A Feasibility Study on Embedded Micro-Electromechanical Sensors and Systems (MEMS) for Monitoring Highway Structures, TR-575, 2011

Micro-electromechanical systems (MEMS) provide vast improvements over existing sensing methods in the context of structural health monitoring (SHM) of highway infrastructure systems, including improved system reliability, improved longevity and enhanced system performance, improved safety against natural hazards and vibrations, and a reduction in life cycle cost in both operating and maintaining the infrastructure. Advancements in MEMS technology and wireless sensor networks provide opportunities for long-term continuous, real-time structural health monitoring of pavements and bridges at low cost within the context of sustainable infrastructure systems. The primary objective of this research was to investigate the use of MEMS in highway structures for health monitoring purposes. This study focused on investigating the use of MEMS and their potential applications in concrete through a comprehensive literature review, a vendor survey, and a laboratory study, as well as a small-scale field study. Based on the comprehensive literature review and vendor survey, the latest information available on off-the-shelf MEMS devices, as well as research prototypes, for bridge, pavement, and traffic applications were synthesized. A commercially-available wireless concrete monitoring system based on radio-frequency identification (RFID) technology and off-the-shelf temperature and humidity sensors were tested under controlled laboratory and field conditions. The test results validated the ability of the RFID wireless concrete monitoring system in accurately measuring the temperature both inside the laboratory and in the field under severe weather conditions. In consultation with the project technical advisory committee (TAC), the most relevant MEMS-based transportation infrastructure research applications to explore in the future were also highlighted and summarized.

Behavioural queueing : cellular automata and a laboratory experiment

Dans cette thèse, nous étudions les aspects comportementaux d'agents qui interagissent dans des systèmes de files d'attente à l'aide de modèles de simulation et de méthodologies expérimentales. Chaque période les clients doivent choisir un prestataire de servivce. L'objectif est d'analyser l'impact des décisions des clients et des prestataires sur la formation des files d'attente. Dans un premier cas nous considérons des clients ayant un certain degré d'aversion au risque. Sur la base de leur perception de l'attente moyenne et de la variabilité de cette attente, ils forment une estimation de la limite supérieure de l'attente chez chacun des prestataires. Chaque période, ils choisissent le prestataire pour lequel cette estimation est la plus basse. Nos résultats indiquent qu'il n'y a pas de relation monotone entre le degré d'aversion au risque et la performance globale. En effet, une population de clients ayant un degré d'aversion au risque intermédiaire encoure généralement une attente moyenne plus élevée qu'une population d'agents indifférents au risque ou très averses au risque. Ensuite, nous incorporons les décisions des prestataires en leur permettant d'ajuster leur capacité de service sur la base de leur perception de la fréquence moyenne d'arrivées. Les résultats montrent que le comportement des clients et les décisions des prestataires présentent une forte "dépendance au sentier". En outre, nous montrons que les décisions des prestataires font converger l'attente moyenne pondérée vers l'attente de référence du marché. Finalement, une expérience de laboratoire dans laquelle des sujets jouent le rôle de prestataire de service nous a permis de conclure que les délais d'installation et de démantèlement de capacité affectent de manière significative la performance et les décisions des sujets. En particulier, les décisions du prestataire, sont influencées par ses commandes en carnet, sa capacité de service actuellement disponible et les décisions d'ajustement de capacité qu'il a prises, mais pas encore implémentées. - Queuing is a fact of life that we witness daily. We all have had the experience of waiting in line for some reason and we also know that it is an annoying situation. As the adage says "time is money"; this is perhaps the best way of stating what queuing problems mean for customers. Human beings are not very tolerant, but they are even less so when having to wait in line for service. Banks, roads, post offices and restaurants are just some examples where people must wait for service. Studies of queuing phenomena have typically addressed the optimisation of performance measures (e.g. average waiting time, queue length and server utilisation rates) and the analysis of equilibrium solutions. The individual behaviour of the agents involved in queueing systems and their decision making process have received little attention. Although this work has been useful to improve the efficiency of many queueing systems, or to design new processes in social and physical systems, it has only provided us with a limited ability to explain the behaviour observed in many real queues. In this dissertation we differ from this traditional research by analysing how the agents involved in the system make decisions instead of focusing on optimising performance measures or analysing an equilibrium solution. This dissertation builds on and extends the framework proposed by van Ackere and Larsen (2004) and van Ackere et al. (2010). We focus on studying behavioural aspects in queueing systems and incorporate this still underdeveloped framework into the operations management field. In the first chapter of this thesis we provide a general introduction to the area, as well as an overview of the results. In Chapters 2 and 3, we use Cellular Automata (CA) to model service systems where captive interacting customers must decide each period which facility to join for service. They base this decision on their expectations of sojourn times. Each period, customers use new information (their most recent experience and that of their best performing neighbour) to form expectations of sojourn time at the different facilities. Customers update their expectations using an adaptive expectations process to combine their memory and their new information. We label "conservative" those customers who give more weight to their memory than to the xiv Summary new information. In contrast, when they give more weight to new information, we call them "reactive". In Chapter 2, we consider customers with different degree of risk-aversion who take into account uncertainty. They choose which facility to join based on an estimated upper-bound of the sojourn time which they compute using their perceptions of the average sojourn time and the level of uncertainty. We assume the same exogenous service capacity for all facilities, which remains constant throughout. We first analyse the collective behaviour generated by the customers' decisions. We show that the system achieves low weighted average sojourn times when the collective behaviour results in neighbourhoods of customers loyal to a facility and the customers are approximately equally split among all facilities. The lowest weighted average sojourn time is achieved when exactly the same number of customers patronises each facility, implying that they do not wish to switch facility. In this case, the system has achieved the Nash equilibrium. We show that there is a non-monotonic relationship between the degree of risk-aversion and system performance. Customers with an intermediate degree of riskaversion typically achieve higher sojourn times; in particular they rarely achieve the Nash equilibrium. Risk-neutral customers have the highest probability of achieving the Nash Equilibrium. Chapter 3 considers a service system similar to the previous one but with risk-neutral customers, and relaxes the assumption of exogenous service rates. In this sense, we model a queueing system with endogenous service rates by enabling managers to adjust the service capacity of the facilities. We assume that managers do so based on their perceptions of the arrival rates and use the same principle of adaptive expectations to model these perceptions. We consider service systems in which the managers' decisions take time to be implemented. Managers are characterised by a profile which is determined by the speed at which they update their perceptions, the speed at which they take decisions, and how coherent they are when accounting for their previous decisions still to be implemented when taking their next decision. We find that the managers' decisions exhibit a strong path-dependence: owing to the initial conditions of the model, the facilities of managers with identical profiles can evolve completely differently. In some cases the system becomes "locked-in" into a monopoly or duopoly situation. The competition between managers causes the weighted average sojourn time of the system to converge to the exogenous benchmark value which they use to estimate their desired capacity. Concerning the managers' profile, we found that the more conservative Summary xv a manager is regarding new information, the larger the market share his facility achieves. Additionally, the faster he takes decisions, the higher the probability that he achieves a monopoly position. In Chapter 4 we consider a one-server queueing system with non-captive customers. We carry out an experiment aimed at analysing the way human subjects, taking on the role of the manager, take decisions in a laboratory regarding the capacity of a service facility. We adapt the model proposed by van Ackere et al (2010). This model relaxes the assumption of a captive market and allows current customers to decide whether or not to use the facility. Additionally the facility also has potential customers who currently do not patronise it, but might consider doing so in the future. We identify three groups of subjects whose decisions cause similar behavioural patterns. These groups are labelled: gradual investors, lumpy investors, and random investor. Using an autocorrelation analysis of the subjects' decisions, we illustrate that these decisions are positively correlated to the decisions taken one period early. Subsequently we formulate a heuristic to model the decision rule considered by subjects in the laboratory. We found that this decision rule fits very well for those subjects who gradually adjust capacity, but it does not capture the behaviour of the subjects of the other two groups. In Chapter 5 we summarise the results and provide suggestions for further work. Our main contribution is the use of simulation and experimental methodologies to explain the collective behaviour generated by customers' and managers' decisions in queueing systems as well as the analysis of the individual behaviour of these agents. In this way, we differ from the typical literature related to queueing systems which focuses on optimising performance measures and the analysis of equilibrium solutions. Our work can be seen as a first step towards understanding the interaction between customer behaviour and the capacity adjustment process in queueing systems. This framework is still in its early stages and accordingly there is a large potential for further work that spans several research topics. Interesting extensions to this work include incorporating other characteristics of queueing systems which affect the customers' experience (e.g. balking, reneging and jockeying); providing customers and managers with additional information to take their decisions (e.g. service price, quality, customers' profile); analysing different decision rules and studying other characteristics which determine the profile of customers and managers.

Maximum likelihood Linear Programming Data Fusion for Speaker Recognition

Biometric system performance can be improved by means of data fusion. Several kinds of information can be fused in order to obtain a more accurate classification (identification or verification) of an input sample. In this paper we present a method for computing the weights in a weighted sum fusion for score combinations, by means of a likelihood model. The maximum likelihood estimation is set as a linear programming problem. The scores are derived from a GMM classifier working on a different feature extractor. Our experimental results assesed the robustness of the system in front a changes on time (different sessions) and robustness in front a change of microphone. The improvements obtained were significantly better (error bars of two standard deviations) than a uniform weighted sum or a uniform weighted product or the best single classifier. The proposed method scales computationaly with the number of scores to be fussioned as the simplex method for linear programming.

Fenix-järjestelmän suorituskyvyn analysointi

Kasvavat käyttäjämäärät TietoEnatorin Fenix-tietojärjestelmässä ovat nostaneet suorituskyvyn tutkinnan tärkeään asemaan. Suorituskykymittausten tekeminen, analysoiminen ja ennen kaikkea säännöllinen seuranta ovat ensiarvioisen tärkeitätoimenpiteitä järjestelmän tehokkuuden proaktiiviseen kehittämiseen. Fenixin suorituskykymittausjärjestelmän tuottamaa aineistoa on runsaasti tarjolla. Tämän työn tavoitteena on edistää suorituskykymittausjärjestelmän tuottaman aineiston käyttöä erilaisissa raportointi- ja tutkimustilanteissa. Työssäperehdytään aineiston keräämiseen, häiriösuodatukseen ja tulosten visualisointiin. Työn tuloksena syntyy automaattinen raportointijärjestelmä, joka tuottaa palvelukohtaisia tilastollisia suorituskykyraportteja. Raporttien tarkoituksena on tuoda kehittäjien nähtäville palveluista kerätyt mittaustulokset ja osoittaa mahdollisia suorituskykyparannuskohteita.

Yrityksen strategisen ohjauksen tehostaminen. Case: Balanced scorecard implementointi

Tutkielman päätavoitteena on tutkia mitä lisäarvoa yritys saa ottaessaan Balanced scorecardin käyttöönsä ja miten käyttöönottoprosessi tulee suorittaa, jotta määritellyt lisäarvot realisoituvat. Teoreettisena lähtökohtana on Toivasen käyttöönottoprojektimalli. Tutkielmassa tullaan keskittymään mittariston käyttöönottoprosessiin ja käyttöönoton vaikutuksiin. Tutkielman päätutkimusmenetelmä on toiminta-analyyttinen case-tutkimus. Empiirinen aineisto kerätään puolistrukturoitujen teemahaastattelujen ja osallistuvan havainnoinnin avulla. Tutkimustulosten mukaan merkittävimmät Balanced scorecardin mukanaan tuomat lisäarvot yritykselle ovat kokonaisvaltaisempi ja johdonmukaisempi yrityksen ohjaus, parantunut suorituskyvyn mittaus ja seuranta, sekä strategian jalkautuksen tehostuminen. Käyttöönoton onnistumisen kannalta kriittisimmät tekijät ovat johdon sitoutuneisuus, vision ja strategian selkeys, selkeä päätös projektin aloittamiseksi, sekä mittareiden valinta ja tavoitetasojen asettaminen niille.

On sliding mode control ofhydraulic servo systems and a manipulator

The aim of the study is to developa novel robust controller based on sliding mode control technique for the hydraulic servo system with flexible load and for a flexible manipulator with the lift and jib hydraulic actuators. For the purpose of general control design, a dynamic model is derived describing the principle physical behavior for both the hydraulic servo system and the flexible hydraulic manipulator. The mechanism of hydraulic servo systems is described by basic mathematical equations of fluid powersystems and the dynamics of flexible manipulator is modeled by the assumed modemethod. The controller is constructed so as to track desired trajectories in the presence of model imprecision. Experimental and simulation results demonstratethat sliding mode control has benefits which can be used to guarantee stabilityin uncertain systems and improve the system performance and load tolerance.

Analysis of torque and speed ripple producing non-idealities of frequency converters in electric drives

Electric motors driven by adjustable-frequency converters may produce periodic excitation forces that can cause torque and speed ripple. Interaction with the driven mechanical system may cause undesirable vibrations that affect the system performance and lifetime. Direct drives in sensitive applications, such as elevators or paper machines, emphasize the importance of smooth torque production. This thesis analyses the non-idealities of frequencyconverters that produce speed and torque ripple in electric drives. The origin of low order harmonics in speed and torque is examined. It is shown how different current measurement error types affect the torque. As the application environment, direct torque control (DTC) method is applied to permanent magnet synchronous machines (PMSM). A simulation model to analyse the effect of the frequency converter non-idealities on the performance of the electric drives is created. Themodel enables to identify potential problems causing torque vibrations and possibly damaging oscillations in electrically driven machine systems. The model is capable of coupling with separate simulation software of complex mechanical loads. Furthermore, the simulation model of the frequency converter's control algorithm can be applied to control a real frequency converter. A commercial frequencyconverter with standard software, a permanent magnet axial flux synchronous motor and a DC motor as the load are used to detect the effect of current measurement errors on load torque. A method to reduce the speed and torque ripple by compensating the current measurement errors is introduced. The method is based on analysing the amplitude of a selected harmonic component of speed as a function oftime and selecting a suitable compensation alternative for the current error. The speed can be either measured or estimated, so the compensation method is applicable also for speed sensorless drives. The proposed compensation method is tested with a laboratory drive, which consists of commercial frequency converter hardware with self-made software and a prototype PMSM. The speed and torque rippleof the test drive are reduced by applying the compensation method. In addition to the direct torque controlled PMSM drives, the compensation method can also beapplied to other motor types and control methods.

Tunnuslukujärjestelmän kehittäminen projektiliiketoiminnalle

Tämän työn päätavoitteena on kehittää suorituskyvyn tunnuslukujärjestelmä projektiliiketoimintaa harjoittavalle yritykselle. Muita tavoitteita ovat kehittämisprosessin, mittaristoijen ja mittareiden käytön kartoitus sekä kohdeyrityksen suorituskyvyn nykytilanteen selvitys kerättävän esimerkki-aineiston perusteella. Yrityksen informaatiotarpeiden perusteella mittausjärjestelmän tavoitteeksi asetettiin johdon päätöksenteon tukeminen. Mittariston perusosa-alueet valittiin kirjallisuuteen ja nykyisen mittauksen puutteisiin perustuen. Alueet olivat toimittajat, henkilöstö, toiminta ja asiakkaat. Tunnusluvut valittiin yhdessä käyttäjien kanssa valmiista esimerkeistä ja yrityksessä kehitetyistä uusista ja olemassa olevista mittareista. Yrityksen suorituskyvyn nykytilaa analysoitiin valituilla tunnusluvuilla. Toimintatapojen yhtenäisyys on kehityskohde, jolla mittarien arvoista saadaan nykyistä vertailukelpoisempia ja luotettavampia. Tulevaisuudessa luotua tunnuslukujärjestelmää on kehitettävä toiminnan muutosten mukana. Toimintolaskennan käyttöönotto on eräs mahdollisuus toiminnan ja mittariston jatkokehittämiseen sekä kustannustietojen ja hinnoittelun tarkkuuden parantamiseen.

Spontaneous Speech and Emotional Response modeling based on One-class classifier oriented to Alzheimer Disease diagnosis

The purpose of our project is to contribute to earlier diagnosis of AD and better estimates of its severity by using automatic analysis performed through new biomarkers extracted from non-invasive intelligent methods. The methods selected in this case are speech biomarkers oriented to Sponta-neous Speech and Emotional Response Analysis. Thus the main goal of the present work is feature search in Spontaneous Speech oriented to pre-clinical evaluation for the definition of test for AD diagnosis by One-class classifier. One-class classifi-cation problem differs from multi-class classifier in one essen-tial aspect. In one-class classification it is assumed that only information of one of the classes, the target class, is available. In this work we explore the problem of imbalanced datasets that is particularly crucial in applications where the goal is to maximize recognition of the minority class as in medical diag-nosis. The use of information about outlier and Fractal Dimen-sion features improves the system performance.

Sistema d'adquisició de temperatures de 2 canals via R.F.

Poder mesurar i enregistrar diferents tipus de magnituds com pressió, força, temperatura etc. s’ha convertit en una necessitat per moltes aplicacions actuals. Aquestes magnituds poden tenir procedències molt diverses, tals com l’entorn, o poden ser generades per sistemes mecànics, elèctrics, etc. Per tal de poder adquirir aquestes magnituds, s’utilitzen els sistemes d’adquisició de dades. Aquests sistemes, prenen mostres analògiques del món real, i les transformen en dades digitals que poden ser manipulades per un sistema electrònic. Pràcticament qualsevol magnitud es pot mesurar utilitzant el sensor adient. Una magnitud molt utilitzada en sistemes d’adquisició de dades, és la temperatura. Els sistemes d’adquisició de temperatures estan molt generalitzats, i podem trobar-los com a sistemes, on l’objectiu és mostrar les dades adquirides, o podem trobar-los formant part de sistemes de control, aportant uns inputs necessaris per el seu correcte funcionament, garantir-ne l’estabilitat, seguretat etc. Aquest projecte, promogut per l’empresa Elausa, s’encarregarà d’adquirir, el senyal d’entrada de 2 Termoparells. Aquests mesuraran temperatures de circuits electrònics, que es trobaran dintre la càmera climàtica de Elausa, sotmesos a diferents condicions de temperatura, per tal de rebre l’homologació del circuit. El sistema haurà de poder mostrar les dades adquirides en temps real, i emmagatzemar-les en un PC que estarà ubicat en una oficina, situada a uns 30 m de distància de la sala on es farà el test. El sistema constarà d’un circuit electrònic que adquirirà, i condicionarà el senyal de sortida dels termoparells, per adaptar-lo a la tensió d’entrada d’un convertidor analògic digital, del microcontrolador integrat en aquesta placa. Seguidament aquesta informació, s’enviarà a través d’un mòdul transmissor de radiofreqüència, cap al PC on es visualitzaran les dades adquirides. Els objectius plantejats són els següents: - Dissenyar el circuit electrònic d’adquisició i condicionament del senyal. - Dissenyar, fabricar i muntar el circuit imprès de la placa d’adquisició. - Realitzar el programa de control del microcontrolador. - Realitzar el programa per presentar i desar les dades en un PC. - El sistema ha d’adquirir 2 temperatures, a través de Termoparells amb un rang d’entrada de -40ºC a +240ºC - S’ha de transmetre les dades via R.F. Els resultats del projecte han estat satisfactoris i s’han complert els objectius plantejats.

Sistema para realização de medidas de luminescência com excitação por Raios X

In this work is presented a versatile system for X-ray excited optical luminescence (XEOL) measurements. The apparatus was assembled from a sample holder connected to an optical fiber responsibly for the acquisition of the scintillation signal. The spectrum is registered with a CCD coupled in a spectrograph provided with diffraction gratings. The system performance was analyzed by exciting GdAlO3:Eu3+ 3.0 at.% with X-rays from a diffractometer and measuring the emission spectra. The system can be used to obtain precise and reliable spectroscopic properties of samples with various conformations without the loss of the required safety when dealing with ionizing radiations.

Suorituskyvyn mittaaminen sosiaali- ja perusterveydenhuoltotoimialalla

Oikein suoritettu suorituskyvyn mittaaminen tuo kirjallisuuden mukaan organisaatiolle monia hyötyjä. Julkisen sektorin toimijat kohtaavat kuitenkin useita haasteita suorituskyvyn mittaamisessa ja mittausjärjestelmän suunnittelussa, eikä useimmilla sektorin organisaatioilla ole käytössään kattavaa mittausjärjestelmää. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli suunnitella suorituskyvyn mallimittaristo kuntien ja julkisen sektorin sosiaali- ja perusterveydenhuoltotoimialan organisaatioiden käyttöön. Tutkimus toteutettiin case-tutkimuksena konstruktiivista tutkimusotetta käyttäen, sillä työssä pyrittiin kehittämään mallimittaristo, joka on sovellettavissa useaan tapaukseen. Mallimittariston kehittäminen perustui julkisen sektorin sekä sosiaali- ja terveystoimen suorituskykyä ja sen mittaamista käsittelevään tieteelliseen kirjallisuuteen, tutkimukseen ja asiantuntijoiden haastatteluihin. Tutkimuksessa havaittiin, että mittariston suunnitteluprosessissa tulee kiinnittää huomiota erityisesti terminologiaan, mittaamisen tarkoitukseen, nykyiseen mittaamisen tasoon, laatutekijöihin ja vaikutuksiin sekä suorituskyvyn kaikkien osa-alueiden huomioimiseen ja linjassa pitämiseen. Tutkimustuloksena saatiin lisäksi tietoa mittariston rakentamis-prosessista ja tärkeistä mittauskohteista sosiaali- ja perusterveydenhuoltotoimialalla. Jo itse suunnitteluprosessi koettiin hyödylliseksi suorituskyvyn kentän ja sen mittaamisen ymmärtämiseksi. Maakunnan alueellinen kehittäjä hyväksyi mallimittariston ja esitti työn tulokset ja suositukset alueen kunnille. Mittariston toimivuus käytännössä tullaan havaitsemaan siis vasta myöhemmin, mikäli kunnat päättävät ottaa mittariston käyttöön.

Kylpylähotellin suorituskyvyn mittaaminen

Diplomityön tarkoituksena oli rakentaa suorituskyvyn analysointijärjestelmä kylpylä-hotellille. Kohdeyrityksessä on entuudestaan mitattu taloudellisia tunnuslukuja ja asiakastyytyväisyyttä. Rakennettu järjestelmä antaa yritykselle kokonaiskuvan suorituskyvystä. Valmiin analysointijärjestelmän avulla parannetaan yrityksen johtamista ja työn-tekijöille annettavaa palautetta. Tutkimuksen teoriaosassa esiteltiin suorituskyvyn mittaamiseen, suorituskyvyn analysointijärjestelmiin ja suorituskykymittariston suunnittelemiseen liittyvää teoriaa. Suorituskyvyn analysointijärjestelmän rakentaminen alkoi yrityksen vision ja strategioiden selkiyttämisellä, joiden pohjalta määritettiin menestystekijät ja kriittiset menestystekijät. Näiden taustatekijöiden avulla yritykselle luotiin Balanced Scorecardiin (BSC) pohjautuva suorituskyvyn analysointijärjestelmä. BSC:n näkökulmia sovellettiin hieman ja jokaiselle kehitettiin omat seurattavat mittarit. Kehitetty mittaristo vietiin pienille ja keskisuurille yrityksille tarkoitettuun SAKE-sovellukseen, joka laskee suorituskyvylle kokonaisarvosanan. Kylpylähotellin suorituskyvyn mittaamisessa on ennen kaikkea tärkeää huomioida asiakastyytyväisyys. Syy- ja seuraussuhteiden avulla kohdeyritykselle luotiin mittarit, joiden mittaamisella pyritään vaikuttamaan asiakastyytyväisyyteen ja sitä kautta parantamaan yrityksen toiminnan kannattavuutta sekä tehokkuutta. Tutkimuksen lopputulokseksi saatiin kylpylähotellille sopiva suorituskyvyn analysointijärjestelmä.

Energiatiedon hallintajärjestelmän suorituskyvyn määrittäminen ja todentaminen

Sähkömarkkinoiden vapautumisen jälkeen energia-alalle on muodostunut entistä suurempi kysyntä kehittyneille energiatiedon hallintaaan erikoistuneille tietojärjestelmille. Uudet lakisäädökset sekä tulevaisuuden kokonaisvaltaiset tiedonkeruujärjestelmät, kuten älykkäät mittarit ja älykkäät sähköverkot, tuovat mukanaan entistä suuremman prosessoitavan tietovirran. Nykyaikaisen energiatietojärjestelmän on kyettävä vastaamaan haasteeseen ja palveltava asiakkaan vaatimuksia tehokkaasti prosessien suorituskyvyn kärsimättä. Tietojärjestelmän prosessien on oltava myös skaalautuvia, jotta tulevaisuuden lisääntyneet prosessointitarpeet ovat hallittavissa. Tässä työssä kuvataan nykyaikaisen energiatietojärjestelmän keskeiset energiatiedon hallintaan ja varastointiin liittyvät komponentit. Työssä esitellään myös älykkäiden mittareiden perusperiaate ja niiden tuomat edut energia-alalla. Lisäksi työssä kuvataan visioita tulevaisuuden älykkäiden sähköverkkojen toteutusmahdollisuuksista. Diplomityössä esitellään keskeisiä suorituskykyyn liittyviä kokonaisuuksia. Lisäksi työssä kuvataan keskeiset suorituskyvyn mittarit sekä suorituskykyvaatimukset. Järjestelmän suorituskyvyn arvioinnin toteuttamiseen on erilaisia menetelmiä, joista tässä työssä kuvataan yksi sen keskeisine periaatteineen. Suorituskyvyn analysointiin käytetään erilaisia tekniikoita, joista tässä diplomityössä esitellään tarkemmin järjestelmän mittaus. Työssä toteutetaan myös case-tutkimus, jossa analysoidaan mittaustiedon sisääntuontiin käytettävän prosessin kahta eri kehitysversiota ja näiden suorituskykyominaisuuksia. Kehitysversioiden vertailussa havaitaan, että uusi versio on selkeästi edellistä versiota nopeampi. Case-tutkimuksessa määritetään myös suorituskyvyn kannalta optimaalinen rinnakkaisprosessien määrä ja tutkitaan prosessin skaalautuvuutta. Tutkimuksessa todetaan, että uusi kehitysversio skaalautuu lineaarisesti.

Distributed ControlArchitecture of Power Electronics Building-Block-Based Frequency Converters

The increasing power demand and emerging applications drive the design of electrical power converters into modularization. Despite the wide use of modularized power stage structures, the control schemes that are used are often traditional, in other words, centralized. The flexibility and re-usability of these controllers are typically poor. With a dedicated distributed control scheme, the flexibility and re-usability of the system parts, building blocks, can be increased. Only a few distributed control schemes have been introduced for this purpose, but their breakthrough has not yet taken place. A demand for the further development offlexible control schemes for building-block-based applications clearly exists. The control topology, communication, synchronization, and functionality allocationaspects of building-block-based converters are studied in this doctoral thesis. A distributed control scheme that can be easily adapted to building-block-based power converter designs is developed. The example applications are a parallel and series connection of building blocks. The building block that is used in the implementations of both the applications is a commercial off-the-shelf two-level three-phase frequency converter with a custom-designed controller card. The major challenge with the parallel connection of power stages is the synchronization of the building blocks. The effect of synchronization accuracy on the system performance is studied. The functionality allocation and control scheme design are challenging in the seriesconnected multilevel converters, mainly because of the large number of modules. Various multilevel modulation schemes are analyzed with respect to the implementation, and this information is used to develop a flexible control scheme for modular multilevel inverters.