Publikationer från KTH
Not a member yet
57933 research outputs found
Sort by
Tillståndsövervakning av S&C från bilkarossens accelerationsdata med hjälp av AI/datanalys
No full textA railway switch is the most critical element in track infrastructure. Monitoring the health of switches impact availability of track and influence cost and operation of a rail network. In this thesis acceleration data captured using Inertial Measurement Units mounted on train car body is used to predict the condition of the switches over which the train passes. The methodology primarily consists of data analysis followed by a feature selection process where features with strong differentiating nature were chosen and finally classification. A Random Forest classifier model is employed which has been designed not only to classify but also allocate a health measure and generate a defect report using logical mapping of the feature values to specific component defects in a switch. The classifier has a testing accuracy of 81%. The function to do label allocation to individual feature for every run also makes the workflow more constructive to detect two primary switch defects. Hence this research contributes significantly to switch condition diagnostics and provides users with component specific information, supporting a shift towards data-centered maintenance planning, highly reliable track infrastructure and safer means of transport for passengers.En järnvägsväxel är den mest kritiska komponenten i spårinfrastrukturen. Övervakning av växelns hälsa påverkar tillgängligheten av spår och påverkar kostnader och drift av ett järnvägsnätverk. I denna avhandling används accelerationdata som fångats med hjälp av inertialmåttenheter monterade på tågvagnens kropp för att förutsäga tillståndet för de växlar som tåget passerar över. Metodologin består av en funktionsurvalprocess där funktioner med starkt differentierande natur valdes och användes i klassificeringen. En Random Forest-klassificeringsmodell utvecklas som har utformats inte bara för att klassificera utan också för att tilldela ett hälsomått och generera en defektrapport genom logisk mappning av funktionsvärden till specifika komponentdefekter i en växel. Klassificeraren har en testnoggrannhet på 81%.Funktionen att göra etikettallokering till individuella funktioner för varje körning gör också arbetsflödet mer robust för att upptäcka två primära switchdefekter. Därför bidrar denna forskning väsentligt till diagnostik av switchtillstånd och ger användarna komponent-specifik information, vilket stödjer en övergång till datacenterad underhållsplanering, högst pålitlig spårinfrastruktur och säkrare transportsätt för passagerare
Optimal sensorplacering för magnetiska signaturer
No full textThis master thesis presents two approaches to optimal sensor placement for determining the magnetic self signature of a ship using onboard sensors. The definition of optimal sensor placement depends on the objective function. First, a model based approach is introduced, which aims to identify the sensor positions in which the maximum uncertainty in the reconstruction of a reference field is minimized. The uncertainty is measured by using numerical algorithms to identify different magnetic signatures that are compatible with the sensor measurements obtained. A second approach is then introduced, in which optimal sensor placement is defined by the locations that best capture patterns of a pre-constructed basis spanning the search domain. This basis is found through a proper orthogonal decomposition of simulated training data. Pivoted QR of the basis is used to extract the optimal sensor choice. Although the two methods differ, there are similarities in the results of the respective sensor placements. In particular, sensor positions that break symmetries in the model significantly improve the accuracy of magnetic signature approximation. These results show that better reconstruction accuracy can be obtained by optimizing sensor positions.Två metoder presenteras för att hitta den optimala sensorplaceringen för att mäta den magnetiska självsignaturen av ett fartyg med hjälp av sensorer ombord på fartyget. Definitionen av optimal sensorplacering beror på i vilket avseende positionerna optimeras. I den första metoden är målet att hitta de sensorpositioner som minimerar osäkerheten i rekonstruktionen av ett magnetfältet. Osäkerheten undersöks genom att hitta olika magnetfält som ger upphov till samma mätningar ombord på fartyget, men olika mätningar utanför fartyget. Den andra metoden ämnar att optimera sensorpositioner med avseende på de koordinater som bäst fångar lågdimensionella mönster av magnetiska signaturer i en bas som spänner upp de möjliga magnetfälten. Basen finner vi genom en ortogonal dekomposition, så kallad POD, av simulerad mätdata. Genom en QR faktorisering med pivot av basen kan de optimala sensorpositionerna hittas. Trots att de två metoderna som undersöks är olika, så finner vi likheter mellan resultaten. I båda metoder ser vi att sensorpositioner som bryter symmetrier inom modellerna förbättrar möjligheten att rekonstruera den magnetiska signaturen. Utifrån dessa resultat är slutsatsen att sensorpositioner kan spela en betydande roll för förmågan att rekonstruera den magnetiska signaturen
Incremental Quantities Protection Schemes With Grid-Forming Inverters
No full textOne way forward in the development of protection schemes for power grids with a high penetration of renewable energy, is to assume very little about the sources and operate before the sources have had time to react to the fault. Instantaneous incremental quantities (IQs) are data signals that require very short time windows, while also being rich with information about the faulted system. Grid-forming (GFM) inverters are anticipated to take over the ancillary services currently provided by strong conventional sources to accommodate more renewable energy. They are controlled as voltage sources; hence the injected current changes near instantaneously upon a fault inception and activates the nonlinear current limiter. Consequently, the current limiter impacts not only the steady-state fault response of GFM inverters, but also their transient response, depending on the speed of the inner current control loop to realize the limited current reference. This paper investigates the performance of an instantaneous IQ-based relay with a GFM inverter, and explains from the fundamental theory of IQs, how GFM inverters may impact various IQ-based relay elements. A fault detection element, a phase-selection element, a directional element and a distance underreaching element are covered. Results indicate that, compared to traditional implementations of such relay elements, IQ-based relays can have improved dependability and security with GFM inverters. However, the current limiter still has a significant impact on the single-ended distance underreaching element.QC 20250613</p
Automatiserad applikation av Master S-N Curve-metoden för snabb svetsevaluering i kommersiell FEM-mjukvara
No full textIn this thesis, the master S-N curve method is combined with machinelearning tools to create an automated weld evaluation method for usewith low density shell meshes in post-processing. This method is thencompared in four study cases to weld evaluation using the effective notchmethod. Furthermore, a review of relevant literature of modern weldevaluations was done to find out which method would be most applicableto the task.I detta examensarbete kombineras Master S-N Curve metoden med grundläggande maskininlärningsverktyg för att skapa en automatiserad metod för snabb svetsevaluering på skalelement med låg meshdensitet i postprocessering. Denna meto jämförs sedan i fyra fallstudier med effective-notch metoden. En litteraturstudie gjordes även för att bestämma vilken metod som bäst lämpade sig för automatiserad snabb svetsealuering
Strålningshärdning som en miljövänlighärdningsprocess för bindemedel
No full textThis paper presents the result of a literature review on ultraviolet and electron beam curable organic coatings. The literature review was intended to give a comprehensive overview on the basics of chain polymerization, radiation curable organic coatings, and related curing technologies. A selection of bio-based monomers such as terpenes, phenolic compounds, rosin, vegetable oils, and suberin from plant-based sources was presented. The sustainability of resins used in radiation curable coatings and curing technologies was also briefly discussed. This paper also presents information on the role of Photo-DSC, FTIR and Raman spectroscopy in evaluating radiation curing. Based on the literature review it can be concluded that radiation curing systems have extremely low VOC content compared to most liquid coatings, lower energy consumption compared to thermal curing, and compatibility with bio-based monomers. The binders in these systems are mainly oligomers that crosslink through chain polymerization. The lifetime of propagating chains during polymerization is a major parameter. The lifetime of the active species is highly affected by oxygen inhibition in radical systems, while lifetimes in cationic systems are highly affected by the presence and strength of nucleophiles. There are multiple bio-based monomers that have the potential of becoming alternatives to petroleum-based monomers. Current cationic resins often incorporate bisphenol A, which is a very toxic and environmentally unfriendly compound, while current acrylate oligomers and monomers often used in the free radical vehicles have varying degrees of toxicity. The current most produced vegetable oils that have the potential to be used as monomers, have issues during production that leads to deforestation, greenhouse gas emission, and loss of biodiversity. When compared to mercury vapour lamps, UV-LED have several advantages like higher power densities, higher energy effectiveness, lower heat production, and no incorporation of mercury. A major disadvantage of UV-LEDs is that the external quantum efficiency, the ratio between extracted and generated photons, is lower in the UV range. Ultraviolet and electron beam irradiation can cause serious damage in humans, like cancer, and require protection. Extreme shielding measures are needed during use of electron beam to protect users, where the choice of shielding material decides if X-ray radiation is generated. Detta arbete presenterar resultatet av en litteraturstudie om ultraviolett och elektronstråle härdande organiska formuleringar för ytbehandling. Litteraturstudiens syfte var att ge en överblick av grunderna inom kedjepolymerisation, strålningshärdande ytbehandlingssystem och relaterade teknologier. En samling biobaserade monomerer, som terpener, fenylföreningar, rosin, vegetabiliska oljor och suberin från växtbaserade källor, har också presenterats. Hållbarhetsaspekterna av bindemedlen och tekniker för strålningshärdning har även diskuterats kortfattat. Detta arbete beskriver även den roll som foto-DSC, FTIR och Raman spektroskopi har vid utvärdering av strålningshärdande system. Baserat på litteraturstudien kunde följande slutsatser dras om strålningshärdande färger och lacker. De innehåller extremt låga halter av VOC jämfört med majoriteten av lösningsmedelsbaserade färger och lacker, de har lägre energiförbrukning än termiskt härdande system och de är kompatibla med biobaserade monomerer. Bindemedlen i strålningshärdande system är huvudsakligen oligomera härdare som tvärbinds genom kedjevis polymerisation. Livslängderna hos propagerande kedjor är en mycket viktig parameter. Hos radikalhärdande system begränsas livslängden i närvaro av syrgas då tillväxande radikaler enkelt reagerar med syrgasmolekyler, medan livslängderna hos de tillväxande kedjorna i katjoniska system påverkas starkt av styrkan på och närvaron av nukleofiler. Det finns flera biobaserade monomerer som har potential att ersätta petroleumbaserade monomerer. Nuvarande katjonhärdande bindemedel innehåller ofta bisfenol A som är ett giftigt och miljöskadligt ämne, medan giftigheten varierar för akrylater som ofta används i radikalhärdande formuleringar. Tillverkningsprocessen för de mest producerade växtbaserade oljorna som potentiellt skulle kunna användas som monomerer, har allvarlig påverkan på miljön i form av avskogning, växthusgasutsläpp och minskad biologisk mångfald. Jämfört med kvicksilverlampor har UV-LED flera fördelar så som högre energitäthet, högre energieffektivitet, lägre värmeproduktion, möjlighet att undvika ozonbildning, samt att de är fria från kvicksilver. En stor nackdel hos UV-LED är att den externa kvanteffektiviteten, förhållandet mellan extraherade och genererade fotoner, är lägre vid emission av UV-B och UV-C strålning. Ultraviolett strålning och elektronstrålning kan orsaka allvarlig skada, så som cancer, och kräver skydd vid användning. Det krävs långtgående skyddsåtgärder vid användning av elektronstrålning för att skydda användaren där valet av sköldmaterial påverkar om det uppstår röntgenstrålning
Beyond speech : leveraging mouse movements for information adaptation in voice interfaces
No full textAs human speakers naturally adapt their linguistic styles to one another, voice user interfaces that prompt similar linguistic adaptations can augment human-like interaction. In this study, we leverage a corpus of human instructions to model the effectiveness of incremental instruction generation in artificial agents. Participants interacted with agents that guided them in selecting virtual puzzle pieces, varying the amount of information provided in each instruction. Through an empirical examination of the Gricean maxims in utterance construction, our initial perception study highlighted the significance of adaptive instruction generation. By employing mouse movements as a proxy for user understanding, we developed computational models that enabled agents to detect user uncertainty and refine instructions incrementally. Comparing speaker-based and listener-based models, we found that agents encouraging linguistic adaptations were preferred by users. Our findings offer new insights into the value of mouse movements as indicators of user comprehension and introduce a methodological framework for developing adaptive interactive systems that generate instructions dynamically.QC 20251221</p
Portföljhantering i 3DExperience : Fallstudie om plattformsprestanda för industriell utrustning
No full textIn this project, we investigate the application of the 3DEXPERIENCE platform for Product Portfolio Management (PPM) within the industrial equipment sector, using two case studies to evaluate its capabilities and alignment with organizational needs. The study begins with a literature review on PPM concepts, practices, and challenges, particularly in manufacturing context, where shortened product life cycles, technological change, and sustainability requirements require agile product portfolio strategies. Current “As-Is” workflows of the participating companies were summarized and analysed, revealing a lack of dedicated digital tools and fragmented decision-making processes. Based on these findings, “To-Be” solutions were then designed within 3DEXPERIENCE, leveraging its integrated applications—such as Portfolio Definition, Model Definition, 3DSwym, and Project Planning—to replicate existing processes in a collaborative, centralized environment. Demonstrators were developed using real-world and synthetic data to validate the feasibility of the proposed workflows. GAP analysis showed that the platform met most core PPM requirements, offering improved transparency, real-time collaboration, and structured governance, while also identifying areas for enhancement in functionalities and process coverage. The findings indicate that 3DEXPERIENCE streamlines portfolio management in industrial equipment companies by improving strategic alignment, resource allocation, and responsiveness to market changes. I detta projekt undersöker vi tillämpningen av 3DEXPERIENCE-plattformen för produktportföljhantering (PPM) inom industriutrustningssektorn, med hjälp av två fallstudier för att utvärdera dess kapacitet och anpassning till organisatoriska behov. Studien inleds med en litteraturgenomgång av PPM-koncept, praxis och utmaningar, särskilt i tillverkningssammanhang där förkortade produktlivscykler, tekniska förändringar och hållbarhetskrav kräver agila produktportföljstrategier. Nuvarande arbetsflöden i befintligt skick hos de deltagande företagen summerades och analyserades, vilket avslöjade brist på dedikerade digitala verktyg och fragmenterade beslutsprocesser. En "To-Be"-lösning togs fram för 3DEXPERIENCE-plattformet, som utnyttjade dess integrerade applikationer – såsom portföljdefinition, modelldefinition, 3DSwym och projektplanering – för att replikera befintliga processer i en samarbetsinriktad, centraliserad miljö. Demonstratorer utvecklades med hjälp av verkliga och fiktiva data för att validera genomförbarheten av de föreslagna arbetsflödena. Fit-gap-analys visade att plattformen uppfyllde de flesta centrala PPM-kraven, vilket erbjuder förbättrad transparens, samarbete i realtid och strukturerad styrning, samtidigt som den identifierade områden för förbättring av funktionaliteter och processtäckning. Resultaten indikerar att 3DEXPERIENCE kan effektivisera portföljhanteringen inom industriutrustningsföretag, vilket möjliggör bättre strategisk samordning, resursoptimering och responsivitet på marknadsförändringar.
Integrering av en svettflödesmätare med svettstimuleringssystem för epidermal bärbar användning : Undersökning av koncepten Jouleuppvärmning och Jontofores som svettstimuleringssystem
No full textWearable microfluidic sweat chemical sensors are promising devices for the future of monitoring health status. Sweat provides information about hydration status and contains chemical information regarding biomarkers that can be correlated with blood levels. Nevertheless, there are two main challenges about sweat sensing using wearables. Firstly, the amount of sweat generated by an individual can widely vary, affecting the biomarker levels in the measurement. Therefore, it is important to perform sweat rate measurement to assess hydration status by measuring sweat loss but also as a normalization factor for chemical analysis. Secondly, active sweating is produced during exercise or for thermoregulation in high temperature environments. For applications in which active sweating is not occurring (i.e. resting analysis), sweat induction systems need to be incorporated. A Gold standard technique for sweat stimulation is Iontophoresis, however, recently Joule heating patches are finding application in wearable sensing due to their simplicity and more comfortable conditions for sweat induction. The main goal of this thesis was to integrate the electronics required for measuring sweat rate and perform Joule heating in a patch for sweat stimulation. Firstly, the developed electronics for sweat rate were tested, using calibrated resistors to verify the accuracy of impedance measurements. Later, the sensors were tested using validated 3D printed impedimetric sweat rate sensors using known flow rates from a calibrated syringe pump. In order to create wearable Joule heaters, Laser Induced Graphene (LIG) patches were prepared with different printing conditions to obtain the best performing material in terms of heating using conditions of voltage easily achievable with wearable electronics. The material was optimized to provide 40 °C, temperature enough to provide sweating but comfortable for the user according to previous studies. Unfortunately, on-body tests could not be performed because of the lack of ethical permit. To test the electronics for measuring sweat rate in on-body conditions, sweat generation has been performed using iontophoresis and the sweat rate was successfully measured using the developed electronics, obtaining sweat rate values between 2 µL/min and 0,5 µL/min.Bärbara, kemiska, mikrofluidiska svettsensorer är lovande enheter för framtida övervakning av hälsostatus. Svett ger information om hydreringsstatus och innehåller kemisk information ombiomarkörer som kan korreleras med blodnivåer. Det finns däremot två stora utmaningar när det gäller svettmätning med hjälp av bärbara sensorer. För det första kan mängden svett som genereras av en individ variera kraftigt, vilket påverkar biomarkörnivåerna i mätningen. Därför är det viktigt att mäta svettflöde för att bedöma vätskestatus genom att mäta svettförlusten, men också som en normaliseringsfaktor för kemisk analys. För det andra produceras aktiv svettning under träning eller för värmereglering i miljöer med hög temperatur. För tillämpningar där aktiv svettning inte förekommer (t.ex. analys i vila), måste svettstimuleringssystem användas. Guldstandarden för svettstimulering är jontofores, men på senare tid har Joulevärmeplåster börjat användas i bärbara sensorer på grund av sin enkelhet och de mer bekväma förhållandena för svettinduktion. Huvudsyftet med detta arbete var att integrera den elektronik som krävs för att mäta svettflöde och utföra Joulevärme i ett plåster för svettstimulering. Först testades den utvecklade elektroniken för svettflödesmätning med hjälp av kalibrerade resistorer för att verifiera noggrannheten i impedansmätningarna. Senare testades sensorerna med hjälp av validerade 3D-tryckta impedimetriska svetthastighetssensorer med kända flödeshastigheter från en kalibrerad sprutpump. För att skapa bärbara Joulevärmare framställdes laserinducerade grafenelektroder (LIG) under olika förhållanden för att få fram det bäst presterande materialet när det gäller uppvärmning med spänningsförhållanden som är lätta att uppnå med bärbar elektronik. Materialet optimerades för att uppnå 40 °C, en temperatur som enligt tidigare studier är tillräckligt hög för att användaren ska svettas men samtidigt vara bekväm. Tyvärr kunde inte tester på kroppen utföras eftersom det saknades etiskt tillstånd. Föratt testa elektroniken för mätning avsvettflödet på kroppenharsvettstimulering utförts med hjälp av jontofores och svettflödet mättes framgångsrikt med den utvecklade elektroniken, vilket gav värden mellan 2 µL/min och 0,5 µL/min
Transforming chaotic and stiff systems to improve numerical accuracy
No full textSystems of differential equations can exhibit chaotic or stiff behavior under specific conditions, posing challenges for time-stepping numerical methods. For explicit methods, the required time step resolution significantly exceeds the resolution associated with the smoothness of the exact solution for specified accuracy. In order to improve efficiency, the question arises whether transformation to asymptotically stable solutions can be performed, for which neighbouring solutions converge towards each other at a controlled rate. Employing the concept of local Lyapunov exponents, it is shown that chaotic differential equations can indeed be transformed to obtain high accuracy, whereas stiff equations cannot. For instance, the accuracy of explicit fourth order Runge–Kutta solution of the Lorenz chaotic equations can be increased by several orders of magnitude. Alternatively, the time step can be significantly extended with retained accuracy. The transform method applies broadly to chaotic systems, including weather prediction and turbulence. QC 20250623</p
Digital twin for urban traffic emission nowcasting and forecasting : A case study in Kista, Stockholm
No full textThe commitment to decarbonization is driving city decision-makers and service providers to leverage emerging techniques to promote sustainability. Transport emissions, particularly exhaust emissions from road traffic, remain a major source of greenhouse gases and air pollutants. Precise, real-time, and high-resolution monitoring and prediction of road traffic emissions are crucial for implementing hyper-local, evidence-based emission mitigation policies. This study introduces the design and demonstration of a Digital Twin (DT) platform for road traffic emission nowcasting and forecasting. By integrating multi-source data collected from online repositories and Internet of Things (IoT) sensors, the platform provides a comprehensive, near-real-time view of road traffic emissions with high spatio-temporal resolution. A streamlined technology backend that connects various data mining and traffic simulation techniques is designed to facilitate knowledge-based decision-making, focusing on forecasting future emissions under different sustainability-oriented policy interventions. The DT platform is demonstrated for Kista, Stockholm, through a 3D interactive visualization platform. With its unified and modular design, the DT pipeline can be scaled to city-wide levels and adapted for a variety of other scenarios, such as congestion analysis and noise monitoring.QC 20250113</p