Academic literature on the topic 'MTTK teknisk kybernetikk og robotikk'

A model based estimation process is implemented in simulation of a transmissionline for the purpose of leak detection. The model has one inlet, one branch and twooutlets. The objective of this thesis is aimed at determining, through simulation results,the effectiveness of the Kalman Filter for leak detection in a pipeline network.Water distribution systems often contain a large amount of unknown losses. Themagnitude of the water loss range from 10 to over 50 percent of the total waterpumped. Water leaks and losses lead to an unnecessary increase in energy usedto pump water to users, which means higher costs for the providers and thus thecustomers. Our increasing population and the necessity and limited availability ofwater will, and are already causing problems, so it is obvious that more controlefforts need to be implemented on these systems. Moreover, leaks that are not consideredto be major faults tend to go unnoticed, which in total add up to a lot ofwater loss.The work done in this thesis may also be relevant for the petroleum industry, astransportation of oil and gas also face many of the same problems as the waterdistribution industry. One should also note that the environmental impact of leaksin oil pipes are bigger than those in water pipes.The leak detection process used in this thesis is model based. A model of a transmissionline with a branch and two outlets is derived from two basic partial differentialequations describing mass and momentum balances for a hydraulic transmission line.Simulations are run , and when the system is in its steady state, a leak is introduced.Flow and pressure at all three extremes are used as inputs to the Kalman Filter.The likelyhood of two leaks occuring simultaneously is low, so only one leak will beexpected at a time.Localization of the leaks are not studied, only the detecton and the magnitude.It is shown that a Kalman Filter can be used as a detection method in this systemto a certain degree. The changes caused by the pressure change is noticable when aleak occurs in a large scale system, even if the leak is very small. The speed of theKalman Filter proved to be a problem area, as some of the estimated states useda long time to reach its final value. More satisfying results may be found throughmore rigorous testing, improvements in the model itself, and changes to the tuningparameters in the Kalman Filter.

Da Deepwater Horizon den 20. april 2010 eksploderte og sank, hadde man ikke så mange alternativer for å stoppe utblåsingen og begrense miljøskadene. Når man heller ikke greide å stenge utblåsningsikringen med ROV-intervensjon, var det i realiteten bare mulig å bore en eller flere avlastningsbrønner. Denne prosessen er så tidkrevende at det var uholdbart i Mexicogulfen sommermånedene 2010, og det vil være ennå mer uholdbart i fremtiden. I 87 dager strømmet olje ukontrollert ut av brønnen, og nærmere fem millioner fat lekket ut til sjø. President Obama erklærte ulykken for den største miljøkatastrofen som USA noensinne hadde stått ovenfor. Granskinger av ulykken har vist at sikkerhetskulturen i petroleumsvirksomheten må økes. I Norge har ulykken ført større oppmerksomhet rundt ulykker og hendelser i norsk petroleumsvirksomhet og krav til et strengere sikkerhetsregime på norsk sokkel. Man må møte mulighetene for læring etter Deepwater Horizon-ulykken for å få til et sikkerhetsmessig satsing og et løft for norsk petroleumsvirksomhet.Oljeindustrien er en kompleks bransje som bruker mye sofistikert teknologi. Mye tyder derimot på at bransjen har hatt altfor lite fokus på å utvikle å ta i bruk sofistikert utstyr for overvåkning og deteksjon av brønnspark. En rekke alvorlige ulykker internasjonalt, men også på norsk sektor, kunne vært unngått med riktig utstyr for brønnovervåkning. Denne oppgaven ser derfor på mulige forbedringstiltak på dagens sikkerhetssystemer for brønnkontroll og deteksjon av brønnspark.Granskinger i etterkant av brønnkontrollhendelser har vist at indikasjoner og faresignaler på brønnspark ofte er tilstede, selv om de ikke blir oppdaget. Denne oppgaven foreslår derfor at man bør gå over til systemer for brønnkontroll med mer automatisert regulering. Trykkstyrt boring tilbyr et automatisk reguleringssystem, men har sikkerhetsmessige utfordringer. Et godt deteksjonssystem må ta hensyn til tidlige indikasjoner, overvåke delta-strømnig og føre volumkontroll av slamtanken. For å opprettholde tilliten til deteksjonssystemet må grenseverdiene settes store nok til å unngå falske alarmer, men samtidig være så sensitivt at det detekterer et faktisk brønnspark. Effektiv aktivering av sekundærbarriere (BOP) er tidskritisk. Ved et system som gir mange falske alarmer vil det spesielt på felt med små trykkmarginer være problematisk å stenge utblåsningsikringen ofte, da dette gir trykkoppbygning som gjør at strukturen i formasjonen kan bli ødelagt. Man bør derfor ta i bruk et detektorsystem som gjør bruk av prediktive metoder. Den Bayesiansk detektoren er en slik metode. Deteksjonssystemet justerer automatisk sensitiviteten etter støynivået, og det vil være mulig å modellere situasjoner som ellers ville gitt falsk alarm. Sannsynlighetsloggen som presenteres, gjør at man med stor sikkerhet kan fastslå et brønnspark. I siste instans vil overvåking av nivået i slamtankene være den sikreste måten å oppdage et brønnspark på. Ved en rask økning der, bør derfor detektorsystemet sørge for en automatisk nedstenging av utblåsingssikringen.

I denne oppgaven er det presentert instrumentering og reguleringssystem av produksjonsprosess for plankton. Systemet er utviklet og implementering med to tanker for produksjon av planktonet rotatorier. PC brukes som styresystem og grensesnitt mot bruker. Regulering av rotatorietetthet med en ny strategi for tilførsel av fôr og vann er implementert og testet. Systemet fungerte tilfredsstillende foruten den nye strategien som trenger mer testing for å fungere optimalt.

Å bygge en bil som kan kjøre tusen kilometer på energien i en eneste liter bensin; er ingeniørkunst. Når tusenvis av Europas ypperste studenter innen teknologi og ingeniørvitenskap hvert år møtes i konkurransen Shell Eco-marathon, utfordres skillet mellom hva som oppfattes som mulige og umulige. Kreativitet og respektløs nytenkning utfoldes når morgendagens teknologer får muligheten til å følge nysgjerrigheten på jakt etter nye å bedre teknologiske løsninger for morgendagens samferdsel. Dette er hvordan det har vært å oppleve og være deltager i NTNU sitt fjerde bidrag til Shell Eco-marathon. Motivasjonen for prosjektet har med andre ord vært stor.Arkitekturen og mange av modulene som ble brukt i kontrollsystemet i 2011-versjonen av DNV Fuel Fighter, ble arvet fra 2010-versjonen. Det ble i 2010 lagt ned et solid stykke arbeid i lage et modulbasert og fleksibelt kontrollsystem til bilen. Det lot seg derfor gjøre å kombinere en videreutvikling av noen av fjorårets løsninger, med også å introdusere helt ny funksjonalitet. Hver modul sin videre inndeling i en spesialmodul, og en universalmodul som er lik for alle nodene i det CAN-baserte nettverket har fortsatt fungert utmerket.Av de nyvinningene som faller inn under denne rapporten, nevnes først og fremst arbeidet med utvikling av et hybridsystem for å kunne bruke en modul av superkondensatore til å øke energiutnyttelsen i den elektriske delen av framdriftssystemet. Det er da først og fremst muligheten til å kunne tilbakeføre noe av bevegelsesenergien fra bilen til kondensatorene under nedbremsing med elektromotoren, som har vært det viktigste formålet. Slik kan energien så lagres til videre bruk under påfølgende akselerasjon. Dette systemet er både simulert og produsert, men ble dessverre ikke tatt i bruk under faktiske konkurransen. For senere studenter ligger det flere muligheter her til å få tatt dette systemet ordentlig i bruk.Videre nevnes det hardware-endringer for å bedre kontrollen over vifta som sørger for luftgjennomstrømning i den hydrogenbaserte brenselcella. Dette ga bedre kontroll over arbeidstemperaturen i cella. I tillegg en ny modul for å sikre gode målinger av flere viktige tilstander i systemet lagt til. Det medførte at det for første gang ble gjennomført målinger av strømmen i koblingene mellom brenselcelle og motorkontroller.Årets største utfordring har imidlertid vært motoren. Uforutsette svakheter i designet av motoren, førte til store problemer å komme opp i store nok hastigheter. Årsaken var at en for høy tilbakeindusert spenning fra motoren gjorde at spenningsnivået som var tilgjengelig fra brenselcella ikke strakk til når turtallet vokste. Dette problemet ble ikke beskrevet i noen rapport fra 2010. I samarbeid med SmartMotor, som en av flere viktige partnere for prosjektet, fikk selv denne utfordringen en løsning. Denne løsningen innebar å øke luftgapet i motoren slik at koblingen mellom permanentmagnetene og statorviklingene ble svakere. Dette er imidlertid en løsning som kompromiterer virkningsgraden i motoren. Hvor mye redusert virkningsgrad denne tilpasningen førte til ble aldri forsøkt målt. Ved en eventuell gjenbruk av motoren, må dette problemet få en permanent løsning.Som kronen på verket ble laget til slutt belønnet med to gjeve priser etter et godt gjennomført løp på konkurransens siste dag. Det ble andreplass i klassen, og pris for beste mediehåndtering.

Proteseindustrien preges av inkompatible produkter og produsenter som utviklersine egne standarder. Samtidig er et internasjonalt forskningsmiljø(der NTNU er delaktig) i ferd med å utvikle en åpen bussprotokoll til bruk mellom sensorer, aktuatorer og andre protesekomponenter.Denne oppgaven har sett på implementation av denne protokollen på AVR-prosessorarkitekturen, med et mål om kompatibilitet med en Canadisk PIC-basert implementasjon. Resultatene har ikke vært utelukkende gode, men grunnleggendefunksjonalitet er på plass og har blitt vist å fungere.

Når en mobil robot begir seg ut i et dynamisk miljø for å utføre enoppgave er det mye den må ta hensyn til. Ikke bare må roboten holderede på hvor den er og hvor den skal, den må også sørge for at kinematiske,dynamiske og oppgavebestemte begrensninger overholdes. Endaviktigere er det at roboten ikke uforvarende støter borti mennesker, dyreller gjenstander som befinner seg i området. Denne rapporten presentereret design og en implementasjon av et algoritmesystem som skalhåndtere utfordringene en slik robot står overfor. Systemet er basertpå det elastiske veikartet utformet av Yang og Brock [23], som er ennyskapende og effektiv tilnærming til problemet bevegelsesplanlegging.Systemet presenteres i sammenheng med en bred oversikt overlitteratur og teori som behandler planleggingstemaet, med fokus påsamplings- og tilbakekoblingsbasert planleggingsmetodikk.Det implementerte algoritmesystemet demonstreres og analyseresgjennom en rekke simulerte testscenarioer. Resultatet er et utvidbartog fremtidsrettet planleggingssystem som kan planlegge og utføre enbevegelse mellom en start- og målposisjon, og kan i sanntid håndtereendringer i robotens omgivelser.

This report studies the development of a Multiplicative Extended Kalman Filter for orbit and attitude estimation for the 10times10times20 cm CubeSat at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU). The filter was developed in a tightly coupled manner with respect to the GPS attitude solution, based on data from differential carrier phase measurements. These measurements are aided by measurements from a three-axis magnetometer, and inertial measurements from a gyroscope. Four antennas are virtually mounted on the satellite to obtain three baselines of 1 m each. The MEKF is complemented by an integer ambiguity resolution method, which makes sure that the solution for a GPS signal is not accepted until the integrity check value for all baselines is below the acceptance threshold. Until the ambiguities are resolved, the Multiplicative EKF is reliant upon the gyro measurements, and the magnetometer. The filter has been simulated with various attitude maneuvers.The MEKF performs orbit estimation based on measurements from GPS position, velocity, and timing data, from which it estimates the Keplerian orbital parameters to determine the orbit of the craft. It operates as an ordinary EKF for this purpose. Simulation shows that the filter is able to determine the attitude and orbit of the spacecraft from the given measurements, and that it is robust to a temporary loss of the GPS measurements. However, the orbit estimator assumes a circular orbit. The quality of orbit estimates are therefore dependent on the eccentricity of the orbit.

This thesis study the possibility of riser slugging control in oshore oil productionusing a subsea choke valve. A 5-state simplied model of a well-pipelinerisersystem is introduced and tted to a reference model in the ow simulatorOLGA. The models have two inputs, a subsea valve at the wellhead and a topsidevalve at the top of the riser. The eect the valves have on the behavior ofthe simplied model are tted to simulation data from the OLGA-model usingbifurcation diagrams.An input-output controllability analysis of the simplied model show thatanti-slug control using a subsea valve at the wellhead is more dicult than theconventional solution, which is to use the topside choke valve. This is conrmedby simulations on the simplied model using Hinfinity-controllers.Stabilizing control of the OLGA-model using the subsea valve was unsuccessful,despite testing dierent measurement combinations and control structures.A more promising solution for controlling riser slugging using a subsea valve istested in OLGA, where a subsea valve located near the base of the riser can keepthe system stable at riser slugging conditions. This is also seen in an experimenton a small scale ow lab.

Subsea petroleum extraction systems may be large and complex, and many decisions affect the production. Maintaining high production levels is not a trivial task. As decisions are made based on available information and experience, better decisions come with better information. Decision support tools may provide essential information to achieve better production levels.In this master thesis, different methods are proposed as decision support tools. The aim is to increase the production from a part of a subsea production system, consisting of a manifold with seven producing wells and two flowlines, given certain system constraints. The methods are based on well models and numerical optimization, and both static and dynamic optimization is considered. The well models are non-linear, and binary decisions are also present. The problems that arise are complex MINLP problems, and are solved by combining ’brute force’, ’Branch & Bound’, and a nonlinear solver. The solution of the problems is implemented in MATLAB, and tested on predefined test scenarios, with no, little or extensive dynamics present. The performance is assessed by simulations, and by calculating the resulting average production.It was found that static optimization to decide the well settings, such as valve openings and flowline routing, has a great potential to increase the oil production from the system. The results when applying a dynamic approach to the system were not conclusive, but the methods proposed showed no indications of any major performance increase, relative to applying only static optimization.