoilma todettiin mittauksin hyvätasoiseksi. Lento- ja maaliikenteen päästöarvot olivat lähellä toisiaan ja selvästi ohjearvoja alemmalla tasolla. Päästöjen sijaintiin vaikuttivat liikennemääriä enemmän tuuliolosuhteet. Tulevaisuudessa tuloilma voidaan johtaa terminaaliin yhtä hyvin joko lento- tai maaliikenteen puolelta.

Platform Architectures for Policy-Based Network Access Control

Tämä diplomityö käsittelee sääntöpohjaisen verkkoon pääsyn hallinnan (NAC) ratkaisuja arkkitehtonisesta näkökulmasta. Työssä käydään läpi Trusted Computing Groupin, Microsoft Corporationin, Juniper Networksin sekä Cisco Systemsin NAC-ratkaisuja. NAC koostuu joukosta uusia sekä jo olemassa olevia teknologioita, jotka auttavat ennalta määriteltyyn sääntökantaan perustuen hallitsemaan suojattuun verkkoon pyrkivien laitteiden tietoliikenneyhteyksiä. Käyttäjän tunnistamisen lisäksi NAC pystyy rajoittamaan verkkoon pääsyä laitekohtaisten ominaisuuksien perusteella, esimerkiksi virustunnisteisiin ja käyttöjärjestelmäpäivityksiin liittyen ja paikkaamaan tietyin rajoituksin näissä esiintyviä puutteita verkkoon pääsyn sallimiseksi. NAC on verraten uusi käsite, jolta puuttuu tarkka määritelmä. Tästä johtuen nykymarkkinoilla myydään ominaisuuksiltaan puutteellisia tuotteita NAC-nimikkeellä. Standardointi eri valmistajien NAC-komponenttien yhteentoimivuuden takaamiseksi on meneillään, minkä perusteella ratkaisut voidaan jakaa joko avoimia standardeja tai valmistajakohtaisia standardeja noudattaviksi. Esitellyt NAC-ratkaisut noudattavat standardeja joko rajoitetusti tai eivät lainkaan. Mikään läpikäydyistä ratkaisuista ei ole täydellinen NAC, mutta Juniper Networksin ratkaisu nousee niistä potentiaalisimmaksi jatkokehityksen ja -tutkimuksen kohteeksi TietoEnator Processing & Networks Oy:lle. Eräs keskeinen ongelma NAC-konseptissa on työaseman tietoverkolle toimittama mahdollisesti valheellinen tietoturvatarkistuksen tulos, minkä perusteella pääsyä osittain hallitaan. Muun muassa tähän ongelmaan ratkaisuna voisi olla jo nykytietokoneista löytyvä TPM-siru, mikä takaa tiedon oikeellisuuden ja koskemattomuuden.

Design and Analysis of Forward Error Control Coding and Signaling for Guaranteeing QoS in Wireless Broadcast Systems

Broadcasting systems are networks where the transmission is received by several terminals. Generally broadcast receivers are passive devices in the network, meaning that they do not interact with the transmitter. Providing a certain Quality of Service (QoS) for the receivers in heterogeneous reception environment with no feedback is not an easy task. Forward error control coding can be used for protection against transmission errors to enhance the QoS for broadcast services. For good performance in terrestrial wireless networks, diversity should be utilized. The diversity is utilized by application of interleaving together with the forward error correction codes. In this dissertation the design and analysis of forward error control and control signalling for providing QoS in wireless broadcasting systems are studied. Control signaling is used in broadcasting networks to give the receiver necessary information on how to connect to the network itself and how to receive the services that are being transmitted. Usually control signalling is considered to be transmitted through a dedicated path in the systems. Therefore, the relationship of the signaling and service data paths should be considered early in the design phase. Modeling and simulations are used in the case studies of this dissertation to study this relationship. This dissertation begins with a survey on the broadcasting environment and mechanisms for providing QoS therein. Then case studies present analysis and design of such mechanisms in real systems. The mechanisms for providing QoS considering signaling and service data paths and their relationship at the DVB-H link layer are analyzed as the first case study. In particular the performance of different service data decoding mechanisms and optimal signaling transmission parameter selection are presented. The second case study investigates the design of signaling and service data paths for the more modern DVB-T2 physical layer. Furthermore, by comparing the performances of the signaling and service data paths by simulations, configuration guidelines for the DVB-T2 physical layer signaling are given. The presented guidelines can prove useful when configuring DVB-T2 transmission networks. Finally, recommendations for the design of data and signalling paths are given based on findings from the case studies. The requirements for the signaling design should be derived from the requirements for the main services. Generally, these requirements for signaling should be more demanding as the signaling is the enabler for service reception.

Field-Programmable Gate Array Card for Readout and Control of Cryoelectronics

The main goal of the present Master’s Thesis project was to create a field-programmable gate array (FPGA) based system for the control of single-electron transistors or other cryoelectronic devices. The FPGA and similar technologies are studied in the present work. The fixed and programmable logic are compared with each other. The main features and limitations of the hardware used in the project are investigated. The hardware and software connections of the device to the computer are shown in detail. The software development techniques for FPGA-based design are described. The steps of design for programmable logic are considered. Furthermore, the results of filters implemented in the software are illustrated.