Mercatus Engineering AB works with technology for purification of process fluids. In their range, theyhave, among other things a so-called paper filter that is used to filter out coarser particles. The problemwith the existing filter is that is not user-friendly, has inefficient seals and that it rusts. The purposeand goal of the work was to develop an efficient and user-friendly paper filter made out of corrosionresistant material an thereby contribute to an improved water purification in the industrial environment.The workflow was largely based on Ulrich och Eppinger’s development methodology and included threemain phases. In the concept development phase, the concepts were generated and evaluated, while insystem-level design basic geometry was created and material and component choices were made. The lastphase was detail design and then the final construction was developed. Then an analysis och producibilityand user-friendliness was also made. The result was a CAD model of a paper filter with an innovativesolution for feeding the filter cloth and also associated component list. / Mercatus Engineering AB arbetar med teknik för rening av processvätskor. I sitt utbud har dem blandannat ett så kallade pappersfilter som används för att filtrera bort grövre partiklar. Problemet med detbefintliga filtret är att den inte är användarvänlig, har ineffektiva tätningar samt att det rostar. Syfte ochmål med arbetet var att utveckla en effektivt och användarvänligt filter tillverkat i korrosionsbeständigtmaterial och med det bidra till en förbättrad vattenrening inom industrimiljön. Arbetsgången baseradestill stor del på Ulrich och Eppingers utvecklingsmetodik och omfattade tre huvudfaser. I konceptutvecklingsfasen genererades och utvärderades koncepten medan det under systemnivådesign skapadesgrundgeometri och material- samt komponentval gjordes. Sista fasen var detaljnivådesign och då togsden slutliga konstruktionen fram. Då gjordes även analys av producerbarhet samt användarvänlighet.Resultatet blev en CAD-modell av ett pappersfilter med en innovativ lösning för hantering av filterdukensamt tillhörande komponentlista.

Due to increasing regulations regarding new diesel vehicles particulate matteremissions the new Scania truck, Scania Euro 6, has been equipped with a particulatefilter. This component effectively stores the particles in the exhaust gas but must becleaned in order to prevent itself from clogging. The filter is cleaned through aprocess named regeneration which is a thermodynamic process in which thetemperature of the filter is raised through fuel supplied to the exhaust gas.The purpose of this thesis is to contribute to the development of improved controlstrategies of the temperature during the regeneration process through thedevelopment of model-based controllers. These controllers are designed in order tohave good performance in stationary as well as automatic regeneration.In order to develop these model-based controllers a model of the system isconstructed. The model is described as a linear thermodynamic grey-box model withflow varying parameters, showing good results in validation.The model provides a simulation environment during the controller design, which isfocused around the development of linear regulators with the exhaust gas mass flowas a scheduling variable whose size determines controllers’ mode of operation. Basedon this approach an IMC controller and a PI controller with a combined feedforwardterm are developed and analyzed. Both controllers show good performance in termsof robustness and reference tracking. The authors' firm opinion is that controlstrategies with the exhaust gas mass flow as a scheduling variable is suitable forkeeping control of the temperature in the particulate filter during regeneration.

<p>I detta examensarbete har ett system för navigering och styrning av ett autonomt fordon implementerats. Syftet med detta arbete är att vidareutveckla fordonet som ska användas vid utvärdering av banplaneringsalgoritmer och studier av andra autonomifunktioner. Med hjälp av olika sensormodeller och sensorkonfigurationer går det även att utvärdera olika strategier för navigering. Arbetet har utförts utgående från en given plattform där fordonet endast använder sig av enkla ultraljudssensorer samt pulsgivare på hjulen för att mäta förflyttningar. Fordonet kan även autonomt navigera samt följa en enklare given bana i en känd omgivning. Systemet använder ett partikelfilter för att skatta fordonets tillstånd med hjälp av modeller för fordon och sensorer.</p><p>Arbetet är en fortsättning på projektet Collision Avoidance för autonomt fordon som genomfördes vid Linköpings universitet våren 2005.</p> / <p>In this thesis a system for navigation and control of an autonomous ground vehicle has been implemented. The purpose of this thesis is to further develop the vehicle that is to be used in studies and evaluations of path planning algorithms as well as studies of other autonomy functions. With different sensor configurations and sensor models it is also possible to evaluate different strategies for navigation. The work has been performed using a given platform which measures the vehicle’s movement using only simple ultrasonic sensors and pulse encoders. The vehicle is able to navigate autonomously and follow a simple path in a known environment. The state estimation is performed using a particle filter.</p><p>The work is a continuation of a previous project, Collision Avoidance för autonomt fordon, at Linköpings University in the spring of 2005.</p>

<p>Abstract</p><p>Positioning at sea has been important through all times. Thousands of years ago sea men used the stars to navigate. Today GPS is the most used positioning system at sea. In this thesis an alternative positioning method is described and evaluated. The advantage with the method is that it is independent of external systems which make it harder to interfere with than GPS. By calculating the distance to land using radar echoes (measured from the ship), and compare the distances to a digital sea chart a position can be estimated. There are several problems that have to be solved when using this method. The distance calculation and the comparison with the sea chart result in a non-linear system. One way to handle this non-linearity is the particle filter, which is used in this thesis. When using authentic radar data to estimate a position from an area of 784 km2, the system can isolate a small region around the correct position in two iterations. The system also manages to estimate the position with the same precision as GPS when the ship is moving.</p>

Positioning at sea has been important through all times. Thousands of years ago sea men used the stars to navigate. Today GPS is the most used positioning system at sea. In this thesis an alternative positioning method is described and evaluated. The advantage with the method is that it is independent of external systems which make it harder to interfere with than GPS. By calculating the distance to land using radar echoes (measured from the ship), and compare the distances to a digital sea chart a position can be estimated. There are several problems that have to be solved when using this method. The distance calculation and the comparison with the sea chart result in a non-linear system. One way to handle this non-linearity is the particle filter, which is used in this thesis. When using authentic radar data to estimate a position from an area of 784 km2, the system can isolate a small region around the correct position in two iterations. The system also manages to estimate the position with the same precision as GPS when the ship is moving.

I detta examensarbete har ett system för navigering och styrning av ett autonomt fordon implementerats. Syftet med detta arbete är att vidareutveckla fordonet som ska användas vid utvärdering av banplaneringsalgoritmer och studier av andra autonomifunktioner. Med hjälp av olika sensormodeller och sensorkonfigurationer går det även att utvärdera olika strategier för navigering. Arbetet har utförts utgående från en given plattform där fordonet endast använder sig av enkla ultraljudssensorer samt pulsgivare på hjulen för att mäta förflyttningar. Fordonet kan även autonomt navigera samt följa en enklare given bana i en känd omgivning. Systemet använder ett partikelfilter för att skatta fordonets tillstånd med hjälp av modeller för fordon och sensorer. Arbetet är en fortsättning på projektet Collision Avoidance för autonomt fordon som genomfördes vid Linköpings universitet våren 2005. / In this thesis a system for navigation and control of an autonomous ground vehicle has been implemented. The purpose of this thesis is to further develop the vehicle that is to be used in studies and evaluations of path planning algorithms as well as studies of other autonomy functions. With different sensor configurations and sensor models it is also possible to evaluate different strategies for navigation. The work has been performed using a given platform which measures the vehicle’s movement using only simple ultrasonic sensors and pulse encoders. The vehicle is able to navigate autonomously and follow a simple path in a known environment. The state estimation is performed using a particle filter. The work is a continuation of a previous project, Collision Avoidance för autonomt fordon, at Linköpings University in the spring of 2005.

Det har gjorts mycket forskning kring Positioneringssystem för inomhusbruk då många applikationer och tjänster ärberoende eller kan förbättras av det. Trots detta finns idag ingen standard för hur positionering inomhus ska fungera.För de flesta utomhusmiljöer kan en modern mobiltelefons position erhållas med ett par meters precision via GPS. I eninomhusmiljö sjunker signalen drastiskt och en precis position är svår att uppskatta. En väl etablerad teknik är Wi-Fioch kan med fördel användas då de flesta inomhusmiljöer idag redan har Wi-Fi accesspunkter installerade. Då enmottagare erhåller en signal från en accesspunkt kan distansen dem emellan uppskattas för att sedan uppskattapositionen med den matematiska tillämpningen trilateration. Då de flesta idag äger en mobiltelefon kan mobilen ageramottagare och tekniken kan således vara tillgänglig för alla.Bidraget med examensarbetet är en undersökning av den effekt virtuella accesspunkter har på ett positioneringssystemdär en trilaterationsbaserad lösning använts på Wi-Fi-signaler över både 2.4Ghz samt 5Ghz bandet i kombination med ett partikelfilter. Vidare kommer en karta nyttjas i ett försök att öka precisionen genom att skapa restriktioner för hurpositioneringen får röra sig. Resultatet visade att nyttjandet av virtuella accesspunkter ökade precisionen med drygt 10 procent och den valda kartlösningen med nästan 20 procent. / A lot of research has been made regarding indoor positioning since many applications and services are dependent or canbe improved by it. Despite this, no standard has been set for indoor positioning system concerning the best approach. Inoutdoor environments most modern smart phones can be used to estimate their position using the GPS. Indoors this isnot the case since the received signal strength is decreased drastically. A well-established technique is however Wi-Fiwhich promotes the use of it. When a receiver acquires a signal from a Wi-Fi access point the distance between them canbe estimated. Three or more known distances enables the receiver to calculate its position using a mathematicalapproach called trilateration. With the smart phone acting as the receiver, the approach is enabled for everyone.The contribution of this thesis is an investigation of the effect of using virtual access points. This will be tested in atrilateration based positioning system using both the 2.4Ghz and 5Ghz frequency band in combination with a particlefilter. In an attempt to increase the precision a map will be added into the algorithm with the intention of restricting usermovements. The attained result shows that the use of virtual access points decreased the position estimation error by approximately 10 percent, and the implemented map solution by merely 20 percent.

Maritime navigation heaviliy relies on GNSS and related technologies for positioning and navigiation. Since these technologies are vulnerable to external threats such as signal spoofing, alternatives are needed for backup purposes. Our proposal is to use radar to construct polar amplitude gridmaps tailored for the intended route, and using a particle filter for position estimation. The proposed approach has been successfully demonstrated on data from a surface vessel in the harbor of Helsinki. / Navigation i marina miljöer är idag mycket beroende av GNSS och relaterad teknologier. Eftersom dessa GNSS teknologier är föremål för terrorism och sabotage finns behov av alternativ. I detta examenarbete föreslås att använda radar ombord på ett fartyg för att konstruera amplitudrutnätskartor av omgivningen, och därefter använda ett partikelfilter för estimering av fartygets position.Fartygets position kunde framgångsrikt estimeras med data från ett fartyg i Helsingfors hamn.

Terrain referenced navigation is a method of navigation that uses measurements of altitude above ground to infer the position of the vehicle, mainly aerial or underwater. This method provides an alternative to the commonly used satellite-based navigation. Satellite-based navigation methods rely on positional information being sent from an external source, which can be jammed or tampered with, a problem terrain referenced navigation does not have. Both satellite-based and terrain based navigation methods often work in conjunction with inertial navigation systems, which are accurate for short periods of time but suffer from large errors due to accumulation of errors when used for longer missions. In this thesis, several state-of-the-art methods of terrain referenced navigation are studied and evaluated, with the main focus being the different estimation methods employed. Five of the studied estimators were implemented and tested on simulated flight data from a generic aerial vehicle, resulting in improved navigation accuracy compared to using inertial navigation on its own. For the terrain referenced navigation to work well, the ground needs to be relatively unique in order to contain useful information, thus making the estimation more uncertain when flying over flat regions. To deal with this, path planning was used to alter the flight path to increase the expected information gain. Using a grid based planning algorithm together with the original route yielded a modified path with more potential information. When following this new path, the terrain referenced navigation systems are shown to estimate the position more accurately compared to the original path. The study shows that terrain referenced navigation is a viable alternative to satellite based navigation. It also indicates that modifying the path to increase the expected information gain can result in better robustness and precision. / Terrängbaserad navigering är en navigeringsmetod där mätningar av höjd över mark används för att fastställa fordonets position, huvudsakligen från luften eller under vattnet. Denna metod är ett alternativ till den allmänt använda satellitbaserade navigeringen. Satellitbaserad navigering är beroende av att positionsinformation skickas från en extern källa, som kan störas eller manipuleras, vilket är ett problem som terrängbaserad navigering inte har. Både satellitbaserade och terrängbaserade navigeringsmetoder används ofta tillsammans med tröghetsnavigeringssystem, som är noggranna under kortare tid, men som lider av stora fel på grund av ackumulering av fel när de används under längre uppdrag. I denna rapport studeras och utvärderas flera moderna metoder för terrängbaserad navigering, med huvudfokus på de olika skattningsmetoder som används. Fem av de studerade skattningsmetoderna implementerades och testades på simulerade flygdata från ett generiskt flygfarkost, vilket resulterade i förbättrad navigeringsnoggrannhet jämfört med att använda tröghetsnavigering på egen hand. För att den terrängbaserade navigeringen ska fungera bra måste marken vara relativt unik för att innehålla användbar information, vilket gör uppskattningen mer osäker när man flyger över plana områden. För att hantera detta användes banplanering för att välja en flygbana som ger maximalt informations innehåll. Genom att använda en rutnätsbaserad planeringsalgoritm tillsammans med den ursprungliga rutten erhölls en modifierad bana med mer potentiell information. Genom att följa denna nya bana uppskattas positionen bättre av de terrängbaserade navigationssystemen jämfört med den ursprungliga banan. Studien visar att terrängbaserad navigering är ett gångbart alternativ till satellitbaserad navigering. Den visar också att en ändring av banan för att öka den förväntade informationsvinsten kan leda till bättre robusthet och precision.

<p>The aim of the Master’s Thesis work is to study and develop algorithms for autonomous travel of a UGV (Unmanned Ground Vehicle). A vehicle for the mounting of sensors has been constructed in order to perform the work. Since the UGV is to be used outdoor in urban areas, GPS can be used. To improve precision and robustness, inertial navigation is used in addition to GPS, since GPS reception is likely to be diminished in such areas. The sensors used for navigation are consequently GPS, magnetometers, accelerometers, gyroscopes, tachometers and ultra sonic sensors measuring distance to be used in detection of obstacles. The system has been implemented in Matlab. Two alternative methods of navigation with sensor fusion have been developed; one is a decentralized method with Kalman filtering using an error model and the other is a centralized particle filter using an all-embracing model of the vehicle. The two methods have been evaluated and compared. Test results show that the two methods perform equivalently.</p><p>The autonomous travel is undertaken between predetermined waypoints. In order to steer the vehicle a PID-controller based on the error between heading and its reference value is used. The computation of the reference value is based on position and heading in comparison to the desired path. The system has been tested using different routes and the results show an evident improvement of the precision in navigation compared to using only GPS-data. This holds for both navigation methods. Simulation of collision avoidance using virtual force fields shows satisfying results as well as terrain navigation with coordinate map referencing.</p> / <p>Examensarbetet är en studie i utveckling av algoritmer för autonom förflyttning av en UGV (eng Unmanned Ground Vehicle). För ändamålet har en farkost konstruerats där budgetsensorer för navigering används. Farkosten är tänkt att färdas utomhus i tätbebyggt område och GPS används. För förbättring av noggrannhet och robusthet vid dålig GPS-mottagning används även sensorer för tröghetsnavigering vilket här innebär magnetometrar, accelerometrar, gyron och tachometrar. För hinderdetektering finns avståndsmätande ultraljudssonar. Systemet som tagits fram har implementerats i realtid i Matlab. Två olika navigeringsmetoder med sensorfusion har utprovats; en decentraliserad variant med kalmanfilter som är uppbyggd kring felmodeller och en centraliserad variant med ett partikelfilter som använder en helhetsmodell för farkosten. De båda navigeringsmetoderna har utvärderats och jämförts. Resultat visar att de båda metoderna presterar likvärdigt.</p><p>Den autonoma förflyttningen utförs mellan förutbestämda brytpunkter. För att styra farkosten har en PID-regulator baserad på felet mellan kurs och börvärde använts. Börvärdet på kurs baseras på nuvarande position och riktning relativt den önskade färdvägen. Olika körsituationer har testats och resultaten visar en markant förbättring av navigeringsprecisionen jämfört med endast GPS-mätningar för både kalman- och partikelfilter. Simuleringar på vektorfältsstyrning med virtuella kraftfält för att undvika hinder har utförts med goda resultat liksom simuleringar av kartreferenspositionering.</p>