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.

Design and analysis of a transversal-flux switched-reluctance-linear-machine pole-pair

The Switched Reluctance technology is probably best suited for industrial low-speed or zerospeed applications where the power can be small but the torque or the force in linear movement cases might be relatively high. Because of its simple structure the SR-motor is an interesting alternative for low power applications where pneumatic or hydraulic linear drives are to be avoided. This study analyses the basic parts of an LSR-motor which are the two mover poles and one stator pole and which form the “basic pole pair” in linear-movement transversal-flux switchedreluctance motors. The static properties of the basic pole pair are modelled and the basic design rules are derived. The models developed are validated with experiments. A one-sided one-polepair transversal-flux switched-reluctance-linear-motor prototype is demonstrated and its static properties are measured. The modelling of the static properties is performed with FEM-calculations. Two-dimensional models are accurate enough to model the static key features for the basic dimensioning of LSRmotors. Three-dimensional models must be used in order to get the most accurate calculation results of the static traction force production. The developed dimensioning and modelling methods, which could be systematically validated by laboratory measurements, are the most significant contributions of this thesis.

Towards input/output-free modelling of linear infinite-dimensional systems in continuous time

This dissertation describes a networking approach to infinite-dimensional systems theory, where there is a minimal distinction between inputs and outputs. We introduce and study two closely related classes of systems, namely the state/signal systems and the port-Hamiltonian systems, and describe how they relate to each other. Some basic theory for these two classes of systems and the interconnections of such systems is provided. The main emphasis lies on passive and conservative systems, and the theoretical concepts are illustrated using the example of a lossless transfer line. Much remains to be done in this field and we point to some directions for future studies as well.

Understanding change processes in business networks : a study of convergence in Finnish telecommunications 1985-2005

Aktörer inom telekommunikationsbranschen i Finland har genomgått en intensiv förändring under de senaste 25 åren, från 1980-talets självständiga företag till företag beroende av varandra, och även av aktörer inom närliggande branscher. I dag skapas telekommunikationsmarknaden inte endast av operatörerna, utan också av mediebolag (t.ex. MTV Media) och IT-företag (t.ex. TietoEnator). Gränserna mellan olika industrier håller därmed på att suddas ut - ett fenomen som allmänt benämns som teknologisk konvergens. Konvergens innebär att någonting integreras; det kan handla om t.ex. teknologier (telefoni och Internet), företag (AOL och Time Warner), industrier (telekom, media och IT-branscherna), tjänster (mobilt TV), produkter (PDA) osv. Detta innebär att ytterst få telekomaktörer ensamma kan vidareutveckla marknaden och tekniska lösningar. Samarbete mellan aktörer krävs; mobiltelefontillverkare, innehållsproducenter, operatörer osv. bör intesifiera sitt samarbete för att kunna erbjuda attraktiva tjänster och produkter till kunder och slutanvändare. Avhandlingen fokuserar speciellt på affärsnätverk och samarbetsmönster mellan nätverksaktörer som medel för att få tillgång till resurser som krävs i en konvergenskarakteriserad affärsomgivning. Avhandlingen lyfter fram vad den teknologiska konvergensen har inneburit för telekomaktörer, dvs. att företag tvingats förändra sina strategier och verksamhetsmodeller. För många företag i branschen har anpassningen till konvergenstänkande varit utmanande, och i vissa fall kan man till och med tala om att företagen upplevt en identitetskris. Den utförda forskningen visar att konvergens uppfattas på marknaden som en pågående förändringsprocess, där varje telekomaktör är tvungen att utvärdera sin roll och position i relation till andra aktörer inom branschen. Konvergensprocesser forsätter i framtiden med ökad intensitet. Aktörerna skapar medvetet sin omgivning genom att agera i olika roller, som kan sträcka sig över industrigränser. Avhandlingen påvisar även att externa händelser och industrikontexten påverkar dynamiken i ett affärsnätverk.

Convergence and divergence in global economy and social development : global perspectives on the contents of economic and soical development policy and its effects on rich and poor countries

The study of convergence and divergence in global economy and social development utilises comparative indicators to investigate the contents of economic and social development policy and their effects on the global samples that represent the rich industrial, semi-industrial and the poor developing nations. The study searchesfor answers to questions such as "what are the objectives of economic growth policies in globalisation under the imperatives of convergence and divergence, and how do these affect human well-being in consideration to the objectives of social policy in various nations?" The empirical verification of data utilises the concepts of the `logic of industrialism´ for comparative analysis that focuses mainly on identifying the levels of well-being in world nations after the Second World War. The perspectives of convergence and divergence in global economy and social development critically examine the stages of early development processes in global economy, distinguish the differences between economy and social development, illustrate the contents of economic and social development policies, their effects on rich and poor countries, and the nature of convergence and divergence in propelling economic growth and unequal social development in world nations. The measurement of convergence and divergence in global economy and social development utilised both economic and social data that were combined into an index that measures the precise levels of the effects of economic and social development policies on human well-being in the rich and poor nations. The task of finding policy solutions to resolve the controversies are reviewed through empirical investigations and the analyses of trends indicated within economic and social indicators and data. These revealed how the adoption of social policy measures in translating the gains from economic growth, towards promoting education, public health, and equity, generate social progress and longer life expectancy, higher economic growth, and sustain more stable macro economy for the nations. Social policy is concerned with the translation of benefits from objectives of global economic growth policies, to objectives of social development policy in nation states. Social policy, therefore, represents an open door whereby benefits of economic growth policies are linked with the broader objectives of social development policy, thereby enhancing the possibility of extending benefits from economic growth to all human being in every nation.

Problemas com o uso de programação linear com posterior arredondamento da solução ótima, em regulação florestal

O principal objetivo deste trabalho foi avaliar, com a ajuda da Programação Inteira, as conseqüências do uso da Programação Linear com posterior arredondamento das respostas, com ênfase na regulação de florestas eqüiâneas. Para isto, um problema de regulação florestal simplificado foi idealizado e resolvido pelo modelo I, por meio de Programação Linear, Programação Linear com posterior arredondamento e Programação Inteira. Ao final, concluiu-se que o arredondamento das respostas obtidas pelo modelo resolvido por Programação Linear levou a uma solução inviável para o problema de regulação proposto. O mesmo não ocorreu com o modelo de Programação Inteira, que apresentou um plano de regulação factível e otimizado, mostrando que, do ponto de vista matemático, respostas com arredondamento da solução de modelos de Programação Linear não devem ser adotadas.

Combinação linear ponderada na definição de áreas prioritárias à conectividade entre fragmentos florestais em ambiente SIG

A fragmentação florestal de origem antrópica é um dos resultados do processo desordenado de uso e ocupação do solo, especialmente em paisagens intensamente cultivadas. Neste contexto, o presente trabalho objetivou definir áreas prioritárias, para favorecer a conectividade entre os fragmentos florestais, visando ações de recuperação florestal na Bacia do Rio Pardo, SP, utilizando a abordagem multicriterial denominada Combinação Linear Ponderada.Na definição dos critérios e, posteriormente, dos pesos de fatores, empregou-se a Técnica Participatória. Os fatores considerados importantes ao objetivo do trabalho foram: proximidade entre fragmentos de maior área nuclear, proximidade da cobertura florestal, proximidade da rede hidrográfica, distância aos centros urbanos, declividade, erodibilidade do solo. Considerando que as variáveis que interferem na escolha de áreas prioritárias à restauração florestal na Bacia do Rio Pardo-SP contribuem com pesos diferenciados no processo final de decisão, estabeleceu-se uma hierarquia, de acordo com a importância de cada fator para a aptidão da área. O fator de maior peso foi proximidade entre fragmentos de maior área nuclear (0,3713), seguido de proximidade da cobertura florestal (0,1911), proximidade da rede hidrográfica (0,1516), distância aos centros urbanos (0,1168), declividade (0,0840) e erodibilidade (0,0854).O resultado obtido foi um mapa de áreas prioritárias, com cinco graus de prioridade. A priorização de áreas ocorreu de maneira a promover, primeiro a união dos fragmentos de floresta com maior área nuclear e, a partir dessa união, a sucessiva expansão dessas regiões de prioridade muito alta tendendo a muito baixa. A metodologia mostrou-se adequada ao mapeamento de áreas prioritárias à restauração florestal, em bacias hidrográficas. Uma vez que fragmentos com maiores áreas nucleares sejam conectados com fragmentos pequenos, onde estes são predominantes na paisagem, estes promoverão a formação de fragmentos maiores a partir da formação de corredores florestais e da recomposição da vegetação.

Convergence in Industry Evolution

The objective of the thesis is to enhance understanding of the evolution of convergence. Previous research has shown that the technological interfaces between distinct industries are one of the major sources of new radical cross-industry innovations. Despite the fact that convergence in industry evolution has attracted a substantial managerial interest, the conceptual confusion within the field of convergence exists. Firstly, this study clarifies the convergence phenomenon and its impact to industry evolution. Secondly, the study creates novel patent analysis methods to analyze technological convergence and provide tools for anticipating the early stages of convergence. Overall the study combines the industry evolution perspective and the convergence view of industrial evolution. The theoretical background for the study consists of the industry life cycle theories, technology evolution, and technological trajectories. The study links several important concepts in analyzing industry evolution, technological discontinuities, path-dependency, technological interfaces as a source of industry transformation, and the evolutionary stagesof convergence. Based on reviewing the literature a generic understanding of industry transformation and industrial dynamics was generated. In the convergence studies, the theoretical basis is in the discussion of different convergence types and their impacts on industry evolution, and in anticipating and monitoring the stages of convergence. The study is divided in two parts. The first part gives a general overview, and the second part comprises eight research publications. Our case study is based historically on two very distinct industries of the paper and electronics companies as a test environment to evaluate the importance of emerging business sectors and technological convergence as a source of industry transformation. Both qualitative and quantitative research methodology are utilized. The results of this study reveal that technological convergence and complementary innovations from different fields have significant effect to the emerging new business sector formation. The patent-based indicators in the analysis of technological convergence can be utilized on analyzing technology competition, capability and competence development, knowledge accumulation, knowledge spill-overs, and technology-based industry transformation. The patent-based indicators can provide insights to the future competitive environment. Results and conclusions from empirical part seem not be in conflict with real observations in the industry.

Modelo de programação linear para seleção de pulverizadores agrícolas de barras

A seleção de pulverizadores agrícolas que se adaptem às necessidades da propriedade, é um processo trabalhoso, sendo uma das etapas mais importantes dentro do processo produtivo. O objetivo do presente trabalho foi o de desenvolver e utilizar um modelo de programação linear para auxiliar na seleção de pulverizadores agrícolas de barras, baseado no menor custo horário do equipamento. Foram utilizadas as informações técnicas referentes a 20 modelos de pulverizadores disponíveis no mercado, sendo quatro autopropelidos, oito de arrasto e oito do tipo montado. A análise de sensibilidade dos componentes dos custos operacionais mostrou que as taxas de reparo e depreciação foram os fatores que mais interferiram na variação do custo horário do conjunto trator-pulverizador. O modelo matemático desenvolvido facilitou a realização da análise de sensibilidade que foi processada em um tempo muito pequeno.

Relação entre índice de área foliar e frações de componentes puros do modelo linear de mistura espectral, usando imagens ETM+/Landsat

O índice de área foliar (IAF) é uma das mais importantes variáveis biofísicas da vegetação, estando relacionado diretamente com a evapotranspiração, com a produtividade da vegetação e com a interceptação da chuva pelo dossel. O objetivo deste trabalho foi analisar a relação do IAF de diversos tipos de cobertura do solo com Frações de Componentes Puros (FCPs) do Modelo Linear de Mistura Espectral (MLME). A área de estudo foi a microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, localizada no município de Piracicaba - SP. O IAF foi medido, no campo, com o equipamento LAI-2000, em 32 áreas com diferentes coberturas vegetais. A imagem utilizada foi do sensor ETM+ a bordo do satélite Landsat-7. No MLME, foram considerados três componentes puros (vegetação, solo e sombra), selecionados com o auxílio dos componentes principais. Como resultado, tem-se que o IAF variou de 0,47 a 4,48, quando consideradas todas as áreas. As relações do IAF com a fração do componente puro vegetação F VEG e com a fração do componente puro solo (F SOL) foram significativas, embora fracas. Ao considerar apenas dados de IAF de cana-de-açúcar, houve aumento da variação explicada tanto para F VEG como para F SOL, sugerindo que a estratificação da vegetação pelo tipo pode melhorar a estimativa do IAF.

Distribuição da carga hidráulica em linhas de derivação otimizadas por programação linear

A existência de diferentes combinações de uniformidade de emissão na unidade operacional com a declividade do terreno favorece a ocorrência de várias possibilidades de configurações no sistema de irrigação, por conseguinte de diferentes custos de implantação e de posterior manejo do sistema. Desde que bem dimensionado, consegue-se verificar, no sistema de irrigação localizada, que a otimização do sistema por meio da programação linear é a melhor metodologia frente aos outros métodos propostos na pesquisa operacional, visto que se encontra a solução ótima global para as variáveis preestabelecidas no dimensionamento. Este trabalho teve por objetivo, analisar a distribuição da carga hidráulica na linha de derivação, sob diferentes uniformidades de emissão e declividades do terreno, calculada por programação linear. Os resultados obtidos permitem análise consistente dos parâmetros hidráulicos da uniformidade de emissão preestabelecida para a linha de derivação. Observa-se, em todos os casos, comportamento decrescente de variação da carga hidráulica, ocorrendo em maior intensidade na seguinte ordem de uniformidade de emissão: 80% > 83% > 86% > 89% > 92%. Já os pontos de menor carga hidráulica, a 3% de declividade, encontram-se na décima primeira saída em todas as uniformidades de emissão testadas.

Computational modeling for irrigated agriculture planning. Part I: general description and linear programming

Linear programming models are effective tools to support initial or periodic planning of agricultural enterprises, requiring, however, technical coefficients that can be determined using computer simulation models. This paper, presented in two parts, deals with the development, application and tests of a methodology and of a computational modeling tool to support planning of irrigated agriculture activities. Part I aimed at the development and application, including sensitivity analysis, of a multiyear linear programming model to optimize the financial return and water use, at farm level for Jaíba irrigation scheme, Minas Gerais State, Brazil, using data on crop irrigation requirement and yield, obtained from previous simulation with MCID model. The linear programming model outputted a crop pattern to which a maximum total net present value of R$ 372,723.00 for the four years period, was obtained. Constraints on monthly water availability, labor, land and production were critical in the optimal solution. In relation to the water use optimization, it was verified that an expressive reductions on the irrigation requirements may be achieved by small reductions on the maximum total net present value.

Comparison of maps of spatial variability of soil resistance to penetration constructed with and without covariables using a spatial linear model

A study about the spatial variability of data of soil resistance to penetration (RSP) was conducted at layers 0.0-0.1 m, 0.1-0.2 m and 0.2-0.3 m depth, using the statistical methods in univariate forms, i.e., using traditional geostatistics, forming thematic maps by ordinary kriging for each layer of the study. It was analyzed the RSP in layer 0.2-0.3 m depth through a spatial linear model (SLM), which considered the layers 0.0-0.1 m and 0.1-0.2 m in depth as covariable, obtaining an estimation model and a thematic map by universal kriging. The thematic maps of the RSP at layer 0.2-0.3 m depth, constructed by both methods, were compared using measures of accuracy obtained from the construction of the matrix of errors and confusion matrix. There are similarities between the thematic maps. All maps showed that the RSP is higher in the north region.

Correlação linear e espacial entre produtividade de Brachiaria brizantha, densidade do solo e porosidade total em função do sistema de manejo do solo

A densidade e a porosidade são propriedades físicas do solo que são alteradas em função do sistema de manejo utilizado, com consequente influência sobre a produtividade das culturas. A produtividade da planta forrageira, Brachiaria brizantha, em função da densidade do solo e da porosidade total foi analisada em dois sistemas de manejo de solo, em experimento conduzido no segundo semestre de 2009, no município de Santa Teresa, no Estado do Espírito Santo. O objetivo foi estudar a variabilidade e as correlações lineares e espaciais entre os atributos da planta e do solo, visando a selecionar um indicador da qualidade física do solo de boa representatividade para produtividade de forragem. Marcaram-se duas parcelas de 40 m por 50 m a cada 5 m, em duas direções, resultando em um reticulado retangular de 99 pontos, em cada um dos sistemas utilizados: preparo convencional e plantio direto. Os atributos estudados, além de não terem variado aleatoriamente, apresentaram variabilidade dos dados entre média e alta, e seguiram padrões espaciais bem definidos, com alcance entre 20,3 e 24,2 m. Por sua vez, a correlação linear entre o atributo da planta e os do solo, em função do elevado número de observações, foi baixa. A melhor correlação para produtividade de matéria seca foi com a densidade do solo na profundidade de 0,0 - 0,15 m, independentemente do sistema de manejo do solo, indicando que a produtividade e a densidade do solo são inversamente proporcionais. Portanto, a densidade do solo avaliada na camada de 0,0 - 0,15 m apresentou-se como satisfatório indicador da qualidade física do solo, quando se considerou a produtividade da forrageira.

Influência local em um modelo espacial linear da produtividade da soja utilizando distribuição t-Student

O uso das ferramentas da geoestatística, aliadas à agricultura de precisão permitem o acompanhamento das áreas agrícolas produtoras de soja, estabelecendo as relações de dependência espacial entre os pontos amostrados. A modelagem da estrutura de variabilidade espacial possibilita a construção de mapas temáticos dos atributos estudados, utilizando como método de interpolação a krigagem. Porém, a presença de valores atípicos entre os elementos amostrais pode influenciar na construção e interpretação desses mapas. A distribuição de probabilidades t-Student tem sido utilizada na tentativa de diminuir a influência dos valores atípicos durante a estimativa dos parâmetros de dependência espacial, por ter caudas mais pesadas que a distribuição normal. A detecção dos valores influentes na área em estudo, por meio da análise de diagnósticos de influência local, confere maior confiabilidade na utilização dos mapas gerados, corroborando a aplicação de insumos. Deste modo, o objetivo deste trabalho foi aplicar as técnicas de influência local em dados espacialmente referenciados, com os modelos de perturbação aditiva e utilizando a matriz escala, considerando a distribuição t-Student n-variada. Foi utilizado um modelo espacial linear para o estudo de dados da produtividade da soja em função da altura média de plantas e do número médio de vagens por planta. As técnicas de influência local foram eficientes para detectar pontos que influenciam na escolha do modelo geoestatístico, nas estimativas dos parâmetros e na construção do mapa temático.