Volvo Human Monitoring (VHM) är ett pågående projekt på Volvo Personvagnar där dem bland annat mäter in- och utandning genom en mätutrustning, kallad respiratorisk induktans pletysmograf (RIP), som mäter förändringar av tvärsnittsarean av bröstkorg och buk. När föraren är i rörelse till exempel när hon svänger ändras tvärsnittsarean och en ”störning” i RIP-signalen kan uppkomma. Dessa störningar medför att vid analys av RIP-signalen måste stora manuella justeringar utföras, vilket är mycket tidskrävande, och utrustningens validitet för mätning av in- och utandning ifrågasätts. Syftet med denna studie var att effektivisera analysen av en RIP-signal som registrerats vid bilkörning. Målsättningen var att skapa ett nytt databearbetningsverktyg i Matlab som på ett automatiskt sätt kan detektera in- och utandning från en RIP-signal med högre validitet än det existerande databearbetningsverktyget. I studien utfördes tester på nio förare under bilkörning på landsväg, grusväg, motorväg och i stadstrafik. In- och utandning mättes med en RIP, en pneumotakograf med en tätt sluten ansiktsmask och ett termoelement som var placerad mellan näsa och mun som referensutrustning. Resultatet blev ett databearbetningsverktyg som automatiskt detekterar in- och utandning med högre validitet än det tidigare internutvecklade databearbetningsverktyg. Verktyget markerar sekvenser där risken är stor att RIP mäter in- och utandning på ett felaktigt sätt eller tar bort in- och utandningar under dessa sekvenser beroende på användarens inställningar. Studien har även bidragit till ny kunskap om en alternativ mätutrustning, termoelementet, för att detektera in- och utandning med högre validitet än med RIP under bilkörning.

Parametric amplifiers are essential for analyzing and measuring the weak signals generated byquantum circuits at cryogenic temperatures. This project aims to realize a low noise travelingwave parametric amplifier (TWPA) by exploiting the nonlinear current dependence of thekinetic inductance of superconducting NbTiN nanowires. We fabricate an inductor in theform of a compact meandering nanostructure on small chips. We describe the microwavecircuit design, the simulations performed and the fabrication recipes. We present the resultsfrom the initial measurements at low-temperature (4.2 K - 0.3 K) performed in a 3He dipstickcryostat.We analyzed two different structures in this thesis. The first design implements a co-planarwaveguide structure that operates as a multi-modal cavity with resonances that can be modifiedby adjusting geometrical parameters. In contrast, the second design attempts to eliminate theseresonances by matching the impedance of the device with that of the input and output signallines. For this reason, we adopted a microstrip structure with a top-layered ground plane.In addition, the second design allows for phase matching of the signal and idler frequenciesinvolved in parametric amplification through dispersion engineering. Finally, we determineimportant parameters like the temperature dependence of the kinetic inductance, phase velocity,and characteristic impedance of the devices at cryogenic temperatures. / Parametriska förstärkare är viktiga för att analysera och mäta svaga signalerna som genererasav kvantkretsar vid kryogeniska temperaturer. Detta projekt syftar till att realisera enresande våg parametrisk förstärkare med lågt brus (TWPA) genom att utnyttja det ickelinjäraströmberoendet hos den kinetiska induktansen i supraledande NbTiN- nanotrådar. Vitillverkar en spole i form av en kompakt slingrande nanostruktur på små chips. Vibeskriver mikrovågskretsdesignen, simuleringarna som utförs samt tillverkningsprocesserna.Vi presenterar resultaten från de initiala mätningarna vid låga temperaturer (4.2 K - 0.3 K)utförda i en 3He stickkryostat.Vi analyserade två olika strukturer i detta arbete. Den första designen implementerar enkoplanar vågledarstruktur som fungerar som en multimodal kavitet med resonanser som kanmodifieras genom att justera geometriska parametrar. Däremot syftar den andra designenatt eliminera dessa resonanser genom att matcha enhetens impedans med den för ingångs-och utgångssignallinjerna. Av denna anledning valde vi en mikrostripstruktur med ettjordplan i toppskiktet. Dessutom tillåter den andra designen fasanpassning av signalen ochidlerfrekvenserna som är en del av den parametriska förstärkningen genom dispersionsteknik.Slutligen tar vi reda på viktiga parametrar som temperaturberoendet för den kinetiskainduktansen, fashastigheten och den karakteristiska impedansen för proven vid kryogeniskatemperaturer.

We investigate the resonant characteristics of superconducting meandering nanowires to design a nonlinear kinetic inductance traveling-wave parametric amplifier. The devices are patterned out of 15 nm thick NbTiN films. They consist of a coplanar waveguide, that shrinks into 100 nm wide meandering nanowires. For a total kinetic inductance of ∼1 μH, our simulations show that these structures behave as resonators with fundamental mode frequency around 1 GHz and a phase velocity of the signal as low as c/1000. The resonance peaks correspond to the presence of current antinodes within the meandering structure. Samples were fabricated at the Albanova Nanolab facility and measured in a sample-in-vacuum dipstick at 300 mK. Frequency sweeps in the 0.1-10 GHz range confirm the presence of these resonance peaks. In addition, we investigate the current nonlinearity of our devices. Analysis of the temperature dependence of the resonant peaks revealed the critical temperature of the film, TC = 14.0 ± 0.5 K. The dispersion relations showed that the device impedance exceeds the resistance quantum RQ = 6.5 kΩ when close to resonance or below 87 MHz. A second design was realized in order to reduce the device’s characteristic impedance to ≈ 50 Ω. This design, accomodating a micro stripline, embedded a significantly longer nanowire, with a total kinetic inductance ∼10 μH. Measurements showed a dramatically reduced impedance to ≈ 700 Ω, but still not matched to 50 Ω, giving rise to a dense frequency comb of standing modes in the 0-3 GHz bandwidth, with a constant spacing of ≈ 45 MHz. / Vi undersöker egenskaperna hos supraledande slingrande nanotrådar i syfte att designa en ickelinjär kinetisk induktans parametrisk förstärkare. Våra prov är mönstrade ur 15 nm tjocka NbTiN-filmer. De består av en koplanär vågledare som krymper till 100 nm breda slingrande nanotrådar. Med en sammanlagd kinetisk induktans på ∼1 μH visar våra simuleringar att dessa strukturer beter sig som resonatorer med en funda- mental modfrekvens runt 1 GHz och en fashastighet för signalen så låg som c/1000. Resonanserna motsvarar närvaron av strömantinoder inom den slingrande strukturen. Proverna tillverkades i Albanovas Nanolab och mättes i en prov-i-vakuum-sticka runt 300 mK. Frekvenssvepen i området 0,1-10 GHz bekräftar förekomsten av dessa res- onanser. Dessutom undersökte vi den strömberoende ickelinjäriteten i våra enheter. Analys av resonansernas temperaturberoende ger ett värde på filmens kritiska temper- atur, TC = 14.0 ± 0.5 K. Dispersionsförhållandena visade att provens impedans över- stiger resistanskvantumet RQ = 6, 5 kΩ nära resonanserna. En andra design realiserades för att reducera provens karakteristiska impedans till ≈ 50 Ω. Denna design, med en mikrostripline, har en betydligt längre totaltsträcka med en sammanlagd kinetisk induk- tans på ∼10 μH. Mätningarna visade en dramatiskt reducerad impedans på ≈ 700 Ω, men inte till det matchade värdet på 50 Ω, vilket gav upphov till en tät frekvenskam inom bandbredden 0- 3 GHz, med ett avstånd på ≈ 45 MHz mellan resonanserna.

The electrification era has been marked up by an increase in volume of electric vehicles which are directly or indirectly powered by electricity. Railways, roadways and airways are being electrified as we speak at their own respective rate. In addition to that upcoming concepts for transport solution such as hyperloop also described as the fifth mode of transportation will be electrified. The current thesis work is based on developing the model and control of the propulsion system of a scaled Hyperloop pod designed by student team KTH Hyperloop representing KTH. The team competes in Hyperloop competition organized by Spacex and the goal is to achieve the highest possible speed in a given distance and track designed by SpaceX. In order to achieve the goal of being the fastest, the scaled pod uses a Double Sided Linear Induction Motor (DSLIM) as mentioned in the subsequent chapter. The motor modelling is done on Simulink and is similar to a rotary induction motor (RIM). However the presence of end effect in DSLIM makes it different from RIM and has been discussed subsequently. The control strategy uses a synchronous frame PI control for the current control and sensor based speed control for controlling the speed of the pod.The speed control output is a reference current which is used as an input to the current controller which finally gives voltage as the control output. The corresponding bandwidth for the various loops have been calculated based on motor parameters as discussed in the method section. The validation of the motor model and the corresponding controller has been discussed in the result section, where the accuracy of the controller for the designed modelled is discussed. / Elektrifieringstiden har präglats av en ökning i volym av elfordon som direkt eller indirekt drivs med el. Järnvägar, vägar och luftvägar elektrifieras just nu med deras respektive takt. Utöver det kommer kommande koncept för transportlösning som hyperloop som också beskrivs som det femte transportsättet att elektrifieras. Detta examensarbete bygger på att utveckla modellen och regleringen av framdrivningssystemet för en nedskalad Hyperloop-pod utvecklad av studentteamet KTH Hyperloop som representerar KTH. Teamet tävlar i Hyperloop-tävlingen organiserad av SpaceX och målet är att uppnå högsta möjliga hastighet på ett visst avstånd och spår framtaget av SpaceX. För att uppnå målet om att vara snabbast använder den nedskalade podden en dubbelsidig elektrisk linjär induktionsmotor (DSLIM) som nämns i det följande kapitlet. Den elektriska motormodelleringen görs i Simulink och liknar en roterande induktionsmotor(RIM). Men närvaron av ’end effect’ i DSLIM gör den annorlunda än RIM och har diskuterats därefter. Styrstrategin använder en synkron ram-PI-styrning för strömstyrning och sensorbaserad hastighetsreglering för att styra hastigheten på podden. Varvtalsstyrningsutgången är en referensström som används som en ingång till den nuvarande styrenheten som slutligen ger spänning som slutling styrning. Motsvarande bandbredd för de olika slingorna har beräknats baserat på elektriska motorparametrar som diskuterats i metodavsnittet.Valideringen av elmotormodellen och motsvarande styrenhet har diskuterats i resultatsektionen, där noggrannheten hos styrenheten för den konstruerade modellerna diskuteras.

I projektet utreds möjligheterna kring att kunna kontrollera en generators reaktiva effektproduktion genom att styra magnetiseringsströmmen från en PLC. Som metod för styrning från PLC beslutades att en signal på 0-5V skulle användas. För att reglera magnetiseringen, och därmed i förlängningen den reaktiva effekten, beslutades att den befintliga manuella potentiometern skulle ersättas med två parallellkopplade digitala potentiometrar av typen MCP4261 som kontrollerades av en mikrokontroller. Att de digitala potentiometrarna skulle parallellkopplas beslutades efter en förstudie som visade på att det skulle resultera i en noggrannare reglering utan någon inskränkning på användbart reglerspann. Praktisk provning av mikrokontroller och digitala potentiometrar gav ett tillfredsställande och bra resultat med god upplösning. / This project investigates the possibilities of being able to control a generators reactive power production by controlling the excitation current from a PLC. As a method for controlling from PLC, it was decided that a signal of 0-5V should be used. In order to regulate the magnetization, and hence in the long term the reactive power, it was decided that the existing manual potentiometer would be replaced by two parallel-connected digital potentiometers of the type MCP4261 controlled by a microcontroller. The fact that the digital potentiometers would be connected in parallel was decided after a feasibility study which showed that in this way it would result in a more accurate regulation without any restriction on the usable control span. Practical testing of microcontrollers and digital potentiometers provided a satisfactory result with a good resolution.

Parallellgående kraftledningar inducerar spänning i varandra som i sin tur driver en ström. I denna rapport utreds hur osymmetriska kortslut-ningar på en kraftledning påverkar strömmen i en parallellgående kraft-ledning på grund av ömsesidig induktion och vilka faror inducerad spän-ning och den av inducerade spänningen drivna strömmen kan leda till, ur hänsyn till leveranssäkerhet samt underhållsarbetare på parallell kraft-ledning.Målet med examensarbetet är att öka noggrannheten för felströmsberäk-ningar på Vattenfalls elnät samt att öka kunskapen för vattenfallpersonal om fenomenet av ömsesidig koppling och de faror den kan innebära.Rapporten kunde konstatera att ömsesidig koppling kan leda till faror för leveranssäkerheten av elnätet och att det finns ett behov av analys av specifika fall av parallella kraftledningar i Vattenfalls elnät. / Parallel overhead power lines induce voltage in one another, which in turn drives a current. In this report an investigation is made in how asymmetrical short circuits on an overhead power line influence the cur-rent in a parallel overhead power lines due to the inductive coupling be-tween the power lines and which hazards it can cause for the electrical delivery dependability as well as high voltage workers.The aim with this bachelor thesis is to increase the accuracy in fault cur-rent calculation in the Vattenfall electricity grid as well as to increase the knowledge within Vattenfall of the phenomena of inductive coupling and the hazards which comes with it.The report could ascertain that inductive coupling can lead to danger for electrical delivery dependability and that there exists a need of analysis on specific parallel overhead power lines within the Vattenfall electricity grid.

When developing three-phase drives for Electric Vehicles (EVs), it is essential to verify the controller design. This will help in understanding how fast and accurately the torque of the motor can be controlled. In order to do this, it is always better to test the controller using the software version of the motor or vehicle drivetrain than using actual hardware as it could lead to component damage when replicating extreme physical behavior. In this thesis, plant modelling of Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) and vehicle drivetrain in MATLAB/Simulink for Model Based Design (MBD) is presented. MBD is an effective method for controller design that, if adopted can lead to cost savings of 25%-30% and time savings of 35%-40% (according to a global study by Altran Technologies, the chair of software and systems engineering and the chair of Information Management of the University of Technology in Munich) [1]. The PMSM plant models take effects like magnetic saturation, cross- coupling, spatial harmonics and temperature into account. Two PMSM models in d-q frame based on flux and inductance principles were implemented. Flux, torque maps from Finite Element Analysis (FEA) and apparent inductance from datasheets were used as inputs to the flux- and inductance-based models, respectively. The FEA of PMSM was done using COMSOL Multiphysics. The PMSM model results were compared with corresponding FEA simulated results for verification. A comparison of these PMSM models with conventional low fidelity models has also been done to highlight the impact of inclusion of temperature and spatial harmonics. These motor models can be combined with an inverter plant model and a controller can be developed for the complete model. Low frequency oscillations of drivetrain in EVs lead to vibrations which can cause discomfort and torsional stresses. In order to control these oscillations, an active oscillation damping controller can be implemented. For implementation of this control, a three-mass mechanical plant model of drivetrain with an ABS (Anti-lock Braking System) wheel speed sensor has been developed in this thesis. Analysis of the model transfer function to obtain the pole zero maps was performed. This was used to observe and verify presence of low frequency oscillations in the drivetrain. In order to include the effects of ABS wheel speed sensor and CAN communication, a model was developed for the sensor. / Testning av regulatorernas inställningar med hänsyn till snabbhet och noggrannhet i momentreglering är avgörande i trefasiga drivsystem för elektriska fordon. Oftast är det bättre att simulera i stället för att utföra experimentella tester där komponenter kan skadas på grund av fysisk stress. Detta kallas för Model Based Design (MBD). MBD är an effektiv metod för utformningen av styrningen som kan leda till kostnadsbesparingar på 25%-30% och tidsbesparingar på 35%-40% enligt en studie från Altran Technologies i samarbete med Tekniska universitet i München, TUM. Detta examensarbete behandlar en modell för en synkronmaskin med permanentmagneter (PMSM) samt en modell för drivlinan utvecklad i Matlab/Simulink för MBD. PMSMs modellen inkluderar magnetisk mättnad och tvärkoppling, MMF övervågor och temperatur. Två PMSM modeller har utvecklats. Den första baseras på magnetiskt flöde som erhålls från finita element beräkningar i COMSOL Multiphysics medan den andra bygger på induktanser givna från datablad. En jämförelse av dessa PMSM-modeller med konventionella low fidelity-modeller har också gjorts för att illustrera påverkan temperaturberoende och MMF övervågor. Modellerna kan kombineras med en växelriktarmodell för att utveckla en hel styrenhet. Lågfrekventa oscillationer i drivlinan leder till vibrationer som kan orsaka vridspänningar och försämra komforten i elfordonet. En aktiv dämpningsregulator kan implementeras för att kontrollera spänningarna men en mekanisk drivlinemodell med tre massor och en ABS (anti-lock braking system) hastighetssensor behövs. Den mekaniska modellen har implementerats och analyserats även beaktande en modell för en CAN kommunikationskanal. Oscillationer med låg frekvens kunde observeras i modellen.