The work presented in this thesis examines several aspects of Nonlinear ModelPredictive Control (NMPC) that display and confirm its promising potentials as apowerful reconfigurable control scheme. The effects of significant nonlinearities andthe intrinsically unstable nature of high performance fighter aircraft, among otherchallenges, have been shown to be well handled in the NMPC framework. Thiswork illustrates how complex control and stability augmentation measures (whichare normally realized through ad hoc mode switching strategies) can be formulatedand implemented as NMPC objectives and constraints. Further suggestions onrobustness strategies for model/plant mismatch and compensation for couplingeffects which are not properly accounted for, have been presented and examined inthis work. Results on fault tolerance of NMPC are also presented and discussed inthis thesis. In this direction, NMPC has been shown to have unique inherent faultdetection capabilities due to its effective utilization of feedback and its internalmodel predictions. Different types of actuator/control surface failures, includingextreme cases of total actuator failure are examined as test cases for the NMPCreconfigurable fault tolerant control scheme developed in this work. The NMPCautopilots are designed for an F-16 fighter aircraft, and the implementation andsimulations were done using ACADO nonlinear optimization solver, interfaced withthe MATLAB/Simulink environment.

In the last years the cost for rig rental has become very high. To reduce total cost it has been necessary to increase the cost efficiency when drilling to improve profit. One way to improve profit is to reduce the nonproductive time related to faults and failures which could occur during drilling. In addition many of the oil fields in the north sea are starting tail production where the pressure window are small which means that managed pressure drilling or under balanced drilling must be used. This thesis combines fault tolerant control and managed pressure drilling to see if it is feasible to continue drilling with fault in the system. The fault tolerant control system is based on model matching. Simulation is done of choke blocked in closed position such that back pressure pump is used to control the bottom hole pressure. Simulation is done with MATLAB. This to see if it is possible to use back pressure pump if the choke is blocked to such that drilling can proceed even if there is a choke failure which normally would result drilling stop. A simple hydraulic model is used in the simulation. The model does not apply actuator dynamics.The results where positive, back pressure can be used to control bottom hole pressure during managed pressure drilling. The results also showed that the transient between normal and fault system causes controller initiation problem which introduced bumps into the system.

Dette prosjektet har omhandlet videreutvikling av en modernisert rullator for SINTEF, som har vært arbeidsgiveren. Rullatoren startet som en bachelorprosjekt ved Høgskolen i Sør-Trøndelag (HiST), avdeling for automasjon våren 2011, og høsten 2011 ble det gjennomført et prosjekt hvor det ble utviklet et nytt brukergrensesnitt. I denne masteroppgaven har man videreutviklet rullatoren da den hadde funksjoner som ikke fungerte optimalt. Rullatorløsningen SINTEF overtok fra HiST bestod av en rullator med elektromotorer, en instrumentkasse med et batteri og en mikrokontroller samt noe elektronikk til sensorer og motorer og to sensorer i håndtakene som var input for systemet. Systemet fungerte slik at man trykket på to sensorer som var lagt under gummihåndtakene for å få rullatoren til å kjøre fremover i lineær hastighet med kraftinputen. Tanken var at brukeren skulle bruke kroppsvekten for å generere fremdrift når man støttet seg på rullatoren. Dette viste seg ikke å fungere optimalt da man måtte bruke ganske stor kraft med tomlene for å trykke ned disse sensorene. Dette ble endret i høstprosjektet til håndtak som måler kraften brukeren dytter rullatoren fremover med. På den måten fikk man en mer naturlig brukeropplevelse og rullatoren ble enklere å betjene. Mer om løsningen kan leses om i prosjektrapporten «Nye sensorer for en mer brukervennlig rullator» (Skarra, 2011)xvii.Rullatoren skal være et intelligent hjelpemiddel som bidrar med aktiv fremdrift når brukeren trenger det, uten at brukeren selv trenger å gjøre noe for at denne hjelpen kobler inn. For å få til dette ble det gjennom en Use case-analyse avdekket hvilke funksjoner og krav vi måtte sette til rullatorsystemet for å få dette til å fungere. Dette resulterte i forslag til endringer både i det mekaniske og i reguleringsalgoritmen. I den gamle løsningen satt hjulene på faste aksler på motorene. Da vi ville at systemet kun skulle hjelpe til når brukeren trang det måtte flere ting løses. Hjulene ble byttet ut med hjul med frinav slik at rullatoren nå kan rulle fritt uten at motorene trenger å være koblet inn. Det måtte også endres i algoritmen for å få rullatoren til å virke slik vi ville. Vi ville at den skulle hjelpe til i bakker, når den var tungt lastet og når den møtte hindringer som krevde stor kraft for å bevege den fremover. Vi var altså ikke interessert i at den skulle bidra unødig og belaste batteriet når det var lett å dytte den fremover. Algoritmen ble derfor endret slik at man måtte over en viss innkoblingsgrense før motorene hjalp til. Kommer kraften over denne grensen kobler motorene inn og hastigheten er lineær ettersom kraften øker. Det ble så sett på hvordan inngangssignalet ble behandlet i algoritmen da det viste seg at motorpådraget var noe ustabilt. Regulatoren var en ren P-regulator hvor inngangssignalet ble regnet ut som et gjennomsnitt av 5 målinger. Programmeringsfeil gjorde at deler av disse målingene ble lagret etter at rullatorsystemet ble slått av slik at rullatoren beveget seg litt når man skrudde den på igjen. Et nytt filter med glemmefaktor ble designet etter inspirasjon fra faget TTK4195 Systemidentifikasjon og adaptiv regulering, og programmert i mikrokontrolleren. Etter en del testing og justering førte dette frem til at regulatoren nå gir et stabilt og forutsigbart pådrag til motorene slik at den går med en jevn hastighet.  Håndtakene som ble laget i høstprosjektet, ble også modifisert, da de ikke hadde en stopperfunksjon som hindret dem i å bli demontert ved å dra holkene bakover. De er laget slik at holkene man holder i er montert på en ytre hylse som kan beveges frem og tilbake med fjærretur. Dette er gjort for å unngå en eventuell offset. Dette gjorde at man kunne ved et uhell dra holkene av rullatorrammen og ledningen til trykksensorene falt av. Holkene kunne også roteres så brukeropplevelsen virket litt lite robust når man håndterte rullatoren. En skrue ble skrudd gjennom den ytre hylsen og inn i et avlangt hull i den indre. Dette gjorde at man nå kan håndtere rullatoren som en vanlig rullator og trenger ikke være redd for at ledningene faller ut. Skruen kan enkelt skrus ut igjen med en standard stjernetrekker ved eventuelle endringer.Alle disse endringene har gjort rullatoren nærmere et produkt som eventuelt kan settes i serieproduksjon. Det gjenstår fortsatt oppgaver med tanke på å få på plass en mekanisk brems, vektreduksjon, plassering av komponenter og å heve IP-graden til motorløsningen.Rullatoren har nå den styringsstrategien vi ønsker, og resultatene som er presentert i denne rapporten underbygger dette. Arbeidet har vært utfordrende, og spesielt det å jobbe alene i en utviklingsperiode har vært krevende. Prosjektet har krevd at man har måttet ta avgjørelser under tidspress for å komme videre, og dette har vært både utfordrende og lærerikt. Dette er erfaringer som er nyttig å ha med seg inn i arbeidslivet.

Offshore crane operation is a complex task that demands the operator to control the position of the load, predict vessel motion and compensate for load sway, all at the same time. In this thesis an anti-sway, boom tip positioning and a wave following system is presented which purpose is to facilitate not automate the crane operation. Introducing such systems the operator has an extra set of tools to reduce risk of cargo damage and personnel injuries during operation. This is done by suppressing the sway angles and positioning the boom tip to a desired position with the anti-sway and boom tip positioning system, and be able to make the hook follow the heave motion of the vessel by using the wave following system.This thesis contains modeling, visualization, simulation and control of a rotary crane with spherical pendulum. Also models for a trolley with pendant load, vessel motion, and angular deflection of the wire and a wind model is presented. Lagrangian describes the dynamics of the crane models and the equation of motion is derived with Euler-Lagrange equations.The effect of measurement noise in the sensor signals has been reduced through the implementation of an adaptive Kalman-filter. Parameter estimation has been used to find unknown model parameters such as damping, frequency and bias in vessel heave motion model. Several suggestions of sensors to measure the swing angles of the hoist winch wire is presented. The 3D visualization is developed using the V-Realm 3D editor included in Simulink 3D Animation toolbox.Results of the closed loop system shows that it is possible to control the load swing angles and boom tip position and still let the crane operator have the superior control of the crane. In case of stability it can be seen that since all friction terms is neglected in the mathematical model there is no dissipation of energy in the pendulum dynamics, meaning that the anti-sway controller causes any observed damping in the sway dynamics.

As the oil and shipping industry are interested in operating in arctic waters, the need for ice intelligence gathering is rising.The thesis describes the implentation and results of a path planning framework for an UAV used for ice intelligence purposes. THe framework produsces paths based on optimization of a non-linear problem, using the IPOPT library in C++.A model for information uncertainty is implemented, and optimal paths based on minimizing the total information uncertainty are compared to optimal paths based on minimizing distance between UAV and target. Both off line and offline path planning is tested with single and multiple targets.It was found that minimizing information uncertainty can work very well for path planning for ice berg surveillance, or for surveillance of a small search grid.Minimizing information uncertainty generally gave better results than minimizing distance between the UAV and given targets.The implementation should be made more robust, and interfaces towards other UAV sysmets has to be made before the path planning platform has any practical use.