Examensarbetet har genomförts på Väderstad AB som tillverkar jordbruksredskap i övre premiumsegmentet av marknaden. I Väderstads såmaskiner finns idag hydrauliskt styrda fläktar som driver pneumatiska funktioner som till exempel transport av utsäde och gödning. Fläktarna styrs idag från traktorn med manuell reglering av flödet till fläktmotorn och varvtalstabeller. Väderstad AB ser den manuella styrningen som ett problem då omgivande faktorer som yttertemperaturen, lufttryck och driftstid kan påverka varvtalet i drift. Målet med detta projekt är att utreda och föreslå systemlösningar som kan övervaka och automatiskt kontrollera en eller flera fläktar från såmaskinens styrsystem. Detta minskar kraven på jordbrukaren och säkerställer optimal drift, vilket bidrar till att effektivisera sådden. Arbetet har innefattat konceptgenerering, modellering och en parameterstudie. Det har resulterat i en metod för att analysera hydrauliska fläktdrifter. Ett koncept som klarar av drift från traktorns samtliga mekaniska och hydrauliska uttag skulle bli komplicerat och kräva onödigt många komponenter. Det koncept som valdes ut för modellering och parameterstudie är ett system med ingående strypning, i form av en 2/2-styrventil, tillsammans med en kulventil för redundans och omkoppling till manuell styrning. Detta koncept drivs ifrån traktorns PTLS-system. För att kunna garantera en stabil återkoppling med det valda konceptet visade parameterstudien att det krävs en ventil med responstid på 111 ms eller snabbare.

One of the key responsibilities of Getinge's ventilators is to deliver accurate gas volumes to patients. To ensure this precision, specially designed rigid steel tanks are utilized to evaluate the performance and precision of the ventilators in providing exact air volume. The intention of this study is to design and implement a suitable controller for actuating a servo piston pump in order to be used for the tank volume measuring and calibration process. Two controlling strategies were chosen for this purpose: Linear Quadratic Regulator (LQR) and Fractional Order Proportional Integral Derivative (FOPID). This work also aimed to establish a narrative of the two controlling strategies after optimizing them using genetic algorithm optimization (GA) and evaluating their effectiveness in controlling a brushless DC motor (BLDC) actuating a servo piston pump. This involved modeling the system in Matlab and Simulink based on the mathematical representations of the system's dynamics, specifically focusing on its pneumatic behavior. The nonlinear model was linearized and served as a basis for the controllers' optimization through the genetic algorithm. Both controller designs were then compared in both the Simulink environment and the actual physical system. The results show that the FOPID exhibits superior performance in the Simulink environment. Contrariwise, the LQR displays a far greater level of superiority in the physical system, whereas the FOPID performance significantly deteriorated upon implementation in the physical system. Furthermore, the study suggests implementing anti-windup techniques and ensuring the accurate digitization of fractional calculus for further research to enhance the performance of the FOPID controller on the physical system. / En av de centrala uppgifterna för Getinges ventilatorer är att leverera exakta gasvolymer till patienter. För att säkerställa denna precision används speciellt designade ståltankar för att bedöma ventilatorernas funktion och precision att leverera exakt luftvolym. Syftet med denna studie är att utforma och implementera en lämplig Styrenhet för att aktivera en servokolvspump som ska användas för tankvolymens mätning och kalibreringsprocess. Två styrstrategier valdes för detta ändamål: Linear Quadratic Regulator (LQR) och Fractional Order Proportional Integral Derivative (FOPID). Arbetet kommer också att syfta till att etablera ett narrativ för de två styrstrategierna efter att ha optimerat dem med genetisk algoritmoptimering (GA) och utvärderat deras effektivitet vid styrning av en borstlös DC-motor som aktiverar en servokolvspump. Detta innefattade modellering av systemet i Matlab och Simulink baserat på de matematiska representationerna av systemdynamiken, med speciellt fokus på dess pneumatiska beteende. Den icke-linjära modellen linjäriserades och fungerade som grund för regulatorernas optimering genom den genetiska algoritmen (GA). Båda regulatorernas utformningar jämfördes sedan både i Simulink-miljön och det fysiska systemet. Resultaten visar att FOPID uppvisar överlägsen prestanda i Simulink-miljön. Å andra sidan visar sig LQR vara överlägsen i det fysiska systemet, medan FOPID-prestandan försämras avsevärt vid implementering i det fysiska systemet. Dessutom föreslår studien att implementera anti-windup-tekniker och säkerställa korrekt digitalisering av fraktionell kalkyl för vidare forskning för att förbättra prestanda för FOPID-regulatorn på det fysiska systemet.

This master’s thesis covers the structuring and implementation of a digital testbench for the air brake system of freight trains. The test bench will serveto further improve the existing brake models at Transrail Sweden AB. Theseare used for the optimised calculation of train speed profiles by the DriverAdvisory System CATO. This work is based on the research of the technicalbackground, as well as the methodical approach to physical modelling anda modular implementation of the test bench. It gives full flexibility for thesimulation of customised train configurations using the European UIC brakesystem. Train length and vehicle arrangement can be adapted to the user’sspecific needs. For example, the test bench could be used for the simulation ofa train with distributed power. The system parameters are stored in a vehiclelibrary for the convenient generation of train configurations. This vehiclelibrary is freely expandable.The simulation is based on an equivalent electric circuit model which iscompleted with nozzle flow modelling. This model involves monitoring themain pipe, brake cylinder and reservoir pressure. Linear approximation is usedto obtain braking forces for the individual wagons and for the whole train. Thedepiction of the brake system behaviour is mostly accurate in the operationalscenarios, which is validated with measurement data. Additional calibrationis required for further reduction of the simulation errors and an extension ofthe model’s domain of validity. The test bench is developed by incrementaland iterative modelling and prepared for further improvements and variations,for example the adaption to the American AAR system variant.The presented work can also be used as a basis for similar implementationssuch as driving simulators. The methods are transferable to other applicationsof modular simulation. / Det här examensarbetet omfattar formgivningen och implementeringen aven digital provbänk för tyckluftsbromssystemet på godståg. Provbänken skaanvändas för att vidareutveckla befintliga bromsmodeller hos Transrail SwedenAB. De används för beräkningen av optimerade hastighetsprofiler förtåg i förarassistanssystemet CATO. Arbetet baserar sig på undersökningenav den tekniska bakgrunden, samt ett metodiskt angreppssätt för fysikaliskmodellering. Verktyget är implementerat på ett modulärt sätt. Provbänkenger full flexibilitet för simuleringen av skräddarsydda tågkonfigurationer somanvänder det europeiska UIC-bromssystemet. Tåglängd och fordonsanordningkan anpassas enligt användarens behov, till exempel för simulering av fördeladtraktion. Systemparametrarna lagras i ett fordonsbiliotek som förenklar inmatningenav tågkonfigurationer. Fordonsbiblioteket kan utvidgas enligt behov.Simuleringen är baserad på en ekvivalent strömkretsmodell, som kompletterasmed modellerad dysströmning. Simuleringen beskriver trycket ihuvudledningen, bromscylindern och förrådsluftsbehållaren. Bromskrafternaapproximeras linjärt efter trycken för de enskilda vagnarna såväl som helatåget. Simuleringen återger beteendet av bromssystemet i alla driftsituationerpå ett verklighetsnära sätt, enligt validering med mätdata från Knorr-Bremse:stestanläggning. Ytterligare kalibrering behövs för att minimera avvikelserna isimuleringen och för att utvidga modellens giltighetsdomän. Provbänken harutvecklats i stegvis modellering och är väl förberedd för vidareutveckling ochanpassning. Ett exempel är anpassningen för att simulera det amerikanskaAAR-bromssystemet.Arbetet som presenteras här är lämplig för användning i liknande applikationer,såsom körsimulatorer. Metoden kan tillämpas allmänt på övrigaanvändningsområden av modulär simulering.

The need for ancillary services is on the rise due to the increasing share of weather-dependent power sources in the electric power system. This master thesis focuses on the Swedish FCR-D Up market. It is a national balancing market for transmission system operator’s procurement of the ancillary service called FCR-D Up, that is the up-regulating frequency containment reserve in case of system disturbances. The FCR-D Up market is undergoing significant changes to adapt to the changing electric power system, which may affect the current market dominance of hydropower suppliers due to the emergence of new suppliers and regulatory changes by the Swedish transmission system operator. This master thesis establishes a conceptual qualitative market development system model for price formation on the FCR-D Up market. The research question addressed is: "What FCR-D Up market developments and regulatory market changes on the supply and demand side respectively are expected in Sweden in the upcoming years, 2024-2026, and how will they affect the market prices?" The research was based on the theoretical concepts of system modeling and price formation, using Soft Systems Methodology. Data was collected from various sources and analysed using CATWOE analysis, Casual Loop Diagram, as well as supply and demand curve model theory. It was concluded that price-influencing market development and regulatory changes are focused on the supply side of the market. These include the market entry of new suppliers, transition to marginal pricing, new technical requirements for market participation and increasing value stacking opportunities for FCR-D Up suppliers on Nord Pool’s electricity markets and the other balancing markets. / Behovet av stödtjänster ökar på grund av den ökande andelen väderberoende kraftkällor i elkraftsystemet. Denna masteruppsats fokuserar på den svenska FCR-D Upp-marknaden. Det är en nationell balansmarknad för transmissionsnätsoperatörens upphandling av den stödtjänst som kallas FCR-D Upp, som är den uppreglerande frekvenskontrollreserven vid störningar i systemet. FCR-D Uppmarknaden genomgår betydande förändringar för att anpassas till det föränderliga elkraftsystemet, vilket kan påverka den nuvarande marknadsdominansen av vattenkraftsleverantörer på grund av tillkomst av nya leverantörer och regulativa marknadsförändringar av transmissionsnätsoperatören. Denna masteruppsats etablerar en konceptuell kvalitativ systemmodell för marknadsutveckling avseende prisbildning på FCR-D Upp-marknaden. Forskningsfrågan är: "Vilken utveckling av FCR-D Upp-marknaden och vilka regulatoriska marknadsförändringar på utbuds- respektive efterfrågesidan förväntas i Sverige under de kommande åren, 2024-2026, och hur kommer de att påverka marknadspriset?". Arbetet baserades på teoretiska koncept kring systemmodellering och prisbildning, med fokus på Soft Systems Methodology. Data samlades in från olika källor och analyserades med hjälp av CATWOE-analys, Casual Loop Diagram samt modellteori för utbuds- och efterfrågekurvor. Slutsatsen var att prisinfluerande marknadsutvecklingar och regulatoriska marknadsförändringar är inriktade på marknadens utbudssida. Det handlar bland annat om nya leverantörers inträde på marknaden, övergången till marginalprissättning, nya tekniska krav för marknadsdeltagande och ökande möjligheter till värdestapling för FCR-D Upp leverantörerpå Nord Pools elmarknader och de andra balansmarknaderna.

SCADA-system (Supervisory Control and Data Acquisition) har under de senaste decennierna använts i stor utsträckning, med utmärkta resultat för nätverksdrift och -förvaltning. Kunder ställer emellertid krav på att SCADA-system ska kunna integrera externa komponenter för att möjliggöra utveckling av befintliga och nya affärsprocesser. Det innebär att dessa system utvecklas från en monolitisk infrastruktur till en löst kopplad och flexibel arkitektur. Således har nya behov uppstått för att förbättra systemets interoperabilitet, minska komplexiteten och förbättra underhållet. Föreliggande masterprojekt presenterar ett ramverk för att förutsäga systems interoperabilitetet (IPF); ett ramverk som stöder arkitekturprocessen under de tidiga stadierna av produktutveckling. Vidare har arbetet undersökt några alternativa arkitekturer, vilka har modellerats och verifierats med hjälp av ovannämnda ramverk. En första konceptuell arkitektur har utvecklats för att förbättra interoperabiliteten hos interna system, för att reducera kopplingen mellan det grundläggande SCADA-systemet och Energy Management-systemet (EMS). Därefter genererades en andra arkitektur som möjliggör integration av externa komponenter för att främja den externa interoperabiliteten. Resultat visar att de föreslagna arkitekturerna är korrekta (enligt IPF) och systemets driftskompatibilitet förbättras. Vidare förefaller den slutligt föreslagna lösningen vara mindre komplex än den nuvarande arkitekturen på lång sikt, men det skulle behövas en större insats och väsentliga förändringar för att uppgradera systemarkitekturen. / SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) systems have been widely used during the last decades delivering excellent results for the power network operation and management. However, some current customer requirements are for SCADA systems to integrate external components in order to perform advanced power network studies and develop both existing and new business processes. This novel viewpoint will make these systems evolve from a monolithic infrastructure towards a loosely coupled and flexible architecture. Hence, new needs have arisen with the aim of improving the system interoperability, reducing the complexity and enhancing the maintainability. This master´s thesis project presents an Interoperability Prediction Framework (IPF), that supports the architecture design process during the early stages of product development. In addition, this work has also investigated some alternative architectures, which have been modelled and verified using the previously mentioned framework. A first conceptual architecture has been designed to improve the internal system interoperability, reducing the coupling between the basic SCADA and the Energy Management System (EMS). Later, a second architecture that allows the integration of external components has been introduced to promote the external interoperability. Results show that the proposed architectures are correct (according to the IPF) and the interoperability of the system is improved. Furthermore, initial conclusions suggest that the final proposed solution would be less complex than the current architecture in the long term, although a large effort and substantial changes would be needed to upgrade the system architecture.