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

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

General electromagnetic simulation tool to predict the microwave nonlinear response of planar, arbitrarily-shaped HTS structures

This work describes a simulation tool being developed at UPC to predict the microwave nonlinear behavior of planar superconducting structures with very few restrictions on the geometry of the planar layout. The software is intended to be applicable to most structures used in planar HTS circuits, including line, patch, and quasi-lumped microstrip resonators. The tool combines Method of Moments (MoM) algorithms for general electromagnetic simulation with Harmonic Balance algorithms to take into account the nonlinearities in the HTS material. The Method of Moments code is based on discretization of the Electric Field Integral Equation in Rao, Wilton and Glisson Basis Functions. The multilayer dyadic Green's function is used with Sommerfeld integral formulation. The Harmonic Balance algorithm has been adapted to this application where the nonlinearity is distributed and where compatibility with the MoM algorithm is required. Tests of the algorithm in TM010 disk resonators agree with closed-form equations for both the fundamental and third-order intermodulation currents. Simulations of hairpin resonators show good qualitative agreement with previously published results, but it is found that a finer meshing would be necessary to get correct quantitative results. Possible improvements are suggested.

Impingement jet cooling of end windings in a high-speed electric machine

The rotational speed of high-speed electric machines is over 15 000 rpm. These machines are compact in size when compared to the power rate. As a consequence, the heat fluxes are at a high level and the adequacy of cooling becomes an important design criterion. In the high-speed machines, the air gap between the stator and rotor is a narrow flow channel. The cooling air is produced with a fan and the flow is then directed to the air gap. The flow in the gap does not provide sufficient cooling for the stator end windings, and therefore additional cooling is required. This study investigates the heat transfer and flow fields around the coil end windings when cooling jets are used. As a result, an innovative and new assembly is introduced for the cooling jets, with the benefits of a reduced amount of hot spots, a lower pressure drop, and hence a lower power need for the cooling fan. The gained information can also be applied to improve the cooling of electric machines through geometry modifications. The objective of the research is to determine the locations of the hot spots and to find out induced pressure losses with different jet alternatives. Several possibilities to arrange the extra cooling are considered. In the suggested approach cooling is provided by using a row of air jets. The air jets have three main tasks: to cool the coils effectively by direct impingement jets, to increase and cool down the flow that enters the coil end space through the air gap, and to ensure the correct distribution of the flow by forming an air curtain with additional jets. One important aim of this study is the arrangement of cooling jets in such manner that hot spots can be avoided to wide extent. This enables higher power density in high-speed motors. This cooling system can also be applied to the ordinary electric machines when efficient cooling is needed. The numerical calculations have been performed using a commercial Computational Fluid Dynamics software. Two geometries have been generated: cylindrical for the studied machine and Cartesian for the experimental model. The main parameters include the positions, arrangements and number of jets, the jet diameters, and the jet velocities. The investigated cases have been tested with two widely used turbulence models and using a computational grid of over 500 000 cells. The experimental tests have been made by using a simplified model for the end winding space with cooling jets. In the experiments, an emphasis has been given to flow visualisation. The computational analysis shows good agreement with the experimental results. Modelling of the cooling jet arrangement enables also a better understanding of the complex system of heat transfer at end winding space.

Automaattisen pakkauskoneen käyttövarmuuden varmentaminen

Työn tavoitteena oli selvittää ja varmistaa uuden pakkauskoneen riittävä käyttövarmuus. Käyttövarmuuden selvittämistä varten tutustuttiin käyttövarmuuden käsitteisiin jatunnuslukuihin, sekä selvitettiin kunnossapidon merkitystä käyttövarmuuteen. Pakkauskoneen käyttövarmuutta analysoitiin vikapuumallin avulla. Analysointia varten laadittu vikapuumalli koostuu 391 perustapahtumasta ja yhteensä 629 tapahtumasta. Käyttövarmuusanalyysi suoritettiin kvalitatiivisesti ja kvantitatiivisesti. Analysointi painottuu kuitenkin kvantitatiiviseen simulointiin. Käyttövarmuusanalysoinnin apuna käytettiin simulointiohjelmaa. Käyttövarmuusvaatimukseksi asetettiin 99 % käytettävyys vuoden käyttöjakson aikana. Vikapuuanalyysin tuloksena saatiin arvio pakkauskoneen kokonaiskäytettävyydestä. Kokonaiskäytettävyydeksi muodostui 96,44 %, joka ei täytä käyttövarmuusvaatimusta. Yksittäisistä komponenttityypeistä epäluotettavimpia olivat liimalaitteiston ja paineilmajärjestelmän komponentit. Analysointityökalun avulla voitiin osoittaa käyttövarmuutta parantavien osatekijöiden vaikutukset saatuun kokonaiskäytettävyyteen. Käyttövarmuuteen voitiin vaikuttaa kunnossapidon avulla, lyhentämällä korjausaikaa ja varmentamalla komponentteja. Esitettyjen keinojen avulla käytettävyyttä on mahdollista nostaa n. 2,18 prosenttiyksikköä. Toimenpidesuositukset esitettiin saatujen tulosten ja työssä havainnoitujen asioiden perusteella. Käytettävyyden parantamiseksi ja varmistamiseksi suositetaan oikeanlaisia kunnossapitotoimenpiteitä, tehokkaan vikadiagnostiikan rakentamista sekä antureiden varmentamista. Käyttökunnonvalvonta suositetaan suoritettavaksi määräaikaistarkastuksina. Käyttökuntoa on aloitettava seuraamaan pidemmällä aikavälillä tapahtuvina häiriöraportointeina. Lisäksi tulevaisuudessa on vaadittava käyttövarmuustakuut toimittajilta laitehankintojen yhteydessä.

Modeling and Simulation ofReal-Time System as a Tool to Improve Capacity Management - Case Fenix

Tämän tutkimustyön kohteena on TietoEnator Oy:n kehittämän Fenix-tietojärjestelmän kapasiteettitarpeen ennustaminen. Työn tavoitteena on tutustua Fenix-järjestelmän eri osa-alueisiin, löytää tapa eritellä ja mallintaa eri osa-alueiden vaikutus järjestelmän kuormitukseen ja selvittää alustavasti mitkä parametrit vaikuttavat kyseisten osa-alueiden luomaan kuormitukseen. Osa tätä työtä on tutkia eri vaihtoehtoja simuloinnille ja selvittää eri vaihtoehtojen soveltuvuus monimutkaisten järjestelmien mallintamiseen. Kerätyn tiedon pohjaltaluodaan järjestelmäntietovaraston kuormitusta kuvaava simulaatiomalli. Hyödyntämällä mallista saatua tietoa ja tuotantojärjestelmästä mitattua tietoa mallia kehitetään vastaamaan yhä lähemmin todellisen järjestelmän toimintaa. Mallista tarkastellaan esimerkiksi simuloitua järjestelmäkuormaa ja jonojen käyttäytymistä. Tuotantojärjestelmästä mitataan eri kuormalähteiden käytösmuutoksia esimerkiksi käyttäjämäärän ja kellonajan suhteessa. Tämän työn tulosten on tarkoitus toimia pohjana myöhemmin tehtävälle jatkotutkimukselle, jossa osa-alueiden parametrisointia tarkennetaan lisää, mallin kykyä kuvata todellista järjestelmää tehostetaanja mallin laajuutta kasvatetaan.

Methods for the analysis of two dimensional measurement data of paper web

This work is devoted to the problem of reconstructing the basis weight structure at paper web with black{box techniques. The data that is analyzed comes from a real paper machine and is collected by an o®-line scanner. The principal mathematical tool used in this work is Autoregressive Moving Average (ARMA) modelling. When coupled with the Discrete Fourier Transform (DFT), it gives a very flexible and interesting tool for analyzing properties of the paper web. Both ARMA and DFT are independently used to represent the given signal in a simplified version of our algorithm, but the final goal is to combine the two together. Ljung-Box Q-statistic lack-of-fit test combined with the Root Mean Squared Error coefficient gives a tool to separate significant signals from noise.

Personalized drug administrations using Support Vector Machine

The decision-making process regarding drug dose, regularly used in everyday medical practice, is critical to patients' health and recovery. It is a challenging process, especially for a drug with narrow therapeutic ranges, in which a medical doctor decides the quantity (dose amount) and frequency (dose interval) on the basis of a set of available patient features and doctor's clinical experience (a priori adaptation). Computer support in drug dose administration makes the prescription procedure faster, more accurate, objective, and less expensive, with a tendency to reduce the number of invasive procedures. This paper presents an advanced integrated Drug Administration Decision Support System (DADSS) to help clinicians/patients with the dose computing. Based on a support vector machine (SVM) algorithm, enhanced with the random sample consensus technique, this system is able to predict the drug concentration values and computes the ideal dose amount and dose interval for a new patient. With an extension to combine the SVM method and the explicit analytical model, the advanced integrated DADSS system is able to compute drug concentration-to-time curves for a patient under different conditions. A feedback loop is enabled to update the curve with a new measured concentration value to make it more personalized (a posteriori adaptation).

Pulp Fractionation in a Pilot Paper Machine

Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia paperimassan jakautumiseen vaikuttavia tekijöitä paperinvalmistusprosessissa. Työn empiirisen osan tavoitteena on analysoida perälaatikon hienoainepitoisuuden ja paperimassan virtausnopeuden vaikutusta paperimassan jakautumiseen pilottipaperikoneessa, sekä selvittää voidaanko näitä prosessiparametreja optimoimalla saavuttaa merkittävää retention, vedenpoiston ja kaksipuolisuuden parantumista. Työn teoreettinen osa sisältää kirjallisuuskatsauksen märänpään kemiasta ja yhteenvedon aikaisemmasta tutkimuksesta koskien paperimassan jakautumista paperinvalmistusprosessissa. Työn empiirisessä osassa on tutkittu perälaatikon hienoainepitoisuuden ja paperimassan virtausnopeuden vaikutusta retentioon, vedenpoistoon ja paperimassan jakautumiseen Papricanin pilottipaperikoneessa. Analyysissä on käytetty yhteensovitettua dataa, joka on saatu kattavien pilottipaperikonekokeiden ja taulukkolaskentaohjelmalla toteutettujen staattisten simulointimallien avulla. Simulointimalleissa perälaatikon hienoainepitoisuus on 30-55%, sekä paperimassan virtausnopeudet ovat 2470 L/min, 3870 L/min ja 5230 L/min. Muut prosessiparametrit on vakioitu, eikä retentioainetta käytetty. Retentio pilottipaperikoneessa oli 55-82% riippuen perälaatikon hienoainepitoisuudesta ja paperimassan virtausnopeudesta. Perälaatikon hienoainepitoisuuden ja retention välillä oli voimakas negatiivinen korrelaatio. Myös paperimassan virtausnopeuden ja retention välillä oli negatiivinen korrelaatio. Mitä alhaisempi retentio, sitä enemmän hienoainesta kerääntyi systeemiin. Hienoaineen huuhtoutuminen paperirainasta korreloi vedenpoistoon: pienemmällä paperimassan virtausnopeudella enemmän sekä vettä että hienoainetta poistui viirapuolelta, ja suuremmalla paperimassan virtausnopeudella saman verran sekä vettä että hienoainetta poistui rainan molemmilta puolilta. Paras paperirainan kaksipuolisuus saavutettiin korkeilla perälaatikon hienoainepitoisuuksilla (50% ja 55%) suurilla paperimassan virtausnopeuksilla (3870 L/min ja 5230 L/min).

Can Orthopantomography be used as a tool for screening of carotid atheromatous pathology and thus be used to help reduce the prevalence of ischemic stroke within the population?

Objective: To assess the possibility of Dentists being able to screen patients with higher risk of vascular diseases. Materials: Kodak 8000C Orthopantomographer, eco-Doppler Logiq-500 General Electric at the Lisbon Hospital Particular. Methods: Assessment of orthopantomographies made to 142 patients aged 50 or more, as well as the existing risk factors. Conduction of carotid eco-Doppler to patients who appear to have calcified plaques of the atheroma. Results: Strong dependence between dichotomised age and having the pathology (p = 0.02).Smokers are twice more likely to present plaques (OR= 2). Being hypertensive increases in about 1.4 the likelihood of having a stroke (OR= 1.4). Of the 27 individuals who presented calcifications in the Orthopantomography, they were all submitted to an eco-Doppler and 21 had the pathology confirmed. 27 individuals, who did not show any plaques in the Orthopantomography, were randomly selected to be the control group. They were submitted to an eco-Doppler. And 23 confirmed the non-existence of plaques. Conclusions: Orthopantomography used for assessing the oral cavity reveals more information which should be the object of the Dentist"s attention

Probing functional groups at the gas-aerosol interface using heterogeneous titration reactions: a tool for predicting aerosol health effects?

The complex chemical and physical nature of combustion and secondary organic aerosols (SOAs) in general precludes the complete characterization of both bulk and interfacial components. The bulk composition reveals the history of the growth process and therefore the source region, whereas the interface controls--to a large extent--the interaction with gases, biological membranes, and solid supports. We summarize the development of a soft interrogation technique, using heterogeneous chemistry, for the interfacial functional groups of selected probe gases [N(CH(3))(3), NH(2)OH, CF(3)COOH, HCl, O(3), NO(2)] of different reactivity. The technique reveals the identity and density of surface functional groups. Examples include acidic and basic sites, olefinic and polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) sites, and partially and completely oxidized surface sites. We report on the surface composition and oxidation states of laboratory-generated aerosols and of aerosols sampled in several bus depots. In the latter case, the biomarker 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine, signaling oxidative stress caused by aerosol exposure, was isolated. The increase in biomarker levels over a working day is correlated with the surface density N(i)(O3) of olefinic and/or PAH sites obtained from O(3) uptakes as well as with the initial uptake coefficient, γ(0), of five probe gases used in the field. This correlation with γ(0) suggests the idea of competing pathways occurring at the interface of the aerosol particles between the generation of reactive oxygen species (ROS) responsible for oxidative stress and cellular antioxidants.

Repeatability ofthe recipe parameters of a corrugated board machine against warp

The warp of corrugated board is the most prevalent quality problem incorrugated board industry. Nowadays corrugators provide high quality board but there often occurs a warp problem within the production of some board grades. One of the main reasons for that are the humidity and the temperature levels of the raw materials. The goal of the research is to find out howthe adjusted corrugator recipe parameters required for appropriate running of the corrugated board are repeatable for the considered board grades, how the temperature and humidity imbalances of the raw material papers influence on the warpformation of the finished board. Furthermore, the solutions for preventing warpof corrugated board are presented in the thesis.

Using the balanced scorecard as a tool for procurement strategy implementation

Tavoitteena diplomityössä oli tutkia, miten hankintastrategiaa saataisiin paremmin toteutettua jokapäiväisessä työssä. Strategian implementointiin käytettiin strategiakarttaa sekä balanced scorecard -mittareita. Tutkimus toteutettiin hankintaosastolla Vaasan & Vaasan Oy:ssä, joka toimii leipomotoimialalla viidessä maassa Itämeren alueella. Hankinnan strategiakartta ja balanced scorecard -mittarit laadittiin olemassa olevan hankintastrategian pohjalta. Perinteisiä balanced scorecard -näkökulmia muokattiin paremmin hankintatoimeen sopiviksi. Malliin lisättiin toimittajanäkökulma ja hankinnan rooli pääprosessien tukifunktiona otettiin huomioon muuttamalla balanced scorecardin asiakasnäkökulma sisäisen asiakkaan näkökulmaksi. Strategiakartta myös laadittiin niin, että hankinnan sisäisten asiakkaiden odotukset ovat kartassa tasavertaisina taloudellistentavoitteiden kanssa. Balanced scorecard -mittareiden määrä pidettiin pienenä, jotta niiden toimintaa ohjaava vaikutus olisi mahdollisimman suuri. Mittareita voidaan vaihtaa strategian muuttuessa. Työssä todettiin, että strategiakartta ja balanced scorecard ovat hyviä välineitä strategian muuttamiseen konkreettisiksi toimenpiteiksi myös tukifunktiossa, kun esimerkiksi mallin näkökulmia muokataan tapauskohtaisesti. Strategiakartat ja balanced scorecard tulisi kytkeä osaksi koko yrityksen strategista suunnittelua. Strategiakartan ja balanced scorecardin käytöstä on hankinnalle monia hyötyjä. Työntekijät hahmottavat paremmin oman panoksensa yrityksen tavoitteiden saavuttamisessa. Käytetyt työkalut voivat tukea myös konsernin yksiköiden hankintojen keskittämiskehitystä.

Konfiguroituvan tuotteen tuoterakennesystematiikan kehittäminen

Ponsse Oyj:n kaltainen konfiguroituvaa, monimutkaista tuotetta valmistava yhtiö tarvitsee ehdottomasti nykyaikaisen modulaarisuuteen perustuvan tuoterakennesystematiikan. Käyttämällä osioita eri modulaarisuusmalleista ja soveltamalla niitä Ponssen näkökulmasta kaikkein edullisimmalla tavalla, on kehitetty ensimmäinen case - tapaus ja sen myötä mahdollisimman yksinkertainen toimintamalli. Mallissa on otettu huomioon myös useat tuoterakenteen kanssa vuorovaikutuksessa olevat tekijät. Myyntitilanteen valinnat ovat listattu konfigurointimatriisiin ja ne voivat olla itsenäisiä tai sulkea pois joitakin toisia valintoja. Kun sopiva koneyksilö on muodostettu, saadaan matriisista samantien tulostettua valintojen mukainen tuoteyksilö. Tuoteyksilön moduulirakenne toimii kyseisen, yksittäisen koneen työmääräimenä sekä koneenvalmistuksen dokumenttina, sillä luettelon yksi moduuli on yhden valmistettavantyövaiheen moduulipiirustus alimoduuleineen ja osineen. Moduulipiirustusten on siis otettava huomioon tuotannon, oston, suunnittelun ja dokumentoinnin näkökulmat. Piirustuksen laatijan on tiedettävä kyseisen moduulin valmistus eli koottavan komponenttikokoelman laajuus sekä tuotantolinjan että osto-osaston intressien mukaisesti. Piirustuksen on nivouduttava sitä kutsuvaan matriisiin ja kyseisen moduulin valinnan kytköksiin muihin moduuleihin nähden. Kaiken lisäksi piirustuksen on toimittava kokoonpano-ohjeena sekä jälkimarkkinoinnin työkaluna. Tässä työssä muodostettiin metsätraktorin ohjaamosta esimerkkitapaus. Case tapauksessa käytettiin työssä esitettyä uutta tuoterakennesystematiikkaa uuden modulaarisuussäännöstön käytöstä, laskettu sen aiheuttamat muutokset ja sen tuotantoon otosta on kerätty ensimmäiset kommentit. Esimerkillä pyrittiin saavuttamaan modulaarisen tuoterakenteen mahdollistamat edut ja projektia on jatkettu Ponsse Oyj:llä käsittämään muitakin tuotekokonaisuuksia.

Determining, Balancing and Controlling of Pitch and White Pitch at Stora Enso Kabel Production Line 4

Työn ensimmäisenä tarkoituksena oli kartoittaa kiinteä-neste ja neste-neste uuttomenetelmillä pihkan ja valkopihkan määrä Stora Enso Kabelin tuotantolinja 4:llä. Työn kannalta oli myöstärkeää saada selvyys saostumien koostumuksesta. Lopullinen päämäärä oli automatisoida fiksatiivin annostelu uuden, jatkuvatoimisen märänpäänanalysaattorin avulla. Mäntyosuuden kasvattaminen hiokemassassa lisää hydrofobisten partikkeleiden lukumäärää, minkä uskotaan lisäävän saostumariskiä. Työtä varten kehitetty neste-neste uuttomenetelmä, jota ei ole liiemmin paperiteollisuudessa käytetty, voi olla hyvä menetelmä lipofiilisten komponenttien määrän arviointiin tietyssä määrässä massa- tai prosessivesinäytettä. Virtaussytometri-menetelmän avulla tutkittiin pihka- tai valkopihkapartikkeleiden määrää ja kokojakaumaa eri prosessinäytteissä. Virtaussytometri-menetelmällä mitattujen valkopihkapartikkeleiden lukumäärän ja päällystetyn hylyn saostimen suodoksen sameuden välille löytyiselvä korrelaatio. Fiksatiivimäärän vaikutusta päällystetyn hylyn saostimen suodoksen sameuteen tutkittiin koeajojaksolla, jossa fiksatiivin annostelua säädettiin käsin. Käytetyt annosmäärät eivät riittäneet sameuden pitämiseen tasaisena matalalla tasolla.

Machine vision measurement system for paper printability assessments

This work had two primary objectives: 1) to produce a working prototype for automated printability assessment and 2) to perform a study of available machine vision and other necessary hardware solutions. The three printability testing methods, IGT Picking,He¬liotest, and mottling, considered in this work have several different requirements and the task was to produce a single automated testing system suitable for all methods. A system was designed and built and its performance was tested using the Heliotest. Working proto¬types are important tools for implementing theoretical methods into practical systems and testing and demonstrating the methodsin real life conditions. The system was found to be sufficient for the Heliotest method. Further testing and possible modifications related to other two test methods were left for future works. A short study of available systems and solutions concerning image acquisition of machine vision was performed. The theoretical part of this study includes lighting systems, optical systems and image acquisition tools, mainly cameras and the underlying physical aspects for each portion.