The building automation industry lacks an affordable, simple, solution for autonomous PID controller tuning when overhead variables fluctuate. In this project, requested by Jitea AB, a solution was developed, utilising step response process modelling, numerical integration of first order differential equations, and Ant Colony Optimization (ACO). The solution was applied to two control schemes; simulated outlet flow from a virtual water tank, and the physical air pressure in the ventilation system of a preschool in Sweden. An open-loop step response provided the transfer function in each case, which, after some manipulation, could be employed to predict the performance of any given set of PID parameters, based on a weighted cost function. This prediction model was used in ACO to find optimal settings. The program was constructed in both Structured Control Language and Structured Text and documented in an approachable way. The results showed that the program was, in both cases, able to eliminate overshoot and retain the settling time (with a slightly raised rise time) achieved with settings tuned per the current methods of Jitea AB. Noise and oscillations present in the physical system did not appear to have any major negative influence on the tuning process. The program performed above Jitea AB’s expectation, and will be tested in more scenarios, as it showed promise. Autonomous implementation could be of societal benefit through increased efficiency and sustainability in a range of processes. In future studies, focus should be on improving the prediction model, and further optimising the ACO variables. / Byggnadsautomationsbranschen saknar en kostnadseffektiv lösning för att autonomt trimma in PID-regulatorer när överordnade variabler fluktuerar. I detta (av Jitea AB beställda) arbete, utvecklades en lösning baserad på stegsvarsmodellering, numerisk integration av första gradens ordinära differentialekvationer och myrkolonisoptimering (ACO). Lösningen applicerades i två regleringsfall; en simulerad utloppsventil från en virtuell vattentank, och det fysiska lufttrycket i ventilationssystemet på en förskola i Sverige. Ett stegsvar med öppen slinga gav en överföringsfunktion i respektive fall, som efter viss manipulering kunde nyttjas för att förutspå prestandan för en uppsättning PID-parametrar baserat på en samlad, viktad kostnadsfunktion. Predikteringsmodellen implementerades i ACO för att finna optimala parametrar. Programmet konstruerades i Structured Control Language och Structured Text, och dokumenterades på ett pedagogiskt sätt. Resultaten visade att programmet (i båda fallen) klarade att eliminera översläng med bibehållen stabiliseringstid (och något förskjuten stigningstid) jämfört med Jitea AB:s existerande trimningsmetod. Signalbrus och oscillationer i det fysiska systemet verkade inte ha någon avsevärd negativ inverkan på trimningsprocessen. Programmet presterade över Jitea AB:s förväntan, och kommer (med tanke på de lovande resultaten) fortsatt att testas i fler scenarion. Implementation av en autonom version skulle kunna innebära flera samhälleliga förmåner i form av ökad verkningsgrad och hållbarhet i en rad processer. I framtida studier bör fokus läggas på att ytterligare förbättra prediktionsmodellen, samt att vidare utforska de optimala myrkolonisvariablerna.

Modular multilevel converters (MMCs) are the preferred converter solution in flexible ac transmission systems (FACTS) and high-voltage direct current (HVDC) applications. This is due to the high quality of the voltage and current signals, lower overall losses, and fewer problems with switching-related EMI. However, without an efficient and fast data recording system, the sampled data from current and voltage measurement boards can cause long latencies in the control system and make it difficult to analyze the operation of MMCs. In this thesis, a filed programmable gate array (FPGA)-based closed-loop control, and a high-speed data recording system is developed for a low-power singlephase MMC prototype. In the prototype, a data-transmission scheme based on the RS485 (TIA/EIA- 485) standard exists. This protocol offers a robust solution for transmitting data over noisy environments. A direct memory access (DMA) scheme is utilized to transmit sampled data from the programmable logic (PL) to the processing subsystem (PS) in the Zynq-7000 SOC. Moreover, an asymmetric multiprocessing (AMP) mechanism was implemented on the two processor cores in the PS. The first processor controls the power transmission to and from the power grid, and the second processor runs the ethernet application to transmit sampled data to the computer using MATLAB. For the closed-loop control of this MMC prototype, a phase-locked loop (PLL), a proportional resonant (PR) current controller, and an energy control loop for capacitor voltage balancing and control are implemented. The results showed that the output power of this single-phase MMC prototype is under control and each sub-module capacitor voltage is balanced and charged to the desired value. The sampled data can be recorded from the computer through the implemented data recording system at 25.6Mbps. Moreover, a dynamic oscilloscope function is developed in MATLAB using this online data recording scheme. / Modulära multilevel-omvandlare (MMC) är den föredragna omvandlarlösningen i flexibla växelströmstransmissionssystem (FACTS) och applikationer med högspänningslikström (HVDC). Detta beror på den höga kvaliteten på spännings- och strömsignalerna, lägre totala förluster och färre problem med omkopplingsrelaterad EMI. Utan ett effektivt och snabbt dataregistreringssystem kan dock samplade data från ström- och spänningsmätkort orsaka långa latenser i styrsystemet och göra det svårt att analysera driften av MMC:er. I denna avhandling utvecklas en FPGA-baserad styrning med sluten slinga och ett höghastighetsdataregistreringssystem för en lågeffekts enfas MMCprototyp. I prototypen finns ett dataöverföringssystem baserat på standarden RS485 (TIA/EIA-485). Detta protokoll erbjuder en robust lösning för att överföra data över bullriga miljöer. Ett schema för direkt minnesåtkomst (DMA) används för att överföra samplade data från den programmerbara logiken (PL) till bearbetningsundersystemet (PS) i Zynq-7000 SOC. Dessutom implementerades en asymmetrisk multiprocessing (AMP)-mekanism på de två processorkärnorna i PS. Den första processorn styr kraftöverföringen till och från elnätet, och den andra processorn kör ethernetapplikationen för att överföra samplade data till datorn med MATLAB. För styrning med sluten slinga av denna MMC-prototyp implementeras en faslåst slinga (PLL), en proportionell resonansströmkontroller (PR) och en energikontrollslinga för balansering och kontroll av kondensatorspänning. Resultaten visade att uteffekten från denna enfasiga MMC-prototyp är under kontroll och varje undermoduls kondensatorspänning är balanserad och laddad till önskat värde. Samplade data kan spelas in från datorn genom det implementerade dataregistreringssystemet vid 25,6 Mbps. Dessutom utvecklas en dynamisk oscilloskopfunktion i MATLAB med hjälp av detta onlinedataregistreringsschema.

Decreasing energy consumption has become increasingly important in recent times due to climate change. The average temperature is increasing across the planet, and with it, an increase in droughts and other climate disasters can be seen. There are multiple ways to decrease energy consummation, and one of them is to regulate the light in a building. Much research has been done on light control aiming at offices and workplaces using a close loop system. However, even if those solutions work in a home environment, other solutions could offer a better solution. One solution could be using an open-loop system that senses the ambient light and decides to control the light based on that. An open-loop system’s benefit is that it may not need a sensor for each area like the closed-loop system needs, but the performance of such a system is unknown. Therefore, this thesis takes it upon itself to explore the open-loop system and compare it to a closed-loop system. The goal of the thesis is to compare the performance of the two systems and discover what differs in terms of usability for end-use and development. The results of the thesis are that the performance of the open-loop system does lack in comparison with the closed-loop system, but it is still in a usable range and could likely be improved. The usability of the open-loop system is also worse in terms of the end-use and development. The open-loop system needs further steps and parts to work satisfyingly compared to the closed-loop system. Further research would have to be done to answer if the open-loop system could work with only one sensor and solve other problems. A few solutions are suggested, but further research would be required to raise the open-loop system to a proper working system accessible for end-use. / Minskand konsumtion av energi har blivit allt viktigare på senare tider, på grund av klimatförändringar. Medeltemperaturen ökar över hela planeten och med det en ökning av torka och andra klimatkatastrofer. Det finns flera sätt att minska energiförbrukningen, ett av dem är att reglera ljuset i en byggnad. En hel del forskning har gjorts inom ljusstyrning som huvudsakligen syftar till kontor och arbetsplatser som använder ett öppen återkopplingssystem, men även om dessa lösningar fungerar i en hemmiljö så skulle andra lösningar kunna erbjuda bättre lösningar. En lösning skulle kunna använda ett system med öppen återkoppling som känner av det omgivna ljuset och beslutar sig att styra ljuset utifrån detta. Fördelen med ett öppet system kan vara att den kanske inte behöver en sensor för varje område som den stängda åtterkopplinge behöver, men prestandan för ett sådant system är okänd. Denna avhandling ta på sig att utforska det öppna systemet och jämföra det med ett slutet återkopplingssystem. Målet med uppsatsen är att jämföra prestandan mellan de två systemen, samt upptäcka vad som skiljer sig åt när det gäller användbarhet för båda slutanvändning och utveckling. Resultaten av avhandlingen är att prestanda för öppna återkopplingssystem är sämre i jämförelse med det slutna återkopplingssystemet, men det är fortfarande inom ett användbart område och kan troligsvis förbättras. Användbarheten av det öppna systemet är också sämre både vad gäller slutanvändning och utveckling. Det öppna systemet behöver ytterligare steg och delar för att fungera på ett tillfredsställande sätt jämfört med det slutet system. Ytterligare forskning skulle behöva göras för att svara på om ett öppet återkopplingssystem skulle kunna fungera med endast en sensor och andra problem. Några lösningar föreslås i uppsatsen, men ytterligare forskning skulle behövas för att utveckla det öppna systemet till ett väl fungerande system som kan användas för slutanvändning.