No description available.

The objective of this research is to introduce a neural network based solution for the problem of measuring the actual amount of harmonic current injected into a power network by an individual nonlinear load. Harmonic currents from nonlinear loads propagate through the system and cause harmonic pollution. As a result, voltage at the point of common coupling (PCC) is rarely sinusoidal. The IEEE 519 harmonic standard provides customer and utility harmonic limits and many utilities are now requiring their customers to comply with IEEE 519. Measurements of the customer’s current at the PCC are expected to determine the customer’s compliance with IEEE 519. However, results in this research show that the current measurements at the PCC are not always reliable in that determination. In such a case, it may be necessary to determine what the customer’s true current harmonic distortions would be if the PCC voltage could be a pure sinusoidal voltage. However, establishing a pure sinusoidal voltage at the PCC may not be feasible since that would mean performing utility switching to reduce the system impedance. An alternative approach is to use a neural network that is able to learn the customer’s load admittance. Then, it is possible to predict the customer’s true current harmonic distortions based on mathematically applying a pure sinusoidal voltage to the learned load admittance. The proposed method is called load modeling. Load modeling predicts the true harmonic current that can be attributed to a customer regardless of whether a resonant condition exists on the utility power system. If a corrective action is taken by the customer, another important parameter of interest is the change in the voltage distortion level at the PCC due to the corrective action of the customer. This issue is also addressed by using the dual of the load modeling method. Topologies of the neural networks used in this research include multilayer perceptron neural networks and recurrent neural networks. The theory and implementation of a new neural network topology known as an Echo State Networks is also introduced. The proposed methods are verified on a number of different power electronic test circuits as well as field data. The main advantages of the proposed methods are that only waveforms of voltages and currents are required for their operation and they are applicable to both single and three phase systems. The proposed methods can be integrated into any existing power quality instrument or can be fabricated into a commercial standalone instrument that could be installed in substations of large customer loads, or used as a hand-held clip on instrument.

We present the application of the boundary integral equation method for solving the motion of biological cell or particle under Stokes flow in the presence of electrostatic field. The huge dense matrix-vector product from the boundary integral method poses a computationally challenging problem for solving the large system of equations generated. In our work, we used the precorrected-FFT (pFFT) method to reduce the computational time and memory usage drastically, so that large scale simulations can be performed quickly on a personal computer. Results on the force field acting on the particle, as well as the behavior of the particle through cell trap are presented. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

Το αντικείμενο της εργασίας είναι ο υπολογισμός του καρδιακού και αναπνευστικού παλμού με επεξεργασία του σήματος που λαμβάνεται με χρήση πιεζοηλεκτρικού αισθητήρα. Ο αισθητήρας είναι τοποθετημένος στον λαιμό και ανιχνεύει ένα σήμα που περιλαμβάνει τόσο τον καρδιακό, όσο και τον αναπνευστικό ρυθμό. Η δειγματοληψία και μετατροπή του σήματος σε ψηφιακό γίνεται με χρήση του microcontroller MSP430F149 ο οποίος προγραμματίζεται κατάλληλα για το σκοπό αυτό. Το ψηφιακό αυτό σήμα επεξεργάζεται με κατωδιαβατό φίλτρο πεπερασμένης κρουστικής απόκρισης προκειμένου να αποκοπούν οι υψηλές συχνότητες και υπολογίζεται η ενέργεια του προκύπτοντος σήματος. Εν συνεχεία με χρήση του FFT, και κατάλληλων φίλτρων γίνεται ο διαχωρισμός του σήματος σε αναπνοής και καρδιακού ρυθμού. / -

Η μελέτη αυτή αποσκοπεί να εμβαθύνει εμπεριστατωμένα στο ζήτημα του ελέγχου βλαβών αυτοκινήτου με την χρήση πιεζοκρυστάλλων. Οι κρύσταλλοι αυτοί είναι τοποθετημένοι στο σώμα της μηχανής και λαμβάνουν δονήσεις από το περιβάλλον τους τις οποίες μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα. Τα σήματα αυτά επεξεργάζονται κατόπιν από ένα μικροελεγκτή και συγκεκριμένα το AduC 7026 της Analog Devices. Η διάταξη μας δηλαδή είναι ικανή να ανιχνεύσει οποιαδήποτε βλάβη υπάρχει στο αυτοκίνητο η οποία επηρεάζει συστήματα εντός της εμβέλειας των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων οι οποίοι βρίσκονται πάνω στο σώμα της μηχανής. Η μελέτη χωρίζεται σε έξι μέρη. Στο πρώτο αναλύεται εξαρχής η κατασκευή , η λέιτουργία και τα μέρη της μηχανής του αυτοκινήτου. Στο δεύτερο αναλύεται η φύση , η λειτουργία των πιεζοκρυστάλλων και οι σχέσεις που διέπουν τη λειτουργία τους. Στο τρίτο μέρος ακολουθεί η μέθοδος με την οποία αναλύονται οι δονήσεις και εκμαιεύεται συμπέρασμα για την ορθή ή εσφαλμένη λειτουργία της μηχανής. Στο τέταρτο εξετάζεται η δομή και η λειτουργία του μικροελεγκτή, καθώς και παρουσιάζεται το λογισμικό Keil-Uvision. Στο πέμπτο παρατίθενται τμήματα του κώδικα που αναπτύχθηκε και εξηγείται η λειτουργία τους. Στο έκτο γίνεται η προσομοίωση του κώδικα. Ο κώδικας γράφτηκε σε γλώσσα προγραμματισμού C. / This thesis aims to investigate the subject of fault detection of automobile vehicles by the use of piezoelectric transducers that are placed upon the engine of the vehicle. The transducers receive the vibrations and turn them into electric signals. These signals are being processed by a microcontroller and specifically the Aduc7026 built by Analog Devices. The ordinance is capable of detecting faults in the vehicle affecting systems within the range of vibration receiving capability of piezoelectric transducers The thesis is devided into 6 parts. The 1st section deals with the construction and the operation of the internal combustion engine. In the 2nd section the nature, the operation and the mathematical formulations that define the operation of piezoelectric transducers are being analyzed. The 3rd part deals with the method by which the vibrations are analyzed so as to decide whether the engine operates normally. The 4th section deals with the structure and operation of the microcontroller and with the Keil-Uvision software. In the 5th part sections of the code are referenced and their operation is being explained. In the 6th and final part the code is being simulated. The code is written in C programming language.

Στο πεδίο των ασύρματων επικοινωνιών της τάξης των 60 GHz που αντιστοιχούν σε ρυθμούς μετάδοσης multi-gigabits ανά δευτερόλεπτο, οι σύγχρονες υλοποιήσεις βασίζονται στα ιδιαίτερα προσαρμοζόμενα ASICs, ανάλογα με τις ανάγκες της εφαρμογής. Απαιτούνται γενικώς υψηλές ταχύτητες επεξεργασίας σε συνδυασμό με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Ωστόσο, για να υποστηριχθούν διαφορετικά πρότυπα με μεγάλη διαφοροποίηση τρόπων χρήσης, είναι ιδιαίτερα επιθυμητές λύσεις αρχιτεκτονικής που μπορούν να προγραμματιστούν και να ρυθμιστούν έτσι ώστε αυξάνοντας το δυνατό αγοραστικό κοινό, να μειωθεί το κόστος επεξεργασίας ανά chip. Στις μέρες μας, τα ASIPs (Application-Specific Instruction-set Processors) δεν είναι εφικτά λόγων των υψηλότατων απαιτήσεων απόδοσης/ενέργειας. Ωστόσο, το κενό που υπάρχει με τα ASICs μπορεί κατά μεγάλο μέρος να γεφυρωθεί ή και να εξαλειφθεί, εισάγοντας και χρησιμοποιώντας ποιο δυναμική συμπεριφορά στην ψηφιακή front-end λειτουργικότητα. Για να επιτευχθεί αυτό, απαιτούνται καινοτομίες στην πλευρά της αρχιτεκτονικής του επεξεργαστή και ειδικότερα στον τρόπο που οι αλγόριθμοι αντιστοιχίζονται σε αυτές τις απαιτήσεις. Ξεκινώντας από παλαιότερα πειράματα που έδειξαν ότι η ιδέα αυτή είναι εφικτή, τα αντιπροσωπευτικά αλγοριθμικά τμήματα (με βάση κυρίως τον FFT) θα αντιστοιχηθούν στην επιλεγμένη αρχιτεκτονική ASIP για εφαρμογές στα 60 GHz. Σε αυτά τα πλαίσια, θα εφαρμοστεί η μεθοδολογία του διαγράμματος ροής εκτιμήσεων υψηλής κλίμακας (high level estimations flowchart). Πιο συγκεκριμένα, αρχικά θα αποκτηθεί μια πιο ακριβής καταγραφή του λειτουργικού κόστους της αλυσίδας φορτίου δεδομένων του ψηφιακού μέρους του δέκτη που υλοποιεί το πρότυπο επικοινωνιών στα 60 GHz. Στη συνέχεια θα κβαντιστούν οι πιο πολύπλοκοι, λειτουργικά, πυρήνες της αλυσίδας, όπως θα προκύψει από το προηγούμενο βήμα και τελικά οι πυρήνες αυτοί θα αντιστοιχηθούν σε αναδιαμορφώσιμα αρχιτεκτονικά μοντέλα. Η εργασία θα επικεντρωθεί στον FFT, που αναμένεται να έχει τη μέγιστη λειτουργική πολυπλοκότητα και θα προταθεί μια διαφορετική προσέγγιση για τον τρόπο προσπέλασης των δεδομένων και των συντελεστών στην SRAM και το register file, με στόχο την ελάττωση της κατανάλωσης ενέργειας του πυρήνα αυτού. Τέλος, θα παρατεθεί μια συγκριτική μελέτη των σχημάτων πρόσβασης που θα ερευνηθούν. Με αυτόν τον τρόπο μπορούν να ποσοτικοποιηθούν τα συνολικά κέρδη της έρευνάς μας. / In the domain of multi-gigabits per second wireless 60 GHz communication transceivers and beyond, today's implementations are all based on heavily customized application-specific integrated circuits (ASICs). The basic motivation for this customization is the extremely high processing speeds that are required, in combination with the need for low energy consumption. However, to support different standards and highly varying usage modes, more programmable or configurable architecture solutions are strongly desirable to increase the potential market volume and in this way to reduce the per-chip processing costs. Today these application-specific instruction set processors or ASIPs are not feasible due to the too high performance/energy requirements. Nevertheless, we believe that by introducing and exploiting more dynamic behavior in the digital front-end functionality, the performance/energy gap with the ASICs can be largely bridged and potentially even fully overcome. In order to achieve this, innovations are required on the processor architecture side and especially on the way algorithms are mapped to those architectures. In this thesis, we will start from earlier experiments which have shown the viability of the above concept. Τhe representative algorithmic blocks (mainly FFT oriented) will be mapped onto reconfigurable hardware based on ASIP architectures for 60 GHz applications. In this way we can quantify the overall gains and check how far the approach can be extended to exploit all the available dynamism using the concept of scenario clustering. In this context, we will follow the steps of the high level estimations flowchart methodology. In particular, we will obtain a more accurate account of the operational complexity of the digital base-band payload chain kernels, quantize the most complex of them and then map them in reconfigurable architectures. Especially for the FFT kernel, that is expected to show the highest complexity, we will implement a different approach in the accessing of the data and coefficients that intends to limit the energy usage of the kernel. For this purpose, we will end this work with a comparative study of different schemes explored.

Precisely measuring the flow rate in sprayers is a key technology to precision agriculture. With the development of advanced technologies, the demand for the ability to measure flow rate of individual nozzle has become more important and urgent. This paper investigates the possibility of developing a low-cost flow rate measurement technique. The technique is based on analyzing the acoustic signal from a microphone placed near the nozzle tip. A comparison between acoustic signal and vibration signal was made to study the relations between them. Then several possible locations of the microphone for measuring flow rate were tested and compared, and one has been chosen as the best location. After that, two methods of analyzing data were proposed, one that could better describe the original curve was chosen. With all of that work done, further experiments were conducted on a variety of nozzle tips. The results showed that an acoustic sensor could be used as an indicator of flow rate from a nozzle, but that unique calibrations for different nozzle tips would be necessary.

The cost and environmental damage of reclaims is a large problem within thepaper industry. With certain types of paper, so called crepe marks on the paper’ssurface is a common issue, leading to printing defects and consequentlyreclaims. This thesis compares four different image analysis methods for evaluatingcrepe marks and predicting printing results. The methods evaluated consistsof one established methods, two adaptations of established methods andone novel method. All methods were evaluated on the same data, topographicheight images of paper samples from 4 paper rolls of similar type but differingin roughness. The method based on 1D Fourier analysis and the method basedon fully convolutional networks performs best, depending on if speed or detailedcharacteristics is a priority.

The finite-difference time-domain (FDTD) method is one of most widely used computational electromagnetics (CEM) methods to solve the Maxwell's equations for modern engineering problems. In biomedical applications, like the microwave imaging for early disease detection and treatment, the human tissues are considered as lossy and dispersive materials. The most popular model to describe the material properties of human body is the Debye model. In order to simulate the computational domain as an open region for biomedical applications, the complex-frequency-shifted perfectly matched layers (CFS-PML) are applied to absorb the outgoing waves. The CFS-PML is highly efficient at absorbing the evanescent or very low frequency waves. This thesis investigates the stability of the CFS-PML and presents some conditions to determine the parameters for the one dimensional and two dimensional CFS-PML.The advantages of the FDTD method are the simplicity of implementation and the capability for various applications. However the Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition limits the temporal size for stable FDTD computations. Due to the CFL condition, the computational efficiency of the FDTD method is constrained by the fine spatial-temporal sampling, especially in the simulations with the electrically small objects or dispersive materials. Instead of modifying the explicit time updating equations and the leapfrog integration of the conventional FDTD method, the spatial filtered FDTD method extends the CFL limit by filtering out the unstable components in the spatial frequency domain. This thesis implements filtered FDTD method with CFS-PML and one-pole Debye medium, then introduces a guidance to optimize the spatial filter for improving the computational speed with desired accuracy.

Ce travail s’inscrit dans la thématique classique en mécanique de l’endommagement de milieux polycristallin. Il a pour but d’étudier et de modéliser le comportement thermique et mécanique d’un matériau énergétique. Ce matériau, dont le comportement en compression est quasi-fragile, présente en particulier un coefficient de dilatation thermique qui diminue lors de cycles de refroidissement-réchauffement.L’étude repose sur un modèle morphologique de type Johnson-Mehl avec grains non convexes et une méthode numérique à champ complet par transformée de Fourier rapide. La précision de ces méthodes en termes de réponse effective et de champs en pointe de fissure est étudiée par comparaison avec des éléments finis. Plusieurs types de microstructures sont ensuite étudiés de façon heuristique par ordre croissant de complexité.Le comportement élastique du polycristal non endommagé, calculé par méthode FFT, surestime celui observé expérimentalement. L’ajout de liant et de porosité dans le matériau n’expliquant pas le comportement mécanique expérimental, on étudie l’influence de différentes populations de fissures.Seule l’ajout de fissures intergranulaires permet de rendre compte du comportement effectif du matériau à l’état initial. La chute du coefficient de dilatation thermique est prédite par méthode FFT dans le cas de fissures dans le plan graphitique des monocristaux, dont l’existence est confirmée par des images MEB. / This work aims to study the thermal and mechanical behavior of an energetic polycrystal. This material displays a quasi-brittle behavior and its thermal dilation coefficient decreases when it undergoes cooling-heating cycles.The study relies on the use of a Johnson-Mehl tessellation model which has non-convex grains, and a full-field numerical method based on the Fourier transform. The accuracy of such methods concerning cracked media are determined by comparison with Finite Elements computations. The numerical tool is then used to investigate different microstructural assumptions, from the simplest to the most sophisticated.The first computation is that of an undammaged polycrystal, which overestimates the overall mechanical properties. The attempt to account for porosity and the presence of binder gives interesting results, but the latter are not enough to reproduce the experimental behavior.Finally, different types of microcracks are investigated and two major conclusions are drawn. First, in its initial state, the material contains intergranular cracks, that are uncorrelated to the local microstructure. Such cracks can lower the elastic moduli and leave the thermal properties unaffected. To obtain a decrease in terms of thermal dilation coefficient, one must consider families of cracks which are correlated to the local crystal orientation, especially along the weak plane of the crystal.