Sammendrag

No description available.

Et av de mer opplagte problemene som møter en person hvis arm har blitt erstattet med en protese, er reduksjonen i antall mulige bevegelser som en protese har i forhold til en frisk arm. Studier foretatt på friske armer, viser et større repertoar av bevegelser når håndleddets rotasjonsakse er stilt på skrå i forhold til underarmens lengdeakse. Et pågående forskningsprosjekt har som mål å undersøke om disse resultatene kan brukes til å hjelpe protesebrukere, og i den anledning har det blitt laget et håndledd med mulighet for vinkling av rotasjonsaksen.Gjennom bruk av en utviklingsmetodikk med navn V-modellen har denne oppgaven, som fortsettelse på tidligere arbeid, forsøkt å lage et fungerende styresystem for håndleddet. Underveis i arbeidet har utviklingsmetodikkens faser blitt fulgt, og all nødvendig dokumentasjon og planer for testing har blitt testet.Maskinvaren til håndleddets styresystem har blitt modularisert og designet for å håndtere sine tilordnede oppgaver. Kretsskjema for hver modul ble tegnet og lagt ut på flere kretskort som deretter kunne stables for å realiserte en prototyp av hele systemet. Programvare for hver av maskinvarens moduler har også blitt skrevet.Av testingen som har blitt gjennomført, vises det at den realiserte prototypen tilfredsstiller kravene fra funksjons- og teknisk spesifikasjon.

Prediktor AS har hatt et ønske om å forbedre kontrollen av innetemperaturen i sine lokaler i Fredrikstad. Denne oppgaven har blitt gitt som en avsluttende masteroppgave ved institutt for teknisk kybernetikk ved NTNU.Det har blitt utviklet en lineær modell på formen dx/dt=Ax+Bu for energiflyten i Prediktors lokaler i Fredrikstad. Modellen er basert på fysiske betraktninger ved selve bygningsmassen, fysiske prinsipper for energibalanser og målinger gjort i bygget. Disse betraktningene er det gjort rede for i denne rapporten. Målingene er gjort delvis med instrumenter allerede plassert i bygningen ved oppgavens start, og delvis med instrumenter satt opp i løpet av arbeidet med oppgaven. Måleresultatene er innhentet ved hjelp av Prediktors egen APIS-programvare, og i denne rapporten er betraktninger rundt instrumenteringen, det utførte instrumenteringsarbeidet samt detaljene rundt innhentingen av data gjort rede for.Det har blitt utviklet en reguleringsstrategi for systemet. Regulatoren er basert på Kalmanfiltrering og LQ-regulering, og blitt utvidet og tilpasset reguleringsproblemet for å oppnå best mulig ytelse.

Το κυρίως αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι ο σχεδιασμός και η ανάλυση αποκεντρωμένων τεχνικών ελέγχου για επίτευξη μέγιστης κάλυψης από κινούμενα δίκτυα αισθητήρων. Λόγω των πολλών εφαρμογών αυτών σε αποστολές σχετιζόμενες με εξερεύνηση περιοχών ενδιαφέροντος, περιβαλλοντική δειγματοληψία, φύλαξη ή ακόμα και θέματα ασφάλειας, μία μεγάλη μερίδα της επιστημονικής κοινότητας έχει στρέψει το ενδιαφέρον της στην ανάπτυξη μεθόδων για βέλτιστη (ει δυνατόν) περιβαλλοντική αντίληψη μέσω αισθητήρων από αυτόνομες ομάδες ρομποτικών συστημάτων. Τέτοιες ομάδες, συνήθως τοποθετούμενες αρχικώς στις περιοχές ενδιαφέροντος, σχεδιάζονται με στόχο τον αποκεντρωμένο έλεγχό τους, αντί ενός καθολικού εποπτικού συστήματος, με στόχο να επιτύχουν στην εκάστοτε αποστολή. Στα πρώτα στάδια της διατριβής αυτής, το πρόβλημα της κάλυψης μιας περιοχής ενδιαφέροντος από μία ομάδα όμοιων κόμβων αναλύεται από υπολογιστική σκοπιά. Οι κινούμενοι κόμβοι υποθέτονται ότι υπακούν σε απλοϊκό κινηματικό μοντέλο διακριτού χρόνου, ενώ η αισθητήρια επίδοσή τους θεωρείται ακτινική, περιορισμένης εμβέλειας, ομοιόμορφη γύρω από τον κόμβο. Σαν πρώτη προσέγγιση, η κατεύθυνση σε κάθε χρονική στιγμή για βέλτιστη κάλυψη καθορίζεται βάσει τεχνικών διαμέρισης του χώρου βασιζόμενες στην έννοια της απόστασης. Η αναπτυσσόμενη στρατηγική επιτρέπει σταδιακή αύξηση της καλυπτόμενης επιφάνειας μεταξύ διαδοχικών βημάτων, ενώ έχει ως απαίτηση την κίνηση ενός μόνο επιτρεπτού κόμβου τη φορά. Στη συνέχεια, το προαναφερθέν σχέδιο επεκτείνεται για την περίπτωση ετερογενών δικτύων, όπου η ετερογένεια αντικατοπτρίζεται στις άνισες εμβέλειες απόδοσης αίσθησης των κόμβων. Επιπροσθέτως, επέκταση σε μοντέλο συνεχούς χρόνου επιτρέπει την κίνηση όλων των κόμβων του δικτύου ταυτόχρονα, αυξάνοντας ιδιαίτερα τον χρόνο σύγκλισης προς την βέλτιστη κατάσταση, ειδικά για μεγάλης κλίμακας δίκτυα. Μία εναλλακτική διαμέριση του χώρου αναπτύσσεται, η οποία βασίζεται κυρίως στα αισθητήρια μοτίβα των κόμβων, παρά στις θέσεις των κόμβων καθεαυτές. Τα παραγόμενα κελιά του χώρου ανατιθέμενα στους κόμβους αποτελούν τον βασικό πυρήνα του αλγόριθμου οργάνωσης, με στόχο την αποκεντρωμένη οργάνωση της κινούμενης ομάδας, ώστε να επιτύχει βέλτιστη απόδοση κάλυψης. Υποκινούμενοι από την υψηλού–βαθμού ανισοτροπία που χαρακτηρίζει κάποιους τύπους αισθητήρων, όπως κατευθυντικά μικρόφωνα για ανίχνευση ήχου σε εφαρμογές ασφάλειας, ή ακόμα μοτίβα εκπομπής/λήψης κατευθυντικών κεραιών σε σενάρια τηλεπικοινωνιακής κάλυψης, η έρευνά μας επεκτείνεται πέραν του κλασσικού ακτινικού μοντέλου δίσκου αίσθησης. Βασιζόμενοι σε συγκεκριμένες ιδιότητες για επίπεδες κυρτές καμπύλες, μια αποκεντρωμένη στρατηγική οργάνωσης αναπτύχθηκε για δίκτυα που χαρακτηρίζονται από κυρτά αισθητήρια μοτίβα ίδιας κατευθυντικότητας. Παρότι η κυρτότητα των συνόλων αίσθησης φαίνεται να θέτει ένα μεγάλου βαθμού περιορισμό στο συνολικό πρόβλημα, στην πραγματικότητα προσπερνάται μέσω ανάθεσης αυτών ως το μέγιστο κυρτό χωρίο που εγγράφεται στο πρωταρχικώς ανισοτροπικό μοτίβο. Το σχήμα ελέγχου επεκτείνεται στη συνέχεια για την περίπτωση όπου εισάγουμε ένα επιπλέον βαθμό ελευθερίας στις κινηματικές ικανότητες των κόμβων, ενσωματώνοντας έτσι διαφορετικές και χρονικά μεταβαλλόμενες κατευθυντικότητες μεταξύ των μοτίβων αυτών. Το παραγόμενο πλάνο ελέγχου αποδεικνύεται ότι οδηγεί ανισοτροπικά δίκτυα σε βέλτιστες τοπολογίες, αναφορικά με τα αισθητήρια μοτίβα τους, ελέγχοντας κατάλληλα ταυτόχρονα την θέση και προσανατολισμό, μέσω ενός καινοτόμου σχήματος κατακερματισμού του χώρου βασιζόμενο στο εκάστοτε μοτίβο. Η διατριβή κλείνει με την μελέτη δικτύων με περιορισμούς στην εμβέλεια επικοινωνίας αναφορικά με την μετάδοση πληροφοριών μεταξύ των κόμβων. Στην πλειονότητα των σχετικών εργασιών, το ζήτημα αυτό προσπερνάται επιτρέποντας στην εμβέλεια επικοινωνίας να είναι τουλάχιστον διπλάσια αυτής της (ομοιόμορφης) αίσθησης, εγγυώντας έτσι την αποκεντρωμένη φύση των πλάνων ελέγχου. Ο προτεινόμενος έλεγχος επιτρέπει την αποσύζευξη μεταξύ των δύο αυτών εμβελειών, οδηγώντας το δίκτυο στην βέλτιστη κατάσταση, μέσω ταυτόχρονου σεβασμού του εκάστοτε, εκ των προτέρων δοσμένου, περιορισμού στην εμβέλεια επικοινωνίας. Συγκεντρωτικά συμπεράσματα και συγκριτική ανάλυση παρουσιάζονται στο τελευταίο κεφάλαιο, ενώ προτείνονται μελλοντικά πλάνα επέκτασης των τεχνικών αυτών. / The main scope of this thesis is the design and analysis of distributed control strategies for achieving optimum area coverage in mobile sensor networks. Due to the numerous applications of the latter in missions as area exploration, environmental sampling, patrolling, or even security, a large part of the scientific community has turned its interest on developing methods for achieving optimum, if possible, sensing environmental perception by groups of autonomous mobile agents. Such robotic teams, randomly deployed in areas of interest initially, are designed to coordinate their motion in a distributed manner, rather than via a global supervisory system, in order to succeed in the corresponding mission objective. At the first stages of this thesis, the coverage problem of an area of interest by a group of identical nodes is examined from a numerical point of view. The mobile nodes are considered to be governed by simple discrete–time kinodynamic motion, while their sensing performance is assumed radial, range–limited, uniform around the node. As a first approach, the optimum direction at each time step for optimum deployment achievement is determined based on proper distance–based space partitioning techniques. The developed concept allows for gradual increase in the covered area among consecutive steps, although suffers from allowing motion of one node at a time. In the sequel, the aforementioned concept is extended to the case of heterogeneous networks, where heterogeneity lays mainly in the unequal limited–range of the sensing performance of the nodes. In addition, extension to continuous–time allows for simultaneous motion of the nodes, increasing drastically the convergence time towards the optimal state, especially for large–scale networks. An alternate partitioning of the space is developed that is mainly based on the nodes’ footprints, rather than their spatial positions only. The resulting assigned cells form the main core for the coordination algorithm proposed, in order to distributedly organize the mobile swarm to achieve optimum sensing performance. Motivated by the high–degree anisotropy that governs the sensing domains of certain types of sensors, i.e. directional microphones for sound sensing mainly for security applications, or even the radiation patterns of directional antennas in communication–coverage scenarios, our research is extended beyond the standard disc model of sensing. Based on certain properties for planar convex curves, a distributed strategy is developed for networks characterized by convex sensing domains of same orientation. Although convexity of the sensing sets may seem to impose a high level restriction to the overall setup, in fact can be assigned as the maximal convex inscribed set in any (originally) anisotropic pattern. The control scheme is further extended, in the sequel, for the case of adding an extra degree of freedom to the node’s mobility abilities, incorporating different and time–varying orientations among the nodes patterns. The resulting scheme is proven to lead anisotropic networks in optimum configurations, considering their sensing footprints, by properly controlling both the nodes’ positions and orientations, via an innovative pattern–based partitioning scheme of the sensed space. The thesis ends by examining the case where radio–range constraints are imposed on inter–agents communication. In the majority of the related works, this issues is usually overcome by allowing RF range as double the sensing one, guaranteeing that way distributed nature of the control schemes. The proposed scheme allows for uncorrelated RF and sensing ranges in the network, while guarantees convergence of the network towards the optimal state, via simultaneous preservation of a–priori imposed radio–range constraints. Concluding remarks along with comparative discussion are presented in the last chapter, where future research plans and ways to improve the already developed schemes are proposed.

Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να συζητηθούν και να παρουσιαστούν οι υπάρχουσες τεχνικές που εφαρμόζουν την στρατηγική δειγματοληψίας βασισμένη σε γεγονότα για την εκτίμηση της κατάστασης των γραμμικών συστημάτων και να αξιολογηθεί πώς αυτές οι μέθοδοι επηρεάζουν τη συνολική απόδοση του συστήματος. Όπως ήδη αναφέρθηκε, περιορισμοί στον ρυθμό δειγματοληψίας ανακύπτουν στα NCS λόγω του περιορισμένου διαθέσιμου εύρους ζώνης. Αυτός ο περιορισμός στον αριθμό δειγμάτων επηρεάζει σαφώς το μέσο τετραγωνικό σφάλμα εκτίμησης, και η ερώτηση είναι πώς πρέπει να επιλέξουμε τις χρονικές στιγμές δειγματοληψίας προκειμένου να το ελαχιστοποιήσουμε. / The aim of this diploma thesis is to discuss and present existing techniques that apply event-triggered sampling to linear system state estimation, and to evaluate how these methods affect the overall performance of the system. As already mentioned, sampling rate constraints arise in NCS due to the limited bandwidth available. This restriction on the number of samples clearly affects the mean square estimation distortion error, and the question is how we should choose the sampling instants in order to minimize it.

Scriptie Hanzehogeschool Groningen. / Datum laatste controle: 04-09-2007. In opdracht van het Deventer Ziekenhuis. Met lit.opg.

The Anti-Submarine Warfare (ASW) community requires a fully operational Command, Control, Communications, Computers, and Intelligence (C4I) architecture to significantly reduce time from sensor detection to defensive weapons release. The United States Navy has established programs of record leveraging space, terrestrial, and maritime communications capabilities extending to fiscal year 2015. An ordered systems engineering process was performed to derive requirements and identify Joint ASW C4I Architecture strengths and weaknesses. This architecture is dependent upon the ASW community’s ability to leverage current and planned technologies impacting C4I areas including common operational tactical picture delivery, data transmission rate, time latency, and data fusion processes. Performance forecasts for identified alternatives were modeled and simulated based on a synthesized operational scenario using the EXTEND simulation tool, and life cycle cost estimates were produced for each alternative. Based on those outcomes, one of the several alternatives is recommended for implementation. In addition, it was discovered that programmed C4I capabilities lack an integrated fielding plan and do not properly align in FY2020. Furthermore, the ASW community must make process changes to enable cross-program manager collaboration supported by a single system architect to ensure robust architectures are fielded by 2020.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: The thesis evaluates control strategies for reconfigurable manufacturing systems by using a welding assembly cell as a case study. The cell consists of a pallet magazine, conveyor, feeder subsystem (comprising an articulated robot and singulation unit), welder subsystem (which uses a modular Cartesian robot), and inspection and removal subsystems. The research focuses on control strategies that enhance reconfigurability in terms of structure, hardware and software using agent-based control and the IEC 61499 standard, based on PC control. Reconfiguration may occur when a new product is introduced, as well as when a new subsystem is introduced or removed from the production cell. The overall control architecture is that the subsystems retain no knowledge of the product, but product information resides in the cell controller, while services offered by the subsystems are registered with the directory facilitator of the Java agent platform. The control strategies are implemented on the modular Cartesian weld robot and the cell controller for assembly cell. A layered architecture with low-level control and high-level control is used to allow separation of concerns and rapid changes in both hardware and software components. The low-level control responds in hard real-time to internal and external events, while the high-level control handles soft real-time actions involving coordination of control related issues. The results showed IEC 61499 function blocks to be better suited to low-level control application in distributed systems, while agents are more suited for high-level control. Modularity in software components enhances hardware and software scalability. Additionally, agents can support online reconfiguration of reconfigurable machines. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die tesis evalueer beheerstrategieë vir herkonfigureerbare vervaardigingstelsels deur gebruik te maak van ’n sweismonteersel as ’n gevallestudie. Die sel bestaan uit ’n palletmagasyn, vervoerbande, voersubstelsel (bestaande uit ’n geartikuleerde robot en singulasie-eenheid), sweissubstelsel (wat gebruik maak van ’n modulêre Cartesiese robot), en inspeksie- en verwyderingsubstelsels. Die navorsing fokus op beheerstrategieë wat herkonfigureerbaarheid verhoog in terme van struktuur, hardeware en sagteware met behulp van agent-gebaseerde beheer en die IEC 61499 standaard, wat gebaseer is op PC-beheer. Herkonfigurasie mag voorkom wanneer ’n nuwe produk in-gestel word, sowel as wanneeer ’n nuwe substelsel bygevoeg of verwyder word van die produksiesel. Die oorhoofse beheerargitektuur is dat die substelsels geen kennis van die produk hou nie, maar die produkinligting in die selbeheerder geberg, terwyl dienste wat aangebied word deur die substelsels wat geregistreer is by die gidsfasiliteerder van die Java agent platform. Die beheerstrategië is geïmplementeer op die modulere Cartesiese sweisrobot en die selbeheerder vir die monteersel. ’n Gelaagde argitektuur met ’n lae-vlak beheer en hoë-vlak beheer word gebruik om skeiding van oorwegings en vinnige veranderinge in beide hardeware en sagteware komponente toe te laat. Die lae-vlak beheer reageer hard intyds op interne en eksterne gebeure, terwyl die hoë-vlak beheer sag intyds die koördinering van beheerverwante kwessies hanteer. Die resultate het getoon dat IEC 61499 funksie-blokke beter geskik is vir lae-vlak beheer toepassing in verspreide stelsels, terwyl agente meer geskik is vir hoë-vlak beheer. Modulariteit in sagteware komponente verhoog hardeware en sagteware skaleerbaarheid. Boonop kan agente ook aanlyn herkonfigurasie van herkonfigureerbare masjiene ondersteun.

Thesis (MScEng)--University of Stellenbosch, 2001. / ENGLISH ABSTRACT: A new task scheduler for the Attitude Determination and Control System (ADCS) of the Stellenbosch University Satellite (SUNSAT) has been designed and tested on a personal computer. This new scheduler is capable of uploading new control tasks, or changing existing control tasks, on an individual basis. This is an improvement on the current ADCS task scheduler, where the control tasks are hard-coded in the scheduler, requiring the entire software image of the scheduler to be uploaded if a new task is to be added, or an existing task is to be changed. The new scheduler was developed using the Java programming language. The Java ClassLoader class is used to dynamically load tasks to a linked list. The scheduler thread runs through this linked list and schedules all the tasks that have become schedulable. New tasks can be added to the list without stopping the scheduler. The new scheduler has been successfully implemented on a personal computer, laying a good foundation for implementation in an embedded environment based on processors such as the T800 Transputer of the ADCS or the 80386 processor of the secondary onboard computer (OBC2). / AFRIKAANSE OPSOMMING: 'n Nuwe taak skeduleerder vir die orientasie beheerstelsel (Engels: Attitude Determination and Control System, of ADCS) van die Stellenbosch Universiteit Satelliet (SUNSAT) is ontwerp en getoets op 'n persoonlike rekenaar. Hierdie nuwe skeduleerder het die verrnoee om ekstra beheertake op te laai, of bestaande beheertake te wysig, onafhanklik van mekaar. Dit is 'n verbetering op die huidige ADCS taak skeduleerder waar take hard gekodeer is in die skeduleerder en waar vereis word dat die volledige sagteware beeld van die skeduleerder opgelaai moet word indien 'n nuwe taak bygevoeg wil word of 'n bestaande taak gewysig wil word. Die nuwe skeduleerder is ontwikkel met behulp van die Java programmeringstaal. Die Java C/assLoader klas is gebruik om take dinamies te laai en te voeg by 'n skakellys. Die skeduleerder proses stap dan deur hierdie skakellys en skeduleer aile take wat skeduleerbaar geword het. Nuwe take kan by die skakellys gevoeg word sonder om die skeduleerder te stop. Die nuwe skeduleerder is suksesvol ge'lmplementeer op 'n persoonlike rekenaar en Ie 'n goeie grondslag vir implementering in 'n toegewyde stelsel omgewing gebaseer op byvoorbeeld die T800 Transputer van die ADCS of die 80386 verwerker van die sekondere aanboord rekenaar (OBC2).