Modelado, simulación y control digital de autogiros

Este proyecto consiste en diseñar el algoritmo de control de un autogiro no tripulado. Su aplicación principal es llevar a cabo tareas rutinarias o peligrosas para el piloto como, por ejemplo, extinción de incendios, evaluación de riesgo químico o vigilancia de lugares de acceso restringido. Se realiza un estudio del movimiento del vehículo para obtener su modelo dinámico. A partir de las ecuaciones que describen su movimiento, se realiza una simulación numérica del vehículo. Se incorpora el controlador diseñado y se evalúa su funcionamiento. Finalmente, se implementa el sistema en un microcontrolador.

Vaarinpidosta virtuaaliaikaan : Sata vuotta suomalaista tilintarkastusta

Tämän tutkimuksen aiheena on tilintarkastuksen historiallinen kehittyminen Suomessa runsaan sadan vuoden aikana. Tutkimuksen tavoitteena on analysoida osakeyhtiön tilintarkastuksen kehitystä ja yhdistää vuosisadan kehityspiirteet tilintarkastuksen kokonaiskuvaksi. Tutkittava periodi alkaa 1800-luvun lopulta ja päättyy 2000-luvun taitteeseen. Tutkimuksessa tarkastellaan suomalaista tilintarkastusinstituutiota, joka jaetaan kolmeen osaan: tilintarkastusta säätelevään normistoon (normit), tilintarkastajajärjestelmään (toimijat) ja tilintarkastuksen sisältöön (tehtävät). Tutkimuksessa tavoitellaan vastauksia kysymyksiin: mitä tarkastettiin, milloin tarkastettiin, kuka tarkasti ja miten tarkastettiin eri aikakausina? Tutkimus perustuu historialliseen lähdeaineistoon, jonka muodostavat tutkimusajanjakson lainsäädäntö, lainvalmisteluasiakirjat, viranomaisten ohjeet ja päätökset, alan järjestöjen suositukset, ammattilehtien artikkelit sekä laskentatoimen ja tilintarkastuksen ammattikirjallisuus. Metodologisesti tutkimus on teoreettinen, kvalitatiivinen historiantutkimus, jossa lähdeaineistoa käsitellään lähdekriittisesti ja osittain sisältöanalyysin keinoin. Tilintarkastusta säätelevässä normistossa keskeisiä lakeja ovat olleet osakeyhtiölaki, kirjanpitolaki ja tilintarkastuslaki. Lakisääteinen tilintarkastus alkoi vuoden 1895 osakeyhtiölaista, joka uudistui vuonna 1978 ja jälleen vuonna 1997. Kirjanpitolainsäädäntö on uudistunut viidesti: 1925 ja 1928, 1945, 1973, 1993 sekä 1997. Vuoden 1994 tilintarkastuslakiin koottiin tilintarkastuksen säädökset useista laeista. Muita normistoja ovat olleet EY:n direktiivit, Kilan ohjeet, KHT-yhdistyksen suositukset, Keskuskauppakamarin säännökset ja viimeisimpinä IAS- ja ISA-standardit. Ammattimainen tilintarkastajajärjestelmä saatiin maahamme kauppiaskokousten ansiosta. Ammattimaisena tilintarkastuksen toimijana aloitti Suomen Tilintarkastajainyhdistys vuonna 1911, ja sen toimintaa jatkoi KHT-yhdistys vuodesta 1925 alkaen. Tilintarkastajien auktorisointi siirtyi Keskuskauppakamarille vuonna 1924. HTM-tilintarkastajat ovat olleet alalla vuodesta 1950 lähtien. Kauppakamarijärjestö on toiminut hyväksyttyjen tilintarkastajien valvojana koko ammattimaisen tilintarkastustoiminnan ajan. Valtion valvontaa suorittaa VALA (Valtion tilintarkastuslautakunta). Koko tutkittavan periodin ajan auktorisoitujen tilintarkastajien rinnalla osakeyhtiöiden tarkastajina ovat toimineet myös maallikot.Tilintarkastuksen tehtäviin kuului vuoden 1895 osakeyhtiölain mukaan hallinnon ja tilien tarkastus. Myöhemmin sisältö täsmentyi tilinpäätöksen, kirjanpidon ja hallinnon tarkastukseksi. Tutkimusajanjakson alussa tilintarkastus oli manuaalista kaikkien tositteiden prikkausta ja virheiden etsimistä. Myöhemmin tarkastus muuttui pistokokeiksi. Kertatarkastuksesta siirryttiin jatkuvaan valvontatarkastukseen 1900-luvun alkupuolella. Dokumentoinnista ja työpapereista alkaa olla havaintoja 1930-luvulta lähtien. Atk-tarkastus yleistyi 1970- ja 1980-luvuilla, jolloin myös riskianalyyseihin alettiin kiinnittää huomiota. Hallinnon tarkastuksen merkitys on kasvanut kaiken aikaa. Tilintarkastuskertomukset olivat tutkimusajanjakson alussa vapaamuotoisia ja sisällöltään ilmaisurikkaita ja kuvailevia. Kertomus muuttui julkiseksi vuoden 1978 osakeyhtiölain myötä. Myöhemmin KHT-yhdistyksen vakiokertomusmallit yhdenmukaistivat ja pelkistivät raportointia. Tutkimuksen perusteella tilintarkastuksen historia voidaan jakaa kolmeen kauteen, jotka ovat tilintarkastusinstituution rakentumisen kausi (1895 - 1950), vakiintumisen kausi (1951 - 1985) ja kansainvälistymisen ja julkisuuden kausi (1986 alkaen). Tutkimusajanjakson jokaisella vuosikymmenellä keskusteltiin jatkuvasti tilintarkastajien riittävyydestä, alalle pääsyn ja tutkintojen vaikeudesta, tilintarkastajien ammattitaidon tasosta,hallinnon tarkastuksen sisällöstä, tilintarkastuskertomuksesta sekä maallikkotarkastajien asemasta. 1990-luvun keskeisimmät keskusteluaiheet olivat konsultointi, riippumattomuus, odotuskuilu sekä tilintarkastuksen taso ja laadunvalvonta. Analysoitaessa tilintarkastuksen muutoksia runsaan sadan vuoden ajalta voidaan todeta, että tilintarkastuksen ydintehtävät eivät juurikaan ole muuttuneet vuosikymmenien kuluessa. Osakeyhtiön tilintarkastus on edelleenkin laillisuustarkastusta. Sen tarkoituksena on yhä kirjanpidon, tilinpäätöksen ja hallinnon tarkastus. Tilintarkastajat valvovat osakkeenomistajien etua ja raportoivat heille tarkastuksen tuloksista. Tilintarkastuksen ulkoinen maailma sen sijaan on muuttunut vuosikymmenten saatossa. Kansainvälistyminen on lisännyt säännösten määrää, odotuksia ja vaatimuksia on nykyisin enemmän, uusi tekniikka mahdollistaa nopean tiedonkulun ja valvonta on lisääntynyt nykypäivää kohti tultaessa. Tilintarkastajan pätevyys perustuu nykyään tietotekniikan, tietojärjestelmien ja yrityksen toimialantuntemukseen. Runsaan sadan vuoden takaisen lain vaarinpitovaatimuksesta on tultu virtuaaliaikaiseen maailmaan!

Fractional slot permanent magnet synchronous motors for low speed applications

This study compares different rotor structures of permanent magnet motors with fractional slot windings. The surface mounted magnet and the embedded magnet rotor structures are studied. This thesis analyses the characteristics of a concentrated two-layer winding, each coil of which is wound around one tooth and which has a number of slots per pole and per phase less than one (q < 1). Compared to the integer slot winding, the fractional winding (q < 1) has shorter end windings and this, thereby, makes space as well as manufacturing cost saving possible. Several possible ways of winding a fractional slot machine with slots per pole and per phase lessthan one are examined. The winding factor and the winding harmonic components are calculated. The benefits attainable from a machine with concentrated windingsare considered. Rotor structures with surface magnets, radially embedded magnets and embedded magnets in V-position are discussed. The finite element method isused to solve the main values of the motors. The waveform of the induced electro motive force, the no-load and rated load torque ripple as well as the dynamic behavior of the current driven and voltage driven motor are solved. The results obtained from different finite element analyses are given. A simple analytic method to calculate fractional slot machines is introduced and the values are compared to the values obtained with the finite element analysis. Several different fractional slot machines are first designed by using the simple analytical methodand then computed by using the finite element method. All the motors are of thesame 225-frame size, and have an approximately same amount of magnet material, a same rated torque demand and a 400 - 420 rpm speed. An analysis of the computation results gives new information on the character of fractional slot machines.A fractional slot prototype machine with number 0.4 for the slots per pole and per phase, 45 kW output power and 420 rpm speed is constructed to verify the calculations. The measurement and the finite element method results are found to beequal.

On Modelling, System Identification and Control of Servo-Systems with a Flexible Load

The present study was done with two different servo-systems. In the first system, a servo-hydraulic system was identified and then controlled by a fuzzy gainscheduling controller. The second servo-system, an electro-magnetic linear motor in suppressing the mechanical vibration and position tracking of a reference model are studied by using a neural network and an adaptive backstepping controller respectively. Followings are some descriptions of research methods. Electro Hydraulic Servo Systems (EHSS) are commonly used in industry. These kinds of systems are nonlinearin nature and their dynamic equations have several unknown parameters.System identification is a prerequisite to analysis of a dynamic system. One of the most promising novel evolutionary algorithms is the Differential Evolution (DE) for solving global optimization problems. In the study, the DE algorithm is proposed for handling nonlinear constraint functionswith boundary limits of variables to find the best parameters of a servo-hydraulic system with flexible load. The DE guarantees fast speed convergence and accurate solutions regardless the initial conditions of parameters. The control of hydraulic servo-systems has been the focus ofintense research over the past decades. These kinds of systems are nonlinear in nature and generally difficult to control. Since changing system parameters using the same gains will cause overshoot or even loss of system stability. The highly non-linear behaviour of these devices makes them ideal subjects for applying different types of sophisticated controllers. The study is concerned with a second order model reference to positioning control of a flexible load servo-hydraulic system using fuzzy gainscheduling. In the present research, to compensate the lack of dampingin a hydraulic system, an acceleration feedback was used. To compare the results, a pcontroller with feed-forward acceleration and different gains in extension and retraction is used. The design procedure for the controller and experimental results are discussed. The results suggest that using the fuzzy gain-scheduling controller decrease the error of position reference tracking. The second part of research was done on a PermanentMagnet Linear Synchronous Motor (PMLSM). In this study, a recurrent neural network compensator for suppressing mechanical vibration in PMLSM with a flexible load is studied. The linear motor is controlled by a conventional PI velocity controller, and the vibration of the flexible mechanism is suppressed by using a hybrid recurrent neural network. The differential evolution strategy and Kalman filter method are used to avoid the local minimum problem, and estimate the states of system respectively. The proposed control method is firstly designed by using non-linear simulation model built in Matlab Simulink and then implemented in practical test rig. The proposed method works satisfactorily and suppresses the vibration successfully. In the last part of research, a nonlinear load control method is developed and implemented for a PMLSM with a flexible load. The purpose of the controller is to track a flexible load to the desired position reference as fast as possible and without awkward oscillation. The control method is based on an adaptive backstepping algorithm whose stability is ensured by the Lyapunov stability theorem. The states of the system needed in the controller are estimated by using the Kalman filter. The proposed controller is implemented and tested in a linear motor test drive and responses are presented.

Direct torque control of permanent magnet synchronous machines - analysis and implementation

Thedirect torque control (DTC) has become an accepted vector control method besidethe current vector control. The DTC was first applied to asynchronous machines,and has later been applied also to synchronous machines. This thesis analyses the application of the DTC to permanent magnet synchronous machines (PMSM). In order to take the full advantage of the DTC, the PMSM has to be properly dimensioned. Therefore the effect of the motor parameters is analysed taking the control principle into account. Based on the analysis, a parameter selection procedure is presented. The analysis and the selection procedure utilize nonlinear optimization methods. The key element of a direct torque controlled drive is the estimation of the stator flux linkage. Different estimation methods - a combination of current and voltage models and improved integration methods - are analysed. The effect of an incorrect measured rotor angle in the current model is analysed andan error detection and compensation method is presented. The dynamic performance of an earlier presented sensorless flux estimation method is made better by improving the dynamic performance of the low-pass filter used and by adapting the correction of the flux linkage to torque changes. A method for the estimation ofthe initial angle of the rotor is presented. The method is based on measuring the inductance of the machine in several directions and fitting the measurements into a model. The model is nonlinear with respect to the rotor angle and therefore a nonlinear least squares optimization method is needed in the procedure. A commonly used current vector control scheme is the minimum current control. In the DTC the stator flux linkage reference is usually kept constant. Achieving the minimum current requires the control of the reference. An on-line method to perform the minimization of the current by controlling the stator flux linkage reference is presented. Also, the control of the reference above the base speed is considered. A new estimation flux linkage is introduced for the estimation of the parameters of the machine model. In order to utilize the flux linkage estimates in off-line parameter estimation, the integration methods are improved. An adaptive correction is used in the same way as in the estimation of the controller stator flux linkage. The presented parameter estimation methods are then used in aself-commissioning scheme. The proposed methods are tested with a laboratory drive, which consists of a commercial inverter hardware with a modified software and several prototype PMSMs.

Design and implementation of FPGA-based LQ control of active magnetic bearings

The need for high performance, high precision, and energy saving in rotating machinery demands an alternative solution to traditional bearings. Because of the contactless operation principle, the rotating machines employing active magnetic bearings (AMBs) provide many advantages over the traditional ones. The advantages such as contamination-free operation, low maintenance costs, high rotational speeds, low parasitic losses, programmable stiffness and damping, and vibration insulation come at expense of high cost, and complex technical solution. All these properties make the use of AMBs appropriate primarily for specific and highly demanding applications. High performance and high precision control requires model-based control methods and accurate models of the flexible rotor. In turn, complex models lead to high-order controllers and feature considerable computational burden. Fortunately, in the last few years the advancements in signal processing devices provide new perspective on the real-time control of AMBs. The design and the real-time digital implementation of the high-order LQ controllers, which focus on fast execution times, are the subjects of this work. In particular, the control design and implementation in the field programmable gate array (FPGA) circuits are investigated. The optimal design is guided by the physical constraints of the system for selecting the optimal weighting matrices. The plant model is complemented by augmenting appropriate disturbance models. The compensation of the force-field nonlinearities is proposed for decreasing the uncertainty of the actuator. A disturbance-observer-based unbalance compensation for canceling the magnetic force vibrations or vibrations in the measured positions is presented. The theoretical studies are verified by the practical experiments utilizing a custom-built laboratory test rig. The test rig uses a prototyping control platform developed in the scope of this work. To sum up, the work makes a step in the direction of an embedded single-chip FPGA-based controller of AMBs.

Real-time Quality of Service Controller for Differentiated Services

IP-verkkojen hyvin tunnettu haitta on, että nämä eivät pysty takaamaan tiettyä palvelunlaatua (Quality of Service) lähetetyille paketeille. Seuraavat kaksi tekniikkaa pidetään lupaavimpina palvelunlaadun tarjoamiselle: Differentiated Services (DiffServ) ja palvelunlaatureititys (QoS Routing). DiffServ on varsin uusi IETF:n määrittelemä Internetille tarkoitettu palvelunlaatumekanismi. DiffServ tarjoaa skaalattavaa palvelujen erilaistamista ilman viestintää joka hypyssä ja per-flow –tilan ohjausta. DiffServ on hyvä esimerkki hajautetusta verkkosuunnittelusta. Tämän palvelutasomekanismin tavoite on viestintäjärjestelmien suunnittelun yksinkertaistaminen. Verkkosolmu voidaan rakentaa pienestä hyvin määritellystä rakennuspalikoiden joukosta. Palvelunlaatureititys on reititysmekanismi, jolla liikennereittejä määritellään verkon käytettävissä olevien resurssien pohjalta. Tässä työssä selvitetään uusi palvelunlaatureititystapa, jota kutsutaan yksinkertaiseksi monitiereititykseksi (Simple Multipath Routing). Tämän työn tarkoitus on suunnitella palvelunlaatuohjain DiffServille. Tässä työssä ehdotettu palvelunlaatuohjain on pyrkimys yhdistää DiffServ ja palvelunlaatureititysmekanismeja. Työn kokeellinen osuus keskittyy erityisesti palvelunlaatureititysalgoritmeihin.

Sherali-Adams Relaxations and Indistinguishability in Counting Logics

Two graphs with adjacency matrices $\mathbf{A}$ and $\mathbf{B}$ are isomorphic if there exists a permutation matrix $\mathbf{P}$ for which the identity $\mathbf{P}^{\mathrm{T}} \mathbf{A} \mathbf{P} = \mathbf{B}$ holds. Multiplying through by $\mathbf{P}$ and relaxing the permutation matrix to a doubly stochastic matrix leads to the linear programming relaxation known as fractional isomorphism. We show that the levels of the Sherali--Adams (SA) hierarchy of linear programming relaxations applied to fractional isomorphism interleave in power with the levels of a well-known color-refinement heuristic for graph isomorphism called the Weisfeiler--Lehman algorithm, or, equivalently, with the levels of indistinguishability in a logic with counting quantifiers and a bounded number of variables. This tight connection has quite striking consequences. For example, it follows immediately from a deep result of Grohe in the context of logics with counting quantifiers that a fixed number of levels of SA suffice to determine isomorphism of planar and minor-free graphs. We also offer applications in both finite model theory and polyhedral combinatorics. First, we show that certain properties of graphs, such as that of having a flow circulation of a prescribed value, are definable in the infinitary logic with counting with a bounded number of variables. Second, we exploit a lower bound construction due to Cai, Fürer, and Immerman in the context of counting logics to give simple explicit instances that show that the SA relaxations of the vertex-cover and cut polytopes do not reach their integer hulls for up to $\Omega(n)$ levels, where $n$ is the number of vertices in the graph.

Patients' characteristics associated with the decision of "do not attempt cardiopulmonary resuscitation" order in a Swiss hospital.

BACKGROUND: According to Swiss legislation, do not attempt cardiopulmonary resuscitation (DNACPR) order can be made at any time by patients only, unless the resuscitation is considered as futile, based on the doctors' evaluation. Little is known about how this decision is made, and which are the factors influencing this decision. METHODS: Observational, cross-sectional study was conducted between March and May 2013 on 194 patients hospitalized in the general internal medicine ward of a Swiss hospital. The associations between patients' DNACPR orders and gender, age, marital status, nationality, religion, number and type of comorbidities were assessed. RESULTS: 102 patients (53%) had a DNACPR order: 27% issued by the patient him/herself, 12% by his/her relatives and 61% by the medical team. Patients with a DNACPR order were significantly older: 80.7±10.8 vs. 67.5±15.1years in the "with" and "without" DNACPR order group, respectively, p<0.001. Oncologic disease was associated with a DNACPR order issued by the medical team (37.5% vs. 16.9% in the "with" and "without" DNACPR order group, respectively, p<0.05). Being protestant was associated with a DNACPR order issued by the patient (57.9% vs. 25.9% in the "with" and "without" DNACPR order group, respectively p<0.01). CONCLUSIONS: Over half of the patients admitted to a general internal medicine ward had a DNACPR order issued within the first 72h of hospitalization. Older age and oncologic disease were associated with a DNACPR decision by the medical team, while protestant religion was associated with a DNACPR decision by the patient.

Order-flow Standardization with Product Data Management Ideology

Tämän diplomityön päämääränä oli kuvata tilaus-toimitusprosessin eri toimintojen työnkulku, kun tuotetiedonhallintajärjestelmä on osa työympäristöä. Työn teoreettisessa osassa tarkasteltiin liiketoimintaprosessien uudistamista ja prosessien määrittämistä sekä esiteltiin tuotetiedonhallinnan (PDM) keskeiset osa-alueet. Kohdeyrityksen tausta ja strategiat esiteltiin, minkä jälkeen muutoksia arvioitiin suhteessa teoriaosuuden tuloksiin. Nykyisten toimintatapojen määrittämistä varten haastateltiin henkilöitä jokaisesta tilaus-toimitusprosessin vaiheesta tuotantoyksikön sisällä. Lopuksi kuvattiin yrityksen tuotetiedonhallintaperiaatteet ja määritettiin työnkulku prosessin eri vaiheissa. Samalla kuin uusi tuotetiedonhallintajärjestelmä otetaan käyttöön, on yrityksessä omaksuttava tuotetiedonhallinnan ajatusmalli. Tuoterakenteen hallinta jakautuu nyt eri toimintojen kesken, jolloin suunnittelun rakenne, tuotannon rakenne ja huoltorakenne ovat eri ihmisten vastuulla. Näiden eri rakenteiden konfigurointi tilaus-toimitus prosessin aikana määrää missä järjestyksessä toiminnot on suoritettava eri järjestelmien välillä. Monikansallinen suunnitteluorganisaatio on myös otettava huomioon tilauksenkulun aikana. Tuotetiedonhallintajärjestelmää käytetään yhdessä tuttujen suunnitteluohjelmien sekä toiminnanohjausjärjestelmän (ERP) kanssa. Työnkulkukaaviossa määritellään koko yritystä koskeva malli siitä, miten ja missä järjestyksessä tehtävät on suoritettava eri järjestelmissä tilaus-toimitus prosessin aikana. Tässä työssä tutkittiin tuotteen määrittelyn ja suunnittelutiedon hallinnan kannalta oleellisimmat tilaus-toimitusprosessiin kuuluvat toiminnot; myynti, myynnin tuki, tuotannon ohjaus, sovellussuunnittelu ja dokumentointi. Tulevaisuudessa on suositeltavaa pohtia tuotetiedonhallintajärjestelmän käyttöönottoa myös tuotannossa ja ostoissa. Tilaus-toimitusprosessiin liittyvät kehitysmahdollisuudet kannattaisi seuraavaksi kohdistaa tilauksen määrittelyvaiheeseen myyjä-asiakas rajapinnassa, jossa tehdyt virheet kertautuvat jokaisessa prosessin vaiheessa.