<p>Sammanfattning</p><p>CES-ventilen (Continuously Controlled Suspension System) används inom bilindustrin för att kontinuerligt variera stötdämparens dämpningskoefficient, en teknik som benämns semiaktiv dämpning. CES-ventilen arbetar som en tryckregulator och reglerar dämpningen genom att styra tryckfallet över ventilen. Produkten utvecklas ständigt och för att kunna förutsäga ventilens påverkan på fordonet avseende dämparkarakteristik, vibrationer och ljud är det mycket viktigt att kunna beskriva ventilens dynamiska egenskaper.</p><p>Examensarbetet fokuserar därför på att kartlägga ventilens stabilitet och dynamik i olika arbetsmiljöer. I arbetet jämförs praktiska mätvärden från två testriggar med teoretiska beräkningar och simuleringsresultat. Modelleringsarbetet på delsystemnivå har gjorts i Matlab-Simulink och till viss del i Hopsan. En reglerteknisk linjär modell av CES-ventilen har även gjorts.</p><p>Analysen har resulterat i att en stor del av dynamiken, ventilbetingad och testriggsbetingad kan särskiljas och förklaras vid mätning i olika testriggar. En mätmetod för objektiv bestämning av ventilens stabilitet i hela arbetsområdet har dessutom utformats och dokumenterats.</p> / <p>Abstract</p><p>As the abbreviation implies, the CES-valve (Continuously Controlled Suspension System) continuously varies the damping coefficient of the shock absorber. The technique is called semi active damping and is extensively used within the car industry. The CES-valve works as</p><p>a pressure control valve and varies the damping by controlling the pressure difference over the valve. Continuous development is significant for the valve and in order to be able to predict the valve influence on the vehicle, it is critical to describe the dynamic characteristics of the valve in a proper way. From a vehicle point of view, damper properties, vibrations and sound are interesting aspects.</p><p>The thesis work focuses on analyzing stability and dynamic properties of the valve in various working environments. Practical measurement values from two different test stands are compared with theoretical calculations and simulation results. Modelling of system parts were mainly carried out in Matlab-Simulink but also in Hopsan to some extent. A control theory linear model of the valve has also been developed.</p><p>As a result of the thesis, a great deal of the valve- and test stand dependent dynamics from measurements in different test stands can now bee distinguished and explained. Additionally, an objective measurement method for valve stability in the entire valve range has been designed and documented.</p>

Sammanfattning CES-ventilen (Continuously Controlled Suspension System) används inom bilindustrin för att kontinuerligt variera stötdämparens dämpningskoefficient, en teknik som benämns semiaktiv dämpning. CES-ventilen arbetar som en tryckregulator och reglerar dämpningen genom att styra tryckfallet över ventilen. Produkten utvecklas ständigt och för att kunna förutsäga ventilens påverkan på fordonet avseende dämparkarakteristik, vibrationer och ljud är det mycket viktigt att kunna beskriva ventilens dynamiska egenskaper. Examensarbetet fokuserar därför på att kartlägga ventilens stabilitet och dynamik i olika arbetsmiljöer. I arbetet jämförs praktiska mätvärden från två testriggar med teoretiska beräkningar och simuleringsresultat. Modelleringsarbetet på delsystemnivå har gjorts i Matlab-Simulink och till viss del i Hopsan. En reglerteknisk linjär modell av CES-ventilen har även gjorts. Analysen har resulterat i att en stor del av dynamiken, ventilbetingad och testriggsbetingad kan särskiljas och förklaras vid mätning i olika testriggar. En mätmetod för objektiv bestämning av ventilens stabilitet i hela arbetsområdet har dessutom utformats och dokumenterats. / Abstract As the abbreviation implies, the CES-valve (Continuously Controlled Suspension System) continuously varies the damping coefficient of the shock absorber. The technique is called semi active damping and is extensively used within the car industry. The CES-valve works as a pressure control valve and varies the damping by controlling the pressure difference over the valve. Continuous development is significant for the valve and in order to be able to predict the valve influence on the vehicle, it is critical to describe the dynamic characteristics of the valve in a proper way. From a vehicle point of view, damper properties, vibrations and sound are interesting aspects. The thesis work focuses on analyzing stability and dynamic properties of the valve in various working environments. Practical measurement values from two different test stands are compared with theoretical calculations and simulation results. Modelling of system parts were mainly carried out in Matlab-Simulink but also in Hopsan to some extent. A control theory linear model of the valve has also been developed. As a result of the thesis, a great deal of the valve- and test stand dependent dynamics from measurements in different test stands can now bee distinguished and explained. Additionally, an objective measurement method for valve stability in the entire valve range has been designed and documented.

<p>Under ventilprov vid kärnkraftverket Oskarshamnsverket 3 har oscillationsfenomen detekterats vid vissa driftlägen, främst i samband med stängning av någon av högtrycksreglerventilerna som reglerar ångflödet ut från reaktortanken. Syftet med detta examensarbete är att förklara uppkomsten av dessa oscillationer. </p><p>För att kunna analysera problemet har en modell över reaktor och tryckregulator tagits fram. Detta har gjorts dels med hjälp av befintlig systemdokumentation och dels genom att skatta modeller av olika delar av systemet. Det har visat sig att det går att få fram en modell som skattar reaktortrycket ganska väl med ångflöde och neutronflöde som insignaler. En tidigare beskrivning av ångflöde för olika ventilöppningsgrader har visat sig vara felaktig och därför har en ny ångflödesfunktion tagits fram. Vid simuleringar med den modell som har byggts upp över tryckreglersystemet har oscillationsfenomenet kunnat påvisas. </p><p>Tryckregulatorn syftar till att hålla reaktortrycket konstant genom att variera ångflödet ut från reaktorn. Detta görs genom att variera ventilernas öppningsgrad. Förhållandet mellan öppningsgrad och ångflöde är dock inte linjärt. Meningen är att detta ska kompenseras i reglerservomotorn som ska reglera ventilerna så att ångflödet motsvarar det beordrade ångflödet från regulatorn. Denna linjärisering bygger dock på det felaktiga sambandet mellan ventilöppningsgrad och ångflöde. Vid stängning av en högtrycksreglerventil kommer signalen från tryckregulatorn att förstärkas jämfört med fallet med samtliga ventiler öppna, något som med stor sannolikhet leder till uppkomsten av självsvängningar. </p><p>I rapporten ges två förslag till lösningar på självsvängningsproblemet. Om man kan få fram en bra bild av det olinjära sambandet mellan regulatorns signal och ångflödet borde detta kunna kompenseras i regulatorn så att man åter får ett linjärt samband. Ett annat alternativ är att byta ut de kurvskivor som nu används för linjärisering i reglerservomotorerna så att man får ett linjärt samband mellan regulatorns beordrade ångflöde och det verkliga ångflödet.</p>

Under ventilprov vid kärnkraftverket Oskarshamnsverket 3 har oscillationsfenomen detekterats vid vissa driftlägen, främst i samband med stängning av någon av högtrycksreglerventilerna som reglerar ångflödet ut från reaktortanken. Syftet med detta examensarbete är att förklara uppkomsten av dessa oscillationer. För att kunna analysera problemet har en modell över reaktor och tryckregulator tagits fram. Detta har gjorts dels med hjälp av befintlig systemdokumentation och dels genom att skatta modeller av olika delar av systemet. Det har visat sig att det går att få fram en modell som skattar reaktortrycket ganska väl med ångflöde och neutronflöde som insignaler. En tidigare beskrivning av ångflöde för olika ventilöppningsgrader har visat sig vara felaktig och därför har en ny ångflödesfunktion tagits fram. Vid simuleringar med den modell som har byggts upp över tryckreglersystemet har oscillationsfenomenet kunnat påvisas. Tryckregulatorn syftar till att hålla reaktortrycket konstant genom att variera ångflödet ut från reaktorn. Detta görs genom att variera ventilernas öppningsgrad. Förhållandet mellan öppningsgrad och ångflöde är dock inte linjärt. Meningen är att detta ska kompenseras i reglerservomotorn som ska reglera ventilerna så att ångflödet motsvarar det beordrade ångflödet från regulatorn. Denna linjärisering bygger dock på det felaktiga sambandet mellan ventilöppningsgrad och ångflöde. Vid stängning av en högtrycksreglerventil kommer signalen från tryckregulatorn att förstärkas jämfört med fallet med samtliga ventiler öppna, något som med stor sannolikhet leder till uppkomsten av självsvängningar. I rapporten ges två förslag till lösningar på självsvängningsproblemet. Om man kan få fram en bra bild av det olinjära sambandet mellan regulatorns signal och ångflödet borde detta kunna kompenseras i regulatorn så att man åter får ett linjärt samband. Ett annat alternativ är att byta ut de kurvskivor som nu används för linjärisering i reglerservomotorerna så att man får ett linjärt samband mellan regulatorns beordrade ångflöde och det verkliga ångflödet.

Hybrid solar-Brayton systems utilize both solar thermal energy and supplementary renewable fuels to provide controllable and dispatchable power output, which renders them a promising way to meet the growing energy demand and reduce the carbon footprints. However, existing testing facilities for key components in such hybrid systems often fail to accomplish the testing requirements, hence impeding the improvement of the renewable energy share and the overall efficiency. A novel testing facility is urgently needed in order to thoroughly stimulate and analyze the component characteristics. This research work focuses on the development of a gas turbine simulator as an innovative testing facility for hot, pressurized components in hybrid solar-Brayton systems. The dual-flow choked nozzle based flow control has been proposed, explained, and analyzed in comparison to the single-flow layout. The basic idea of gas turbine simulator has been experimentally implemented and validated on a prototype, verifying its functionality. By incorporating a PLC-based control system, an automated gas turbine simulator has been designed and modified based on the prototype. Its performance with regard to stabilizing boundaries and tracking trajectories has been evaluated by experiments. Based on the experimental results, the gas turbine simulator prototype has proven its ability to establish controllable boundary conditions and migrate operating points for the impinging receiver. Through manual adjustments, excellent quasi-steady state performance has been obtained, with the precision for pressure control reaching ±0.005 bar at ambient temperature and ±0.015 bar at high temperature of 797.1-931.5 °C. The manual operation time has been identified at 23.1 s for establishing the receiver boundaries, and at 70 s for changing operating points. With the help of the proposed control strategy, the automated gas turbine simulator has eliminated the need for manual adjustments, and demonstrated the ability to maintain the safe and convergent operation for the receiver. The performance in boundary condition stabilization has been satisfactory, with enhanced steady-state accuracy comparing to the prototype by virtue of the PID controller. The transient-state fluctuations in pressure control have been effectively restrained within an acceptable region with deviations of ±0.018 bar to ±0.076 bar from the desired 2.400 bar operating pressure. The capability of tracking linear and nonlinear trajectories has also been testified, with the precision level between ±0.023 bar and ±0.037 bar. Finally, in view of the good stability, high precision, and rapid response manifested in the experimental studies, the gas turbine simulator has validated its ability to imitate the steady and transient characteristics of gas turbines on the boundaries of the test section. It also grants the possibilities to conduct control variable studies and wide-range transition studies. The gas turbine simulator is a suitable testing facility for the key components in hybrid solar-Brayton systems. / Hybrid solenergi-Brayton-system använder både solvärmeenergi och kompletterande förnybara bränslen för att ge kontrollerbar och sändbar effekt, vilket gör dem till ett lovande sätt att möta den växande energiefterfrågan och minska koldioxidavtrycken. Men befintliga testanläggningar för nyckelkomponenter i sådana hybridsystem misslyckas ofta med att uppfylla testkraven, vilket hindrar förbättringen av andelen förnybar energi och den totala effektiviteten. En ny testanläggning behövs omgående för att grundligt stimulera och analysera komponentens egenskaper. Detta forskningsarbete fokuserar på utvecklingen av en gasturbinsimulator som en innovativ testanläggning för varma, trycksatta komponenter i hybridsolar-Brayton-system. Den dubbelströms strypta munstycksbaserade flödeskontrollen har föreslagits, förklarats och analyserats i jämförelse med enkelflödeslayouten. Den grundläggande idén med gasturbinsimulator har experimentellt implementerats och validerats på en prototyp, vilket verifierar dess funktionalitet. Genom att införliva ett PLC-baserat styrsystem har en automatiserad gasturbinsimulator designats och modifierats utifrån prototypen. Dess prestanda med avseende på stabilisering av gränser och spårning av banor har utvärderats genom experiment. Baserat på de experimentella resultaten har prototypen av gasturbinsimulatorn bevisat sin förmåga att upprätta kontrollerbara gränsförhållanden och migrera arbetspunkter för den träffande mottagaren. Genom manuella justeringar har man erhållit utmärkt prestanda i nästan konstant tillstånd, med precisionen för tryckkontroll som når ±0,005 bar vid omgivningstemperatur och ±0,015 bar vid hög temperatur på 797,1-931,5 °C. Den manuella drifttiden har identifierats till 23,1 s för att fastställa mottagargränserna och till 70 s för att byta arbetspunkter. Med hjälp av den föreslagna styrstrategin har den automatiserade gasturbinsimulatorn eliminerat behovet av manuella justeringar och visat förmågan att upprätthålla en säker och konvergent drift för mottagaren. Prestandan vid gränstillståndsstabilisering har varit tillfredsställande, med förbättrad steady-state noggrannhet jämfört med prototypen tack vare PID-regulatorn. De transienta tillståndsfluktuationerna i tryckregleringen har effektivt begränsats inom ett acceptabelt område med avvikelser på ±0,018 bar till ±0,076 bar från det önskade 2,400 bar arbetstrycket. Förmågan att spåra linjära och olinjära banor har också vittnats, med precisionsnivån mellan ±0,023 bar och ±0,037 bar. Slutligen, med tanke på den goda stabiliteten, höga precisionen och snabba responsen som manifesteras i de experimentella studierna, har gasturbinsimulatorn validerat sin förmåga att imitera de stabila och transienta egenskaperna hos gasturbiner på gränserna för testsektionen. Det ger också möjlighet att genomföra kontrollvariabelstudier och omfattande övergångsstudier. Gasturbinsimulatorn är en lämplig testanläggning för nyckelkomponenterna i hybridsolar-Brayton-system.