Verkkovaihtosuuntaajan vektorisäädön toteutus FPGA-piirillä

Verkkovaihtosuuntaajalla pystytään muuntamaan tasajännite vaihtojännitteeksi ja päinvastoin. Verkkovaihtosuuntaajan toiminta perustuu tehokytkinten ohjaukseen ja sopivan modulointimenetelmän käyttöön. Vektorisäädössä vaihtosuuntaajanvirrat ja jännitteet esitetään kompleksitasossa, jolloin virta- ja jännitekomponentit voidaan esittää vektoreina. Vektorisäädössä verkkovaihtosuuntaajan ohjaustoteutetaan laskemalla kompleksitasossa vektoreille arvot, jotka tuottavat vaihtosuuntaajan lähtöön halutun vektorin. Koska FPGA-piirit mahdollistavat nopean rinnakkaisen laskennan, soveltuvat ne hyvin vektorisäädön toteuttamiseen. FPGA-piirien rakenteesta johtuen on säätöjärjestelmän suunnittelussa huomioitava kiinteän pilkun lukujen riittävä bittileveys ja järjestelmän diskretointiaika. Työssä suunnitellaan verkkovaihtosuuntaajan vektorisäätö ja tutkitaan bittileveyden vaikutusta säädön toteuttamiseen FPGA-piirillä. Bittileveyden tarkasteluun esitetään käytettäväksi tilastollisia menetelmiä. Työssä tarkastellaan kiinteän pilkun järjestelmän ja liukulukujärjestelmän erosuureen tilastollisia tunnusmerkkejä sekä histogrammia. Tarkasteluissa huomattiin, että maksimivirhe itsessään ei tarjoa riittävästi tietoa erosuureen jakautumisesta. Näin ollen maksimivirhe ei ole kaikissa tilanteissa sovelias menetelmä riittävän bittitarkkuuden määrittämiseen. Työssä esitetään riittävän bittitarkkuuden määrittelemiseen käytettäväksi otossuureista otosvarianssia, keskipoikkeamaa ja vaihteluväliä.

Covariance Matrix Estimation and Mean-Variance Optimization in application to International Diversification

Tutkimus keskittyy kansainväliseen hajauttamiseen suomalaisen sijoittajan näkökulmasta. Tutkimuksen toinen tavoite on selvittää tehostavatko uudet kovarianssimatriisiestimaattorit minimivarianssiportfolion optimointiprosessia. Tavallisen otoskovarianssimatriisin lisäksi optimoinnissa käytetään kahta kutistusestimaattoria ja joustavaa monimuuttuja-GARCH(1,1)-mallia. Tutkimusaineisto koostuu Dow Jonesin toimialaindekseistä ja OMX-H:n portfolioindeksistä. Kansainvälinen hajautusstrategia on toteutettu käyttäen toimialalähestymistapaa ja portfoliota optimoidaan käyttäen kahtatoista komponenttia. Tutkimusaieisto kattaa vuodet 1996-2005 eli 120 kuukausittaista havaintoa. Muodostettujen portfolioiden suorituskykyä mitataan Sharpen indeksillä. Tutkimustulosten mukaan kansainvälisesti hajautettujen investointien ja kotimaisen portfolion riskikorjattujen tuottojen välillä ei ole tilastollisesti merkitsevää eroa. Myöskään uusien kovarianssimatriisiestimaattoreiden käytöstä ei synnytilastollisesti merkitsevää lisäarvoa verrattuna otoskovarianssimatrisiin perustuvaan portfolion optimointiin.

Kohinan poisto spektrikuvista epälineaaristen suodattimien avulla

Tietokoneiden vuosi vuodelta kasvanut prosessointikyky mahdollistaa spektrikuvien hyö- dyntämisen harmaasävy- ja RGB-värikuvien sijaan yhä useampien ongelmien ratkaisemi- sessa. Valitettavasti häiriöiden suodatuksen tutkimus on jäänyt jälkeen tästä kehityksestä. Useimmat menetelmät on testattu vain harmaasävy- tai RGB-värikuvien yhteydessä, mut- ta niiden toimivuutta ei ole testattu spektrikuvien suhteen. Tässä diplomityössä tutkitaan erilaisia menetelmiä bittivirheiden poistamisessa spektrikuvista. Uutena menetelmänä työssä käytetään kuutiomediaanisuodatinta ja monivaiheista kuutio- mediaanisuodatinta. Muita tutkittuja menetelmiä olivat vektorimediaanisuodatus, moni- vaiheinen vektorimediaanisuodatus, sekä rajattu keskiarvosuodatus. Kuutiosuodattimilla pyrittiin hyödyntämään spektrikuvien kaistojen välillä olevaa korrelaatiota ja niillä pääs- tiinkin kokonaisuuden kannalta parhaisiin tuloksiin. Kaikkien suodattimien toimintaa tutkittiin kahdella eri 224 komponenttisella spektriku- valla lisäämällä kuviin satunnaisia bittivirheitä.

Kalman Filtering in Online Paper Quality Assessment

Controlling the quality variables (such as basis weight, moisture etc.) is a vital part of making top quality paper or board. In this thesis, an advanced data assimilation tool is applied to the quality control system (QCS) of a paper or board machine. The functionality of the QCS is based on quality observations that are measured with a traversing scanner making a zigzag path. The basic idea is the following: The measured quality variable has to be separated into its machine direction (MD) and cross direction (CD) variations due to the fact that the QCS works separately in MD and CD. Traditionally this is done simply by assuming one scan of the zigzag path to be the CD profile and its mean value to be one point of the MD trend. In this thesis, a more advanced method is introduced. The fundamental idea is to use the signals’ frequency components to represent the variation in both CD and MD. To be able to get to the frequency domain, the Fourier transform is utilized. The frequency domain, that is, the Fourier components are then used as a state vector in a Kalman filter. The Kalman filter is a widely used data assimilation tool to combine noisy observations with a model. The observations here refer to the quality measurements and the model to the Fourier frequency components. By implementing the two dimensional Fourier transform into the Kalman filter, we get an advanced tool for the separation of CD and MD components in total variation or, to be more general, for data assimilation. A piece of a paper roll is analyzed and this tool is applied to model the dataset. As a result, it is clear that the Kalman filter algorithm is able to reconstruct the main features of the dataset from a zigzag path. Although the results are made with a very short sample of paper roll, it seems that this method has great potential to be used later on as a part of the quality control system.

Modelling mean above and below ground litter production based on yield tables

Selective papers of the workshop on "Development of models and forest soil surveys for monitoring of soil carbon", Koli, Finland, April 5-9 2006.

A comparison of electricity spot prices simulation using ARMA-GARCH and mean-reverting models

The aim of this work is to compare two families of mathematical models for their respective capability to capture the statistical properties of real electricity spot market time series. The first model family is ARMA-GARCH models and the second model family is mean-reverting Ornstein-Uhlenbeck models. These two models have been applied to two price series of Nordic Nord Pool spot market for electricity namely to the System prices and to the DenmarkW prices. The parameters of both models were calibrated from the real time series. After carrying out simulation with optimal models from both families we conclude that neither ARMA-GARCH models, nor conventional mean-reverting Ornstein-Uhlenbeck models, even when calibrated optimally with real electricity spot market price or return series, capture the statistical characteristics of the real series. But in the case of less spiky behavior (System prices), the mean-reverting Ornstein-Uhlenbeck model could be seen to partially succeeded in this task.

Ostotapahtuman ennustemallin kehittäminen ajoneuvomarkkinoinnin tueksi

Perinteisesti ajoneuvojen markkinointikampanjoissa kohderyhmät muodostetaan yksinkertaisella kriteeristöllä koskien henkilön tai hänen ajoneuvonsa ominaisuuksia. Ennustavan analytiikan avulla voidaan tuottaa kohderyhmänmuodostukseen teknisesti kompleksisia mutta kuitenkin helppokäyttöisiä menetelmiä. Tässä työssä on sovellettu luokittelu- ja regressiomenetelmiä uuden auton ostajien joukkoon. Tämän työn menetelmiksi on rajattu tukivektorikone sekä Coxin regressiomalli. Coxin regression avulla on tutkittu elinaika-analyysien soveltuvuutta ostotapahtuman tapahtumahetken mallintamiseen. Luokittelu tukivektorikonetta käyttäen onnistuu tehtävässään noin 72% tapauksissa. Tukivektoriregressiolla mallinnetun hankintahetken virheen keskiarvo on noin neljä kuukautta. Työn tulosten perusteella myös elinaika-analyysin käyttö ostotapahtuman tapahtumahetken mallintamiseen on menetelmänä käyttökelpoinen.

Loss Modelling of Three-Level Inverters controlled with Space Vector Modulation Technique

The objective of this master’s thesis is to investigate the loss behavior of three-level ANPC inverter and compare it with conventional NPC inverter. The both inverters are controlled with mature space vector modulation strategy. In order to provide the comparison both accurate and detailed enough NPC and ANPC simulation models should be obtained. The similar control model of SVM is utilized for both NPC and ANPC inverter models. The principles of control algorithms, the structure and description of models are clarified. The power loss calculation model is based on practical calculation approaches with certain assumptions. The comparison between NPC and ANPC topologies is presented based on results obtained for each semiconductor device, their switching and conduction losses and efficiency of the inverters. Alternative switching states of ANPC topology allow distributing losses among the switches more evenly, than in NPC inverter. Obviously, the losses of a switching device depend on its position in the topology. Losses distribution among the components in ANPC topology allows reducing the stress on certain switches, thus losses are equally distributed among the semiconductors, however the efficiency of the inverters is the same. As a new contribution to earlier studies, the obtained models of SVM control, NPC and ANPC inverters have been built. Thus, this thesis can be used in further more complicated modelling of full-power converters for modern multi-megawatt wind energy conversion systems.

Support vector machines in spectral data classification

Työssä käydään läpi tukivektorikoneiden teoreettista pohjaa sekä tutkitaan eri parametrien vaikutusta spektridatan luokitteluun.

Comprehensive digital preservation repositories: gaps, and what do we mean by “repository” anyway?

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Simulation of the Interaction Mean Free Path between Neutrons and TRISO Particles

The interaction mean free path between neutrons and TRISO particles is simulated using scripts written in MATLAB to solve the increasing error present with an increase in the packing factor in the reactor physics code Serpent. Their movement is tracked both in an unbounded and in a bounded space. Their track is calculated, depending on the program, linearly directly using the position vectors of the neutrons and the surface equations of all the fuel particles; by dividing the space in multiple subspaces, each of which contain a fraction of the total number of particles, and choosing the particles from those subspaces through which the neutron passes through; or by choosing the particles that lie within an infinite cylinder formed on the movement axis of the neutron. The estimate from the current analytical model, based on an exponential distribution, for the mean free path, utilized by Serpent, is used as a reference result. The results from the implicit model in Serpent imply a too long mean free path with high packing factors. The received results support this observation by producing, with a packing factor of 17 %, approximately 2.46 % shorter mean free path compared to the reference model. This is supported by the packing factor experienced by the neutron, the simulation of which resulted in a 17.29 % packing factor. It was also observed that the neutrons leaving from the surfaces of the fuel particles, in contrast to those starting inside the moderator, do not follow the exponential distribution. The current model, as it is, is thus not valid in the determination of the free path lengths of the neutrons.

PERFORMANCE ANALYSIS OF A TACTICAL ASSET ALLOCATION – Evidence from the Black–Litterman model based fixed income portfolio

Over time the demand for quantitative portfolio management has increased among financial institutions but there is still a lack of practical tools. In 2008 EDHEC Risk and Asset Management Research Centre conducted a survey of European investment practices. It revealed that the majority of asset or fund management companies, pension funds and institutional investors do not use more sophisticated models to compensate the flaws of the Markowitz mean-variance portfolio optimization. Furthermore, tactical asset allocation managers employ a variety of methods to estimate return and risk of assets, but also need sophisticated portfolio management models to outperform their benchmarks. Recent development in portfolio management suggests that new innovations are slowly gaining ground, but still need to be studied carefully. This thesis tries to provide a practical tactical asset allocation (TAA) application to the Black–Litterman (B–L) approach and unbiased evaluation of B–L models’ qualities. Mean-variance framework, issues related to asset allocation decisions and return forecasting are examined carefully to uncover issues effecting active portfolio management. European fixed income data is employed in an empirical study that tries to reveal whether a B–L model based TAA portfolio is able outperform its strategic benchmark. The tactical asset allocation utilizes Vector Autoregressive (VAR) model to create return forecasts from lagged values of asset classes as well as economic variables. Sample data (31.12.1999–31.12.2012) is divided into two. In-sample data is used for calibrating a strategic portfolio and the out-of-sample period is for testing the tactical portfolio against the strategic benchmark. Results show that B–L model based tactical asset allocation outperforms the benchmark portfolio in terms of risk-adjusted return and mean excess return. The VAR-model is able to pick up the change in investor sentiment and the B–L model adjusts portfolio weights in a controlled manner. TAA portfolio shows promise especially in moderately shifting allocation to more risky assets while market is turning bullish, but without overweighting investments with high beta. Based on findings in thesis, Black–Litterman model offers a good platform for active asset managers to quantify their views on investments and implement their strategies. B–L model shows potential and offers interesting research avenues. However, success of tactical asset allocation is still highly dependent on the quality of input estimates.