Robust control of structures subject to uncertain disturbances and actuator dynamics

The objective the present research is try to find some control design strategies, which must be effective and closed to the real operation conditions. As a novel contribution to structural control strategies, the theories of Interval Modal Arithmetic, Backstepping Control and QFT (Qualitative Feedback Theory) will be studied. The steps to follow are to develop first new controllers based on the above theories and then to implement the proposed control strategies to different kind of structures. The report is organized as follows. The Chapter 2 presents the state-of-the-art on structural control systems. The chapter 3 presents the most important open problems found in field of structural control. The exploratory work made by the author, research proposal and working plan are given in the Chapter 4

Taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö

Tämä insinöörityö tehtiin ABB Oy, Drivesin Product AC -tulosyksikön tuotekehitysosastolle Helsingissä. Työssä kehitettiin taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö. ABB:n taajuusmuuttajien suorituskykytestejä ei ole aikaisemmin automatisoitu. Testit on tehty käsin ja niiden suorittamiseen ja tulosten käsittelyyn on kulunut paljon aikaa. Automaattisella testauksella pyrittiin testien suorittamiseen ja tulosten käsittelyyn kuluvan ajan huomattavaan pienentymiseen. Työssä ei ollut tarkoituksena tehdä suorituskykytestejä vaan kehittää automaattinen testausympäristö eli suorituskykytestipenkki, jossa suorituskykytestit on mahdollista suorittaa. Työssä keskityttiin taajuusmuuttajan nopeus- ja momenttisäätäjien suorituskykyyn. Työ toteutettiin suunnittelu- ja ohjelmointityönä. Testausympäristön laitteisto perustuu ABB:n tuotekehityslaboratorioiden olemassaoleviin testipaikkoihin. Testausympäristössä käytetään taajuusmuuttajien lisäksi pääasiassa kolmivaiheisia oikosulkumoottoreita. Lisäksi laitteistoon kuuluu ACS800-sarjan taajuusmuuttaja kuormakäyttönä, momenttianturi ja takometri eli kierrosnopeusmittari. Ohjelmointi tehtiin National Instrumentsin LabVIEW-ohjelmointiympäristön versiolla 8.0. Testausympäristön käyttöliittymänä toimii saman yrityksen TestStand-testausohjelmiston versio 3.5. Testattavien taajuusmuuttajien ohjausta ja momenttianturin lukemista varten ohjelmoitiin virtuaali-instrumentteja. Virtuaali-instrumentteja kutsutaan TestStand-testisekvensseistä. Testisekvenssit luodaan TestStandin sekvenssieditorilla ja suoritetaan sekvenssieditorissa tai operaattorin käyttöliittymässä. Työn tuloksena syntyi taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö. Testausympäristöä voidaan hyödyntää sekä nykyisen että seuraavan sukupolven taajuusmuuttajien testauksessa. Sillä on mahdollista suorittaa yleisimmät taajuusmuuttajien suorituskykytestit, kuten nopeus- ja momenttisäätöjen staattinen ja dynaaminen tarkkuus, hyvin kattavasti. Testit voidaan automaattisesti suorittaa koko testikäytön sallimalla pyörimisnopeus- ja kuormitusalueella. Näytteenottotaajuus voi olla enintään 1 kHz luettaessa pyörimisnopeutta ACS800-sarjan taajuusmuuttajan kautta ja momenttianturia samanaikaisesti. Virtuaali-instrumenteista koostuvia testisekvenssejä voidaan vapaasti muokata ja kehittää testejä edelleen tai luoda kokonaan uusia testejä. Testausympäristö perustuu teollisuudessa yleisesti käytettyihin ohjelmistoihin ja tarjoaa hyvät mahdollisuudet jatkokehitykselle.

The major genetic determinants of HIV-1 control affect HLA class I peptide presentation.

Infectious and inflammatory diseases have repeatedly shown strong genetic associations within the major histocompatibility complex (MHC); however, the basis for these associations remains elusive. To define host genetic effects on the outcome of a chronic viral infection, we performed genome-wide association analysis in a multiethnic cohort of HIV-1 controllers and progressors, and we analyzed the effects of individual amino acids within the classical human leukocyte antigen (HLA) proteins. We identified >300 genome-wide significant single-nucleotide polymorphisms (SNPs) within the MHC and none elsewhere. Specific amino acids in the HLA-B peptide binding groove, as well as an independent HLA-C effect, explain the SNP associations and reconcile both protective and risk HLA alleles. These results implicate the nature of the HLA-viral peptide interaction as the major factor modulating durable control of HIV infection.

Clinical review: Update on neurally adjusted ventilatory assist - report of a round-table conference.

ABSTRACT: Conventional mechanical ventilators rely on pneumatic pressure and flow sensors and controllers to detect breaths. New modes of mechanical ventilation have been developed to better match the assistance delivered by the ventilator to the patient's needs. Among these modes, neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) delivers a pressure that is directly proportional to the integral of the electrical activity of the diaphragm recorded continuously through an esophageal probe. In clinical settings, NAVA has been chiefly compared with pressure-support ventilation, one of the most popular modes used during the weaning phase, which delivers a constant pressure from breath to breath. Comparisons with proportional-assist ventilation, which has numerous similarities, are lacking. Because of the constant level of assistance, pressure-support ventilation reduces the natural variability of the breathing pattern and can be associated with asynchrony and/or overinflation. The ability of NAVA to circumvent these limitations has been addressed in clinical studies and is discussed in this report. Although the underlying concept is fascinating, several important questions regarding the clinical applications of NAVA remain unanswered. Among these questions, determining the optimal NAVA settings according to the patient's ventilatory needs and/or acceptable level of work of breathing is a key issue. In this report, based on an investigator-initiated round table, we review the most recent literature on this topic and discuss the theoretical advantages and disadvantages of NAVA compared with other modes, as well as the risks and limitations of NAVA.

A Phase IIB, Randomized, Double-Blind, Multicenter, Immunogenicity Study of Vacc-4x Versus Placebo in HIV-1-infected Patients

Background: Vacc-4x is a peptide-based HIV therapeutic vaccine to conserved domains on p24Gag. Recently conserved 'sectors' on HIV p24, critical for virus viability and thereby immunologically vulnerable have been identified. Elite controllers target immune responses to such regions. The Vacc-4x peptides lie within a number of these conserved sectors of HIV p24. The co-primary endpoints of this study were to compare changes in CD4 counts and return to ART between treatmentand placebo groups during a 24 week treatment interruption. Secondary endpoints included safety, viral load and immunogenicity.Methods: This prospective, randomized, double blind phase IIB clinical study (NCT00659789) was carried out in 13 European and 5 US centers recruiting 135 patients on ART. After 6 immunizations on ART over 28 weeks, treatment was interrupted for up to 24 weeks (to week 52) (Vacc-4x n = 88; placebo n = 38). Immunological analyses (ELISPOT, proliferation, intracellular cytokine staining) were carried out at central laboratories.Results: There were no Vacc-4x-related serious adverse events. Of the 135 patients recruited (male n = 92; female n = 43), 126 patients completed the study. Median prestudy CD4 count was 712 (Vacc-4x) and 619 cells/mm3 (placebo), and median CD4 nadir 300 (Vacc-4x) and 285 cells/mm3 (placebo). There was no statistically significant difference between the two groups regarding change in CD4 counts (p = 0.12) or ART resumption (p = 0.89) during treatment interruption. A statistically significant treatment difference between Vacc-4x and placebo groupsfor viral load (VL) was found for patients who achieved a 6 month ART-free period (p = 0.0022). There was a positive correlation between ELISPOT responses and lower viral load in the Vacc-4x group compared to placebo (p = 0.02). Long-term follow-up of patients up t o week 104 was completed in June 2011.Conclusion: Vacc-4x was found to be safe and well tolerated. TheVacc-4x group experienced a significant reduction in viral load compared to placebo.

Revision to the SUDAS Traffic Signal Standards – Phase 2, Final Report, May 2012

This report provides a summary of the updates to the traffic signal content within the Iowa Statewide Urban Design and Specifications (SUDAS) Design Manual Chapter 13 and Standard Specifications Division 8. Major focal points included pole footing design, cabinets and controllers, monitoring systems, communications systems, and figure updates. This work was completed through a project task force with a variety of participants (contractors, Iowa Department of Transportation, city traffic engineers, consultant, vendors, and University research and support staff).

Host and viral genetic correlates of clinical definitions of HIV-1 disease progression.

Background: Various patterns of HIV-1 disease progression are described in clinical practice and in research. There is a need to assess the specificity of commonly used definitions of long term non-progressor (LTNP) elite controllers (LTNP-EC), viremic controllers (LTNP-VC), and viremic non controllers (LTNP-NC), as well as of chronic progressors (P) and rapid progressors (RP). Methodology and Principal Findings: We re-evaluated the HIV-1 clinical definitions, summarized in Table 1, using the information provided by a selected number of host genetic markers and viral factors. There is a continuous decrease of protective factors and an accumulation of risk factors from LTNP-EC to RP. Statistical differences in frequency of protective HLA-B alleles (p-0.01), HLA-C rs9264942 (p-0.06), and protective CCR5/CCR2 haplotypes (p-0.02) across groups, and the presence of viruses with an ancestral genotype in the "viral dating" (i.e., nucleotide sequences with low viral divergence from the most recent common ancestor) support the differences among principal clinical groups of HIV-1 infected individuals. Conclusions: A combination of host genetic and viral factors supports current clinical definitions that discriminate among patterns of HIV-1 progression. The study also emphasizes the need to apply a standardized and accepted set of clinical definitions for the purpose of disease stratification and research.

Smith Predictor Sliding Mode Closed-loop Glucose Controller in Type 1 Diabetes

Type 1 diabetic patients depend on external insulin delivery to keep their blood glucose within near-normal ranges. In this work, two robust closed-loop controllers for blood glucose regulation are developed to prevent the life-threatening hypoglycemia, as well as to avoid extended hyperglycemia. The proposed controllers are designed by using the sliding mode control technique in a Smith predictor structure. To improve meal disturbance rejection, a simple feedforward controller is added to inject meal-time insulin bolus. Simulations scenarios were used to test the controllers, and showed the controllers ability to maintain the glucose levels within the safe limits in the presence of errors in measurements, modeling and meal estimation

Revision to the SUDAS Traffic Signal Standards - Phase 2, 2012

This report provides a summary of the updates to the traffic signal content within the Iowa Statewide Urban Design and Specifications (SUDAS) Design Manual Chapter 13 and Standard Specifications Division 8. Major focal points included pole footing design, cabinets and controllers, monitoring systems, communications systems, and figure updates. This work was completed through a project task force with a variety of participants (contractors, Iowa Department of Transportation, city traffic engineers, consultant, vendors, and University research and support staff).

Profile Following for Inspection of Underwater Structures

We present a seabed profile estimation and following method for close proximity inspection of 3D underwater structures using autonomous underwater vehicles (AUVs). The presented method is used to determine a path allowing the AUV to pass its sensors over all points of the target structure, which is known as coverage path planning. Our profile following method goes beyond traditional seabed following at a safe altitude and exploits hovering capabilities of recent AUV developments. A range sonar is used to incrementally construct a local probabilistic map representation of the environment and estimates of the local profile are obtained via linear regression. Two behavior-based controllers use these estimates to perform horizontal and vertical profile following. We build upon these tools to address coverage path planning for 3D underwater structures using a (potentially inaccurate) prior map and following cross-section profiles of the target structure. The feasibility of the proposed method is demonstrated using the GIRONA 500 AUV both in simulation using synthetic and real-world bathymetric data and in pool trials

Report on theorerical results of power generation and conversion

Experimental results of a new controller able to support bidirectional power flow in a full-bridge rectifier with boost-like topology are obtained. The controller is computed using port Hamiltonian passivity techniques for a suitable generalized state space averaging truncation system, which transforms the control objectives, namely constant output voltage dc-bus and unity input power factor, into a regulation problem. Simulation results for the full system show the essential correctness of the simplifications introduced to obtain the controller, although some small experimental discrepancies point to several aspects that need further improvement.

Energy-based modelling and simulation of the interconnection of a back-to-back converter and a doubly-fed induction machine

This paper describes the port interconnection of two subsystems: a power electronics subsystem (a back-to-back AC/CA converter (B2B), coupled to a phase of the power grid), and an electromechanical subsystem (a doubly-fed induction machine (DFIM). The B2B is a variable structure system (VSS), due to presence of control-actuated switches: however, from a modelling simulation, as well as a control-design, point of view, it is sensible to consider modulated transformers (MTF in the bond graph language) instead of the pairs of complementary switches. The port-Hamiltonian models of both subsystems are presented and, using a power-preserving interconnection, the Hamiltonian description of the whole system is obtained; detailed bond graphs of all subsystems and the complete system are also provided. Using passivity-based controllers computed in the Hamiltonian formalism for both subsystems, the whole model is simulated; simulations are run to rest the correctness and efficiency of the Hamiltonian network modelling approach used in this work.

Power quality improving with virtual flux-based voltage source line converter

Line converters have become an attractive AC/DC power conversion solution in industrial applications. Line converters are based on controllable semiconductor switches, typically insulated gate bipolar transistors. Compared to the traditional diode bridge-based power converters line converters have many advantageous characteristics, including bidirectional power flow, controllable de-link voltage and power factor and sinusoidal line current. This thesis considers the control of the lineconverter and its application to power quality improving. The line converter control system studied is based on the virtual flux linkage orientation and the direct torque control (DTC) principle. A new DTC-based current control scheme is introduced and analyzed. The overmodulation characteristics of the DTC converter are considered and an analytical equation for the maximum modulation index is derived. The integration of the active filtering features to the line converter isconsidered. Three different active filtering methods are implemented. A frequency-domain method, which is based on selective harmonic sequence elimination, anda time-domain method, which is effective in a wider frequency band, are used inharmonic current compensation. Also, a voltage feedback active filtering method, which mitigates harmonic sequences of the grid voltage, is implemented. The frequency-domain and the voltage feedback active filtering control systems are analyzed and controllers are designed. The designs are verified with practical measurements. The performance and the characteristics of the implemented active filtering methods are compared and the effect of the L- and the LCL-type line filteris discussed. The importance of the correct grid impedance estimate in the voltage feedback active filter control system is discussed and a new measurement-based method to obtain it is proposed. Also, a power conditioning system (PCS) application of the line converter is considered. A new method for correcting the voltage unbalance of the PCS-fed island network is proposed and experimentally validated.

Henkilörekisterit markkinatutkimusalan yrityksessä

Nykyisessä informaatioyhteiskunnassa henkilötiedotkin muuttuvat tuotteiksi, jotka alkavat elää omaa elämäänsä ja joilla käydään kauppaa. Toisaalta taas yksityisyyden arvostuskin on kasvussa. Tämän tutkimuksen tavoitteena on teoriassa selvittää millä tavalla henkilötietojen käsittelyä säännellään Suomessa. Empiirisen osan tavoitteena on tutkia kuinka sääntelyn eri kohdat on huomioitu markkinatutkimusalan yrityksessä. Tutkimusote on vertaileva, normatiivinen ja empiirinen. Henkilötietolaki on kehittynyt Suomessa kolmen vuosikymmenen aikana merkittävästi. Nykyisin voidaan puhua myös laajemmin tietosuojalainsäädännöstä, joka sisältää henkilötietolain lisäksi muitakin lakeja mm. sähköisen viestinnän tietosuojalain. Markkinatutkimusalalla merkittävässä roolissa ovat alan käytännesäännöt, joiden avulla lainsäädäntöä pyritään tekemään helpommin omaksuttavaksi. Lainsäädännön toteutuminen ja toimivuus riippuu siitä, kuinka hyvin rekisterinpitäjät ja rekisteröidyt ymmärtävät lainsäädännön tavoitteet. Kummankin osapuolen tietoisuuteen tulisi kiinnittää yhä enemmän huomiota. Rekisterinpitäjän velvollisuuksien noudattaminen on pitkälti kiinni heidän omasta aktiivisuudestaan ja lainkuuliaisuudestaan, koska lainsäädännön valvonnassakin on puutteita. Markkinatutkimusalalla henkilötietolain noudattaminen otetaan vakavasti. Alaltaei ole löydettävissä yhtään oikeustapausta eikä myöskään tietosuojavaltuutetun lausuntoja tai kannanottoja. Alalla, jossa henkilötietoja käsitellään paljon, on tärkeää, että ihmiset luottavat siihen, että tutkimukset eivät riko heidän yksityisyyttään tarpeettomasti. Lainsäädäntö ei rajoita markkinatutkimustoimintaa. Henkilötietolainsäädäntö antaa henkilötietojen käsittelylle markkinatutkimustoiminnassa hyvän viitekehyksen, jossa yrityksen on helppo toimia.

FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.