Le mélange de poudres est une opération essentielle dans divers domaines industriels, tels que les produits pharmaceutiques, agro-alimentaires, ciments, etc. Le mélange de poudres en continu, comme alternative intéressante au mélange conventionnel en batch, suscite beaucoup d'intérêt surtout en raison de sa capacité à gérer de grands volumes de production. Ce travail vise à contribuer à l'implémentation des applications de contrôle-commande. Avant de développer des stratégies de contrôle-commande, de nouveaux développements ont été présentés pour mieux comprendre le mélange continu de deux composants. La masse retenue et la répartition relative de la masse retenue de chaque composant dans le mélangeur ont été étudiées et prédites sous les différentes conditions opératoires. L'amélioration d'un modèle basé sur les chaînes de Markov a été finalement présentée pour prédire la concentration moyenne des mélanges obtenus à la sortie du mélangeur. L'implémentation d'un contrôleur PID a été expérimentalement réalisée comme une première tentative pour contrôler en temps réel l'homogénéité du mélange produit. La vitesse de rotation du mobile d'agitation, identifiée comme un facteur important influençant l'efficacité du mixer, a été considérée comme la variable manipulée. La commande en boucle fermée est basée, soit sur la concentration moyenne, soit sur le coefficient de variation. Les performances des boucles fermées proposées ont été évaluées pour le mélange continu subi à des changements d'échelon dans les débits d'alimentation du mélangeur. Quatre études de cas ont été définies et présentées. Le défi principal dans le système de contrôle-commande est le réglage des paramètres PID. La performance de commande en boucle fermée soit de la concentration moyenne, soit du coefficient de variation a été comparée à l'opération en boucle ouverte. / Powder mixing is an essential operation in various industrial fields, such as pharmaceuticals, agro-food, cements, etc. Continuous powder mixing, as an alternative to conventional batch mixing, has attracted a lot of interest mainly due to its capacity in handling high volume manufacturing. This work aims at the contribution to the implementation of process control applications for powder mixing in a pilot-scale continuous mixer. Prior to developing process control strategies, new developments have been presented for better understanding continuous mixing of two components. Hold-up weight and relative hold-up weight distribution of each component in the whole mixer have been experimentally investigated under different operating conditions. An improved Markov chain model has been finally presented to predict the mean concentration of the mixtures obtained at the mixer's outlet. The implementation of a proportional-integral-derivative (PID) controller has been experimentally performed as an initial attempt to real-time control the homogeneity of the mixture produced. The rotational speed of the stirrer, identified as an important deciding factor towards the mixer's efficiency, has been considered as the manipulated variable. The closed-loop control is based on either the mean concentration or the relative standard deviation. The performances of the proposed closed-loops have been evaluated for continuous mixing subjected to step changes in feed rates of the mixer. Four case studies have been defined and presented. The main challenge in the process control system is the tuning of PID parameters. The performance of closed-loop control of either the mean concentration or the relative standard deviation has been compared to open-loop operation.

This thesis focuses on a control system for theater scenes. The system is based on technology of industrial computers and can handle theatre scene equipment, such as slot. The asynchronous AC engines and computer controlled frequency changers are used along with various sensors. The control is done via CANopen protocol and the software was written using Control Web.

This report is a bachelor thesis in Mechatronics at KTH. The purpose of the thesis is to design a statically stable walking robot capable of forward movement. A quadrupedal robot is designed, as well as a PID control system. To easily control the legs with sufficient accuracy servo motors are used. The control system is used to generate an effective gait pattern that gives rise to the desired functionality. To achieve this the center of mass needs to be approximated, which is done through force sensitive resistors in its feet. The control systems and mathematical models used are tested with the help of a simulation in Simulink. A prototype is also built in order to test the models in practice. The results show that the robot is capable of upholding balance in the simulations, even with shifts in parameters such as the weight and the location of the center of mass. The prototype performed significantly worse, which is mainly accredited to the lack of quality among the force sensors. In future projects the use of different methods to approximate the location of the center of mass is recommended. If the use of sensors is preferred, strain gauges could be a viable alternative to the force sensitive resistors used. More expensive force sensitive resistors of a higher quality could also be an option. / Denna rapport är ett kandidatexamensarbete i Mekatronik på KTH. Syftet med rapporten är att designa en gående robot som erhåller statiskt stabilitet vid gång framåt. En fyrbent robot samt ett PID regler system designades. För att styra benen med bra noggranhet används servomotorer. Reglersystemet används för att generera en stabil bana för fötterna att följa. Detta kräver en uppskattning av robotens masscentrum som möjliggös m.h.a. tryckkänsliga motstånd i fötterna. Reglersystemet samt framtagna matematiska modeller testas med hjälp av simulering i Simulink. Sedan byggs en prototyp av roboten för att testa modellerna i verkligheten. Resultat visar att roboten kan balansera och presterar bra i simulationen, även då parametrar så som vikt och masscentrumets läge ändras. I verkligheten fungerade roboten betydligt sämre, vilket tycks vara orsakat av opålitliga kraftsensorer i fötterna. I framtida projekt föreslås användning av olika metoder för att uppskatta positionen av robotens masscentrum. Om användningen av sensorer är föredragen kan tryckkänsliga motstånd ersättas med töjningsgivare för att mäta normalkrafterna, alternativt kan tryckkänsliga motstånd av högre kvalitet användas.

This report will cover the work involved in building a quadruped robot which should to a certain extent resemeble a four-legged mammal. The introduction will present information related to what has inspired the project, purpose/aim, specifications, limitations and research questions. Most important in the introduction are probably the purpose/aim and research questions. Mainly, the goal was to have the robot be able to self-balance and later also be able to walk to some degree if possible. The first research question concerns how well a PID controller would affect the stability of the robot and the second question is about answering if referencing a fourlegged mammal is a good idea when building a quadruped robot. Theory and methods were combined and written as one chapter. This way relevant information could be provided in the appropriate places as the method for creating the robot was described. The chapter dives into the primary parts of the robot which are the choice of components, construction, inverse kinematics and last but not least the code including the implementation of a PID. The results show that PID regulation improves stability and performance, but PI regulation actually performed the best. Furthermore, the question regarding referencing a four-legged mammal remains inconclusive even though the model was sufficient for the task.

This bachelor thesis is about the design and construction of a self-stabilizing platform. The purpose of this system is to balance objects placed upon the platform by keeping the platform level regardless of how the mechanism itself is rotated. Its uses include stabilization of sensors, cameras and vehicle cockpits. The prototype was constructed using 3D printing and basic machining. It uses two DC motors, an inertial measurement unit, an Arduino Uno microcontroller and a motor driver. The inertial measurement unit acts as an accelerometer and gyroscope, it measures the change in position and angle relative to its starting position. The controller algorithm processes the sensor signal and calculates an appropriate output signal. This output signal regulates the two DC motors in such a way that compensates for any angle changes in the platform. This project is based on, and is the continuation of the work by J. Larsson, titled ”Gimbal stabilizer for cockpit bases of terrain vehicle or combat boat: A proof of concept”. The task is to develop it to a functioning physical prototype and implement a control system which is fast, responsive and precise. The controller tuning process involved a trial and error approach, using binary search between parameters that give a performance that is too slow and a performance that is too fast and unstable. A satisfactory performance was achieved and the platform could effectively stabilize objects that weigh 400 grams at its center, 200 grams at its edges and 100 grams at its corners. This takes 100 milliseconds on average. Besides bearing loads, the platform could also compensate for sudden forced angle changes and any tilting of the mechanism the platform is attached to. / Det här kandidatexamensarbetet handlar om konstruktionen och framtagningen av en prototyp för en självstabiliserande plattform med ändamålet att hålla ett objekt horisontellt stabil. Det innebär att oberoende av hur mekanismen vrids eller rör sig kommer plattformen alltid vara parallell med marken. Appliceringsområden för plattformen kan vara att stabilisera kameror och sensorer, samt att hålla förarkabinen i en båt horisontellt stabil oavsett hur vattnet runtomkring rör sig. Prototypen består av en 3D-printad mekanism med två likströmsmotorer, en tröghetssensor, Arduino och motordrivare. Tröghetssensorn fungerar som en accelerometer och gyroskop - den avläser hur mycket plattformen ändrar sitt läge och vinkel relativt de ursprungliga. Data från tröghetssensorn bearbetas i en Arduino Uno-mikrokontroller med hjälp av reglerteknik, där en så kallad PID-regulator beräknar utsignal beroende på insignal. Arduinon skickar sedan utsignalen till motordrivaren som reglerar likströmsmotorerna för att kompensera för eventuella vinkeländringar. Detta projekt ¨ar ett utvecklingsarbete av ett tidigare masterexamensarbete av J. Larsson, med titeln ’ ’Gimbal stabilizer for cockpit bases of terrain vehicle or combat boat: A proof of concept”. Målet är att gå från ett koncept till en praktisk och verklighetsbaserad prototyp, samt att designa en regulator med god precision, stabilitet och responstid. För att bestämma hur regulatoralgoritmen ska fungera användes binärsökning för att hitta vilka P, I och D-värden PID-regulatorn ska ha. Det innebär att man ständigt tar ett medelvärde av en för långsam regulator och en som är för snabb och aggressiv tills önskad prestanda uppnås. Den slutgiltiga prestandan ansågs vara tillräcklig och plattformen kunde effektivt stabilisera 400 gram i mitten på den, 200 gram på dess sidor och 100 gram på dess hörn på ungefär 100 millisekunder. Vidare kunde den kompensera för plötsliga påtvingade vinkeländringar och för lutning hos mekanismen som den sitter fast i.

Self-stabilizing systems can be found in many contexts. They are used in aircraft and camera gimbals to name a few. In this project, a self-stabilizing container was constructed. The construction consists of three parts. An inner ring which rotates around the Z-axis, an outer ring which rotates around the Y-axis and a handle with space for three DC motors and a microcontroller. In this project an Arduino Nano was used. To detect inclination an IMU (Inertial Measurement Unit) was deployed. An IMU is a sensor consisting of three gyroscopes and three accelerometers, one for each coordinate axis. The software for the construction consists of four parts; angle reading, a Kalman filter, two PID-controllers and a motor controller. When a container is inserted into the construction the four-part system keeps the container horizontal and stable. Experimental data shows that in 84% of the tests the construction could stabilize the container. / Självstabiliserande system kan man finna i många olika sammanhang. Några exempel på självstabiliserande system är flygplan och kamerastabilisatorer. I detta projekt konstruerades en självstabiliserande behållare. Konstruktionen består av tre delar. En ring som kan rotera runt Z-axeln, en ring som kan rotera runt Y-axeln och ett handtag med plats för likströmsmotorer och mikrokontroller. I detta projekt användes Arduino Nano. För att avläsa vinklarna användes en tröghetsmäatare. En tröghetsmätare är en sensor som består av tre gyroskop och tre accelerometrar, en för varje axel. Mjukvaran i konstruktionen består av fyra delar; vinkelavläsning, ett Kalmanfilter, två PID-regulatorer och motorkontroller. Beroende på vilken vinkel konstruktionen har kommer någon av motorerna att korrigera vinkeln på behållaren. Testerna visade att konstruktionen kunde stabilisera behållaren i 84% av alla tester.

Control theory and its applications are crucial when operating within the area of dynamic systems. Compensating for disturbances and external actions imposed on a given system being inherently unstable or semi-stable. Through the physical construction of a apparatus as a demonstrator of the theory further comparing the factual physical and computer simulated results derived from Newtonian mechanics. To enable comparison, designing a satisfactory controller capable of fulfilling the requirements set for the system is necessary. With regards to apparatus and control, the introduction of a proportional-integralderivative controller for a system balancing a ball on a platform. Further allowing for analysis to determine the limitations when stabilizing a naturally unstable or semi-stable system. Also, examine how these dier from the theoretical expectations. The control applied throughout the thesis is of the type linear, exclusively being able to operate properly within the linear spectrum of control. Using standard components and a microcontroller, a apparatus is constructed to maintain a ball on a platform. This is executed through programming with Arduino libraries and open source code. Hence, for research purposes, to see if the apparatus can operate satisfactory within the linear domain of control. With the aforementioned stated, this thesis will first cover the theoretical model of the ball on platform scenario through computer aided programs. Then compare the theoretical results with the results acquired from a physical construction. Further examine why dierences occur considering control theory and system implementation. / Reglertekniken och dess applikationer är centrala för att kontrollera dynamiska system och möjliggör för kompensering av störningar i system som är naturligt instabila eller semistabila. Genom konstruktion av en apparat som demonstrerar reglerteknisk teori kan vidare jämförelser mellan resultat från apparaten och datorsimuleringar, erhållna från Newtonsk mekanik, tillhandahållas. Syftet är vidare att utveckla en regulator som uppfyller de krav som sätts upp för systemet. Med hänsyn till apparaten och regulatorn, introduceras en proportionell-integrerande-deriverande regulator för en bollbalanserande plattform. På så sätt kan begränsningarna vid stabilisering av ett naturligt instabilt eller semistabilt system bestämmas. Vidare studeras hur dessa skiljer sig från de teoretiska förväntningarna. Endast linjär kontroll kommer att användas i detta projekt, därav en apparat som enbart är välfungerande inom ett linjärt domän. Genom användning av standardkomponenter och en mikrokontroll konstrueras en apparat för att bibehålla en boll på en plattform. Detta möjliggörs genom programmering med Arduinos bibliotek och öppen källkod. Således är, ur forskningssynpunkt, anordningens förmåga att fungera väl inom den linjära domänen av intresse. Utifrån detta kommer examensarbetet först att redogöra för den teoretiska modellen av en boll balanserande på en plattform genom användandet av datorprogram. För att sedan jämföra de teoretiska resultaten med de resultat som erhålls från den fysiska bollbalanserande konstruktionen. Vidare undersöks varför skillnader uppstår med hänsyn till reglerteknik och systemimplementering

I denna rapport utreds olika metoder för att kunna reglera vattennivån i vattenkraftverket Avesta Lillfors i Dalarna. Två kraftverk ligger endast 900 m uppströms och detta gör att svarstiderna blir korta och regleringen blir lätt nervös. Att använda sig av vattennivåreglering i ett kraftverk för-enklar dess styrning då anpassning till inflödet sker automatiskt. En flödestabell har tagits fram genom mätningar i turbinen, med hjälp av Winter-Kennedy-metoden. Denna tabell används för att kunna fram-koppla regulatorn och därmed dämpa stora variationer i inflödet. Dessu-tom har en modell av älven skapats och testats med en återkopplad PID-regulator. Utefter dessa tester har lämpliga parametrar tagits fram, som ger önskad stabilitet, noggrannhet och snabbhet. Simuleringar har även gjorts med reglermetoden Fuzzy logic. / This report evaluates different methods to create a stable regulation of the water level in the hydro power plant Avesta Lillfors, in county Dalar-na. Another pair of plants are located just 900 m up the stream, which is why the regulation has to act fast. If the water level can be regulated and automatically adjust to the incoming flow, it facilitates the control of the plant. A flow chart is created from measurements in the turbine, using the Win-ter-Kennedy method. The results are used for feedforward control. A PID-regulator with feedback is also simulated in a model of the river. This helps finding the parameters that provide a stable, accurate and fast regu-lation. Fuzzy logic control has also been simulated.

Recent advancements in processing power, storage capabilities, and availability of data, has led to improvements in many applications through the use of machine learning. Using machine learning in control systems was first suggested in the 1990s, but is more recently being implemented. In this thesis, an embedded climate system, which is a type of control system, will be looked at. The ways in which machine learning can be used to replicate portions of the climate system is looked at. Deep Belief Networks are the machine learning models of choice. Firstly, the functionality of a PID controller is replicated using a Deep Belief Network. Then, the functionality of a more complex control path is replicated. The performance of the Deep Belief Networks are evaluated at how they compare to the original control portions, and the performance in hardware. It is found that the Deep Belief Network can quite accurately replicate the behaviour of a PID controller, whilst the performance is worse for the more complex control path. It was seen that the use of delays in input features gave better results than without. A climate system with a Deep Belief Network was also loaded onto hardware. The minimum requirements of memory usage and CPU usage were met. However, the CPU usage was greatly affected, and if this was to be used in practice, work should be done to decrease it. / Många applikationer har förbättras genom användningen av maskininlärning. Maskininlärning för reglersystem föreslogs redan på 1990-talet och har nu börjat tillämpas, eftersom processorkraft, lagringsmöjligheter och tillgänglighet till rådata ökat. I detta examensarbete användes ett inbäddat klimatsystem, som är en typ av reglersystem. Maskininlärningsmodellen Deep Belief Network användes för att undersöka hur delar av klimatsystemet skulle kunna återskapas. Först återskapades funktionaliteten hos en PID-regulator och sedan funktionaliteten av en mer komplex del av reglersystemet Prestandan hos nätverken utvärderades i jämförelse med prestandan i de ursprungliga kontrolldelarna och hårdvaran. Det visade sig att Deep Belief Network utmärkt kunde replikera PID-regulatorns beteende, medan prestandan var lägre för den komplexa delen av reglersystemet. Användningen av fördröjningar i indata till nätverken gav bättre resultat än utan. Ett klimatsystem med ett Deep Belief Network laddades också över på hårdvaran. Minimikrav för minnesanvändning och CPU- användning var uppfyllda, men CPU- användningen påverkades kraftigt. Detta gör, att om maskininlärning ska kunna användas i verkligheten, bör CPU-användningen minskas.

[pt] Quadricópteros vêm sendo o objeto de estudo de inúmeras pesquisas ao redor do mundo. Diversas técnicas de controle já foram desenvolvidas, cada uma com seus prós e contras, objetivando o aprimoramento do desempenho destes veículos aéreos na consecução de tarefas específicas. Este trabalho foca na comparação de características de desempenho de técnicas de controle aplicadas a quadricópteros. Este trabalho mostra o projeto de controles modernos aplicados à quadricópteros apresentando tais técnicas, iniciando com a realimentação de estados com polos dominantes, passando pelo controle Linear Quadratic Regulator (LQR). Por sua vez, visando otimizar o desempenho das técnicas de controle aqui estudadas, foram aplicadas técnicas de inteligência computacional para resolver um problema de otimização do LQR e para auxiliar no controle de forças dos rotores. Apresenta-se o projeto de um controle PID, que será usado como referência para as demais técnicas analisadas. O controle por realimentação de estados citado anteriormente obteve bons resultados. O tempo de assentamento foi o menor para o eixo Z, overshoots e o erro em regime permanente, os menores para os eixos X e Y. O controlador Fuzzy conseguiu fazer seu papel auxiliando a movimentação do quadricóptero. O GA otimizou o tempo de assentamento do LQR. Esse controle conseguiu alcançar os menores tempos de assentamento para os eixos X e Y, sendo mais rápido que a configuração original do LQR, escolhida por heurísticas. Com esse trabalho foi possível notar que os controladores modernos, realimentação de estado e LQR, tem um desempenho melhor que o controle PID de referência. / [en] Quadcopters are researched all over the world. A lot of techniques had been developed and many others a blistering, each one with their pros and cons. The focus of this work is the comparison between the performance of some techniques most used in quadcopters, qualifying these techniques. This work shows the designing process of a quadcopter controllers, starting with state feedback with dominant poles and going to the Linear Quadratic Regulator controller. Focusing on optimizing the performance of those control strategies, computational techniques were used to solve an LQR optimization problem and to help choose the best inputs for the rotors. This work presents a PID controller that will be used as a reference for comparison. The state feedback controller with the Fuzzy position control performed very well, being the fastest one to settle on the Z axis, having the least overshoots and the lowest steadystate errors for the X and Y axes. The Fuzzy controller did what was supposed to do, smoothing and enabling a precise movement for the quadcopter. The GA also did what was supposed to do and improved the settling time for the LQR controller. It showed that it was a nice way to tune the Q and R matrixes, allowing the controller to be the fastest one to settle in the X and Y axes. As a result of this work, the modern control techniques, state feedback and LQR, performance better than the classic PID controller, used as reference.