<p>En matematisk modell for oppvarming av frosne kjøttblokker ved bruk av en mikrobølge tinetunnel er utviklet i denne oppgaven. Den matematiske modellen stemmer ikke helt overens med virkeligheten, og det er mange faktorer og parametre som tilpasses for at modellen skal konvergere mot det som skjer ved en virkelig tineprosess. Stoffet som presenteres her gir likevel et godt overblikk over prinsippene og varmefordelingen ved oppvarming av frosne kjøttblokker. Resultatene er tilstrekkelige til å kunne utvikle et optimaliserende system for automatisk styring av tinetunnelen. Dette er også hovedmålet med denne oppgaven. De viktigste resultatene er at fysiske egenskaper, som varmekapasitet og termisk konduktivitet vil påvirke tineprosessen i stor grad. Fettinnholdet i kjøttet har størst betydning på egenskapene. Det vises at egenskapene til kjøttet endres mest i temperaturer rundt frysepunktet til kjøttet. Frysepunktet er funnet til å være rundt $-1.5^circ$C. Under tilpassingen av parametrene er det i hovedsak penetrasjonsdybden, varmekapasiteten og konduktiviteten som endres. Det blir benyttet en tinetunnel bestående av to doble mikrobølgeelementer. Effekten fra mikrobølgeelementene bør kontrolleres for å oppnå optimal tining for hver enkelt kjøttblokk. Siden sammensetningen til kjøttblokkene er forskjellige, må effekten til mikrobølgeelementene tilpasses hver enkelt blokk. Tre metoder for optimal styring analyseres og det viser seg at alle tre kan benyttes til forskjellige formål. Alle metodene er modellbaserte så det fokuseres på åpen sløyfe styring. Metoden med likhetsbetingelser gjør at kjøttblokkene når ønsket temperatur, men her bør kjøttblokkene være veldig like og ikke variere i fettprosent. Metoden med ulikhetsbetingelser eller objektfunksjon kan gjøre at temperaturen kan bli for høy, men her er det større rom for variasjon i blokkene. Metoden med bruk av likhetsbetingelser benytter mest pådrag og vil være minst effektiv med tanke på kg per tid. De to andre metodene er mer effektive, men mindre nøyaktige. Det konkluderes med at ved tining av kjøtt bør man tine kjøttblokker med relativt lik fettprosent samtidig, uansett metode. Man bør heller ikke forvente eksakte temperaturer i kjøttblokkene, men at temperaturen ligger i et spesifikt sjikt kan forventes. I noen tilfeller bør ikke blokkene som tines ligge tett inntil hverandre. Denne formen for automatisk styring vises å være følsom for modellfeil og støy. Det bør derfor, uansett metode for styring, være en form for tilbakekobling slik at det kan korrigeres for modellfeil og støy. Det bør helst være muligheter for temperaturmålinger inne i tunnelen, men det vil også fungere med temperaturmåling utenfor tunnelen. MPC(Model Predictive Control) anbefales som den beste metoden for å styre effekten til mikrobølgeelementene.</p>

<p>Menneskelige feil under sikkerhetskritiske operasjoner kan få fatale følger og fantastiske økonomiske konsekvenser. Mennesket står for over 80-90% av alle ulykker, og bedrifter over hele verden har måttet kaste inn håndkle på grunn av menneskelige feil. Dette skaper et behov for kunnskap om hva som forårsaker disse feilene. Å kunne forutse og prediktere de menneskelige feilene er det beste våpnet for å unngå, ufarliggjøre og/eller nøytralisere dem, og vil dermed være svært verdifullt. De siste 20-30 årene har mange forskere verden over satt seg som mål å finne nøklen til å prediktere menneskets handlinger. Men fordi mennesket er en utrolig uforutsigbar skapning og våres beslutningsprosess er skjult, ikke-observerbar, byr denne oppgaven på mange utfordringer. Det finnes mange og svært ulike sikkerhetskritiske operasjoner der det er stort behov for å kunne estimere sikkerheten. I denne oppgaven er det valgt et scenario fra petroleumsindustrien der en produksjonsbrønn skal åpnes. Scenarioet beskrives og analyseres i detalj før estimeringsprosessen påbegynnes, slik at alle mulige menneskelige feil under operasjonsprosedyren er kartlagt først. Rasmussens teorier om menneskets beslutningsprosess og Endsleys teorier om systembevissthet kan brukes til å forklare enhver menneskelig handling. Disse teoriene benyttes i denne oppgaven som springbrett for å utvikle et estimeringsrammeverk for å prediktere menneskelige feil. Ved å tilføye rammeverket noen sentrale elementer hentet fra estimeringsmetoden SPAR-H, lyktes det å estimere påliteligheten til mennesket under det valgte sikkerhetskritiske scenarioet. Estimeringen ga en risiko på 2,74*〖10〗^(-3) for at mennesket gjør en feil i løpet av operasjonsprosedyren som resulterer i en farlig situasjon. Men dette var bare en halv seier. For å kunne gjennomføre estimeringen var det behov for å gjøre/ta en rekke forenklinger og antagelser. Dette reduserte kredibiliteten til estimeringen dramatisk. Dette kom som et resultat av manglende tilgang til feltdata fra situasjoner nærliggende det valgte scenarioet. Kun dersom alle mulige sider ved operatørene, oppgavene og systemet er kjent er det mulig å gjøre en fullgod risikoestimering av scenarioet. Og med tanke på at mange av elementene bak operatørens beslutningsprosess er skjulte kan dette raskt bli svært problematisk. Men det er som denne oppgaven viser mulig å gjøre et greit estimat av tallverdier på påliteligheten til mennesket, uten denne totale kjennskapen. Omfattende feltdata fra atomanlegg har resultert i en estimering av gjennomsnittelig feilrate for operatører. Ved å identifisere elementer som er med på å øke eller redusere risikoen for menneskelige feil under et scenario, kan den gjennomsnittelige feilraten benyttes som en base for å beregne påliteligheten til operatøren(e) i det aktuelle scenarioet.</p>

Denne rapporten beskriver videreutvikling av et system hvor en robotarmfjernstyres over nettverk, og som overfører stereoskopisk video i sanntid tiloperatøren. Gjennom en hodemontert fremvisningsenhet opplever operatørenderfor °a ha dybdesyn, samtidig som orienteringen til kameraenes motorisertefot styres av en orienteringssensor montert p°a hodesettet. Fem tidligereprosjekt- og masteroppgaver representerer det tidligere utviklingsarbeidetutført p°a systemet.Innenfor olje- og petroleumsindustrien foreg°ar det omfattende forskningsaktiviteti forbindelse med utvikling av ubemannede plattformkonsepter, hvordet skal være mulig °a fjernstyre disse plattformenes aktiviteter fra andreanlegg. Det er potensial for betydelige besparelser i driftskostnader sammenliknetmed ordinære plattformer ved °a benytte fjernstyrte roboter tilinspeksjons- og vedlikeholdsoppgaver.Oppgaven omfatter utviklingsarbeid innenfor tre hovedomr°ader. Først beskrivesutviklingen av en kollisjonsunng°aelsesrutine som er i stand til °a forhindresammenstøt mellom roboten og omgivelsene i sanntid p°a bakgrunn av datasamlet inn av en tidligere utviklet kartleggingsmodul. En kinematisk robotmodellbasert p°a sylindere er utviklet i denne sammenheng med fokus p°alav reaksjonstid for systemet. Deretter er implementasjonen av et nytt ogforbedret system for overføring av video beskrevet, mens siste del av arbeidetinkluderer utvikling og forbedring av systemets operatørgrensesnitt,brukervennlighet og overordnede utførelse.Det konkluderes med at utførte implementasjoner og modifikasjoner harhevet totalsystemets ytelse og funksjon ettersom kollisjonsunng°aelsesrutinenfungerer tilfredsstillende, videosystemet viser forbedring innenfor alle m°alteparametere, samt at operatørgrensesnittet n°a er mer omfattende og informativtenn tidligere.

<p>Prediktor AS har et ønske om å bedre det eksisterende klimaanlegget som er i deres hovedkontor i Fredrikstad. Denne oppgaven har blitt gitt som en avsluttende masteroppgave ved institutt for teknisk kybernetikk ved NTNU. Oppgavens overordnete mål er å utvikle et Sentralstyrt Driftsanlegg (SD) hos Prediktor som tar seg av temperaturreguleringen i hele bygget ved å bruke de tekniske installasjoner som er der, og ved å ta hensyn til faktorer som vær, energibruk og komfortfølelse. Å utvikle et komplett SD anlegg er en svært stor og omfattende oppgave, og i denne masteroppgaven er fokuset på det grunnleggende for et SD anlegg, som modellforståelse og datainnsamling. Det vil si at denne rapporten gir et veldig godt grunnlag for et videre arbeid med reguleringsalgoritmene. En innføring i teorien bak SD anlegg er gitt, med forklaring av terminologi brukt i bygningsautomasjonsbransjen og oppbygning av et SD anlegg. Enkelte eksempler på hvordan dette gjøres er gitt, samt andre måter å styre klimaanlegg på. Videre er Prediktors tekniske installasjoners virkemåte beskrevet, sammen med hvordan temperaturen oppleves i bygget og hvilke problemer som eksisterer. En matematisk modellering er gjort av bygget for en forståelse av hvordan temperaturen endres som funksjon av diverse påtrykte effekter som tekniske installasjoner, vær og andre pådrag. På grunnlag av denne modellen er det også utviklet en simulator av bygget i MATLAB/SIMULINK, slik at simuleringer kan foretas, og reguleringsalgoritmer kan testes før fysisk implementasjon. En annen viktig oppgave i utviklingen av et SD anlegg er å sette opp sensorer der det trenges for å kunne foreta nødvendige målinger. I denne oppgaven har allerede eksisterende sensorer blitt brukt, og nye er tilført. Et stort arbeid har vært å kunne hente data fra alle sensorene og gjøre de tilgjengelige i Prediktors egenutviklete datasystem APIS for videre bruk. Data har blitt logget, slik at historiske trender kan sees i APIS Process Explorer. Med denne oppgaven er det meste av lavnivåarbeidet gjort, og med noen tillegg er systemet klart til å brukes som grunnlag for modellbaserte reguleringsalgoritmer. To viktige oppgaver som må gjøres før arbeidet med regulering kan starte, er å fjerne stabilitetsproblemer i ventilasjonsanleggene, og lage en modul som gjør data fra værstasjonen tilgjengelige i APIS.</p>

<p>This thesis work was a study into how the effectiveness of ignition source isolation can be estimated. This safety system works by isolating electrical equipment from power when flammable gas is detected on oil and gas installations. Improving the understanding of how effective this system actually is at reducing explosion risk in hazardous areas was the main motivation, as this could help operators and authorities form a more accurate risk picture. The main part of the work is the development and discussion of a model for ignition that was made so that it could be used to estimate this effectiveness. A detailed model is presented first, based on evaluating failure modes of equipment, then suggestions are made for how it could be simplified to be of practical use in risk analysis. The second part of the project was to gather enough data from industry sources to be able to estimate key parameters in the model relating to the failure probability of Ex barriers and the ignition probability resulting from common types of process equipment. Not enough data was found to support a quantification of these parameters, but results from a major maintenance project on an oil and gas installation in the Norwegian sector was reviewed and discussed. The method of systematically evaluating failure modes in order to determine risk could be useful in other applications, and the suggested way to proceed with the work in this report is to continue gathering data and analyzing it to build up a credible set of failure probabilities for Ex barriers and common equipment types.</p>

<p>This thesis deals with three methods for integrating measurements from different sensors for an underwater vehicle. The sensors that were used are inertial measurement unit (IMU), Doppler velocity log (DVL), Hydro- acoustic position reference system (HPR) and tilt and heading measurements. The external measurements (DVL, HPR and attitude) are used to aid the inertial navigation system (INS) which uses the measurements from the IMU to calculate position, velocity and attitude. The different methods presented are extended Kalman filter (EKF), unscented Kalman filter (UKF) and a nonlinear observer. The two Kalman filters were implemented as indirect filters, while the nonlinear observer was implemented as a direct filter. The main difference between the EKF and UKF is that UKF does not make any linarizations such that it captures the covariance of the system more accurate than EKF. To compare the different approaches a navigation system was implemented using Matlab and simulations were carried out to test accuracy and robustness. The nonlinear observer has the most accurate position estimate when all measurements are available. It performed slightly better than UKF which again was more accurate than EKF. A greater difference was seen between UKF and EKF when the noise characteristics in the filters were wrong. For velocity and attitude all estimates were unbiased, but the nonlinear observer produced estimates with far more noise than what the Kalman filters did. All filters handled losing the HPR well. The nonlinear observer did not manage to limit the error in the case of DVL loss as opposed to both Kalman filter which have limited error. They performed with the same grade of degradation of the estimates during the loss. When the measurement returned both Kalman filters immediately regained accuracy but the nonlinear observer did not manage to recover. When losing the IMU measurements both Kalman filters had problems estimating changes in the attitude which again led to error in the position estimate. The position error is however much larger in EKF than UKF. The nonlinear observer has a structure with a separate attitude observer and therefore had a much better attitude estimate during the loss. From these results UKF is considered the best choice for implementation in a real system. It performs accurate estimates during noisy conditions, and suffers only from limited degradation when measurements are lost, both external and inertial.</p>

<p>The need of simulation models for physical systems is essential in all phases of its lifetime. During construction better decisions can be made and difficulties discovered. When running observers one can use the model to estimate states. Knowledge of the system is also needed to develop good control strategies. A compression system without surge avoidance recycling exists, and its mathematical development and simulation model was studied and simulated. Kalman filters were developed in theory, four filters were designed and lastly implemented. A study of industrial solutions for surge avoidance was performed, with attention to practical building, measurements, mathematical modeling and control. The study resulted in three simulation models for recycling that were fitted to the compressor at hand. Lastly a surge avoidance system was implemented on the model most likely to be built. A good simulation model of the existing compressor is available, and using this three well working Kalman filters were implemented. A fourth filter yielded non-unique and sometimes unstable estimates, and emphasized the importance of retrieving enough information from the measurements to estimate the correct state. All recycle system models used the characteristics of the existing compressor. The solution most likely to be implemented and form basis for a simulation model recycled gas directly downstream of the compressor. The other two models retrieved the recycled gas from the plenum, however this will change the dynamics of the system. These were not considered practical solutions for the specific system. The surge avoidance scheme worked well for production close to the surge line and small set-point changes. It also worked well for large changes in speed, but will surge if the speed becomes too low. The controller scheme did not work well when a large change in plenum throttle occurred, the recycle valve was then too slow. Future work consists of building a recycle loop, develop simulation model and implement surge avoidance scheme for academic purposes.</p>

<p>In this thesis a Sliding Mode Controller (SMC) is designed for an electro-pneumatic clutch actuator controlled by two on/off valves with PWM. The areas of application of the clutch actuator is in Automated Manual Transmission (AMT) and Clutch-by-wire (CBW) systems in heavy-duty trucks. As with most automated systems in the automation industry safety is the main priority, and in a cybernetic point of view this means that robustness of the control systems is very important. Sliding Mode Controllers are known for their excellent robustness properties and the focus of this thesis is to validate these properties for this particular application. The robustness properties of the SMC also indicates that a simple design model is adequate and since the existing mathematical models for this system are quite complex some simplifications are introduced. The controller design is performed in two phases. First an ideal SMC is designed, but since this introduces discontinuities in the control law any practical implementation would give heavy chattering at the output from the controller. Therefore a continuous linear approximation to the discontinuity is introduced. This controller is known as a boundary layer controller and it will reduce the control chattering to an acceptable level. The ideal controller is proven to be asymptotically stable, while for the boundary layer controller ultimate boundedness is achieved and a linearisation is performed for the case of a constant reference and this analysis shows that the origin of the linearised system is a stable focus. This indicates that the boundary layer controller might also be asymptotically stable. Since only a positionmeasurement is available to the control system the rest of the system states must be estimated. Velocity and acceleration are simply estimated as the first and second order filtered derivatives of the position measurement. The pressure is estimated based on the equation of motion for the clutch actuator. Through computer simulations and experimental testing the SMC has shown satisfying tracking performance and very good robustness with respect to parameter variations. Comparisons with a PD and a Backstepping controller shows that the performance of the SMC is superior to the PD controller and absolutely comparable to the Backstepping controller, though they have different strengths and weaknesses and therefore yield rather different results.</p>

<p>This thesis is a part of the SSETI (Student Space Exploration Technology Initiative) project, where students from several universities around Europe work together with the European Space Agency (ESA) with designing, building, testing and launching an Earth-Moon satellite orbiter (European Student Moon Orbiter (ESMO). A satellite model with reaction wheels placed in tetrahedron was deduced in a preliminary study together with an extended Kalman filter to estimate the attitude from star measurements. The stability and convergence properties of this system are studied in this thesis. Previous studies on the convergence of extended Kalman filter are presented and a proof of exponentially convergence of a system with extended Kalman filter is given and used to prove that ESMO with the extended Kalman filter converges exponentially. The most recent work and different methods to apply a nonlinear separation principle is presented. Three feedback controllers with proof of global asymptotic stability (GAS) is then introduced and implemented on ESMO. Based upon the global asymptotic stability of the feedback controllers, and the proof that the extended Kalman filter works as an exponentially observer, a nonlinear separation principle is deduced. The closed loop system can then be stated globally asymptotically stable based upon the deduced separation principle. The closed loop with the three different controllers is then simulated in Simulink for varying gains and different reference steps. The three controllers show stable characteristic as the theory implies. The robust controller shows best tracking and estimation properties, it is very accurate, simple, robust and adaptable to environmentally changes, and is therefore proposed as the most suitable controller for ESMO.</p>

<p>This report describes the modelling and performance of an attitude determination and control system (ADCS) for a small satellite in lunar orbit. The focus is on stability analyses of each of the components in the system, and of the system as a whole. In connection to this, the separation principle for nonlinear systems is investigated. Central background information is presented, covering necessary rigid body dynamics and stability properties. Three different controller types are analysed and compared herein, namely a model-dependent linearizing controller, a robust controller and a standard PD-controller. An observer is chosen based on earlier work, but some detail modifications are made to its structure. A state-space model of the satellite and environment is derived and implemented in Matlab, along with the observer and controllers. The observer and all three controllers are shown to be stable with Lyapunov analysis. The total ADCS including the observer is shown to have a cascaded structure, on which theory of nonlinear separation principles is used to establish stability properties of the total system. Finally, the ADCS is put to simulation tests imitating real-life scenarios and the performance of the different controllers are compared. The PD-controller shows the best performance, both in speed of convergence and robustness to model errors. While not completely satisfactory, the results give a basis on which to perform further work.</p>