Access to clean drinking water is crucial worldwide. Throughout history, various methods of distribution have been developed to ensure that people have access to good quality water. Nowadays, there are various risks associated with water contamination, including those caused intentionally and unintentionally. Responding to such incidents typically involves manual decisionmaking processes, emphasizing the need for automated strategies. This thesis introduces a novel approach employing Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) to optimize isolation strategies and flushing methods within water distribution systems (WDSs). By integrating mass conservation and energy conversion equations, coupled with Hazen-Williams equation for pressure drop calculations, the proposed model aims to minimize contamination risks arising from various sources, including natural disasters and cyber-attacks. The methodology undergoes validation and implementation through simulated benchmark scenarios to ensure its effectiveness and precision. Subsequently, real-world contamination scenarios are addressed within a practical testing environment (Testbed). Automation within the Testbed is achieved through the integration of software on a PC with Programmable Logic Controllers (PLCs). Moreover, the study presents a comprehensive analysis of valve manipulation to mitigate contamination risks, alongside a comparison against scenarios without intervention. By automating response decisions and operational processes, the methodology showcases promising results in effectively managing contamination incidents within WDSs, thus offering a significant contribution to water system resilience and security. / El acceso al agua potable es crucial en todo el mundo. A lo largo de la historia, se han desarrollado diversos métodos de distribución para garantizar que las personas tengan acceso a agua de buena calidad. Hoy en día, existen diversos riesgos asociados a la contaminación del agua, incluidos los causados intencionada y no intencionadamente. La respuesta a estos incidentes suele implicar procesos manuales de toma de decisiones, lo que pone de relieve la necesidad de estrategias automatizadas. Esta tesis introduce un enfoque novedoso que emplea la programación no lineal entera mixta (MINLP) para optimizar las estrategias de aislamiento y los métodos de lavado en los sistemas de distribución de agua (WDS). Mediante la integración de las ecuaciones de conservación de masa y conversión de energía, junto con la ecuación de Hazen-Williams para los cálculos de caída de presión, el modelo propuesto pretende minimizar los riesgos de contaminación derivados de diversas fuentes, incluidos los desastres naturales y los ciberataques. La metodología se somete a validación y aplicación mediante escenarios de referencia simulados para garantizar su eficacia y precisión. Posteriormente, los escenarios de contaminación del mundo real se abordan en un entorno de pruebas práctico (Testbed). La automatización dentro del banco de pruebas se consigue mediante la integración de software en un PC con controladores lógicos programables (PLC). Además, el estudio presenta un análisis exhaustivo de la manipulación de válvulas para mitigar los riesgos de contaminación, junto con una comparación con escenarios sin intervención. Mediante la automatización de las decisiones de respuesta y los procesos operativos, la metodología muestra resultados prometedores en la gestión eficaz de incidentes de contaminación dentro de los WDS, ofreciendo así una contribución significativa a la resiliencia y la seguridad del sistema de agua. / Der Zugang zu sauberem Trinkwasser ist weltweit von entscheidender Bedeutung. Im Laufe der Geschichte wurden verschiedene Verteilungsmethoden entwickelt, um sicherzustellen, dass die Menschen Zugang zu Wasser guter Qualität haben. Heutzutage gibt es verschiedene Risiken im Zusammenhang mit der Verunreinigung von Wasser, einschließlich absichtlich oder unabsichtlich verursachter Risiken. Die Reaktion auf solche Vorfälle erfordert in der Regel manuelle Entscheidungsprozesse, was den Bedarf an automatisierten Strategien unterstreicht. In dieser Arbeit wird ein neuartiger Ansatz unter Verwendung der gemischt-ganzzahligen nichtlinearen Programmierung (MINLP) zur Optimierung von Isolationsstrategien und Spülmethoden in Wasserverteilungssystemen (WDS) vorgestellt. Durch die Integration von Gleichungen zur Massenerhaltung und Energieumwandlung, gekoppelt mit der Hazen-WilliamsGleichung für Druckverlustberechnungen, zielt das vorgeschlagene Modell darauf ab, Kontaminationsrisiken zu minimieren, die aus verschiedenen Quellen stammen, einschließlich Naturkatastrophen und Cyberangriffen. Die Methode wird durch simulierte Benchmark-Szenarien validiert und implementiert, um ihre Wirksamkeit und Präzision zu gewährleisten. Anschließend werden reale Kontaminationsszenarien in einer praktischen Testumgebung (Testbed) untersucht. Die Automatisierung innerhalb des Testbeds wird durch die Integration von Software auf einem PC mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (PLCs) erreicht. Darüber hinaus enthält die Studie eine umfassende Analyse von Ventilmanipulationen zur Minderung von Kontaminationsrisiken sowie einen Vergleich mit Szenarien ohne Eingriffe. Durch die Automatisierung von Reaktionsentscheidungen und Betriebsprozessen zeigt die Methodik vielversprechende Ergebnisse bei der effektiven Bewältigung von Kontaminationsvorfällen in Wasseraufbereitungsanlagen und leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Widerstandsfähigkeit und Sicherheit von Wassersystemen.

The development of driver assistance and automated vehicle control is in process and finds its way more and more into urban traffic environments. Here, the complexity of traffic situations is highly challenging and requires system approaches to comprehend such situations. The key element is the process of situation assessment to identify critical situations in advance and derive adequate warning and intervention strategies. This thesis introduces a system approach to establish a situation assessment process with the focus on the prediction of the driver intention. The system design is based on the Situation Awareness model by Endsley. Further, a prediction algorithm is created using Hidden Markov Models. To define the parameters of the models, an existing database is used and previously analyzed to identify reasonable variables that indicate an intended driving direction while approaching the intersection. Here, vehicle dynamics are used instead of driver inputs to enable a further extension of the prediction, i.e.\\ to predict the driving intention of other vehicles detected by sensors. High prediction rates at temporal distances of several seconds before entering the intersection are accomplished. The prediction is integrated in a system for situation assessment including an intersection model. A Matlab tool is created with an interface to the vehicle CAN bus and the intersection modeling which uses digital map data to establish a representation of the intersection. To identify differences and similarities in the process of approaching an intersection dependent on the intersection shape and regulation, a naturalistic driving study is conducted. Here, the distance to the intersection and velocity is observed on driver inputs related to the upcoming intersection (leaving the gas pedal, pushing the brake, using the turn signal). The findings are used to determine separate prediction models dependent on shape and regulation of the upcoming intersection. The system runs in real-time and is tested in a real traffic environment. / Die Entwicklung von Fahrerassistenz und automatisiertem Fahren ist in vollem Gange und entwickelt sich zunehmend in Richtung urbanen Verkehrsraum. Hier stellen besonders komplexe Verkehrssituationen sowohl für den Fahrer als auch für Assistenzsysteme eine Herausforderung dar. Zur Bewältigung dieser Situationen sind neue Systemansätze notwendig, die eine Situationsanalyse und -bewertung beinhalten. Dieser Prozess der Situationseinschätzung ist der Schlüssel zum Erkennen von kritischen Situationen und daraus abgeleiteten Warnungs- und Eingriffsstrategien. Diese Arbeit stellt einen Systemansatz vor, welcher den Prozess der Situationseinschätzung abbildet mit einem Fokus auf die Prädiktion der Fahrerintention. Das Systemdesign basiert dabei auf dem Situation Awareness Model von Endsley. Der Prädiktionsalgorithmus ist mit Hilfe von Hidden Markov Modellen umgesetzt. Zur Bestimmung der Modellparameter wurde eine existierende Datenbasis genutzt und zur Bestimmung von relevanten Variablen für die Prädiktion der Fahrtrichtung während der Kreuzungsannäherung analysiert. Dabei wurden Daten zur Fahrdynamik ausgewählt anstelle von Fahrereingaben um die Prädiktion später auf externe Fahrzeuge mittels Sensorinformationen zu erweitern. Es wurden hohe Prädiktionsraten bei zeitlichen Abständen von mehreren Sekunden bis zum Kreuzungseintritt erzielt. Die Prädiktion wurde in das System zur Situationseinschätzung integriert. Weiterhin beinhaltet das System eine statische Kreuzungsmodellierung. Dabei werden digitale Kartendaten genutzt um eine Repräsentation der Kreuzung und ihrer statischen Attribute zu erzeugen und die der Kreuzungsform entsprechenden Prädiktionsmodelle auszuwählen. Das Gesamtsystem ist als Matlab Tool mit einer Schnittstelle zum CAN Bus implementiert. Weiterhin wurde eine Fahrstudie zum natürlichen Fahrverhalten durchgeführt um mögliche Unterschiede und Gemeinsamkeiten bei der Annäherung an Kreuzungen in Abhängigkeit der Form und Regulierung zu identifizieren. Hierbei wurde die Distanz zur Kreuzung und die Geschwindigkeit bei Fahrereingaben im Bezug zur folgenden Kreuzung gemessen (Gaspedalverlassen, Bremspedalbetätigung, Blinkeraktivierung). Die Ergebnisse der Studie wurden genutzt um die Notwendigkeit verschiedener Prädiktionsmodelle in Abhängigkeit von Form der Kreuzung zu bestimmen. Das System läuft in Echtzeit und wurde im realen Straßenverkehr getestet.

Platooning has the potential to be a breakthrough in increasing road capacity and reducing fuel consumption, as it allows a chain of vehicles to closely follow each other on the road. When the number of vehicles increases, platoons will follow one another in what is referred to as multiplatooning. Many Cooperative Intelligent Transportation Systems (C-ITS) applications rely on periodically exchanged beacons among vehicles to improve traffic safety. However, as the number of connected vehicles increases, the network may become congested due to periodically exchanged beacons. Therefore, without some congestion control method, safety critical messages such as Cooperative Awareness Messages (CAMs) may not be delivered on time in high vehicle density scenarios. Both the European Telecommunications Standards Institute (ETSI) and the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) have been working on different standards to support vehicular communication. ETSI dened the Decentralized Congestion Control (DCC) mechanism which adapts transmission parameters (message rate, transmit data rate, and transmit power, etc.) to keep channel load under control. ETSI DCC utilizes a three-state machine with RELAXED, ACTIVE, and RESTRICTIVE states. In this thesis, we implemented this three-state machine by adapting the message rate based on the channel busy ratio (CBR). We name this message-rate based three-state machine DCC-3. DCC-3 has the ability to control channel load; however, it has unfairness and instability problems due to the dramatic parameter changes between states. Therefore, we divided the ACTIVE state of DCC-3 into ve sub-states, and refer to this as DCC-7. We benchmarked DCC-3 against static beaconing (STB), dynamic beaconing (DynB), LInear MEssage Rate Integrated Control (LIMERIC), and DCC-7 using different evaluation metrics with different numbers of platoons. Our results from the Plexe simulator demonstrate that DCC-7 has the best performance when considering all evaluation metrics, including CBR, Inter-reception time (IRT), collisions, safe time ratio, and fairness. Furthermore, we found using transmit power control could greatly improve the performance of CBR and collision rates. / Platooning (fordonskonvojer) har potential att bli ett genombrott i öka vägkapaciteten och minska bränsleförbrukning, eftersom det tillåter en kedja av fordon att noga följa varandra på vägen. När antalet fordon ökar, kommer att plutoner följa varandra i vad som benämns multiplatooning (konvoj av fordonskonvojer). Många kooperativ intelligenta transportsystem (C-ITS) tillämpningar förlitar sig på regelbundet utbytte beacons bland fordon att förbättra traffiksäkerheten. Dock som antalet uppkopplade fordon ökar, kan nätverket bli överbelastat på grund av regelbundet utbytte beacons. Utan någon trängsel kontrollmetod, får därför säkerhet kritiska meddelanden såsom kooperativ medvetenhet meddelanden (CAMs) inte levereras i tid i höga fordon densitet scenarier. Både Europeiska institutet för telekommunikationsstandarder (ETSI) och Institute el och elektroniska tekniker (IEEE) har arbetat på olika standarder för att stödja vehicular kommunikation. ETSI definieras den decentraliserade överbelastning kontroll (DCC) mekanism som anpassar överföring parametrar (meddelande hastighet, överföra datahastighet och sändningseffekt, etc.) för att hålla kanalen belastningen under kontroll. ETSI DCC använder en tre-state maskin med RELAXED, ACTIVE och RESTRICTIVE stater. I denna avhandling har genomfört vi denna tre-state maskin genom att anpassa meddelande hastighet baserat på kanal upptagen förhållandet (CBR). Vi nämna detta meddelande-hastighet baserat tre-state machine DCC-3. DCC-3 har förmågan att kontrollera kanal belastning; Det har dock otillbörlighet och instabilitet problem på grund av de dramatiska parameterändringar mellan stater. Därför vi indelat det ACTIVE tillståndet för DCC-3 i fem undertillstånd och hänvisar till detta som DCC-7. Vi benchmarkade DCC-3 mot statiska leda (STB), dynamisk leda (DynB), linjära MEssage Rate integrerad kontroll (LIMERIC) och DCC-7 med olika utvärdering statistik med olika antal plutoner. Våra resultat från Plexe simulator visar att DCC-7 har bästa prestanda när man överväger alla utvärdering statistik, inklusive CBR, mellan receptionen tid (IRT), kollisioner, säker tid baserat och rättvisa. Vi fann dessutom använda Sändareffektstyrning kan avsevärt förbättra prestanda för CBR och kollision priser.

This thesis investigated different configurations of the attitude determination and control system (ADCS) for the MIST satellite, to find a satisfying trade-off between computational demand and estimation/pointing accuracy. A model of the satellite dynamics was developed and used in a simulation. The designed ADCS consists of a discrete extended Kalman filter (EKF) and a model predictive control (MPC) controller tunable in different ways. The filter works with a linearization of the spacecraft dynamics model which is performed about the last attitude estimate and it is also capable of estimating the residual magnetic moment of the spacecraft without any initial guess. Three different models were used with the MPC and compared: a linear-like, state-dependent model, a model linearized around a fixed equilibrium point, and a model linearized around the last attitude estimate. The simulation, developed with Simulink, served as a testbed for the different tunings. From the simulation results, the filter proved to be capable of estimating the residual magnetic moment of the satellite with satisfying accuracy. Estimation and pointing requirements were met on average with a mean absolute estimation error of 0.8 deg and a mean absolute pointing error of 3.5 deg. This performance was achieved in face of measurement and model uncertainty. / Det här examensarbetet undersökte olika konfigurationer av systemet för bestämning och styrning av orienteringen (ADCS) för MIST-satelliten för att hitta en godtagbar kompromiss mellan nödvändig beräkningskraft samt noggrannheten vid uppskattning av attityden. En modell för satellitens dynamik skapades och användes i simuleringarna. Det framtagna ADCS består av ett diskret utökat Kalmanfilter (EKF) och en ställbar avancerad reglerstrategi (MPC). Filtret arbetar med en linjärisering av rymdfarkostens dynamik kring den senaste uppskattningen av attityden. Vidare är den kapabel att uppskatta rymdfarkostens residuala dipolmoment utan några startvärden. Tre olika MPC-modeller användes och jämfördes: en linjär tillståndsberoende modell, en linjäriserad modell kring en fix jämviktspunkt samt en modell linjäriserad kring den senaste uppskattningen av attityden. Simuleringarna, utvecklade i Simulink, fungerade som en testplattform för de olika inställningarna. Resultatet från simuleringarna visade på att filtret var kapabelt att uppskatta rymdfarkostens residuala magnetiska moment med tillfredsställande noggrannhet. Krav på uppskattning av attityden och önskad attityd uppfylldes med en genomsnittlig absolut avvikelse av 0.8 respektive 3.5 grader. Denna prestanda uppnåddes trots osäkerhet i mätningar och modell.

Attitude Determination and Control System (ADCS) is often a complex system on-board any  satellite  which  needs  validation  and  testing  to  prove  its  operability  and  verify  its software  compatibility  with  hardware  and  other  subsystems.    One  failure  in  orbit  is extremely expensive in terms of cost and time due to payload preparation and launch. The ideal test bench would be the one that perfectly simulates the space environment and all its main factors such as weightlessness, Earth’s Magnetic Field (EMF), vacuum, neutral particles, plasma and radiation, among others.  The target in this case was the Earth’s Magnetic Field (EMF), solved with a Helmholtz Cage in a Merritt Configuration, and weightlessness, not implemented but analysed in detail where different alternatives are proposed, similar to market solutions.As  derived  from  literature  and  simulations  executed  along  this  M.  Sc.    Thesis,  the Merritt Cage seems beneficial against any other configuration in terms of magnetic field uniformity and effective volume.  After the design and assembly of the test bench, both properties were verified and successfully achieved, despite the lack of calibration, not executed because of time limitation, and tiny issues encountered along the full evolutionof the project. / Attitude Determination and Control System (ADCS) är ofta ett komplicerat system ombord på alla satelliter som behöver validering och testning för att bevisa dess användbarhet och  verifiera dess  programvarukompatibilitet med  hårdvara och  andra delsystem.   Ett fel  i  omloppsbana  är  extremt  dyrt  med  avseende  på  kostnader  och  tid  på  grund  av förberedelse  och  lansering  av  nyttolast  Den  ideala  testbänken  skulle  vara  den  som perfekt  simulerar  rymdmiljön  och  alla  dess  huvudfaktorer  såsom  viktlöshet,  Earth’s Magnetic  Field  (EMF),  vakuum,  neutrala  partiklar,  plasma  och  strålning,  bland  andra. Målet  i  detta  fall  var  EMF,  löst  med  en  Helmholtz-bur  i  en  Merritt-konfiguration,  och viktlöshet,  inte  implementerad  men  analyserad  i  detalj  där  olika  alternativ  föreslås, liknande marknadslösningar.Som härstammar från litteratur och simuleringar utförda längs denna M. Sc. Avhandling verkar Merritt Cage vara gynnsam mot annan konfiguration när det gäller magnetfältens enhetlighet och effektiv volym.  Efter konstruktionen och montering av testbänken, var båda egenskaperna verifierade och framgångsrikt uppnådda, trots bristen på kalibrering, inte  genomförda  på  grund  av  tidsbegränsning,  och  små  problem  som  uppstod  underprojektets fulla utveckling.

Οι ηλεκτροµηχανικές συσκευές αποθήκευσης δεδοµένων πολύ µικρής κλίµακας που βασίζονται στη χρήση ανιχνευτών (probes) αποτελούν ανερχόµενες εναλλακτικές επιλογές για τη βελτίωση της πυκνότητας αποθήκευσης, του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων και της απαιτούµενης ισχύος σε σχέση µε τις συµβατικές αποθηκευτικές συσκευές. Μία υλοποίηση µιας τέτοιας συσκευής χρησιµοποιεί θερµοµηχανικές µεθόδους για την αποθήκευση πληροφορίας σε λεπτές µεµβράνες πολυµερών υλικών. Σε αυτή την περίπτωση, η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται µε τη µορφή κοιλωµάτων πάνω στο πολυµερές υλικό, οι οποίες δηµιουργούνται από τις άκρες των ανιχνευτών διαµέτρου µερικών nm. Με στόχο την αύξηση του ρυθµού εγγραφής και ανάγνωσης χρησιµοποιούνται διατάξεις από ανιχνευτές που λειτουργούν παράλληλα, µε κάθε ανιχνευτή να εκτελεί λειτουργίες εγγραφής/ανάγνωσης/διαγραφής σε ξεχωριστό αποθηκευτικό πεδίο. Βασικές απαιτήσεις κατά τη λειτουργία τέτοιων συσκευών αποτελούν η εξαιρετικά µεγάλη ακρίβεια και η µικρή καθυστέρηση κατά τη µετακίνηση των ανιχνευτών πάνω από το πολυµερές υλικό. Η παρούσα διατριβή έχει ως αντικείµενο τη µελέτη των διατάξεων κίνησης και τη σχεδίαση πρωτότυπων αρχιτεκτονικών ελέγχου, που οδηγούν στη βελτίωση της απόδοσης των απαιτούµενων, σε συσκευές τέτοιου τύπου, λειτουργιών ελέγχου. Η µετατόπιση του αποθηκευτικού µέσου σε σχέση µε τη διάταξη των ανιχνευτών επιτυγχάνεται µε τη χρησιµοποίηση µικρής κλίµακας scanners, που έχουν δυνατότητες κίνησης σε δύο κατευθύνσεις (x/y). Πληροφορία για τη θέση του microscanner στις δύο κατευθύνσεις παρέχεται από θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης θέσης που κατασκευάζονται µαζί µε τη διάταξη µε τους ανιχνευτές και τοποθετούνται πάνω από το κινητό πλαίσιο. Η πλήρης κατανόηση της συµπεριφοράς των διατάξεων αυτών αποτελεί απαραίτητο στοιχείο για τον αποτελεσµατικό σχεδιασµό και την ανάλυση των συστηµάτων ελέγχου. Στα πλαίσια της διατριβής δηµιουργήθηκε ένα πλήρες µοντέλο της διάταξης του microscanner και των θερµικών αισθητήρων ανίχνευσης θέσης. Σύγκριση της απόκρισης του µοντέλου µε τις πειραµατικές µετρήσεις καταδεικνύει ότι το µοντέλο προσεγγίζει µε εξαιρετική ακρίβεια την απόκριση του συστήµατος. Το σύστηµα ελέγχου περιλαµβάνει, στην αρχή, τη λειτουργία αναζήτησης/ αποκατάστασης, κατά την οποία το σύστηµα εντοπίζει τη θέση όπου απαιτείται να πραγµατοποιηθεί εγγραφή ή ανάγνωση πληροφορίας µε εκκίνηση µία αυθαίρετη θέση του κινητού πλαισίου. Απαίτηση του συστήµατος κατά τη λειτουργία αυτή είναι η ελαχιστοποίηση του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων. Η γρήγορη πρόσβαση στα δεδοµένα αποτελεί µια σηµαντική πρόκληση στις συµβατικές αποθηκευτικές συσκευές. Με το πλεονέκτηµα των ελαφρύτερων µηχανικών µερών, οι υπό µελέτη συσκευές αποθήκευσης βασισµένες στην τεχνολογία MEMS θεωρούνται βασικές υποψήφιες για τη βελτίωση του χρόνου πρόσβασης των δεδοµένων. Οι σχετικές προοπτικές των συσκευών αυτών διερευνώνται αναλυτικά στα πλαίσια της διατριβής. Συγκεκριµένα, αρχικά µελετάται η απόδοση διαφόρων συστηµάτων µε βάση τη θεωρία ελέγχου βέλτιστου χρόνου. Τα αποτελέσµατα της µελέτης δίνουν το θεωρητικά βέλτιστο χρόνο πρόσβασης και την εξάρτησή του από τις παραµέτρους του κάθε συστήµατος. Στη συνέχεια, περιγράφεται η αρχιτεκτονική ελέγχου για τη λειτουργία αναζήτησης και παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα που αντλήθηκαν από το περιβάλλον προσοµοίωσης και από την πειραµατική διάταξη. Τα αποτελέσµατα καταδεικνύουν ότι οι χρόνοι πρόσβασης των δεδοµένων που είναι δυνατό να επιτευχθούν µε τις συσκευές αυτές, είναι σηµαντικά µικρότεροι σε σχέση µε τις συµβατικές. Στη συνέχεια, ακολουθεί η λειτουργία παρακολούθησης, όπου η θέση των ανιχνευτών πρέπει να παραµένει στο κέντρο του επιθυµητού καναλιού, κατά τη διάρκεια εγγραφής/ανάγνωσης των δεδοµένων. Η απαίτηση για µεγάλη ακρίβεια στη µετακίνηση πάνω από τη νοητή γραµµή του κέντρου του καναλιού, της µίας ή περισσότερων κεφαλών που χρησιµοποιούνται κατά την εγγραφή/ανάγνωση, είναι σηµαντική για όλους τους τύπους αποθηκευτικών συσκευών. Οι απαιτήσεις για ακρίβεια γίνονται ακόµα πιο µεγάλες και κρίσιµες, στην περίπτωση των υπό µελέτη αποθηκευτικών συσκευών, όπου η ψηφιακή πληροφορία αποθηκεύεται σε µία περιοχή µε µέγεθος µερικών nm. Το σύστηµα ελέγχου, κατά τη λειτουργία αυτή, οφείλει να παρακολουθεί το επιθυµητό σήµα αναφοράς, και ταυτόχρονα να έχει ικανοποιητική απόρριψη των διαταραχών και να επιτυγχάνει την απαιτούµενη ακρίβεια ως προς τον προσδιορισµό της θέσης. Παράλληλα, σηµαντικό παράγοντα βελτιστοποίησης αυτής της λειτουργίας, αποτελεί ο ρυθµός εγγραφής/ανάγνωσης των δεδοµένων. Η πρώτη προσέγγιση για την αρχιτεκτονική ελέγχου, κατά τη λειτουργία αυτή, βασίζεται στην παρεχόµενη από τους θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης, πληροφορία της θέσης του microscanner. Η αρχιτεκτονική βασίζεται στον αλγόριθµο του γραµµικού τετραγωνικού ρυθµιστή (LQG) και η αξιολόγησή της γίνεται µε κριτήρια την ικανότητα παρακολούθησης της εισόδου, την απόρριψη των διαταραχών και την ακρίβεια ως προς τον προσδιορισµό της θέσης. Τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν, κατά την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ελέγχου στην πειραµατική διάταξη, αναδεικνύουν ότι η αρχιτεκτονική πληρεί τις απαιτήσεις και η ακρίβεια µερικών nm που επιτυγχάνεται στον προσδιορισµό της θέσης επιτρέπει την αξιόπιστη εγγραφή και κατόπιν ανάγνωση δεδοµένων από την αποθηκευτική συσκευή. Μειονέκτηµα της παραπάνω προσέγγισης αποτελεί ο χαµηλής συχνότητας θόρυβος των θερµικών αισθητήρων, που επηρεάζει τη σωστή λειτουργία του κλειστού συστήµατος σε µεγάλες περιόδους λειτουργίας της συσκευής. Το πρόβληµα αυτό επιλύεται µε µία πρωτότυπη προσέγγιση που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διατριβής και βασίζεται στην πληροφορία, την προερχόµενη από τους θερµικούς αισθητήρες ανίχνευσης θέσης, σε συνδυασµό µε το προερχόµενο από το αποθηκευτικό µέσο σήµα σφάλµατος θέσης. Ο σχεδιασµός του συστήµατος ελέγχου, στην περίπτωση αυτή, εκµεταλλεύεται την εκ των προτέρων γνώση των χαρακτηριστικών θορύβου ως προς τη συχνότητα των δύο αισθητήρων ανίχνευσης θέσης, έτσι ώστε το σύστηµα ελέγχου που προκύπτει να χρησιµοποιεί την πιο αξιόπιστη µέτρηση σε κάθε περιοχή συχνοτήτων. Το πλαίσιο του σθεναρού ελέγχου, H∞, χρησιµοποιείται κατά το σχεδιασµό αυτής της αρχιτεκτονικής ελέγχου, µε διαχωρισµό ως προς τη συχνότητα. Με χρήση αυτής της µεθόδου, το σύστηµα ελέγχου δεν επηρεάζεται από τον χαµηλής συχνότητας θόρυβο των θερµικών αισθητήρων. Τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν κατά την υλοποίηση της αρχιτεκτονικής ελέγχου στην πειραµατική διάταξη επιβεβαιώνουν τα παραπάνω. Η µέθοδος αυτή είναι πιο γενική και µπορεί να εφαρµοστεί σε κάθε πρόβληµα ελέγχου, που έχει δύο ή και περισσότερους αισθητήρες µε διαφορετικά χαρακτηριστικά απόδοσης σε διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων. / Micro-electro-mechanical-system (MEMS)-based scanning-probe storage devices are emerging as potential ultra-high-density, low-access-time, and low-power alternatives to conventional data storage. One implementation of probe-based storage uses thermomechanical means to store and retrieve information in thin polymer films. Digital information is stored by making indentations on the thin polymer film with the tips of atomic force microscope (AFM) cantilevers, which are a few nanometers in diameter. To increase the data rate, an array of probes is used, in which each probe performs read/write/erase operations over an individual storage field. One of the primary challenges in building such devices is the extreme accuracy and the short latency required in the navigation of the probes over the polymer medium. This dissertation describes the design of novel control architectures and the characterization of their performance. The associated modelling effort, theoretical analysis, simulation work and experimental results are presented. Displacement of the storage medium relative to the array of cantilevers is achieved by using silicon-based micro-scanners with x/y-displacement capabilities. The x/y positional information can be provided by thermal position sensors that are fabricated on the cantilever-array chip and positioned directly above the scan table. A thorough understanding of the dynamics of these parts of the device is essential for effective design and analysis of the control architectures. In this dissertation a complete model of the micro-scanner and the thermal position sensors was developed. Comparison of the model response with the experimental data have shown that the model approximates the system response with an excellent accuracy. In general, the servo system in such a storage device has two functions. First, it locates the target track to which information is to be written or read back from, starting from an arbitrary initial position of the scan table carrying the storage medium. This is achieved by the so-called seek-and-settle procedure. The data access time depends on the duration of this operation, and therefore the minimization of its duration constitutes an important optimization factor. The speed of data access is a significant bottleneck in today’s computing systems. With the advantage of the lighter moving stage MEMS-based storage devices are widely touted to improve access times. In this dissertation these perspectives are examined in detail. Initially the time-optimal control theory has been studied for different system models and their performance has been examined regarding the optimal access time. The results of this study have provided the theoretically optimal access time for each model and its dependence on the system parameters. The control architecture for the seek operation has been designed. The simulation and experimental results show that the possible access times that can be achieved are significantly smaller than the conventional storage devices. The second function of the control system is to maintain the position of the read/write probes on the centre of the target track as they are being scanned along the length of this track during the normal read/write operation. This is achieved by the so-called track-follow procedure. Precise positioning and navigation of the read/write head(s) on the track centerlines is of paramount importance in all types of storage devices. The requirements become more crucial in the devices under study, where in order to achieve reliable storage and retrieval of data, accuracy in the order of a few nanometers in the scanner motion is needed. Therefore, the tracking of the reference signal, the disturbance rejection capabilities and the positioning resolution are considered as performance measures for the control system in this operation. Similarly, the read/write data rate constitutes an important optimization factor for this operation. The first approach of the control architecture for the track-follow procedure uses the position information from the thermal sensors. The control of the position in the x/y directions is realized using two independent feedback loops and each controller is based on the linear quadratic Gaussian regulator (LQG). For the evaluation of the proposed control architecture a detailed analysis has been performed in terms of the tracking performance, the disturbance rejection and the positioning resolution. The proposed architecture has been implemented in the experimental set-up and the analytical results are in agreement with those obtained experimentally. The experimental results show that the accuracy in the motion of the micro-scanner obtained with the proposed control architecture allows reliable storage and retrieval of data in the storage device. The disadvantage of the above control scheme originates from the low frequency noise of the thermal sensors that affects the closed loop performance for long term operation of the device. A novel control architecture was developed that addresses this problem by using medium-derived position information along with the thermal positioning sensor. The objective of this method is, using the a priori knowledge of the noise characteristics of the two sensors, to create a control structure that utilizes the best measurement in different frequency regions. The framework of the H∞ robust control was used for the design of this new frequency separated control architecture. Using this method the control system is not affected from the low frequency noise of the thermal sensors. The experimental results validate the performance of the proposed method. The developed methodology is more general and can be applied to any control problem that has two or more sensors with different performance characteristics in different frequency regions.

En vetenskaplig studie utfördes med fokus på spelkontrollers påverkan på spelarens engagemang och frustration, aspekter som är viktiga för spelares intresse för ett spel. Studien jämför traditionella spelkontroller, som exempel på vanligt förekommande moderna spelkontroller, och Ape Escape-liknande spelkontroller, som anpassar naturligt mappade spelkontroller på ett traditionellt, modernt kontrolldon. Två spelprototyper skapades med en utav de nämnda kontrolltyperna vardera. En studie utfördes med fyra deltagare delade i två deltagargrupper där varje deltagare spelade de två spelprototyperna följt av semi-strukturerade intervjuer med mål att få information kring deras spelupplevelser. Datan analyserades enligt grundad teori vilket uppgav en rad olika mönster angående deltagarnas engagemang och frustration samt hur dessa påverkades av spelkontrollerna hos vardera prototyp. På grund av den låga mängden deltagare är dessa mönster relativt opålitliga vilket bjuder in till framtida studier med fler deltagare och samma fokus på spelkontrollers påverkan på engagemang och frustration.

No description available.

No description available.

No description available.