Search

The goal of this project has been to evaluate the biological, technical and economical potential for production of plate sized lobsters in recirculated sea water. The project was carried out at Kvitsøy lobster hatchery and has been led by the company Norwegian Lobster farm AS. The experiments have included studies of various rearing units, water quality, growth rates, rearing environment, testing of feed (fresh,dry, astaxanthin contents), development of prototypes for large scale production, characterisation of lobsters by image analysis, market studies and testing of product quality. NORSK SAMMENDRAG: Et brukerstyrt prosjekt med mål om å evaluere potensialet for intensiv produksjon av porsjonshummer i resirkulert sjøvann har blitt gjennomført ved Kvitsøy hummerklekkeri i regi av selskapet Norwegian Lobster farm AS. Prosjektet har omfattet utprøving av ulike enheter for oppdrett av hummer i enkeltbur, testing av vannkvalitet, vekstforsøk under ulike betingelser (diett, substrat, areal), evaluering av for med ulik mengde astaxanthin (pigment), utvikling av prototyper for storskala produksjon, karakterisering av hummer vha billedanalyse, markedsundersøkelser og testing av av produktkvalitet.

Motivasjonen for oppgaven var å lage en maskinkontroller til en CNC-maskin for å kunne frese ut deler ved bruk av datamaskinstøttet design. Arbeidet i bacheloroppgaven har gått ut på å lage en maskinkontroller til en CNC-maskin. Rapporten innebærer fremgangsmåte på hvordan en maskinkontroller lages. Det innebærer design, kobling av ledninger og komponenter, endebrytere, stegmotorer og brukergrensesnitt. Vi sammenligner maskin- kontrolleren og brukergrensesnitt med en åpen kilde-programvare GRBL. Den benyttes som maskinkontroller med UGS som brukergrensesnitt. CNC-maskinen er satt sammen av blant annet 3D-printede deler, stegmotorer med drivere og elektronisk utstyr som nødstopp, aluminiumsprofiler, gjengestenger og plattform. De elektriske forbindelsene er organisert i et elektrisk panel for å holde det ryddig og oversiktlig. Maskinen styres med vår egen maskinkontroller og eget brukergrensesnitt. Ved å kjøre brukergrensesnittet fra Raspberry Pi med Arduino Uno via seriekommunikasjon, kan vi oversette G-kode til motorkommandoer. G-koden produseres i Fusion 360. Resultatet er en forenklet maskinkontroller inspirert av GRBL. Maskinkontrolleren kan bevege et verktøy fritt innenfor et arbeidsområde. Resultatet er at vi kan bruke maskinkontrolleren til å tegne alle typer 2D-figurer som sirkler, diagonaler og firkanter på papir. The objective of this project was to develop a custom machine controller for a CNC machine, specifically designed for woodworking, in order to manufacture unique parts using computer-aided design. The work in this bachelor's thesis has consisted of creating a machine controller for a CNC machine. The report includes steps on how a machine controller is made. It involves design, connection of components in an electrical panel, setup of limit switches, stepper motors and user interface. We compare our machine controller and user interface with open software GRBL for Arduino as machine controller and UGS as user interface. The CNC machine is assembled from, among other things, 3D printed parts, stepper motors with necessary drivers and other electronic equipment, emergency stop, aluminum profiles, threaded rods and a platform. The connections are placed in an electrical panel with a wiring diagram to keep it tidy and clear. The machine is controlled by our own machine controller, which we call "Maskinkontrolleren" and the user interface "Brukergrensesnittet". By running the user interface from Raspberry Pi or a laptop connected with Arduino via USB, we can translate G-code into motor commands and moving tools in the work area. G-code is produced in computer-aided design using Fusion 360. The result was a simplified machine controller inspired by GRBL. The machine controller can move freely within the work area and can draw all types of 2D figures such as circles, diagonals and squares on paper.

Denne bacheloroppgaven utforsker ulike metoder for å regulere et vinsjsystem. Først gir den en detaljert gjennomgang av systemets struktur, inkludert de sentrale komponentene og de anvendte programvarene. Videre ble det implementert koder for kalibrering og regulering av systemet ved hjelp av strukturert tekst og ladderkode, alt i Sysmac Studio-programvaren. This bachelor's thesis explores various methods for controlling a winch system. Initially, it provides a detailed overview of the system's structure, including the key components and the software used. Furthermore, codes were implemented for calibration and regulation of the system using structured text and ladder code, all within the Sysmac Studio software.

Vår oppgave handler om å lage en online "Augmented reality" (AR) opplevelse der brukere kan kontrollere fysiske Lego EV3 Mindstorm roboter for å utføre virtuelle oppgaver. Robotene har blitt utstyrt med kamera foran for å la brukere observere og samhandle med det virtuelle miljøet. Bildeprosessering er brukt for å estimere posisjonen og retningen til robotene. Estimeringene er så brukt til å lage ett virtuelt miljø for å simulere en AR opplevelse. Our thesis is about creating an online augmented reality (AR) experience where users control physical Lego EV3 Mindstorm robots to perform virtual tasks. The robots are equipped with cameras in front to allow users to observe and interact with the environment. Image processing is used to estimate the position and orientation of the robots. The estimation are used with a virtual environment to simulate an AR experience.

Bacheloroppgaven tar for seg forskjellige måter å regulere et vinsjsystem. Det blir først gjennomgått hvordan systemet er bygget opp, de sentrale komponentene og programvarene som ble brukt i oppgaven. Kodene for å kalibrere og regulere systemet ble implementert som strukturert tekst og ladderkode i programvaren Sysmac Studio. Vinsjsystemet besår av frekvensomformer, PLS og motor med enkoder. På akslingen til motoren er det festet en vaiertrommel med hengende last. For at brukeren skal ha tilgang på nyttig og relevant informasjon ble det utviklet HMI skjermer. For å finne høydeområdet vinsjsystemet kan kjøre mellom, har vi utviklet en kalibreringsprosess. Den vil ved aktivering beregne et høydeområde, som videre settes som begrensing for hvor mye vaier som kan spoles inn eller ut i programmene for regulering av systemet. Videre tar oppgaven trinnvis for seg de ulike reguleringene av vinsjsystemet. Det presenteres teori, løsning og resultater for posisjon-, hastighet- og momentregulering. Det ble brukt ’prøv og feil’- og skogestads metode for ˚a finne reguleringsparameterene til posisjon- og hastighetsregulatoren. Det ble utviklet en PID-regulator for posisjonsjustering av systemet. Her setter brukeren en ønsket høyde innenfor det kalibrert omr˚adet og regulatoren vil justere posisjonen til denne høyden. For å hastighetsregulere vinsjsystemet ble det utviklet en feed-forward PI-regulator. Her kan brukeren sette en ønsket innspolingshastighet, regulatoren vil justere p˚adrag til motoren for å oppnå denne hastigheten. For å unngå slakk vaier når lasten løftes opp i en bølgebevegelse ble det implementert momentregulering. Brukeren setter et ønsket moment på motoren og regulatoren justerer pådraget til motoren dersom det oppstår avvik fra denne verdien. Det blir dermed foretatt hurtig inn- og utspoling av vaier når lasten løftes. Til slutt tar oppgaven for seg en konklusjon sammen med forslag til forbedringer og videreutvikling av vinsjsystemet.

Bacheloroppgaven tar for seg forskjellige måter å regulere et vinsjsystem. Det blir først gjennomgått hvordan systemet er bygget opp, de sentrale komponentene og programvarene som ble brukt i oppgaven. Kodene for å kalibrere og regulere systemet ble implementert som strukturert tekst og ladderkode i programvaren Sysmac Studio. Vinsjsystemet består av frekvensomformer, PLS og motor med enkoder. På akslingen til motoren er det festet en vaiertrommel med hengende last. For at brukeren skal ha tilgang på nyttig og relevant informasjon ble det utviklet HMI skjermer. For å finne høydeområdet vinsjsystemet kan kjøre mellom, har vi utviklet en kalibreringsprosess. Den vil ved aktivering beregne et høydeområde, som videre settes som begrensing for hvor mye vaier som kan spoles inn eller ut i programmene for regulering av systemet. Videre tar oppgaven trinnvis for seg de ulike reguleringene av vinsjsystemet. Det presenteres teori, løsning og resultater for posisjon-, hastighet- og momentregulering. Det ble brukt 'prøv og feil'- og skogestads metode for å finne reguleringsparameterene til posisjon- og hastighetsregulatoren. Det ble utviklet en PID-regulator for posisjonsjustering av systemet. Her setter brukeren en ønsket høyde innenfor det kalibrert området og regulatoren vil justere posisjonen til denne høyden. For å hastighetsregulere vinsjsystemet ble det utviklet en feed-forward PI-regulator. Her kan brukeren sette en ønsket innspolingshastighet, regulatoren vil justere pådrag til motoren for å oppnå denne hastigheten. For å unngå slakk vaier når lasten løftes opp i en bølgebevegelse ble det implementert momentregulering. Brukeren setter et ønsket moment på motoren og regulatoren justerer pådraget til motoren dersom det oppstår avvik fra denne verdien. Det blir dermed foretatt hurtig inn- og utspoling av vaier når lasten løftes. Til slutt tar oppgaven for seg en konklusjon sammen med forslag til forbedringer og videreutvikling av vinsjsystemet.

Emnet ELE130 Anvendt matematikk og fysikk i robotprogrammering i 2. se- mester består bl.a. av et Legoprosjekt hvor LEGO Mindstorms EV3 brukes sammen med enten Matlab eller Python. Som en del av prosjektbeskrivel- sen er det gitt forslag til kreative prosjekter i tillegg til de obligatoriske prosjektene numerisk integrasjon, derivasjon og filtrering. Denne oppgaven går ut på å lage forslag til løsning til et utvalg av de kreative prosjektforslagene. I tillegg oppfordres det til å foreslå nye prosjekter som kan demonstrere hva Legoutstyret kan brukes til, og på den måten fungere som motiverende eksempler for studentene som tar ELE130.

I denne bacheloroppgaven undersøkte vi om Sysmac Studio kan brukes sam- men med Simulink. I Simulink brukte vi tilleggspakken Simulink PLC Coder som gjør det mulig å konvertere simulinkmodeller til strukturert tekst(ST). For å teste den genererte ST koden anvendte vi et fysisk tretankanlegg som sto på et laboratorie ved Instituttet for Data- og Elektro. Det fysiske tre- tankanlegget ble oppgradert med nye komponenter, anlegget kan nå brukes i undervisning. Det ble utviklet et nytt PLS og HMI program som gjør det mulig å styre og regulere prosessen til tretankanlegget. Vi konstruerte en matematisk modell av tretankanlegget som gjør det mulig å simulere pro- sessen. Reguleringsmetodene som ble undersøkt i denne bacheloroppgaven var enkel nivåregulering for en tank ved hjelp av en pumperegulator(PI in- tegrator) og en mer avanseert ventilregulator(Gain Scheduling). Vi gene- rerte ST kode for pumperegulatoren og sammenliknet den med en innebygd regulator i Sysmac Studio for å teste Simulink PLC Coder. Vi valgte en mer avansert regulator av ventilen for å vise nytteverdien til Simulink PLC Coder ved mer avanserte beregninger. Vi konkluderte med at verktøyet Si- mulink PLC Coder fungerer, men at det er mer tidkrevende å bruke for enkle beregninger. Ved utføring av avanserte beregninger, som for eksempel Gain Scheduling er Simulink PLC Coder et mer nyttig verktøy. In this bachelor thesis, we investigated whether Sysmac Studio can be used together but with Simulink. In Simulink we used the additional package Simulink PLC Coder which makes it possible to convert simulink models to structured text (ST). To test the generated ST code, we used a physical three-tank system such as stood in a laboratory at the Department of Computer and Electrical Engineering. The physical tree the tank system was upgraded with new components, the system can now be used in teaching. A new PLC and HMI program was developed that does this possible to control and regulate the process of the three-tank plant. We constructed one mathematical model of the three-tank system that makes it possible to simulate sessen. The regulatory methods that were investigated in this bachelor's thesis was simple level control for a tank by means of a pump regulator (PI in- tegrator) and a more advanced valve regulator (Gain Scheduling). We gen- ST code for the pump controller and compared it with a built-in one controller in Sysmac Studio to test Simulink PLC Coder. We chose one more advanced regulator of the valve to show the utility value of Simulink PLC Codes for more advanced calculations. We concluded that the tool Si- mulink PLC Coder works, but it is more time consuming to use for simple calculations. When performing advanced calculations, such as Gain Scheduling is Simulink PLC Coder a more useful tool.

Et vinsj system ble regulert på to forskjellige måter, posisjonsregulering av høyden til en last, og regulering av innspolingshastigheten. Systemet ble testet for å finne gode reguleringsparametere. Closed loop vektorkontroll ble benyttet til å styre vinsj systemet. A winch system was controlled in two different ways, position controll of the height of cargo, and controll of the wind-up/wind-down speed. The system was tested to find good tuning parameters. Closed loop vector controll was used to controll the winch system.

Et vinsj system ble regulert på to forskjellige måter, posisjonsregulering av høyden til en last, og regulering av innspolingshastigheten. Systemet ble testet for å finne gode reguleringsparametere. Closed loop vektorkontroll ble benyttet til å styre vinsj systemet. A winch system was controlled in two different ways, position control of the height of cargo, and control of the wind-up/wind-down speed. The system was tested to find good tuning parameters. Closed loop vector control was used to control the winch system.

PLS, Python, Raspery PI, USB kamera, IDS kamera PLC, Python, Raspery PI, USB camera, IDS camera

Oppgaven har gått ut på å konstruere et styresystem for temperaturregulering av gjæringsprosessen ved Jåttå gårdsbryggeri AS. For å styre temperaturen benyttes kun utstyr for nedkjøling av gjæringsprosessen, ettersom gjæringsprosessen utvikler varme. Nedkjøling av ølet foregår ved at en reguleringsventil på hver tank styrer gjennomstrømming av kjølevæske i tankenes kjølekapper. Vi har benyttet det eksisterende kjøleanlegget i bryggeriet, som består av en kjøle- kolonne, tank for oppsamling av kjølevæske, pumpe og rør ut til hver enkelt gjæ- ringstank. Pumpepådraget står da konstant døgnet rundt og det ble derfor bare implementert styring av reguleringsventilene inn til hver av gjæringskarene. For temperaturovervåking ble det kjøpt inn Pt100-sensorer og transmittere. Bryg- geriet hadde reguleringsventiler de ønsket å gjenbruke, og styresystemet ble dermed skreddersydd for bruk av disse. Bryggeriet har videre bidratt med finansiering av nødvendig utstyr for å bygging av styreskap. Det har vært fokus på å holde utgiftene lave og gjenbruke det man kan fra eksisterende styresystem. Styreskapet ble bygget, testet og ferdigstilt på et av UiS sine laboratorium. Deretter ble produksjonen i bryggeriet stanset i en uke mens montasje av reguleringsventiler, styreskap og kabeltrekking ble gjennomført. For å få produksjonen i gang så fort som mulig ble det midlertidig implementert en enkel av/på-regulering for kjøling av ølet mens arbeidet med modellering og avdekking av PID-parametere fortsatte. Det ble utviklet en matematisk modell for temperaturen i øl og kjølevæske, som ble verifisert mot loggede data fra en gjæringsprosess. I forbindelse med modelleringen ble det gjennomført eksperiment på bryggerianlegget. Det ble da funnet estimat for væskeflyt gjennom kjølekappene, ventilkarakteristikk og varmeoverføringskoeffisient fra øl til kjølevæske. Modellen ble verifisert mot måledata, og basert på den lineære modellen og Skoge- stads metode ble det beregnet regulatorparametere. Avsluttende testing i bryggeriet avdekket betydelig ventilsvikt. Det er grunn til å tro at ventilene fungerte som forventet i de innledende eksperimentene, men har deretter gradvis opparbeidet seg større og større lekkasjer. Innledningsvis ble det konkludert med at lekkasjene kom fra oppbygging av is på ventilene, men problemene fortsatte selv etter at det ble gjort tiltak mot isen. Ingen øl har gått til spille som følge av ventilsvikten, da lekkasjene har falt i balanse med varmeproduksjonen fra gjærens metabolyse. Det ble til slutt konkludert med at gjenbruken av de gamle regulerings- ventilene ikke lot seg gjøre, og at bryggeriet må vurdere en investering i nye og tette ventiler. Parallelt med modellutvikling og testing har det vært fokus på utvikling av et mest mulig funksjonelt og enkelt brukergrensesnitt. Det har vært kontinuerlig kommuni- kasjon mellom forfatterne av rapporten og bryggeriledelsen, slik at endelig produkt har blitt i henhold til bryggeriets ønsker. Brukergrensesnitt er likevel utformet på en universell måte, slik at det kan implementeres og brukes i andre bryggerier. The task was to design a control system for temperature control of the fermentation process at Jåttå gårdsbryggeri AS. To control the temperature there was used only equipment for cooling the fermentation process, as the fermentation process it self develops heat. Cooling of the beer takes place by a control valve on each tank controlling flow of coolant in the tanks' cooling jackets. We have used the existing refrigeration equipment in the brewery, which consists of a refrigeration column, tank for collecting coolant, pump and pipe out to each individual ringstank. The pump is working at constant power around the clock and it was therefore only implemented control of the control valves into each of the fermentation vessels. Pt100 sensors and transmitters were purchased for temperature monitoring. The brewery had control valves they wanted to reuse, and the control system was thus tailored for the use of these. The brewery has also contributed with financing of necessary equipment for the construction of the control cabinets. There has been a focus on keeping expenses low and reuse equipment from existing control systems where possible. The control cabinet was built, tested and completed at one of UiS's laboratories. Then production in the brewery was stopped for a week while installation of control valves, control cabinets and cable routing were carried out. To get production started as soon as possible, a simple on / off control for cooling the beer was temporarily implemented while work on modeling and uncovering PID parameters continued. A mathematical model for the temperature of beer and coolant was developed, which was verified against logged data from a fermentation process. In connection with the modeling several experiment was carried out at the brewery. An estimate was then found for fluid flow through the cooling jackets, valve characteristics and heat transfer coefficient from beer to coolant. The model was verified against measurement data, and based on the linear model and Skogestads method, controller parameters were calculated. Final testing in the brewery revealed significant valve failure. There is reason to believe that the valves worked as expected in the initial experiments, but have thereafter gradually accumulated larger and larger leaks. Initially, it was initially concluded that the leaks came from the buildup of ice on the valves, but the problems continued even after action was taken against the ice. No beer has been wasted as a result the valve failure, as the leaks have fallen in balance with the heat production from the yeast metabolysis. It was finally concluded that the reuse of the old regulatory the valves could not be made, and that the brewery must consider an investment in new and functional valves. In parallel with model development and testing, there has been a focus on developing the most possible functional and simple user interface. There has been continuous communication between the authors of the report and the brewery management, so that the final product has been in accordance with the brewery's wishes. User interface is still designed in a universal way, so that it can be implemented and used in other breweries.

I denne bacheloroppgaven har det blitt bygget en heismodell som skal brukes i undervisning i faget ELE310 Styringsteknikk ved Universitetet i Stavanger. Heismodellen består av en skinneprofil på 2,2 m med en påmontert tannreim fra topp til bunn som drives av en servomotor. På skinneprofilen er det påmontert en vogn som flyttes opp og ned av tannreimen. På vognen er det montert en avstandsensor for måling av høyde, og en servomotor som roterer en utstikkende plastplate. Det er utviklet fire forskjellige prosjekter i Sysmac Studio som benytter seg av heismodellen. Det er også laget forslag til laboppgaver til hvert av de fire prosjektene. Det første prosjektet tar for seg hvordan servomotorer kan konfigureres til å gå kontinuerlig mellom to punkter. Hensikten med prosjektet er å vise funksjonaliteten til en servodriver, samt å demonstrere effekten av å begrense hastighet, akselerasjon og/ eller jerk. Det andre prosjektet tar for seg hvordan en heis med fire etasjer programmeres. Hovedstrukturen av programmet omhandler bruk av ett Array, og manipulering av det. Arrayet brukes som en etasjeprioriteringsliste som prioriterer etasje-forespørsler fra knapper på HMI-skjerm. Det tredje prosjektet tar for seg hvordan servomotorer kan styres ved bruk av momentregulering. For å vise hvordan momentregulering fungerer i praksis har det blitt utviklet ett program som måler høyden til personer. Ved å stille en person inntil heismodellen og kjøre servomotoren slik at den utstikkende plastplaten treffer toppen av hodet og stopper når momentet er likt ett referansemoment. Deretter måles høyden til personen ved hjelp av en avstandssensor. Det fjerde prosjektet tar utgangspunkt i en 2 ordens sprangrespons. I dette prosjektet er det mulig å spesifisere egenskapene til en overdempet, underdempet eller udempet respons i posisjonen til heisvognen. Hensikten med prosjektet er å vise ett praktisk eksempel knyttet til disse typer responser som er lett å forstå. Det vises også hvordan servomotorene kan styres til å bevege seg etter ett refereansessignal. In this bachelor thesis, an elevator model has been built to be used in teaching the subject ELE310 Styringsteknikk at the University of Stavanger. The elevator model consists of a rail profile of 2.2 m with a mounted toothed belt from top to bottom driven by a servomotor. A trolley is mounted on the rail profile, which is moved up and down by the toothed belt. A distance sensor for measuring height is mounted on the trolley, and a servomotor that rotates a protruding plastic plate. Four different projects have been developed in Sysmac Studio that use the elevator model. Proposals have also been made for lab assignments for each of the four projects. The first project addresses how servomotors can be configured to run continuously between two points. The purpose of the project is to show the functionality of a servo driver, as well as to demonstrate the effect of limiting speed, acceleration and / or jerk. The second project addresses how a four-storey lift is programmed. The main structure of the program deals with the use of an Array, and manipulation of it. The array is used as a floor priority list that prioritizes floor requests from buttons on the HMI screen. The third project addresses how servomotors can be controlled using torque control. To show how torque regulation works in practice, a program has been developed that measures the height of people. By placing a person next to the lift model and driving the servomotor so that the protruding plastic plate hits the top of the head and stops when the torque is equal to a reference torque. The height of the person is then measured using a distance sensor. The fourth project is based on a 2-order step response. In this project, it is possible to specify the characteristics of an over-damped, under-damped or undamped response in the position of the elevator trolley. The purpose of the project is to show a practical example related to these types of responses that are easy to understand. It is also shown how the servomotors can be controlled to move after a reference signal.

Hensikten med oppgaven var å lage et rammeverk i Python for prosjekt som utføres ved hjelp av en programmerbar EV3-robot. Dette rammeverket skal bli brukt til undervisning på UiS i programmering. Det finnes allerede et eksisterende rammeverk som blir brukt på skolen, men dette rammeverket bruker MatLab. Dette rammeverket gir studenter innføring i programmering, og blir brukt til å utføre matematiske prosjekter. Dette rammeverket ble konvertert til en form som er kompatibel med Python. Når vi endret form på dette rammeverket, er det flere problemstillinger som oppsto, og deretter ble løst. Noen av problemene som oppsto og ble løst var: • Hente verdier fra EV3-enheten (MicroPython). • Overføre data til PC (Socket-tilkobling). • Plotte data (MatPlotLib). • Finne en prosjektstruktur som skal være pedagogisk å bruke for nye studenter (Bruk av lister eller dictionary). Etter rammeverket kom på plass, utførte vi ett par prosjekt slik som en ny student må gjøre. Dette ble gjort for å sjekke kompatibiliteten på utførelsen, og for å oppdage problemer som studenter muligens kan møte på. [8:01 PM] The purpose of the thesis was to create a framework in Python for a programmable lego EV3 robot. The framework is supposed to be used for further teaching at the University of Stavanger. There already exists a framework for this purpose at the school, but this framework uses the language MatLab. The purpose of these frameworks is to give students an introduction to programming, but also give the chance to do mathematical and practical projects. Some of the problems we encountered when we changed language of the framework was: • Get values from EV3 and the sensors (MicroPython) • Transfer data to a PC (Socket-connection) • Plotting the data (MatPlotLib) • Finding a projectstructure that would be easy for a new student to use (Lists or dictionary) After we got the framework done, we did some of the projects that should be expected from a student to do. We did this to test our solution, and to check any problems the students could get.

Oppgaven har gått ut på å konstruere et styresystem for temperaturregulering av gjæringsprosessen ved Jåttå gårdsbryggeri AS. For å styre temperaturen benyttes kun utstyr for nedkjøling av gjæringsprosessen, ettersom gjæringsprosessen utvikler varme. Nedkjøling av ølet foregår ved at en reguleringsventil på hver tank styrer gjennomstrømming av kjølevæske i tankenes kjølekapper. Vi har benyttet det eksisterende kjøleanlegget i bryggeriet, som består av en kjølekolonne, tank for oppsamling av kjølevæske, pumpe og rør ut til hver enkelt gjæ- ringstank. Pumpepådraget står da konstant døgnet rundt og det ble derfor bare implementert styring av reguleringsventilene inn til hver av gjæringskarene. For temperaturovervåking ble det kjøpt inn Pt100-sensorer og transmittere. Bryggeriet hadde reguleringsventiler de ønsket å gjenbruke, og styresystemet ble dermed skreddersydd for bruk av disse. Bryggeriet har videre bidratt med finansiering av nødvendig utstyr for å bygging av styreskap. Det har vært fokus på å holde utgiftene lave og gjenbruke det man kan fra eksisterende styresystem. Styreskapet ble bygget, testet og ferdigstilt på et av UiS sine laboratorium. Deretter ble produksjonen i bryggeriet stanset i en uke mens montasje av reguleringsventiler, styreskap og kabeltrekking ble gjennomført. For å få produksjonen i gang så fort som mulig ble det midlertidig implementert en enkel av/på-regulering for kjøling av ølet mens arbeidet med modellering og avdekking av PID-parametere fortsatte. Det ble utviklet en matematisk modell for temperaturen i øl og kjølevæske, som ble verifisert mot loggede data fra en gjæringsprosess. I forbindelse med modelleringen ble det gjennomført eksperiment på bryggerianlegget. Det ble da funnet estimat for væskeflyt gjennom kjølekappene, ventilkarakteristikk og varmeoverføringskoeffisient fra øl til kjølevæske. Modellen ble verifisert mot måledata, og basert på den lineære modellen og Skogestads metode ble det beregnet regulatorparametere. Avsluttende testing i bryggeriet avdekket betydelig ventilsvikt. Det er grunn til å tro at ventilene fungerte som forventet i de innledende eksperimentene, men har deretter gradvis opparbeidet seg større og større lekkasjer. Innledningsvis ble det konkludertmed at lekkasjene kom fra oppbygging av is på ventilene, men problemene fortsatte selv etter at det ble gjort tiltak mot isen. Ingen øl har gått til spille som følge av ventilsvikten, da lekkasjene har falt i balanse med varmeproduksjonen fra gjærens metabolyse. Det ble til slutt konkludert med at gjenbruken av de gamle reguleringsventilene ikke lot seg gjøre, og at bryggeriet må vurdere en investering i nye og tette ventiler. Parallelt med modellutvikling og testing har det vært fokus på utvikling av et mest mulig funksjonelt og enkelt brukergrensesnitt. Det har vært kontinuerlig kommunikasjon mellom forfatterne av rapporten og bryggeriledelsen, slik at endelig produkt har blitt i henhold til bryggeriets ønsker. Brukergrensesnitt er likevel utformet på en universell måte, slik at det kan implementeres og brukes i andre bryggerier. The task was to design a control system for temperature control of the fermentation process at Jåttå gårdsbryggeri AS. To control the temperature there was used only equipment for cooling the fermentation process, as the fermentation process it self develops heat. Cooling of the beer takes place by a control valve on each tank controlling flow of coolant in the tanks' cooling jackets. We have used the existing refrigeration equipment in the brewery, which consists of a refrigeration column, tank for collecting coolant, pump and pipe out to each individual ringstank. The pump is working at constant power around the clock and it was therefore only implemented control of the control valves into each of the fermentation vessels. Pt100 sensors and transmitters were purchased for temperature monitoring. The brewery had control valves they wanted to reuse, and the control system was thus tailored for the use of these. The brewery has also contributed with financing of necessary equipment for the construction of the control cabinets. There has been a focus on keeping expenses low and reuse equipment from existing control systems where possible. The control cabinet was built, tested and completed at one of UiS's laboratories. Then production in the brewery was stopped for a week while installation of control valves, control cabinets and cable routing were carried out. To get production started as soon as possible, a simple on / off control for cooling the beer was temporarily implemented while work on modeling and uncovering PID parameters continued. A mathematical model for the temperature of beer and coolant was developed, which was verified against logged data from a fermentation process. In connection with the modeling several experiment was carried out at the brewery. An estimate was then found for fluid flow through the cooling jackets, valve characteristics and heat transfer coefficient from beer to coolant. The model was verified against measurement data, and based on the linear model and Skogestads method, controller parameters were calculated. Final testing in the brewery revealed significant valve failure. There is reason to believe that the valves worked as expected in the initial experiments, but have thereafter gradually accumulated larger and larger leaks. Initially, it was initially concluded that the leaks came from the buildup of ice on the valves, but the problems continued even after action was taken against the ice. No beer has been wasted as a result the valve failure, as the leaks have fallen in balance with the heat production from the yeast metabolysis. It was finally concluded that the reuse of the old regulatory the valves could not be made, and that the brewery must consider an investment in new and functional valves. In parallel with model development and testing, there has been a focus on developing the most possible functional and simple user interface. There has been continuous communication between the authors of the report and the brewery management, so that the final product has been in accordance with the brewery's wishes. User interface is still designed in a universal way, so that it can be implemented and used in other breweries.

PhD thesis in Information technology Cells are exposed to a range of external and internal disturbances that may influence the function of cellular processes. The ability of cells to self-regulate and adapt to disturbances enable them to maintain essential variables within narrow limits for proper biological function. This phenomenon is known as homeostasis, and is achieved through certain structural properties of cellular control processes. In particular, negative feedback and integral action play crucial roles in the regulation within cells. Many cellular processes are tightly regulated, and display so-called perfect adaptation to stepwise perturbations. It has been shown that integral feedback control achieves perfect adaptation in a variety biological systems. These observations have motivated researches to investigate cellular control processes from the perspective of robust control in recent years. It is clear that concepts from control theory, more commonly applied to the automation of engineered systems, are applicable to the analysis and construction of biological control networks. Whereas cellular control processes have been extensively studied with regards to stepwise perturbations in a regulated variable, less attention has been given to disturbances that affect cellular constituents globally, such as growth-induced dilution, and time-varying perturbations. In this thesis, we aim to take a bottom-up approach to investigate cellular control processes and characterize structural properties that give rise to homeostatic behaviors. In particular, we investigate a class of eight two-component control motifs, described by nonlinear saturation kinetics, to show asymptotic stability and robustness. We go on to show how parameters related to molecular and kinetic mechanisms influence set-point tracking and disturbance rejection properties of the two-component control motifs, and investigate how nonlinearities affect these properties. We also characterize certain constraints and trade-offs associated with the control motifs, and study their performance for time-varying perturbations. In the last part of the thesis, we investigate disturbances in the form of growth-induced dilution of cellular constituents and stochastic fluctuations. Especially for cancer cells is it expected that dilution poses a significant challenge for the effective regulation of metabolism, due to increased glycolytic and proliferative activity leading to cell swelling and growth-induced dilution. Based on the reported rewiring of glycolysis in cancer, and differential gene expression data from the Expression Atlas database, we construct a simplified mathematical model of glucose uptake. We show how cancer cells can regulate and maintain an increased uptake and metabolism of glucose during growth. In particular, a nested feedback architecture of the two-component control motifs is crucial to this end. To incorporate the effects of uncertainty and noise, we also present a stochastic version of the glucose uptake model, and show stochastic simulations relate to simulations of the deterministic version.

Master's thesis in Automation and signal processing I denne masteroppgaven er det blitt utført forsøk for å utforske anvendelsen av Kalmanfilter på biologiske prosessmodeller. Først har det blitt implementert en modell for et biologisk kontrollmotiv. Deretter har et lineært og et utvidet Kalmanfilter blitt implementert og sammenlignet. Resultatetene viser her at det utvidede Kalmanfilteter gir en bedre estimering av tilstandene, samtidig som det handterer sprang i forstyrrelsene på en bedre måte enn det lineære filteret. Videre har Kalmanfilterets robusthet til avvik i initial verdier og ulike typer responser for forstyrrelser blitt testet. Her viser resultatene at det utvidede Kalmanfilteret handterer ulike typer forstyrrelser svært godt, mens avvik i initialverdier for tilstandene må handteres ved å øke den initielle usikkerheten i diagonalen til a posteriori kovariansmatrisen. Sist er det blitt sett på hvilke støy kovariansmatriser som gir de beste tilstandsestimatene. Her viser resultatene at på grunn av det biologiske kontrollmotivets kompenseringsegenskaper, vil den tillagte og den effektive prosesstøyen være forskjellig for systemet. Dette fører til at selv om systemet er blitt tillagt like mye prosess- og målestøy, vil målestøyen ha mer innvirkning enn prosesstøyen. Dette fører til at Kalmanfilteret kan brukes til å fjerne det meste av støyen i systemet. Oppgaven tar videre for seg kombinert tilstand- og parameterestimering. Her brukes ett augmentert Kalmanfilter for å estimere parametere som ekstra tilstander. Ved å utføre målinger av en eller begge tilstandene i det biologiske motivet gir det utvidede Kalmanfilteret muligheten til å estimere alle de konstante parameterne i kontrollmotivet. Deretter brukes det augmenterte Kalmanfilteret til å estimere sprang i parameterne itillegg til respons i forstyrrelsen. Her viser resultatene at valget av prosesstøy kovarians for parameterne gir muligheter for å estimere sprang i parameterne, men estimatet vil da bli mer unøyaktig der parameterne er konstante. I siste delen av oppgaven er en utvidet versjon av det biologiske motivet implementert. Dette motivet inneholder 2 aktiveringsfunskjoner som blir førsøkt estimert i denne delen av oppgaven. Resultatene her viser at på samme måte som for sprang i parameterne vil valget av prosesstøy kovarians spille en viktig rolle for hvor nøyaktig estimatet skal være i konstante områder, og hvor godt det skal holde følge med brå forandringer i forstyrrelsen.

Master's thesis in Information technology Denne rapporten tar for seg kjemsike strukturer som viser ultrasensitvitet, som vil si at systemet er veldig sensitiv for endringer i konsentrasjonen av et stoff. Det finnes flere varianter av kjemsike strukturer som viser ultrasensitivitet, der noen er mer sensitvie enn andre. Slike systemer er ofte relatert til cellesignalisering, hvor signalet fra utsiden av cellemembranen kan trigge flere varianter av signalkaskade inni cellen. Det er vist at ultrasensitivitet spiller en stor rolle i biologiske cellesignaliseringer. Egenskapene til kjemsike strukturer, som er ultrasensitive, blir studert ved simulering og analysering av responsene, der enkelte systemer blir studert i tidsresponsene. Det skal til slutt finnes ut av hva som skjer når et kontrollmotiv blir satt sammen med kjemiske strukturer som er ultrasensitive, der den kjemiske strukturen er en reaksjon av fosforylering-defosforylering av substrater.

Master's thesis in Cybernetics and signal processing Det finnes per i dag ingen gode modeller for regulering av blodsukker for personer med type 1 diabetes (TDM1). Blodsukkeret påvirkes av mange kjente og ukjente faktorer, noe som gjør det komplisert å modellere. Dersom en god modell etableres, vil dette bidra til øke kunnskapen om diabetes. En matematisk modell for estimering av blodsukker hos personer med TDM1 ble etablert som en del av denne oppgaven. Modellen benytter enzymkinetikk og fysiologiske regulatorstrukturer for å finne massebalansen til hormoner og organer som hensyntas i modellen. Blodsukkerregulering er en komplisert prosess, og det er gjort flere antagelser ved oppbygning av modellen. Dynamikken til kortisol har for eksempel ikke blitt modellert, men kortisolnivået hensyntas ved bruk av estimert kortisolnivå fra sekundærdata. Det er også forutsatt at det ikke er noen omgjøring til glukose fra fett og proteiner. To empiriske forsøk ble utført hvor målt blodsukker, konsumert glukose, fysisk aktivitet samt mengde injisert insulin ble loggført. Stress og lavt glykogennivå ble også fremprovosert under forsøkene. Forfatteren av denne oppgaven har selv TDM1, og fungerte som testperson for de utførte forsøkene. For å verifisere modellen ble de loggførte data fra forsøkene benyttet som inngangsdata. Det estimerte blodsukkeret ble deretter sammenliknet med det målte blodsukkeret. Gjennomsnittlig avvik og standardavvik mellom målt og estimert blodsukker var 0.413/2.401 mmol/L for forsøk 1, og 2.086/4.790 mmol/L for forsøk 2. Forsøk 2 var preget av turbulent blodsukker, noe som er vanskeligere å simulere. Fysisk aktivitet ble, i forsøk 2, registrert i form av puls istedenfor tidslenge på aktiviteten, noe som ikke gir et like godt bilde av økt insulinsensitivitet. Det antas at begge disse faktorene bidro til det høyere avviket i forsøk 2. Det ble registrert store avvik mellom estimert og målt blodsukker under de fremprovoserte hendelsene (lavt glykogennivå i forsøk 1 og høyt stressnivå i forsøk 2). Dette til tross for at økt stressnivå i forsøk 2 ble hensyntatt i modellen ved å implementere et ekstra høyt kortisolnivå. Avviket kan skyldes at kortisol har større påvirkning i modellen enn antatt, eller at kortisol har omgjort fett og proteiner til glukose, noe som ikke hensyntas i modellen. Konklusjonen er at modellen gir en relativt god beskrivelse av blodsukkerets dynamikk, så lenge det ikke forekommer uforutsette hendelser som har stor påvirkning på insulinsensitiviteten.

Master's thesis in Cybernetics and signal processing Denne hovedoppgaven beskriver hvordan et Kalmanfilter kan brukes for estimering av temperatur på et prosessanlegg ved Universitet i Stavanger (UiS). Først lages en matematisk modell av den fysiske prosessen ved å benytte masse- og energibalanse. Deretter testes modellen i Simulink og verifiseres mot virkelig prosess. Videre vises implementering av et utvidet Kalmanfilter (EKF) for å estimere temperaturen på vannet ved innløpet av tanken. Estimatet baseres på temperatur- og nivåmåling i tanken og kjennskap til prosessen. For dette tilfellet vurderes hvordan EKF presterer under forskjellige driftssituasjoner, blant annet når prosessen blir utsatt av ekstern tilsats av vann. En utvidet modell av EKF blir laget for å estimere denne eksterne tilsatsen. Resultatene fra forsøkene viser at EKF gir et godt estimat av temperaturen ved innløpet når varmeelementet ikke er med å påvirke prosessen. På grunn av dynamikk i varmeelementet, har det ført til merkbart avvik når varmeelementet slår seg på eller av. Kalmanfilter for tilsatsestimering ga en god indikasjon på når prosessen ble utsatt for ekstern tilsats, og samtidig et tilfredsstillende estimat for temperaturen ved innløpet. Oppgaven tar videre for seg å implementere et EKF for å estimere temperaturen i tanken. Estimatet baseres nå kun på nivåmåling i tanken og temperaturen på vannet inn antas å være kjent. Systemet i denne delen er ikke observerbart. Ved å anta at EKF har tilgang til måling av temperaturen i tanken en gang i blant, gir dette et system som er observerbart ved dette tidssteget. Hensikten er å studere hvordan EKF opererer i intervallene hvor det ikke blir tatt temperaturmåling. Resultatene viser at EKF ikke klarer å beregne Kalmanfilter forsterkningen i disse intervallene. Dette Kalmanfilteret er med andre ord kun basert på det apriori tilstandsestimatet.