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.

Denne studien undersøker hvorvidt en slangerobots form er optimal med hensyn til hindringsmiljøet den befinner seg i. Et spesielt fokus blir gitt til utfordringen med å finne et optimalt sett med kontaktkrefter gitt forskjellige optimalitetskriterier. En regulator som realiserer de ønskede kontaktkreftene på en dynamisk slangerobotmodell i et hindringsmiljø foreslås, men videre utvikling og testing er nødvendig for å treffe en definitiv konklusjon om hvorvidt denne framgangsmåten er egnet eller ikke.

Mange mennesker mister hvert år kroppsdeler som følge av sykdommer ellerulykker. Elektriske armproteser tilbyr brukere en mulighet til å erstatte taptfunksjonalitet som følge av en amputasjon, men kommersielle armproter i dager ikke på langt nær gode nok til å erstatte all funksjonalitet som en friskarm tilbyr. Input-sensorer som blir benyttet i armproteser i dag er vanligvisbasert på overflatemyografi (SEMG) som måler muskelaktiviteten fra utsidenav kroppen ved hjelp av elektroder. Disse sensorene er preget av målefeil ogunøyaktigheter som følge av diverse støybidrag. Common-mode spenning fraomgivelsene og bidrag som følge av ytre påkjenninger på elektrodene kanføre til unøyaktigheter i målingene. Ved å innføre sensorer som kan måle deytre påkjenningene på elektrodene kan man utvikle mer nøyaktige og robustesensorer som tilbyr et bedre utgangspunkt for styring av protesen og dermedøke kompleksiteten og funksjonaliteten.Denne rapporten presenterer design og testing av en multimodal enhet(MMU) for forskning på protesestyring. Enheten er designet med hensyn påmodularitet og nøyaktig måling av data fra de forskjellige sensor-enhetene.Prototypen har som hensikt å gjøre det mulig å måle kontaktkraften mellomen SEMG-sensor og brukens hud for å undersøke sammenhengen mellomkontaktkraft og feilkildene generert av ytre påkjenninger. Den ferdige enhetenbestår av et sensorhus med en Trigno-enhet fra Delsys (2012) med SEMGsensorog akseleromere. I tillegg inkluderer prototypen også et kraftkort og enfjær. Krafkortet måler kontaktkraften på oversiden av Trigno-enheten og fjærentillater at enheten kan vandre vertikalt inne i huset. Den ferdige prototypen erpresentert i en medfølgende brukerguide i Appendiks A.Prototypen ble testet som input sensor for et flerfunksjonelt protesesystem.Data fra sensoren kan lett samles inn ved hjelp av LabView og hardware fraNational Instruments (2012). Kraftkortet viser en lineær sammenheng mellompåtrykt vekt og avlest spenning. Det ble påvist avvik i nullpunktsverdiene tilkraftmålingene som følge av at kraftkortet kan vandre i horisontal retning,og som følge av designet til fjæren. Det ble konkludert med at designet avkraftkortet og fjæren burde revurderes ved videre utvikling av enheten.

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.

Two configurations for a unicycle, a class of nonholonomic systems, is looked into. The first configuration is the case where the generalized coordinates consists of four parameters, while the other configurations consists of five. For both systems the equations of motion are calculated. Then a method for parameterizing a desired path for the systems using a synchronization function among all degrees of freedom is shown. A set of equations to find feasible trajectories keeping the desired path virtually constrained is calculated. It is then shown for the four degree of freedom system how to compute the transverse linearization, which can be used for orbital stabilization of a desired motion consisting of circular orbits or straight paths. A way to compute a periodic controller for a linear time varying system is derived, and a set of controllers are tried out on the four degree of freedom unicycle with negative result.

In Augmented Reality, computer generated information can assist the userwith 'invisible' information about real world objects. In this thesis, thepossibilities for Augmented Reality on mobile devices will be investigated,and Object Tracking is identied as a vital functionality. In the existing so-lutions, position- and orientation-based tracking is most common, however,this project will approach vision-based tracking, which is a wide researcharea in the eld of Computer Vision.The chosen object tracker, is the prize-awarded algorithm TLD, which together with the recently released FastCVlibrary, makes up the functionality in the nal presented application. Theapplication is tested with regard to memory and processing time, and it is observed from the experiments, that the Detector module in TLD domi-nates the processing time. Nonetheless, the nal Object Tracker performsas intended and decent frame rates is obtained by reducing the size of thecamera image frame.For further work, the processing time could be reduced even more, possiblyby making a longer interval between each run with the detector module.Also the possibility to save object models and use them later on should beexplored. This would be useful in an Augmented Reality application, wherethe objects usually is predetermined.

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.

Proteseindustrien preges av inkompatible produkter og produsenter som utviklersine egne standarder. Samtidig er et internasjonalt forskningsmiljø(der NTNU er delaktig) i ferd med å utvikle en åpen bussprotokoll til bruk mellom sensorer, aktuatorer og andre protesekomponenter.Denne oppgaven har sett på implementation av denne protokollen på AVR-prosessorarkitekturen, med et mål om kompatibilitet med en Canadisk PIC-basert implementasjon. Resultatene har ikke vært utelukkende gode, men grunnleggendefunksjonalitet er på plass og har blitt vist å fungere.

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.

Gjennom denne oppgaven vil leseren gjøres kjent med Ormen Lange landanlegg for produksjon av gass. I oppgaven presenteres bakgrunnsinformasjon for alle store hovedsystemer som inngår i forbindelse med oppstart av gassforedlingsprosessen. For at oppgaven skulle være gjennomførbar har en måtte begrense oppgaven til å kun omhandle sekvenser i hydrokarbonduggpunktssystemet. Kort oppsummert kan en si at oppgaven bygger på følgende problemstillinger:1. Kan en redusere tiden det tar å starte opp gassanlegget etter en produksjonsstans?2. Er det mulig å forenkle operatørens oppgaver i forbindelse med oppstart av anlegget?'Å finne svar på disse spørsmålene har skapt mye hodebry og utfordringer, men slik resultatet kan presenteres i dag vil kunnskapen kanskje kunne bidra til ny forståelse og innovative løsninger for fremtiden. I de eksisterende sekvensene som er laget for Ormen Lange, må en starte en produksjonslinje om gangen. Dette innebærer å starte resirkulasjon av gass for å få gassen innenfor salgsspesifikasjonene, samt å legge over til eksport når gassen oppnår disse spesifikasjonene. Når den første produksjonslinjen er lagt til eksport, vil en kunne starte neste produksjonslinje.I denne oppgaven skisseres en løsning som gjør det mulig å starte begge produksjonslinjer parallelt. Denne løsningen vil, med de antagelser gjort i oppgaven, kunne bidra til å redusere oppstartstiden med inntil 1 time. Dette oppnår en ved å synkronisere oppstarten til begge produksjonslinjer, samt at en fordeler gassgjennomstrømningen mellom linjene. Beregninger gjort av Aker Kværner viser at en i resirkulasjonslinjen kan ha en gassrate på 20MSm3/sd. Dette gjør det mulig å starte begge produksjonslinjer samtidig ved hjelp av Joule Thompson (JT), men ikke med Turbo Ekspander (TEX).Men en ønsket ikke bare å redusere oppstartstiden, det er også ønskelig å forenkle operatørens oppgaver. I første del av oppgaven gjennomføres design og implementasjon av sekvenser, med hovedfokus på å redusere oppstartstiden. For å rette fokus mot operatøren har det blitt gjennomført analyser av disse nye sekvensene. Dette er gjort for å kunne konkretisere hvilke tiltak som kan iverksettes for å bidra til å forenkle operatørens oppgaver.Løsningen som er valgt i oppgaven går ut på å samle alle operatørens oppgaver i første steg av sekvensene. Dette gjøres for at sekvensene ikke skal bli hengende og vente på operatørens bekreftelser eller aksjoner etter at sekvensene er startet. Ved at operatøren utfører alle aksjoner og bekreftelser i første steg, oppnår en at de øvrige stegene i sekvensene blir automatisert. Dette har vist seg svært nyttig, når en ønsker å benytte en hovedsekvens for å automatisk starte andre sekvenser. Da kan en legge alle operatørens oppgaver inn i hovedsekvensen, slik at sekvensene som kjøres fra hovedsekvensen ikke krever operatørens inngripen etter at de er startet.I den siste delen av oppgaven rettes fokus på kommunikasjonen mellom menneske og maskin. Det ble gjennomført en heuristisk evaluering av brukergrensesnittet og resultatet viser noen områder med forbedrings potensiale. Her kan det nevnes to hovedpunkter: tekstlige beskrivelser og operatørvarsling når sekvensene avventer operatørens inngripen. Oppgaven presenterer forslag til løsninger for begge disse problemene.