Transcriptional Profiling of Organ‐Specific Autoimmunity in Human

Our understanding of the pathogenesis of organ‐specific autoinflammation has been restricted by limited access to the target organs. Peripheral blood, however, as a preferred transportation route for immune cells, provides a window to assess the entire immune system throughout the body. Transcriptional profiling with RNA stabilizing blood collection tubes reflects in vivo expression profiles at the time the blood is drawn, allowing detection of the disease activity in different samples or within the same sample over time. The main objective of this Ph.D. study was to apply gene‐expression microarrays in the characterization of peripheral blood transcriptional profiles in patients with autoimmune diseases. To achieve this goal a custom cDNA microarray targeted for gene‐expression profiling of human immune system was designed and produced. Sample collection and preparation was then optimized to allow gene‐expression profiling from whole‐blood samples. To overcome challenges resulting from minute amounts of sample material, RNA amplification was successfully applied to study pregnancy related immunosuppression in patients with multiple sclerosis (MS). Furthermore, similar sample preparation was applied to characterize longitudinal genome‐wide expression profiles in children with type 1 diabetes (T1D) associated autoantibodies and eventually clinical T1D. Blood transcriptome analyses, using both the ImmunoChip cDNA microarray with targeted probe selection and genome‐wide Affymetrix U133 Plus 2.0 oligonucleotide array, enabled monitoring of autoimmune activity. Novel disease related genes and general autoimmune signatures were identified. Notably, down‐regulation of the HLA class Ib molecules in peripheral blood was associated with disease activity in both MS and T1D. Taken together, these studies demonstrate the potential of peripheral blood transcriptional profiling in biomedical research and diagnostics. Imbalances in peripheral blood transcriptional activity may reveal dynamic changes that are relevant for the disease but might be completely missed in conventional cross‐sectional studies.

Hammashihnajohdeakseleiden liikkeiden synkronointi

Nykyisessä valmistusteollisuudessa erilaisten robottien ja automatisoitujen tuotantovaiheiden rooli on erittäin merkittävä. Tarkasti suunnitellut liikkeet ja toimintavaiheet voidaan nykyisillä järjestelmillä ajoittaa tarkasti toisiinsa nähden, jolloin erilaisten virhetilanteidenkin sattuessa järjestelmä pystyy toimimaan tilanteen edellyttämällä tavalla. Automatisoinnin etuna on myös tuotannon muokkaaminen erilaisten tuotteiden valmistamiseen pienillä muutoksilla, jolloin tuotantokustannukset pysyvät matalina myös pienten valmistuserien tapauksissa. Usean akselin laitteissa eli niin sanotuissa moniakselikäytöissä laitteen toimintatarkkuus riippuu jokaisen liikeakselin tarkkuudesta. Liikkeenohjauksessa on perinteisesti ollut käytössä myötäkytketty paikkakaskadi, jonka virityksessä otetaan huomioon akselilla olevat erilaiset dynaamiset tilat ja käytettävät referenssit. Monissa nykyisissä hajautetuissa järjestelmissä eli moniakselikäytöissä, joissa jokaiselle akselille on oma ohjauslaite, ei yksittäisen akselin paikkavirhettä huomioida muiden akseleiden ohjauksessa. Työssä tutkitaan erilaisia moniakselijärjestelmien ohjausmenetelmiä ja myötäkytketyn paikkakaskadin toimintaa moniakselikäytössä pyritään parantamaan tuomalla paikkasäätimen rinnalle toinen säädin, jonka tulona on akseleiden välinen paikkaero.

Broadband excitation in the system identification of active magnetic bearing rotor systems

One of the targets of the climate and energy package of the European Union is to increase the energy efficiency in order to achieve a 20 percent reduction in primary energy use compared with the projected level by 2020. The energy efficiency can be improved for example by increasing the rotational speed of large electrical drives, because this enables the elimination of gearboxes leading to a compact design with lower losses. The rotational speeds of traditional bearings, such as roller bearings, are limited by mechanical friction. Active magnetic bearings (AMBs), on the other hand, allow very high rotational speeds. Consequently, their use in large medium- and high-speed machines has rapidly increased. An active magnetic bearing rotor system is an inherently unstable, nonlinear multiple-input, multiple-output system. Model-based controller design of AMBs requires an accurate system model. Finite element modeling (FEM) together with the experimental modal analysis provides a very accurate model for the rotor, and a linearized model of the magneticactuators has proven to work well in normal conditions. However, the overall system may suffer from unmodeled dynamics, such as dynamics of foundation or shrink fits. This dynamics can be modeled by system identification. System identification can also be used for on-line diagnostics. In this study, broadband excitation signals are adopted to the identification of an active magnetic bearing rotor system. The broadband excitation enables faster frequency response function measurements when compared with the widely used stepped sine and swept sine excitations. Different broadband excitations are reviewed, and the random phase multisine excitation is chosen for further study. The measurement times using the multisine excitation and the stepped sine excitation are compared. An excitation signal design with an analysis of the harmonics produced by the nonlinear system is presented. The suitability of different frequency response function estimators for an AMB rotor system are also compared. Additionally, analytical modeling of an AMB rotor system, obtaining a parametric model from the nonparametric frequency response functions, and model updating are discussed in brief, as they are key elements in the modeling for a control design. Theoretical methods are tested with a laboratory test rig. The results conclude that an appropriately designed random phase multisine excitation is suitable for the identification of AMB rotor systems.

Exploring Adaptive Implementation of On-Chip Networks

As technology geometries have shrunk to the deep submicron regime, the communication delay and power consumption of global interconnections in high performance Multi- Processor Systems-on-Chip (MPSoCs) are becoming a major bottleneck. The Network-on- Chip (NoC) architecture paradigm, based on a modular packet-switched mechanism, can address many of the on-chip communication issues such as performance limitations of long interconnects and integration of large number of Processing Elements (PEs) on a chip. The choice of routing protocol and NoC structure can have a significant impact on performance and power consumption in on-chip networks. In addition, building a high performance, area and energy efficient on-chip network for multicore architectures requires a novel on-chip router allowing a larger network to be integrated on a single die with reduced power consumption. On top of that, network interfaces are employed to decouple computation resources from communication resources, to provide the synchronization between them, and to achieve backward compatibility with existing IP cores. Three adaptive routing algorithms are presented as a part of this thesis. The first presented routing protocol is a congestion-aware adaptive routing algorithm for 2D mesh NoCs which does not support multicast (one-to-many) traffic while the other two protocols are adaptive routing models supporting both unicast (one-to-one) and multicast traffic. A streamlined on-chip router architecture is also presented for avoiding congested areas in 2D mesh NoCs via employing efficient input and output selection. The output selection utilizes an adaptive routing algorithm based on the congestion condition of neighboring routers while the input selection allows packets to be serviced from each input port according to its congestion level. Moreover, in order to increase memory parallelism and bring compatibility with existing IP cores in network-based multiprocessor architectures, adaptive network interface architectures are presented to use multiple SDRAMs which can be accessed simultaneously. In addition, a smart memory controller is integrated in the adaptive network interface to improve the memory utilization and reduce both memory and network latencies. Three Dimensional Integrated Circuits (3D ICs) have been emerging as a viable candidate to achieve better performance and package density as compared to traditional 2D ICs. In addition, combining the benefits of 3D IC and NoC schemes provides a significant performance gain for 3D architectures. In recent years, inter-layer communication across multiple stacked layers (vertical channel) has attracted a lot of interest. In this thesis, a novel adaptive pipeline bus structure is proposed for inter-layer communication to improve the performance by reducing the delay and complexity of traditional bus arbitration. In addition, two mesh-based topologies for 3D architectures are also introduced to mitigate the inter-layer footprint and power dissipation on each layer with a small performance penalty.

Koulutetut maahanmuuttajat työmarkkinoilla. Tutkimus korkeakoulututkinnon suorittaneiden maahanmuuttajien työllistymisestä ja työurien alusta Suomessa

Maahanmuuttajien määrä on Suomessa merkittävämmin lisääntynyt vasta 1990- ja 2000-luvuilla. Vuonna 2010 Suomessa asui lähes 170 000 ulkomaan kansalaista. Tavallisimmin Suomeen muutetaan avioliiton, paluumuuton tai pakolaisuuden vuoksi. Pieni, joskin kasvava joukko muuttaa työn tai opiskelun vuoksi. Myös kansalaisuuksien, koulutustaustojen, ammattien jne. kirjo muuttajien joukossa on suuri. Ulkomaan kansalaisten lisääntyessä Suomessa on jouduttu kohtaamaan monenlaisia maahanmuuttoon liittyviä haasteita, joista työllistymiseen liittyvät kysymykset eivät ole vähäisimpiä. Tutkimuksessa tarkastellaan lähtömaassaan korkeakoulututkinnon suorittaneiden maahanmuuttajien työllistymistä ja työuran alkua Suomessa. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, miten korkeakoulutetut maahanmuuttajat ovat Suomessa työllistyneet, minkälaisia heidän työuriensa alut ovat Suomessa olleet ja miten he ovat onnistuneet uudessa maassa hyödyntämään lähtömaassa hankkimaansa koulutusta. Lisäksi tutkimuksessa tarkastellaan, miten maahanmuuttajien lähtömaan erilaiset elämäntilanteet, olosuhteet ja valinnat ovat vaikuttaneet työuran muotoutumiseen Suomessa. Tutkimuksen aineisto muodostuu kysely- sekä haastatteluaineistosta. Kyselyaineiston (n=99) tarkoituksena on luoda määrällistä kuvaa korkeakoulutettujen maahanmuuttajien työllistymisestä Suomessa. Numerotietojen taakse jää kuitenkin näkymättömiin tieto maahanmuuttajien yksilöllisistä kokemuksista liittyen työllistymiseen ja työuran muotoutumiseen uudessa maassa. Toisena aineistona hyödynnettävän elämäkerrallisen haastatteluaineiston (n=20) kautta on mahdollista tehdä näkyväksi ne tutkittavien yksilölliset työ- ja koulutusuraan liittyvät valinnat, joita maahanmuuttajat ovat tehneet niin lähtömaassa kuin Suomessa sekä ne tilanteet ja olosuhteet, joissa tutkittavat ovat lähtömaassa eläneet ja joiden pohjalta he ovat tulleet Suomeen ja Suomen työmarkkinoille. Aineistoissa mukana olevat maahanmuuttajat olivat pääosin avioliiton, paluumuuton sekä pakolaisuuden vuoksi Suomeen tulleita. Vain muutama oli tullut työn vuoksi. Maahanmuuttajien työmarkkina-asemaa selitetään usein maahanmuuttajien resursseilla, kuten kielitaidolla, koulutuksella, työkokemuksella, sosiaalisten suhteiden ja verkostojen laadulla ja määrällä jne. Myös maahanmuuttajiin kohdistuvilla syrjivillä ja ennakkoluuloisilla asenteilla on keskeinen merkitys työllistymisessä. Koulutuksen ollessa yksi keskeisimmistä työmarkkina-asemaa määräävistä tekijöistä, tulisi koulutettujen maahanmuuttajien sijoittua hankitun tutkinnon oikeuttamiin tehtäviin. Tutkimuksessa kuitenkin havaittiin, että työllistyminen oli maahanmuuttajilla vaikeaa hyvästä koulutuksesta huolimatta. Kyselyaineistoon vastanneista vain muutama (6 %) oli työssä heti Suomeen muuttovuoden lopussa, kolme vuotta Suomessa asuttuaan työssä oli runsas kolmannes (35 %) ja aineistonkeruuhetkellä eli vuonna 2004 työssä oli 38 % vastaajista. Työsuhteet olivat tutkittavilla useimmiten määräaikaisia ja kestoltaan lyhyitä. Lisäksi työurat koostuivat runsaasta työttömyydestä sekä koulutukseen osallistumisesta. Myönteistä kuitenkin oli, että mikäli korkeakoulutetut maahanmuuttajat onnistuivat Suomessa työllistymään, vastasi työ usein joko kokonaan tai ainakin osittain hankittua korkeakoulututkintoa. Korkeakoulutettujen maahanmuuttajien työuran alut Suomessa voidaan tyypitellä kolmeen ryhmään, joista kukin jakaantui vielä kahteen alaryhmään siten, että kaiken kaikkiaan saatiin kuusi erilaista työuran alun tyyppiä: koulutusta vastaava vakaa ja vakiintuva ura, koulutusta osittain vastaava sekaura ja laskeva ura sekä koulutusta vastaamaton sisääntuloura ja työttömän ura . Haastatteluaineiston kautta tarkastellaan korkeakoulutettujen maahanmuuttajien yksilöllisiä elämänuria lähtien liikkeelle korkeakoulutettujen maahanmuuttajien lähtömaassa tekemistä ura- ja ammatinvalinnoista jatkuen Suomeen muuton kautta aina työuran muotoutumiseen Suomessa. Haastatteluja toisistaan erottelevina keskeisinä teemoina olivat toisaalta pärjääminen Suomessa ja suomalaisilla työmarkkinoilla toisaalta elämän muotoutuminen lähtömaassa ja nimenomaan siellä tehdyt ura- ja ammatinvalinnat ja niihin liittyvät kokemukset ja elämäntilanteet. Näiden kriteerien pohjalta aineisto jakaantui kolmeen ryhmään, jotka nimettiin pärjääjiksi, harhailijoiksi ja sinnittelijöiksi. Pärjääjien kertomukset muotoutuivat tietyllä tavalla myönteisen kehän kautta: niin lähtömaassa tehdyt ammatinvalinnat kuin työuran muotoutuminen Suomessa tapahtuivat suhteellisen vaivattomasti. Useimmiten työt Suomessa vastasivat lähtömaassa hankittua koulutusta. Omiin uravalintoihin oltiin myöhemmin myös tyytyväisiä. Harhailijoille oman paikan löytyminen oli puolestaan hankalampaa. Leimallista tälle ryhmälle oli tietynlainen valintojen vaikeus sekä tyytymättömyys omiin aikaisemmin tehtyihin ratkaisuihin. Jotkut harmittelivat nuorena tekemiään uravalintoja niin, että päättivät Suomessa hankkia kokonaan uuden ammatin. Muutto Suomeen merkitsi useimmille ammatillisen aseman laskua. Sinnittelijät kertoivat jo lähtökohdiltaan kahteen muuhun ryhmään nähden hyvin erilaista tarinaa. Tämän ryhmän lähes koko elämä lähtömaassa oli sodan ja levottomuuksien sävyttämää. Tämä näkyi myös ammatinvalinnassa: opiskelupaikka oli saatettu valita esimerkiksi sen perusteella, missä oli milloinkin turvallista opiskella. Myös Suomeen muutto erosi kahdesta aikaisemmasta ryhmästä, sillä lähtö entisestä kotimaasta oli tapahtunut usein hyvinkin yllättäen vailla etukäteissuunnittelua tilanteiden kärjistyttyä nopeasti. Suomessa työelämään pääseminen oli kaikille sinnittelijöille vaikeaa ja haastatteluhetkellä useilla vielä hyvin alkutekijöissä. Hyväkään koulutus ei aina takaa maahanmuuttajille työtä uudessa maassa, sillä hankittua tutkintoa ja osaamista ei ole helppo siirtää maasta toiseen. Pahimmassa tapauksessa vieraassa maassa suoritettu korkeakoulututkinto voi kokonaan mitätöityä uudessa maassa ja korkeakoulututkinnon myötä hankittu osaaminen menettää täysin arvonsa. Kyse on niin yksilön kuin yhteiskunnankin resurssien tuhlaamisesta tilanteessa, jossa maassa pysyvästi asuvat koulutetut maahanmuuttajat työskentelevät tavalla tai toisella koulutustaan vastaamattomissa epävakaissa töissä, työmarkkinoiden laitamilla tai ovat kokonaan työmarkkinoiden ulkopuolella.

Control system for forced-air cooling of horticultural products

This work is a study of the implementation of a classical controller using a tuning method referred to as IMC (Internal Model Control) and aimed at the reduction of electrical energy consumption by the appropriate relation between energy consumption and the cooling time with forced air. The supervisory system installed was able to manipulate the variable of frequency of the signal power of the exhaust fan engine (forced air module), to accelerate or decelerate the loss of heat from the product to be cooled by airflow variation that passes through the mass of the produce. The results demonstrated a reduction in energy consumption from 64% and an increase of only 8% in the cooling time to the system using PI/IMC (Proportional - Integral with IMC) tuning method compared with the system in its operating nominal condition. This PI/IMC control may be implemented directly in a frequency converter, without the need to purchase a computer or PLC (programmable logic controller) to run the dedicated application, increasing its economical viability.

Application of fuzzy logic for the evaluation of livestock slaughtering

The fuzzy logic admits infinite intermediate logical values between false and true. With this principle, it developed in this study a system based on fuzzy rules, which indicates the body mass index of ruminant animals in order to obtain the best time to slaughter. The controller developed has as input the variables weight and height, and as output a new body mass index, called Fuzzy Body Mass Index (Fuzzy BMI), which may serve as a detection system at the time of livestock slaughtering, comparing one another by the linguistic variables "Very Low", "Low", "Average ", "High" and "Very High". For demonstrating the use application of this fuzzy system, an analysis was made with 147 Nellore beeves to determine Fuzzy BMI values for each animal and indicate the location of body mass of any herd. The performance validation of the system was based on a statistical analysis using the Pearson correlation coefficient of 0.923, representing a high positive correlation, indicating that the proposed method is appropriate. Thus, this method allows the evaluation of the herd comparing each animal within the group, thus providing a quantitative method of farmer decision. It was concluded that this study established a computational method based on fuzzy logic that mimics part of human reasoning and interprets the body mass index of any bovine species and in any region of the country.

System for studies of control strategies applied in the refrigerated chambers

The process of cold storage chambers contributes largely to the quality and longevity of stored products. In recent years, it has been intensified the study of control strategies in order to decrease the temperature change inside the storage chamber and to reduce the electric power consumption. This study has developed a system for data acquisition and process control, in LabVIEW language, to be applied in the cooling system of a refrigerating chamber of 30m³. The use of instrumentation and the application developed fostered the development of scientific experiments, which aimed to study the dynamic behavior of the refrigeration system, compare the performance of control strategies and the heat engine, even due to the controlled temperature, or to the electricity consumption. This system tested the strategies for on-off control, PID and fuzzy. Regarding power consumption, the fuzzy controller showed the best result, saving 10% when compared with other tested strategies.

Auger-type granular fertylizer distributor: matemathical model and dynamic simulation

The objective of this study was to model mathematically and to simulate the dynamic behavior of an auger-type fertilizer applicator (AFA) in order to use the variable-rate application (VRA) and reduce the coefficient of variation (CV) of the application, proposing an angular speed controller θ' for the motor drive shaft. The input model was θ' and the response was the fertilizer mass flow, due to the construction, density of fertilizer, fill factor and the end position of the auger. The model was used to simulate a control system in open loop, with an electric drive for AFA using an armature voltage (V A) controller. By introducing a sinusoidal excitation signal in V A with amplitude and delay phase optimized and varying θ' during an operation cycle, it is obtained a reduction of 29.8% in the CV (constant V A) to 11.4%. The development of the mathematical model was a first step towards the introduction of electric drive systems and closed loop control for the implementation of AFA with low CV in VRA.

Low cost driver device for microclimate maintenance in the pre-milking of dairy cattle

Due to the importance of the environment on animal production and thus environmental control, the study aims to build a system for monitoring and control the meteorological variables, temperature and relative humidity, low cost, which can be associated with an evaporative cooling system (ECS). The system development included all the stages of assembly, test and laboratory calibration, and later the validation of the equipment carried in the field. The validation step showed results which allowed concluding that the system can be safely used in the monitoring of these variables. The controller was efficient in management of the microclimate in the waiting corral and allowed the maintenance of the air temperature within the comfort range for dairy cattle in pre-milking with averaged 25.09 ºC during the afternoon. The equipment showed the lower cost (R$ 325.76) when compared to other middle market (R$ 450.00).

Start-up of horizontal anaerobic reactors with sludge blanket and fixed bed for wastewater treatment from coffee processing by wet method

In this study it was evaluated the start-up procedures of anaerobic treatment system with three horizontal anaerobic reactors (R1, R2 and R3), installed in series, with volume of 1.2 L each. R1 had sludge blanket, and R2 and R3 had half supporter of bamboo and coconut fiber, respectively. As an affluent, it was synthesized wastewater from mechanical pulping of the coffee fruit by wet method, with a mean value of total chemical oxygen demand (CODtotal) of 16,003 mg L-1. The hydraulic retention time (HRT) in each reactor was 30 h. The volumetric organic loading (VOL) applied in R1 varied from 8.9 to 25.0 g of CODtotal (L d)-1. The mean removal efficiencies of CODtotal varied from 43 to 97% in the treatment system (R1+R2+R3), stabilizing above 80% after 30 days of operation. The mean content of methane in the biogas were of 70 to 76%, the mean volumetric production was 1.7 L CH4 (L reactor d)-1 in the system, and the higher conversions were around at 0.20 L CH4 (g CODremoved)-1 in R1 and R2. The mean values of pH in the effluents ranged from 6.8 to 8.3 and the mean values of total volatile acids remained below 200 mg L-1 in the effluent of R3. The concentrations of total phenols of the affluent ranged from 45 to 278 mg L-1, and the mean removal efficiency was of 52%. The start-up of the anaerobic treatment system occurred after 30 days of operation as a result of inoculation with anaerobic sludge with active microbiota.

Electrically driven fertilizer applicator controlled by fuzzy logic

The present study shows the development, simulation and actual implementation of a closed-loop controller based on fuzzy logic that is able to regulate and standardize the mass flow of a helical fertilizer applicator. The control algorithm was developed using MATLAB's Fuzzy Logic Toolbox. Both open and closed-loop simulations of the controller were performed in MATLAB's Simulink environment. The instantaneous deviation of the mass flow from the set point (SP), its derivative, the equipment´s translation velocity and acceleration were all used as input signals for the controller, whereas the voltage of the applicator's DC electric motor (DCEM) was driven by the controller as output signal. Calibration and validation of the rules and membership functions of the fuzzy logic were accomplished in the computer simulation phase, taking into account the system's response to SP changes. The mass flow variation coefficient, measured in experimental tests, ranged from 6.32 to 13.18%. The steady state error fell between -0.72 and 0.13g s-1 and the recorded average rise time of the system was 0.38 s. The implemented controller was able to both damp the oscillations in mass flow that are characteristic of helical fertilizer applicators, and to effectively respond to SP variations.

Molecular Systematics of Noctuoidea (Insecta, lepidoptera)

In this thesis, I conduct a series of molecular systematic studies on the large phytophagous moth superfamily Noctuoidea (Insecta, Lepidoptera) to clarify deep divergences and evolutionary affinities of the group, based on material from every zoogeographic region of the globe. Noctuoidea are the most speciose radiations of butterflies and moths on earth, comprising about a quarter of all lepidopteran diversity. The general aim of these studies was to apply suitably conservative genetic markers (DNA sequences of mitochondrial—mtDNA—and nuclear gene— nDNA—regions) to reconstruct, as the initial step, a robust skeleton phylogenetic hypothesis for the superfamily, then build up robust phylogenetic frameworks for those circumscribed monophyletic entities (i.e., families), as well as clarifying the internal classification of monophyletic lineages (subfamilies and tribes), to develop an understanding of the major lineages at various taxonomic levels within the superfamily Noctuoidea, and their inter-relationships. The approaches applied included: i) stabilizing a robust family-level classification for the superfamily; ii) resolving the phylogeny of the most speciose radiation of Noctuoidea: the family Erebidae; iii) reconstruction of ancestral feeding behaviors and evolution of the vampire moths (Erebidae, Calpinae); iv) elucidating the evolutionary relationships within the family Nolidae and v) clarifying the basal lineages of Noctuidae sensu stricto. Thus, in this thesis I present a wellresolved molecular phylogenetic hypothesis for higher taxa of Noctuoidea consisting of six strongly supported families: Oenosandridae, Notodontidae, Euteliidae, Erebidae, Nolidae, and Noctuidae. The studies in my thesis highlight the importance of molecular data in systematic and phylogenetic studies, in particular DNA sequences of nuclear genes, and an extensive sampling strategy to include representatives of all known major lineages of entire world fauna of Noctuoidea from every biogeographic region. This is crucial, especially when the model organism is as species-rich, highly diverse, cosmopolitan and heterogeneous as the Noctuoidea, traits that represent obstacles to the use of morphology at this taxonomic level.

Voimalaitoksen käytönaikaisen optimoinnin määrittely

Tässä diplomityössä määritellään biopolttoainetta käyttävän voimalaitoksen käytönaikainen tuotannon optimointimenetelmä. Määrittelytyö liittyy MW Powerin MultiPower CHP –voimalaitoskonseptin jatkokehitysprojektiin. Erilaisten olemassa olevien optimointitapojen joukosta valitaan tarkoitukseen sopiva, laitosmalliin ja kustannusfunktioon perustuva menetelmä, jonka tulokset viedään automaatiojärjestelmään PID-säätimien asetusarvojen muodossa. Prosessin mittaustulosten avulla lasketaan laitoksen energia- ja massataseet, joiden tuloksia käytetään seuraavan optimointihetken lähtötietoina. Optimoinnin kohdefunktio on kustannusfunktio, jonka termit ovat voimalaitoksen käytöstä aiheutuvia tuottoja ja kustannuksia. Prosessia optimoidaan säätimille annetut raja-arvot huomioiden niin, että kokonaiskate maksimoituu. Kun laitokselle kertyy käyttöikää ja historiadataa, voidaan prosessin optimointia nopeuttaa hakemalla tilastollisesti historiadatasta nykytilanteen olosuhteita vastaava hetki. Kyseisen historian hetken katetta verrataan kustannusfunktion optimoinnista saatuun katteeseen. Paremman katteen antavan menetelmän laskemat asetusarvot otetaan käyttöön prosessin ohjausta varten. Mikäli kustannusfunktion laskenta eikä historiadatan perusteella tehty haku anna paranevaa katetta, niiden laskemia asetusarvoja ei oteta käyttöön. Sen sijaan optimia aletaan hakea deterministisellä optimointialgoritmilla, joka hakee nykyhetken ympäristöstä paremman katteen antavia säätimien asetusarvoja. Säätöjärjestelmä on mahdollista toteuttaa myös tulevaisuutta ennustavana. Työn käytännön osuudessa voimalaitosmalli luodaan kahden eri mallinnusohjelman avulla, joista toisella kuvataan kattilan ja toisella voimalaitosprosessin toimintaa. Mallinnuksen tuloksena saatuja prosessiarvoja hyödynnetään lähtötietoina käyttökatteen laskennassa. Kate lasketaan kustannusfunktion perusteella. Tuotoista suurimmat liittyvät sähkön ja lämmön myyntiin sekä tuotantotukeen, ja suurimmat kustannukset liittyvät investoinnin takaisinmaksuun ja polttoaineen ostoon. Kustannusfunktiolle tehdään herkkyystarkastelu, jossa seurataan katteen muutosta prosessin teknisiä arvoja muutettaessa. Tuloksia vertaillaan referenssivoimalaitoksella suoritettujen verifiointimittausten tuloksiin, ja havaitaan, että tulokset eivät ole täysin yhteneviä. Erot johtuvat sekä mallinnuksen puutteista että mittausten lyhyehköistä tarkasteluajoista. Automatisoidun optimointijärjestelmän käytännön toteutusta alustetaan määrittelemällä käyttöön otettava optimointitapa, siihen liittyvät säätöpiirit ja tarvittavat lähtötiedot. Projektia tullaan jatkamaan järjestelmän ohjelmoinnilla, testauksella ja virityksellä todellisessa voimalaitosympäristössä ja myöhemmin ennustavan säädön toteuttamisella.

Energian talteenotto liikkuvassa raskaassa työkoneessa

Tämä työ on osa Integrated Serial and Parallel Hybrid Drives in Working Machines projektia. Työssä simuloidaan ja lasketaan energian palautuspotentiaalia raskaassa liikkuvassa työkoneessa. Työn alussa aihetta käsitellään yleisesti kirjallisuuskatsauksen muodossa. Tukkikurottaja valittiin simulointien ja laskennan kohteeksi. Työssä suoritettiin alustavat simuloinnit, joiden tarkoituksena oli varmistua, että palautettavaa energiaa on olemassa. Tulokset osoittavat, että energian palauttaminen on mahdollista. Mittaukset ovat osa työtä. Mitatut muuttujat ovat paineet ja pituudet hydraulisylintereistä, rungon kiihtyvyys, sekä kaikki CAN-väylään kytkettyjen antureiden mittaustiedot. Lopulliset simuloinnit perustuvat mitattuihin työkiertoihin. Työsylintereiden ja ajovoimansiirron tehotarpeet valittiin simulointien tarkasteltaviksi mittaussuureiksi. Mahdollinen palautettavan energian määrä eri työkierroissa on työn lopputulos. Tulokset osoittavat, että palautettavan energian määrä on talteenoton kannalta riittävä.