Sähkömoottorin etäohjausjärjestelmän suunnittelu ja testaus

Tämä kandityön aihe liittyy LUT Energialla lukuvuonna 2012 – 2013 käynnissä olevaan tutkimukseen, jossa tutkitaan sähkömoottorin laakerivirtojen syntyä. Tätä tutkimusta varten tarvittiin sähkömoottorin etäohjausjärjestelmä, jonka avulla tutkimuksessa käytettävän sähkömoottorin käyttäytymistä voitaisiin tutkia erilaisien käyttöprofiileiden funktiona. Tässä kandityössä suunnitellaan ja toteutetaan edellä kuvattu järjestelmä. Toteutuksessa hyödynnetään nykyaikaista automaatiotekniikkaa, joka yhdessä Ethernet-lähiverkkotekniikan kanssa mahdollistaa etäohjauksen. Valmiin etäohjausjärjestelmän avulla käyttäjä pystyy sekä käynnistämään että sammuttamaan sähkömoottorin, ja määrittämään käyttöprofiilin ON- ja OFF-tilojen ajalliset kestot sekä käyntinopeudet.

On Energy Efficient Computing Platforms

In accordance with the Moore's law, the increasing number of on-chip integrated transistors has enabled modern computing platforms with not only higher processing power but also more affordable prices. As a result, these platforms, including portable devices, work stations and data centres, are becoming an inevitable part of the human society. However, with the demand for portability and raising cost of power, energy efficiency has emerged to be a major concern for modern computing platforms. As the complexity of on-chip systems increases, Network-on-Chip (NoC) has been proved as an efficient communication architecture which can further improve system performances and scalability while reducing the design cost. Therefore, in this thesis, we study and propose energy optimization approaches based on NoC architecture, with special focuses on the following aspects. As the architectural trend of future computing platforms, 3D systems have many bene ts including higher integration density, smaller footprint, heterogeneous integration, etc. Moreover, 3D technology can signi cantly improve the network communication and effectively avoid long wirings, and therefore, provide higher system performance and energy efficiency. With the dynamic nature of on-chip communication in large scale NoC based systems, run-time system optimization is of crucial importance in order to achieve higher system reliability and essentially energy efficiency. In this thesis, we propose an agent based system design approach where agents are on-chip components which monitor and control system parameters such as supply voltage, operating frequency, etc. With this approach, we have analysed the implementation alternatives for dynamic voltage and frequency scaling and power gating techniques at different granularity, which reduce both dynamic and leakage energy consumption. Topologies, being one of the key factors for NoCs, are also explored for energy saving purpose. A Honeycomb NoC architecture is proposed in this thesis with turn-model based deadlock-free routing algorithms. Our analysis and simulation based evaluation show that Honeycomb NoCs outperform their Mesh based counterparts in terms of network cost, system performance as well as energy efficiency.

Taajuusmuuttaja aktiivisesti säädetyn magneettilaakerin virtalähteenä

Työssä tutkitaan mahdollisuutta hyödyntää sähkömoottorien nopeudensäätöön suunniteltuja kaupallisia taajuusmuuttajia osana aktiivisesti säädetyn magneettilaakeroinnin säätöjärjestelmää. Magneettilaakerijärjestelmän ohjaamiseksi tarvitaan vahvistin, jonka tehtävänä on muuntaa paikkasäätöjärjestelmältä tuleva ohjearvo virraksi, jännitteeksi tai magneettivuoksi voiman tuottamiseksi laakerikäämityksellä. Nykyaikaiset modernit taajuusmuuttajat mahdollistavat säätöalgoritmien suorittamisen sekä liitynnän muuhun automaatiojärjestelmään kenttäväylien kautta. Tämän järjestelmäintegraation myötä olisi mahdollista rakentaa modulaarinen säätöjärjestelmä hyödyntäen luotettavaksi todettuja teollisuusautomaatiotuotteita vain muutamalla itse magneettilaakerijärjestelmään liittyvällä tuotteella. Haluttaessa hyödyntää kolmivaiheinen taajuusmuuttaja mahdollisimman tehokkaasti magneettilaakerin teholähteenä tulee laakerikäämityksien kytkeytymistä taajuusmuuttajaan tarkastella tarkemmin. Kirjallisuustutkimuksessa keskitytään taajuusmuuttajan tehokytkimien muodostaman vaihtosuuntaajan eri rakennevaihtoehtojen sekä virtasäädön dynaamisten ominaisuuksien tarkasteluun. Soveltuvien rakennevaihtoehtojen sekä virtasäädön suorituskyky todennetaan simuloinnein ja lopuksi todellisella koelaitteistolla. Magneettilaakeroinnilla varustetun sähkökoneen roottorin onnistunut leijuttaminen viiden vapausasteen suhteen paikkasäädettynä sekä mittauksien tulokset osoittavat, ettei taajuusmuuttajien järjestelmäarkkitehtuurista löydy merkittäviä esteitä muuttajien hyödyntämiseksi magneettilaakerisovelluksissa.

On the Efficiency of Alternatives in Process Plans

Process planning is a very important industrial activity, since it determines how a part or a product is manufactured. Process planning decisions include machine selection, tool selection, and cutting conditions determination, and thus it is a complex activity. In the presence of unstable demand, flexibility has become a very important characteristic of today's successful industries, for which Flexible Manufacturing Systems (FMSs) have been proposed as a solution. However, we believe that FMS control software is not flexible enough to adapt to different manufacturing system conditions aiming at increasing the system's efficiency. One means to overcome this limitation is to include pre-planned alternatives in the process plan; then planning decisions are made by the control system in real time to select the most appropriate alternative according to the conditions of the shop floor. Some of the advantages of this approach reported in the literature are the reduction of the number of tool setups, and the selection of a replacement machine for executing an operation. To verify whether the presence of alternatives in process plans actually increases the efficiency of the manufacturing system, an investigation was carried out using simulation and design of experiments techniques for alternative plans on a single machine. The proposed methodology and the results are discussed within this paper.

A Test Bed Applied Mobile Robot Navigation

It is presented a test bed applied to studies on dynamics, control, and navigation of mobile robots. A cargo ship scale model was chosen, which can be radio-controlled or operated autonomously through an embedded control system. A control program, which manages on board mission execution, is implemented on a microcontroller. Navigation is based on an electronic compass, which includes automatic compensation for pitch and roll motions. Heading control loop is based on this sensor, and on a rudder positioning system. A propulsion control system is also implemented. Typical manoeuvres as the turning test and "zig-zag", were implemented and tested. They are included on a manoeuvre library, and can be accessed independently or in combined modes. The embedded system is also in charge of signal acquisition and storing during the missions. It is possible to analyse experiments on identification of ship dynamics, control, and navigation, through the data transferred to a PC by serial communication. Navigation is going to be improved by including inertial sensors on board, and a DGPS. Preliminary tests are aimed to ship identification, and manoeuvrability, using free model tests. Future steps include extending this system for developing other mobile robots as, ROVs, AUVs, and aerial vehicles.

Single axis controlled attraction type magnetic bearing

This paper presents a new type of magnetic bearing with active control only in axial direction. The bearing uses two pairs of permanent magnets working in attraction mode to restrict the radial motion and a control system composed of two electromagnets, a gap sensor and a controller to keep the axis in a fixed axial position. The principle, the dynamic model for axial motion and the control system for this bearing are presented. Finally, by experiments conducted in a prototype, the effectiveness of the presented concept is shown.

Häiriöanalyysejä tehonkorotetun kiehutusvesivoimalaitoksen käytettävyyden varmistamiseksi

TVO suunnittelee reaktoritehon 10 %:n korotusta Olkiluoto 1 ja 2 -voimalaitoksille. Reaktoriteho nostetaan 2500 MW:sta 2750 MW:iin polttoaineen rikastusastetta nostamalla ja pääkiertovirtausta kasvattamalla. Samalla syöttövesivirtaus reaktoriin ja tuorehöyryvirtaus turpiineille kasvaa. Lauhteenpuhdistusjärjestelmän kapasiteettia ei voida kuitenkaan kasvattaa, joten massavirran lisäys toteutetaan ottamalla käyttöön korkeapainesivulauhteen eteenpäinpumppaus. Lauhteen esilämmityslinjojen, lauhteenpuhdistuksen ja syöttövesipumppujen massavirta säilyy siten nykyisellään. Muita merkittäviä tehonkorotukseen liittyviä laitosmuutoksia ovat pääkiertopumppujen uusinta ja korkeapaineturpiinin muutokset. Tehonkorotetun prosessin käytettävyyden varmistamiseksi tehdään häiriöanalyysejä Apros-prosessisimulointiohjelmistoa käyttäen. OL1 ja OL2 -laitoksista on olemassa validoitu 2500 MW:n laitosmalli, josta muokatulla 2750 MW:n laitosmallilla simuloinnit tehdään. Häiriöanalyysien avulla selvitetään säätöjärjestelmien kyky pitää prosessin tila hallinnassa ilman suojausautomaation laukeamista. Simuloituihin tapauksiin kuuluu pumppujen ja venttiilien vikaantumistapauksia sekä turpiini- ja reaktoripuolen pikasulku- ja osittaispikasulkutapauksia. Myös meriveden lämpötilan vaikutusta häiriötilanteisiin tarkastellaan. Analyysien perusteella voimalaitosten ohjaus- ja suojausautomaatio toimivat hyvin myös korotetulla teholla. Tehonkorotuksen jälkeiset suuremmat massavirrat aiheuttavat kuitenkin voimakkaampia reaktoripaineen ja -tehon vaihteluita varsinkin venttiilien sulkeutumistapauksissa. Simuloinnit osoittivat, että tehonkorotus 2500 MW:sta 2750 MW:iin on mahdollinen, mutta aiheuttaa pieniä muutoksia laitoksen suojausjärjestelmien laukaisurajoihin.

Venäjän sotilasreformi : asevoimien uusi ilme

Tässä työpaperissa Venäjän sotilasreformin tarkastelu painottuu maavoimiin. Muista puolustushaaroista käsitellään lyhyesti meri- ja ilmavoimia. Lisäksi käsitellään koulutus, reservi ja mobilisaatio, johtaminen, toiminnan ulkoistaminen ja sosiaaliset kysymykset sekä asevoimien varustaminen. Julkaisun lähdemateriaali on lähes kokonaan venäjänkielistä. Sen avulla esitetään venäläisten omat niin myönteiset kuin kriittiset näkemykset koskien Venäjän asevoimien sotilasreformia, uutta ilmettä. Venäjänkielisistä termeistä käytetään mahdollisimman vastaavaa tai kuvaavaa suomenkielistä ilmaisua.

Hydraulisen puomin avoimen piirin koordinaattiohjaus paine-ero-tilavuusvirta-approksimaation avulla

Diplomityön tavoitteena oli kehittää mahdollisimman hyvä koordinaattiohjaus. Sen tuli olla jälkiasennettavissa perinteisen ohjauksen rinnalle työkoneisiin, joissa on käytetty sähköohjattuja proportionaaliventtiileitä. Työssä keskityttiin tutkimaan suuntaventtiilin yli vallitsevasta paine-erosta saatavan tilavuusvirtatiedon hyödyntämistä ohjauksessa. Työn ensimmäisessä vaiheessa koordinaattiohjaus toteutettiin käyttäen 0-peittoisilla karoilla ja karan asematakaisinkytkennällä varustettuja suuntaventtiileitä. Hydrauliseen kuristukseen perustuen saatiin paine-erosta käyttökelpoista tilavuusvirtasignaalia ja koordinaattiohjauksen liikeradan seurannassa oli parhaimmillaan vain 3 cm:n virhe koenosturin työliikkeen pituudella. Toisessa vaiheessa käytettiin työkoneissa yleisesti esiintyvää positiivisin karapeitoin varustettua mobiiliventtiilistöä, jossa oli karakohtaiset painekompensaattorit. Painekompensaattoreiden takia ei paine-eron mittaaminen puhtaasti suuntaventtiilin karan yli ollut mahdollista, jonka takia tyydyttiin koordinaattiohjaus toteuttamaan ilman paineen mittausta luottaen painekompensaattoreiden toimintaan. Käytetyn venttiilistön kavitoinninestotoiminnon huomiointi ohjauksessa jäi ratkaisematta ja se ohitettiin vastusvastaventtiileiden avulla. Koordinaattiohjauksen tarkkuus mobiiliventtiileillä oli vaatimaton ja tulosten toistettavuus heikko. Tulosten perusteella todettiin avoimellakin koordinaattiohjauksella olevan mahdollista saavuttaa lupaava tarkkuus ammattikuljettajiin verrattuna. Mobiiliventtiilistöön liittyvät, työn aikana esiinnousseet epäkohdat olisi ratkaistava ennen käytettyjen menetelmien soveltamista käytännön kohteisiin.

Kaasupoljinohjeen toteuttaminen hybridilinja-auton säätöjärjestelmälle

Sähkö- ja hybridiajoneuvot yleistyvät tiukentuvien päästömääräysten seurauksena, koska sähkömoottoritekniikan avulla ajoneuvon kokonaishyötysuhdetta on mahdollista parantaa merkittävästi. Akkujen kapasiteettiin, kokoon, painoon ja latausaikoihin liittyvien ongelmien vuoksi sekä nestemäistä polttoainetta että sähköä hyödyntävä hybriditekniikka on toistaiseksi pelkkään sähkökäyttöön verrattuna usein toimivampi toteutus. Vanhojen hyötyajoneuvojen hybridikonversiot saattavatkin yleistyä, jos voidaan osoittaa, että konversio on toteutettavissa järkevin resurssein ja voidaan laatia konversion teknisiä haasteita helpottavia ohjeita. Syksyllä 2012 käynnistyi Lappeenrannan Teknillisen Yliopiston vetämä CAMBUS-projekti, jossa on tarkoitus kehittää kaupallisesti tarjolla olevia järjestelmiä pätevämpi hybriditekniikka linja-autokäyttöön. Tämä kandidaatintyö pyrkii kirjallisuuskatsauksen keinoin selvittämään, minkälainen kaasupolkimen toteutus olisi tätä hybridikonversiota ajatellen paras kuljettajan kontrolloiman säätöohjeen käytännön toteutukseen. Lähdemateriaalina on käytetty mm. Boschin ja Automobiltechnische Zeitschriftin ajoneuvoalan käsikirjoja ja oppikirjoja, Volkswagenin koulutuskäsikirjoja ja täydentävästi tieteellisiä artikkeleita ja patentteja. Niiden pohjalta on koottu yleisimmät tämänhetkiset tekniset toteutustavat, pohdittu tiedonsiirron ja sähkömagneettisen yhteensopivuuden haasteita, sekä kokonaissäätöjärjestelmän näkökulmasta säätöohjeen suuretta. Selvityksen perusteella polkimen asentotunnistuksen kannalta oleellista on turvallisuus, eli lähinnä mekaaninen kestävyys ja riittävä häiriösuojaus. Ajoneuvossa ilmeneviä voimakkaita magneettikenttiä hyvin sietävä digitaalinen väyläjärjestelmä voi hyvin toteutettuna myös yksinkertaistaa ajoneuvon sähköjärjestelmän muuta toteutusta. Aineistojen perusteella vääntömomentti on luonnollisin valinta ohjaussuureeksi. Vääntömomenttiohjeen avulla voidaan helposti luoda selkeä ja johdonmukainen tuntuma kuljettajalle voimanlähteiden turvalliseen hallintaan ja se helpottaa myös kommunikointia pidonhallintajärjestelmän ja muiden ajoneuvon hallintaan liittyvien järjestelmien kanssa.

DETECTION OF GLYPHOSATE-RESISTANT PALMER AMARANTH (Amaranthus palmeri) IN AGRICULTURAL AREAS OF MATO GROSSO, BRAZIL

ABSTRACT The recent introduction of Palmer amaranth (Amaranthus palmeri) in Brazilian agricultural areas may promote several changes on weed management, especially in no-till systems and in glyphosate-resistant crops, since glyphosate-resistant biotypes of A. palmerihave been frequently selected in other countries. Therefore, this research was developed in order to evaluate the glyphosate susceptibility of a Palmer amaranth biotype recently identified in the State of Mato Grosso, Brazil. For this purpose, glyphosate susceptibility of three Amaranthusbiotypes was compared: A.hybridus var. patulus, collected in the State of Rio Grande do Sul - Brazil; A.hybridus var. patulus, collected in the State of São Paulo - Brazil; and A.palmeri, collected in the State of Mato Grosso - Brazil. Dose-response curves were generated for all biotypes, considering eight rates of glyphosate and six replicates. All the experiments were repeated twice. Both A.hybridus biotypes were satisfactorily controlled by glyphosate, demanding rates equal to or lower than 541.15 g a.e. ha-1 for 80% control (LD80). The A.palmeri biotype was not controlled by glyphosate in any of the assessments and required rates greater than 4,500 g a.e. ha-1 to reach LD80, which are economically and environmentally unacceptable. Comparison of the Brazilian A.palmeri biotype to the A. hybridus biotypes, as well as, to the results available in scientific international literature, led to the conclusion that the Brazilian Palmer amaranth biotype is resistant to glyphosate.

Intelligent mapping of stresses in a hydraulic crane

Continuous loading and unloading can cause breakdown of cranes. In seeking solution to this problem, the use of an intelligent control system for improving the fatigue life of cranes in the control of mechatronics has been under study since 1994. This research focuses on the use of neural networks as possibilities of developing algorithm to map stresses on a crane. The intelligent algorithm was designed to be a part of the system of a crane, the design process started with solid works, ANSYS and co-simulation using MSc Adams software which was incorporated in MATLAB-Simulink and finally MATLAB neural network (NN) for the optimization process. The flexibility of the boom accounted for the accuracy of the maximum stress results in the ADAMS model. The flexibility created in ANSYS produced more accurate results compared to the flexibility model in ADAMS/View using discrete link. The compatibility between.ADAMS and ANSYS softwares was paramount in the efficiency and the accuracy of the results. Von Mises stresses analysis was more suitable for this thesis work because the hydraulic boom was made from construction steel FE-510 of steel grade S355 with yield strength of 355MPa. Von Mises theory was good for further analysis due to ductility of the material and the repeated tensile and shear loading. Neural network predictions for the maximum stresses were then compared with the co-simulation results for accuracy, and the comparison showed that the results obtained from neural network model were sufficiently accurate in predicting the maximum stresses on the boom than co-simulation.

Budjetointikäytännöt ja niiden kehittäminen vakuutusalalla

Budjetoinnin toimivuus jäykkänä suunnitteluprosessina kyseenalaistetaan tämän päivän nopeasti muuttuvassa toimintaympäristössä. Lisäksi sen merkitys johtamisen välineenä on ristiriitainen, eikä se välttämättä palvele strategisia tavoitteita. Perinteistä budjetointia kritisoivat tahot ovat kehittäneet uusia budjetointimenetelmiä, kuten toimintopohjaisen budjetoinnin ja Beyond budgeting -menetelmän. Tutkimuksessa haastateltiin kolmea vakuutusyhtiötä, tavoitteena on selvittää budjetoinnin merkitys vakuutusyhtiön talouden suunnittelussa ja kartoittaa kehitystarpeita taloussuunittelun toteuttamiselle ottaen huomioon toimialan erityispiirteet ja vaatimukset sekä ulkoinen toimintaympäristö. Tutkitut vakuutusyhtiöt kokivat käyttämänsä perinteisen vuosibudjetoinnin hyvänä taloussuunnittelun välineenä. Säätelyn kohteena olevilta vakuutusyhtiöiltä vaadi-taan tarkkaa pitkän tähtäimen talouden suunnittelua. Ulkoinen toimintaympäristö on ollut viime vuodet vakaa mahdollistaen taloussuunnittelun onnistumisen perinteisen vuosibudjetin keinoin.  

Johdon laskentatoimen ohjaus- ja hallintajärjestelmien hyödyntäminen yritysverkostoissa

Tutkimuksen aiheena on johdon laskentatoimen ohjaus- ja hallintajärjestelmien hyödyntäminen yritysverkostoissa. Yritysten välisten suhteiden hallinnassa käytettävät menetelmät koostuvat pääasiassa johdon laskentatoimen ja suorituskyvyn mittaamisen menetelmistä. Verkostojen ohjaus ja hallinta on tärkeää, koska se on verkostojen tehokkaan toiminnan kriittinen menestystekijä ja kilpailuedun lähde. Suorituskyvyn mittaamisella, johdon laskentatoimella ja johdon kontrollitehtävällä on keskenään riippuvuussuhteet, joiden pitäisi toimia sopusoinnussa. Suorituskyvyn mittaamisen ja johdon laskentatoimen tutkimus yritysten verkostoympäristöissä on kohtalaisen tuore ilmiö, jonka vuoksi aihealueen tutkimus on vielä varsin pirstaleista ja hajanaista. Tämän vuoksi tutkimuksen tavoite on muodostaa selkeä kokonaiskuva siitä kuinka johdon laskentatoimen ohjaus- ja hallintajärjestelmiä voidaan hyödyntää yritysverkostojen ohjauksessa ja hallinnassa. Tutkimuksessa myös selvitetään mitä haasteita näiden menetelmien hyödyntämiseen yritysverkostoissa sisältyy. Tutkimusaineistona on käytetty aikaisempia tutkimuksia sekä tutkimusta varten tehtyjä haastatteluita. Tutkimukseen haastateltiin neljästä yritysverkostosta henkilöitä, jotka vastasivat verkoston toiminnasta. Haastatteluiden avulla pyritään täydentämään kirjallisuuskatsauksen pohjalta luotua teoriaa ja selvittämään kuinka verkoston ohjaus- ja hallinta hoidetaan haastateltavissa verkostoissa, millä menetelmin ja mitä haasteita siihen liittyy. Verkostotoimintaan soveltuvien menetelmien ja suorituskykymittareiden kehittäminen on hankalaa, koska jokaisen verkoston tarpeet ja haasteet ovat erilaiset. Uusien menetelmien kehittämiselle ei nähdä tarvetta, vaan kyse on olemassa olevien menetelmien soveltamisesta verkostonäkökulmasta. Menetelmät on rakennettu yksittäisen yrityksen mittaamiseen, joten ne eivät sovellu sellaisenaan käytettäväksi verkostoihin, vaan niitä täytyy kehittää verkoston yksilöllisten tarpeiden mukaan. Tämä vaatii kuitenkin verkostolta osaamista ja halua kehittyä. Verkostojen haasteet liittyvät sekä yritystasolle että verkostotasolle. Yritysten tuottaman informaation, laskentajärjestelmien, tietotaidon, resurssien ja kehityshalun tulee olla hyvällä tasolla, jotta koko verkoston mittaaminen onnistuu luotettavasti. Lisäksi verkostotoiminta pitää sisällään laskentateknisiä, menetelmiin ja informaation vaihtamiseen liittyviä haasteita. Verkostoympäristön laskentatoimen tutkimuksessa ei ole yhtenäistä, laajasti hyväksyttyä teoriaa, koska tutkimussuuntaukset ja –tulokset ovat moniulotteisia ja vaihtelevia.