Tato práce se zabývá synchronním motorem s permanentními magnety na rotoru (PMSM), jeho modelováním a návrhu regulační struktury. V práci jsou uvedeny způsoby a výhody použití permanentních magnetů v elektrických motorech. Dále se práce zabývá transformací třífázové soustavy do dq0. Pomocí Parkovy transformace jsou v práci odvozeny rovnice stroje v dq0 souřadnicovém systému a vytvořeny náhradní schémata stroje v dq osách. Rovnice i schémata zahrnují jak ztráty v mědi, tak ztráty v železe. Náhradní schémata jsou popsány elektrickými a mechanickými rovnicemi a následně překresleny do grafické podoby v programu Matlab Simulink. Vytvořeny jsou dva modely PMSM, jeden s uvažováním ztrát v železe a druhý bez těchto ztrát. Pro oba dva modely je zde popsán postup návrhu regulátorů proudu a otáček. Pro model, u kterého jsou uvažovány ztráty v železe je navíc použito více druhů řídicích strategií a tyto strategie jsou mezi sebou navzájem porovnány.

Diese Arbeit setzt sich mit der Gesamtheit des Antriebsstrangs vom Brennstoffzellen-Modul bis zum Rad auseinander. Hierfür wird das Verhalten der Niedertemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle als Einzelzelle und zusammengeschalten als Stack mithilfe eines vereinfachten Greybox-Modells in MATLAB/Simulink® beschrieben. Das Modell, welches zudem an ein idealisiertes aber aussagekräftiges Antriebsstrangmodell gekoppelt ist, erlaubt die Auslegung der Antriebskomponenten für konkrete Betriebsszenarien unter Variation der zu- und abgeführten Medien sowie der Zustandsgrößen Temperatur und Druck. Simulierte Drehmomentverläufe im berechneten Motorkennfeld mit effektivem Arbeitspunkt, Zwischenkreisspannungen und auftretende Verluste in den elektrischen Komponenten bieten die Grundlage, um bereits in der Entwicklungsphase das Zusammenwirken der Antriebskomponenten abzuschätzen und den Antriebsstrang für ein Demonstratorfahrzeug auslegen zu können. / This work addresses the entirety of the powertrain from the fuel cell module to the wheel. For this purpose, the behaviour of the low-temperature polymer electrolyte fuel cell as a single cell and assembled as a stack is described using a simplified greybox model in MATLAB/Simulink®. The model, which is also coupled to an idealized but conclusive powertrain model, allows the design of the powertrain components by varying the media supplied and discharged as well as the state variables temperature and pressure. Simulated torque progressions in the calculated engine characteristics with the effective operating point, DC link voltages and losses occurring in the electrical components provide the basis for estimating the interaction of the powertrain components in the development phase and for dimensioning the powertrain for a demonstrator vehicle.

Internet of Things (IoT) är en kraftfull plattform för att koppla den fysiska världen till den digitala. IoT och modern sensorteknik möjliggör många nya applikationer inom till exempel industriell övervakning, hälsovård,miljöövervakning, smarta städer, smarta transport och smartlivsstil. I många av dessa applikationer är sensornoder utplacerade i utomhusmiljöer, där de bör fungera under långa tidsperioder. IoT-noder lider av kapacitetbergränsade batterier vilket innebär att deras funktion beror på batteriets livslängd. En lösning kan vara att implementera ett energikördsystem till IoT-noder utomhus. Solenergi är den mest lättillgängliga och användbara energikällan utomhus.Denna energi skördas med hjälp av en solcell (PV-cell). Energin som genereras av solcellspaneler varierar beroende på solstrålningsintensitet och andra faktorer. Syftet med denna undersökning har varit att utveckla en solcellsförsörjningsenhet för IoT-noder utomhus. Detta görs genom att hämta energi från omgivningen (solenergi) och använda den i samband med en Power ManagementIntegrated Circuit (PMIC) och en energilagringsenhet kan livslängden för IoT-noder förlängas samtidigt som underhållskostnader minskas.I undersökningen användes en uppskattningsmetod för att uppskatta solcellens totala energiproduktion, vilket hjälper för att konfigurera en solcellspanel som kan leverera lämplig energi till energiskördsystemet och minska energiförlusten i systemet. En lämplig energi krävs för att PMIC:n ska fungera väl samt systemet ska driva IoT-noder. Denna undersökning har visat att solenergiskördsystemet som består av en självgjord mindre panel, en BQ25570 och en energilagringsenhet (antingen en superkondensator eller ett batteri) kan översvämningsmätaren drivas under sommaren för det första fallet och under hela året för det andra fallet. Om två i parallell KXOB25-01X8F-TR används i systemet i stället för den mindre panelen kan luftkvalitetmätaren drivas under sommaren medan om tre iparallell KXOB25-01X8F-TR används i stället kan noden drivas under hela året. Energiskördsystemet ger mer än 80% effektivitet. / The Internet of Things (IoT) is a powerful platform for connecting the physical world to the digital. IoT and modern sensor technology enable many new applications in domains such as industrial monitoring, health care, environmentalmonitoring, smart cities and so on. In many of these applications, sensor nodes are deployed in outdoorenvironments, where they should operate for long periods oftime. But IoT nodes suffer from capacity-limited batteries,which means that their function depends on the battery life. One solution may be to implement an energy harvestingsystem for IoT nodes outdoors. Solar energy is the most readily available and useful source of energy outdoors. This energy is harvested using a solar cell (PV cell). The energy generated by solar cell panels varies depending on the solar radiation intensity and other factors. The purpose of this study has been to develop a solar cell supply unit for outdoor IoT nodes. This is done by extracting energy from the environment (solar energy) and using it in conjunction with a Power Management Integrating Circuit (PMIC) and energy storage device, the lifespan of IoT nodes can be extended while reducing maintenance costs. The study used an estimation method to estimate solar cell total energy production, which helps to configure a solar cellpanel that can supply suitable energy to the energyharvesting system and reduce the energy loss in the system. A suitable energy is required for the PMIC to work well and the system to power IoT nodes.This study has shown that the solar energy harvesting system consisting of a self-made smaller panel, a BQ25570 and an energy storage unit (either a supercapacitor or a battery), the flood meter can be operated during the summer for the first case and throughout the year for the second case. If two inparallel KXOB25-01X8F-TR are used in the system instead of the smaller panel, the air quality meter can be operated in the lower summer, while if three in parallel KXOB25-01X8F-TR areused instead, the node can be operated throughout the year. The energy harvesting system provides more than 80% efficiency.

Hybrid powertrains represent the current trend on passenger cars. The purpose of thisreport is to create a basic model of a hybrid powertrain in Matlab/Simulinkenvironment and study their performance over certification driving cycle. Threecommonly used architectures are modeled and discussed in Simulink. Hence, the basiccomponents of a powertrain – battery, electric machine and combustion engine – arestudied and basic models are realized. A Thevenin equivalent circuit is used to simulatethe behavior of the battery, and the combustion engine is modeled after a Willansmodel. The electric machine model is based on a known efficiency map. Then, thearchitectures are created as well as their control strategies. The control strategies arecreated through state diagrams, and implemented into the Simulink model viaStateflow charts. A validation procedure is presented in order to study the consistencyof the models. / Hybrid drivlinor representerar en central personbilstrend. Syftet med rapporten är attpresentera en grundläggande modell för en hybrid drivlina i Matlab/Simulink. Trearkitekturer behandlas och har implementerats i Simulink. Sedan studeras degrundläggande komponenterna i ett drivaggregat (batteri, elmaskin ochförbränningsmotor). En Thevenin-ekvivalent krets används för att simulera batterietsbeteende. Förbränningsmotorn är modellerad efter en Willans-modell.Elmaskinmodellen är baserad på en känd verkningsgradsmapp. De tillhörandestyrstrategierna med hjälp av tillståndsdiagram. De implementeras i Simulinkmodellenmed hjälp av Stateflow-diagram. Ett valideringsförfarande presenteras ochvisar modellernas konsistens.

A soft quadruped robot is being developed at the Department of Machine Design and Department of Production Engineering at KTH. The legs of the robot consist of four continuum actuators that can achieve complex movements. In order to efficiently develop gaits for the robot, reinforcement learning will be used. The learning process will use data from simulation instead of directly from the real robot to save time and resources. However, it is significantly more computationally expensive to simulate soft robotics than rigid, because the physical laws of flexible materials are inherently complex. Because of this, soft robot simulations tend to be slower which limits their usability for reinforcement learning. This thesis explores simulation modelling options in Matlab Simscape for the soft quadruped robot, that can be used in reinforcement learning. Four simulation models of the soft actuator were implemented in order to be tested and compared. Two actuation methods and two build options were chosen based on the literature study and related works, and were then permuted for the different combinations. The tested combinations are: lumped-parameter method actuated by internal force, flexible beam actuated by internal force, lumped-parameter method actuated by cable/pulley network and flexible beam actuated by cable/pulley network. The four actuators were built and tested separately. Computational time and simulation-to-reality gap were used for evaluating the modeling methods. The results show that the best option when modelling the soft actuator for reinforcement learning in Matlab Simscape is to use the lumped-parameter method in combination with a cable and pulley network. High accuracy level can still be achieved despite not keeping the true number of attachment points between the cable and actuator. The number of pulleys in the model is linearly correlated to the time cost required to simulate the model. / En mjuk fyrbent robot är under utveckling vid institutionen för maskinkonstruktion och institutionen för industriell produktion på KTH. Robotens ben består av fyra kontinuerligt deformerbara ställdon som kan åstadkomma komplexa rörelser. För att effektivt utveckla gångstilar till roboten kommer förstärkt inlärning att användas. Inlärningsprocessen kommer att använda data från simulering istället för från den fysiska roboten för att spara tid och resurser. Det är dock betydligt dyrare beräkningsmässigt att simulera mjuk robotik än styv, eftersom flexibla material är mer komplexa. På grund av detta tenderar simuleringar av mjuka robotar att vara långsammare, vilket begränsar deras användbarhet för förstärkt inlärning. Detta examensarbete utforskar därför alternativ för modellering och simulering av den mjuka fyrbenta roboten i Matlab Simscape, med målet att den ska kunna användas med förstärkt inlärning. Fyra olika simuleringsmodeller av det mjuka ställdonet implementerades för att testas och jämföras. Två aktiveringsmetoder och två konstruktionsalternativ valdes baserat på litteraturstudien och relaterade arbeten, och permuterades sedan till möjliga versioner. De testade versionerna är således: klumpparametermetod som aktiveras av intern kraft, flexibel balk som aktiveras av intern kraft, klumpparametermetod som aktiveras av kabelnätverk och flexibel balk som aktiveras av kabelnätverk. De fyra ställdonen byggdes och testades separat. Beräkningstid och grad av verklighetstrogenhet, användes för att jämföra resultaten av dessa tester. Resultaten visar att det bästa alternativet vid modellering av det mjuka ställdonet för förstärkt inlärning i Matlab Simscape är att använda klumpparametermetoden i kombination med ett kabelnätverk. Hög noggrannhetsnivå kan uppnås trots att man inte bibehåller det verkliga antalet fästpunkter mellan kabeln och ställdonet. Antalet fästpunkter för kabeln i modellen är linjärt korrelerat till den tidskostnad som krävs för att simulera modellen.

В данной работе были рассмотрены различные испытательные машины, изучен принцип и особенности работы разрывной машины для статических испытаний металлов Р-10. Проведены расчеты геометрических параметров гидроцилиндров (основного рабочего и захватов), прочностной и расчет на устойчивость. Также, исходя из перечисленных расчетов подобран рабочий насос и среда – масло. Смоделированы детали модели в пакете программ SolidWorks, а в пакете MATLAB Simscape составлена сборка разрывной машины и добавлена система с гидроприводом. В результате исследования была получена имитационная модель статической разрывной машины для металлов, при помощи которой было проведено моделирование испытания на растяжение. Для этого был выбран образец стали известной марки с заранее определенными геометрическими параметрами. После чего к образцу были приложены различные усилия, и сняты показания удлинения образца. На основе этого был получен график. Затем с помощью данных усилие/перемещение и начальных геометрических параметров были рассчитаны пределы пропорциональности, текучести, прочности на основании которых и был определен материал образца. Данный пример демонстрирует правильность разработки подобных моделей в системе MATLAB, которые могут позволить провести детальные исследования процессов работы механизмов машины во время испытаний, в том числе оценить характеристики гидравлической системы разрывной испытательной машины. / In this dissertation, various testing machines were considered, the principle and features of the operation of a tensile testing machine for static testing of metals R-10 were studied. Calculations of the geometrical parameters of hydraulic cylinders (main working and grippers), strength and stability calculations were carried out. Also, based on the above calculations, a working pump and a medium - oil were selected. The details of the model were modeled in SolidWorks, and the tensile testing machine assembly was assembled in MATLAB Simscape and the hydraulic actuator system was added. As a result of the study, a simulation model of a static tensile testing machine for metals was obtained, with the help of which a simulation of a tensile test was carried out. For this, a sample of well-known brand steel with predetermined geometric parameters was selected. After that, various forces were applied to the sample, and indications of the elongation of the sample were taken. Based on this, a graph was obtained. Then, using the force / displacement data and the initial geometric parameters, the limits of proportionality, yield, strength were calculated, on the basis of which the sample material was determined. This example demonstrates the correctness of developing such models in MATLAB. They can make it possible to conduct detailed studies of the operation of the machine mechanisms during testing, including the evaluation of the characteristics of the hydraulic system of the tensile testing machine.

This thesis focuses on the critical development of friction and blended braking capabilities for an electric driveline model intended for multiscale road-cargo simulations. In the rapidly evolving landscape of transportation, electric driveline technology has emerged as a key player in achieving sustainability and efficiency goals. This study addresses the pivotal aspect of braking performance within this context, aiming to optimize energy utilization and enhance road safety. Using a systems engineering approach, MATLAB, and Simulink, the work in this thesis focused on the construction of a comprehensive model of a Volvo FH truck with friction/blended braking and an Anti-lock Braking System (ABS). The model underwent rigorous validation against the New European Driving Cycle (NEDC) and subsequent simulation under NEDC, US06, WLTC3 driving cycles. The primary objective was to assess the impact of activating or deactivating the blended control system on the State of Charge (SOC) and energy consumption. Through iterative refinement, the model's energy consumption per kilometer closely approximated actual FH truck test values. Activating the blended control system consistently led to reduced energy consumption across all driving cycles, underscoring its potential to enhance sustainable and safe transportation solutions. Importantly, the ABS system functioned effectively throughout the simulations, ensuring vehicle safety, while the model maintained a consistent output speed aligned with the input speed. This abstract summarizes the research's focus, methodology, and key findings, highlighting the successful development and validation of a Volvo FH truck model with friction/blended braking and ABS systems. The results underscore the blended control system's capacity to improve energy efficiency, contributing to the pursuit of sustainable and efficient transportation solutions in the evolving landscape of electric driveline technology. / Detta examensarbete fokuserar på utvecklingen av en elektrisk drivlinemodell som inkluderar mixning av konventionell friktionsbromssystem och den elektriska drivlinans moment under regenerering. Modellen är avsedd för multiskaliga väg-och godstransportsimuleringar. I den snabbt föränderliga transportsektorn är elektrisk drivlineteknologi en viktig del för att uppnå hållbarhets- och effektivitetsmål. Detta arbete behandlar den avgörande aspekten av bromsprestanda i detta sammanhang och har som mål att optimera energianvändningen och kontrollera vägsäkerheten. Genom att använda s.k. systems engineering-metodik, MATLAB och Simulink, utvecklades en dynamisk modell av en Volvo FH-lastbil med friktions-/mixad bromsning och system för låsningsfria bromsar (ABS). Modellen genomgick en rigorös validering mot New European Driving Cycle (NEDC) och efterföljande simuleringar enligt NEDC, US06 och WLTC3-körcykler. Det primära målet var att bedöma effekten av att aktivera eller inaktivera det mixade kontrollsystemet på laddningsnivå (SOC) och energiförbrukning. Genom iterativ förbättring approximerade modellen energiförbrukningen per kilometer nära de faktiska provvärdena för FH-lastbilar. Aktivering av det blandade kontrollsystemet ledde konsekvent till minskad energiförbrukning för alla körcykler och underströk dess potential att förbättra hållbara och säkra transportsystem. Det är viktigt att notera att ABS-systemet fungerade effektivt genom alla simuleringar och säkerställde fordonssäkerheten, samtidigt som modellen beräknade en hastighet i linje med körcykelns specificerade hastigheten. Denna sammanfattning sammanfattar forskningens fokus, metodik och huvudsakliga resultat och lyfter fram den framgångsrika utvecklingen och valideringen av en Volvo FH-lastbilsmodell med friktions-/mixad bromsning och ABS-system. Resultaten understryker det blandade kontrollsystemets förmåga att förbättra energieffektiviteten och bidra till strävan efter hållbara och effektiva transportsystem i den snabbt föränderliga världen av elektrisk drivlineteknologi.

A modern truck contains a large number of functionalities implemented in its electronics system. Thus, testing all of these functions employs a considerable effort. The execution of tests against the system has been automated for a long time. Unfortunately, most of the test is still designed manually these days. This manual test design is sometimes not comprehensive enough to cover all possible scenarios within a complex system. At the moment, there is also a growing trend in the development process based on the model. Furthermore, model-based software can handle events and signal behaviour more robustly[1]. This thesis investigates the technique in model-based testing. The study evaluates the requirement modelling and automated abstract test generation of model-based testing over the existing testing method. A cause-effect graph is utilized for the modelling in Matlab Simulink tool with DesignVerifier feature. The case study is the truck dosing system in Scania. The results are the following. The temporal and static requirements modelling are capable of being modelled using the cause-effect graph in Matlab Simulink. Compared to the traditional method, the MBT method can achieve higher requirement coverage and more rigorous test with optimized test case generation. The MBT method also has a rapid test case generation time suitable for quick design iteration. However, the total test development time (including test case generation time) of using MBT is 12.5% higher than the manual method. Using a model-based platform like Matlab Simulink is recommended to assist the manual testing, not to replace the test flow entirely with the current research state. / En modern truck innehåller ett stort antal funktioner implementerade i dess elektroniksystem. Att testa alla dessa funktioner kräver därför en avsevärd ansträngning. Utförandet av tester mot systemet har varit automatiserat under lång tid. Tyvärr är det mesta av testet fortfarande utformat manuellt nu för tiden. Denna manuella testdesign är ibland inte tillräckligt omfattande för att täcka alla möjliga scenarier inom ett komplext system. För tillfället finns det också en växande trend i utvecklingsprocessen utifrån modellen. Dessutom kan modellbaserad programvara hantera händelser och signalbeteende mer robust[1]. Detta examensarbete undersöker tekniken i modellbaserad testning. Studien utvärderar kravmodellering och automatiserad abstrakt testgenerering av modellbaserad testning över den befintliga testmetoden. En cause-effect graph används för modelleringen i Matlab Simulink-verktyget med Design Verifier-funktionen. Fallstudien är lastbilens doseringssystem i Scania. Resultaten är följande. Den tidsmässiga och statiska kravmodelleringen kan modelleras med hjälp av cause-effect graph i Matlab Simulink. Jämfört med den traditionella metoden kan MBT-metoden uppnå högre kravtäckning och mer rigorösa test med optimerad testfallsgenerering. MBT-metoden har också en snabb genereringstid för testfall som är lämplig för snabb designiteration. Den totala testutvecklingstiden (inklusive genereringstid för testfall) för att använda MBT är 12,5% högre än den manuella metoden. Att använda en modellbaserad plattform som Matlab Simulink rekommenderas för att underlätta den manuella testningen, inte för att ersätta testflödet helt med det aktuella forskningsläget.

The objective of this Thesis is to investigate the phenomenon of voltage unbalance on electrical wind power systems. A large part of this work is the literature review of all relative work that has been done so far. This serves first as a guideline to define and measure voltage unbalance and second as a tool to spot open research questions that can inspire future work. A case study is then used to investigate the voltage unbalance at a wind farm in Näsudden, Gotland. Using real-time measurements and a simulation of the power system in MATLAB/Simulink, an evaluation of the propagation of the voltage unbalance from the distribution to the turbine level is carried out. The effect that different transformer connection types have on the propagation is studied through simulations. Many assumptions and simplifications had to be made due to several limiting factors during this work, mainly related to time and data restrictions. The main result shows that when Delta – Wye Grounded and Wye – Wye Grounded transformers are used, the unbalance is halved when it passes to the turbine side. On the other hand, when Wye Grounded – Wye Grounded configuration was used, the unbalance was unaffected. The results also include a comparison of the use of different indices to quantify a voltage unbalance.

This thesis gives different views on the modeling and simulation of physical systems, especially together with embedded systems, forming mechatronic systems. The main considered application domain is automotive. One motivation behind the work is to find suitable representations of physical systems to be used in an architectural description language for automotive embedded systems, EAST-ADL2, which is implemented as a UML2 profile, and uses concepts from both UML and SysML. As a part of the thesis, several languages and tools are investigated, including bond graphs, MATLAB/Simulink, Ptolemy II, Modelica, MATLAB/Simscape and SysML. For SysML, the modeling of continuous-time systems and how it relates to MATLAB/Simulink and Modelica is evaluated. A case study of an electric power assisted steering is modeled to show the differences, the similarities and the usage of the above mentioned languages and tools. To be able to classify the tools and languages, five realization levels were developed: Physical modeling models Constraint models Continuous causal models Discretized models Discretized models with solver and platform implementation By using these realization levels, models, tools and modeling languages can be classified, and transformations between them can be set up and analyzed. As a result, a method to describe the simulation behavior of a MATLAB/Simulink model has been developed using SysML activity diagrams as an approach to achieve integrated system models. Another result is an evaluation of the parametric diagrams of SysML for continuous-time modeling, which shows that they do not enable “physical modeling”, i.e. modeling the topology of the system and getting the underlying equations out of this topology. By including physical ports and physical connectors to SysML internal block diagrams, this could be solved. The comparison also shows many similarities between the languages. The results led to a more detailed investigation on conjugate variables, such as force and velocity, and electric current and voltage, and how these are treated in various languages. The thesis also includes two industrial case studies: one of a twin-screw compressor, and one of a simulation environment for automotive fuel-cell systems. Conclusions are drawn from these models, referring to the realization levels. / QC 20100810