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.

Direct torque control of permanent magnet synchronous machines - analysis and implementation

Thedirect torque control (DTC) has become an accepted vector control method besidethe current vector control. The DTC was first applied to asynchronous machines,and has later been applied also to synchronous machines. This thesis analyses the application of the DTC to permanent magnet synchronous machines (PMSM). In order to take the full advantage of the DTC, the PMSM has to be properly dimensioned. Therefore the effect of the motor parameters is analysed taking the control principle into account. Based on the analysis, a parameter selection procedure is presented. The analysis and the selection procedure utilize nonlinear optimization methods. The key element of a direct torque controlled drive is the estimation of the stator flux linkage. Different estimation methods - a combination of current and voltage models and improved integration methods - are analysed. The effect of an incorrect measured rotor angle in the current model is analysed andan error detection and compensation method is presented. The dynamic performance of an earlier presented sensorless flux estimation method is made better by improving the dynamic performance of the low-pass filter used and by adapting the correction of the flux linkage to torque changes. A method for the estimation ofthe initial angle of the rotor is presented. The method is based on measuring the inductance of the machine in several directions and fitting the measurements into a model. The model is nonlinear with respect to the rotor angle and therefore a nonlinear least squares optimization method is needed in the procedure. A commonly used current vector control scheme is the minimum current control. In the DTC the stator flux linkage reference is usually kept constant. Achieving the minimum current requires the control of the reference. An on-line method to perform the minimization of the current by controlling the stator flux linkage reference is presented. Also, the control of the reference above the base speed is considered. A new estimation flux linkage is introduced for the estimation of the parameters of the machine model. In order to utilize the flux linkage estimates in off-line parameter estimation, the integration methods are improved. An adaptive correction is used in the same way as in the estimation of the controller stator flux linkage. The presented parameter estimation methods are then used in aself-commissioning scheme. The proposed methods are tested with a laboratory drive, which consists of a commercial inverter hardware with a modified software and several prototype PMSMs.

Guidelines for supplier selection and performance evaluation in the case-company

Tutkielmantavoitteena oli luoda ohjeistus toimittajan valinnasta ja suorituskyvyn arvioinnista case - yrityksen, Exel Oyj:n, käyttöön. Ohjeistuksen tarkoituksena oli ollalähtökohtana toimittajan valinta- ja suoristuskyvyn arviointiprosessien kehittämisessä. Tutkielma keskittyy esittelemään toimittajan valintakriteereitä ja toimittajan suorituskyvyn arviointikriteereitä. Kriteerit valittiin ja analysoitiin teorian ja empirian avulla ja kriteereistä tehtiin selkeät listaukset. Näitä listoja käytettiin avuksi pohdittaessa uusia valintakriteereitä ja suorituskyvyn arviointikriteereitä, joita case -yritys voi jatkossa käyttää. Tutkielmassa käytiin läpi myös toimittajan valintaprosessi jaapuvälineitä ja mittareita toimittajan arviointiin liittyen. Empiirisen aineiston keruu toteutettiin haastattelemalla hankintapäällikköä sekä keräämällä tietoavuosikertomuksesta ja yrityksen internet sivuilta. Tutkielman tuloksena saatiinlistauksia kriteereistä, joita yritys voi hyödyntää jatkossa sekä listaukset kriteereistä, jotka valittiin alustavasti yrityksen käyttöön.

Technology selection and group decision support systems: Case studies on supporting strategic technology selection processes

The objective of the dissertation is to increase understanding and knowledge in the field where group decision support system (GDSS) and technology selection research overlap in the strategic sense. The purpose is to develop pragmatic, unique and competent management practices and processes for strategic technology assessment and selection from the whole company's point of view. The combination of the GDSS and technology selection is approached from the points of view of the core competence concept, the lead user -method, and different technology types. In this research the aim is to find out how the GDSS contributes to the technology selection process, what aspects should be considered when selecting technologies to be developed or acquired, and what advantages and restrictions the GDSS has in the selection processes. These research objectives are discussed on the basis of experiences and findings in real life selection meetings. The research has been mainly carried outwith constructive, case study research methods. The study contributes novel ideas to the present knowledge and prior literature on the GDSS and technology selection arena. Academic and pragmatic research has been conducted in four areas: 1) the potential benefits of the group support system with the lead user -method,where the need assessment process is positioned as information gathering for the selection of wireless technology development projects; 2) integrated technology selection and core competencies management processes both in theory and in practice; 3) potential benefits of the group decision support system in the technology selection processes of different technology types; and 4) linkages between technology selection and R&D project selection in innovative product development networks. New type of knowledge and understanding has been created on the practical utilization of the GDSS in technology selection decisions. The study demonstrates that technology selection requires close cooperation between differentdepartments, functions, and strategic business units in order to gather the best knowledge for the decision making. The GDSS is proved to be an effective way to promote communication and co-operation between the selectors. The constructs developed in this study have been tested in many industry fields, for example in information and communication, forest, telecommunication, metal, software, and miscellaneous industries, as well as in non-profit organizations. The pragmatic results in these organizations are some of the most relevant proofs that confirm the scientific contribution of the study, according to the principles of the constructive research approach.

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.

Code Generator for Key Management Protocols - Design and Implementation

Key management has a fundamental role in secure communications. Designing and testing of key management protocols is tricky. These protocols must work flawlessly despite of any abuse. The main objective of this work was to design and implement a tool that helps to specify the protocol and makes it possible to test the protocol while it is still under development. This tool generates compile-ready java code from a key management protocol model. A modelling method for these protocols, which uses Unified Modeling Language (UML) was also developed. The protocol is modelled, exported as an XMI and read by the code generator tool. The code generator generates java code that is immediately executable with a test software after compilation.

The design and implementation of a standards-based mobile messaging platform - case WAP Push Proxy Gateway

Tässä diplomityössä perehdytään WAP:in Push -viitekehykseen. WAP-standardit määrittelevät kuinka Internet-tyyppisiä palveluita, joita voidaan käyttää erilaisia mobiileja päätelaiteitteita käyttäen, toteutetaan tehokkaalla ja verkkoteknologiasta riippumattomalla tavalla. WAP pohjautuu Internet:iin, mutta huomioi pienten päätelaitteiden ja mobiiliverkkojen rajoitukset ja erikoisominaisuudet. WAP Push viitekehys määrittelee verkon aloittaman palvelusisällön toimittamisen. Työn teoriaosassa käydään läpi yleinen WAP-arkkitehtuuri ja WAP-protokollapino käyttäen vertailukohtina lanka-Internetin arkkitehtuuria ja protokollapinoa. Edellistä perustana käyttäen tutustaan WAP Push -viitekehykseen. Käytännönosassa kuvataan WAP Push -välityspalvelimen suunnittelu ja kehitystyö. WAP Push -välityspalvelin on keskeinen verkkoelementti WAP Push -viitekehyksessä. WAP Push -välityspalvelin yhdistää Internetin ja mobiiliverkon tavalla, joka piilottaa teknologiaeroavaisuudet Internetissä olevalta palveluntuottajalta.

Network Device Driver Design and Implementation for Symbian Operating System

Tämä diplomityö esittää Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuuriin perustuvan paikallisverkkokortin (LAN) käyttöönottoa. Pääajatus oli keskitetty langattoman LAN— kortin (WLAN) ajureiden käyttöönottoon. Jokainen Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurin komponentti oli huolellisesti tutkittu, painottaen mahdollista langattoman yhteyden uudelleenkäyttöä. Myös olemassaolevan Ethernetkortin ajureiden uudelleenkäyttö oli huolellisesti otettu huomioon. Diplomityöprojektin aikana esimerkki WLAN-kortin ajurin lähdekoodista oli esitetty. Tämä ajuri on kirjoitettu NOKIA DTN-20 WLAN-korttia varten. Havaittiin myös, että suurin osa Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurista voidaan käyttää myös WLAN-pohjaisessa yhteydessä ilman muutoksia.. Esitetty ajuri käyttää myös tiettyjä olemassaolevan Ethernetkortin ajureita, esim. Logical Device Driver (LDD):tä.

The Design and Implementation of Loudspeaker Control Network Protocols

The networking and digitalization of audio equipment has created a need for control protocols. These protocols offer new services to customers and ensure that the equipment operates correctly. The control protocols used in the computer networks are not directly applicable since embedded systems have resource and cost limitations. In this master's thesis the design and implementation of new loudspeaker control network protocols are presented. The protocol stack was required to be reliable, have short response times, configure the network automatically and support the dynamic addition and removal of loudspeakers. The implemented protocol stack was also required to be as efficient and lightweight as possible because the network nodes are fairly simple and lack processing power. The protocol stack was thoroughly tested, validated and verified. The protocols were formally described using LOTOS (Language of Temporal Ordering Specifications) and verified using reachability analysis. A prototype of the loudspeaker network was built and used for testing the operation and the performance of the control protocols. The implemented control protocol stack met the design specifications and proved to be highly reliable and efficient.

Interfacing Health Care Information Systems Design and Implementation

Terveydenhuollossa käytetään nykyisin informaatioteknologian (IT) mahdollisuuksia parantamaan hoidon laatua, vähentämään hoitoon liittyviä kuluja sekä yksinkertaistamaan ja selkeyttämään laakareiden työnkulkua. Tietojärjestelmät, jotka edustavat jokaisen IT-ratkaisun ydintä, täytyy kehittää täyttämään lukuisia vaatimuksia, ja yksi niistä on kyky integroitua saumattomasti toisten tietojärjestelmien kanssa. Järjestelmäintegraatio on kuitenkin yhä haastava tehtävä, vaikka sita varten on kehitetty useita standardeja. Tässä työssä kuvataan vastakehitetyn lääketieteellisen tietojärjestelmän liittymäratkaisu. Työssä pohditaan vaatimuksia, jotka tällaiselle sovellukselle asetetaan, ja myös tapa, jolla vaatimukset toteutuvat on esitetty. Liittymaratkaisu on jaettu kahteen osaan, tietojärjestelmaliittymään ja "liittymakoneeseen" (interfacing engine). Edellinen on käsittää perustoiminnallisuuden, jota tarvitaan vastaanottamaan ja lähettämään tietoa toisiin järjestelmiin, kun taas jälkimmäinen tarjoaa tuen tuotantoympäristössa käytettäville standardeille. Molempien osien suunnitelu on esitelty perusteellisesti tässä työssä. Ongelma ratkaistiin modulaarisen ja geneerisen suunnittelun avulla. Tämä lähestymistapa osoitetaan työssä kestäväksi ja joustavaksi ratkaisuksi, jota voidaan käyttää tarkastelemaan laajaa valikoimaa liittymäratkaisulle asetettuja vaatimuksia. Lisaksi osoitetaan kuinka tehty ratkaisu voidaan joustavuutensa ansiosta helposti mukauttaa vaatimuksiin, joita ei ole etukäteen tunnistettu, ja siten saavutetaan perusta myös tulevaisuuden tarpeille

Integration and Implementation of Accounting Information Systems in Global Companies Case: The UPM-Kymmene Group

Tämän tutkielman tavoitteena on perehtyä globaalin yrityksen laskentatoimen tietojärjestelmien yhtenäistämiseen ja käyttöönottoon esimerkkinä UPM-Kymmene konsernin projekti. Tutkielmassa sovelletaan hermeneuttista tutkimusotetta. Teoreettisesti aihetta tarkastellaan globalisoitumisen ja laskentatoimen tietojärjestelmille asetettavien vaatimusten pohjalta, sekä järjestelmän muutosprosessin eri vaiheissa huomioon otettavien muuttujien perusteella. Yhtenäisen laskentatoimen tietojärjestelmän tuomat edut globaalille yritykselle ovat ilmeisiä. Ennen yhtenäisen projektin kehittelyä on olennaista tutkia lähtökohdat projektin onnistumiselle ja suunnitella projektin eri vaiheet huolella. Tutkielmassa havaitaan myös, että globaalissa yrityksessä tulee huomioida eri yrityskulttuurit sekä tulosyksiköiden erilaiset toimintatavat. Johtopäätöksenä todetaan, että sekä yritysjohdon että tulosyksiköiden sitoutuneisuus projektiin ja yhtenäiset tavoitteet ovat oleellisia projektin onnistumisen kannalta.

Design and Implementation of Peer-to-Peer Network over Bluetooth

During the last half decade the popularity of different peer-to-peer applications has grown tremendously. Traditionally only desktop-class computers with fixed line network connections have been powerful enough to utilize peer-to-peer. However, the situation is about to change. The rapid development of wireless terminals will soon enable peer-to-peer applications on these devices as well as on desktops. Possibilities are further enhanced by the upcoming high-bandwidth cellular networks. In this thesis the applicability and implementation alternatives of an existing peer-to-peer system are researched for two target platforms: Linux powered iPaq and Symbian OS based smartphone. The result is a peer-to-peer middleware component suitable for mobile terminals. It works on both platforms and utilizes Bluetooth networking technology. The implemented software platforms are compatible with each other and support for additional network technologies can be added with a minimal effort.

Description and implementation of cut calculation-method in a sawmill

Työn tavoitteena oli kuvata ja ottaa käyttöön sahauseräkohtaisen kannattavuuden laskentamenetelmä sahalle, sekä tehdä laskentamalli menetelmän tueksi. Sahauksen peruskäsitteiden jälkeen työssä on esitelty sahan tuotantoprosessi. Tuotantoprosessi on kuvattu kirjallisuuden ja asiantuntijoiden haastattelujen perusteella. Seuraavaksi kartoitettiin hyötyjä ja vaikutuksia, mitä laskentamenetelmältä odotetaan.. Kustannuslaskennan teoriaa selvitettiin kirjallisuuslähteitä käyttäen silmälläpitäen juuri tätä kehitettävää laskentamenetelmää. Lisäksi esiteltiin Uimaharjun sahalla käytettävät ja laskentaan liittyvät laskenta- ja tietojärjestelmät.Nykyisin sahalla ei ole minkäänlaista menetelmää sahauseräkohtaisen tuloksen laskemiseksi. Pienillä muutoksilla sahan tietojärjestelmään ja prosessikoneisiin voidaan sahauserä kuljettaa prosessin läpi niin, että jokaisessa prosessin vaiheessa sille saadaan kohdistettua tuotantotietoa. Eri vaiheista saatua tietoa käyttämällä saadaan tarkasti määritettyä tuotteet, joita sahauserä tuotti ja paljonko tuotantoresursseja tuottamiseen kului. Laskentamalliin syötetään tuotantotietoja ja kustannustietoa ja saadaan vastaukseksi sahauserän taloudellinen tulos.Toimenpide ehdotuksena esitetään lisätutkimusta tuotantotietojen automaattisesta keräämisestä manuaalisen työn ja virheiden poistamiseksi. Suhteellisen pienillä panoksilla voidaan jokaiselle sahauserälle kerätä tuotantotiedot täysin automaattisesti. Lisäksi kehittämäni laskentamallin tilalle tulisi hankkia sovellus, joka käyttäisi paremmin hyväksi nykyisiä tietojärjestelmiä ja poistaisi manuaalisen työvaiheen laskennassa.

Software testing design and implementation in a small software company

Monet ohjelmistoyritykset ovat alkaneet kiinnittää yhä enemmän huomiota ohjelmistotuotteidensa laatuun. Tämä on johtanut siihen, että useimmat niistä ovat valinneet ohjelmistotestauksen välineeksi, jolla tätä laatua voidaan parantaa. Testausta ei pidä rajoittaa ainoastaan ohjelmistotuotteeseen itseensä, vaan sen tulisi kattaa koko ohjelmiston kehitysprosessi. Validaatiotestauksessa keskitytään varmistamaan, että lopputuote täyttää sille asetetut vaatimukset, kun taas verifikaatiotestausta käytetään ennaltaehkäisevänä testauksena, jolla pyritään poistamaan virheitä jo ennenkuin ne pääsevät lähdekoodiin asti. Työ, johon tämä diplomityö perustuu, tehtiin alkukevään ja kesän aikana vuonna 2003 Necsom Oy:n toimeksiannosta. Necsom on pieni suomalainen ohjelmistoyritys, jonka tutkimus- ja kehitysyksikkö toimii Lappeenrannassa.Tässä diplomityössä tutustutaan aluksi ohjelmistotestaukseen sekä eri tapoihin sen organisoimiseksi. Tämän lisäksi annetaan yleisiä ohjeita testisuunnitelmien ja testaustapausten tekoon, joita onnistunut ja tehokas testaus edellyttää. Kun tämä teoria on käyty läpi, esitetään esimerkkinä kuinka sisäinen ohjelmistotestaus toteutettiin Necsomilla. Lopuksi esitetään johtopäätökset, joihin päädyttiin käytännön testausprosessin seuraamisen jälkeen ja annetaan jatkotoimenpide-ehdotuksia.

Software methods for HTML files protection in local / corporate networks: review and implementation

Tässä luomistyössä on esitetty tutkimus informaation suojaamisen menetelmien osalta paikallisissa ja ryhmäkuntaisissa verkoissa. Tutkimukseen kuuluu nykyaikaisten kryptagraafisten järjestelmien, Internetin/Intranetin ohjelmointikeinojen ja pääsyoikeuksien jakelumenetelmien analyysi. Tutkimusten perusteella on laadittu ohjelmiston prototyyppi HTML-tiedostojen suojaamista varten. Ohjelmiston laatimisprosessi on sisältänyt vaatimusten, järjestelmän ja suojelukomponenttien suunnittelun ja protytyypin testauksen. Ohjelmiston realisoinnin jälkeen kirjoitettiin käyttöohjeet. Ohjelmiston prototyyppi suojaa informaatiota HTML-tiedoston koko käytön aikana ja eri yrityksissä voidaan käyttää sitä pienien laajennuksien jälkeen.