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

Mechatronics is an interdisciplinary field of engineering involving components from software engineering, as well as physical components from mechanics and electronics. Development of a mechatronic system requires special interdisciplinary knowledge from multiple fields of engineering. This becomes especially relevant when a mechatronic system is integrated for full system testing, where all the components are combined, and the client-specified use-case requirements are tested. Agile project methods, originally only intended for software engineering, are spreading in the field of mechatronics with positive effect, though there are concerns that such methods cannot be broadly applied to all sub-disciplines of the field or stages of development. A major Swedish mechatronic development firm has begun experimenting with Scrum elements for the system testing department of their products. The purpose of this thesis was to investigate the viability of Scrum elements for system testing of mechatronic products, through an exploratory, qualitative case study. Specifically, we wanted to understand how the use of Scrum elements can benefit mechatronic system testing, and what challenges can emerge. Data collection for our study consisted of semi-structured interviews with members of the chosen system test department, as well as with system test representatives from other mechatronic development firms. The data was transcribed and then analysed using inductive thematic content analysis. The results consisted of four distinct themes, describing the benefits and challenges of using Scrum elements in mechatronic system testing: 1: The Importance and Challenges of Planning, 2: How to Handle Task Prioritisation and Estimation, 3: The Benefits and Challenges of Inter-Departmental Collaboration, and 4: Adjustment of the Scrum Framework. The most significant benefits were found with adopting the incremental Sprint cycle structure, with corresponding Sprint Planning meetings, as well as Sprint Retrospectives. The Daily Scrum meeting was also identified as a useful impediment bulldozer, letting the team refocus efforts on the tasks requiring the most attention. An important challenge identified was learning how to effectively collaborate with other departments in the company who may not be using an Agile framework. A comparison was made between different approaches to adapting the Scrum framework to best fit the needs of your team, concluding that simply picking individual Scrum elements to include in your work structure may yield underwhelming results compared to the combined effect of a complete Scrum framework.

The purpose of this project was to track the posture of a person sitting by a desk, and then use the information to adjust the desk to achieve an optimal height for the user. The solution was to track the angle of the users forearm relative to the desk’s horizontal plane, which should be around zero degrees for an ergonomic posture. Two Light Emitting Diodes (LEDs) in different colours were attached to the user, one at the elbow and one at the wrist. The LEDs were tracked with a camera connected to a laptop running Open Source Computer Vision Library (OpenCV). Window tinting was placed on the camera lens so that only the LEDs and other strong light sources were visible. By using OpenCV, coordinates for the two LEDs were given. With the coordinates found, the angle of the users arm could be calculated and the height of the desk evaluated. Information about necessary height adjustments were sent from the laptop to an Arduino via Bluetooth. The Arduino then controlled a stepper motor by sending signals to a stepper driver, making the motor rotate, thus adjust the height of the desk. The desk was a single leg laptop desk. The leg consists of two tubes. The lower, outer tube was connected to the foot while the upper inner tube, which ran freely in the outer tube, was connected to the tabletop. The height was adjusted with a lead screw positioned parallel to the leg.The nut on the lead screw was connected to the outer lowertube. When the motor rotated so did the lead screw, lifting the table top up or lowering it. / Syftet med detta project var att undersöka om det är möjligt att i realtid spåra en persons hållning vid ett skrivbord, och använda den informationen för att justera skrivbordet höjd och nå en optimal höjd för användaren. Lösningen var att spåra vinkeln på användarens underarm relativt skrivbordets horisontalplan, som bör vara runt noll grader för en ergonomisk ställning. Två lysdioder i olika färger placeras på användaren, en på armbågen och en på handleden. Med hjälp av OpenCV spårades lysdioderna med en kamera kopplad till en dator. Solfilm sattes på kameralinsen så att endast lysdioderna och andra starka ljuskällor var synliga. Genom att använda OpenCV togs koordinaterna för lysdioderna fram. Med koordinaterna kunde vinkeln på användarens underarm beräknas och skrivbordets höjd utvärderas. Information om nödvändiga höjdändringar skickades från laptopen till en Arduino via Bluetooth. Arduinon kontrollerade en stegmotor genom att skicka signaler till en stegmotordrivare, vilket fick motorn att rotera och justera skrivbordets höjd. Skrivbordet var ett enbent laptopställ. Benet bestod av två rör. Det nedre yttre röret satt fast i foten och det övre inre röret satt fast i bordsskivan, och löpte fritt i det yttre röret. Höjden justerades med en gängstav som satt parallellt med benet. Muttern satt ihop med det nedre röret. När motorn roterade gjorder också gängstaven det, vilket antingen pressade upp bordsskivan eller sänkte den.

The PAL (Practise and Learn) Original is a ball board consisting of three wooden boards placed in a triangle, developed to practise football players’ passing ability and first touch. The former Swedish international footballer Jessica Landström observed that these ball boards can, if they are improved, help footballers to develop even more skills while practicing alone. Landstr¨om’s idea was to put lamps on top off the ball boards which light up when a certain ball board expects to receive a pass. This would force the player to look up instead of looking at the ball and hence improve their vision. We concluded that speaking also is important within football. So our objective became to follow up on the development of the simple PAL Original to a ball board which rotates towards a sound source. We wanted to achieve this without configuring the PAL Original’s construction. With the purpose of executing the idea we needed to estimate the angle between a sound source and a face of the ball board, rotate the ball board with an electric motor, communicate wirelessly between units and detect a ball hit when the ball board receives a pass. The final prototype consists of two systems, one system executing the sound source localization and rotation and the other system executing the detection of ball hit and wireless communication. The first system uses time difference of arrival (TDOA) between incoming sound for three sound sensors to calculate an angle, which in turn is communicated to a DC motorthat executes the rotation. The other system combines an LED to light up when a pass is expected, an accelerometer to detect a pass, and radio transceivers to communicate with each other. When at least three of these devices are used a randomizing algorithm decides which one should light its LED next when the first one detects a pass. / PAL (Practice and Learn) Original är ett bollplank bestående av tre träskivor placerade i en triangel, utvecklad för att träna fotbollsspelares passningsförmåga och första touch. Jessica Landström, landslagsmeriterad fotbollsspelare, insåg att dessa bollplank kan utvecklas till att hjälpa fotbollsspelare att träna ännu fler områden vid indviduell träning. Landströms ursprungliga idé var att placera en lampa på bollplanket som lyser upp när den förväntar sig en passning, detta för att tvinga spelaren att titta upp istället för att titta på bollen, och därigenom träna spelarens spelförståelse. Vi drog slutsatsen att det också är mycket viktigt med kommunikation i fotboll. Vårt mål blev därför att vidareutveckla PAL Original till ett bollplank som roterar en sida mot en ljudkälla. Vi ville uppnå detta så att det är kompatibelt med PAL Original utan att ändra dess konstruktion. För att genomföra detta behövde vi alltså uppskatta vinkeln mellan en ljudkälla och en sida av det triangulära bollplanket, rotera bollplanket med en motor, kommunicera trådlöst och detektera när bollplanket mottar en passning. Den slutliga prototypen består av två system, ett system som utför lokalisering av ljudkälla samt rotation och ett system som utför detektering av bollträff samt hanterar trådlös kommunikation. Det första systemet utnyttjar tidsskillnad för ankomst, TDOA (Time Difference of Arrival), mellan inkommande ljud till tre ljudsensorer för att beräkna en vinkel, som i sin tur kommuniceras till en likströmsmotor som utför rotationen. Det andra systemet kombinerar en lysdiod som lyser när en passning förväntas, en accelerometer för att detektera att passning mottagits och radiosändare samt mottagare för trådlös kommunikation. När minst tre sådana enheter används, bestämmer en slumpgenerator vilken enhet som ska tända sin lysdiod när den första detekterar en passning.

In the world, research on autonomous navigation vehicles (AGV) is growing by the day. The goal with this project was to create an AGV and explore the possibility of using infrared reflections as a navigational method and how to achieve distinct reflection measurements from a surface. The thesis also discusses the possibility of using several units on a larger scale. In the progress of the project, a prototype vehicle was built to conduct the experiments to identify the suitability of infrared navigation. The testing of the prototype shows that navigation by IR can be very reliable under controlled circumstances. The project also explored how hierarchical software architecture stands in comparison to purely local or centralized software architecture. / I världen växer forskning på självgående fordon dagligen. Målet med detta projekt var att skapa ett självgående fordon och utforska möjligheterna att använda infraröda reflektioner som navigeringsmetod och hur man kan uppnå distinkta mätvärden. Avhandlingen diskuterar även möjligheterna att använda flera prototyper i en större skala. Under projektets gång byggdes ett prototypfordon för att genomföra experimenten angående lämpligheten med navigering via infrarött ljus. Tester med prototypen visar att navigering via infrarött ljus är väldigt pålitligt under kontrollerade omständigheter. Projektet utforskar även hur hierarkisk mjukvaruarkitektur står sig mot helt lokal eller centraliserad mjukvaruarkitektur.

The aim of this thesis is to explore the possibility of a dual-purpose electric vehicle. The vehicle should be able to be used for both commuting and racing. It also aims to describe different power limiting methods and their effect on performance. Lastly it hopes to see if the Swedish laws, as written today are reasonable. An electric longboard has been constructed for this purpose and several tests have been performed. A list of goals were set up for the board prototype. These included power output, running time, and that the board should have an audible warning device. The findings demonstrated that all tested power limiting methods worked and that the “Simple power limiting” method provided quickest movement over a fixed distance. Most of the goals were met by the prototype and the board’s two modes worked as planned. While the law is reasonable it can be improved to cover the diversity of electric vehicles. Further work may include better measurements and implementation of a dual microcontroller system. / Syftet med detta arbete är att testa möjligheten med ett två-läges personligt fordon. Fordonenet ska kunna användas för både pendling och tävling. Arbetet har även testat olika energilimeteringsmetoder samt undersökt hur dessa metoder påverkar prestandan. Arbetet har även försökt besvara frågan om det svenska lagarna, som det är skrivna idag, är lämpliga. En elektrisk longboard har konstruerats och flera test utförts. Ett antal målsättningar har definerats för prototypen. Dessa inkluderar: effekt, körtid och att brädan bör ha en ringklocka. Resultaten visar att alla metoder fungerade och att “Simple power limiting” var den som gav snabbast rörelse över den bestämda sträckan. Det flesta av målen nåddes av prototypen och brädans två lägen fungerade som tänkt. Dagens lagar är rimliga men kan förbättras för att täcka mångfalden av elektriska fordon. Framtida arbete kan inkludera bättre mätningar och implementation av ett system med två mikrokontroller.

The purpose of this project was to track the posture of aperson sitting by a desk, and then use the information toadjust the desk to achieve an optimal height for the user.The solution was to track the angle of the users forearm relativeto the desk’s horizontal plane, which should be aroundzero degrees for an ergonomic posture. Two Light EmittingDiodes (LEDs) in different colours were attached tothe user, one at the elbow and one at the wrist. The LEDswere tracked with a camera connected to a laptop runningOpen Source Computer Vision Library (OpenCV). Windowtinting was placed on the camera lens so that only theLEDs and other strong light sources were visible. By usingOpenCV, coordinates for the two LEDs were given. Withthe coordinates found, the angle of the users arm couldbe calculated and the height of the desk evaluated. Informationabout necessary height adjustments were sent fromthe laptop to an Arduino via Bluetooth. The Arduino thencontrolled a stepper motor by sending signals to a stepperdriver, making the motor rotate, thus adjust the height ofthe desk.The desk was a single leg laptop desk. The leg consistsof two tubes. The lower, outer tube was connected to thefoot while the upper inner tube, which ran freely in theouter tube, was connected to the tabletop. The height wasadjusted with a lead screw positioned parallel to the leg.The nut on the lead screw was connected to the outer lowertube. When the motor rotated so did the lead screw, liftingthe table top up or lowering it. / Syftet med detta project var att undersöka om det är möjligtatt i realtid spåra en persons hållning vid ett skrivbord, ochanvända den informationen för att justera skrivbordet höjdoch nå en optimal höjd för användaren.Lösningen var att spåra vinkeln på användarens underarmrelativt skrivbordets horisontalplan, som bör vara runt nollgrader för en ergonomisk ställning. Två lysdioder i olikafärger placeras på användaren, en på armbågen och en påhandleden. Med hjälp av OpenCV spårades lysdioderna meden kamera kopplad till en dator. Solfilm sattes på kameralinsenså att endast lysdioderna och andra starka ljuskällorvar synliga. Genom att använda OpenCV togs koordinaternaför lysdioderna fram. Med koordinaterna kunde vinkelnpå användarens underarm beräknas och skrivbordets höjdutvärderas. Information om nödvändiga höjdändringar skickadesfrån laptopen till en Arduino via Bluetooth. Arduinonkontrollerade en stegmotor genom att skicka signalertill en stegmotordrivare, vilket fick motorn att rotera ochjustera skrivbordets höjd.Skrivbordet var ett enbent laptopställ. Benet bestod av tvårör. Det nedre yttre röret satt fast i foten och det övre inreröret satt fast i bordsskivan, och löpte fritt i det yttre röret.Höjden justerades med en gångstav som satt parallellt medbenet. Muttern satt ihop med det nedre röret. När motornroterade gjorder också gångstaven det, vilket antingen pressadeupp bordsskivan eller sänkte den.

The PAL (Practise and Learn) Original is a ball boardconsisting of three wooden boards placed in a triangle, developedto practise football players’ passing ability and firsttouch. The former Swedish international footballer JessicaLandstr¨om observed that these ball boards can, if they areimproved, help footballers to develop even more skills whilepracticing alone. Landstr¨om’s idea was to put lamps on topoff the ball boards which light up when a certain ball boardexpects to receive a pass. This would force the player tolook up instead of looking at the ball and hence improvetheir vision.We concluded that speaking also is important withinfootball. So our objective became to follow up on the developmentof the simple PAL Original to a ball board whichrotates towards a sound source. We wanted to achieve thiswithout configuring the PAL Original’s construction.With the purpose of executing the idea we needed toestimate the angle between a sound source and a face ofthe ball board, rotate the ball board with an electric motor,communicate wirelessly between units and detect a ball hitwhen the ball board receives a pass.The final prototype consists of two systems, one systemexecuting the sound source localization and rotation andthe other system executing the detection of ball hit andwireless communication.The first system uses time difference of arrival (TDOA)between incoming sound for three sound sensors to calculatean angle, which in turn is communicated to a DC motorthat executes the rotation.The other system combines an LED to light up whena pass is expected, an accelerometer to detect a pass, andradio transceivers to communicate with each other. Whenat least three of these devices are used a randomizing algorithmdecides which one should light its LED next whenthe first one detects a pass. / PAL (Practice and Learn) Original är ett bollplankbestående av tre träskivor placerade i en triangel, utveckladför att träna fotbollsspelares passningsförmåga och förstatouch. Jessica Landström, landslagsmeriterad fotbollsspelare,insåg att dessa bollplank kan utvecklas till att hjälpafotbollsspelare att träna ännu fler områden vid indviduellträning. Landströms ursprungliga idé var att placeraen lampa på bollplanket som lyser upp när den förväntarsig en passning, detta för att tvinga spelaren att titta uppistället för att titta på bollen, och därigenom träna spelarensspelförståelse.Vi drog slutsatsen att det också är mycket viktigt medkommunikation i fotboll. Vårt mål blev därför att vidareutvecklaPAL Original till ett bollplank som roterar en sidamot en ljudkälla. Vi ville uppnå detta så att det är kompatibeltmed PAL Original utan att ändra dess konstruktion.För att genomföra detta behövde vi alltså uppskattavinkeln mellan en ljudkälla och en sida av det triangulärabollplanket, rotera bollplanket med en motor, kommuniceratrådlöst och detektera när bollplanket mottar en passning.Den slutliga prototypen består av två system, ett systemsom utför lokalisering av ljudkälla samt rotation ochett system som utför detektering av bollträff samt hanterartrådlös kommunikation.Det första systemet utnyttjar tidsskillnad för ankomst,TDOA (Time Difference of Arrival), mellan inkommandeljud till tre ljudsensorer för att beräkna en vinkel, som i sintur kommuniceras till en likströmsmotor som utför rotationen.Det andra systemet kombinerar en lysdiod som lysernär en passning förväntas, en accelerometer för att detekteraatt passning mottagits och radiosändare samt mottagareför trådlös kommunikation. När minst tre sådana enheteranvänds, bestämmer en slumpgenerator vilken enhet somska tända sin lysdiod när den första detekterar en passning.

The aim of this thesis is to explore the possibility of adual-purpose electric vehicle. The vehicle should be ableto be used for both commuting and racing. It also aims todescribe different power limiting methods and their effecton performance. Lastly it hopes to see if the Swedish laws,as written today are reasonable. An electric longboard hasbeen constructed for this purpose and several tests havebeen performed.A list of goals were set up for the board prototype. Theseincluded power output, running time, and that the boardshould have an audible warning device.The findings demonstrated that all tested power limitingmethods worked and that the “Simple power limiting” methodprovided quickest movement over a fixed distance. Most ofthe goals were met by the prototype and the board’s twomodes worked as planned. While the law is reasonable itcan be improved to cover the diversity of electric vehicles.Further work may include better measurements and implementationof a dual microcontroller system. / Syftet med detta arbete är att testa möjligheten med etttvå-läges personligt fordon. Fordonenet ska kunna användasför både pendling och tävling. Arbetet har även testat olikaenergilimeteringsmetoder samt undersökt hur dessa metoderpåverkar prestandan. Arbetet har även försökt besvarafrågan om det svenska lagarna, som det är skrivna idag, ärlämpliga. En elektrisk longboard har konstruerats och fleratest utförts.Ett antal målsättningar har definerats för prototypen. Dessainkluderar: effekt, körtid och att brädan bör ha en ringklocka.Resultaten visar att alla metoder fungerade och att “Simplepower limiting” var den som gav snabbast rörelse över denbestämda sträckan. Det flesta av målen nåddes av prototypenoch brädans två lägen fungerade som tänkt. Dagens lagarär rimliga men kan förbättras för att täcka mångfaldenav elektriska fordon. Framtida arbete kan inkludera bättremätningar och implementation av ett system med två mikrokontroller.

<p>Cyber-physical systems (CPS) are a class of complicated systems integrating cyber components with physical components. Although such a cyber-physical interaction improves the system performance and intelligence, it increases the system complexity and makes the system vulnerable to various types of faults, failures, and cyber-attacks. To assure the security and improve the resiliency of CPS, it is found that the hybrid system model can be a powerful tool in the domain of fault detection and isolation, cyber-attack diagnosis and containment, as well as resilient control and reconfiguration. Several problems are concerned in this dissertation. For situational awareness, \textit{mode discernibility}, which stands for whether the discrete state of a hybrid system can be correctly identified, is characterized and discussed with potential applications to monitoring system design. For CPS vulnerability analysis, the problem of stealthy attack design for systems with switching structures is investigated, which is motivated by the recent literature. To further understand and remedy for the vulnerabilities, the detectability and identifiability for severe cyber-attacks are defined and characterized, which are followed by the discussions on the methodologies for cyber-attack detection and identification. Last but not least, based on the understanding of identifiability, a framework of resilient control design is proposed to mitigate the impact of cyber-attacks, which can be generalized in future to account for additional design criteria.</p>