Um fotômetro multi-led microcontrolado, portátil e de baixo custo

A microcontrolled, portable and inexpensive photometer is described. It uses six light-emitting diodes (LEDs) as radiation sources and a phototransistor as detector, as well as a microcontroller (PIC - Programmable Controller of Interruption). This device provided total autonomy to the proposed photometer, which was successfully applied to determination of Fe2+ in ferrous syrups and of seven clinical biochemical parameters. As the components are cheap (~U$30.00) and easy to find, the proposed photometer is an economical alternative for routine chemical analyses in small laboratories, for research and teaching. Being portable and microcontrolled, it allows doing field chemical analyses.

Salient Pole Synchronous Machine Modelling in an Industrial Direct Torque Controlled Drive Application

Synchronous motors are used mainly in large drives, for example in ship propulsion systems and in steel factories' rolling mills because of their high efficiency, high overload capacity and good performance in the field weakening range. This, however, requires an extremely good torque control system. A fast torque response and a torque accuracy are basic requirements for such a drive. For large power, high dynamic performance drives the commonly known principle of field oriented vector control has been used solely hitherto, but nowadays it is not the only way to implement such a drive. A new control method Direct Torque Control (DTC) has also emerged. The performance of such a high quality torque control as DTC in dynamically demanding industrial applications is mainly based on the accurate estimate of the various flux linkages' space vectors. Nowadays industrial motor control systems are real time applications with restricted calculation capacity. At the same time the control system requires a simple, fast calculable and reasonably accurate motor model. In this work a method to handle these problems in a Direct Torque Controlled (DTC) salient pole synchronous motor drive is proposed. A motor model which combines the induction law based "voltage model" and motor inductance parameters based "current model" is presented. The voltage model operates as a main model and is calculated at a very fast sampling rate (for example 40 kHz). The stator flux linkage calculated via integration from the stator voltages is corrected using the stator flux linkage computed from the current model. The current model acts as a supervisor that prevents only the motor stator flux linkage from drifting erroneous during longer time intervals. At very low speeds the role of the current model is emphasised but, nevertheless, the voltage model always stays the main model. At higher speeds the function of the current model correction is to act as a stabiliser of the control system. The current model contains a set of inductance parameters which must be known. The validation of the current model in steady state is not self evident. It depends on the accuracy of the saturated value of the inductances. Parameter measurement of the motor model where the supply inverter is used as a measurement signal generator is presented. This so called identification run can be performed prior to delivery or during drive commissioning. A derivation method for the inductance models used for the representation of the saturation effects is proposed. The performance of the electrically excited synchronous motor supplied with the DTC inverter is proven with experimental results. It is shown that it is possible to obtain a good static accuracy of the DTC's torque controller for an electrically excited synchronous motor. The dynamic response is fast and a new operation point is achieved without oscillation. The operation is stable throughout the speed range. The modelling of the magnetising inductance saturation is essential and cross saturation has to be considered as well. The effect of cross saturation is very significant. A DTC inverter can be used as a measuring equipment and the parameters needed for the motor model can be defined by the inverter itself. The main advantage is that the parameters defined are measured in similar magnetic operation conditions and no disagreement between the parameters will exist. The inductance models generated are adequate to meet the requirements of dynamically demanding drives.

Controllerin työnkuva

Yritysten toimintaympäristön muutokset ovat pakottaneet yritykset muokkaamaan organisaatiorakennettaan ja tämä on johtanut taloushallinnon hajauttamiseen. Hajautettu taloushallinto on tehnyt perinteisten laskentatoimen ammattilaisten yksitoikkoisista työtehtävistä paljon värikkäämpiä. Roolit ja työtehtävät ovat lisääntyneet ja hyvien kommunikaatiotaitojen merkitys on korostunut. Tämä on pakottanut laskentatoimen ammattilaiset ulos toimistoistaan tekemään yhteistyötä yrityksen muiden osastojen kanssa. Controller on käsitteenä laaja. Controller-nimike sisältää monia eri rooleja ja työtehtäviä yrityksessä. Tämän takia työnimikettä voidaankin tarkentaa esimerkiksi nimikkeillä Assistant Controller tai Business Controller. Työtehtävien painopiste vaihtelee controllerin roolin mukaan, mutta laskentatoimen hallitseminen ja liiketoiminnan ymmärtäminen on kaikissa tärkeää. Business Controller on kuitenkin muista controllereista selvästi eniten liiketoimintaan suuntautunut. Työn perusteella voidaan todeta, että controllereiden työnkuvat teoriassa ja todellisuudessa vastaavat hyvin toisiaan. Controllereiden yleisimpiä työtehtäviä sekä kirjallisuuden ja artikkeleiden että työpaikkailmoitusten mukaan ovat taloudellisen tiedon tuottaminen ja analysointi, raportointi, raportointijärjestelmien ja suorituskykymittaristojen ylläpitäminen ja kehittäminen, taloudellisten ohjeistusten laatiminen, yrityksen taloudellisena neuvonantajana toimiminen sekä päätöksenteon tukeminen. Controllereiden työtehtävien painopiste riippuu aina myös yrityksen koosta ja toimialast

Toimitusketjun mallinnuksen tarpeet ja rakenne LOCOMOTIVE projekstissa

Työn tavoitteena oli kuvata ja priorisoida toimitusketjun dynaamisen mallinnustyökalun vaatimukset, sekä muodostaa tämän pohjalta ohjelmistokehitystä tukeva oliomalli. Vaatimuksia selvitettiin teoreettisen tarkastelun, aiemmin toteutettujen kyselytutkimusten sekä viiden pilottitapauksen avulla. Toimitusketjun hallinta ei ole pelkästään materiaalivirtojen vaan myös näihin liittyvän informaation hallintaa. Holististen toimitusketjuongelmien mallintaminen edellyttää siis informaatiovirtojen ja niitä saatelevien ohjausmekanisemien mallintamista. Markkinoilla on selkeästi tilaa tukijärjestelmille, jotka mahdollistaisivat multidimensionaalisten - tuotto, aika, palvelu - toimitusketjuongelmien tarkastelun. Systeemidynamiikan teorian mukaisesti oliomallin lähtökohdaksi valittiin tärkeimpien takaisinkytkentäsilmukkojen mallinnus. Takaisinkytkentäsilmukoiden avulla kyetään mallintamaan kompleksisia systeemejä ajan suhteen. Mallinnetut toimitusketjujen takaisinkytkentäsilmukkat ovat operaatio-, ohjaus-, kysyntä- ja strategiasilmukka. Toimitusketjun ohjausmekanismien, sekä systeemidynamiikan perusteiden pohjalta mallinnustyökalun vaatimuksista muodostettiin oliomalli. Muodostettu oliomalli on Locomotiven - toimitusketjun mallinnustyökalun - perusta.

Software per al cronometratge de temps mitjançant sensors digitals

L’Slot, conegut per tots amb el nom d’Scalextric, s’ha implantat com a una forma d’oci habitual, la pràctica del qual no queda restringida als més petits, sinó que cada vegada crea més afició entre els grans. El fet que l’Slot s’hagi extès entre els adults n’ha revolucionat la pràctica. L’entrada al mercat de l’Slot de gent adulta, i amb poder adquisitiu molt superior als adolescents, ha provocat que les marques especialitzades vagin evolucionant els seus productes cada vegada més. Totes les marques s’han vist obligades a desenvolupar vehicles més competitius i alhora treure al mercat accessoris que augmentin la realitat del joc. Una de les necessitats que s’ha creat és la de competir entre jugadors. Aquesta competició tan pot ser en forma de carrera entre diversos participants, com de forma individual, cronometrant el temps de cada participant en un circuit. L’objectiu principal del projecte és crear un sistema capaç de realitzar cronometratges en temps real mitjançant sensors digitals ja existents en el mercat de l’Slot i poder controlar i visualitzar la informació des d’un PC. Per a poder captar els senyals dels sensors s’ha utilitzat un sistema microcontrolat, que garanteix gran velocitat d’adquisició, processament de dades i transmissió. La comunicació del Microcontrolador amb el PC s’ha realizat mitjançant el bus USB. El PC serà el controlador del sistema i donarà les ordres al Microcontrolador, podent així tenir control total sobre el funcionament del programa. També serà el PC el que tractarà els crocometratges enregistrats i els mostrarà per pantalla

Gestió d'un portal web d'intercanvi de coneixement

En aquest món on ens ha tocat viure i patir canvis tan durs amb la crisi econòmica que patim, que ens ha fet passar de lligar els gossos amb llonganisses a vigilar en les despeses del dia a dia per poder arribar just a final de mes, és el moment de reinventar-se. És per aquest motiu que presento aquesta idea, on el seu objectiu és desenvolupar una pàgina web que esdevingui un punt de trobada entre usuaris que volen transmetre o ampliar el seu coneixement i oferir-los la possibilitat que entre ells puguin compartir les seves habilitats i destreses. El web consistirà en un panell d’activitats on els usuaris un cop s’hagin registrat puguin crear les activitats que vulguin aprendre o bé ensenyar, tot demanant, si ho desitgen, quelcom a canvi. Aleshores la resta d’usuaris si els interessa l’activitat, poden acceptar la demanda o bé fer una proposta pròpia. A partir d’aquí els usuaris s’han de posar d’acord a l’hora de dur a terme l’activitat. El web disposarà d’una part pels usuaris amb permisos d’administrador perquè puguin gestionar el portal. Aquest projecte s’ha desenvolupat amb el framework de PHP Codeigniter, el qual utilitza la programació per capes MVC, la qual separa la programació en tres parts: el Model, la Vista i el Controlador. També s’han utilitzat els llenguatges HTML5 i CSS3, i jQuery, que és una llibreria de JavaScript. Com a sistema gestor de base de dades s’ha utilitzat el MySQL.

Controllerilta vaadittavat ominaisuudet ja keskeisimmät työtehtävät - casetutkimus

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, millaiset ovat controllereiden työtehtävät ja controllereilta vaadittavat ominaisuudet tänä päivänä. Teoreettisena taustana tutkimuksessa oli johdon laskentatoimen kehitys 1980-luvulta tähän päivään. Tutkimus toteutettiin kvalitatiivisin menetelmin analysoimalla tänä vuonna julkaistuja suomalaisia ja ruotsalaisia controller-rekrytointi-ilmoituksia ja haastattelemalla henkilökohtaisesti controllerin työtehtävissä työskenteleviä henkilöitä useilta toimialoilta. Tutkimuksen keskeisimpänä tuloksena havaittiin, että yrityksen työpaikkailmoituksissa vaadittavissa ominaisuuksissa on eroavaisuuksia suhteessa haastattelussa painotettuihin ominaisuuksiin. Ilmoituksissa mainitut controllereiden työtehtävät olivat enemmän linjassa todellisten työtehtävien kanssa. Sekä työpaikkailmoituksissa että haastatteluissa kävi ilmi, että controllerin työtehtävä sisältää useasti edelleen ulkoiseen laskentaan liittyviä työtehtäviä. Tämä viittaa siihen, että controller-nimikkeen käyttö ei ole vielä vakiintunut vastaamaan johdon laskentatoimen tehtäviä. Controllereiden haastatteluissa nousi esiin useita controller-toiminnon kehityskohteita. Tutkimuksen johtopäätöksenä todettiin, että controllerin työtehtävien ja ominaisuuksien kehittämiseen ovat vaikuttaneet johdon laskentatoimen tietojärjestelmien kehitys, uudet laskentainnovaatiot ja controllerin roolinmuutos kohti strategista liiketoiminnan tukijaa. Yritysten controller-toimintoa ei ole haastatteluiden perusteella kuitenkaan vielä organisoitu vastaamaan tätä roolinmuutosta, joten controllerit kokivat, että heillä ei ole riittävästi aikaa analysointityöhön. Lisäksi controllereiden yhteistyötä kollegojen ja sidosryhmien kanssa pitäisi lisätä ja controller-toiminto tulisi tuoda lähemmäs liiketoimintaa.

Diagnostiikkayksikön kehittäminen rautatiesovellukseen

Suomessa rautatiellä käytetään muutamia tuhansia sähköisesti ohjattavia vaihteita, joiden toiminta varmistetaan määräajoin tehtävillä huolloilla. Työssä on tutkittu, onko kehitteillä olevalla vaihteenohjaimella mahdollista mitata ja analysoida vaihteen kunnonvalvontaan liittyviä suureita. Tutkimuksessa on tutustuttu rautatietekniikkaan sekä vaihdetta ohjaavaan vaihteenkääntölaitteeseen. Tutkimuksen perusteella on kehitetty sulautettuun järjestelmään perustuva mittaus- ja analysointijärjestelmäsovellus, joka tekee mittauksia, havaintoja ja johtopäätöksiä vaihteen toiminnasta. Mittaukset on suoritettu moottoria ohjaavista johtimista ja mittaustulokset on tallennettu analysointia ja jatkokäsittelyä varten. Ohjelmiston toimintaa on varmistettu mittauksilla sekä laboratorio-olosuhteissa että oikealla vaihteella testausympäristössä. Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kehitetyllä laitteistolla on mahdollista toteuttaa vaihdetta diagnosoivia mittauksia riittävän laadukkaasti ja tarkasti. Työssä kehitetty järjestelmäalusta soveltuu käytettäväksi vaihteen diagnostiikan jatkokehittämiselle.

Multilevel converter modulation: implementation and analysis

Multilevel converters provide an attractive solution to bring the benefits of speed-controlled rotational movement to high-power applications. Therefore, multilevel inverters have attracted wide interest in both the academic community and in the industry for the past two decades. In this doctoral thesis, modulation methods suitable especially for series connected H-bridge multilevel inverters are discussed. A concept of duty cycle modulation is presented and its modification is proposed. These methods are compared with other well-known modulation schemes, such as space-vector pulse width modulation and carrier-based modulation schemes. The advantage of the modified duty-cycle modulation is its algorithmic simplicity. A similar mathematical formulation for the original duty cycle modulation is proposed. The modified duty cycle modulation is shown to produce well-formed phase-to-neutral voltages that have lower total harmonic distortion than the space-vector pulse width modulation and the duty cycle modulation. The space-vector-based solution and the duty cycle modulation, on the other hand, result in a better-quality line-to-line voltage and current waveform. The voltage of the DC links in the modules of the series-connected H-bridge inverter are shown to fluctuate while they are under load. The fluctuation causes inaccuracies in the voltage production, which may result in a failure of the flux estimator in the controller. An extension for upper-level modulation schemes, which changes the switching instants of the inverter so that the output voltage meets the reference voltage accurately regardless of the DC link voltages, is proposed. The method is shown to reduce the error to a very low level when a sufficient switching frequency is used. An appropriate way to organize the switching instants of the multilevel inverter is to make only one-level steps at a time. This causes restrictions on the dynamical features of the modulation schemes. The produced voltage vector cannot be rotated several tens of degrees in a single switching period without violating the above-mentioned one-level-step rule. The dynamical capabilities of multilevel inverters are analyzed in this doctoral thesis, and it is shown that the multilevel inverters are capable of operating even in dynamically demanding metal industry applications. In addition to the discussion on modulation schemes, an overvoltage in multilevel converter drives caused by cable reflection is addressed. The voltage reflection phenomenon in drives with long feeder cables causes premature insulation deterioration and also affects the commonmode voltage, which is one of the main reasons for bearing currents. Bearing currents, on the other hand, cause fluting in the bearings, which results in premature bearing failure. The reflection phenomenon is traditionally prevented by filtering, but in this thesis, a modulationbased filterless method to mitigate the overvoltage in multilevel drives is proposed. Moreover, the mitigation method can be implemented as an extension for upper-level modulation schemes. The method exploits the oscillations caused by two consecutive voltage edges so that the sum of the oscillations results in a mitigated peak of the overvoltage. The applicability of the method is verified by simulations together with experiments with a full-scale prototype.

Lappeenranta-malli alueellisen julkisen verkon toteutustapana

Työssä perehdytään tapoihin, joilla alueellinen julkinen verkko voidaan toteuttaa. Työn lähtökohtana on näkemys, että tietoyhteiskunnassa pääsy verkkoon on perusedellytys. Tällöin lähes kaikissa kodeissa tulisi olla mahdollisuus kytkeytyä ja olla jatkuvasti kytkeytyneenä tietoverkkoon. Lappeenranta-malli määrittelee tavan toteuttaa alueellisen julkisen verkon peruspalvelut. Mallin erityispiirteenä on mahdollisuus ilmoitusten esittämiseen verkon käyttäjille. Työssä arvioidaan Lappeenranta-mallin sopivuutta alueellisen julkisen verkon toteutustavaksi ja mitataan mallin suorituskykyä. Työn osana toteutetaan Lappeenranta-malliin kuuluva yhdysliikennepiste Lappeenrannan teknillisen yliopiston käyttöön.

Kestomagneettitahtikoneen emulointi digitaalisella signaaliprosessorilla

Sähkökäytön suunnittelussa säätöä voidaan testata useassa tapauksessa reaaliaikasimulaattorilla todellisen laitteiston sijaan. Monet reaaliaikasimulaatioiden perustana käytetyt algoritmit soveltuvat täysinohjatulle invertterisillalle. Eräissä sovelluksissa halutaan kuitenkin käyttää puoliksiohjattua siltaa. Puoliksiohjattulla sillalla mallin kausaalisuus voi kääntyä, mitä perinteiset reaaliaikasimulaattorit eivät pysty simuloimaan Tässä työssä oli tavoitteena kehittää reaaliaikasimulaattori puoliksiohjatulle kestomagneettitahtikonekäytölle. Emulaattoriin mallinnettiin todellisen käytön kestomagneettitahtikone ja invertterisilta. Simulaattori toteutettiin digitaaliselle signaaliprosessorille (DSP) ja mittauksiin liittyvät oheislaitteet mallinnettiin FPGA-piirille. Emulaattoriin liitettiin erillinen säätäjä, jota käytettiin myös todellisen sähkökäytön säätämiseen. Emulaattorilla ja todellisella käytöllä tehtyjä mittauksia verrattiin ja emuloimalla saadut tulokset vastasivat melko hyvin todellisesta käytöstä mitattuja.

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.

Centralized Motion Control of a Linear Tooth Belt Drive: Analysis of the Performance and Limitations

A centralized robust position control for an electrical driven tooth belt drive is designed in this doctoral thesis. Both a cascaded control structure and a PID based position controller are discussed. The performance and the limitations of the system are analyzed and design principles for the mechanical structure and the control design are given. These design principles are also suitable for most of the motion control applications, where mechanical resonance frequencies and control loop delays are present. One of the major challenges in the design of a controller for machinery applications is that the values of the parameters in the system model (parameter uncertainty) or the system model it self (non-parametric uncertainty) are seldom known accurately in advance. In this thesis a systematic analysis of the parameter uncertainty of the linear tooth beltdrive model is presented and the effect of the variation of a single parameter on the performance of the total system is shown. The total variation of the model parameters is taken into account in the control design phase using a Quantitative Feedback Theory (QFT). The thesis also introduces a new method to analyze reference feedforward controllers applying the QFT. The performance of the designed controllers is verified by experimentalmeasurements. The measurements confirm the control design principles that are given in this thesis.

Diskreettiaikainen liukuvan moodin säätö kiinteäoksidipolttokennon DC-tasonnostossa

Huoli ympäristön tilasta ja fossiilisten polttoaineiden hinnan nousu ovat vauhdittaneet tutkimusta uusien energialähteiden löytämiseksi. Polttokennot ovat yksi lupaavimmista tekniikoista etenkin hajautetun energiantuotannon, varavoimalaitosten sekä liikennevälineiden alueella. Polttokenno on tehonlähteenä kuitenkin hyvin epäideaalinen, ja se asettaa tehoelektroniikalle lukuisia erityisvaatimuksia. Polttokennon kytkeminen sähköverkkoon on tavallisesti toteutettu käyttämällä galvaanisesti erottavaa DC/DC hakkuria sekä vaihtosuuntaajaa sarjassa. Polttokennon kulumisen estämiseksi tehoelektroniikalta vaaditaan tarkkaa polttokennon lähtövirran hallintaa. Perinteisesti virran hallinta on toteutettu säätämällä hakkurin tulovirtaa PI (Proportional and Integral) tai PID (Proportional, Integral and Derivative) -säätimellä. Hakkurin epälineaarisuudesta johtuen tällainen ratkaisu ei välttämättä toimi kaukana linearisointipisteestä. Lisäksi perinteiset säätimet ovat herkkiä mallinnusvirheille. Tässä diplomityössä on esitetty polttokennon jännitettä nostavan hakkurin tilayhtälökeskiarvoistusmenetelmään perustuva malli, sekä malliin perustuva diskreettiaikainen integroiva liukuvan moodin säätö. Esitetty säätö on luonteeltaan epälineaarinen ja se soveltuu epälineaaristen ja heikosti tunnettujen järjestelmien säätämiseen.

Kartonkipakkauskoneen dynaaminen kireydenhallinta

Työssä tutkitaan PI-säätimen käyttöä dynaamisessa kireydensäädössä ilman varsinaista kireyden takaisinkytkentää. Kireyttä säädetään epäsuorasti käyttämällä takaisinkytkentätietona kahden telan välistä paikkaeroa. Kireyssäädin toteutetaan nopeussäätimen rinnalle. Rinnakkaisrakenteella pyritään kireyden muutoksiin nopeasti reagoivaan säätöratkaisuun. Rakenne toteutetaan osaksi taajuusmuuttajan säätöketjua. Työssä esitetään telasysteemin simulointimalli, jonka toimivuus varmistetaan käytännön mittauksin. Lisäksi työssä arvioidaan kireyssäädön toimintaa dynaamisessa kireydensäädössä simulointien ja testilaitteistolla suoritettavien mittausten perusteella.