Background for Designing an Improved Digital Musical Keyboard Instrument

Electrical keyboard instruments and computer-aided music-making generally base on the piano keyboard that was developed for a tuning system no longer used. Alternative keyboard layout offers at least easier playing, faster adopting, new ways to play and better ergonomics. This thesis explores the development of keyboard instruments and tunings, and different keyboard layouts. This work is preliminary research for an electrical keyboard instrument to be implemented later on.

Adaptive control of Hydraulic Drive

Adaptive control systems are one of the most significant research directions of modern control theory. It is well known that every mechanical appliance’s behavior noticeably depends on environmental changes, functioning-mode parameter changes and changes in technical characteristics of internal functional devices. An adaptive controller involved in control process allows reducing an influence of such changes. In spite of this such type of control methods is applied seldom due to specifics of a controller designing. The work presented in this paper shows the design process of the adaptive controller built by Lyapunov’s function method for the Hydraulic Drive. The calculation needed and the modeling were conducting with MATLAB® software including Simulink® and Symbolic Math Toolbox™ etc. In the work there was applied the Jacobi matrix linearization of the object’s mathematical model and derivation of the suitable reference models based on Newton’s characteristic polynomial. The intelligent adaptive to nonlinearities algorithm for solving Lyapunov’s equation was developed. Developed algorithm works properly but considered plant is not met requirement of functioning with. The results showed confirmation that adaptive systems application significantly increases possibilities in use devices and might be used for correction a system’s behavior dynamics.

Globaalin toimintaympäristön vaikutukset johdon laskentatoimen asiantuntijan työnkuvassa

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, millaisia globalisaation aiheuttamia vaikutuksia näkyy suomalaisessa johdon laskentatoimessa ja johdon laskentatoimen asiantuntijoiden, eli controllereiden, työnkuvissa. Oli tärkeää selvittää, ovatko kansainväliset tekijät tuoneet jo liiallista haastavuutta controllerin työhön ja odotetaanko heiltä kenties jo liikaa. Teoriaosuudessa tutkittiin johdon laskentatoimea ja controller-toiminnon kehittymistä, sekä controllereilta vaadittavia ominaisuuksia ja piirteitä. Lisäksi globalisaatiota ja sen aiheuttamia vaikutuksia suomalaiseen johdon laskentatoimeen käytiin läpi. Tutkimus oli kvalitatiivinen ja toteutettiin haastattelemalla kahdeksaa suomalaista johdon laskentatoimen asiantuntijaa, jotka työskentelivät kansainvälisissä yhtiöissä useilla eri toimialoilla. Tutkimus osoitti kuinka kansainvälisestä ja laajasta alasta on kyse johdon laskentatoimesta puhuttaessa. Suuri joukko globaaleja tekijöitä vaikuttaa jatkuvasti controllereihin. Näiden luokittelu teemoittain osoittautui haastavaksi tehtäväksi ja on mahdotonta luoda kattava lista kaikista kansainvälisyyden tuomista vaikutuksista. Tärkeää oli havaita, ettei controller-toiminnon laajuutta koeta negatiivisena vaan ennemminkin sopivan haasteellisena asiana ja mielenkiinnon ylläpitäjänä.

Robust current control of a phase shifted full-bridge buck converter

In this thesis, the main point of interest is the robust control of a DC/DC converter. The use of reactive components in the power conversion gives rise to dynamical effects in DC/DC converters and the dynamical effects of the converter mandates the use of active control. Active control uses measurements from the converter to correct errors present in the converter’s output. The controller needs to be able to perform in the presence of varying component values and different kinds of disturbances in loading and noises in measurements. Such a feature in control design is referred as robustness. This thesis also contains survey of general properties of DC/DC converters and their effects on control design. In this thesis, a linear robust control design method is studied. A robust controller is then designed and applied to the current control of a phase shifted full bridge converter. The experimental results are shown to match simulations.

Sähköverkosta irti olevan pienhybridijärjestelmän toteutus

Lappeen siniset –partiolippukunnalla on käytössään leiripaikka Humaljärvellä, Lappeenrannassa. Leiripaikalla ei ole liityntää sähköverkkoon, joten leiripaikalle on asennettu kaksi erillistä aurinkovoimalla toimivaa sähköjärjestelmää. Leiripaikan sähköistetyt rakennukset ovat pääkämppä ja saunan sekä vanhan kämpän muodostama kokonaisuus. Aurinkopaneeleilla tuotettu sähköenergia varastoidaan akustoihin. Lippukunta on havainnot käytössä, ettei talvella tuotettu aurinkoenergia riitä kattamaan pääkämpän sähkönkulutusta, joten leiripaikalle on päätetty hankkia tuulivoimala lisäämään tuotantoa. Tässä kandidaatin työssä esitellään hybridijärjestelmään kuuluvien aurinko- ja tuulivoiman toimintaperiaatteita sekä näiden komponentteja. Aurinko- ja tuulivoimalla tuotetulle sähköenergialle lasketaan arviot, joita verrataan leiripaikan sähköjärjestelmän arvioituun kulutukseen. Leiripaikalle tulevaa tuuliturbiinia ja sen lataussäädintä testataan laboratoriossa, jotta varmistutaan niiden soveltuvuudesta sekä toimivuudesta kohteeseen. Testausten ja laitteiden datalehtien avulla suunnitellaan leiripaikalle toimiva hybridijärjestelmä, joka kattaa leiripaikan ympärivuotisen sähkönkulutuksen.

Minimizing Conducted RF-Emissions in Switch Mode Power Supplies Using Spread-Spectrum Techniques

Switching power supplies are usually implemented with a control circuitry that uses constant clock frequency turning the power semiconductor switches on and off. A drawback of this customary operating principle is that the switching frequency and harmonic frequencies are present in both the conducted and radiated EMI spectrum of the power converter. Various variable-frequency techniques have been introduced during the last decade to overcome the EMC problem. The main objective of this study was to compare the EMI and steady-state performance of a switch mode power supply with different spread-spectrum/variable-frequency methods. Another goal was to find out suitable tools for the variable-frequency EMI analysis. This thesis can be divided into three main parts: Firstly, some aspects of spectral estimation and measurement are presented. Secondly, selected spread spectrum generation techniques are presented with simulations and background information. Finally, simulations and prototype measurements from the EMC and the steady-state performance are carried out in the last part of this work. Combination of the autocorrelation function, the Welch spectrum estimate and the spectrogram were used as a substitute for ordinary Fourier methods in the EMC analysis. It was also shown that the switching function can be used in preliminary EMC analysis of a SMPS and the spectrum and autocorrelation sequence of a switching function correlates with the final EMI spectrum. This work is based on numerous simulations and measurements made with the prototype. All these simulations and measurements are made with the boost DC/DC converter. Four different variable-frequency modulation techniques in six different configurations were analyzed and the EMI performance was compared to the constant frequency operation. Output voltage and input current waveforms were also analyzed in time domain to see the effect of the spread spectrum operation on these quantities. According to the results presented in this work, spread spectrum modulation can be utilized in power converter for EMI mitigation. The results from steady-state voltage measurements show, that the variable-frequency operation of the SMPS has effect on the voltage ripple, but the ripple measured from the prototype is still acceptable in some applications. Both current and voltage ripple can be controlled with proper main circuit and controller design.

Study of Control Methods of a High-Frequency Cycloconverter for Domestic Induction Heating Appliances

A high-frequency cyclonverter acts as a direct ac-to-ac power converter circuit that does not require a diode bidge rectifier. Bridgeless topology makes it possible to remove forward voltage drop losses that are present in a diode bridge. In addition, the on-state losses can be reduced to 1.5 times the on-state resistance of switches in half-bridge operation of the cycloconverter. A high-frequency cycloconverter is reviewed and the charging effect of the dc-capacitors in ``back-to-back'' or synchronous mode operation operation is analyzed. In addition, a control method is introduced for regulating dc-voltage of the ac-side capacitors in synchronous operation mode. The controller regulates the dc-capacitors and prevents switches from reaching overvoltage level. This can be accomplished by variating phase-shift between the upper and the lower gate signals. By adding phase-shift between the gate signal pairs, the charge stored in the energy storage capacitors can be discharged through the resonant load and substantially, the output resonant current amplitude can be improved. The above goals are analyzed and illustrated with simulation. Theory is supported with practical measurements where the proposed control method is implemented in an FPGA device and tested with a high-frequency cycloconverter using super-junction power MOSFETs as switching devices.

Suorituskykymittariston rakentaminen ja kehittämisen haasteet öljyliiketoiminta-alan logistisessa organisaatiossa

Yrityksen oman toiminnan ja tehokkuuden analysointi mittaamalla sen suoritus-kykyä on yritysjohdolle oiva keino saada parempi tietoisuus resurssikäytöstä ja strategian toteutumisesta. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että perinteinen taloudellisen tiedon seuranta ei itsessään riitä liiketoiminnan kattavassa seuran-nassa. Tutkimuksen tavoitteena oli rakentaa suorituskykymittaristo öljyliiketoiminta-alan logistiseen organisaatioon siten, että mittaristo täyttää organisaation mittaamisen päämäärät mahdollisimman tehokkaasti. Suorituskykymittariston osa-alueet ra-kennettiin kohdeorganisaation kriittisten menestystekijöiden perusteella luotujen näkökulmien avulla. Kohdeorganisaation erityspiirteenä oli toiminta osana toimi-tusketjua, johon kuuluivat öljytuotteiden varastointi ja hallittu logistinen operointi perustuen alan standardeihin. Rakennettu suorituskykymittaristo keskittyi turvalli-suus-, kustannustehokkuus- ja tuotehallintatekijöihin tähtäimenä organisaation strategiset tavoitteet. Tutkimus jakaantui teoria- ja empiriaosuuteen. Teoriaosassa tarkasteltiin suoritus-kyvyn mittaamisen merkitystä, suorituskykymittariston rakentamista ja suoritus-kyvyn mittaamisen keskeisiä haasteita. Empiriaosuudessa kerrottiin kohdeorgani-saation erityispiirteet ja kuvattiin suorituskykymittariston kehittäminen kohdeor-ganisaatiossa. Käytetyn tapaustutkimusmenetelmän avulla nostettiin esiin suori-tuskyvyn mittaamisen haasteita ratkaisuineen. Kohdeorganisaation suorituskyvyn mittaamisesta kerätty tieto päädyttiin koosta-maan kerran kuukaudessa päivitettävälle tuloskortille organisaation controllerin toimesta. Tuloskortin rakentamis- ja kehitystyö toteutettiin kahden vuoden aikana. Sen tärkeimmät mittarit pohjautuivat turvallisuuden, kustannustehokkuuden ja käyttöomaisuuden kriittisiin menestystekijöihin, jotka heijastuivat organisaation strategiasta. Tuloskortista saatiin toimiva työkalu johdon käyttöön. Tutkimuksen jatkokehityskohteiksi jäivät tuloskortin kevyempi kuukausipäivitys ja ennustemit-tareiden kehittäminen strategian seurannan tueksi.

SDN in an ISP Environment

As computer networks grow larger and more complex there is a need for a new, simpler kind of approach to configuring them. Software Defined Networking (SDN) takes the control plane away from individual nodes and centralizes the network control by utilizing a flow based traffic management. In this thesis the suitability of SDN in a small ISP (Internet Service Provider) network is considered for an alternative to the current traditional core network and access network OSSs (Operations Support System), mainly to simplify the network management but also to see what else would SDN offer for such an environment. Combining information learned from a theoretical study on the matter to a more practical experiment of SDN network simulation using Mininet simulation software and OpenDayLight SDN controller software does this. Although the simulation shows that SDN is able to provide the functionality needed for the network, the immaturity of the technology suggests that for a small ISP network there is no need to utilize SDN just yet. For when SDN becomes more commonplace a brief transition plan is introduced.

Korkeasti kuormitetun soodakattilan likaantumisen ja päästöjen vähentäminen

Tässä työssä perehdytään korkeasti kuormitettujen soodakattiloiden tyypillisiin ongelmiin. Ongelmia ovat likaantuminen ja tukkeutuminen sekä liialliset päästöt. Työn teoriaosassa esitetään taustat likaantumiselle ja päästöjen muodostumiselle. Molemmat johtuvat suurelta osin tulipesän huonosta toiminnasta. Soodakattilan ilmajärjestelmä ja mustalipeän ruiskutus vaikuttavat tulipesän toimintaan. Usein tulipesän toimintaa voidaan parantaa ilmajärjestelmän ja lipeänruiskutuksen säätöjä muuttamalla. Suurempi muutos tulipesän toimintaan saadaan uusimalla perinteinen sekundääri-ilmajärjestelmä vertikaali-ilmajärjestelmäksi. Nykyaikainen vertikaali-ilmajärjestelmä sekoittaa savukaasut tehokkaasti ja saa aikaan tasaisemman virtauksen tulipesään. Myös mustalipeän korkea kloori- ja kaliumpitoisuus voivat aiheuttaa lämpöpintojen likaantumista. Oikea nuohointen sijainti on tärkeä tekijä kattilan puhtaana pysymisen kannalta. Työn kokeellisessa osassa selvitetään, kuinka erään eukalyptussellutehtaan korkeasti kuormitetun soodakattilan käytettävyyttä voidaan parantaa ja kapasiteettia nostaa soodakattilan toimintaa virittämällä. Kattilan nykyinen ajomalli ja ongelmat selvitettiin. Tulipesän toimintaa testattiin muuttamalla ilmajakoa primääri-, sekundääri- ja tertiääri-ilman välillä ja muuttamalla sekundääri-ilman syöttöä tulipesään. Testien ja kerätyn tiedon perusteella voitiin päätellä, miten soodakattilaa kannattaa modernisoida kapasiteetin nostamiseksi ja käytettävyyden parantamiseksi. Usein tulipesän toimintaa ja käytettävyyttä voidaan parantaa paljon jo pienilläkin muutostöillä. Kapasiteetin nostaminen vaatii tavallisesti suuremman investoinnin ja pidennetyn vuosihuoltoseisokin.

Deep generative models for facial keypoints detection

A new area of machine learning research called deep learning, has moved machine learning closer to one of its original goals: artificial intelligence and general learning algorithm. The key idea is to pretrain models in completely unsupervised way and finally they can be fine-tuned for the task at hand using supervised learning. In this thesis, a general introduction to deep learning models and algorithms are given and these methods are applied to facial keypoints detection. The task is to predict the positions of 15 keypoints on grayscale face images. Each predicted keypoint is specified by an (x,y) real-valued pair in the space of pixel indices. In experiments, we pretrained deep belief networks (DBN) and finally performed a discriminative fine-tuning. We varied the depth and size of an architecture. We tested both deterministic and sampled hidden activations and the effect of additional unlabeled data on pretraining. The experimental results show that our model provides better results than publicly available benchmarks for the dataset.

Arduino-pohjainen OBD2-lukija SAE J1850 VPW protokollatuella

Kandidaatintyössä toteutetaan OBD2 (On-Board Diagnostics 2) -lukija ajoneuvon päästöjenhallintajärjestelmän diagnostiikkatiedoille yleiskäyttöisellä mikro-ohjaimella. Lukija tukee tiedonsiirtoprotokollana SAE J1850 VPW protokollaa. Mikro-ohjaimena on Atmel Corporationin AVR ATMega328. Työn tavoitteena on havainnoida vastaantulevia käytännön ongelmia ja haasteita mikro-ohjaimen käytöllä tiedonsiirtoprotokollan toteutukseen, ja verrata toteutettua järjestelmää kaupallisiin OBD2-lukijoihin. Työn johtopäätöksenä havaitaan mikro-ohjaimen suorituskyvyn rajoitteet ja sen tuomat toiminnan epävarmuustekijät. Työssä myös todetaan, että mikro-ohjain soveltuu tiedonsiirtoprotokollan toteutukseen kun rajoitteet otetaan huomioon. Kaupallisiin lukijoihin verrattuna yleiskäyttöiseen mikro-ohjaimeen perustuva toteutettu järjestelmä on kalliimpi ja toiminnoiltaan suppeampi. Mikro-ohjaimeen perustuva järjestelmä on kuitenkin muokattavissa ja laajennettavissa tarvittaessa, jolloin toteutukseen voidaan saada kaupallisista järjestelmistä mahdollisesti puuttuvia ominaisuuksia, kuten valmistajakohtaisia protokollia ja toimintoja, joita ei ole määritelty OBD2:ssa. Yhtenä esimerkkinä tällaisesta toiminnosta voi mainita ajoneuvoissa yleistyvän sähköisen käsijarrun säätöä ohjaavat komennot jarruhuoltoa varten.

Different responses of the GlnB and GlnZ proteins upon in vitro uridylylation by the Azospirillum brasilense GlnD protein

Azospirillum brasilense is a diazotroph found in association with important agricultural crops. In this organism, the regulation of nitrogen fixation by ammonium ions involves several proteins including the uridylyltransferase/uridylyl-removing enzyme, GlnD, which reversibly uridylylates the two PII proteins, GlnB and GlnZ, in response to the concentration of ammonium ions. In the present study, the uridylylation/deuridylylation cycle of A. brasilense GlnB and GlnZ proteins by GlnD was reconstituted in vitro using the purified proteins. The uridylylation assay was analyzed using non-denaturing polyacrylamide gel electrophoresis and fluorescent protein detection. Our results show that the purified A. brasilense GlnB and GlnZ proteins were uridylylated by the purified A. brasilense GlnD protein in a process dependent on ATP and 2-oxoglutarate. The dependence on ATP for uridylylation was similar for both proteins. On the other hand, at micromolar concentration of 2-oxoglutarate (up to 100 µM), GlnB uridylylation was almost twice that of GlnZ, an effect that was not observed at higher concentrations of 2-oxoglutarate (up to 10 mM). Glutamine inhibited uridylylation and stimulated deuridylylation of both GlnB and GlnZ. However, glutamine seemed to inhibit GlnZ uridylylation more efficiently. Our results suggest that the differences in the uridylylation pattern of GlnB and GlnZ might be important for fine-tuning of the signaling pathway of cellular nitrogen status in A. brasilense.

Synergistic control of forearm based on accelerometer data and artificial neural networks

In the present study, we modeled a reaching task as a two-link mechanism. The upper arm and forearm motion trajectories during vertical arm movements were estimated from the measured angular accelerations with dual-axis accelerometers. A data set of reaching synergies from able-bodied individuals was used to train a radial basis function artificial neural network with upper arm/forearm tangential angular accelerations. The trained radial basis function artificial neural network for the specific movements predicted forearm motion from new upper arm trajectories with high correlation (mean, 0.9149-0.941). For all other movements, prediction was low (range, 0.0316-0.8302). Results suggest that the proposed algorithm is successful in generalization over similar motions and subjects. Such networks may be used as a high-level controller that could predict forearm kinematics from voluntary movements of the upper arm. This methodology is suitable for restoring the upper limb functions of individuals with motor disabilities of the forearm, but not of the upper arm. The developed control paradigm is applicable to upper-limb orthotic systems employing functional electrical stimulation. The proposed approach is of great significance particularly for humans with spinal cord injuries in a free-living environment. The implication of a measurement system with dual-axis accelerometers, developed for this study, is further seen in the evaluation of movement during the course of rehabilitation. For this purpose, training-related changes in synergies apparent from movement kinematics during rehabilitation would characterize the extent and the course of recovery. As such, a simple system using this methodology is of particular importance for stroke patients. The results underlie the important issue of upper-limb coordination.

Chromatic spatial contrast sensitivity estimated by visual evoked cortical potential and psychophysics

The purpose of the present study was to measure contrast sensitivity to equiluminant gratings using steady-state visual evoked cortical potential (ssVECP) and psychophysics. Six healthy volunteers were evaluated with ssVECPs and psychophysics. The visual stimuli were red-green or blue-yellow horizontal sinusoidal gratings, 5° × 5°, 34.3 cd/m2 mean luminance, presented at 6 Hz. Eight spatial frequencies from 0.2 to 8 cpd were used, each presented at 8 contrast levels. Contrast threshold was obtained by extrapolating second harmonic amplitude values to zero. Psychophysical contrast thresholds were measured using stimuli at 6 Hz and static presentation. Contrast sensitivity was calculated as the inverse function of the pooled cone contrast threshold. ssVECP and both psychophysical contrast sensitivity functions (CSFs) were low-pass functions for red-green gratings. For electrophysiology, the highest contrast sensitivity values were found at 0.4 cpd (1.95 ± 0.15). ssVECP CSF was similar to dynamic psychophysical CSF, while static CSF had higher values ranging from 0.4 to 6 cpd (P < 0.05, ANOVA). Blue-yellow chromatic functions showed no specific tuning shape; however, at high spatial frequencies the evoked potentials showed higher contrast sensitivity than the psychophysical methods (P < 0.05, ANOVA). Evoked potentials can be used reliably to evaluate chromatic red-green CSFs in agreement with psychophysical thresholds, mainly if the same temporal properties are applied to the stimulus. For blue-yellow CSF, correlation between electrophysiology and psychophysics was poor at high spatial frequency, possibly due to a greater effect of chromatic aberration on this kind of stimulus.