Advanced control methods for reducing nitrogen oxides in a fluidized bed boiler

Tämän työn tarkoituksena oli löytää keinoja erään leijukerroskattilan typenoksidipäästöjen vähentämiseksi. Koska päästöt olivat jo alunperin alhaiset leijukerrostekniikan ja hybridin SNCR/SCR –typenpoistolaitteiston ansiosta, päätettiin päästöjä lähteä vähentämään parantamalla ammoniakkiruiskutuksen säätöä. Alkuperäinen ammoniakkiruiskutuksen säätö oli liian hidas, jotta satunnaisten häiriöiden aiheuttamat typenoksidipiikit olisi pystytty poistamaan. Ammoniakkiruiskutusta parannettiin lisäämällä jokaiseen ammoniakkilinjaan mäntäpumput, joiden avulla ammoniakkia voidaan syöttää sinne, missä sitä eniten tarvitaan. Ammoniakkiruiskutuksen säätöön kehitettiin uusi sumeaan logiikkaan perustuva säätäjä. Myös muita kehittyneitä säätömenetelmiä kuten neuroverkkoa hyödynnettiin säätäjän kehityksessä. Ammoniakkiruiskutuksen säätäjää testattiin menestyksekkäästi Ruotsissa Brista Kraftin Märstassa sijaitsevalla voimalaitoksella

Control methods for arc welding power supplies

Welding is one of the most important process of modern industry. Welding technology is used in the manufacture and repair a wide variety of products from different metals and alloys. In this thesis the different aspects of arc welding were discussed, such as stability and control of welding arc, power supplies for arc welding (especially the welding inverters because it is the most modern welding power source). All parameters of power source have influence on the arc parameters and its by-turn influence on quality. The ways of control for arc welding inverter power sources have been considered. Calculations and modeling in Matlab/Simulink were done for PI control method. All parameters of power source have influence on the arc parameters and its by-turn influence on quality.

Novel force control methods in a teleoperation system of a hydraulic slider

The objective of the this research project is to develop a novel force control scheme for the teleoperation of a hydraulically driven manipulator, and to implement an ideal transparent mapping between human and machine interaction, and machine and task environment interaction. This master‘s thesis provides a preparatory study for the present research project. The research is limited into a single degree of freedom hydraulic slider with 6-DOF Phantom haptic device. The key contribution of the thesis is to set up the experimental rig including electromechanical haptic device, hydraulic servo and 6-DOF force sensor. The slider is firstly tested as a position servo by using previously developed intelligent switching control algorithm. Subsequently the teleoperated system is set up and the preliminary experiments are carried out. In addition to development of the single DOF experimental set up, methods such as passivity control in teleoperation are reviewed. The thesis also contains review of modeling of the servo slider in particular reference to the servo valve. Markov Chain Monte Carlo method is utilized in developing the robustness of the model in presence of noise.

Study of Control Methods of a High-Frequency Cycloconverter for Domestic Induction Heating Appliances

A high-frequency cyclonverter acts as a direct ac-to-ac power converter circuit that does not require a diode bidge rectifier. Bridgeless topology makes it possible to remove forward voltage drop losses that are present in a diode bridge. In addition, the on-state losses can be reduced to 1.5 times the on-state resistance of switches in half-bridge operation of the cycloconverter. A high-frequency cycloconverter is reviewed and the charging effect of the dc-capacitors in ``back-to-back'' or synchronous mode operation operation is analyzed. In addition, a control method is introduced for regulating dc-voltage of the ac-side capacitors in synchronous operation mode. The controller regulates the dc-capacitors and prevents switches from reaching overvoltage level. This can be accomplished by variating phase-shift between the upper and the lower gate signals. By adding phase-shift between the gate signal pairs, the charge stored in the energy storage capacitors can be discharged through the resonant load and substantially, the output resonant current amplitude can be improved. The above goals are analyzed and illustrated with simulation. Theory is supported with practical measurements where the proposed control method is implemented in an FPGA device and tested with a high-frequency cycloconverter using super-junction power MOSFETs as switching devices.

Power efficiency estimation and simulation of different control methods for the rotary screw compressor

Nowadays the energy efficiency has become one of the most concerned topics. Compressors are the equipment, which is very common in industry. Moreover, they tend to operate during long cycles and therefore even small decrease in power consumption can significantly reduce electricity costs during the year. And therefore it is important to investigate ways of increasing the energy efficiency of the compressors. In the thesis rotary screw compressor alongside with different control approaches is described. Simulation models for various control types of rotary screw compressor are developed. Analysis of laboratory equipment is conducted and results are compared with simulation. Suggestions of the real laboratory equipment improvement are given.

Pk-yrityksen materiaalivarastotasojen seurannan kehittäminen

Tässä diplomityössä selvitettiin kuinka pk-yrityksen materiaalivarastotasojen seurantaa pystyttäisiin kehittämään. Tarkoituksena oli tutkia yrityksen nykyisiä materiaalivarastotasojen seurantamenetelmiä haastattelujen ja erilaisten raporttien avulla, sekä löytää näiden avulla tarvittavat kehityskohteet ylivarastoinnin ja puutetilanteiden estämiseksi. Työn keskeiseksi sisällöksi nousivat ABC-analyysin ja eri varastonohjausmenetelmien teoriat, joiden pohjalta kehityskohteita alettiin työstämään. Diplomityön keskeisimpinä tuloksina saatiin pk-yrityksen nimikkeiden ABC-analyysit ja niiden mukaan määritetyt palveluasteet. Kaikille nimikkeille saatiin ABC-analyysien perusteella määriteltyä varastonohjausmenetelmät sekä varastotasojen seurantaa ja hankintaa varten tarvittavat parametrit, kuten tilauspisteet ja täydennyseräkoot. Näiden tulosten avulla yrityksen materiaalivarastotasojen seurantaa pystyttiin helpottamaan ja yksinkertaistamaan.

Hankintatoimen, varaston- ja materiaalienhallinnan kehittäminen

Työn tavoitteena on kehittää kohdeyrityksen hankintatoimea sekä varaston- ja materiaalienhallintaa kokonaisvaltaisesti. Pääpaino kehittämisessä kohdistuu materiaalitarvelaskennan systematisointiin ja parantamiseen sekä oikeiden varastonohjausmuotojen valintaan ja implementointiin. Teoreettisesti työ perustuu näin ollen erityisesti varastonohjauksen sekä materiaalitarvelaskennan kirjallisuuteen. Keskeiseksi kehityskohteeksi tunnistetaan varastotietojen ajantasaisuuden ja oikeellisuuden vaatimus. Tältä pohjalta työssä voidaan kehittää materiaalitarvelaskentajärjestelmä sekä tunnistaa ja implementoida valitut varastonohjausmuodot. Tärkeimmät toimittajat/nimikeryhmät käsitellään työssä tarkemmin ja kokonaiskustannusten analyysilla tunnistetaan, kuinka niiden hallintaa tulee jatkaa ja jatkokehittää. Kokonaisuutena, työn tuloksena saavutetaan kohdeyritykseen systemaattisesti ja taloudellisesti toimiva hankintatoimi, joka perustuu tehokkaaseen materiaalitarvelaskentaan ja perustellusti valittuihin varastonohjausmuotoihin. Tuotannonsuunnittelun tärkeys tunnistetaan erittäin suureksi ja se onkin jatkokehityskohteista kohdeyritykselle merkittävin tässä yhteydessä.

Classification and inventory management of abnormal demand items

The main objective of the study is to form a framework that provides tools to recognise and classify items whose demand is not smooth but varies highly on size and/or frequency. The framework will then be combined with two other classification methods in order to form a three-dimensional classification model. Forecasting and inventory control of these abnormal demand items is difficult. Therefore another object of this study is to find out which statistical forecasting method is most suitable for forecasting of abnormal demand items. The accuracy of different methods is measured by comparing the forecast to the actual demand. Moreover, the study also aims at finding proper alternatives to the inventory control of abnormal demand items. The study is quantitative and the methodology is a case study. The research methods consist of theory, numerical data, current state analysis and testing of the framework in case company. The results of the study show that the framework makes it possible to recognise and classify the abnormal demand items. It is also noticed that the inventory performance of abnormal demand items differs significantly from the performance of smoothly demanded items. This makes the recognition of abnormal demand items very important.

Novel control, haptic and calibration methods for teleoperated electrohydraulic servo systems

The aim of this thesis is to propose a novel control method for teleoperated electrohydraulic servo systems that implements a reliable haptic sense between the human and manipulator interaction, and an ideal position control between the manipulator and the task environment interaction. The proposed method has the characteristics of a universal technique independent of the actual control algorithm and it can be applied with other suitable control methods as a real-time control strategy. The motivation to develop this control method is the necessity for a reliable real-time controller for teleoperated electrohydraulic servo systems that provides highly accurate position control based on joystick inputs with haptic capabilities. The contribution of the research is that the proposed control method combines a directed random search method and a real-time simulation to develop an intelligent controller in which each generation of parameters is tested on-line by the real-time simulator before being applied to the real process. The controller was evaluated on a hydraulic position servo system. The simulator of the hydraulic system was built based on Markov chain Monte Carlo (MCMC) method. A Particle Swarm Optimization algorithm combined with the foraging behavior of E. coli bacteria was utilized as the directed random search engine. The control strategy allows the operator to be plugged into the work environment dynamically and kinetically. This helps to ensure the system has haptic sense with high stability, without abstracting away the dynamics of the hydraulic system. The new control algorithm provides asymptotically exact tracking of both, the position and the contact force. In addition, this research proposes a novel method for re-calibration of multi-axis force/torque sensors. The method makes several improvements to traditional methods. It can be used without dismantling the sensor from its application and it requires smaller number of standard loads for calibration. It is also more cost efficient and faster in comparison to traditional calibration methods. The proposed method was developed in response to re-calibration issues with the force sensors utilized in teleoperated systems. The new approach aimed to avoid dismantling of the sensors from their applications for applying calibration. A major complication with many manipulators is the difficulty accessing them when they operate inside a non-accessible environment; especially if those environments are harsh; such as in radioactive areas. The proposed technique is based on design of experiment methodology. It has been successfully applied to different force/torque sensors and this research presents experimental validation of use of the calibration method with one of the force sensors which method has been applied to.

Aine- ja tarvikevarastojen varasto-ohjauksen ja raportoinnin

Työn tavoitteena oli selvittää OMG Kokkola Chemicals Oy:n aine- ja tarvike varastojen materiaalin ohjauksen sekä raportoinnin nykytila, analysoida saatuja tuloksia ja pohtia keinoja hankintatoimintaan ja raportointiin liittyvien menetelmien parantamiseksi. Pääpaino materiaalin ohjauksen kehittämistoimenpiteiden osalta oli varastoihin sitoutuneiden pääomien vapauttaminen ja palvelutason parantaminen. Raportoinnin osalta työssä keskityttiin varaston valvonnan kehittämiseen. Varastojärjestelmä Matekista saatuja ABC-analyysejä käytettiin apuna painopisteiden määrittämisessä nimikkeistön nykytilan tarkastelussa. Vuosi käytöltään merkittävimpiä nimikkeitä tarkasteltiin yksityiskohtaisesti. Matekin vakituisen käytön ulkopuolisia raportointiominaisuuksia tarkasteltiin tekemällä koeajoja sekä lisäksi tutkittiin Cognos Impromptu-ohjelman tuomia lisä mahdollisuuksia raportointiin. Työssä esitettiin keinot tilauspistejärjestelmän parametrien määrittämiseksi. Valituille nimikkeille laskettiin varmuusvarastotasot, hälytysrajat ja täydennys eräkoot sekä esitettiin laskelmat saavutettavista pääomakustannussäästöistä vanhan järjestelmän parametreihin verrattuna. Tuotannon ja oston välisen yhteistyön avulla saavutettavia säästöjä varastokustannustenosalta tarkasteltiin materiaali tarvelaskennan avulla. Ostostrategiantarkastelun ja kehittämisen työkaluna käytettiin ostosalkkuanalyysiä. Säännöllisten raporttien lisäksi esitettiin käyttöön otettaviksi uusia raportteja, joiden avulla voidaan seurata nimikkeistön hinnanmuutoksia ja epäkurantin osuutta varastossa. Raporttien laatimisen lähtökohdat Cognos Impromptulla käytiin läpi ja esitettiin menetelmän avulla saavutettavat hyödyt ja esiintyneet ongelmat.

Vendor Managed Inventory: the Critical Success Factors from the Manufacturer Point of View

Yritykset ovat pakotettuja erilaisiin yhteistyömuotoihin pärjätäkseen kiristyvässä kilpailussa. Yhteistyösuhteet kulkevat eri nimillä riippuen teollisuuden alasta ja siitä, missä kohtaa toimitusketjua ne toteutuvat, mutta periaatteessa kaikki pohjautuvat samaan ideaan kuin Vendor Managed Inventory (VMI); varastoon jakysyntään liittyvä tieto jaetaan toimitusketjun eri osapuolien kesken, jotta tuotanto, jakelu ja varastonhallinta olisi mahdollista optimoida. Vendor Managed Inventory on ideana yksinkertainen, mutta vaatii onnistuakseen paljon. Perusolettamus on, että toimittajan on kyettävä hallinnoimaan asiakkaan varastoa paremmin kuin asiakas itse. Tämä ei kuitenkaan ole mahdollista ilman riittävää yhteistyötä, oikeanlaista informaatiota tai sopivia tuoteominaisuuksia. Tämän työn tarkoitus on esitellä kriittiset menestystekijät valmistajan kannalta, kun näkyvyys todelliseen kysyntään on heikko ja kyseessäolevat tuotteet ovat ominaisuuksiltaan toimintamalliin huonosti soveltuvia. VMItoimintamallin soveltuvuus matkapuhelimia valmistavan yrityksen liiketoimintaan, sekä sen vaikutus asiakasyhteistyöhön, kannattavuuteen ja toiminnan tehostamiseen on myös tutkittu.

Converter-flux-based current control of voltage source PWM rectifiers - analysis and implementation

Pulsewidth-modulated (PWM) rectifier technology is increasingly used in industrial applications like variable-speed motor drives, since it offers several desired features such as sinusoidal input currents, controllable power factor, bidirectional power flow and high quality DC output voltage. To achieve these features,however, an effective control system with fast and accurate current and DC voltage responses is required. From various control strategies proposed to meet these control objectives, in most cases the commonly known principle of the synchronous-frame current vector control along with some space-vector PWM scheme have been applied. Recently, however, new control approaches analogous to the well-established direct torque control (DTC) method for electrical machines have also emerged to implement a high-performance PWM rectifier. In this thesis the concepts of classical synchronous-frame current control and DTC-based PWM rectifier control are combined and a new converter-flux-based current control (CFCC) scheme is introduced. To achieve sufficient dynamic performance and to ensure a stable operation, the proposed control system is thoroughly analysed and simple rules for the controller design are suggested. Special attention is paid to the estimationof the converter flux, which is the key element of converter-flux-based control. Discrete-time implementation is also discussed. Line-voltage-sensorless reactive reactive power control methods for the L- and LCL-type line filters are presented. For the L-filter an open-loop control law for the d-axis current referenceis proposed. In the case of the LCL-filter the combined open-loop control and feedback control is proposed. The influence of the erroneous filter parameter estimates on the accuracy of the developed control schemes is also discussed. A newzero vector selection rule for suppressing the zero-sequence current in parallel-connected PWM rectifiers is proposed. With this method a truly standalone and independent control of the converter units is allowed and traditional transformer isolation and synchronised-control-based solutions are avoided. The implementation requires only one additional current sensor. The proposed schemes are evaluated by the simulations and laboratory experiments. A satisfactory performance and good agreement between the theory and practice are demonstrated.

Sliding Mode Control for Switched Mode Power Supplies

Control applications of switched mode power supplies have been widely investigated. The main objective ofresearch and development (R&D) in this field is always to find the most suitable control method to be implemented in various DC/DC converter topologies. Inother words, the goal is to select a control method capable of improving the efficiency of the converter, reducing the effect of disturbances (line and load variation), lessening the effect of EMI (electro magnetic interference), and beingless effected by component variation. The main objective of this research work is to study different control methods implemented in switched mode power supplies namely (PID control, hysteresis control, adaptive control, current programmed control, variable structure control (VSC), and sliding mode control (SMC). The advantages and drawbacks of each control method are given. Two control methods, the PID and the SMC are selected and their effects on DC/DC (Buck, Boost, and Buck-Boost) converters are examined. Matlab/SimulinkTM is used to implement PID control method in DC/DC Buck converter and SMC in DC/DC (Buck, and Buck Boost) converters. For the prototype, operational amplifiers (op-amps) are used to implement PID control in DC/DC Buck converter. For SMC op-amps are implemented in DC/DC Buck converter and dSPACETM is used to control the DC/DC Buck-Boost converter. The SMC can be applied to the DC/DC (Buck, Boost, and Buck-Boost) converters. A comparison of the effects of the PID control and the SMC on the DC/DC Buck converter response in steady state, under line variations, load variations, and different component variations is performed. Also the Conducted RF-Emissions between the PID and SMC DC/DC Buck Converter are compared. The thesis shows that, in comparison with the PID control, the SMC provides better steady-state response, better dynamic response, less EMI, inherent order reduction, robustness against system uncertainty disturbances, and an implicit stability proof. Giving a better steady-state and dynamic response, the SMC is implemented in a DC/DC resonant converter. The half-wave zero current switching (HWZCS) DC/DC Buck converter is selected as a converter topology. A general guideline to select the tank component values, needed for the designing of a HWZCS DC/DC Buck, is obtained. The implementation of the SMC to a HWZCS DC/DC Buck converter is analysed. The converter response is investigated in the steady-state region and in the dynamic region.

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.

Materiaalinohjauksen ja varastojenhallinnan kehittäminen eristeteollisuudessa

Tuotantotoimintaa harjoittavalla yrityksellä raaka-aineet ja materiaalit ovat keskeinen osa tuotantotoimintaa ja usein niihin on sitoutuneena myös paljon arvokasta pääomaa. Diplomityössä selvitettiin materiaalinohjauksen ja varastojenhallinnan kehittämismahdollisuuksia mineraalipohjaisia eristetuotteita valmistavassa teollisuusyrityksessä. Työn tavoitteena oli kehittää organisaatiolle uusi toimintamalli, jonka pohjalta yrityksen materiaalinohjaus on tehokkaampaa ja systemaattisempaa pääoman käytön kannalta mitattuna sekä paremmin tuotantoa palvelevaa. Työ perustuu organisaatiossa toteutettuun haastattelututkimukseen sekä tietojärjestelmäpohjaiseen tutkimukseen. Haastattelututkimuksella on selvitetty organisaation sisäinen materiaalinohjausprosessi ja tietojärjestelmätietojen pohjalta on analysoitu lähtökohtatilannetta ABC-analyysin avulla sekä laskettu uudet ohjausarvot materiaalinimikkeille. Työn tuloksena organisaation materiaalinohjaukseen luotiin uusi yksinkertaistettu toimintamalli sisältäen valitut ohjausmenetelmät ohjausarvoineen, tietojärjestelmäintegraation sekä suositukset tulevaisuuden toiminnan suhteen.