Short-term Hydropower Planning System

The Thesis gives a decision support framework that has significant impact on the economic performance and viability of a hydropower company. The studyaddresses the short-term hydropower planning problem in the Nordic deregulated electricity market. The basics of the Nordic electricity market, trading mechanisms, hydropower system characteristics and production planning are presented in the Thesis. The related modelling theory and optimization methods are covered aswell. The Thesis provides a mixed integer linear programming model applied in asuccessive linearization method for optimal bidding and scheduling decisions inthe hydropower system operation within short-term horizon. A scenario based deterministic approach is exploited for modelling uncertainty in market price and inflow. The Thesis proposes a calibration framework to examine the physical accuracy and economic optimality of the decisions suggested by the model. A calibration example is provided with data from a real hydropower system using a commercial modelling application with the mixed integer linear programming solver CPLEX.

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.

Lossless Compression Methods for Multispectral Images: Development and Comparisons

Main purpose of this thesis is to introduce a new lossless compression algorithm for multispectral images. Proposed algorithm is based on reducing the band ordering problem to the problem of finding a minimum spanning tree in a weighted directed graph, where set of the graph vertices corresponds to multispectral image bands and the arcs’ weights have been computed using a newly invented adaptive linear prediction model. The adaptive prediction model is an extended unification of 2–and 4–neighbour pixel context linear prediction schemes. The algorithm provides individual prediction of each image band using the optimal prediction scheme, defined by the adaptive prediction model and the optimal predicting band suggested by minimum spanning tree. Its efficiency has been compared with respect to the best lossless compression algorithms for multispectral images. Three recently invented algorithms have been considered. Numerical results produced by these algorithms allow concluding that adaptive prediction based algorithm is the best one for lossless compression of multispectral images. Real multispectral data captured from an airplane have been used for the testing.

Polymeeripinnoitteen aiheuttamat itseherätteiset värähtelyt nipillisessä telasysteemissä

Lukuisissa teollisuussovelluksissa materiaalien, kuten paperin ja teräslevyjen, muokkaamiseen käytettävät pyörivät nippitelat kärsivät aina erilaisten herätteiden synnyttämistä mekaanisista värähtelyistä, jotka voivat aiheuttaa virheitä valmistettaviin tuotteisiin. Tässä työssä tutkittiin viskoelastisia polymeerejä ja polymeeripinnoitteen nipilliseen telasysteemiin synnyttämiä haitallisia itseherätteisiä värähtelyjä. Työn polymeerejä käsittelevässä kirjallisuusosassa luotiin katsaus amorfisten polymeerien fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kokeellisessa osuudessa tutkittiin tarkemmin kahden amorfisen telapinnoitepolymeerin termoreologisia ja mekaanisia ominaisuuksia suoritettujen DMTA-mittausten perusteella. Sovittamalla toisen polymeerin master-käyrään yleistetty lineaarisen standardiaineen malli saatiin selville polymeerin mekaaniset parametrit ja approksimaatio sen relaksaatiospektrille. Telapinnoitteen nipilliseen systeemiin synnyttämiä itseherätteisiä värähtelyjä ja niiden seurauksia tarkasteltiin kahdelle telalle ja polymeeripinnoitteelle kehitetyn analyyttisen mallin ja numeeristen laskujen avulla. Pinnoite mallinnettiin lineaarisen standardiaineen mukaisesti. Telasysteemin parametrit määritettiin DMTA-mittaustuloksista ja systeemiä vastaavasta koelaitteesta kokeellisella moodianalyysillä ja elementtimenetelmällä. Numeerisesta stabiilisuusanalyysistä ja liikeyhtälöiden integroinneista saadut tulokset kertovat telapinnoitteen aaltomaisista deformaatiomuodoista ja niiden synnyttämistä taajuusalueittain esiintyvistä epästabiileista värähtelyistä. Telasysteemi on epästabiili pinnoitedeformaatiokuvion systeemiin aiheuttaman herätevoiman taajuuden ollessa lähellä systeemin korkeampaa ominaistaajuutta. Numeerisista tuloksista voitiin ennustaa nopean ja hitaan barringin olemassaolo.

Etelä-Karjalan sosiaali- ja terveyspiirin kuntakohtaisen kustannuslaskentamallin kehittäminen

Työn tavoitteena oli tutkia Etelä-Karjalan sosiaali- ja terveydenhuollon kuntayhtymän kuntalaskutusta ja rakentaa laskentamalli, jolla kuntakohtaiset kustannukset pystytään laskemaan ja jakamaan. Tutkimusote oli konstruktiivinen. Tiedot kerättiin kuntayhtymän toiminta- ja taloustietojärjestelmistä sekä haastattelemalla organisaation asiantuntijoita. Työn tulokseksi saatu laskentamalli koostuu suoritepohjaisesta, asukaslukupohjaisista ja tarvepainotetuista asukaslukupohjaisista kustannusajureista, joilla kustannukset jaetaan piirin jäsenkunnille. Tällä sekamallilla pystytään toteuttamaan kuntalaskutusta, sillä se täyttää kuntalaskutusmallille asetetut vaatimukset. Työn tulosten perusteella tulo-osuusmalli olisi paras tapa toteuttaa kuntalaskutusta. Yksinkertainen rahoitusmalli mahdollistaa toiminnan vapaamman kehittämisen kuin sekamalli ja on lisäksi selkeämpi ja läpinäkyvämpi. Sekamallissa tulisi painottaa tarvepohjaisia asukaslukuajureita. Tärkeimmät ja suurimpia kustannuksia aiheuttavat alueet kannattaisi tuotteistaa.

Exchange rate volatility and the use of foreign currency derivatives: Impact of 2008 global financial crisis

This thesis examines the impact of foreign exchange rate volatility to the extent of use of foreign currency derivatives. Especially the focus is on the impacts of 2008 global financial crisis. The crisis increased risk level in the capital markets greatly. The change in the currency derivatives use is analyzed by comparing means between different periods and in addition, by linear regression that enables to analyze the explanatory power of the model. The research data consists of financial statements figures from fiscal years 2006-2011 published by firms operating in traditional Finnish industrial sectors. Volatilities of the chosen three currency pairs is calculated from the daily fixing rates of ECB. Based on the volatility the sample period is divided into three sub-periods. The results suggest that increased FX market volatility did not increase the use foreign currency derivatives. Furthermore, the increased foreign exchange rate volatility did not increase the power of linear regression model to estimate the use foreign currency derivatives compared to previous studies.

Kriisinhallintatehtävissä palvelevien suomalaisten upseerien kielitaito

Kriisinhallinnan toimintaympäristö muuttuu jatkuvasti, mutta operaatioiden mandaatista ja luonteesta riippumatta suomalaisten upseerien kanssakäyminen muiden kansainvälisten toimijoiden sekä operaatioalueiden paikallisväestön kanssa on jatkuvaa. Tehokas kommunikaatio edellyttää riittävää kielitaitoa, joka onkin noussut jopa kriittiseksi tekijäksi monikansallisissa kriisinhallintaoperaatioissa. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää viimeaikaisiin suomalaisten upseerien kokemuksiin perustuen nykyaikaisten kriisinhallintaoperaatioiden asettamat vaatimukset upseerin kielitaidolle, upseerien arviot omasta kielitaidostaan sekä näiden kahden kohtaaminen. Tutkimus on luonteeltaan kuvaileva ja tutkimusstrategiana on käytetty survey-tutkimusta. Tutkimuskohteeksi valittiin vuonna 2009 tai sen jälkeen kriisinhallintatehtävissä aloittaneet upseerit, jotka olivat palvelleet viidessä eri operaatiossa. Tiedonkeruu toteutettiin laajalla verkkokyselyllä, jolla kohderyhmältä kerättiin pääasiassa kvantitatiivista aineistoa. Lopulliseksi tutkimusmenetelmäksi muotoutui ”hallitseva – vähemmän hallitseva” -sekamalli (Dominant – Less Dominant Mixed Model), jolla aineistoa tarkasteltiin sekä kvantitatiivisesta että kvalitatiivisesta näkökulmasta eurooppalaisen viitekehyksen toiminnallisen kielitaidon teoriapohjaa vasten. Otantana käytettiin kokonaisotantaa, vastausprosentin ollessa 53 (N = 151). Tutkimustulokset vahvistavat englannin kielen kiistämättömän tarpeen kansainvälisten kriisinhallintaoperaatioiden yleiskielenä. Ranskan kielitaidon tarve korostuu niissä operaatioissa, joissa Ranska toimii johtovaltiona tai operaatioalue on ranskankielinen. Operaatioalueiden paikalliskielten osaamistarpeena upseereille koetaan perussanontojen ja -kohteliaisuuksien hallinta. Muista kielistä saatu lisäarvo kriisinhallintatehtävien hoitamiseen nähdään kokonaisuudessaan vähäisenä. Upseerien englannin kielitaito on yleisesti ottaen korkealla tasolla. Sen ja kotimaisten kielten osaamisen lisäksi vain neljäsosalla upseereista on toiminnallista kielitaitoa muusta vieraasta kielestä, tyypillisesti saksasta, venäjästä tai ranskasta. Kriisinhallinnan operaatioalueiden paikalliskielten tarpeelliseksi koetun osaamistason oli hankkinut noin joka toinen upseeri kriisinhallintatehtävänsä tai siihen valmistavan koulutuksen aikana. Johtopäätöksinä voidaan todeta, että upseerien kielitaito vastaa hyvin kriisinhallintatehtävien asettamiin vaatimuksiin englannin kielen osalta. Ranskan osalta upseerien kielitaitovaranto on riittämätön ja voi johtaa tilanteisiin, joissa kielitaito ei välttämättä riitä tehtävien menestyksekkääseen hoitamiseen. Operaatioalueiden paikalliskielten osalta kielitaitovaranto ei vastaa koettuun tarpeeseen, mikä osaltaan korostaa tulkkien erittäin keskeistä roolia kanssakäymisessä paikallisviranomaisten ja -väestön kanssa. Kriisinhallintaoperaatioissa kielitaito on keskeinen osa upseerin ammattitaitoa ja sosiaalista toimintakykyä.