Hybrid model of a double-fed induction machine and back-to-back converter

This report details the port interconnection of two subsystems: a power electronics subsystem (a back-to-back AC/AC converter (B2B), coupled to a phase of the power grid), and an electromechanical subsystem (a doubly-fed induction machine (DFIM), coupled mechanically to a flywheel and electrically to the power grid and to a local varying load). Both subsystems have been essentially described in previous reports (deliverables D 0.5 and D 4.3.1), although some previously unpublished details are presented here. The B2B is a variable structure system (VSS), due to the presence of control-actuated switches: however from a modelling and 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 presents and coupled through a power-preserving interconnection, and the Hamiltonian description of the whole system is obtained; detailed bond-graphs of all the subsystems and the complete system are provided.

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.

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.

Konenäköinvestoinnin soveltuvuus- ja esikannattavuustukimus sahalaitoksessa

Diplomityön tavoitteena oli selvittää sahalaitokselle mahdollisen konenäköinvestoinninsoveltuvuus ja kannattavuus. Tutkimus rajattiin vaihtoehtojen tunnistamisen ja investoinnin kannattavuuden alustavaan analyysiin. Tutkimuksessa arvioitiin konenäkötekniikan mahdollisuuksia sahateollisuusprosessissa yleisesti sekä erityisesti sahatavaran pitkittäis- ja poikittaissuuntaisissa sahatavaran pinnantarkastuksissa. Konenäköjärjestelmien toimittajia ja heidän referenssejään haastattelemalla saatiin selvitettyä tarjottujen järjestelmien tekninen soveltuvuus. Tutkimus liitettiin työn toimeksiantajan toimintastrategiaan, jotta voitiin arvioida mahdollisimman kattavasti kaikki investoinnilla saavutettavat hyödyt. Kannattavuuslaskentaa varten arvioitiin investoinnilla saavutettavat nettotuotot suunnitellulle pitoajalle. Laskennassa käytettiin perinteisiä investointilaskentamenetelmiä kuten nykyarvomenetelmää, takaisinmaksuaikaa ja sisäistä korkokantaa. Poikittaissuuntainen sahatavaran pinnantarkastus tuoreen ja kuivan tavaran tasaamolla todettiin teknisesti toteuttamiskelpoiseksi vaihtoehdoksi. Kyseisessä vaihtoehdossa liitännäisinvestointien määrän arvioidaan jäävän melko vähäisiksi. Konenäköinvestoinnin voidaan arvioida kannattavan, muttakannattavuuden edellytyksenä on vahva johdon ja muun henkilöstön sitoutuminen uuteen haasteeseen.

Erään hienopaperikoneen paksuusprofiilin hallinta

Työn kirjallisuusosassa perehdytään paperikoneen online-mittarien toimintaan, poikkisuuntaisten profiilien säätämiseen ja kalanterointiin. Työn tavoitteena oli löytää syyt erään hienopaperikoneen heikkoon paksuusprofiiliin ja siitä aiheutuvaan suureen rullahylkymäärään. Syitä heikkoon paksuusprofiiliin on haettu kalanterin, päällystysasemien ja laatusäätöjärjestelmän toiminnoista. Työssä on tutkittu myös karheusprofiilin vaikutusta paksuusmittaukseen. Työssä löydettiin selvä yhteys paperin karheusprofiilin ja paperikoneen paksuusmittarin mittaaman paksuusprofiilin välille. Radan reuna-alueiden karheus suurentaa online-paksuusmittarin mittaustulosta. Karheusprofiili ei kuitenkaan vaikuta laboratoriomittareilla mitattuun paksuusprofiiliin. Paperikoneen onlinepaksuusmittarin mittausvirhe on kompensoitava, jotta paperin todellinen paksuusprofiili saadaan suoraksi. Työssä tehtyjen tutkimusten perusteella muodostettiin ajomalli, jolla ajettiin koeajojakso. Ajomallin päällimmäinen tarkoitus oli kompensoida paperikoneen online- paksuusmittarin mittausvirhe. Koeajo onnistui hyvin. Koeajojakson profiilivioista johtuva rullahylyn määräoli merkittävästi pienempi kuin referenssijakson profiilivioista johtuva rullahylyn määrä.

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).

Reinforcement learning utilizes proxemics: an avatar learns to manipulate the position of people in immersive virtual reality

A reinforcement learning (RL) method was used to train a virtual character to move participants to a specified location. The virtual environment depicted an alleyway displayed through a wide field-of-view head-tracked stereo head-mounted display. Based on proxemics theory, we predicted that when the character approached within a personal or intimate distance to the participants, they would be inclined to move backwards out of the way. We carried out a between-groups experiment with 30 female participants, with 10 assigned arbitrarily to each of the following three groups: In the Intimate condition the character could approach within 0.38m and in the Social condition no nearer than 1.2m. In the Random condition the actions of the virtual character were chosen randomly from among the same set as in the RL method, and the virtual character could approach within 0.38m. The experiment continued in each case until the participant either reached the target or 7 minutes had elapsed. The distributions of the times taken to reach the target showed significant differences between the three groups, with 9 out of 10 in the Intimate condition reaching the target significantly faster than the 6 out of 10 who reached the target in the Social condition. Only 1 out of 10 in the Random condition reached the target. The experiment is an example of applied presence theory: we rely on the many findings that people tend to respond realistically in immersive virtual environments, and use this to get people to achieve a task of which they had been unaware. This method opens up the door for many such applications where the virtual environment adapts to the responses of the human participants with the aim of achieving particular goals.

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).

Classificació i reconeixement de vídeo

El principal objectiu d’aquest projecte és aconseguir classificar diferents vídeos d’esports segons la seva categoria. Els cercadors de text creen un vocabulari segons el significat de les diferents paraules per tal de poder identificar un document. En aquest projecte es va fer el mateix però mitjançant paraules visuals. Per exemple, es van intentar englobar com a una única paraula les diferents rodes que apareixien en els cotxes de rally. A partir de la freqüència amb què apareixien les paraules dels diferents grups dins d’una imatge vàrem crear histogrames de vocabulari que ens permetien tenir una descripció de la imatge. Per classificar un vídeo es van utilitzar els histogrames que descrivien els seus fotogrames. Com que cada histograma es podia considerar un vector de valors enters vàrem optar per utilitzar una màquina classificadora de vectors: una Support vector machine o SVM

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.

An Image Enhancement Technique using MTF of Human eye

Image filtering is a highly demanded approach of image enhancement in digital imaging systems design. It is widely used in television and camera design technologies to improve the quality of an output image to avoid various problems such as image blurring problem thatgains importance in design of displays of large sizes and design of digital cameras. This thesis proposes a new image filtering method basedon visual characteristics of human eye such as MTF. In contrast to the traditional filtering methods based on human visual characteristics this thesis takes into account the anisotropy of the human eye vision. The proposed method is based on laboratory measurements of the human eye MTF and takes into account degradation of the image by the latter. This method improves an image in the way it will be degraded by human eye MTF to give perception of the original image quality. This thesis gives a basic understanding of an image filtering approach and the concept of MTF and describes an algorithm to perform an image enhancement based on MTF of human eye. Performed experiments have shown quite good results according to human evaluation. Suggestions to improve the algorithm are also given for the future improvements.

Real-time Imaging and Mosaicking of Planar Surfaces

Laajojen pintojen kuvaaminen rajoitetussa työskentelytilassa riittävällä kuvatarkkuudella voi olla vaikeaa. Kuvaaminen on suoritettava osissa ja osat koottava saumattomaksi kokonaisnäkymäksi eli mosaiikkikuvaksi. Kuvauslaitetta käsin siirtelevän käyttäjän on saatava välitöntä palautetta, jotta mosaiikkiin ei jäisi aukkoja ja työ olisi nopeaa. Työn tarkoituksena oli rakentaa pieni, kannettava ja tarkka kuvauslaite paperi- ja painoteollisuuden tarpeisiin sekä kehittää palautteen antamiseen menetelmä, joka koostaaja esittää karkeaa mosaiikkikuvaa tosiajassa. Työssä rakennettiin kaksi kuvauslaitetta: ensimmäinen kuluttajille ja toinen teollisuuteen tarkoitetuista osista. Kuvamateriaali käsiteltiin tavallisella pöytätietokoneella. Videokuvien välinen liike laskettiin yksinkertaisella seurantamenetelmällä ja mosaiikkikuvaa koottiin kameroiden kuvanopeudella. Laskennallista valaistuksenkorjausta tutkittiin ja kehitetty menetelmä otettiin käyttöön. Ensimmäisessä kuvauslaitteessa on ongelmia valaistuksen ja linssivääristymien kanssa tuottaen huonolaatuisia mosaiikkikuvia. Toisessa kuvauslaitteessa nämä ongelmat on korjattu. Seurantamenetelmä toimii hyvin ottaen huomioon sen yksinkertaisuuden ja siihen ehdotetaan monia parannuksia. Työn tulokset osoittavat, että tosiaikainen mosaiikkikuvan koostaminen megapikselin kuvamateriaalista on mahdollista kuluttajille tarkoitetulla tietokonelaitteistolla.

Hallintasovellus M2M-tiedonsiirtoon GPRS-verkossa

Pääosa matkapuhelinjärjestelmien liikenteestä on toistaiseksi puhetta. Dataliikenteen osuus on kuitenkin jatkuvasti kasvamassa uusien tekniikoiden myötävaikutuksella. Langattoman dataliikenteen kehittämiselle tuo myös lisäpainetta internetin nopeasti yleistynyt käyttö. Eräs lupaavimmista sovellusalueista on konekommunikaatio, M2M, minkä läpilyöntiä on ennustettu jo vuosia. Viime vuosina markkinoille tulleet M2M-laitteet tarjoavat aiemmista laitteista poiketen myös mahdollisuuden sovellusten suorittamiseen itse laitteessa ja niiden päivittämisen langattomasti. Työssä vertaillaan kolmea markkinoilla olevaa konekommunikaatioon soveltuvaa laitetta ja tarkastellaan niiden ominaisuuksia ja sovellusten päivitettävyyttä GPRS-verkkoa käyttäen. Tarkastelussa havaitaan, että teleoperaattoreiden asettamat rajoitukset ja käytössä olevat päivitysmenetelmät aiheuttavat tiettyjä ongelmia päivitysten käytettävyydelle. Työn tuloksena kehitettiin hallintasovellusohjelmisto, mikä mahdollisti etäällä sijaitsevien M2M-laitteiden sovellusten päivittämisen helppokäyttöisen käyttöliittymän avulla. Hallintasovellusta käyttäen useita, maantieteellisesti hajallaan olevia laitteita oli mahdollista päivittää samanaikaisesti automatisoidusti. Hallintasovellus osoittautui käyttökelpoiseksi työkaluksi M2Mlaitteiden sovellusten hallintaan jo, kun laitemäärä kasvoi muutamista kappaleista muutamaan kymmeneen.

Optinen kolmiulotteinen mittaus ohutlevytuotteiden laadunvalvonnassa

Ohutlevyteollisuuden markkinatilanne on muuttunut, kun tuotantomäärät ovat kasvaneet, laatuvaatimukset tiukentuneet ja markkinat globalisoituneet. Konenäön avulla on mahdollista tehostaa laadunvalvontaa, jolloin virheet voidaan havaita nopeammin ja siten säästää tuotantokustannuksissa. Muotoiltujen ohutlevyosien tarkastamiseksi tarvitaan kolmiulotteisia mittausmenetelmiä, joilla pystytään varsin nopeasti ja tarkasti analysoimaan kappaleita. Erityisesti fotogrammetriaan perustuvaa rakenteista valoa on sovellettu erilaisissa mittalaitteissa, ja menetelmä on myös varsin joustava sekä edullinen käyttää. Fotogrammetriaan ja rakenteiseen valoon perustuvista mittalaitteista valittiin arvioitavaksi Mapvision 4D. Testeissä tutkittiin laitteen tarkkuutta, nopeutta ja soveltuvuutta teollisuusympäristöön sekä erityisesti taivutuskulmien, reikien halkaisijoidenja etäisyyksien mittaamista. Sovittamalla mitattu data CAD-malliin pystytään kappaleen mitoitus tarkastamaan vaaditulla 0,1 millimetrin tarkkuudella. Testitulosten perusteella voidaan todeta sekä mittalaitteen että mittausmenetelmän soveltuvan ohutlevykappaleiden laadunvalvontaan, kunhan reunojen määrityksessä esiintyvä säännöllinen epätarkkuus otetaan huomioon.

Stability Evaluation of a Paper Machine Wet End

Työssä analysoidaanprosessin vaikutusta paperikoneen stabiiliuteen. Kaksi modernia sanomalehtipaperikonetta analysoitiin ja sen perusteella molemmista prosesseista rakennettiin fysiikan lakeihin perustuvat simulointimallit APROS Paper simulointiohjelmistolla. Työn tavoitteena on selvittää, miten kyseisten koneiden prosessit eroavat toisistaan ja arvioida, miten havaitut erot vaikuttavat prosessien stabiiliuteen. Työssä tarkastellaan periodisten häiriöiden vaimenemista prosessissa. Simuloinnissa herätteenä käytettiin puhdasta valkoista kohinaa, jonka avulla eri taajuistenperiodisten häiriöiden vaimenemista analysoitiin. Prosessien häiriövasteet esitetään taajuuskoordinaatistossa. Suurimmat erot prosessien välillä löytyivät viirakaivosta ja sen sekoitusdynamiikasta. Perinteisen viirakaivon todettiin muistuttavan käyttäytymiseltään sarjaan kytkettyjä ideaalisekoittimia, kun taas pienempitilavuuksisen fluumin todettiin käyttäytyvän lähes kuin putkiviive. Vaikka erotprosessitilavuudessa sekä viirakaivon sekoitusdynamiikassa olivat hyvin selkeät, havaittiin vain marginaalinen ero prosessin välillä periodisten häiriöiden vaimenemisessa, koska erot viiraretentiotasoissa vaikuttivat eniten simulointituloksia. Matalammalla viiraretentiolla operoivan paperikoneen todettiin vaimentavan tehokkaammin prosessihäiriöitä. Samalla retentiotasolla pienempitilavuuksisen prosessin todettiin vaimentavan hitaita prosessihäiriöitä marginaalisesti paremmin. Tutkituista paperikoneista toisella simuloitiin viiraosan vedenpoistomuutoksenvaikutusta viiraretentioon ja paperin koostumukseen. Lisäksi arvioitiin viiraretention säädön toimivuutta. Viiraosan listakengän vedenpoiston todettiin aiheuttavan merkittäviä sakeus- ja retentiohäiriöitä, mikäli sen avulla poistettavan kiintoaineen virtaus tuplaantuisi. Viiraretention säädön todettiin estävän häiriöiden kierron prosessissa, mutta siirtävän ne suoraan rainaan. Retention säädön eikuitenkaan todettu olevan suoranainen häiriön lähde.