Loss Modelling of Three-Level Inverters controlled with Space Vector Modulation Technique

The objective of this master’s thesis is to investigate the loss behavior of three-level ANPC inverter and compare it with conventional NPC inverter. The both inverters are controlled with mature space vector modulation strategy. In order to provide the comparison both accurate and detailed enough NPC and ANPC simulation models should be obtained. The similar control model of SVM is utilized for both NPC and ANPC inverter models. The principles of control algorithms, the structure and description of models are clarified. The power loss calculation model is based on practical calculation approaches with certain assumptions. The comparison between NPC and ANPC topologies is presented based on results obtained for each semiconductor device, their switching and conduction losses and efficiency of the inverters. Alternative switching states of ANPC topology allow distributing losses among the switches more evenly, than in NPC inverter. Obviously, the losses of a switching device depend on its position in the topology. Losses distribution among the components in ANPC topology allows reducing the stress on certain switches, thus losses are equally distributed among the semiconductors, however the efficiency of the inverters is the same. As a new contribution to earlier studies, the obtained models of SVM control, NPC and ANPC inverters have been built. Thus, this thesis can be used in further more complicated modelling of full-power converters for modern multi-megawatt wind energy conversion systems.

Quantum Tomography with Phase Space Measurements

This thesis addresses the use of covariant phase space observables in quantum tomography. Necessary and sufficient conditions for the informational completeness of covariant phase space observables are proved, and some state reconstruction formulae are derived. Different measurement schemes for measuring phase space observables are considered. Special emphasis is given to the quantum optical eight-port homodyne detection scheme and, in particular, on the effect of non-unit detector efficiencies on the measured observable. It is shown that the informational completeness of the observable does not depend on the efficiencies. As a related problem, the possibility of reconstructing the position and momentum distributions from the marginal statistics of a phase space observable is considered. It is shown that informational completeness for the phase space observable is neither necessary nor sufficient for this procedure. Two methods for determining the distributions from the marginal statistics are presented. Finally, two alternative methods for determining the state are considered. Some of their shortcomings when compared to the phase space method are discussed.

Muukalainen aviovuoteessa : I married a monster for outer space (1958) ja invaasioelokuvan sukupuolittuneet todellisuudet

Teemanumero 1/2011 : Kauhut ja pelot.

THE ROLE OF INFORMATION TECHNOLOGY IN CREATING SUSTAINABILITY VALUE FOR FINANCIAL INSTITUTIONS IN 2020 : a scenario planning approach

The growing importance of global sustainability issues has been causing many changes to the financial services industry. Facts such as climate change, social development and the financial crisis in 2008 have been making banks reconsider the manner that they consider environmental, social and economic factors in their decision-making process. At the same time, information technology (IT) has been transforming the financial service industry and its fast development has casted doubts on the way it should be managed within an organization. This current changing environment brings a number of uncertainties to the future that cannot be addressed using traditional forecasting techniques. This research investigates how IT can bring value to sustainability in the financial service industry in 2020. Through the use of a scenario planning technique, we analyzed how trends in the current environment (considering the relation between sustainability, financial institutions an IT) can lead to four different future scenarios. Then, we discussed how IT can improve a bank’s sustainability performance, considering the limitations of each scenario.

Analysis and validation of space averaged drag model for numerical simulations of gas-solid flows in fluidized beds

This thesis presents an approach for formulating and validating a space averaged drag model for coarse mesh simulations of gas-solid flows in fluidized beds using the two-fluid model. Proper modeling for fluid dynamics is central in understanding any industrial multiphase flow. The gas-solid flows in fluidized beds are heterogeneous and usually simulated with the Eulerian description of phases. Such a description requires the usage of fine meshes and small time steps for the proper prediction of its hydrodynamics. Such constraint on the mesh and time step size results in a large number of control volumes and long computational times which are unaffordable for simulations of large scale fluidized beds. If proper closure models are not included, coarse mesh simulations for fluidized beds do not give reasonable results. The coarse mesh simulation fails to resolve the mesoscale structures and results in uniform solids concentration profiles. For a circulating fluidized bed riser, such predicted profiles result in a higher drag force between the gas and solid phase and also overestimated solids mass flux at the outlet. Thus, there is a need to formulate the closure correlations which can accurately predict the hydrodynamics using coarse meshes. This thesis uses the space averaging modeling approach in the formulation of closure models for coarse mesh simulations of the gas-solid flow in fluidized beds using Geldart group B particles. In the analysis of formulating the closure correlation for space averaged drag model, the main parameters for the modeling were found to be the averaging size, solid volume fraction, and distance from the wall. The closure model for the gas-solid drag force was formulated and validated for coarse mesh simulations of the riser, which showed the verification of this modeling approach. Coarse mesh simulations using the corrected drag model resulted in lowered values of solids mass flux. Such an approach is a promising tool in the formulation of appropriate closure models which can be used in coarse mesh simulations of large scale fluidized beds.

Imaging of Tumour Microenvironment for the Planning of Oncological Therapies Using Positron Emission Tomography

Tumour cells differ from normal tissue cells in several important ways. These differences, like for example changed energy metabolism, result in altered microenvironment of malignant tumours. Non-invasive imaging of tumour microenvironment has been at the centre of intense research recently due to the important role that this changed environement plays in the development of malignant tumours and due to the role it plays in the treatment of these tumours. In this respect, perhaps the most important characteristics of the tumour microenvironment from this point of view are the lack of oxygen or hypoxia and changes in blood flow (BF). The purpose of this thesis was to investigate the processes of energy metabolism, BF and oxygenation in head and neck cancer and pancreatic tumours and to explore the possibilities of improving the methods for their quantification using positron emission tomography (PET). To this end [18F]EF5, a new PET tracer for detection of tumour hypoxia was investigated. Favourable uptake properties of the tracer were observed. In addition, it was established that the uptake of this tracer does not correlate with the uptake of existing tracers for the imaging of energy metabolism and BF, so the information about the presence of tissue hypoxia cannot therefore be obtained using tracers such as [18F]FDG or [15O]H2O. These results were complemented by the results of the follow-up study in which it was shown that the uptake of [18F]EF5 in head and neck tumours prior to treatment is also associated with the overall survival of the patients, indicating that tumour hypoxia is a negative prognostic factor and might be associated with therapeutic resistance. The influences of energy metabolism and BF on the survival of patients with pancreatic cancer were investigated in the second study. The results indicate that the best predictor of survival of patients with pancreatic cancer is the relationship between energy metabolism and BF. These results suggest that the cells with high metabolic activity in a hypoperfused tissue have the most aggressive phenotype.

Puomiankkurin uudelleensuunnittelu ja valmistus

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut suunnitella uusi öljyntorjunnassa käytettävä puomiankkuri. Nykyisin käytössä olevat ankkurit ovat painavia, paljon tilaa vieviä, jäykkiä rakenteeltaan ja hankalia käyttää. Työn tavoitteena on ollut suunnitella rakenne, jossa muotoilun avulla pyritään korvaamaan ankkurin painoa ja saavuttaa hyvä tunkeutuminen eri pohjalaaduissa. Ankkurin suunnitteluun kuuluu merkittävänä osana materiaalinvalintaprosessi, jonka perusteella materiaaliksi valittiin kulutusteräs. Kulutusteräksen korkea lujuus ja hyvä kulumiskestävyys mahdollistavat ohuemman materiaalin käytön rakenteessa, jonka seurauksena rakenteen painoa saatiin vähennettyä merkittävästi. Ankkurin rakenteen suunnittelussa käytettiin hyväksi nykyisiä ankkurin rakenteita, joiden pohjalta hahmoteltiin eri variaatioita ankkureista. Suunnittelutyössä käytettiin hyväksi tyypillisiä ankkurirakenteita hyvien puolien kannalta, joita pyrittiin toteuttamaan uudessa ankkuri- rakenteessa. Ankkurin suunnittelu toteutettiin järjestelmällisen suunnittelun avulla, jossa ensin laadittiin ankkurille vaatimuslista. Tämän jälkeen laadittiin ankkurille toimintorakenne ja jakaminen osatoimintoihin. Ankkurin rakenteista toteutettiin kaksi eri versiota: sisävesillä ja merialueilla käytettävät ankkurit, joille laadittiin mitoitus. Työssä suunnitellun terävän tunkeutumisosan ja optimaalisen tunkeutumiskulman avulla ankkureiden painoa saatiin huomattavasti alhaisemmaksi, jonka seurauksena ankkurille saatiin kevyempi rakenne ja materiaalikustannukset pienenivät merkittävästi. Uusien ankkurien rakenne on pienemmän koon ja painon ansiosta käyttäjäystävällisempi.

Puomiankkurin uudelleensuunnittelu ja valmistus

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut suunnitella uusi öljyntorjunnassa käytettävä puomiankkuri. Nykyisin käytössä olevat ankkurit ovat painavia, paljon tilaa vieviä, jäykkiä rakenteeltaan ja hankalia käyttää. Työn tavoitteena on ollut suunnitella rakenne, jossa muotoilun avulla pyritään korvaamaan ankkurin painoa ja saavuttaa hyvä tunkeutuminen eri pohjalaaduissa. Ankkurin suunnitteluun kuuluu merkittävänä osana materiaalinvalintaprosessi, jonka perusteella materiaaliksi valittiin kulutusteräs. Kulutusteräksen korkea lujuus ja hyvä kulumiskestävyys mahdollistavat ohuemman materiaalin käytön rakenteessa, jonka seurauksena rakenteen painoa saatiin vähennettyä merkittävästi. Ankkurin rakenteen suunnittelussa käytettiin hyväksi nykyisiä ankkurin rakenteita, joiden pohjalta hahmoteltiin eri variaatioita ankkureista. Suunnittelutyössä käytettiin hyväksi tyypillisiä ankkurirakenteita hyvien puolien kannalta, joita pyrittiin toteuttamaan uudessa ankkuri- rakenteessa. Ankkurin suunnittelu toteutettiin järjestelmällisen suunnittelun avulla, jossa ensin laadittiin ankkurille vaatimuslista. Tämän jälkeen laadittiin ankkurille toimintorakenne ja jakaminen osatoimintoihin. Ankkurin rakenteista toteutettiin kaksi eri versiota: sisävesillä ja merialueilla käytettävät ankkurit, joille laadittiin mitoitus. Työssä suunnitellun terävän tunkeutumisosan ja optimaalisen tunkeutumiskulman avulla ankkureiden painoa saatiin huomattavasti alhaisemmaksi, jonka seurauksena ankkurille saatiin kevyempi rakenne ja materiaalikustannukset pienenivät merkittävästi. Uusien ankkurien rakenne on pienemmän koon ja painon ansiosta käyttäjäystävällisempi.

Reflexive Space. A Constructionist Model of the Russian Reflexive Marker

This study examines the structure of the Russian Reflexive Marker ( ся/-сь) and offers a usage-based model building on Construction Grammar and a probabilistic view of linguistic structure. Traditionally, reflexive verbs are accounted for relative to non-reflexive verbs. These accounts assume that linguistic structures emerge as pairs. Furthermore, these accounts assume directionality where the semantics and structure of a reflexive verb can be derived from the non-reflexive verb. However, this directionality does not necessarily hold diachronically. Additionally, the semantics and the patterns associated with a particular reflexive verb are not always shared with the non-reflexive verb. Thus, a model is proposed that can accommodate the traditional pairs as well as for the possible deviations without postulating different systems. A random sample of 2000 instances marked with the Reflexive Marker was extracted from the Russian National Corpus and the sample used in this study contains 819 unique reflexive verbs. This study moves away from the traditional pair account and introduces the concept of Neighbor Verb. A neighbor verb exists for a reflexive verb if they share the same phonological form excluding the Reflexive Marker. It is claimed here that the Reflexive Marker constitutes a system in Russian and the relation between the reflexive and neighbor verbs constitutes a cross-paradigmatic relation. Furthermore, the relation between the reflexive and the neighbor verb is argued to be of symbolic connectivity rather than directionality. Effectively, the relation holding between particular instantiations can vary. The theoretical basis of the present study builds on this assumption. Several new variables are examined in order to systematically model variability of this symbolic connectivity, specifically the degree and strength of connectivity between items. In usage-based models, the lexicon does not constitute an unstructured list of items. Instead, items are assumed to be interconnected in a network. This interconnectedness is defined as Neighborhood in this study. Additionally, each verb carves its own niche within the Neighborhood and this interconnectedness is modeled through rhyme verbs constituting the degree of connectivity of a particular verb in the lexicon. The second component of the degree of connectivity concerns the status of a particular verb relative to its rhyme verbs. The connectivity within the neighborhood of a particular verb varies and this variability is quantified by using the Levenshtein distance. The second property of the lexical network is the strength of connectivity between items. Frequency of use has been one of the primary variables in functional linguistics used to probe this. In addition, a new variable called Constructional Entropy is introduced in this study building on information theory. It is a quantification of the amount of information carried by a particular reflexive verb in one or more argument constructions. The results of the lexical connectivity indicate that the reflexive verbs have statistically greater neighborhood distances than the neighbor verbs. This distributional property can be used to motivate the traditional observation that the reflexive verbs tend to have idiosyncratic properties. A set of argument constructions, generalizations over usage patterns, are proposed for the reflexive verbs in this study. In addition to the variables associated with the lexical connectivity, a number of variables proposed in the literature are explored and used as predictors in the model. The second part of this study introduces the use of a machine learning algorithm called Random Forests. The performance of the model indicates that it is capable, up to a degree, of disambiguating the proposed argument construction types of the Russian Reflexive Marker. Additionally, a global ranking of the predictors used in the model is offered. Finally, most construction grammars assume that argument construction form a network structure. A new method is proposed that establishes generalization over the argument constructions referred to as Linking Construction. In sum, this study explores the structural properties of the Russian Reflexive Marker and a new model is set forth that can accommodate both the traditional pairs and potential deviations from it in a principled manner.

Hakkeen kuivaus ennen varastointia ja biopolttoaineterminaalin suunnittelu

Lempäälään aiotaan rakentaa uusi kaukolämpölaitos, jossa polttoaineena käytettäisiin haketta. Nykyään Lempäälässä tuotetaan kaukolämpöä maakaasulla, jonka käyttämisestä halutaan siirtyä käyttämään lähialueilta saatavaa biopolttoainetta. Tässä työssä halutaan selvittää, mitä hyötyjä saataisiin hakkeen koneellisesta kuivauksesta. Työn toisena tavoitteena on suunnitella ja pohtia biopolttoaineterminaalin rakentamista sekä käsitellä hakkeen varastointia yleensä. Työssä tutustutaan hakkeeseen aiheesta kertovan kirjallisuuden avulla. Työssä on myös laskettu hakkeen kuivauksesta saatavia hyötyjä hakkeen lämpöarvoon sekä energiatiheyteen. Erityisesti perehdytään metsätähdehakkeeseen, rankahakkeeseen, kuorihakkeeseen sekä sahanpuruun. Laskelmien tuloksista on havaittu, että suurin hyöty hakkeen energiatiheyden parantumisessa saadaan kun hake kuivataan 35 % kosteuspitoisuuteen. Tämän jälkeen energiatiheyden paraneminen tapahtuu hitaammin. Hakkeen kuivauksesta saadaan myös muita hyötyjä kuin energiatiheyden paraneminen. Kuivan hakkeen käsittelyn ja varastoinnin on havaittu olevan vaivattomampaa kuin märän hakkeen. Biopolttoaineterminaalin ja voimalaitoksen tulisi sijaita rinnakkain, jotta hakkeen kuivauksesta saadaan mahdollisimman kustannustehokasta. Näin ollen syntyisi myös säästöjä hakkeen kuljetuksen suhteen. Biopolttoaineterminaalin rakentamista varten tarvittaisiin tilaa alustavien laskelmien perusteella noin yksi hehtaari. Työssä on myös laskettu biopolttoaineterminaalin rakentamisesta aiheutuvia kustannuksia sekä hakkeen kuljetuksesta koituvia logistiikka kustannuksia. Haketerminaalin ja voimalaitoksen sijaintia Lempäälässä on myös kartoitettu.

Plan B from Outer Space - InsomniaGame-pelin suunnittelu ja toteutus 2010–2011

InsomniaGame oli Turun yliopiston digitaalisen kulttuurin oppiaineen ja Insomnia verkkopeliyhdistyksen yhteistyössä vuosina 2010 ja 2011 toteuttama pelikonseptikokeilu. InsomniaGame oli osa laajempaa ”CoEx: Yhteisöllistä tekemistä tukevat tilat kokemusten jakamisessa” kaksivuotista (1.10.2009–31.12.2011) hanketta, jonka toteuttivat yhteistyössä Turun yliopiston Porin yksikkö, Tampereen teknillisen yliopiston Porin yksikkö ja Tampereen yliopisto. Hankkeen tavoitteena oli toteuttaa sosiaalista mediaa, yhteisöllisyyttä ja lisättyä todellisuutta hyödyntäviä virtuaalisia ja julkisia tiloja, joissa käyttäjät voivat jakaa kokemuksia. Tutkimus on luonteeltaan soveltava pro gradu -tutkielma, joka sisältää kaksi vuotta kestäneen ja kaksi pelisovellusta sisältävän työosuuden. InsomniaGame koostui erilaisista pelaajien suorittamista tehtävistä, pelialustasta sekä taustatarinasta. Päätutkimuskysymykset ovat: Mitkä tekijät vaikuttivat pelisuunnitteluprosessiin ja miten? Työ esittelee InsomniaGame-pelin kehityksen. Erityistarkastelussa ovat suunnitteluprosessin ja pelin sisällölliset muutokset sekä niihin vaikuttaneet tekijät. Pelin kehitys perustui pääasiassa erilaisiin dokumentteihin, joita käytettiin suunnittelun apuvälineenä sekä viestinnässä projektin eri toimijoiden kesken. Tutkimus pyrkii syntyneiden dokumenttien sekä pelisuunnittelijoiden muistin perusteella rekonstruoimaan InsomniaGame-pelisovelluksen kehityskaaren. InsomniaGamen kehityksessä oli monia tekijöitä, jotka muuttuivat sen kehityskaaren aikana. Itse pelin sisältö, kuten myös suunnittelutapa, muuttuivat kahden vuoden aikana huomattavasti. Pelillä oli myös monia erityispiirteitä, jotka tekevät sen kehityksestä ainutlaatuisen, sillä esimerkiksi pelin testaaminen yhtenä kokonaisuutena oli mahdotonta. Lisäksi peli oli tutkimus- ja yhteistyöprojekti, jossa oli mukana monia eri toimijoita ja erityisesti tutkimuksessa korostuu yhteistyökumppani Insomnia verkkopeliyhdistyksen osallisuus. InsomniaGamen kummankaan vuoden toteutus ei sujunut odotetulla tavalla, mikä osaltaan vaikutti etenkin jälkimmäisen vuoden pelin suunnitteluun. Varsinainen suunnittelutyö kuitenkin eteni ensimmäisenä vuonna käytetyn mallin mukaisesti, mutta kuitenkin niin että alkuperäiset oletukset pelisuunnittelusta ja lopputuloksesta muuttuivat. Tämän vuoksi peliprojektia voi paikoitellen luonnehtia jopa kaoottiseksi, ja erityisesti toteutusvaiheessa jouduttiin luomaan nopealla aikataululla uusia toimintamalleja. Työ toimii mallina tuleville peliprojekteille, mutta erityisen tärkeää olisi luoda yhtenäinen kehitysalusta vastaavanlaisia projekteja varten.

Dynamic optimization for the trajectory planning of robot manipulators in the presence of obstacles

This paper presents an approach to the solution of moving a robot manipulator with minimum cost along a specified geometric path in the presence of obstacles. The main idea is to express obstacle avoidance in terms of the distances between potentially colliding parts. The optimal traveling time and the minimum mechanical energy of the actuators are considered together to build a multiobjective function. A simple numerical example involving a Cartesian manipulator arm with two-degree-of-freedom is described.

Lagrangian multipliers for coast-arcs of optimum space trajectories

Some properties of generalized canonical systems - special dynamical systems described by a Hamiltonian function linear in the adjoint variables - are applied in determining the solution of the two-dimensional coast-arc problem in an inverse-square gravity field. A complete closed-form solution for Lagrangian multipliers - adjoint variables - is obtained by means of such properties for elliptic, circular, parabolic and hyperbolic motions. Classic orbital elements are taken as constants of integration of this solution in the case of elliptic, parabolic and hyperbolic motions. For circular motion, a set of nonsingular orbital elements is introduced as constants of integration in order to eliminate the singularity of the solution.

Numerical and experimental investigation of thermal louvers for space applications

Thermal louvers, using movable or rotating shutters over a radiating surface, have gained a wide acceptance as highly efficient devices for controlling the temperature of a spacecraft. This paper presents a detailed analysis of the performance of a rectangular thermal louver with movable blades. The radiative capacity of the louver, determined by its effective emittance, is calculated for different values of the blades opening angle. Experimental results obtained with a prototype of a spacecraft thermal louver show good agreement with the theoretical values.

Profitability planning of the ski resort project

Objective of this master’s thesis is to create an investment calculation model, which makes it possible to determine if the ski resort business can be profitable. The ultimate goal is to create a description with the help of theoretical knowledge, interviews and investment calculation model, how the operation of ski resort is possible to be profitable and what are the critical success factors for achieving this goal. Thesis is carried out as qualitative research, which is supported by the necessary constructive information utilizing calculations. The client company has provided valuable insights and material for this thesis. Theoretical report examines the steps of developing a business plan, investment components and methods as well as sensitivity analysis. The theoretical part is based on the articles, textbooks, interviews and researches. The empirical part of the thesis is assembled by benchmarking other same size Finnish ski resorts, conducting interviews and using investment calculation model. The empirical part provides comprehensive information about ski resort industry, the future of the project, the business plan and the profitability calculations. As the result of this thesis the investment calculation model, which makes it possible to simulate different scenarios for ski resort project, was formed. The model was used to create a picture in which kind of scenario the ski resort business would be profitable and what are the critical success factors in achieving this aim.